Instrukcja projektowania i wykonywania silikatowych nadproży zespolonych

Transkrypt

1 ANB PROJEKT mgr inż. Andrzej Bociąga Instrukcja projektowania i wykonywania silikatowych nadproży zespolonych grudzień, 2005

2 SPIS TREŚCI 1. Uwagi ogólne 2. Elementy nadproży zespolonych 2.1. Prefabrykaty 2.2. Elementy murowe 2.3. Zaprawy 2.4. Wieńce 3. Projektowanie 3.1. Zasady ogólne 3.2. Nośność na zginanie 3.3. Nośność na ścinanie 3.4. Strefa podporowa 3.5. Sprawdzanie nośności z tablic obciążeń maksymalnych 3.6. Deklarowane nośności obliczeniowe 4. Wymagania konstrukcyjne i wykonawcze 4.1. Prefabrykaty 4.2. Strefa ściskana nadproża 4.3. Bruzdy, wnęki i otwory 5. Przykłady obliczeń 5.1. Nadproże w ścianie wewnętrznej 5.2. Nadproże nad bramą garażową 5.3. Nadproże w ścianie zewnętrznej 6. Normy i publikacje ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 2

3 1. Uwagi ogólne Nadproża zespolone są elementem konstrukcji murowej wykonywanym nad wszelkiego typu otworami głównie drzwiowymi i okiennymi. Składają się ze zbrojonych prefabrykatów umieszczanych bezpośrednio nad otworem, w strefie rozciąganej muru oraz ze strefy ściskanej, którą stanowi mur zespolony zaprawą z prefabrykatami. Strefę ściskaną może stanowić również wieniec stropowy wykonywany bezpośrednio na prefabrykatach lub na warstwie muru. Niniejsza instrukcja dotyczy nadproży zespolonych wykonywanych w konstrukcjach silikatowych z wykorzystaniem prefabrykowanych, sprężonych belek nadprożowych, dla których przeprowadzono weryfikację doświadczalną nośności [1] zgodnie z PN-EN [2]. Istotną cechą nadproży zespolonych jest osiąganie przez nie pełnej nośności dopiero po uzyskaniu przez strefę ściskaną założonych cech wytrzymałościowych. Nie jest to jednak mankamentem rozwiązania gdyż można kontynuować budowę podpierając nadproża stemplami w okresie 1 2 tygodni co nie stwarza istotnego ograniczenia przestrzeni komunikacyjnej w budowanym obiekcie. Jakość nadproży zespolonych zależy w istotny sposób od poprawności, dokładności i staranności ich wykonania. Powinny być one wykonywane pod fachowym nadzorem z zastosowaniem materiałów sprawdzonej jakości, mających odpowiednie certyfikaty zgodności z normami lub aprobatami. Niedopuszczalne jest stosowanie w strefie nadproży zespolonych zapraw przygotowywanych na placu budowy ze składników podstawowych (piasek, wapno, cement, woda). Rozrzut jakości takich zapraw a więc i ich cech wytrzymałościowych jest zbyt duży a cechy te rzutują w podstawowy sposób na nośność nadproża. W niniejszej Instrukcji.. przyjęto założenie stosowania nadproży zespolonych wyłącznie na budowach spełniających kryteria kategorii A (wg [3]) wykonania robót budowlanych. 2. Elementy nadproży zespolonych 2.1. Prefabrykaty Sprężone prefabrykaty nadprożowe produkowane są z betonu zwykłego, mają jednakowy przekrój poprzeczny 80x120 mm i jednakowe zbrojenie podłużne ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 3

4 wykonane z jednego splotu sprężającego φ12,5 mm ze stali Y 1860 S7 (splot średniodrutowy o wytrzymałości charakterystycznej f pk =1860 MPa). Asortyment wyrobów obejmuje prefabrykaty o różnych długościach w przedziale mm stopniowanych co 250 mm (rys.1). Prefabrykaty wykonane są z betonu klasy minimum B37. Naciąg struny realizowany w czasie produkcji elementów wynosi 120 kn co po jego zwolnieniu, które następuje po osiągnięciu wytrzymałości betonu minimum 30 MPa, pozwala uzyskać naprężenia ściskające w betonie prefabrykatu nie mniejsze niż 5 MPa, nawet po zajściu odkształceń wywołanych relaksacją stali i pełzaniem betonu. Odchyłki wymiarowe prefabrykatów nie mogą przekraczać wartości określonych w normie [6]. W przypadku prefabrykatów przeznaczonych do wykonywania nadproży na cienką spoinę stawia się ostrzejsze wymagania. Maksymalne odchyłki wysokości wynoszą ±2 mm a wygięcie do 0,2 długości. φ12, co 250 Rys. 1 Sprężone prefabrykaty nadprożowe BN100 BN 300 Prefabrykaty stosuje się w dolnej, rozciąganej strefie nadproży zespolonych nad wszelkimi otworami o szerokości do 2,75 m występującymi w silikatowych konstrukcjach murowych (rys. 2). Dla uzyskania szerokości nadproża równej grubości ściany można stosować dwa lub trzy prefabrykaty połączone zaprawą ułożone obok siebie na płask lub na sztorc. Minimalna długość oparcia prefabrykatów na murze wynosi 125 mm. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 4

5 a) b) dc dc c) dc L 125 L eff Rys. 2 Schematy układania sprężonych prefabrykatów nadprożowych w nadprożach zespolonych: a) na sztorc, b) na płask, c) oparcie na murze 2.2. Elementy murowe W strefie nadproża zespolonego zaleca się stosować silikatowe elementy murowe zaliczane do grupy 1, o znormalizowanej wytrzymałości na ściskanie f b 15,0 MPa. Korzystne jest stosowanie elementów pełnych z płaskimi powierzchniami czołowymi bez uchwytów montażowych. W wypadku stosowania elementów murowych z ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 5

6 uchwytami montażowymi, kiedy wykonanie złącza pionowego na całej grubości muru nie jest możliwe, należy powierzchnie otworów (wcięć) uwzględniać przy obliczaniu nośności nadproża (p. 3) Zaprawy Zaprawy wykorzystywane do wykonywania nadproży zespolonych muszą charakteryzować się dobrą przyczepnością do elementów murowych i betonu. Stosować należy wyłącznie zaprawy o wytrzymałości na ściskanie nie mniejszej od 5,0 MPa, przeznaczone do konstrukcji z silikatowych elementów murowych. Preferowane są zaprawy do cienkich spoin zapewniające murom większą nośnością na ścinanie niż zaprawy zwykłe Wieńce Wieńce stanowiące elementy konstrukcyjne nadproży zespolonych należy wykonywać z betonu klasy nie mniejszej niż B15 na warstwie zaprawy stosowanej w murze (p. 2.3). Prefabrykowane betonowe płyty stropowe (kanałowe, filigran itp.), opierane na ścianie w strefie nadproża można wliczać do szerokości wieńca stropowego tylko wówczas gdy są układane na ścianie za pośrednictwem warstwy zaprawy. W przeciwnym wypadku jako szerokość wieńca należy przyjmować wyłącznie monolityczną część wieńca stykającą się bezpośrednio z murem nadproża lub prefabrykatami nadproża. 3. Projektowanie 3.1. Zasady ogólne Nadproża zespolone należy projektować zgodnie z zasadami ogólnymi projektowania konstrukcji określonymi w normach [3], [4], [5] i [6]. W projekcie należy rozpatrzyć wyłącznie stany graniczne nośności na zginanie, ścinanie i docisk. Sprawdzanie stanu granicznego użytkowalności można pominąć. Siły wewnętrzne w nadprożu należy określać dla schematu belki wolnopodpartej nadproży zespolonych nie należy stosować w sytuacjach wymagających przyjmowania innych schematów pracy. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 6

7 Nośność nadproży zespolonych wykonanych przy użyciu sprężonych prefabrykatów betonowych zależy przede wszystkim od nośności na ścinanie (p.3.2), która jest wprost proporcjonalna do wysokości nadproża i jego szerokości (grubości ściany, wieńca lub pasa rozciąganego). Nośność na moment zginający (p.3.3), z uwagi na występowanie w rozciąganej strefie nadproża, silnie sprężonego elementu betonowego wykonanego z betonu o dużej wytrzymałości na ściskanie, może zostać przekroczona wyłącznie wskutek wyczerpania nośności strefy ściskanej. Taki stan graniczny dotyczy przypadków nadproży o znacznej długości, małej wysokości przekroju poprzecznego i strefy ściskanej wykonanej z muru o małej wytrzymałości na ściskanie w kierunku poziomym. Podstawowe parametry konstrukcyjne nadproża decydujące o jego nośności, takie jak wysokość i szerokość przekroju poprzecznego, uzależnione są przede wszystkim od wysokości kondygnacji i grubość ściany, które są przyjmowane w projektowaniu z innych względów niż wymagana nośność nadproża. Dlatego, nie mogąc na ogół zwiększać wytrzymałości muru na ścinanie, której normy i aprobaty nie uzależniają od wytrzymałości zaprawy i elementów murowych, projektant ma ograniczone możliwości kształtowania nośności nadproży zespolonych w celu dostosowania jej do obciążeń występujących w projektowanym obiekcie. W tej sytuacji projektowanie sprowadza się najczęściej do wykazania, że zastosowanie nadproży zespolonych w określonych warunkach jest możliwe oraz podania w projekcie warunków ich wykonania Nośność na ścinanie Nośność na ścinanie nadproży zespolonych (rys. 3) należy sprawdzać zgodnie z PN-B-03340:1999 Konstrukcje murowe zbrojone. Projektowanie i obliczanie [4], z warunku: V Sd 0,75 A eff f vd 1) gdzie: V Sd - maksymalna siła poprzeczna w nadprożu, miarodajna do oceny nośności na ścinanie, A eff - efektywne pole powierzchni przekroju nadproża obliczane z uwzględnieniem pola powierzchni otworów w nim występujących - A o (np. wcięć na uchwyty montażowe): A eff = b d c A o ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 7

8 d c - b - f vd - wysokość nadproża; d c 0,45 L grubość nadproża; przyjmować należy najmniejszy z wymiarów: szerokości ściany, wieńca, pasa rozciąganego (prefabrykatów) obliczeniowa wytrzymałość muru na ścinanie Siłę poprzeczną w nadprożu od obciążeń równomiernie rozłożonych, miarodajną do oceny nośności nadproża na ścinanie, należy określać w przekroju α 1 oddalonym o d/2 od krawędzi podpory (rys. 3) ze wzoru: V Sd = 0,5 q (L- d c ) 2) gdzie: q - całkowite obciążenia obliczeniowe równomiernie rozłożone, działające na nadproże L - szerokość otworu przekrytego nadprożem, d c - jak we wzorze 1 G+P g+p α 2 α 1 dc 0,45 L wieniec mur prefabrykat α 2 α 1 a 125 d L a 125 L n Rys. 3 Układ obciążeń i przekroje przyjmowane w ocenie nośności na ścinanie nadproży zespolonych ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 8

9 Jeżeli nadproże obciążone jest siłą skupioną przyłożoną na odcinku d/2 od krawędzi podpory, siłę poprzeczną V Sd należy wyznaczyć w połowie długości odcinka pomiędzy siłą skupioną i krawędzią podpory. Wieniec stropowy można wliczać do wysokości nadproża tylko w przypadkach gdy zapewnione zostanie odpowiednie jego zespolenie z murowaną częścią nadproża (p.2.4). Grubość nadproża miarodajną do oceny jego nośności na ścinanie należy przyjmować jako mniejszy z wymiarów: grubości ściany, szerokości wieńca (p. 2.4) i szerokości prefabrykatów strefy rozciąganej nadproża. Wszystkie bruzdy i wnęki, występujące w nadprożu w strefie podpory należy uwzględniać w ocenie nośności na ścinanie przyjmując grubość nadproża zmniejszoną o ich głębokość. Obliczeniowe wytrzymałości muru na ścinanie f vd oblicza się według normy PN-B-03002:1999 [3] ze wzoru: f vd = f vk /γ m 3) gdzie: f vk - charakterystyczna wytrzymałość muru na ścinanie w kierunku równoległym do spoin wspornych; dla nadproży należy γ m - przyjmować f vk = f vko częściowy współczynnik bezpieczeństwa muru uzależniony od kategorii produkcji elementów oraz kategorii wykonania robót. Charakterystyczną wytrzymałość muru na ścinanie f vko przyjmować należy zgodnie z deklaracją producenta stosowanej zaprawy na podstawie obowiązujących norm i aprobat lub na podstawie badań przeprowadzonych zgodnie z odpowiednimi normami. Jeżeli brak jest tak dokładnych danych, można przyjmować, zgodnie z zaleceniami normy PN-EN 771-2:2004 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe [5], wytrzymałości podane w normie PN-EN 998-2:2003 [7], wynoszące: 0,30 MPa - dla murów silikatowych na cienkie spoiny 0,15 MPa - dla murów na spoiny zwykłe ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 9

10 3.3. Nośność na zginanie Jak wspomniano w p. 3.1 przekroczenie nośności na zginanie w nadprożach zespolonych, wykonywanych z użyciem sprężonych prefabrykatów betonowych, przed wyczerpaniem nośności na ścinanie, może występować tylko w sporadycznych przypadkach nadproży długich o małej wysokości przekroju poprzecznego i strefy ściskanej wykonanej z muru o małej wytrzymałości na ściskanie w kierunku poziomym. Z tego względu sprawdzanie nośności na zginanie można ograniczyć do przypadków nadproży o proporcjach wysokości d c do długości L spełniających warunek d c /L 0,15. Również nadproża w których zapewnione jest odpowiednie zespolenie wieńca stropowego z murem nie muszą być sprawdzane z uwagi na działające w nich momenty zginające. Nośność na zginanie nadproży zespolonych sprawdza się z warunku: σ H1 f d,h 4) gdzie: σ H1 - maksymalne naprężenia ściskające w przekroju poprzecznym nadproża w miejscu działania maksymalnego momentu zginającego, f d,h - wytrzymałość obliczeniowa muru na ściskanie w kierunku poziomym; dla murów wykonanych z elementów zalecanych w p. 2.2 (grupy 1) można przyjmować f d,h = 0,8 f d (f d - wytrzymałość obliczeniowa na ściskanie). Maksymalne naprężenia ściskające w przekroju nadproża zespolonego, w którym strefa rozciągana wykonana jest ze sprężonych prefabrykatów betonowych można określać, przyjmując prostoliniowy wykres naprężeń ściskających wzdłuż wysokości przekroju, ze wzoru: σ H1 = M max /W z1 5) gdzie: M max - maksymalny moment zginający w nadprożu, W z1 - wskaźnik wytrzymałości przekroju zastępczego nadproża zespolonego (rys. 4), obliczony z uwzględnieniem różnic w ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 10

11 modułach sprężystości betonu prefabrykatów E b i muru E m (E m = 800 f k ; f k - wytrzymałość charakterystyczna muru na ściskanie) a) b) E m 1 E m dc d1 E b dc d1 z b b1=b* E b / E m Rys. 4 Przekrój nadproża: a) rzeczywisty, b)zastępczy, przyjmowany do wyznaczenia wskaźnika wytrzymałości przekroju W z1 Maksymalny moment zginający w nadprożu określa się dla schematu belki wolnopodpartej o obliczeniowej długości ustalonej ze wzoru: L n = 1,15 L L+a 6) w którym: L, a - oznaczenia wg rys Docisk w strefie podporowej Docisk w strefie podporowej nadproża (rys. 5) można sprawdzać ze wzoru: σ d f d 7) w którym: σ d - lokalne średnie naprężenie ściskające na powierzchni oparcia prefabrykatów nadproża zespolonego na murze; należy uwzględniać naprężenia od obciążenia skupionego z nadproża rozpatrywanego - σ d oraz naprężenia - σ i przekazywane bezpośrednio na mur z wyższych kondygnacji i stropu nad kondygnacją rozpatrywaną (σ d = σ i + σ d ) f d - wytrzymałość obliczeniowa muru na ściskanie ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 11

12 σ i-1 σ d σ i a L eff H B Rys. 5 Strefa docisku w miejscu oparcia nadproża na murze: rozkład naprężeń, oznaczenia Dla murów wykonanych z elementów murowych grupy 1 ze spoinami pionowymi wypełnionymi zaprawą można, zgodnie z normą PN-B-03002:1999 [3], uwzględniać rozkład naprężeń w murze określając efektywne pole oddziaływania obciążenia skupionego w połowie wysokości ściany (licząc od miejsca przyłożenia obciążenia) i zwiększając wytrzymałość obliczeniową muru w strefie bezpośredniego docisku. Dla najczęściej występujących w praktyce przypadków, nadproży o szerokości przekroju równej grubości ściany, nośność strefy docisku można wówczas sprawdzać z warunku: σ d µ (f d σ i ) 8) w którym: µ - współczynnik zwiększający nośność muru w bezpośredniej strefie docisku, przyjmowany z zależności: µ = 1,5 1,1 a /L eff 1,25 ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 12

13 a - długość oparcia prefabrykatów na murze L eff - efektywna długość strefy oddziaływania naprężeń od obciążenia skupionego w połowie wysokości ściany (rys. 5), określana ze wzoru: L eff = a+0,3 H 0,5 B B - szerokość filara stanowiącego podporę nadproży; w wypadku nadproży opieranych na długich odcinkach ścian ograniczenie długości L eff nie występuje Sprawdzanie nośności z tablic obciążeń maksymalnych W najczęściej występujących w praktyce przypadkach, nadproży obciążonych obciążeniami równomiernie rozłożonymi, pochodzącymi od obciążeń ze stropów i ciężaru własnego, nośności nadproży zespolonych można sprawdzać w sposób uproszczony z warunku: g+p q max d/240 9) w którym: g+p - suma obliczeniowego obciążenia stałego i zmiennego działającego na nadproże, d - grubość nadproża w mm, q max - maksymalne obciążenia dla nadproża o grubości 240 mm, przy których w nadprożu powstaje siła poprzeczna V Sd równa nośności obliczeniowej przekroju na ścinanie, przyjmowane, w zależności od stosowanej w nadprożu zaprawy i elementów murowych, z tablic 1 4. Obciążenia maksymalne zestawione w tablicach 3 i 4 dotyczą nadproży w których stosowane są elementy murowe z wcięciami uchwytowymi zmniejszającymi efektywną powierzchnię przekroju nadproża w strefie muru. Przy grubości muru 240 mm uwzględniono wcięcia o szerokości 100 mm. W przypadku nadproży w ścianach o dużych obciążeniach pionowych, w których średnie naprężenia pionowe przekraczają 0,7 f d należy dodatkowo sprawdzać nośność ściany na docisk w strefie podporowej nadproża (p. 3.4). ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 13

14 Tablica 1 Maksymalne, równomiernie rozłożone obciążenia q max [kn/m] dla nadproży zespolonych o grubości 240 mm z prefabrykatów sprężonych i muru wykonanego na cienkie spoiny z elementów pełnych bez wcięć na uchwyty montażowe (f vko =300 kpa). Wysokość nadproża Szerokość przekrywanego otworu L [m] d c [mm] 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2, ,9 13,6 10,9 9,1 7,9 6,9 6,1 5, ,2 20,1 15,9 13,1 11,2 9,8 8,7 7, ,7 25,7 20,1 16,5 13,9 12,1 10,7 9, ,9 34,5 26,4 21,3 17,9 15,4 13,6 12, ,0 45,3 33,7 26,9 22,3 19,1 16,7 14, ,0 51,6 37,8 29,9 24,7 21,1 18,3 16,2 Tablica 2 Maksymalne, równomiernie rozłożone obciążenia q max [kn/m] dla nadproży zespolonych o grubości 240 mm z prefabrykatów sprężonych i muru wykonanego na zwykłe spoiny z elementów pełnych bez wcięć na uchwyty montażowe (f vko =150 kpa). Wysokość nadproża Szerokość przekrywanego otworu L [m] d c [mm] 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2, ,0 6,8 5,5 4,6 3,9 3,4 3,1 2, ,6 10,0 7,9 6,6 5,6 4,9 4,3 3, ,9 12,8 10,0 8,2 7,0 6,1 5,3 4, ,0 17,3 13,2 10,7 9,0 7,7 6,8 6, ,0 22,6 16,9 13,4 11,2 9,5 8,3 7, ,0 25,8 18,9 14,9 12,4 10,5 9,2 8,1 Uwaga: dla zapraw o deklarowanej wartości f vko >150 (300) kpa obciążenia podane w tablicach 1 i 2 zwiększa się wprost proporcjonalnie. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 14

15 Tablica 3 Maksymalne, równomiernie rozłożone obciążenia q max [kn/m] dla nadproży zespolonych o grubości 240 mm wykonanych z prefabrykatów sprężonych i muru na cienkie spoiny z elementów z uchwytami montażowymi (f vko =300 kpa). Wysokość nadproża Szerokość przekrywanego otworu L [m] d c [mm] 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2, ,2 10,0 8,0 6,7 5,8 5,1 4,5 4, ,9 13,9 11,0 9,1 7,8 6,8 6,0 5, ,2 17,4 13,6 11,1 9,4 8,2 7,2 6, ,9 22,7 17,4 14,1 11,8 10,2 8,9 8, ,2 29,3 21,8 17,4 14,5 12,4 10,8 9, ,2 33,1 24,3 19,2 15,9 13,5 11,8 10,4 Tablica 4 Maksymalne, równomiernie rozłożone obciążenia q max [kn/m] dla nadproży zespolonych o grubości 240 mm wykonanych z prefabrykatów sprężonych i muru na zwykłe spoiny z elementów z uchwytami montażowymi (f vko =150 kpa). Wysokość nadproża Szerokość przekrywanego otworu L [m] d c [mm] 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2, ,6 5,0 4,0 3,4 2,9 2,5 2,3 2, ,5 7,0 5,5 4,6 3,9 3,4 3,0 2, ,1 8,7 6,8 5,6 4,7 4,1 3,6 3, ,4 11,4 8,7 7,0 5,9 5,1 4,5 4, ,1 14,6 10,9 8,7 7,2 6,2 5,4 4, ,1 16,6 12,2 9,6 7,9 6,8 5,9 5,2 Uwaga: dla zapraw o deklarowanej wartości f vko >150 (300) kpa obciążenia podane w tablicach 3 i 4 zwiększa się wprost proporcjonalnie. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 15

16 3.6. Deklarowane nośności obliczeniowe Zasady badania nośności nadproży zespolonych reguluje norma [2]. Według przyjętej w normie nomenklatury, nośność nadproża definiuje się jako obciążenie niszczące sprowadzone do obciążenia równomiernie rozłożonego działającego na badane nadproże. W badaniach [1], obciążenia nadproża realizowane były jako obciążenia skupione 2 lub 4 siły skupione w badaniu na zginanie lub jedna siła skupiona w odległości od podpory nie mniejszej niż wysokość belki w badaniu na ścinanie. Dla tak realizowanych obciążeń nie ma zastosowania redystrybucja obciążenia przez mur poza obszar nadproża maksymalna siła poprzeczna w nadprożu wynika bezpośrednio z obciążeń działających na nadproże. W tablicy 5 zestawiono deklarowane wartości nośności nadproży (obciążenia przy których powstaje w nadprożu siła ścinająca równa nośności obliczeniowej), określone dla przypadków badanych nadproży o wysokości przekroju d c =220 i 520 mm, wykonanych z bloków silikatowych o wymiarach 140(220)x250x250 z wcięciami uchwytowymi o szerokości 100 mm (efektywna szerokość bloków równa efektywnej szerokości przekroju nadproża w strefie nadmurowanej wynosi 150 mm) i zaprawy zwykłej (f vk =150 kpa) oraz do cienkich spoin (f vk =500 kpa). Wartości obliczeniowe wyznaczono dla materiałowego współczynnika bezpieczeństwa γ m = 1,7. Tablica 5 Deklarowane nośności obliczeniowe (obciążenia) nadproży w [kn/m] miarodajne dla badania na ścinanie i zginanie Parametry nadproża f vd d c V Rd [kn] Długości przekrywanych otworów L [m] [kpa] [mm] 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2, ,56 17,1 13,7 11,4 9,8 8,6 7,6 6,8 6, ,57 5,1 4,1 3,4 2,9 2,6 2,3 2,1 1, ,82 35,6 28,5 23,8 20,4 17,8 15,8 14,3 13, ,35 10,7 8,6 7,1 6,1 5,3 4,8 4,3 3,9 ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 16

17 4. Wymagania konstrukcyjne i wykonawcze 4.1. Prefabrykaty Do wykonywania nadproży nie należy stosować prefabrykatów uszkodzonych, z widocznymi rysami. Dopuszcza się występowanie do 5 drobnych odprysków betonu o powierzchni 500 mm 2 na powierzchniach bocznych i dolnych a na powierzchniach górnych, stykających się z murem lub wieńcem, do 3. Sprężone prefabrykaty nadprożowe układa się na warstwie zaprawy stosowanej w murze. Minimalna długość oparcia prefabrykatów na murze wynosi 125 mm. Montaż może odbywać się ręcznie, bez stosowania urządzeń mechanicznych, jednak przy prefabrykatach o większych długościach wymaga większej liczby pracowników gdyż maksymalny ciężar prefabrykatów wynosi około 80 kg. W ścianach o grubości większej od 120 mm, gdy stosuje się w nadprożu dwa lub trzy prefabrykaty (rys. 2), spoiny między prefabrykatami wykonywać należy przez staranne i równomierne rozmieszczenie zaprawy na obu łączonych powierzchniach a następnie zsunięcie prefabrykatów i ich dociśnięcie. Korzystnie jest zastosować wówczas odpowiednie ściągi ułatwiające dociśnięcie prefabrykatów. Prefabrykaty o długościach większych od 125 cm wymagają stosowania podpór montażowych, które należy wykonać przed murowaniem strefy ściskanej nadproża. Rozstaw podpór montażowych nie może być większy od 1,10 m. Podpory montażowe należy pozostawić do czasu uzyskania przez strefę ściskaną nadproża wystarczającej wytrzymałości jednak nie krócej niż 7 dni Strefa ściskana nadproża Strefę ściskaną nadproża tworzy mur wykonany bezpośrednio na prefabrykatach oraz wieniec stropowy spełniający warunki p.2.4. W szczególnych przypadkach strefą ściskaną może być wieniec stropowy wykonany bezpośrednio na prefabrykatach nadprożowych. Elementy murowe stosowane do wykonania strefy ściskanej nadproża nie powinny mieć uszkodzeń powierzchni czołowych, mogących mieć wpływ na jakość spoin pionowych. Dopuszcza się występowanie 2 drobnych uszkodzeń o głębokości ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 17

18 do 2 mm i powierzchni nie przekraczającej 500 mm 2. Nie należy stosować elementów murowych z widocznymi zarysowaniami na ich powierzchniach. Przed wykonaniem strefy ściskanej prefabrykaty nadprożowe należy starannie oczyścić z pyłu i kurzu a następnie obficie zmoczyć wodą. Murowanie należy wykonać z wypełnionymi spoinami pionowymi rozprowadzając zaprawę w sposób gwarantujący równomierne wypełnienie spoin zarówno poziomych jak i pionowych. Szczególną uwagę należy zwrócić na staranność wykonania spoin pionowych w przypadku stosowania elementów z profilowanymi powierzchniami czołowymi. Zaprawę murarską należy nakładać również na powierzchni piór i wpustów a zaprawę do cienkich spoin należy nakładać wówczas na oba łączone elementy murowe. Na najwyższej warstwie muru, na której ma być wykonywany wieniec stropowy, należy ułożyć w strefie nadproży warstwę zaprawy tak jak w innych spoinach poziomych. Elementy prefabrykowane stropów (płyty, belki) należy układać na warstwie zaprawy. Beton wieńca, stanowiącego strefę ściskaną nadproża zespolonego, należy starannie zagęścić np. wibrowaniem Bruzdy, wnęki i otwory Wszelkiego rodzaju bruzdy, wnęki i otwory mogą powodować zmniejszenie nośności nadproży zespolonych i z tego względu należy unikać ich wykonywania w tych odpowiedzialnych elementach konstrukcji. Każde osłabienie przekroju poprzecznego nadproża należy uwzględnić przy sprawdzeniu jego nośności co powinno być określone w projekcie. Jeśli projekt nie przewiduje takich rozwiązań należy dokonać sprawdzenia nośności obliczeniowej z uwzględnieniem rzeczywistych warunków konstrukcyjnych. Wykonywanie jakichkolwiek wycięć w sprężonych prefabrykatach nadprożowych jest niedopuszczalne. W strefie podporowej nadproża powyżej prefabrykatów, na odcinku równym 1,10 d od podpory (d wysokość nadproża), dopuszcza się wykonanie bruzd lub wnęk o głębokości nie większej niż 25% grubości nadproża. Można przyjmować, że zmniejszenie nośności nadproża na ścinanie jest wprost proporcjonalne do zmniejszenia jego grubości w miejscu osłabienia. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 18

19 Poza strefą podporową, oprócz bruzd i wnęk, można wykonywać w nadprożu również otwory o wymiarach nie przekraczających 0,25 d. Otwory korzystnie jest sytuować w pobliżu osi obojętnej, bezpośrednio nad prefabrykatami. Nie należy wykonywać otworów bezpośrednio przy górnej krawędzi nadproża pas pełny powinien mieć wysokość nie mniejszą niż 0,25 d. Bruzdy wnęki i otwory w strefie środkowej nadproża, poza strefami podporowymi, nie zawsze powodują zmniejszenie jego nośności, która najczęściej związana jest ze ścinaniem strefy podporowej. Jednak wszelkie osłabienia również w tej strefie wymagają uwzględnienia w projekcie lub odpowiedniej weryfikacji obliczeniowej w czasie budowy. 5. Przykłady obliczeń 5.1. Nadproże w ścianie wewnętrznej Wariant 1 Dane: Ściana o grubości 240 mm wykonana z bloków silikatowych grupy 1 o normowej wytrzymałości na ściskanie f b =20 MPa. Wysokość ściany w świetle stropów 2,64 m (12 warstw bloków o wysokości 220 mm). W ścianie występuje otwór drzwiowy o szerokości 1,25 i wysokości 2,20 m (10 warstw). Nadproże zespolone nad otworem drzwiowym wykonane jest z dwóch prefabrykatów BN 150 ułożonych na płask i dwóch warstw bloków SILIKAT N24 - o wysokości 138 mm (wyrób przetworzony) i o wysokości 220 mm. Bloki mają uchwyty montażowe i wcięcia o szerokości 100 mm w czołach elementów (efektywna szerokość elementu w spoinach pionowych wynosi 150 mm). Wysokość konstrukcyjna nadproża d = 440 mm. Strefa ściskana nadproża wykonana na zaprawie do cienkich spoin o wytrzymałości na ściskanie 10,0 MPa i deklarowanej wytrzymałości na ścinanie pomiędzy zaprawą i elementem murowym f vko = 500 kpa Na ścianie oparty jest obustronnie strop Teriva o rozpiętościach 6,0 i 3,6 m; całkowite obciążenia obliczeniowe stropu - 7,80 kn/m 2. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 19

20 Obciążenia nadproża: Nadproże obciążone jest obciążeniem ciągłym, równomiernie rozłożony, wywołanym obciążeniami ze stropów i ciężarem własnym ciężar własny (0,08*25,0+0,36*19,0)*0,24*1,1 = 2,33 kn/m ze stropów 7,80*(6,0+3,6)/2 = 37,44 Razem obciążenie obliczeniowe nadproża - 39,77 kn/m Sprawdzenie nośności: Stosunek wysokości nadproża do jego długości wynosi 0,44/1,20 = 0,37>0,15. Nośność nadproża zależy wyłącznie od jego nośności na ścinanie (wzór 1 i 2): Wytrzymałość obliczeniowa muru na ścinanie: f vd = f vko /1,7=500/1,7=294 kpa Efektywna powierzchnia przekroju A eff =0,24*0,44-0,10*0,36 = 0,0696 m 2 V Sd = 0,5*39,77*(1,20 0,44) = 15,11 kn < 0,75*0,0696*294 = 15,35 kn Wniosek: nośność nadproża jest wystarczająca. Wariant 2 Dane: Wszystkie dane dotyczące ściany i nadproża jak w wariancie 1 Na ścianie oparty jest obustronnie strop Kleina o rozpiętości 6,0 i 3,6 m wykonany na stalowych belkach dwuteowych w rozstawie 0,9 m; belki stalowe obciążające obustronnie nadproże usytuowane są w odległości 0,3 m od jednej z krawędzi otworu. Całkowite obciążenia obliczeniowe stropu wynoszą, podobnie jak w wariancie 1, - 7,80 kn/m 2 Obciążenia nadproża: Nadproże obciążone jest obciążeniem ciągłym, równomiernie rozłożonym, od ciężaru własnego (2,33 kn/m) i siłą skupioną (G+P), stanowiącą reakcję z belek stropowych, wynoszącą: G+P 7,80*0,9*(6,0+3,6)/2 = 33,70 kn Sprawdzenie nośności na ścinanie (wzór 1 i 2): Siłę poprzeczną V Sd miarodajną do sprawdzenia nośności nadproża na ścinanie należy wyznaczyć w połowie długości odcinka pomiędzy siłą skupioną i krawędzią podpory. V Sd = 0,5*2,33*(1,20 0,30) + 33,70*(1,2-0,3)/1,2 = 26,32 kn > 15,35 kn Wniosek: nośność nadproża jest niewystarczająca; należy zaprojektować nadproże żelbetowe. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 20

21 5.2. Nadproże bramy wjazdowej do garażu Dane: Ściana garażu o grubości 240 mm wykonana z bloków silikatowych grupy 1 o normowej wytrzymałości na ściskanie f b =20 MPa. Wysokość ściany w świetle 2,64 m (12 warstw bloków o wysokości 220 mm). W ścianie występuje otwór bramy wjazdowej o szerokości 2,50 i wysokości 2,44 m (11 warstw). Nadproże zespolone nad otworem drzwiowym wykonane jest z dwóch prefabrykatów BN 275 ułożonych na płask i warstwy bloków SILIKAT T 2NFD o wysokości 138 mm. Wysokość konstrukcyjna nadproża d = 220 mm. Strefa ściskana nadproża wykonana na zaprawie do cienkich spoin o wytrzymałości na ściskanie 10,0 MPa i deklarowanej wytrzymałości na ścinanie pomiędzy zaprawą i elementem murowym f vko = 500 kpa Strop gęstożebrowy Teriva o obciążeniach obliczeniowych 7,80 kn/m 2 i rozpiętości 3,60 m, ułożony jest równolegle do ściany z nadprożem drzwiowym. Obciążenia nadproża: Nadproże obciążone jest obciążeniem ciągłym, równomiernie rozłożony, wywołanym obciążeniami ze stropów i ciężarem własnym; szerokość pasma stropu obciążającego ścianę wynosi 0,3*3,6 = 1,08 m ciężar własny (0,08*25,0+0,14*19,0)*0,24*1,1 = 1,23 kn/m ze stropu 7,80*1,08 = 8,42 Razem obciążenie obliczeniowe nadproża - 9,65 kn/m Sprawdzenie nośności: Stosunek wysokości nadproża do jego długości wynosi 0,22/2,50 = 0,09 < 0,15. Należy sprawdzić nośność nadproża na ścinanie oraz na zginanie. Nośność na ścinanie (wzór 1 i 2): Wytrzymałość obliczeniowa muru na ścinanie: f vd = f vko /1,7=500/1,7=294 kpa V Sd = 0,5*9,65*(2,50 0,22) = 11,00 kn < 0,75*0,24*0,22*294 = 11,64 kn Wniosek: nośność nadproża na ścinanie jest wystarczająca. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 21

22 Nośność na zginanie (wzory 4, 5 i 6): Maksymalny moment zginający w nadprożu: wzór 6 L n = 2,50+0,125 = 2,625 m M max = 0,125*9,65*2,625 2 =8,31 knm Zastępczy wskaźnik wytrzymałości przekroju nadproża : Wobec braku dokładnych danych odnośnie wytrzymałości na ściskanie murów z bloków silikatowych na cienkie spoiny, wytrzymałość charakterystyczną muru na ściskanie oblicza się jak dla muru wykonanego na zaprawie zwykłej o wytrzymałości f m =5,0 Mpa [8]. f k = 0,5*20,0 0,65 5,0 0,25 = 5,24 MPa E m =800*5,24 = 4192 MPa E b =32000 MPa rys. 4 d 1 = 80 mm; d=220 mm b 1 = 240*32000/4192 = 1832 mm W z1 = 0, m 3 Wzór 4 i 5 f d,h = 0,8*5,24/1,7 = 2,47 MPa σ H1 = 8,31/0, = 2801 kpa = 2,80 MPa > f d,h = 2,47 MPa Wniosek: nośność nadproża jest niewystarczająca. Nośność nadproża można radykalnie zwiększyć przez włączenie wieńca stropowego do współpracy w strefie ściskanej nadproża. Zwiększa to wysokość przekroju poprzecznego nadproża do 450 mm (przy grubości stropu 230 mm), przy której jego nośność jest wystarczająca. Alternatywą jest zastosowanie elementów murowych o znormalizowanej wytrzymałości na ściskanie f b 25 MPa Nadproże w ścianie zewnętrznej Dane: Ściana zewnętrzna nośna o grubości 240 mm, obciążona stropem gęstożebrowym o grubości 230 mm, wykonana z bloków silikatowych grupy 1 o znormalizowanej wytrzymałości na ściskanie f b =25 MPa. Wysokość ściany w świetle stropów 2,64 m (12 warstw bloków o wysokości 220 mm). W ścianie występują otwory o szerokości 2,50 m (drzwi balkonowe i okno) i o szerokości 1,25 m (okno); wysokość nadproży łącznie z wieńcem stropowym 670 mm. Nadproża opierają się na filarze o szerokości 1,80 m. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 22

23 Nadproża zespolone nad otworami wykonane są z dwóch prefabrykatów BN 275 (BN 150) ułożonych na płask i dwóch warstw bloków SILIKAT N24 - o wysokości 138 mm (wyrób przetworzony) i o wysokości 220 mm. Bloki mają uchwyty montażowe i wcięcia o szerokości 100 mm w czołach elementów (efektywna szerokość elementu w spoinach pionowych wynosi 150 mm). Wysokość konstrukcyjna nadproża d c = 670 mm (łącznie z wieńcem). Strefa ściskana nadproża wykonana na zaprawie do cienkich spoin o wytrzymałości na ściskanie 10,0 MPa i deklarowanej wytrzymałości na ścinanie pomiędzy zaprawą i elementem murowym f vko = 500 kpa Ściana obciążona jest ciężarem własnym i stropem gęstożebrowym Teriva o obciążeniach obliczeniowych 7,80 kn/m 2 i rozpiętości 6,0 m. Wysokość budynku wynosi IX kondygnacji. Obciążenia nadproża: Nadproże obciążone jest obciążeniem ciągłym, równomiernie rozłożony, wywołanym obciążeniami ze stropów i ciężarem własnym ciężar własny [(0,08+0,23)*25,0+0,36*19,0]*0,24*1,1 = 3,85 kn/m ze stropów 7,80*6,0/2 = 23,40 Razem obciążenie obliczeniowe nadproża - 27,25 kn/m Sprawdzenie nośności: Stosunek wysokości nadproża do jego długości wynosi 0,67/2,40 = 0,28>0,15. Nośność nadproża zależy wyłącznie od jego nośności na ścinanie (wzór 1 i 2): Wytrzymałość obliczeniowa muru na ścinanie: f vd = f vko /1,7=500/1,7=294 kpa Efektywna powierzchnia przekroju nadproża A eff =0,24*0,67-0,10*0,36 = 0,1248 m 2 V Sd = 0,5*27,25*(2,40 0,67) = 23,57 kn < 0,75*0,1248*294 = 27,52 kn Wniosek: nośność nadproża jest wystarczająca. Sprawdzenie docisku w strefie podporowej: Ze względu na znaczną wysokość budynku (duże obciążenia pionowe w ścianach) należy przeprowadzić sprawdzenie docisku w strefie podporowej nadproża. Sprawdzenie przeprowadza się dla strefy podporowej nadproża najniższej kondygnacji. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 23

24 Naprężenia - σ i przekazywane bezpośrednio na mur z wyższych kondygnacji: ze stropów 10*23,40/0,24 975,0 kpa ciężar ścian 9*2,64*19,0*1,1 496,6 z nadproży 9*0,5*27,25*(2,50+1,25)/(0,24*1,80) 1064,4 σ i = 2536,0 kpa Przyrost naprężeń w strefie podporowej od obciążeń działających na nadproże otworu najniższej kondygnacji o szerokości 2,50 m: σ d = 0,5*27,25*2,50/(0,24*0,125) = 1135,4 kpa Lokalne średnie naprężenie ściskające na powierzchni oparcia prefabrykatów nadproża zespolonego: σ d = 2536,0+1135,4= 3671,4 kpa = 3,67 MPa Wytrzymałość muru na ściskanie określa się jak dla muru na zwykłe spoiny i zaprawy f m = 5,0 MPa (patrz p. 5.2). f k = 0,5*25,0 0,65 *5,0 0,25 = 6,06 MPa; f d = 6,06/1,7 = 3,56 MPa Sprawdzenie docisku w strefie podporowej: Warunek 7) σ d = 3,67 MPa > f d = 3,56 MPa Wniosek: nośność strefy podporowej na docisk jest niewystarczająca. Należy zwiększyć wytrzymałość muru na ściskanie przez zastosowanie elementów murowych o większej wytrzymałości (f b =30,0 MPa) lub wykonać filary z wypełnionymi spoinami pionowymi co pozwoli uwzględnić korzystny rozkład naprężeń w murze. Sprawdzenie docisku strefy podporowej w filarze wykonanym z wypełnionymi spoinami pionowymi (warunek 8): L eff = 0,125+0,3*2,20 = 0,785 m < B/2 =0,900 m µ = 1,5 1,1*0,125 /0,785=1,32 > 1,25; µ = 1,25 warunek 8 σ d = 1,14 MPa < 1,25 (3,56 2,54) = 1,27 MPa Wniosek: nośność strefy podporowej dla filarów wykonanych z wypełnionymi spoinami pionowymi jest wystarczająca. ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 24

25 6. Normy i publikacje 1. NW-0546/P/05 Badania nadproży zespolonych wg PN-EN 846-9:2002 praca Instytutu Techniki Budowlanej 2. PN-EN 846-9:2002 Metody badań wyrobów dodatkowych do wznoszenia murów. Część 9: Określenie nośności na zginanie i ścinanie belek nadprożowych 3. PN-B-03002:1999 Konstrukcje murowe niezbrojone. Projektowanie i obliczanie 4. PN-B-03340:1999 Konstrukcje murowe zbrojone. Projektowanie i obliczanie 5. PN-EN 771-2:2004 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 2: Elementy murowe silikatowe 6. PN-EN 845-2:2004 Specyfikacja wyrobów dodatkowych do murów. Część 2: Nadproża 7. PN-EN 998-2:2003 Wymagania dotyczące zapraw do murów. Część 2: Zaprawa murarska 8. B. Lewicki Komentarz do PN-B-03002:1999, ITB, Warszawa 2002 ANB PROJEKT Andrzej Bociąga 25