Zatížení větrem pro dočasné konstrukce

Úvod

Podíváme-li se do kmenové evropské normy pro pracovní lešení ČSN EN 12 811-1 [1], najdeme v ní řadu odkazů na konstrukční evropské normy pro „trvalé“ ocelové, dřevěné a další konstrukce. Podobně je to s původní českou kmenovou normou ČSN 73 8101 [2]. Všechny konstrukční evropské normy vycházejí ze základního Eurokódu, tzv. „Eurokódu 0“, tedy ČSN EN 1990 [3]. Filozofie návrhu vychází z metodiky mezních stavů, jejíž základní obecná podmínka je dána vztahem (1).

Ten udává, že účinek zatížení či jiného vnějšího vlivu na konstrukci E nemá být větší než odolnost či omezení konstrukce R. Vztah (1) platí jak pro mezní stav únosnosti (E_d ≤ R_d), tak pro mezní stav použitelnosti (E_k ≤ R_k). Indexy k značí charakteristické hodnoty účinku zatížení a odolnosti konstrukce, které jsou následně vynásobením příslušnými součiniteli γ (v závislosti na použitém statickém postupu) převedeny na návrhové hodnoty značené indexy d. Součinitele γ zajišťují obecně stanovenou bezpečnost a trvanlivost konstrukce. Paradoxem je, že u lešenářských norem jsou, např. pro ocelové prvky, přísnější než pro trvalé stavby. Komplexní problematika je relativně složitá, zaměřme se zde alespoň v rychlosti na zatížení větrem, respektive stanovení výchozí základní rychlosti větru v_b,0 v lokalitě řešené konstrukce.

Výchozí základní rychlost větru

Lešenářské normy ohledně zatížení větrem v zásadě odkazují na ČSN EN 1991-1-4 [4], přičemž pro fasádní lešení je možné využít i (bezpečný) postup dle ČSN EN 12810-1 [5]. Oba postupy vychází z výchozí základní rychlosti větru v_b,0 , která představuje střední desetiminutovou rychlost větru ve výšce 10 m nad terénem, a to v terénu kategorie II (terén bez překážek s nízkou vegetací jako je tráva a izolovanými překážkami vzdálenými od sebe nejméně dvacetinásobek výšky překážek). Tato výchozí základní rychlost větru je udávána mapou větrných oblastí (Obr. 1). ČR je rozdělena do pěti oblastí s hodnotami rychlosti v_b,0 od 22,5 do 36 m/s (případně více). Zde je nutno znovu zdůraznit, že se nejedná o maximální rychlosti, nýbrž o průměrné rychlosti naměřené během 10 minut (viz výše). Dále je nutné zmínit, že uvedené rychlosti odpovídají střední době návratu 50 let (roční pravděpodobnost překročení této rychlosti je p = 0,02).

Obr. 1 – mapa větrových oblastí ČR, ČHMÚ, 2006

Zatížení větrem pro dočasné konstrukce

Výše uvedený postup stanovení výchozí základní rychlosti větru se používá pro většinu trvalých staveb. Pro dočasné stavby, tedy konstrukce s trváním méně než 50 let, lze dle ČSN EN 1991-1-4 [4] využít součinitel pravděpodobnosti c_prob , který zohledňuje právě kratší dobu trvání konstrukce a stanoví se dle vztahu (2). Využitím tohoto součinitele lze, v závislosti na délce trvání konstrukce a příslušné době návratu zatížení větrem, výchozí základní rychlost větru redukovat. Dobu návratu odpovídající pravděpodobnosti překročení rychlosti je možné převzít z Tab. 1, která je dána normou ČSN EN 1991-1-6 [6].

(2)

kde p představuje pravděpodobnost ročního překročení desetiminutové střední rychlosti, K je parametr tvaru závisející na variačním koeficientu rozdělení extrémních hodnot (doporučená hodnota je K = 0,2) a exponent n se uvažuje hodnotou n = 0,5.

Tab. 1 – doporučené doby návratu pro stanovení charakteristických hodnot klimatických zatížení [6]

Rovněž lešenářské normy umožňují tuto redukci, v kmenové normě ČSN EN 12 811-1 [1] je poznámka: „Měl by být uvažován statistický činitel, který zohledňuje časové období od montáže po demontáž pracovního lešení. Tento činitel nesmí být menší než 0,7 a musí být použit pro dynamický tlak větru pro období 50 let zpět.“

Příklad výpočtu

S využitím Tab. 1 vypočtěme redukční součinitel pravděpodobnosti cprob pro dobu trvání 0–3 dny, 3 dny – 3 měsíce a 3 měsíce – 1 rok. Dosazením výše uvedených hodnot dostáváme následující:

c_prob,0–3d = 0,78,
c_prob,3d–3m = 0,85,
c_prob,3m–1r = 0,90,
c_prob,nad 1r = 1,0.

Jak je patrné, v případě doby trvání konstrukce 0–3 dny lze výchozí základní rychlost větru redukovat až o 22 %. Tato redukce má na první pohled zásadní (pozitivní) vliv na návrh dočasných konstrukcí. Je však patrné, že doba trvání konstrukce do 3 dnů je obvykle nereálná. V praktičtějších případech, jako je doba trvání 3 dny až 3 měsíce a 3 měsíce až 1 rok, je redukce 15, respektive 10 %. I tato redukce je v mnoha případech velkým benefitem.

Závěr

Hodnoty výchozí základní rychlosti větru lze redukovat pro dočasné konstrukce jak podle normy pro zatížení větrem ČSN EN 1991-1-4 [4] tak i podle kmenové lešenářské normy ČSN EN 12 811-1 [1]. Základní rozdíl mezi těmito normami je míra redukce. Zatímco obecná norma pro zatížení konstrukcí větrem [4] rozlišuje dobu trvání konstrukce a hodnoty redukčního součinitele se pohybují mezi hodnotami 0,78 a 1,0, v lešenářské normě [1] najdeme pouze omezení redukce 0,7. Nutno podotknout, že oba postupy jsou validní, nijak si neodporují a je pouze na projektantovi, který postup využije.

Literatura

1. ČSN EN 12 811-1 Dočasné stavební konstrukce – Část 1: Pracovní lešení – Požadavky na provedení a obecný návrh
2. ČSN 73 8101 Lešení – společná ustanovení
3. ČSN EN 1990 Eurokód – Zásady navrhování konstrukcí
4. ČSN EN 1991-1-4 Eurokód 1: Zatížení konstrukcí – Část 1-4: Obecná zatížení – Zatížení větrem
5. ČSN EN 12810-1 Fasádní dílcová lešení – Část 1: Požadavky na výrobky
6. ČSN EN 1991-1-6 Zatížení konstrukcí – Část 1-6: Obecná zatížení – Zatížení během provádění.