CEN TS 19100-2-2021
Проектирование стеклянных конструкций Часть 2: Проектирование стеклянных компонентов, подверженных вертикальным нагрузкам
- Стандартный №
- CEN TS 19100-2-2021
- Дата публикации
- 2021
- Разместил
- European Committee for Standardization (CEN)
- Последняя версия
- CEN TS 19100-2-2021
- сфера применения
-
Обзор стандарта и техническая база
CEN/TS 19100-2:2021, являясь важной частью серии европейских стандартов проектирования стеклянных конструкций, содержит технические спецификации, специально предназначенные для проектирования стеклянных компонентов, подверженных нагрузкам вне плоскости. Этот стандарт был выпущен в ноябре 2021 года и является временной технической спецификацией с первоначальным сроком действия три года. Номер стандарта — ICS 91.080.99, который охватывает методы проектирования и расчета архитектурных стеклянных конструкций.
Этот стандарт используется совместно с частью CEN/TS 19100-1, посвященной базовому проектированию и материалам, для формирования полной системы проектирования стеклянных конструкций. Стандарт был разработан на основе разрешения Европейской комиссии M/515 и составлен Техническим комитетом CEN/TC 250 Structural Eurocode.
Область применения и проектные допущения
Настоящий стандарт распространяется на механически закрепленные плоские или изогнутые стеклянные элементы, которые подвергаются преимущественно нагрузкам, перпендикулярным плоскости стекла, включая, помимо прочего, ветровые нагрузки, собственный вес и снеговые нагрузки. Стандарт четко различает проектные требования к нагрузкам, направленным вне плоскости, и нагрузкам, направленным в плоскости.
Элементы конструкции Область применения Исключения Справочные стандарты Тип нагрузки Нагрузки вне плоскости (нормальные нагрузки) Нагрузки в плоскости Серия EN 1991 Тип стекла Монолитное, многослойное, изоляционное стекло Неструктурное остекление CEN/TS 19100-1 Поддержка метод Непрерывная краевая опора, точечная опора, консольная система Связанные структурные системы EN 12488 Основные требования к проектированию
Стандарт подчеркивает важность структурной прочности и требует, чтобы в процессе проектирования были полностью учтены следующие факторы: риск получения травм в случае разрушения стекла, риск повреждения других компонентов, соответствующий выбор типа стекла и промежуточного слоя, обеспечение избыточности поперечного сечения, реализация защитных мер, а также реалистичные расчеты и детализация проекта.
Система проверки предельных состояний
Стандарт устанавливает всеобъемлющую структуру проверки предельных состояний, включая требования к проверке для предельного состояния разрушения (FLS) и предельного состояния после разрушения (PFLS).
Проверка предельного состояния разрушения (FLS)
Проверка FLS обеспечивает безопасность стеклянных компонентов в случае ударов и может быть достигнута либо посредством экспериментальной проверки, либо посредством теоретической оценки. Проверку испытаний можно проводить на конструкции на месте, соответствующих образцах или эквивалентных лабораторных образцах, но необходимо убедиться, что образцы соответствуют исходной конструкции с точки зрения поддержки, введения нагрузки и т. д.
Метод проверки Применимые условия Технические требования Стандарт проверки Экспериментальная проверка Все типы компонентов остекления Эквивалентность образца исходной конструкции Процедура оценки EN 1990 Теоретическая оценка Доступная численная модель Численное моделирование переходных процессов верификация Верификация эталонных испытаний Верификация предельного состояния после разрушения (PFLS)
Верификация PFLS требует обеспечения остаточной несущей способности стеклянных компонентов в течение ограниченного времени после разрушения с учетом таких факторов, как срок гарантии экологической безопасности, время временной поддержки, время замены и время снятия нагрузки. Стандарт рекомендует использовать распределенную нагрузку 0,5 кПа для испытания остаточной несущей способности, если иное не указано в Национальном приложении.
Требования к материалам и долговечности
Требования к эксплуатационным характеристикам материалов полностью соответствуют положениям раздела 5 CEN/TS 19100-1:2021. Требования к долговечности соответствуют положениям EN 1990 и пункту 6 CEN/TS 19100-1:2021, с особым вниманием к совместимости материалов стекла и соединителей, характеристикам старения промежуточного слоя и влиянию факторов окружающей среды.
Методы структурного анализа
Структурный анализ соответствует положениям пункта 7 CEN/TS 19100-1:2021. Для расчета многослойного стекла следует применять положения о сдвиговом взаимодействии, указанные в пункте 7.2.2. Приложение A к настоящему стандарту содержит аналитический метод определения для усовершенствованного метода эффективной толщины (EET) для расчета эффективной толщины деформации и напряжения многослойного стекла.
Контроль предельного состояния эксплуатационной пригодности
В стандарте сформулированы подробные требования к контролю предельного состояния эксплуатационной пригодности для различных уровней деформации:
Уровень деформации Цель контроля Типичный предел прогиба Особые требования Уровень 1 Внешний вид и функция Нет конкретных ограничений На основе требований проекта Уровень 2 Нормальное использование L/50-L/200 Ограничения, связанные с применением Уровень 3 Предельная несущая способность Проверка укорочения хорды Проверка глубины защитного покрытия кромки Для уровня деформации 3 необходимо проверить фактическую глубину удержания деформированного остекления в защитном покрытии кромки с учетом укорочения хорды, вызванного прогибом стекла, и влияния допусков. Стандарт устанавливает рекомендуемые минимальные номинальные механические значения защитного покрытия кромки для различных вариантов применения.
Узлы соединения и системы поддержки
Стандарт детализирует технические требования для трех основных методов поддержки:
Остекление с непрерывной кромочной поддержкой
Краяовое покрытие должно быть выбрано для обеспечения долгосрочной механической стабильности стеклопакета с учетом теплового расширения, воздействия нагрузки, допусков и движения здания. При соблюдении EN 12488 граничное условие края можно считать просто поддерживаемым. Значение укорочения хорды должно быть определено с помощью соответствующего анализа, чтобы гарантировать постоянное сохранение достаточной кромочной устойчивости.
Компоненты остекления с точечной поддержкой
Валидация систем точечной поддержки должна учитывать как стекло, так и фурнитуру, включая жесткость фурнитуры, ее взаимодействие со стеклом и силы, действующие на стекло и фурнитуру. Стандарт различает системы с фитингами в отверстиях и системы с краевыми или угловыми зажимами.
Технические требования к фитингам в отверстиях
- Край отверстий должен быть как минимум отшлифован и, где возможно, гладко отшлифован или отполирован
- Обе стороны цилиндрических отверстий или противоположные стороны потайных отверстий должны быть скошены
- Отверстия различных стеклянных листов в ламинированном стекле могут быть отрегулированы для предотвращения напряжения в промежуточном слое
- Необходимо избегать прямого контакта между твердыми металлическими материалами и стеклом
Консольные системы
Система зажима для консольных систем должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать изгибающие моменты консоли и усилия сдвига, а также передавать их на основную конструкцию. Должна быть предусмотрена достаточная площадь зажима для обеспечения полной передачи момента. Как правило, следует использовать ламинированное безопасное стекло, хотя в особых обстоятельствах могут использоваться и другие материалы для остекления.
Подробное объяснение технического приложения
Приложение A: Усовершенствованный метод эффективной толщины (EET)
В Приложении A приведены рекомендации по определению эффективной толщины многослойного стекла. Основываясь на степени связи сдвига между стеклянными листами через промежуточный слой, реакция на изгиб из плоскости многослойного стеклянного элемента является промежуточной между реакцией свободно скользящего листа (расслоенное поведение) и реакцией монолитного блока (монолитное поведение).
Формула расчета эффективной толщины учитывает параметр связи η, что различает методы расчета для панелей и балок. Для сэндвич-панелей, состоящих из двух стеклянных листов, параметр связи ηp следует рассчитывать в соответствии с уравнением A.3; для сэндвич-панелей, состоящих из трех листов стекла, параметр связи следует рассчитывать в соответствии с уравнением А.6.
Приложение B: Проверка собственной частоты компонентов остекления
В Приложении B приведены рекомендации по оценке вибрационной чувствительности компонентов остекления, включая определение собственных частот и рекомендуемые предельные значения. Если собственная частота компонента остекления или его части, подвергающейся порывам ветра, ниже 5 Гц, увеличивается риск резонанса, и следует учитывать возникающие вибрационные эффекты.
Для одинарного остекления и стеклопакетов используются различные формулы для расчета собственной частоты с учетом таких факторов, как условия опоры, толщина стекла и свойства материала. Стандарт рекомендует, чтобы в предельном состоянии эксплуатации собственная частота обычно была ≥3 Гц или 4 Гц; когда собственная частота используется как часть расчета ветровой нагрузки по EN 1991-4, рекомендуется ≥5 Гц.
Рекомендации по внедрению и инженерные приложения
Оптимизация процесса проектирования
Рекомендуется проектировать стеклянные конструкции в соответствии со следующим процессом: во-первых, определить среду эксплуатации и условия нагрузки, а также выбрать соответствующий сценарий предельного состояния; затем выполнить предварительный расчет размеров с учетом контроля прогиба и проверки напряжений; затем спроектировать узлы соединения для обеспечения эффективной передачи нагрузки; наконец, выполнить детальную проверку, включая проверку FLS и PFLS.
Ключевые технические моменты
- Эффект сдвиговой связи: При проектировании многослойного стекла необходимо должным образом учитывать способность промежуточного слоя передавать сдвиговую силу. Эффективная толщина должна быть определена с использованием метода EET или других подходящих методов.
- Управление динамическим откликом: Для большепролетных стеклянных компонентов необходимо проверить собственную частоту, чтобы избежать резонанса.
- Управление допусками: Проектирование должно полностью учитывать допуски на изготовление и установку, особенно величину зацепления между краевыми крышками и системами точечной поддержки.
- Совместимость материалов: Обеспечить химическую и физическую совместимость материалов стекла, промежуточного слоя и соединителя.
Требования к контролю качества
Во время внедрения должна быть создана комплексная система контроля качества, включая проверку материалов, контроль производственного процесса, надзор за качеством установки и окончательные приемочные испытания. Особое внимание следует уделять качеству обработки кромок отверстий, производительности соединения промежуточных слоев и точности установки системы поддержки.
Тенденции развития технологий
По мере развития стеклянных конструкций в сторону увеличения пролётов, повышения прозрачности и усложнения форм методы проектирования, представленные в настоящем стандарте, будут продолжать развиваться. Возможные направления дальнейшего развития включают: более точные методы численного моделирования, исследования характеристик новых межслойных материалов и применение интеллектуального стекла в конструкциях.
CEN TS 19100-2-2021 История
- 2021 CEN TS 19100-2-2021 Проектирование стеклянных конструкций Часть 2: Проектирование стеклянных компонентов, подверженных вертикальным нагрузкам
