Norma EN-14509-2 - nowy rozdział w rozwoju płyt warstwowych

Gdy w marcu 2007 r. opublikowano w Polsce normę PN-EN 14509 określającą wymagania dotyczące produkowanych fabrycznie, samonośnych płyt warstwowych z rdzeniem z materiału termoizolacyjnego w obustronnej okładzinie z blachy, radykalnie zmieniło to rynek płyt warstwowych w Polsce. Zmieniły się wymagania dotyczące:

• produkcji,
• kontroli produkcji,
• metod badań laboratoryjnych,
• procedur atestacji produktów
• oraz metod projektowania płyt warstwowych.

Dla wielu osób wejście w życie tej normy mogło być pewnym zaskoczeniem, choć prace nad nią były poprzedzone opracowaniami i raportami zainicjowanymi w 1991 r. przez ECCS TWG 7.9 (European Convention for Constructional Steelwork, Technical Working Group 7.9) i CIB Commission W056 (International Council for Research and Innovation in Building and Construction).

Obecnie planowane jest wprowadzenie zupełnie nowej normy, oznaczonej jako EN 14509-2. Nic dziwnego, że informacja ta jest gorąco dyskutowana, nie tylko w naszym kraju.

Niniejszy artykuł przedstawia ogólne założenia tej normy i jej zakres, jak również wybrane, planowane zapisy szczegółowe. Wyraźnie należy podkreślić, że informacje przedstawione w artykule bazują na wstępnej, roboczej wersji normy EN 14509-2 [2], która może ulec zmianie. Prace nad normą prowadzi komitet CEN/TC 128.

Obecny tytuł "Double skin metal faced insulating panels - Factory made products - Specifications - Part 2: Structural applications - ­fixings and potential uses of stabilization of individual structural elements" wskazuje, że norma prEN 14509:2016 [2] będzie dotyczyć konstrukcyjnych zastosowań płyt warstwowych, w szczególności kwestii zamocowania płyt i potencjalnego ich zastosowania jako stabilizacji innych elementów konstrukcyjnych.

W przedmowie zamieszczono dokładniejsze wyjaśnienia, odwołując się do normy EN 1993-1-3 [3].

• Norma EN 14509-2 przedstawia podstawowe zasady wykorzystania płyt warstwowych do stabilizacji elementów konstrukcyjnych zdefiniowanych w EN 1993-1-3 [3] jako klasa konstrukcyjna II (tj. elementów, które projektuje się, uwzględniając wpływ poszycia na nośność i stateczność pojedynczych elementów).
• Norma PN-EN 14509:2013-12 [1] nie przewiduje wykorzystania płyt warstwowych jako elementów stabilizujących, a więc odpowiada klasie konstrukcyjnej III (konstrukcje, które projektuje się przy założeniu, że poszycie wyłącznie przenosi obciążenia na układ konstrukcyjny).

Normy PN-EN 14509:2013­‑12 [1] i prEN 14509:2016 [2] odnoszą się zatem do zupełnie innej klasy konstrukcyjnej. Przewiduje się, że nazwa normy EN 14509 zmieni się na 14509-1, a w przyszłości pojawi się również norma EN 14509-3, określająca wymagania dla płyt warstwowych, które będą projektowane przy uwzględnieniu udziału w nośności i stateczności całego układu (klasa konstrukcyjna I ­według EN 1993-1-3 [3]).

Jaka jest relacja pomiędzy normą PN-EN 14509:2013­‑12 [1] a normą prEN 14509:2016 [2]? Normę prEN 14509:2016 [2] można nazwać rozszerzeniem normy PN-EN 14509:2013-12 [1]. Zdecydowana większość wymagań (w tym również dotyczących wyznaczania parametrów materiałowych płyt) określonych w PN­‑EN 14509:2013­‑12 [1] będzie obowiązywała również w prEN 14509:2016 [2].

Płyty stosowane jako elementy stabilizujące konstrukcję muszą jednak spełniać dodatkowe wymagania. Te dodatkowe wymagania dotyczą konieczności określenia charakterystyki zamocowania płyty oraz sztywności stabilizacji.

Z drugiej strony, płyty warstwowe spełniające wymagania dla zastosowania w klasie konstrukcyjnej II (elementy stabilizujące) będą z definicji spełniały również wymagania dla zastosowania w klasie konstrukcyjnej III (zakres stosowania objęty PN-EN 14509:2013­‑12 [1]).

W celu określenia wytrzymałości zamocowania płyt warstwowych do konstrukcji podporowej trzeba będzie przeprowadzić szereg badań, opisanych szczegółowo w jednym z załączników wstępnej wersji normy prEN 14509:2016 [2]. Metody badawcze były już wcześniej opublikowane w ECCS/CIB Joint Committee [4]. Przewiduje się konieczność wyznaczenia wytrzymałości zamocowania płyty na rozciąganie oraz na ścinanie.

Należy wyraźnie podkreślić, że wytrzymałość zamocowania w prEN 14509:2016 [2] jest rozumiana jako wytrzymałość tylko ze względu na modele zniszczenia płyty warstwowej (np. przeciągnięcie łącznika). Badania zniszczenia samych łączników oraz konstrukcji wsporczej należy przeprowadzić niezależnie (nie jest to zakres omawianej normy).

W przypadku określania odporności zamocowania na rozciąganie należy zgodnie z normą prEN 14509:2016 [2] przeprowadzić badania statyczne i dynamiczne. Na podstawie wyników tych badań producent płyt będzie deklarował charakterystyczną odporność zamocowania na rozciąganie:

gdzie:

F_Rtk - odporność zamocowania otrzymana ze statycznej próby rozciągania,

k - współczynnik obciążenia uzyskany z dynamicznej próby rozciągania.

Badanie odporności zamocowania na ścinanie prowadzone będzie tylko w sposób statyczny, a wynikiem przeprowadzonych prób będzie deklarowana przez producenta charakterystyczna wartość wytrzymałości połączenia na ścinanie oznaczona symbolem F_Rvk.

W normie prEN 14509:2016 [2] podane będą szczegóły dotyczące przygotowania stanowiska badawczego i próbek do badania, procedur badawczych, opracowania wyników oraz sposobu przygotowania raportu z badań.

W celu uwzględnienia poszycia jako elementu stabilizującego, niezbędna jest znajomość sztywności tego poszycia wraz ze sztywnością zamocowania poszycia do konstrukcji. Rozróżnia się sztywność zabezpieczającą przed bocznym przesuwem oraz zabezpieczającą przed obrotem.

Zgodnie z normą EN 1993-1-3 [3] w przypadku II klasy konstrukcyjnej wydzielony element konstrukcyjny można uważać za stężony w płaszczyźnie poszycia (zabezpieczony przed bocznym przesuwem), jeśli sztywność poszycia spełnia następujący warunek:

gdzie:

S - część sztywności poszycia na ścinanie udzielająca się elementowi stabilizowanemu (np. płatwi),

I_w - wycinkowy moment bezwładności przekroju stabilizowanego,

I_t - moment bezwładności na skręcanie przekroju stabilizowanego,

I_z - moment bezwładności względem mniejszej osi bezwładności przekroju stabilizowanego,

L - rozpiętość elementu stabilizowanego,

h - wysokość elementu stabilizowanego.

Znając charakterystyki geometryczne elementu stabilizowanego, można wyznaczyć minimalną sztywność, jaką musi posiadać obudowa obiektu, aby mogła stanowić zabezpieczenie przed bocznym przesuwem.

Norma EN 1993-1-3 [3] nie podaje jednak wytycznych do określenia sztywności poszycia wykonanego z płyt warstwowych. W prEN 14509:2016 [2] powinien znaleźć się wzór na sztywność poszycia zgodny z ECCS recommendation 135 [5]:

gdzie:

k_v- sztywność połączenia poszycia z elementem stabilizowanym,

B - szerokość płyty warstwowej,

n_k - liczba par łączników przypadająca na jedną płytę warstwową,

c_k - dystans pomiędzy dwoma łącznikami z pary (RYS.).

Zabezpieczenie elementu na obrót (skręcenie) jest modelowane za pomocą sprężyny obrotowej przyłożonej do półki mającej bezpośredni kontakt z poszyciem [3]. Dostępne do tej pory wzory oraz propozycje badań zawarte w EN 1993-1-3 [3] pozwalały na wyznaczenie sztywności obrotowej dla tzw. sztywnego połączenia pomiędzy elementem stabilizowanym i poszyciem (np. wykonanym z blachy trapezowej).

Norma prEN 14509:2016 [2] wprowadzi metodę badań sztywności obrotowej uwzględniającą podatność wynikającą z występowania warstwy izolacyjnej w płytach warstwowych. Całkowitą sztywność obrotową CD można wyrazić wzorem:

gdzie:

C_D,A - sztywność obrotowa połączenia elementu stabilizowanego z poszyciem,
C_D,B - sztywność obrotowa odpowiadająca dystorsji przekroju poprzecznego elementu stabilizowanego (płatwi),
C_D,C - sztywność obrotowa odpowiadająca sztywności giętnej poszycia (płyty warstwowej).

Oczywiście, składowa C_D,B nie jest uwzględniona w normie EN 1993­‑1-3 [3] przy wyznaczaniu sztywności obrotowej samego podparcia sprężystego. Efekt podparcia sprężystego składa się tylko z C_D,A i C_D,C, jednak przy eksperymentalnym wyznaczaniu całkowitej sztywności obrotowej należy wziąć pod uwagę wszystkie trzy składowe równania.

W normie prEN 14509:2016 [2] zostanie przedstawiony sposób wyznaczenia wartości C_D,A. Polega on na eksperymentalnym określeniu sztywności C_D oraz odpowiednim pomniejszeniu jej o C_D,B i C_D,C:

Współczynnik redukcyjny 0,75 uwzględnia efekt nieliniowej zależności pomiędzy momentem skręcającym i kątem skręcenia stabilizowanego przekroju. Zgodnie z prEN 14509:2016 [2] wartość CD,A będzie musiała być deklarowana przez producenta płyty warstwowej. Wartość ta może być również wyznaczona na podstawie samych obliczeń.

Projektując wydzielone elementy konstrukcyjne wykorzystujące poszycie z płyt warstwowych jako usztywnienie, należy pamiętać o zjawisku przekazywania momentu utwierdzenia na płytę warstwową. Konsekwencją ograniczenia skręcania płatwi będzie dodatkowe zginanie płyty. Efekt ten należy wziąć pod uwagę przy jej wymiarowaniu.

Na koniec należy zauważyć, że w normie prEN 14509:2016 [2] znajdzie się szereg zapisów, które wprost nakazują korzystanie z normy PN-EN 14509:2013-12 [1]. Dotyczy to m.in. określania reakcji na ogień i odporności ogniowej płyt warstwowych.

Regulacje zawarte w normie PN-EN 14509:2013-12 [1] i odnoszące się do sposobu przeprowadzania badań ogniowych oraz interpretacji wyników powinny być aktualne również w prEN 14509:2016 [2].

Nowością, która prawdopodobnie zostanie umieszczona w prEN 14509:2016 [2], są zapisy dotyczące zabezpieczenia antykorozyjnego płyt warstwowych. Zostaną tam szczegółowo opisane propozycje zastosowania konkretnych systemów antykorozyjnych (dla płyt i łączników) w zależności od założonej klasy korozyjności.

Planowane ukazanie się normy prEN 14509:2016 [2] jest szansą na uporządkowanie kwestii stabilizacji konstrukcji przez poszycie z płyt warstwowych. Z prowadzonych przez nas badań wynika, że płyty warstwowe skutecznie usztywniają wydzielone elementy konstrukcyjne wykonane z profili cienkościennych.

Przy standardowych parametrach konstrukcji będzie można dobrać odpowiednią sztywność połączenia poszycia z elementem stabilizowanym.

Pojawienie się prEN 14509:2016 [2] będzie szansą na projektowanie konstrukcji bardziej ekonomicznych, ale również poważnym wyzwaniem dla projektantów i producentów płyt warstwowych.

Literatura

1. PN-EN 14509:2013-12, "Samonośne izolacyjno-konstrukcyjne płyty warstwowe z dwustronną okładziną metalową. Wyroby fabryczne. Specyfikacje".
2. prEN 14509-2:2016, "Double skin metal faced insulating panels. Factory made products. Specifications. Part 2: Structural applications - fixings and potential uses of stabilization of individual structural elements".
3. EN 1993-1-3, "Eurocode 3. Design of steel structures. Part 1–3: General rules. Supplementary rules for cold-formed members and sheeting".
4. ECCS/CIB Joint Committee, "Preliminary European Recommendations for the testing and design of fastenings for sandwich panels", 2009.
5. ECCS recommendation 135, "European Recommendations on the stabilization effect of Steel Structures by Sandwich Panels", ECCS 2014.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!