Mekkora biztonságot tervezünk a szerkezetekbe?

Avagy mennyire megyünk biztosra tervezőként illetve mekkora az előírt biztonság?

 

szerkezetek biztonságaEgy szerkezet tervezésekor - és ebbe minden mérnöki szerkezet beletartozik - több-kevesebb biztonsággal számol a tervező. A biztonság alapvetően a tervezési szabványokban meghatározott, valószínűségszámítási módszerekkel kikalkulált érték. És minden esetben más és más, attól függően, hogy milyen típusú szerkezetről van szó. Nyilvánvalóan egy lift esetében nagyobb biztonságot kell megkövetelni mint egy másodlagos vagy ideiglenes szerkezetnél.

 

 

Nézzük meg most szép sorban, hogy egy családi ház esetében milyen terheléseket kell figyelembe vennünk, és ezekben milyen biztonságot kell felvenni az érvényben lévő (Eurocode) szabvány alapján!

 

A szabvány terhelési esetenként különbözteti meg az előírt és alkalmazandó biztonság mértékét:

  1. önsúlytehernél  +35%
  2. lakóépület hasznos terheléseinél +50%
  3. meteorológiai terhelések esetében szintén +50%
  4. rendkívüli terhek esetén figyelembe vett további biztonság (függ a rendkívüli teher jellegétől)

Ez azt jelenti, hogy pl. a beton súlyánál, ami vasbeton esetében 2500 kg/m3 felveszünk rá még 35% biztonságot, azaz a számításokban 3375 kg/m3 értékkel vesszük figyelembe. Ugyanez a hasznos terhelésnél (ami azt jelenti, hogy a lakótér, terasz, lépcső, stb. rendeltetésszerű használatakor fellépő terhelések esetében) 200 kg/m2 terhelést még 50%-kal megnöveljük 300 kg/m2 terhelésre. Nézzük, mit is jelentenek ezek a súlyok pl. egy födém esetében:

  • 20 cm vtg monolit vasbeton födém önsúlya 500 kg/m2
  • rétegrend (általános esetben) 200 kg/m2
  • hasznos terhelés 200 kg/m2
  • Mindösszesen 900 kg/m2

Az önsúly jellegű terheléseket 35%-kal, a hasznos terheléseket 50%-kal növelve ez (500+200)x1,35+200x1,5=1245 kg/m2 terhelésre adódik. Ebből a szükséges biztonság 1245/900=1,383 vagy 38,3%-ra adódik.

A terheken felül azonban az anyagminőségek oldalán is megjelenik a biztonság. Ennek részleteibe felesleges jelen írással belemenni, azonban annyit érdemes megemlíteni, hogy pl. a fenti vasbeton födém esetében anyag oldalról az előírt biztonság a beton esetében 50%, a betonacél esetében 15%. Ez a szerkezet teherbírása szempontjából összesítve nagyjából 18% többlet teherbírást jelent. Összesítve a teher oldali biztonsággal, 38+18=56% biztonság van már jelen.

Ennyivel több anyagot és munkadíjat kell betervezni a szerkezetbe. Ez az 50 éves tervezett időtartamra vetítve nem is olyan hatalmas plusz költség (ne feledjük, itt elsősorban a tartószerkezetekről beszélünk, mely a teljes épület bekerülési költségének kb. 30%-a).

 

Miért?

Az épület felépítésekor, a környezeti változókban, a használat változásaiban rendkívül sok a bizonytalanság. Sokszor találkozunk pl. tetőtér beépítésnél azzal a problémával, hogy valaki azt szeretné, hogy csak egy kis szobát szeretne a tetőtérbe egy ággyal, mégis, nekünk a lakótér funkciót kell figyelembe venni a tervezéskor (200 kg/m2) nem pedig az ágy+az ember tényleges súlyát, mert mi van ha 2 év múlva eladja az ingatlant, és a következő lakó már nem tudja, hogy csak egy ággyal számoltunk. A használat során bekövetkező káresemények valószínűségét akkor tudjuk csökkenteni, ha ezekkel az előre meghatározott, szabvány által előírt értékekkel számolunk.

Kezdetben a szerkezeteket tapasztalati alapon tervezték, abszolút biztonságra törekedve. Ez azt jelenti, hogy a szerkezet tönkremenetelét semmilyen körülmények között nem engedték bekövetkezni. Később, ahogy fejlődött az építéstudomány bebizonyosodott, hogy ez értelmetlen és nem megvalósítható törekvés.

Későbbi eljárásokban (1920-as évek) már alkalmaztak egy előre meghatározott biztonságot, azonban minden terhelésre ugyanazt a biztonsági értéket számították. Ezt hívták "egyenlő biztonság"-ra való törekvésnek. Ezután a tapasztalatok és a kutatások eredményeként felfedezték, hogy az egyenlő biztonsági tényezős tervezés helyett célszerűbb és gazdaságosabb az osztott biztonsági tényezős eljárás. Ez azt jelentette, hogy a teherbírásban (pl. leszakadás) és a használhatóságban (pl. födém lehajlása) résztvevő egyes paraméterek esetében más-más bizonytalanság van, így más-más biztonsággal számíthatók.

A XX. század végére ez odáig fejlődött, hogy már a szerkezet biztonságán a nem kívánt állapotok elkerülésének megbízhatóságát illetve a nem kívánt állapot kialakulásának kockázatát értjük.

Így manapság a tervezés feladata az, hogy a szerkezet biztonsága optimális legyen. Ezen az épület élettartama alatt jelentkező valamennyi költségtényezőt magába foglaló komplex költségek minimuma értendő.

© 2016-2018 Statikum® cégcsoport - statikai szakvélemény, statikus szakvélemény, statikus. | Minden jog fenntartva. A weboldalt a Statikum® cégcsoportba tartozó Z+Zs Controlling Kft. üzemelteti. | A Statikum logo® és a Statikum® név bejegyzett védjegyek, felhasználásuk csak a jogtulajdonos írásbeli hozzájárulásával lehetséges.