Vervangt NPR 993:1998; NPR 993:1998/C2:2000 Nederlandse praktijkrichtlijn Dit document mag slechts op een stand-alone PC worden geinstalleerd. Gebruik op een netwerk is alleen. toestaan als een aanvullende licentieovereenkomst voor netwerkgebruik met NEN is afgesloten. This document may only be used on a stand-alone PC. Use in a network is only permitted when a supplementary license agreement for us in a network with NEN has been concluded. NPR 993 (nl) Lichtmasten - Richtlijnen voor berekening Lighting Columns - Guidelines for calculation ICS 93.080.40 december 2002
NPR 993 Normcommissie 353 075 "Lichtmasten" Apart from exceptions provided by the law, nothing from this publication may be duplicated and/or published by means of photocopy, microfilm, storage in computer files or otherwise, which also applies to full or partial processing, without the written consent of the Netherlands Standardization Institute. The Netherlands Standardization Institute shall, with the exclusion of any other beneficiary, collect payments owed by third parties for duplication and/or act in and out of law, where this authority is not transferred or falls by right to the Reproduction Rights Foundation. Auteursrecht voorbehouden. Behoudens uitzondering door de wet gesteld mag zonder schriftelijke toestemming van het Nederlands Normalisatie-instituut niets uit deze uitgave worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van fotokopie, microfilm, opslag in computerbestanden of anderszins, hetgeen ook van toepassing is op gehele of gedeeltelijke bewerking. Het Nederlands Normalisatie-instituut is met uitsluiting van ieder ander gerechtigd de door derden verschuldigde vergoedingen voor verveelvoudiging te innen en/of daartoe in en buiten rechte op te treden, voor zover deze bevoegdheid niet is overgedragen c.q. rechtens toekomt aan de Stichting Reprorecht. Although the utmost care has been taken with this publication, errors and omissions cannot be entirely excluded. The Netherlands Standardization Institute and/or the members of the committees therefore accept no liability, not even for direct or indirect damage, occurring due to or in relation with the application of publications issued by the Netherlands Standardization Institute. Hoewel bij deze uitgave de uiterste zorg is nagestreefd, kunnen fouten en onvolledigheden niet geheel worden uitgesloten. Het Nederlands Normalisatie-instituut en/of de leden van de commissies aanvaarden derhalve geen enkele aansprakelijkheid, ook niet voor directe of indirecte schade, ontstaan door of verband houdend met toepassing van door het Nederlands Normalisatie-instituut gepubliceerde uitgaven. 2003 Nederlands Normalisatie-instituut Postbus 5059, 2600 GB Delft Telefoon (015) 2 690 390, Fax (015) 2 690 190
Inhoud Voorwoord...2 1 Onderwerp en toepassingsgebied...3 2 Termen en definities...3 3 Symbolen en afkortingen...4 4 Belasting door eigengewicht...7 5 Windbelasting...7 5.1 Algemeen...7 5.1.1 De representatieve waarde van de stuwdruk (q(z))...7 5.1.2 Factor voor de masthoogte (δ)...8 5.1.3 Factor voor het dynamisch gedrag van de lichtmast (β )...8 5.1.4 Factor voor de topografie (f)...9 5.1.5 Blootstellingscoëfficiënt (C e (z))...9 5.1.6 Referentiestuwdruk (q(10))...10 5.2 Vormcoëfficiënt (c)...12 5.2.1 Vormcoëfficiënt voor masten en uithouders met ronde doorsnede...12 5.2.2 Vormcoëfficiënt voor armaturen...13 5.2.3 Vormcoëfficiënt voor vlakke borden...13 5.2.4 Vormcoëfficiënt voor vlaggen...13 6 Berekening...14 6.1 Basis van de berekening...14 6.2 Toetsing op sterkte (uiterste grenstoestand)...14 6.2.1 Toepassing van berekening...14 6.2.2 Rekenwaarde van belastingen...14 6.2.3 Rekenwaarde voor materiaalgrootheden...14 6.2.4 Berekening krachten en momenten...15 6.2.5 Sterkte van doorsneden...19 6.2.6 Acceptatie van de toetsing op sterkte...23 6.3 Toetsing op stijfheid (bruikbaarheidsgrenstoestanden)...24 6.3.1 Toepassing van de berekening...24 6.3.2 Representatieve waarde van belastingen...25 6.3.3 Representatieve waarde van materiaalgrootheden...25 6.3.4 Berekening van de verplaatsing...25 6.3.5 Toelaatbare verplaatsing resp. acceptatie van de toetsing op stijfheid...25 7 Toelaatbare modificaties aan een goedgekeurde mast...26 8 Vermoeiingseisen...26 9 Richtlijnen voor de berekeningen...26 1
Voorwoord In maart 1978 verscheen de 1e druk van de NPR 993 Lichtmasten. Richtlijnen voor de berekening, gevolgd door de 2e druk in augustus 1983, de 3e druk in juli 1988 en de 4 e druk in december 1998. Deze drukken waren noodzakelijk om een goede aansluiting van de praktijkrichtlijn op de praktijk te behouden. De onderhavige versie bevat de noodzakelijke aanpassingen aan de eisen volgens de Europese norm NEN-EN 40-3-1 "Lichtmasten Ontwerp en verificatie Eisen voor de karakteristieke belastingen". Deze norm is volgens de regels van het European Committee of Standardization (CEN) in 2000 door het Nederlands Normalisatie-instituut NEN geïmplementeerd. Tevens is beoordeeld op welke overige aspecten de NPR zou kunnen worden verbeterd. Toelichting bij deze versie: De Technical Committee TC 50 Lighting columns and spigots van CEN ontwikkelt Europese normen voor lichtmasten die zijn gebaseerd op de Europese Richtlijn Bouwproducten. In 2000 is de voornoemde NEN-EN 40-3-1 gepubliceerd. De normcommissie 353 075 Lichtmasten heeft NPR 993 aan de Europese norm aangepast en de geactualiseerde versie gepubliceerd. Ook in deze versie blijft de toetsing van de sterkte en stijfheid onveranderd op basis van een rekencapaciteit volgens de elasticiteitsleer, waarbij rekening wordt gehouden met een voor de veiligheid van de lichtmastconstructie wezenlijke plastische reserve. Mede gezien de ervaring dat met de volgens NPR 993 ontworpen constructies in het verleden veilige en doelmatige lichtmasten hebben opgeleverd, wordt voor de belastingsfactoren γ f;g en γ f;q ook in deze versie bij de toetsing op sterkte de waarde 1,0 gehanteerd. Indien de gebruikers dit op grond van speciale voorschriften of bestendiger gebruik eisen, kan voor deze belastingsfactoren bij de toetsing op sterkte een hogere waarde dan 1,0 worden verlangd. Met de publicatie van deze versie van NPR 993 is de praktijkrichtlijn in overeenstemming gebracht met de momenteel beschikbare Europese normen. De publicatie van deze versie is niet voorafgegaan door een ontwerpversie met een externe kritiekrronde omdat de wijzigingen een gevolg zijn van verplicht door NEN ingevoerde Europese normen. Wijzigingen ten opzichte van de vorige druk van NPR 993: a) Het Voorwoord" is aan de nieuwe situatie aangepast. b) Hoofdstuk 5 "Windbelasting" is aan NEN-EN 40-3-1 aangepast. Voor de bepaling van de windsnelheidscategorieën is conform de bepalingen van NEN-EN 40-3-1 uitgegaan van NVN-ENV 1991-2-4 en het nationale applicatiedocument NAD-NVN-ENV 1991-2-4. Hieraan is de in de vorige druk reeds gehanteerde indeling van Nederland in 3 windsnelheidsgebieden met de bijbehorende referentiesnelheden ontleend. c) De berekeningsmethoden voor sterkte en stijfheid volgens de vorige druk zijn gehandhaafd. Deze methoden zijn gebaseerd op de principes van uiterste grenstoestanden. d) De sterkteberekeningen zijn met berekeningsmethoden voor zwakke doorsneden naast de deuropening uitgebreid. e) Hoofdstuk 9 Eisen aan de berekeningsuitvoer is uitgebreid met nieuwe invoergegevens als gevolg van de voornoemde wijzigingen. In de serie Nederlandse praktijkrichtlijnen verschijnen publicaties van informatief karakter, zoals toelichtingen op normen, constructieve werkmethoden en fabricagegegevens. Aan deze publicaties kan geen normatieve waarde worden toegekend. Na publicatie van NEN-EN 40-3-3 "Ontwerp en verificatie Eisen voor de karakteristieke belastingen Verificatie door berekening" zal de onderhavige praktijkrichtlijn opnieuw door de normcommissie 353 075 "Lichtmasten" worden beoordeeld en waar nodig aangepast. Rekenprogramma NPR 993: Van deze druk van de NPR 993 is er een rekenprogramma beschikbaar waarmee lichtmasten binnen het toepassingsgebied volgens deze richtlijnen berekend kunnen worden. Dit programma is verkrijgbaar bij het CROW te Ede. 2
1 Onderwerp en toepassingsgebied Deze praktijkrichtlijn geeft aanwijzingen voor het bepalen van de belasting op lichtmasten door wind en door het eigengewicht. Voorts wordt een complete sterkteberekeningsmethode gegeven voor de toetsing van de kritische doorsneden in de mastconstructie. De voorwaarden voor de berekeningen van de stijfheid, de toelaatbare horizontale verplaatsing door de windbelasting en de toelaatbare doorbuiging door het eigengewicht zijn vermeld. De aanwijzingen, opgenomen in deze praktijkrichtlijn zijn van toepassing op lichtmasten zonder uithouder met een nominale masthoogte kleiner dan of gelijk aan 20 m en op lichtmasten met een uithouder met een nominale masthoogte kleiner dan of gelijk aan 18 m, vervaardigd van plastisch vervormbare materialen zoals staal en aluminiumlegeringen, qua uitvoering verjongd of conisch en met een ronde dwarsdoorsnede. 2 Termen en definities Voor de toepassing van deze norm gelden de volgende definities: 2.1 belasting elke oorzaak van krachten op of van vervormingen in een lichtmast 2.2 belastingsfactor partiële factor waarmee de representatieve waarde van een belasting moet worden vermenigvuldigd om de rekenwaarde van die belasting te verkrijgen 2.3 bruikbaarheidsgrenstoestand grenstoestand die wordt gebruikt bij de toetsing aan de eisen voor vooropgesteld gebruik 2.4 eigengewicht de massa van de mastdelen met de massa van de niet-dragende elementen, die permanent op het beschouwde constructie-onderdeel rusten, hetzij direct, hetzij indirect 2.5 grenstoestand toestand waarbij het effect van de belasting(en) en de respons van de lichtmast de gestelde eisen juist niet overschrijden 2.6 permanente belasting belasting die slechts beperkt in grootte varieert, of een belasting waarvan de grootte tot een limiet nadert 2.7 rekenwaarde van de belasting de, bij de toetsing van een lichtmast, aan te houden waarde voor de belasting De rekenwaarde van de belasting is het product van een representatieve waarde van de belasting en een belastingsfactor. 2.8 representatieve waarde van de belasting voorgeschreven basisbelasting waaruit met de belastingsfactor een rekenwaarde voor de belasting wordt bepaald 2.9 veranderlijke belasting belasting waarvan de verandering als functie van de tijd niet meer verwaarloosbaar klein is in vergelijking tot het gemiddelde 3
2.10 materiaalfactor factor waardoor de representatieve materiaalgrootheid moet worden gedeeld om de rekenwaarde hiervan te verkrijgen 3 Symbolen en afkortingen Latijnse hoofdletters A is het in de windrichting verticaal geprojecteerde oppervlak, in m 2 ; A 1 is het in de windrichting verticaal geprojecteerde oppervlak van de armatuur, in m 2 ; A ref is het in de windrichting verticaal geprojecteerde referentie-oppervlak van een vlag, in m 2 ; A b is het in de windrichting verticaal geprojecteerde oppervlak van het beschouwde uithoudergedeelte, in m 2 ; A c is het in de windrichting verticaal geprojecteerde oppervlak van het beschouwde mastdeel, in m 2 ; C e (z) C r (z) C s is de blootstellingcoëfficiënt; is een ruwheidcoëfficiënt van het terrein; is een statistische factor om v ref om te rekenen van een jaarlijkse overschrijdingskans p =0,02 naar andere overschrijdingskansen; E rep is de representatieve waarde van de elasticiteitsmodulus, in N/mm 2 ; E d is de rekenwaarde van de elasticiteitsmodulus, in N/mm 2 ; F is het symbool voor kracht, in N; F l is de horizontale kracht op de armatuur, veroorzaakt door de windbelasting op de armatuur, in N; F b F c is de horizontale kracht, op het uithoudergedeelte, veroorzaakt door de windbelasting, werkend ter plaatse van het zwaartepunt van het beschouwde deel van de uithouder, in N; is de horizontale kracht op het mastdeel, veroorzaakt door de windbelasting, werkend ter plaatse van het zwaartepunt van het beschouwde mastdeel, in N; G rep is de representatieve waarde van de afschuivingsmodulus, in N/mm 2 ; G d is de rekenwaarde van de afschuivingsmodulus, in N/mm 2 ; I n is het traagheidsmoment van de doorsnede met opening om de n-n-as, in mm 4 ; I y is het traagheidsmoment van de doorsnede om de y-y-as, in mm 4 ; Mg is het buigend moment ten gevolge van het eigengewicht, M n;d;1 is het rekenbuigmoment om de n-n-as in de doorsnede met opening, met wind volgens windrichting 1, M n;d;2 is het rekenbuigmoment om de n-n-as in de doorsnede met opening, met wind volgens windrichting 2, M n;u;a M n;u;b 4 is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de n-n-as van de doorsnede met opening in punt A, is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de n-n-as van de doorsnede met opening in punt B,
Mq;1 is het buigend moment onder invloed van wind in windrichting 1, Mq;2 is het buigend moment onder invloed van wind in windrichting 2, M x;d;1 is het rekenbuigmoment om de x x-as in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 1, M x;d;2 is het rekenbuigmoment om de x x-as in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 2, M x;u is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de x-x-as, M y;d;1 is het rekenbuigmoment om de y-y-as in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 1, M y;d;2 is het rekenbuigmoment om de y-y-as in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 2, M y;u M y;u;a M y;u;b M z;wr;u is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de y-y-as, is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de y-y-as van de doorsnede met opening in punt A, is de doorsnedecapaciteit voor het buigend moment ( buigsterkte ) om de y-y-as van de doorsnede met opening in punt B, is de doorsnedecapaciteit voor het wringend moment ( torsiesterkte ), M z;wr;d;1 is het rekentorsiemoment in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 1, M z;wr;d;2 is het rekentorsiemoment in de desbetreffende doorsnede met wind volgens windrichting 2, Re is de kengrootheid van Reynolds; T is de trillingstijd, in s; W el is het elastisch weerstandsmoment tegen buigen van de doorsnede, in mm 3 ; W el;n;a is het elastisch weerstandsmoment tegen buigen om de n-n-as, ter plaatse van punt A, in mm 3 ; W el;n;b is het elastisch weerstandsmoment tegen buigen om de n-n-as, ter plaatse van punt B, in mm 3 ; W el;y is het elastisch weerstandsmoment van de doorsnede ter plaatse van de opening tegen buigen over de y-y-as, in mm 3 ; W el;y;a is het elastisch weerstandsmoment tegen buigen om de y-y-as, ter plaatse van punt A, in mm 3 ; W el;y;b is het elastisch weerstandsmoment tegen buigen om de y-y-as, ter plaatse van punt B, in mm 3 ; Latijnse kleine letters a is de hoogte van de deuropening, in mm; a e is de trillingsversnelling afhankelijk van de massaverdeling, in m/s 2 ; b c d is de breedte van de deuropening (de dagmaat), in mm; is de vormcoëfficiënt van het beschouwde mastdeel ter plaatse van de beschouwde hoogte (z); is de uitwendige middellijn van de ronde doorsnede, in mm; 5
d m is de gemiddelde middellijn van de doorsnede van de lichtmast, in mm; d m = d t; f f e is de topografiefactor; is de eigenfrequentie van de lichtmast, in Hz; f y;d is de rekenwaarde van de vloeigrens voor staal, in N/mm 2 ; f y;rep is de representatieve waarde van de vloeigrens, in N/mm 2 ; f 0,2 is de 0,2%-rekgrens voor aluminium, in N/mm 2 ; f 0,2;d is de rekenwaarde van de 0,2%-rekgrens, in N/mm 2 ; f 0,2;rep is de representatieve waarde van de 0,2%-rekgrens, in N/mm 2 ; h is de nominale masthoogte, in m; h f is de hoogte van de vlag, in m; h z is de locatie van het mastdeel ter hoogte z, in m; k r n p is de terreinfactor; is het frequentiegebied, in Hz; is de ontwerp- jaarlijkse overschrijdingskans ; q(z) is de representatieve stuwdruk ter plaatse van de beschouwde hoogte, in N/m 2 ; r is de gemiddelde straal van de doorsnede, in mm; t v v ref is de wanddikte van de doorsnede, in mm; is de windsnelheid, in m/s; is de referentiewindsnelheid in m/s; w is de uithouderlengte, in m; z is hoogte van het beschouwde punt van de lichtmast boven maaiveld, in m; z 0 is de ruwheidslengte, in m; z min is de minimum hoogte,in m; Griekse lettters α wa β e γ f:g γ f:q is de welvingsverhinderingsfactor; factor voor het dynamisch gedrag van de lichtmast; is de factor voor de masthoogte; is de grootste verplaatsing van het einde van de uithouder als, in plaats van de wind, het eigengewicht van mast, armatuur en uithouder horizontaal werkend op de mast worden gedacht, in m; is de belastingsfactor voor belasting door het eigengewicht; is de belastingsfactor voor windbelasting; 6
γ m is een materiaalfactor; γ m = 1; ν θ is de kinematische viscositeit van lucht bij 20 C, in m 2 /s; is de halve deuropeningshoek, in radialen; ρ is de soortelijke massa van lucht, in kg/m 3 ; ρ A is de massa van de vlag in droge toestand per eenheid van oppervlakte, in kg/m 2 ; ρ rep is de representatieve waarde van de volumieke massa, in kg/m 3 ; ρ d is de rekenwaarde van de volumieke massa, in kg/m 3. 4 Belasting door eigengewicht Voor de berekeningen wordt aangenomen dat de krachten veroorzaakt door de eigengewichten van de armatuur en van het gedeelte van de uithouder dat afwijkt van de verticale mastas, aangrijpen in de respectievelijke zwaartepunten en de lichtmast in verticale richting belasten. Voor de berekeningen van de eigengewichten van de mast wordt met de volumieke massa s volgens 6.3.3 gerekend. De representatieve waarde voor deze permanente belasting wordt vermenigvuldigd met de belastingsfactor γ f:g om de rekenwaarde te verkrijgen. 5 Windbelasting 5.1 Algemeen Onder de windbelasting wordt verstaan de door de wind veroorzaakte kracht F, loodrecht werkend op een naar de wind toegekeerd vlak. Deze kracht is het product van de ontwerpstuwdruk (q(z)), de vormcoëfficiënt (c) en het in de windrichting geprojecteerde oppervlak (A). De representatieve waarde voor deze veranderlijke belasting wordt vermenigvuldigd met de belastingsfactor γ f:q om de rekenwaarde te verkrijgen. 5.1.1 De representatieve waarde van de stuwdruk (q(z)) De representatieve stuwdruk (q(z)) die in rekening moet worden gebracht, wordt verkregen door de referentiestuwdruk q(10) met diverse factoren te vermenigvuldigen. Deze factoren houden rekening met: a) de invloed van de masthoogte, (zie 5.1.2); b) het dynamische gedrag veroorzaakt door windstoten, β (zie 5.1.3); c) de topografie, f (zie 5.1.4); d) de variatie van de winddruk in relatie tot de hoogte boven maaiveld en de terrein categorie, C e (z) (zie 5.1.5); De representatieve waarde van de stuwdruk, in N/m 2, voor een bepaalde hoogte boven het maaiveld, h z, wordt bepaald met gebruikmaking van de desbetreffende waarden van de verschillende factoren uit de volgende vergelijking. waarin: q(z) = x β x f x C e (z) x q(10) q(z) is de representatieve waarde van de stuwdruk, in N/m 2 ; β is de factor voor de masthoogte; is de factor voor het dynamisch gedrag van de lichtmast; 7
Bestelformulier Stuur naar: NEN Standards Products & Services t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer 10214 2600 WB Delft NEN Standards Products & Services Postbus 5059 2600 GB Delft Vlinderweg 6 2623 AX Delft Ja, ik bestel ex. NPR 993:2002 nl Lichtmasten - Richtlijnen voor berekening 41.62 T (015) 2 690 390 F (015) 2 690 271 www.nen.nl/normshop Wilt u deze norm in PDF-formaat? Deze bestelt u eenvoudig via www.nen.nl/normshop Gratis e-mailnieuwsbrieven Wilt u op de hoogte blijven van de laatste ontwikkelingen op het gebied van normen, normalisatie en regelgeving? Neem dan een gratis abonnement op een van onze e-mailnieuwsbrieven. www.nen.nl/nieuwsbrieven Gegevens Bedrijf / Instelling T.a.v. O M O V E-mail Klantnummer NEN Uw ordernummer BTW nummer Postbus / Adres Postcode Plaats Telefoon Fax Factuuradres (indien dit afwijkt van bovenstaand adres) Postbus / Adres Postcode Plaats Datum Handtekening Retourneren Fax: 015 2 690 271 E-mail: klantenservice@nen.nl Post: NEN Standards Products & Services, t.a.v. afdeling Klantenservice Antwoordnummer 10214, 2600 WB Delft (geen postzegel nodig). Voorwaarden De prijzen zijn geldig tot 31 december 2018, tenzij anders aangegeven. Alle prijzen zijn excl. btw, verzend- en handelingskosten en onder voorbehoud bij o.m. ISO- en IEC-normen. Bestelt u via de normshop een pdf, dan betaalt u geen handeling en verzendkosten. Meer informatie: telefoon 015 2 690 391, dagelijks van 8.30 tot 17.00 uur. Wijzigingen en typefouten in teksten en prijsinformatie voorbehouden. U kunt onze algemene voorwaarden terugvinden op: www.nen.nl/leveringsvoorwaarden. LEREN, WERKEN EN GROEIEN MET NEN preview - 2018