|
Ściany obciążone głównie pionowo - konstrukcje murowe
Postanowienia ogólne
Obciążenie ścian obciążonych głównie pionowo stanowią:
- ciężar własny,
- obciążenie pionowe od stropów (w tym również od dachów, schodów i balkonów) i ścian opartych na
rozpatrywanej ścianie, od sił poziomych działających w płaszczyźnie ściany, a także siły wewnętrzne,
wynikłe z połączenia ściany rozpatrywanej ze ścianami przyległymi, jeżeli ich odkształcenie pionowe jest
znacząco różne od odkształcenia ściany rozpatrywanej,
- obciążenie poziome oddziałujące bezpośrednio na ściane,
prostopadłe do jej płaszczyzny.
Obciążenie pionowe od stropów wyznacza się zgodnie z zasadami podanymi
na rysunku poniżej. Kiedy strop przylega do nieoddylatowanej ściany samonośnej,
do obciążenia pionowego tej ściany należy doliczyć obciążenie z trójkąta stropu,
jak na rysunku poniżej (drugim od lewej) lub zastępczo - obciążenie z pasma stropu o szerokości
równej 0,3 rozpiętości stropu.
Objaśnienie: strzałkami oznaczono kierunek rozpięcia zbrojenia głównego stropu
Rys. Rozdział obciążenia ze stropu na ściany konstrukcyjne:
1) strop zbrojony jednokierunkowo
2) strop zbrojony jednokierunkowo przylegający do ściany samonośnej
3) strop zbrojony dwukierunkowo oparty na trzech ścianach nośnych
4) strop zbrojony dwukierunkowo oparty na czterech ścianach nośnych
Stan graniczny nośności ścian obciążonych głównie pionowo sprawdzać
należy z warunku:
w którym:
NSd - siła pionowa w ścianie wywołana działaniem obciążenia obliczeniowego,
NRd - nośność obliczeniowa ściany z uwagi na obciążenia pionowe.
Nośność ściany należy sprawdzać w przekrojach pod
i nad stropem oraz w środkowej strefie ściany - z
uwzględnieniem geometrii ścian, mimośrodowego działania obciążenia pionowego i właściwości
materiałowych muru.
W ścianach z otworami sprawdzić należy także nośność nadproży.
Przy wyznaczaniu miejsca przyłożenia obliczeniowego obciążenia pionowego
NSd, należy
uwzględnić mimośród niezamierzony
ea = h/300
(h wysokość ściany w świetle w mm), lecz
nie mniej niż 10 mm.
Nośność obliczeniowa ściany z uwagi na obciążenia pionowe wyznacza się:
- w przekroju pod stropem górnej kondygnacji
N1R,d oraz w przekroju
nad stropem dolnej kondygnacji -
N2R,d ze wzoru:
w którym:
i - oznaczenie rozpatrywanego przekroju ściany: i = 1 dla przekroju pod stropem oraz i = 2 dla
przekroju nad stropem;
Φi - współczynnik redukcyjny, zależny od wielkości mimośrodu ei,
na którym w rozpatrywanym
przekroju działa obliczeniowa siła pionowa NSd, oraz od wielkości mimośrodu
niezamierzonego ea;
A - pole przekroju poprzecznego ściany;
fd - wytrzymałość obliczeniowa muru na ściskanie,
- w środkowej strefie ściany - ze wzoru
w którym:
Φm - współczynnik redukcyjny wyrażający wpływ efektów
drugiego rzędu na nośność ściany, zależny od wielkości mimośrodu
całkowitego działania wypadkowej siły pionowej w środkowym przekroju
ściany e0 = em, smukłości ściany heff / t ,
zależności σ(ε) muru i czasu działania obciążenia.
Wysokość efektywna ściany heff przyjmować można zgodnie ze
wskazówkami podanymi na końcu strony.
W zależności od występujących w poziomie stropu warunków przekazywania
siły pionowej ze ściany górnej kondygnacji na dolną, do wyznaczenia
wielkości mimośrodu ei
względnie em posługiwać się należy:
- modelem ciągłym, w którym ściana stanowi pręt pionowy
ramy sztywno połączony z prętami poziomymi, obrazującymi stropy lub
- modelem przegubowym, w którym ściana stanowi
wydzielony pręt podparty przegubowo
w poziomie stropów.
Modelem ciągłym należy się posługiwać, kiedy stropy oparte
są na ścianie za pośrednictwem wieńca żelbetowego o szerokości równej
grubości ściany lub nie mniejszej niż wysokość stropu, mają zbrojenie
podporowe zdolne do przeniesienia momentu zamocowania stropu w ścianie,
średnie naprężenie obliczeniowe ściany
σcd ≥ 0,25 MPa,
a mimośród ei działania obciążenia pionowego w przekroju ściany pod
stropem ei ≤ 0,33 t (gdzie t jest grubością ściany).
W przeciwnym przypadku należy się posługiwać modelem
przegubowym.
Przy wyznaczaniu wielkości ei
lub em należy także uwzględniać obciążenie poziome,
oddziaływujące bezpośrednio na rozpatrywaną ściane.
Ściany piwnic zalicza się do ścian obciążonych głównie pionowo. Warunki kiedy obliczeniowe sprawdzenie
ścian piwnic nie jest konieczne podane są poniżej.
Ściany poddane poziomemu parciu gruntu
Obliczeniowe sprawdzenie ścian piwnic obciążonych poziomym parciem gruntu
nie jest konieczne, kiedy:
- wysokość w świetle ściany piwnicy h ≤2600 mm,
a jej grubość t ≥ 200 mm;
- strop nad ścianą działa jako przepona pozioma i zdolny jest przejąć
siły wywołane parciem gruntu;
- obciążenie zmienne powierzchni gruntu (obciążenie naziomem) w strefie
mającej wpływ na parcie gruntu na ściane piwnicy
pe ≤ 5 kN/m2,
a obciążenie skupione w odległości od ściany
nie większej niż 1500 mm nie przekracza
15 kN;
- powierzchnia gruntu nie podnosi się, a głębokość zasypania ściany gruntem
nie przekracza wysokości ściany;
- nie występuje parcie hydrostatyczne;
- nie występuje poślizg wywołany obecnością izolacji przeciwwilgociowej;
- pionowe obciążenie obliczeniowe ściany na jednostkę długości
NSd, wynikające ze stałego obciążenia
ściany w połowie wysokości zasypania gruntem spełnia następujące zależności:
- kiedy be ≥ 2h:
w której:
be - odległość między ścianami poprzecznymi lub innymi elementami usztywniającymi;
h - wysokość w świetle ściany piwnicy;
he - wysokości zasypania ściany gruntem;
t - grubość ściany;
ρe - gęstość objętościowa gruntu;
- kiedy be ≤ h
Dla wartości h < be < 2h dopuszcza się
interpolację liniową wartości prawej strony nierówności uzyskanych z równań
przedstawionych powyżej.
Rys. Schemat obliczeniowy ściany piwnic
Model ciągły
Przy posługiwaniu się modelem ciągłym współczynnik
Φi wyznacza
się odpowiednio do wartości mimośrodu
ei działania obciążenia pionowego,
którą obliczać można ze wzoru:
w którym:
Mid - obliczeniowy moment zginający w przekroju ściany pod
stropem (M1d) lub nad stropem (M2d),
wynikający z obciążenia ściany stropem,
Nid - obliczeniowa siła pionowa w rozpatrywanym przekroju,
Mwd - obliczeniowy moment zginający w połowie wysokości ściany, wywołany obliczeniowym
obciążeniem poziomym oddziałującym bezpośrednio na ściane,
ea - mimośród przypadkowy.
Wartość momentu Mid wyznaczać można dla każdego
z węzłów ramy oddzielnie, jak na rysunku poniżej,
przyjmując w uproszczeniu, że schodzące się w węźle ściany
i strop są niezarysowane i zachowują się liniowo sprężyście.
Wartości Ei modułu sprężystości muru
i betonu przyjmuje się jak dla obciążenia krótkotrwałego.
Sztywność stropów gęstożebrowych można przyjmować w przybliżeniu od 0,80 (stropy
wielokanałowe) do 0,33 (stropy belkowe) sztywności stropu pełnego.
Rys. Model ciągły - wyznaczanie wartości momentów M1d i M2d
[ a) zewnętrzna ściana nośna,
b) momenty wywołane mimośrodowym obciążeniem ściany stropami,
c) uproszczone modele obliczeniowe do wyznaczania wartości Mid ]
W przypadku, gdy szerokość wieńca za pośrednictwem którego strop opiera się na ścianie jest nie mniejsza
niż grubość ściany lub wysokość przekroju stropu - obowiązuje wartość mniejsza, do obliczeń przyjąć
można moment zginający w przekroju nad i pod stropem równy 0,85 wartości uzyskanej z analizy sprężystej
modelu ramy.
Moment M1d w przekroju ściany pod stropem wyznaczać można:
- dla ściany obciążonej jednostronnie
- dla ściany obciążonej obustronnie
Moment węzłowy Mo w przypadku stropu obciążonego
równomiernie obciążeniem obliczeniowym qd
wyznaczyć można:
- dla przęsła o rozpiętości l3
- dla przęsła o rozpiętości l4
Wartość Mwd należy wyznaczać jak dla belki ciągłej.
Kiedy oddziałujące bezpośrednio na ściane obliczeniowe obciążenie poziome jest obciążeniem
równomiernie rozłożonym wd za wartość
Mwd przyjmować można:
Kiedy zależność σ(ε) murów
można wyrazić za pomocą "paraboli madryckiej"
lub funkcji podobnej, tak jak to
ma miejsce w przypadku murów z elementów grupy 1 i 2 z wyjątkiem murów z
autoklawizowanego betonu komórkowego, wartość współczynnika
Φi przyjmuje się równą:
Dla murów z elementów grupy 3 i 4 oraz murów z autoklawizowanego
betonu komórkowego, których zależność σ(ε)
nie ma półki poziomej, zaleca się przyjmować
Wartość współczynnika Φm
wyznacza się jak dla pręta podpartego
przegubowo o wysokości efektywnej heff,
obciążonego siłą Nmd działającą na mimośrodzie
em, równym co do wartości u
góry i u dołu ściany.
Wartość mimośrodu em oblicza się
w takim przypadku ze wzoru:
w którym:
Mmd - największy moment obliczeniowy
w środkowej 1/5 wysokości ściany,
zależny od wartości M1d i M2d,
jak zaznaczono na Rysunku 4b; wartości momentów M1d
i M2d oblicza się ze wzoru
Mwd - moment zginający w połowie wysokości ściany,
wywołany przez obliczeniowe obciążenie poziome,
oddziaływujące bezpośrednio na ścianę;
Nmd - obliczeniowa siła pionowa
w połowie wysokości ściany.
Wpływ długotrwałego działania obciążenia na nośność ściany uwzględnia się przyjmując do wyznaczenia
wartości Φm długotrwały moduł sprężystości
muru E∞ określony wzorem
W przypadku ścian o przekroju prostokątnym wartości
Φm przyjmuje się
z tablicy poniżej odpowiednio do
wartości współczynnika smukłości heff / t
i współczynnika sprężystości αc = αc,∞
wyznaczonego dla ηE = 0,3 i Φ∞ = 1,5.
Jeżeli przyjmuje się inne wartości ηE i Φ∞,
wartości Φm przyjmuje się z tablicy poniżej dla
αc,∞ = 1000 i heff / t i
mnoży przez 0,032·(αc,∞)0,5 ,
gdzie αc,∞ jak we wzorze
Tablica - Współczynnik redukcyjny nośności Φm
Współczynnik smukłości heff/t dla αc,\ | Mimośród em/t |
1000 | 700 | 400 | 0,05 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,33 |
0 | 0 | 0 | 0,90 | 0,80 | 0,70 | 0,60 | 0,50 | 0,40 | 0,34 |
1 2 3 4 5 | 0,8 1,6 2,4 3,3 4,2 | 0,6 1,3 1,9 2,6
3,2 | 0,90 0,90 0,90 0,90 0,89 | 0,80 0,80 0,80 0,80
0,79 | 0,70 0,70 0,70 0,70 0,69 | 0,60 0,60 0,60 0,60
0,59 | 0,50 0,50 0,50 0,49 0,49 | 0,40 0,40 0,40 0,39
0,39 | 0,34 0,34 0,34 0,33 0,33 |
6 7 8 9
10 | 5,0 5,9 6,7 7,5 8,4 | 3,8 4,4 5,1 5,7
6,3 | 0,88 0,88 0,86 0,85 0,84 | 0,78 0,77 0,76 0,75
0,73 | 0,68 0,67 0,66 0,65 0,63 | 0,58 0,57 0,56 0,54
0,53 | 0,48 0,47 0,45 0,44 0,42 | 0,38 0,37 0,35 0,34
0,32 | 0,32 0,31 0,29 0,28 0,26 |
11 12 13 14
15 | 9,2 10,0 10,9 11,7 12,5 | 7,0 7,6 8,2 8,8
9,5 | 0,82 0,80 0,79 0,77 0,75 | 0,72 0,70 0,68 0,66
0,64 | 0,61 0,59 0,57 0,55 0,53 | 0,51 0,49 0,47 0,45
0,42 | 0,40 0,38 0,36 0,34 0,32 | 0,30 0,28 0,26 0,24
0,22 | 0,24 0,22 0,20 0,18 0,16 |
16 17 18 19 20 |
13,4 14,2 15,0 15,9 16,7 | 10,1 10,7 11,3 12,0 12,6 |
0,72 0,70 0,68 0,65 0,63 | 0,61 0,59 0,57 0,54 0,52 |
0,51 0,48 0,46 0,44 0,41 | 0,40 0,38 0,35 0,33 0,31 |
0,30 0,28 0,25 0,23 0,21 | 0,20 0,18 0,16 0,14 0,13 |
0,15 0,13 0,11 0,10 0,08 |
21 22 23 24
25 | 17,6 18,4 19,2 20,0 20,9 | 13,3 13,9 14,6 15,2
15,8 | 0,60 0,58 0,55 0,52 0,50 | 0,49 0,47 0,44 0,42
0,39 | 0,39 0,36 0,34 0,32 0,29 | 0,29 0,26 0,24 0,22
0,20 | 0,19 0,17 0,16 0,14 0,12 | 0,11 0,10 0,08 0,07
0,06 | 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 |
26 27 28 29 30 | 21,7 22,6 23,4 24,3 25,0 | 16,4 17,1 17,7 18,3 19,0 | 0,47 0,45 0,42 0,40 0,37 |
0,37 0,35 0,32 0,30 0,28 | 0,27 0,25 0,23 0,21
0,19 | 0,18 0,17 0,15 0,13 0,12 | 0,11 0,10 0,08 0,07
0,06 | 0,05 0,04 0,04 0,03
0,03 | 0,03 0,02 0,02 0,01
0,01 |
UWAGA: - Wartości w tablicy obliczono ze wzoru
w którym: e - podstawa logarytmu naturalnego,
|
Wartości Φm podane w tablicy powyżej
odnosza się do murów z elementów wszystkich czterech grup, z tym, że
dla murów z elementów grupy 3 i 4 obowiązuje warunek:
w którym:
Φi - ze wzoru
W przypadku ścian o przekroju innym niż prostokątny wartości Φi
i Φm ustala się na podstawie odrębnej analizy.
Model przegubowy
Przy posługiwaniu się modelem przegubowym do obliczania ściany przyjąć można:
- na najwyższej kondygnacji:
- w przekroju pod stropem siła z dachu N0d działa w stosunku
do nominalnej osi ściany na mimośrodzie ea, a obciążenie
od stropu Nsl,d - na mimośrodzie 0,4 t + ea;
- w przekroju nad stropem dolnej kondygnacji siła N2d,
stanowiąca sumę N0d i Nsl,d
oraz ciężaru ściany, działa na mimośrodzie ea;
- dla ścian niższych kondygnacji:
- w przekroju pod stropem siła z górnych
kondygnacji N0d działa na mimośrodzie ea,
a obciążenie od stropu Nsl,d - na mimośrodzie 0,33 t + ea;
- w przekroju nad stropem dolnej kondygnacji - analogicznie
jak w przypadku ściany najwyższej kondygnacji.
ściana najwyższej kondygnacji
ściana niższych kondygnacji
Rys. Model przegubowy ściany zewnętrznej
W związku z powyższym nośność ściany najwyższej kondygnacji oblicza
się zgodnie ze wzorem:
gdzie Φi wyznacza się ze wzoru
lub
w przekroju pod stropem górnej kondygnacji - na moment
M1d, a w przekroju
nad stropem dolnej kondygnacji - na moment M2d, równe
a nośność ściany niższych kondygnacji - na moment M1d i M2d, równe
Aby skorzystać z wartości Φm
podanych w tablicy powyżej wyznacza się
zastępczy mimośrod początkowy em,
równy co do wartości u góry i u dołu modelowego
pręta ściany. Wartość tego mimośrodu wynosi:
w którym:
M1d i M2d - ze wzorów podanych powyżej; przy czym |M1| ≥ |M2| ;
Nmd - obliczeniowa siła pionowa w połowie wysokości ściany;
i dla tej wartości em znajduje się
odpowiednią wartość Φm.
Jeżeli na ściane oddziałuje bezpośrednio obciążenie poziome, wartość em
wzrasta o mimośrod dodatkowy em,w równy:
w którym:
Mwd - obliczeniowy moment zginający
w połowie wysokości ściany, obliczony jak dla belki wolno podpartej,
w przypadku obciążenia równomiernie rozłożonego
wd wynosi:
Wartość Φm wyznacza się w
przypadku modelu przegubowego w sposób analogiczny jak dla modelu ciągłego
(dla em i - jeżeli zachodzi taka potrzeba - z
uwzględnieniem dodatkowego mimośrodu em,w ).
Efektywną wysokość ściany heff
przyjmuje się zgodnie z postanowieniami podanymi poniżej.
Wysokość efektywna ścian
Wysokość efektywna ściany oblicza się ze wzoru:
w którym:
ρh - współczynnik zależy od przestrzennego usztywnienia budynku;
ρn - współczynnik zależy od usztywnienia ściany wzdłuż dwóch (ρ2),
trzech (ρ3) lub czterech (ρ4) krawędzi;
h - wysokość kondygnacji równa: - przy posługiwaniu się
modelem ciągłym - wysokości kondygnacji w
osiach modelu ramy (h1), - przy posługiwaniu się
modelem przegubowym - wysokości kondygnacji w
świetle.
Wartości współczynników ρh
Rodzaj konstrukcji z uwagi na usztywnienie przestrzenne | Rodzaj stropów |
z betonu z wieńcami żelbetowymi | inne |
Konstrukcja usztywniona przestrzennie w sposób eliminujący przesuw poziomy | 1,0 | 1,25 |
Konstrukcja bez ścian usztywniających, przy czym liczba ścian prostopadłych do kierunku działania obciążenia poziomego, przejmujących to obciążenie wynosi | 3 i więcej | 1,25 | 1,50 |
2 | 1,50 | 2,0 |
Ściany wolno stojące | 2,0 |
Ściany uważać można za usztywnione wzdłuż krawędzi pionowej, jeżeli:
- połączone są wiązaniem murarskim lub za pomocą zbrojenia ze ścianami usztywniającymi usytuowanymi
do nich prostopadle, wykonanymi z muru o podobnych właściwościach odkształceniowych,
- długość ścian usztywniających jest nie mniejsza niż 0,2 wysokości ściany,
a grubość nie mniejsza niż 0,3
grubości ściany usztywnianej i nie mniejsza niż minimalna grubość ściany.
W przypadku ściany usztywniającej z otworami, zaleca się,
aby długość części ściany między otworami,
przyległej do ściany usztywnianej była nie mniejsza niż
podano na rysunku poniżej, a ściana usztywniająca
sięgała poza otwór na długość nie mniejszą niż 1/5
wysokości kondygnacji.
Rys. Minimalna długość ściany usztywniającej z otworami
- oznaczenia: 1) ściana usztywniana,
2) ściana usztywniająca,
3) h2 okno,
4) h2 drzwi
Alternatywnie - ściany mogą być usztywniane przez inne elementy niż ściany murowane pod warunkiem, że
sztywność tych elementów jest równoważna ze sztywnością murowanej ścianie usztywniającej, o której
mowa powyżej, a obie ściany połączone są ze ścianą usztywnianą za pomocą
ściągów lub kotew,
zaprojektowanych tak, aby zdolne były przenieść siły ściskające lub rozciągające, które mogą się pojawić w
połączeniu.
Za wartość ρn przyjmować można:
a) dla ścian podpartych u góry i u dołu,
kiedy stropy oparte są na ścianie za pośrednictwem
wieńca żelbetowego o szerokości równej grubości ściany
lub nie mniejszej niż grubość stropu,
mają zbrojenia podporowe zdolne do przeniesienia momentu zamocowania stropu w ścianie,
średnie naprężenie obliczeniowe ściany σcd ≥ 0,25 MPa,
a mimośrod e1 działania
obciążenia pionowego w przekroju ściany
pod stropem e1 ≤ 0,33 t grubości ściany - ρ2 = 0,75;
w pozostałych przypadkach ρ2 = 1,00;
b) dla ścian podpartych u góry i u dołu i usztywnionych wzdłuż jednej
krawędzi pionowej (z jedną swobodną krawędzią pionową):
- jeżeli h ≤ 3,5 l, wartość obliczona ze wzoru:
w którym:
ρ2 - jak podano wyżej;
- jeżeli h > 3,5 l, wartość obliczona ze wzoru:
w którym:
l - odległość krawędzi swobodnej od osi
ściany usztywniającej;
c) dla ścian podpartych u góry i u dołu wzdłuż obu krawędzi pionowych:
- jeżeli h ≤ l, wartość obliczona ze wzoru:
w którym:
ρ2 - jak podano w a) powyżej,
- jeżeli h > l, wartość obliczona ze wzoru:
W przypadku, gdy ściany są usztywnione wzdłuż obu krawędzi pionowych i
l ≥ 30 t lub gdy ściany są
usztywnione wzdłuż jednej krawędzi i l ≥ 15 t,
gdzie t jest grubością ściany usztywnionej - ściany takie
należy uważać za ściany usztywnione tylko u góry i u dołu.
Zaleca się, aby smukłość
heff l
(lub wyrażona jako heff/t)
ścian konstrukcyjnych była nie większa niż:
87,5 (25) - w przypadku ścian z murów na zaprawie fm ≥ 5 MPa,
z wyjątkiem murów z autoklawizowanego betonu komórkowego
63 (18) - w przypadku ścian z autoklawizowanego betonu komórkowego,
niezależnie od rodzaju zaprawy, a także dla murów z innego rodzaju elementów murowych,
na zaprawie fm < 5 MPa.
|
|