Słupy żelbetowe najczęściej posiadają przekrój prostokątny lub okrągły. W wyjątkowych sytuacjach można stosować słupy o innym przekroju np. w przypadku naroży. Wymiarując słupy w pierwszej kolejności należy sprawdzić warunek mówiący o tym czy wymiarowany element może być zakwalifikowany jako słup. Słupy to elementy pionowe, których stosunek boków jest nie większy niż 4 (h/b ≤ 4). Jeśli warunek nie jest spełniony element zostaje uznany za ścianę. Kwalifikacja ta jest istotna z uwagi na warunki pożarowe.
Smukłość słupa żelbetowego
W analizie statycznej wymiarowanie słupa rozpoczynamy od sprawdzenia warunku, w którym wysokość słupa H traktowanego jako pręt powinna być większa niż 3 krotny wymiar większego z boków przekroju poprzecznego słupa. Warunek ten przedstawia się w następującej postaci:
\[\frac {H}{h} >3
\]
W przypadku niespełnienia powyższego warunku słupa należy analizować jako tarcze.
Podczas obliczeń smukłości należy sprawdzić warunki:
\[\frac {L_0}{i_c} ≤ 100
\] \[
\frac {L_0} {h} ≤ 30
\]
gdzie:
- L0 – długość wyboczeniowa słupa (w obliczeniach wstępnych zwykle przyjmuje się L0 ≈ H) ,
- ic – promień bezwładności.
Promień bezwładności w przypadku słupa o przekroju prostokątnym wyznaczamy w następujący sposób:
\[i_c=\sqrt{ (b \cdot h^3/12)/(b \cdot h)}= h/ \sqrt{12}
\]
Zbrojenie podłużne słupa żelbetowego
Podczas wymiarowania zbrojenia słupa żelbetowego należy uwzględnić kilka podstawowych zasad:
- średnica zbrojenia podłużnego nie powinna być mniejsza niż 8 mm,
- w przpadku słupów o przekroju wielokątnym w każdym narożu należy umieścić co najmniej jeden pręt,
- w słupach o przekroju kołowym należy zastosować nie mniej niż 4 pręty.
Suma przekroju zbrojenia podłużnego słupa powinna spełniać następujący warunek:
\[\begin{equation} A_s \ge 0,002 A_c \text { oraz } \ge \frac{0,10 N_{Ed}}{f_y} \text { oraz } \le 0,04 A_c \label{4} \end{equation}
\]
gdzie:
- Ac – pole przekroju słupa,
- NEd – wartość obliczeniowa siły podłużnej,
- fy – granica plastyczności zbrojenia,
Warunek maksymalnego zbrojenia (4%) może zostać przekroczony dwukrotnie w miejscach, gdzie występuje połączenie prętów na zakład bądź, gdy większa ilość zbrojenia nie będzie mieć wpływu na właściwości betonu oraz jego współpracę ze stalą.
Zbrojenie poprzeczne słupów żelbetowych – strzemiona słupów
Ściskane zbrojenie podłużne powinno być objęte przez strzemiona w taki sposób, aby każdy umieszczony pręt w narożu mógł być trzymany w obu kierunkach. Dlatego w strefie ściskanej odległość pomiędzy dowolnym prętem, a prętem trzymanym nie powinna być większa niż 150 mm.
Średnica zbrojenia poprzecznego nie powinna być mniejsza niż 6 mm oraz 0,25 największej średnicy zbrojenia podłużnego.
rys. 1 rozmieszczenie strzemion w słupie [2]
Rozstaw zbrojenia poprzecznego
Rozstaw zbrojenia poprzecznego (s1) nie powinien być większy niż:
- 400 mm,
- b – długości mniejszego boku słupa,
- 20 Ø – średnic zbrojenia podłużnego.
W przypadku gdy:
- powyżej i poniżej belki bądź płyty na odcinku równym l2=h (większego boku słupa)
- w miejscu połączenia na zakład prętów o średnicy większej niż 14 mm wymaga się przynajmniej 3 strzemion rozmieszczonych równomiernie na długości zakładu.
Podstawowy rozstaw strzemion s1 należy zmniejszyć do s2=0,6s1
Jeśli łączone odcinki słupa, zarówno nad, jak i pod belką (płytą), nie różnią się znacząco wymiarami, możliwe jest zastosowanie zgięcia prętów podłużnych, jak pokazano na rysunku 1. W takim przypadku kąt załamania α powinien spełniać warunek tgα ≤ 1/6. Ponadto, w sytuacji załamania prętów podłużnych, należy zastosować dodatkowe strzemiona, które przejmą siłę wypadkową wynikającą z załamania prętów. Siła ta wynosi HEd = NEd * tgα, co oznacza, że średnica dodatkowych strzemion Øs powinna spełniać warunek Øs ≥ tgα * Ø, gdzie Ø jest średnicą zbrojenia głównego.
W przypadku, gdy łączone odcinki słupa znacznie różnią się wymiarami, nie należy wyginać prętów w miejscu połączenia. W takim przypadku należy zastosować oddzielne pręty łączące, które będą połączone na zakład z prętami podłużnymi, lub zastosować połączenia spawane bądź śrubowe.
Strzemiona pojedyncze (jak na rysunku 1) można stosować wyłącznie w przypadku słupów o wymiarze przekroju nieprzekraczającym 400 mm. W innych przypadkach należy używać strzemion wielokrotnych.
Literatura:
[1] Starosolski, W. (2013). Konstrukcje żelbetowe według Eurokodu 2 i norm związanych, Tom 3, Wydawnictwo Naukowe PW
[2] PN-EN 1992-1-1:2008 Eurokod 2 – Projektowanie konstrukcji z betonu – Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków,
[2] PN-B-03264:2002 Konstrukcje betonowe, żelbetowe i sprężone – Obliczenia statyczne i projektowanie.
