Evropské normy pro hliníkové konstrukce

Při výuce i konzultacích návrhu hliníkových stavebních konstrukcí se lze často setkat s praktickou otázkou, jak se liší navrhování hliníkových konstrukcí od navrhování konstrukcí ocelových. Pokusme se na tuto otázku odpovědět z pohledu evropských norem.

Odpověď se s normami příliš nemění: pracovní diagram je jiný, tj. slitiny hliníku nemají mez kluzu, mají třetinový modul pružnosti a dosahují většinou nižší tažnosti; profily vyrobené protlačováním mají menší imperfekce, tj. křivky vzpěrné pevnosti jsou obvykle příznivější, a tepelně ovlivněná oblast základního materiálu při svařování často vykazuje redukované mechanické vlastnosti, což je třeba při návrhu průřezů s koutovými i tupými svary zohlednit. V konečném znění evropských návrhových norem se od návrhu ocelových konstrukcí formálně oddělily některé analytické předpovědní modely a bohužel i forma uspořádání norem.

Uspořádání normy
Evropské normy pro navrhování hliníkových konstrukcí vycházejí z prací Evropské komise výrobců ocelových konstrukcí (ECCS) z roku 1976 shrnutých v publikaci č. 26 [1]. Transformace předběžných norem ENV 1999 byla zahájena na zasedání subkomise TC 250/SC 9 v roce 2001 v Oslu. Ze tří pracovních verzí byl po půlroční diskusi vybrán soubor zahrnující pět norem (viz tabulka).

Transformace ENV 1999 na EN 1999

Poznámky:
Stadium 34 – konečný návrh pracovní skupiny CEN/PT
Stadium 49 – příprava formálního hlasování, dvou- až šestiměsíční doba legislativního ověřování, technicky jsou dokumenty již hotovy, překládají se do německého a francouzského jazyka
Zdroj: ČVUT

Základem jsou normy ČSN EN 1999-1-1 [2], ČSN EN 1999-1-2 [3] a ČSN EN 1999-1-3 [4]. Z požadavků průmyslu stavebních hliníkových konstrukcí a kvůli přestavbě souboru norem pro ocelové stavební konstrukce vyplynulo rozšíření o normy ČSN EN 1999-1-4 [5] a ČSN EN 1999-1-5 [6]. První výsledky práce projektových týmů byly prezentovány na zasedání subkomise 21. 2. 2002 v Praze. Konečné znění norem, stadium 49, bylo schváleno v říjnu 2005. V květnu 2007 byla vydána v konečném znění norma EN 1999-1-1: 2007 a zavedena do soustavy ČSN v anglickém jazyce. Český překlad byl vydán v druhé polovině roku 2008.

Dokument ČSN EN 1999-1-1 [2] shrnuje pokyny pro navrhování hliníkových konstrukcí; 207 stran textu je členěno na 1 – Obecnou část, 2 – Principy návrhu, 3 – Materiály, 4 – Trvanlivosti, 5 – Analýzu konstrukcí, 6 – Mezní stav únosnosti prvků, 7 – Mezní stav použitelnosti a 8 – Návrh spojů. Norma doznala řady změn, některé přílohy normy byly podstatně rozšířeny nebo zcela přepracovány.

Přílohy k základnímu textu
Přílohy k základnímu textu normy zahrnují A – Výrobní skupiny, B – Náhradní T-profil v tahu, C – Výběr materiálů, D – Koroze a povrchová ochrana, E – Analytické modely pracovního diagramu, F – Průřezy za hranicí pružného chování, G – Rotační kapacita, H – Metoda plastických kloubů pro spojité nosníky, I – Ztráta stability nosníků při ohybu a prostorová ztráta stability tlačených prutů, J – Průřezové charakteristiky, K – Smykové ochabnutí při návrhu prvků, L – Klasifikace styčníků a M – Lepené spoje.

Příloha B – Náhradní T-profil v tahu umožňuje návrh přípojů hliníkových konstrukcí čelní deskou, u nichž se tvary porušení díky malé tažnosti hliníkových slitin liší od oceli. Informativní nová příloha C – Výběr materiálů předkládá vhodnou volbu materiálů podle technologie výroby a projektované životnosti konstrukce. Příloha E – Průřezy za hranicí pružného chování umožňuje v praxi jednoduché zvýšení pružné únosnosti o plastickou část pomocí korekčního součinitele. Nově zpracovaná příloha G – Rotační kapacita třídí konstrukční slitiny podle tažnosti na křehké s tažností od 4 do 8 % a na duktilní s tažností nad 8 %.

Rotační kapacitu lze předpovědět z Ramberg-Osgudova popisu pracovního diagramu slitiny užitím zjednodušených výrazů. Příloha H – Metoda plastických kloubů pro spojité nosníky je zaměřena na rozdělení vnitřních sil vlivem plastifikace spojitých nosníků a na ověření deformační kapacity v plastických kloubech v závislosti na typu analýzy.

Nově se zde objevuje příloha I – Ztráta stability nosníků při ohybu a prostorová ztráta stability tlačených prutů rozšířena o tabulky konstant C1, C2 a C3, o kritické momenty pro konzoly a o tabulky konstant pro výpočet ztráty stability zkroucením.

Charakteristiky průřezů protlačovaných profilů s oblinami v rozích a na koncích stěn profilů řeší příloha J. Příloha K umožňuje návrh prvků s výrazným smykovým ochabnutím. Klasifikace spojů hliníkových konstrukcí z hlediska jejich únosnosti, tuhosti a deformační kapacity je rozebrána v příloze L. Příloha M seznamuje s návrhem lepených spojů.

Národní příloha umožňuje volbu v 26 článcích. V ČR se využívá doporučených hodnot jak u dílčích součinitelů spolehlivosti, v čl. 6.1.3. a 8.1.1 (2), tak tam, kde jsou zohledněna národní specifika, například im­perfekcí čl. 5.3.2 (3), které v ČR v hliníkových stavebních konstrukcích nejsou k dispozici.

Shrnutí
Při přechodu z předběžné normy ENV 1999-1-1 na normu EN 1999-1-1 bylo mimo jiné usnadněno zahrnutí materiálových vlastností rozšířením a výpočet vlivu podélných a příčných svarů rozšířením a formální úpravou návrhových vzorců na rozdíl od ocelových konstrukcí, ale autoři ponechali z ENV jednoduchou formulaci interakce vnitřních sil.

prof. Ing. František Wald, CSc.,
Ing. Michal Jandera

Autoři působí na katedře ocelových a dřevěných konstrukcí Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Literatura
1. European recommendation for aluminium alloy structures, ECCS publication, No. 26, Brussels, 1978.
2. ČSN EN 1999-1-1, Eurokód 9: Navrhování hliníkových konstrukcí, část 1-1: Obecná pravidla, ČNI Praha 2008, (anglická verze General Structural Rules, CEN Brusel, 2007, 207 s.).
3. ČSN EN 1999-1-2, Eurokód 9: Navrhování hliníkových konstrukcí, část 1-2: Navrhování konstrukcí na účinky požáru, (anglická verze Structural Fire Design, CEN Brusel, 2006, 58 s.).
4. ČSN EN 1999-1-3, Eurokód 9: Navrhování hliníkových konstrukcí, část 1-3: Konstrukce náchylné na únavu, (anglická verze Structures Susceptible to Fatigue, CEN Brusel, 2004, 85 s.).
5. ČSN EN 1999-1-4, Eurokód 9: Navrhování hliníkových konstrukcí, část 1-4: Za studena tvarované plošné profily, (anglická verze Supplementary Rules for Cold-formed Sheeting, CEN Brusel, 2003, 65 s.).
6. ČSN EN 1999-1-5, Eurokód 9: Navrhování hliníkových konstrukcí, část 1-5: Skořepinové konstrukce, (anglická verze Shell Structures, CEN Brusel 2005, 65 s.).

Článek bol uveřejněn v časopisu Realizace staveb.