Zkušenosti s praktickou aplikací Eurokódů

Přechod českých inženýrů-ocelářů k Eurokódům byl dle mého názoru poměrně hladký a bezproblémový. Koncepce mezních stavů s využitím parciálních součinitelů bezpečnosti byla při navrhování ocelových konstrukcí poměrně dlouho používána a nebyla pro české inženýry ničím novým.

Významnou roli v přechodu na Eurokódy sehrály i české vysoké školy, které velmi brzy přeorientovaly výuku a vydaly řadu skript, sloužících i ostatní technické veřejnosti.

Vývoj normalizace v oboru ocelových konstrukcí

Pro navrhování ocelových konstrukcí platila od roku 1949 základní norma ČSN 05 0110- 1949 Navrhování ocelových konstrukcí pozemního stavitelství. Tato norma byla zpracována kolektivem pod vedením prof. Faltuse a navazovala na starší dokument: ČSN 1051-1929 a ČSN 1051-1941 (překlad německé normy DIN 1050). Norma z roku 1949 a normy starší byly založeny na koncepci dovolených namáhání.

Podle této koncepce se maximální napětí stanovené pružnostní analýzou porovnávalo s dovoleným namáháním definovaným jako podíl meze průtažnosti materiálu a součinitele bezpečnosti. Součinitel bezpečnosti byl různý pro různé způsoby namáhání a pro různé zatěžovací poměry (tzv. zatížení hlavní a zatížení celkové). V roce 1966 byla kolektivem pod vedením Ing. A. Chalupy zpracována zcela nová norma ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí. Tato norma již používala pro návrh polopravděpodobnostní metodu parciálních součinitelů bezpečnosti, tj. metodu mezních stavů. Norma navazovala na normu ČSN 73 0031 Výpočet stavebních konstrukcí a základů Đ Základní ustanovení a normu ČSN 73 0035/69 Zatížení konstrukcí pozemních staveb. Norma ČSN 73 1401 byla podstatně revidována v roce 1976 a v roce 1984, vždy pod vedením Ing. A. Chalupy.

Je třeba říci, že všechny tyto tři normy byly na svou dobu vynikající, i když tehdy bývaly často předmětem kritiky. Měly jasné a přehledné členění, přiměřený rozsah a jasně napsaná ustanovení. Pro projektanty byly výbornou pomůckou, dávající vodítko při návrhu velké části konstrukcí. K normám byly vydávány výborné komentáře s vysvětlením podstaty a původu jednotlivých ustanovení. Další upřesňující ustanovení a doporučení byla pravidelně publikována v tehdy vycházejícím Vítkovickém zpravodaji a jeho přílohách.

Vydání ČSN 73 1401/78 zavádělo kategorizaci průřezů při výpočtu vzpěrné pevnosti, při výpočtu klopení vycházelo z kritického momentu průřezu, mělo přehledná ustanovení pro redukci únosnosti vlivem boulení, umožňovalo návrh šroubových styků s vlivem páčení, pro únavu zavádělo koncepci kumulace poškození založené na rozkmitu napětí. Norma umožňovala plastický návrh průřezu i plastickou redistribuci vnitřních sil. Průkaz bezpečnosti konstrukce byl většinou založen na porovnání maximálního napětí od extrémního zatížení v nejnepříznivější kombinaci (tj. napětí získaná s uvažováním parciálního součinitele zatížení gf=1,1-1,4) s "výpočtovou pevností" (mez kluzu materiálu dělená parciálním součinitelem materiálu gr =1,12-1,22). Vstup Eurokódů do československé (české) normalizace Vládním usnesením č. 77 z roku 1992 byl stanoven záměr napojení československé technické normalizace na normalizaci Evropského společenství (nyní Evropské unie).

V Evropské unii je tvorba norem zajišťována Evropskou normalizační organizací CEN, resp. její technickou komisí CEN/TC250. Česká republika se stala členem výboru CEN v dubnu 1997 jako první z postkomunistických zemí. Pro jednotlivé základní materiály nosných konstrukcí jsou zpracovávány normy tzv. Eurokódy (v oboru ocelových konstrukcí Eurokód 3, v oboru ocelobetonových konstrukcí Eurokód 4). Struktura Eurokódů je modulární.

Eurokód 3 Navrhování ocelových konstrukcí

Základní EN 1993- Eurokód 3 se člení do 6 tematických okruhů:

• EN 1993-1, Navrhování ocelových konstrukcí Část 1: Obecná pravidla a pravidla pro pozemní stavby;
• EN 1993-2, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 2: Ocelové mosty;
• EN 1993-3, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 3: Věže, komíny a stožáry;
• EN 1993-4, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 4: Sila, nádrže a potrubí;
• EN 1993-5, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 5: Piloty;
• EN 1993-6, Navrhování ocelových konstrukcí, Část 6: Jeřábové dráhy.

Základní oddíl, EN 1993-1 se dělí na dalších 12 částí (EN 1993-1-1 É EN 1993 1-12), vydávaných jako samostatné normy [1], [3] Tyto části pokrývají problematiku návrhu za požární situace, návrhu tenkostěnných ocelových konstrukcí, skořepin apod. Obdobně je EN 1993-3 členěn na dvě části a EN 1993-4 členěn na tři části.

Zpracovávání Eurokódů bylo zahájeno v roce 1975 [2]. První předběžná evropská norma ENV 1993-1-1 byla vydána v roce 1992 a do češtiny přeložena a vydána jako ČSN P ENV 1993-1-1 v listopadu 1994.

Postupně následovaly překlady a vydávání dalších částí. Spolu s překladem byl vždy vydán "Národní aplikační dokument", upravující tzv. rámečkové hodnoty a uvádějící doplňková národní pravidla a upřesnění [3].

Paralelně s Eurokódem pro navrhování ocelových konstrukcí začaly vycházet i Eurokód ČSN P ENV 1991-1 (Zásady navrhování a zatížení, 1995) a ČSN P ENV 1991-2 - (Zatížení..).

V současné době probíhá převod předběžných norem ENV na normy EN. Předpokládá se ukončení tohoto procesu do konce roku 2005. Práce na převodu evropských norem jsou koordinovány komisí č. 35 pod vedením prof. Studničky.

Zkušenosti s používáním Eurokódů v oboru ocelových konstrukcí

K přechodu na Eurokódy přispěla i nová norma ČSN 73 1401 Navrhování ocelových konstrukcí z roku 1994, revidovaná v roce 1998. Tato norma uvádí principiálně totožné návrhové vztahy jako Eurokód, navíc však jeho ustanovení doplňuje o některá ustanovení tradičně uváděná v normách starších.

S využíváním Eurokódů máme zkušenosti již od vydání první části ČSN P ENV 1993 -1-1 a ČSN P ENV 1994-1-1. Za hlavní klady lze považovat:

• modulární koncepci Eurokódů;
• jasnou klasifikaci průřezů do čtyř tříd;
• jasné uvedení vlivu imperfekcí do globální analýzy nosného systému;
• rozdělení rámů na posuvné a neposuvné;
• široké využití plastické únosnosti průřezu, u některých průřezů (např. trubek) snad až příliš široké;
• umožnění návrhu ocelové a ocelobetonové konstrukce za požární návrhové situace;
• podstatné rozšíření možností výpočtu lokální únosnosti styčníků z dutých průřezů;
• dokonalejší podklad pro výpočet přípojů s čelní deskou;
• moderní podklad pro širší použití ocelobetonových konstrukcí.

S rozpaky jsme zpočátku přijali dost podstatné zvýšení únosnosti koutových svarů oproti předchozím starším normám, snad oprávněné výrazným zdokonalením technologie svařování. Pochybnosti též vzbudil náhlý nárůst únosnosti šroubů (únosnost nyní vychází z meze pevnosti a ne z meze kluzu). Problémy někdy přináší posudek spolehlivosti v mezním stavu únosnosti, kdy se vychází z poměru návrhové vnitřní síly a únosnosti. Ne vždy je jasné, kterou hodnotu vnitřní síly v kterém místě aplikovat, předchozí koncepce s hodnocením napětí byla v tomto smyslu přehlednější. Jako nešťastné považujeme užití národních parciálních součinitelů zatížení gf a národních součinitelů materiálu gM odlišných od ostatní Evropy.

Ocelové konstrukce navrhované podle Eurokódu vycházejí zpravidla poněkud těžší než konstrukce navrhované podle ČSN 73 1401/86, zejména je-li zatížení počítáno též podle Eurokódu. Zatížení sněhem a větrem, určená dle ČSN P ENV 1991-2-3, ČSN P ENV 1991-2-4 znamenají skokový nárůst oproti stavu dle stále platné normy ČSN 73 0035/88. Při použití normy ČSN 73 0035/88 spolu s Eurokódy (nesystémové leč možné řešení) je tento nárůst nižší, způsobený zjednodušením systému součinitelů zatížení na dvě hodnoty gf =1,2 ; 1,4. Podle našeho názoru je však určitý nárůst rezerv v konstrukci na místě, u zatížení větrem bychom však uvítali přehodnocení referenčních rychlostí. V posledních letech se zvětšují klimatické extrémy s dopadem na klimatická zatížení.

Jako největší výhodu používání Eurokódů však považujeme tu skutečnost, že se postupně stávají jednotnou pomůckou pro navrhování v celé Evropě. Umožňuje to snadnější komunikaci a snadnější působení našich inženýrů v zahraničí. Stále častěji jsou s důvěrou přijímány i v mimoevropských státech. V červnu tohoto roku se v Bruselu konal workshop "STEEL", věnovaný problematice zavádění Eurokódů do praxe. Zajímavé bylo zjištění, že velké státy jako Německo a Francie se na zavádění Eurokódů teprve připravují, kdežto v malých státech (u nás, v Rakousku) jsou v praxi široce využívány.

Ing. Pavel Háša, Excon a.s., generální ředitel PUDIS, a.s.

Literatura:

[1] Melcher J., Unifikace Evropských norem, Sborník přednášek
"Navrhování ocelových konstrukcí podle EN", 2004
[2] Sedlacek G., Müller Ch., Implication of the Eurocodes,
Sborník přednášek STEEL, Brussels, 2004
[3] Procházka J., Evropské normy pro navrhování stavebních
konstrukcí, Stavební listy 5-6/2004