KONSTRUOWANIE MURÓW WEDŁUG PN-EN 1996-1-1. Dr inż. Radosław Jasiński Politechnika Śląska 1. Wstęp Wymagania dotyczące konstrowania mrów zawarto w rozdziale 8 zasadniczej części Erokod 6 PN-EN 1996-1-1:2010, w części drgiej PN-EN 1996-2:2010 poświęconej doborowi materiałów i wykonywania mrów, a szczególne zasady konstrowania w wypadk oddziaływań pożarowych znajdją się w normie PN-EN 1996-1-2:2010. Podane w normach zalecenia projektowe w zakresie sprawdzania stanów granicznych nośności ULS i żytkowalności SLS obowiązją jedynie, gdy mr spełnia odpowiednie wymagania konstrkcyjne. W związk z tym, wszelkie zalecenia i wymagania konstrkcyjne powinny być traktowane jako równorzędne z zaleceniami dotyczącymi prowadzenia obliczeń. W niniejszym artykle przedstawiono stalenia normowe w zakresie konstrowania mrów niezbrojonych. Zalecenia w zakresie konstrowania zbrojenia, połączeń między ścianami oraz wykonywania brzd i wnęk w ścianach, a także wykonywania mrów warstwowych podane zostaną w kolejnych pblikacjach. 2. Materiały do wznoszenia mrów Do wznoszenia konstrkcji zaleca się stosować elementy mrowe odpowiednie do danego rodzaj mr, ich miejscowienia i wymaganej trwałości. Zaprawa, beton wypełniający i zbrojenie powinny być odpowiednie do typ elementów mrowych i wymagań dotyczących trwałości. Wymaga się, aby w mrach zbrojonych pręty były kładane w zaprawie o wytrzymałości co najmniej 4 MPa, a w mrach z prefabrykowanym zbrojeniem do spoin wspornych, powinno być ono kładane w zaprawie o wytrzymałości nie mniejszej niż 2 MPa. Wcześniejsze polskie normy PN- B-03002:2007podobnie jak i PN-B-03002:1999, przyjęła takie same wymagania dotyczące stosowania elementów mrowych. Wcześniejsza norma projektowania konstrkcji zbrojonych PN-B-03340:1999 bazjąca na projekcie Erokod wymagała także, aby do wykonywania mrowych konstrkcji zbrojonych stosować zaprawę cementową lb cementowo-wapienną o wytrzymałości charakterystycznej na ściskanie nie mniejszej niż 5 MPa, a więc wytrzymałości wyższej niż zalecanej w PN- B-03002:1987, w której dopszczano stosowanie zaprawy klasy nie niższej niż M3. 3. Grbość i przekrój poprzeczny ścian Minimalna grbość ścian (t min ) powinna być dobierana na podstawie obliczeń wykonywanych zgodnie z zaleceniami normowymi tak aby spełnione zostały warnki stateczności konstrkcji. Wedłg polskiego załącznika Krajowego EC 6 przyjmje się minimalną grbość ścian t min konstrkcyjnych z mr o wytrzymałości ƒ k 5 MPa równą co najmniej 100 mm. Przy mniejszych wytrzymałościach mr, gdy ƒ k < 5 MPa minimalna grbość ścian nie powinna być mniejsza niż 150 mm. Minimalna grbość ścian sztywniających powinna wynosić 180 mm. Przyjęte zalecania zostały w niezmienionej formie przetransponowane z normy PN-B-03002:2007.
Wedłg EC 6, minimalny przekrój poprzecznej ściany nośnej netto (po względnieni wszystkich brzd i wnęk) nie powinien być mniejszy niż 0,04m 2. Ograniczenia tego rodzaj nie zawierały polskie normy PN-B-03002:1999 i PN-B- 03002:2007 oraz inne normy eropejskie i amerykańskie. Pole powierzchni przekroj poprzecznego mr, jak wykazją badania, jest istotnym czynnikiem wpływającym na wytrzymałość na ściskanie i ścinanie. W mrach o małych przekrojach takich jak filary i słpy obecność spoiny podłżnej może w znacznym stopni ograniczać wytrzymałość na ściskanie. Fakt ten został względniony w normach EC-6 i normie krajowej PN-B-03002:2007 przez zastosowanie współczynnika η=0,8 zmniejszającego wytrzymałość mr na ściskanie w przypadk mrów ze spoiną podłżną. W poprzednich edycjach polskich norm znalazły się dodatkowe zalecania dotyczące mrów o pol powierzchni przekroj poprzecznego mniejszym niż 0,30 m 2. Zalecano, aby wytrzymałość obliczeniową mr dodatkowo dzielić przez współczynnik η A o wartościach, jak podano poniżej w tablicy 1. W takiej też formie zalecania te zostały wprowadzone do załącznika Krajowego EC-6, przy czym współczynnik oznaczono jako γ Rd. Wartości podane w poniższej tablicy sgerją pośrednio, że w przeszłości nie zalecane było wykonywanie mrów o przekroj poprzecznym mniejszym niż 0,09m 2, a więc ponad dwkrotnie większym niż ograniczenie zawarte w normie EC-6. Tablica 1. Wartości współczynnika redkjącego wytrzymałość na ściskanie Pole przekroj poprzecznego mr (m 2 ) 0,05-0,09 0,12 0,20 0,30 η A wg PN-B-03002:1999, PN-B-03002:2007 γ Rd wg tablicy NA.2 PN-EN 1996-1-1:2010 2,00 1,43 1,25 1,00 Zalecenia powyższe zawarte były również w normie PN-B-03002:1987 w znacznie bardziej rozbdowanej formie. Redkcji wytrzymałości na ściskanie dokonywano przy pomocy częściowego współczynnika bezpieczeństwa γ m1 zależnego od rodzaj elementów mrowych. W podstawowym tekście EC-6 informacje o redkcji wytrzymałości na ściskanie mr zawarto w pkt. 6.1.2.1 (3) dotyczącym obliczania ścian obciążonych głównie pionowo. W wypadk ścian o pol powierzchni poprzecznego przekroj mniejszym od 0,1 m 2 obliczeniową wytrzymałość na ściskanie f d należy zredkować stosjąc mnożnik (0,70 + 0,3A) gdzie: A pole powierzchni poprzecznego przekroj poprzecznego ściany lb słpa (wyrażoną w m 2 ). 4. Przewiązanie mr O mrze jako konstrkcji bdowlanej możemy mówić wówczas, gdy elementy mrowe zostały łożone w odpowiedni sposób i połączone zaprawą mrarską. To odpowiednie łożenie elementów mrowych, możliwiające bezpieczne przenoszenie obciążeń i ich wzajemną współpracę nosi nazwę wiązania mrarskiego. Jak dowodzą nieliczne badania przeprowadzone w tym zakresie rodzaj wiązania elementów mrowych wpływa przede wszystkim na wytrzymałość mr na ściskanie. Zagadnienie przewiązania mr jest na tyle istotne, że zostało
znormalizowane w postaci pewnych wymagań szczegółowych we wszystkich przepisach normowych. W EC-6 zaleca się, aby elementy mrowe były odpowiednio wzajemnie przewiązane, a spoiny były wypełnione zaprawą zgodnie ze sprawdzoną praktyką. Elementy mrowe prefabrykowane Na rys. 1 pokazano wymagane wielkości zakładów prefabrykowanych elementów mrowych, które należy zrealizować stosjąc przycinanie elementów mrowych. W mrach niezbrojonych elementy mrowe o wysokości mniejszej lb równej 250 mm powinny zachodzić na siebie na dłgości co najmniej 0,4 wysokości element mrowego lb 40 mm, decydje wartość większa. W wypadk elementów o wysokości większej niż 250 mm, zakład powinien być większy od 0,2 wysokości element lb 100 mm. W narożach i na skrzyżowaniach ścian zyskanie zakład o dłgości pokazanej na rys. 1 może być niemożliwe do zrealizowania, w związk z tym dopszcza się odstępstwo od tej regły i zastosowanie zakład o dłgości nie mniejszej od wysokości element mrowego. Ze względ na ograniczenie odkształceń zaprawy w spoinach wspornych przy życi zbrojenia dopszcza się stosowanie przewiązania nie spełniającego wymagań normowych. Odstępstwo takie powinno być zweryfikowane badaniami. W normie PN-B-03002:2007 przyjęto jedynie wymagania dotyczące przewiązania elementów mrowych, podane na rys. 1. Nie dopszczono, co jest wyraźnym niedopatrzeniem, możliwości odstępstwa od tych zasad w sytacji stosowania w mrach zbrojenia do spoin wspornych. W efekcie niemożliwiono wykonywanie ścian nośnych (w tym i samonośnych ścian osłonowych) z ortogonalnym kładem spoin nieprzewiązanych. gdy 0, 4h 0, 2h h 250 mm max, gdy h > 250 mm max 40 mm 100 mm Rys. 1. Zakład prefabrykowanych elementów mrowych Niemieckie zalecenia wymagały, aby wielkość zakład elementów mrowych nie była mniejsza niż 0,4h lb 45mm. W przepisach amerykańskich wymaga się, żeby wielkości przesnięcia względem siebie elementów mrowych w kolejnych warstwach (bez względ na rodzaj żytych elementów mrowych) były nie mniejsze niż ¼ dłgości element mrowego (przy różnej dłgości elementach w sąsiednich warstwach miarodajna jest dłgość krótszego z elementów). Jest to więc podejście inne niż przyjęte w Eropie, gdzie wielkość minimalnego zakład elementów zależniona jest od wysokości elementów mrowych, a nie od ich dłgości. Wycofana w 2005 rok Polska norma PN-B-10020:1968 Roboty mrowe z cegły. Warnki i badania techniczne przy odbiorze zalecała aby w wypadk mrów z cegieł stosować tradycyjne kłady cegieł w których spoiny pionowe w kolejnych warstwach poziomych mr powinny mijać się co najmniej o 60 mm. Dopszczalne było również stosowanie wiązań wielorzędowych w których przesnięcia spoin pionowych występowało w każdej czwartej lb szóstej warstwie poziomej. Mry z elementów większych gabarytów zalecano wykonywać w systemie wiązań tradycyjnych.
Elementy z kamienia natralnego Przylegające elementy z kamienia natralnego powinny zachodzić na siebie na odległość równą co najmniej 0,25 wymiar mniejszego z elementów i co najmniej na 40 mm, chyba że zostały przyjęte inne zależności zapewniające zyskanie wymaganej wytrzymałości mr rys. 2. Natomiast gdy elementy mrowe nie sięgają na całą grbość ściany, ich przewiązanie z elementów o dłgości równej 0,6 do 0,7 grbości ściany powinno być wykonane w rozstawie nie większym niż 1 m, zarówno w pionie, jak i w poziomie. Tego typ elementy mrowe powinny mieć wysokość nie mniejszą niż 0,3 ich dłgości. 5. Spoiny w mrze { l ; } 0, 25min h max. 40 mm Rys. 5.10. Zakład kamiennych elementów mrowych W zależności od zorientowania położenia w mrze rozróżnia się spoiny wsporne, które najczęściej są poziome, ale EC-6 dopszcza także spoiny wsporne pochylone, spoiny czołowe oraz spoiny podłżne (rys.3). Grbość spoin wspornych lb raczej proporcje grbości element mrowego i grbości spoin wspornych w dość znaczący sposób wpływa na parametry mechaniczne mr. Zwiększenie lb zaniżenie grbości spoin znacznie zmniejsza wytrzymałość mr na ściskanie, należy więc mieć na wadze, że wszelkie znaczące odstępstwa, na etapie wykonawstwa, od zalecanych grbości spoin prowadzi do obniżenia parametrów mechanicznych mr. W odniesieni do spoin wspornych i spoin pionowych wykonanych przy życi zapraw zwykłych oraz zapraw lekkich EC-6 zaleca, aby ich grbość była nie mniejsza niż 6 mm i nie większa niż 15 mm. Natomiast grbość spoin wspornych i pionowych wykonanych z zaprawy do cienkich spoin powinna być mniejsza niż 0,5 mm i nie większa niż 3 mm. Mry z zastosowaniem zapraw zwykłych można wykonywać ze spoinami o grbości 3 mm do 6 mm, jeżeli receptra zapraw została specjalnie opracowana do takich zastosowań. Dodatkowo przyjęto, że gdy elementy mrowe są tego typ, że zaprawa znajdje się w pstych przestrzeniach między nimi, spoiny pionowe można ważać za wypełnione jeśli zaprawa jest na całej szerokości spoiny na szerokości powyżej 40% wysokości element mrowego. W mrach zbrojonych poddanych zginani i ścinani, powinny być całkowicie wypełnione zaprawą. W rozdziale poświęconym wymaganiom konstrkcyjnym nie podano stosownych zaleceń dotyczących spoin pasmowych, które należy względnić w modelach analitycznych. Z zapisów zawartych w rozdziale dotyczącym wytrzymałości mr wynika jednak, że szerokość każdego paska spoiny g i nie powinna być mniejsza niż 30 mm, a stosnek smy szerokości spoin i grbości mr nie jest mniejszy niż g/t 0,4. Przy takich parametrach EC-6 zezwala określać wytrzymałości na ściskanie i ścinanie mr.
Rys. 3. Rodzaje spoin w mrze 1 element mrowy, 2 pełna spoina wsporna zwykłą lb cienka, 3 pasmowa spoina wsporna o całkowitej szerokości g = g 1 +g 2 +g 3, 4 częściowo wypełniona spoina pionowa, 5 wypełniona spoina pionowa, 6 psta spoina pionowa W poprzednich edycjach polskich norm PN-B-03002:1999 i PN-B-03002:2007 przyjęto, że grbość spoin poziomych (wspornych) i pionowych wykonywanych z życiem zapraw zwykłych i lekkich była nie mniejsza niż 8mm i nie większa niż 15mm. Pozostałe zalecenia przyjęto identyczne z zawartymi w EC6. Wcześniejsza norma krajowa PN-B-03002:1987 nie precyzowała zakres grbości spoin w mrze. 6. Dłgość oparcia siły skpionej Norma EC 6 podaje, że obciążenia skpione powinny być przekazywane na ścianę na minimalnej dłgości 90 mm lb takim odcink, jaki jest wymagany z obliczeń. Prowadząc obliczenia wg pkt. 6.1.3 normy EC-6 wykazać należy, że naprężenia w strefie docisk (bezpośredniej strefie pod przyłożony obciążeniem skpionym) nie przekroczyły wytrzymałości mr na ściskanie. W bezpośrednim obszarze pod działającym obciążeniem skpionym wytrzymałość na ściskanie mr jest większa niż w pozostałych przypadkach obciążenia wywołjącego jednoosiowe naprężenia ściskające, dlatego w tym wypadk stosje się współczynnik zwiększający względniający trójosiowy stan naprężeń w tym rejonie. DETAILING OF MASONRY STRUCTURES WITH ACCORDANCE TO THE PN-EN 1996-1-1 Recommendations given in the standards for checking the design ltimate limit state ULS and serviceability limit state SLS only apply if the design meets the design reqirements. Therefore, all recommendations and design reqirements to be considered as eqivalent to the recommendations for condcting calclations. This paper presents the reqirements of Eropean standard EC 6 in materials for masonry, minimm thickness and area of wall, and bonding of masonry and joints in the wall of the recommendations contained in the Polish National Annex.