Microsoft PowerPoint - O proracunu zidanih konstrukcija_2.ppt

Транскрипт

1 ZIDANE ZGRADE PROJEKTIRANJE I PRORAČUN BORIS TROGRLIĆ Doc. dr. sc. / dipl.ing.građ. / boris.trogrlic@gradst.hr SVEUČILIŠTE U SPLITU FAKULTET GRAĐEVINARSTVA, ARHITEKTURE I GEODEZIJE Split, str. 1/36

2 ZAKON O PROSTORNOM UREĐENJU I GRADNJI (Nar.nov. br. 76/07) Članak 19. (1) Tehničkim propisima se u skladu s načelima europskog usklađivanja tehničkog zakonodavstva razrađuju, odnosno određuju bitni zahtjevi za građevinu, tehnička svojstva koja moraju imati građevni proizvodi i drugi tehnički zahtjevi u vezi s građevinama i njihovim građenjem. (2) Tehničke propise donosi ministar. (3) Tehnički propisi objavljuju se u»narodnim novinama«. TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) HRN ENV 1991 Eurokod 1: Osnove projektiranja i djelovanja na konstrukcije HRN ENV 1996 Eurokod 6: Projektiranje zidanih konstrukcija HRN ENV 1998 Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija otpornih na potres HRN ENV 1992 Eurokod 2: Projektiranje betonskih konstrukcija HRN ENV 1997 Eurokod 7: Geotehničko projektiranje + NAD (Nacionalni dodatak) ENV EN str. 2/36

3 ZIĐE, ZIDNI BLOKOVI, MORTOVI ZIĐE Građevinski kompozit koji nastaje naizmjeničnim polaganjem zidnih elemenata (blokova) između nekog vezivnog materijala (morta, ljepila). VRSTE ZIDNIH ELEMENATA Opečni MORTOVI Opće namjene (cementni, produžni ); obična opeka Kalcijsko-silikatni Porobetonski Tankoslojni mort (ljepilo, oko 3 mm debljine) brušena opeka, porobet. blok Betonski (od gustog i laganog agregata) Od prirodnog i umjetnog kamena Poliuretanski adhezivi (brušena opeka) Lagani mort (poboljšana toplinska svojstva) str. 3/36

4 VRSTE ZIĐA - ZIDANI ZIDOVI NEARMIRANO ZIĐE ARMIRANO ZIĐE OMEĐENO ZIĐE PREDNAPETO ZIĐE ZIDNI SUSTAVI str. 4/36

5 ODREĐIVANJE MEHANIČKIH SVOJSTAVA ZIĐA - ISPITIVANJEM BLOK I MORT SU U MEĐUDJELOVANJU PREKO VIŠEOSNOG STANJA NAPREZANJA OVISNOST ČVRSTOĆE ZIĐA O KUTU GLAVNIH TLAČNIH NAPREZANJA str. 5/36

6 OSNOVNA MEHANIČKA SVOJSTVA ZIĐA TLAČNA ČVRSTOĆA f k =K f bα f β m (f b, f k = tlačna čvrstoća bloka, morta) VLAČNA ČVRSTOĆA?, 0.0 POSMIČNA ČVRSTOĆA f vk = f vk, σ d (ispunjene vert. fuge) f vk = 0.5f vk, σ d (bez ispunjavanja vert. fuga) f vk,0 = posm. čvrt. bez predtlačnog naprezanja σ d = normalno tlačno naprezanje MODUL ELASTIČNOSTI (E), MODUL POSMIKA (G) E 1000 f k (f k =karakteristična tlačna čvrstoća ziđa) G E/6 ČVRSTOĆA PRI SAVIJANJU f xd = tablično str. 6/36

7 ODREĐIVANJE MEHANIČKIH SVOJSTAVA ZIĐA - ISPITIVANJEM ISPITIVANJE TLAČNE ČVRSTOĆE ZIĐA ISPITIVANJE POSMIČNE ČVRSTOĆE ZIĐA f vk0 =0.0 f vk0 =const. f vk0 =f vk0 (N Sd ) ISPITIVANJE POSMIČNE ČVRSTOĆE ZIĐA IN SITU (povijesne građevine) str. 7/36

8 DOKAZI NOSIVOSTI JEDNOSTAVNI MODELI Zidani zid - u većini slučajeva plošni, a ne štapni element. str. 8/36

9 DOKAZI NOSIVOSTI JEDNOSTAVNI MODELI EN 1996: 6.9.2(1) Kod provjere omeđenih zidova opterećenih savijanjem i/ili uzdužnim opterećenjem treba usvojiti pretpostavke za armirano ziđe. U tlačnim se područjima blok tlačnog naprezanja treba temeljiti samo na čvrstoći ziđa. Tlačnu armaturu također treba zanemariti. :-/ EN 1996: 6.9.2(2) Kod provjere omeđenih zidova opterećenih poprečnim silama, nosivost zida se računa kao zbroj nosivosti ziđa i betonskog dijela serklaža... (zanemariti armaturu) (slobodan prijevod) ab serklaž N Sd ziđe ab serklaž ab serklaž V Rd2 xy,max V Rd1 xy,min V Rd2 M Sd ziđe ab serklaž N Rd,c N Rd,m N Rd,c A f s yd F m N Rd,c str. 9/36

10 ODREĐIVANJE MEHANIČKIH SVOJSTAVA ZIĐA - ISPITIVANJEM POROTHERM PROFI opeka i DRYFIX.extra ljepilo str. 10/36

11 DOKAZI NOSIVOSTI JEDNOSTAVNI MODELI UČINCI VERTIKALNOG DJELOVANJA - PRORAČUN ZIDA NA VERTIKALNO DJELOVANJE N Rd = Φ f γ k M t l [ kn ] N Rd = Φ f γ k M t [ kn m] Za efektivnu visinu zida: h ef = h*ρ = 280 cm i debljinu zida: t=30 cm Φ ili debljinu zida: t=25 cm Φ str. 11/36

12 DOKAZI NOSIVOSTI JEDNOSTAVNI MODELI NOSIVOST ZIDA NA POPREČNU SILU NA KONTAKTU ZID TEMELJ str. 12/36

13 OSLONAČKE REAKCIJE PLOČE (RAČUNSKA DJELOVANJA PO ZIDOVIMA) 100% 92% 34% str. 13/36

14 POLOŽAJ VERTIKALNIH SERKLAŽA SLIJEDI ZAHTJEVE VERTIKALNOG OPTEREĆENJA Nearmirano ziđe Ziđe omeđeno vertikalnim serklažima Ziđe omeđeno vertikalnim i horizontalnim serklažima str. 14/36

15 DOKAZ NOSIVOSTI ZIDA NA VERTIKALNO DJELOVANJE Računska nosivost na vertikalno opterećenje: N Rd = f k t Φ i,m / γ M > N Sd faktor smanjenja za vitkost i eksc. debljina zida parcijalni koef.sig. za materijale karakteristična tlačna čvrstoća ziđa f k = K f bα f m β [N/mm 2 ] Unutarnji zidovi: Faktor smanjenja za vitkost i ekscentričnost (Φ i ), EN Vanjski zidovi: Φ Φ s s = h = t l f,ef 0.85 ef ef 2 Približno - za efektivnu visinu zida: i debljinu zida: ili debljinu zida: h ef = h*ρ = 280 cm t=30 cm Φ t=25 cm Φ str. 15/36

16 DOKAZ NOSIVOSTI ZIDA NA VERTIKALNO DJELOVANJE PRIMJER - Nosivost zida na vertikalno djelovanje 1/ Tlačna čvrstoća ziđa: zidni blok: POROTHERM 30 S P+E grupa blokova: 2a, K=0.55 normalizirana tlačna čvrstoća bloka: f b = 11.5 MPa mort opće namjene M5 (ili toplinski mort: POROTHERM TM50) karakteristična tlačna čvrstoća: f k = K f b 0.65 f m 0.25 Tlačna čvrstoća ziđa: f k = = 4.0 MPa 30 cm 6.0 m g,q 2/ Nosivost zida na vertikalno djelovanje: karakteristična tlačna čvrstoća: f k = 4.0 MPa faktor smanjenja za vitkost i ekscentričnost: Φ = 0.75 debljina zida: t=30 cm parcijalni koeficijent sigurnosti za materijale: γ M = 2.2 (I. ktg. kont. proizvodnje, B ktg. kontrole izvedbe) nosivost zida na vertikalno djelovanje: N Rd = Φ f k t / γ M Nosivost zida na vertikalno djelovanje: N Rd = ( / 2.2) 1000 = 409 kn/m Npr. Za g Sd +q Sd =13 kn/m 2 (uključivo vlastita težina zida) i utjecajnu duljinu djelovanja L=6 m, zid ima nosivost za najmanje 5 etaža cm 6.0 m 6.0 m 6.0 m 6.0 m 30 cm g,q g,q g,q g,q str. 16/36

17 DOKAZ NOSIVOSTI ZIDA NA VERTIKALNO DJELOVANJE PRIMJER Proračun na koncentrirano djelovanje horizontalni serklaž! str. 17/36

18 DJELOVANJE POTRESA str. 18/36

19 DJELOVANJE POTRESA Računski spektri za IX. zonu (a g =3.0 m/s 2 ): PRAVILNIK1981 (K s =0.10=1.0 m/s 2 ); TPBK2005 (K s =0.10=1.0 m/s 2 ) HRN ENV 1998 (a g =3.0 m/s 2 ); EN 1998 (a g =3.0 m/s 2 ) PRAVILNIK1981 stambena zgrada (Ko=1.0) zidana konstrukcija (Kp=1.6) tlo: I. ktg TPBK2005 (priznata pravila) stambena zgrada (Ko=1.5) zidana konstrukcija (Kp=2.4) tlo: I. ktg HRN ENV 1998 stambena zgrada zidana konstrukcija - omeđeno ziđe faktor ponašanja q=2.0 tlo: A EN 1998 stambena zgrada zidana konstrukcija - omeđeno ziđe faktor ponašanja q=2.0 tlo: A S d (T) [m/s 2 ] T1 < 0.5 sec Pojednostavljeni modalni proračun (za jednostavne zgrade dominira 1. mod) F b =S d (T 1 ) m λ /1.60= T [s] 4.0 str. 19/36

20 DJELOVANJE POTRESA N Sd V Sd M Sd str. 20/36

21 DJELOVANJE POTRESA PRIMJER PRORAČUNA ZIDOVA NA DJELOVANJE POTRESA Početna krutost zida bez otvora: K e = GA G 1.2h 1 + α E h L 2 Primjer: E = modul elastičnosti: 1000f k ili 4700 f k G = modul posmika (G E/6) t = debljina zida h = svjetla visina zida L = duljina zida A = površina zida (A=t L) α = proračunski koeficijent za punu upetost na gornjem i donjem katu α = 0.83 za konzolni zid α = 3.33 Početna krutost zida s otvorima za prozore: K e,otv. = K e k 1 k 1 t ΣL = i A ΣL i = zbroj duljina svih otvora u zidu A = površina zida (A=t L) Ostali utjecaji na početnu krutost: - vertikalni serklaži - savojna krutost međukatnih konstrukcija - zidovi na kraju promatranog zida (I-presjek, T-presjek) - omeđenje otvora... str. 21/36

22 DJELOVANJE POTRESA NOSIVOST NA BOČNO OPTEREĆENJE - MEHANIZMI SLOMA NOSIVIH ZIDOVA IZVAN RAVNINE ZIDA D Ayala&Speranza str. 22/36

23 DJELOVANJE POTRESA NOSIVOST NA BOČNO OPTEREĆENJE - MEHANIZMI SLOMA NOSIVIH ZIDOVA IZVAN RAVNINE ZIDA Pretpostavke proračuna omeđenih zidova (EN ):... u izračunu nosivosti na bočna djelovanja, uzima se u obzir savojna čvrstoća ziđa i serklaža (s armaturom) Slom ziđa paralelno sa sljubnicama Slom ziđa okomito na sljubnice str. 23/36

24 DJELOVANJE POTRESA NOSIVOST NA BOČNO OPTEREĆENJE PREGRADNI ZIDOVI Nosivi zidovi Pregradni zidovi privremeno rješenje slojevi poda Fiksna oprema na zidu L profili, i sl. Sekundarne (nenosive) konstrukcije -> str. 24/36

25 TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) HRN ENV 1991 Eurokod 1: Osnove projektiranja i djelovanja na konstrukcije HRN ENV 1996 Eurokod 6: Projektiranje zidanih konstrukcija HRN ENV 1998 Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija otpornih na potres HRN ENV 1992 Eurokod 2: Projektiranje betonskih konstrukcija HRN ENV 1997 Eurokod 7: Geotehničko projektiranje Okviri ispunjeni ziđem. Članak 19. (1) Nije dopušteno projektiranje konzola upetih u ziđe zidane konstrukcije. (2) Nije dopušteno projektiranje zidanih konstrukcija kojima se zidovi iste etaže izvode od raznovrsnih zidnih elemenata ili kao zidovi druge vrste ili sustava konstrukcije. Kombinacija okvir+ziđe. Kombinacija a-b zid+ziđe. q 5.0 q q 4.0 q Različita dinamička svojstva (beton/ziđe, niski zidovi/visoki zidovi)? str. 25/36

26 TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) Fleksibilna etaža. Članak 19. (3) Nije dopušteno projektiranje zidanih konstrukcija u kojima su pojedine etaže izvedene kao konstrukcije druge vrste (betonske, čelične i dr.) odnosno konstrukcije drugog sustava (okvirne i dr.). Potrebno je osigurati nosivost i stabilnost fleksibilne etaže (4) Iznimno od stavka 3. ovoga članka dopušteno je projektiranje zidanih konstrukcija kod kojih su temelji i jedna etaža iznad temelja, u vertikalnom kontinuitetu, projektirane kao betonska konstrukcija od betonskih zidova i ploča na koju se nastavlja zidana konstrukcija. str. 26/36

27 IZBOR PRORAČUNSKIH POSTUPAKA Model 0: Pojednostavljeni proračunski postupci (EN ) ili (dodatak A, do 3 kata) + Pravila za "jednostavne zidane zgrade" (EN , točka 9.7) Vertikalno djelovanje Model 1: Projektiranje zidanih konstrukcija (EN ) + Projektiranje konstrukcija otpornih na potres (EN ) N Sd, V Sd, M Sd Model 2: Projektiranje zidanih konstrukcija (EN ) + Okviri ispunjeni ziđem (EN ) Potres Potres - uvrtanje str. 27/36

28 IZBOR PRORAČUNSKIH POSTUPAKA METODA NAGURAVANJA PUSH OVER TEHNIKE HOMOGENIZACIJE (METODA KONAČNIH ELEMENATA FEM) NELINEARNI MODELI (METODA KONAČNIH ELEMENATA FEM) METODA DISKRETNIH ELEMENATA (Discrete element method) Numerička metoda za proračun gibanja velikog broja dijelova (zasebnih elemenata). Moguće uključiti: - trenje - kontakt (plastičan sraz) numerički model ziđa AmQuake str. 28/36

29 POŽARNA OTPORNOST TEHNIČKI PROPIS ZA ZIDANE KONSTRUKCIJE (NN 01/07) Članak 16. (1) Mehanička otpornost i stabilnost, te otpornost građevine na požarna djelovanja dokazuju se u glavnom projektu proračunima graničnog stanja nosivosti i graničnog stanja uporabljivosti zidane konstrukcije za predvidiva djelovanja i utjecaje na građevinu. Postupci proračuna (dokaza otpornosti, EN ): - ispitivanjem - tabelarno -proračunom elementa konstrukcije -proračunom dijela konstrukcije -proračunom cijele konstrukcije. Kriteriji (EN ): R Očuvanje nosivosti tijekom određenog vremena (t fi,d =15/20/30/45/60/90/120/180/240/360 min) I Ograničenje temperature na požaru neizloženoj plohi: 140 o C (srednja); 180 o C (najveća) E Spriječenost prolaza plamena i vrućih plinova M Nosivost na koncentriranu horizontalnu silu (u kombinaciji s R, I ili E) str. 29/36

30 OSNOVNE PREPORUKE ZA DOBAR KONCEPT ZIDANE ZGRADE Omjer vertikalne (G,Q) i horizontalne sile (S,W), temeljenje - Zidove koji dominantno preuzimaju horizontalna djelovanja potrebno je opteretiti vertikalnim djelovanjima (uz posebnu kontrolu tlačnih naprezanja) - Temelje povezati, pogotovu u smjeru pružanja zidova koji preuzimaju horizontalna djelovanja, s ciljem aktiviranja što većeg vertikalnog (stabilizirajućeg ) djelovanja. U tom slučaju je važna i savojna krutost nadtemeljnih zidova. - Širinu temelja odabrati s ciljem ujednačavanja kontaktnih naprezanja, što osigurava jednakost slijeganja na terenu jednolikih mehaničkih (deformacijskih) svojstava. M stabilizirajući =(G,Q)*L/2 M detabilizirajući =(S,W)*h - Zbog velike krutosti u ziđu se za male vrijednosti slijeganja razvijaju velike sile, međutim zbog male vlačne čvrstoće se brzo razvijaju pukotine. str. 30/36

31 OSNOVNE PREPORUKE ZA DOBAR KONCEPT ZIDANE ZGRADE Bez obzira na proračunske metode fleksibilna prizemlja...osigurati im odgovarajuću nosivost Nastojati umanjiti efekte uvrtanja... str. 31/36

32 OSNOVNE PREPORUKE ZA DOBAR KONCEPT ZIDANE ZGRADE Bez obzira na proračunske metode, u zidanim konstrukcijama izbjegavati: diskontinuitete krutosti izmještanje ukrućujućih zidova visokostjene nosače Nastojati postići pravilnost u horizontalnom smislu oslanjenje zidova na savojno deformabilne elemente oslabljivanje nosivih zidova vođenjem instalacija Nastojati izravno i jasno voditi vertikalne sile str. 32/36

33 VAŽNA JE SURADNJA Arhitektonsko projektiranje Konstruktersko projektiranje Projektiranje konstrukcije sukladno zahtjevima: mehaničke otpornosti i stabilnosti funkcionalnim i estetskim. Temeljeno na znanju i iskustvu konstrukterki/konstruktera i suradnji s arhitekticama/arhitektima. Proračun konstrukcije: Tehnički propis za zidane konstrukcije Norme: - EN NAD - EN NAD - EN NAD - EN NAD...proračunski modeli, dokazi, dimenzioniranja,.. Arhitektura: funkcionalnost/estetika/usklađenost Idejni projekt, Glavni projekt Konstrukcija: 1/ projektiranje nosive konstrukcije 2/ proračun nosive konstrukcije str. 33/36

34 LITERATURA - Aničić, D.; Fajfar, P.; Petrović, B.;Szavitz-Nossan A.; Tomaževič, M.: ZEMLJOTRESNO INŽENJERSTVO VISOKOGRADNJA, Građevinska knjiga, Beograd Tomažević, M.: EARTHQUAKE-RESISTANT DESIGN OF MASONRY BUILDINGS, Imperial College Press, London, Sorić, Z.: ZIDANE KONSTRUKCIJE I, 2. prošireno izdanje, Udžbenici Sveučilišta u Zagrebu, Zagreb, Radić, J. i suradnici: ZIDANE KONSTRUKCIJE 1, Priručnik, Hrvatska sveučilišna naklada, Zagreb, HRN ENV 1996: Eurokod 6: Projektiranje zidanih konstrukcija - HRN ENV 1998: Eurokod 8: Projektiranje konstrukcija otpornih na potres - Trogrlić, B: ZIDANE KONSTRUKCIJE, Skripta, Građevinsko-arhitektonski fakultet u Splitu, Split, str. 34/36