NOŚNOŚĆ I ODKSZTAŁCALNOŚĆ ŚCISKANYCH MURÓW Z BETONU KOMÓRKOWEGO SKRĘPOWANYCH KONSTRUKCJĄ ŻELBETOWĄ

Nośność i odkształcalność ściskanych murów z betonu komórkowego skrępowanych konstrukcją żelbetową

Wstęp

Murowane ściany nośne nie występują tylko w podstawowej formie – jako konstrukcje wykonane z elementów murowych powiązanych zaprawą murarską. Są wznoszone również w postaci ścian wypełniających konstrukcję żelbetową lub tzw. ścian skrępowanych. W przypadku ścian wypełniających konstrukcja żelbetowa jest wykonana jako pierwsza (mogą to być elementy żelbetowe wylewane na budowie lub elementy żelbetowe prefabrykowane), natomiast w murach skrępowanych najpierw wznosi się murowaną ścianę, a następnie w płaszczyźnie ściany betonuje się rdzenie i rygle. Różna kolejność wykonania powoduje, że oba te układy konstrukcyjnie zupełnie inaczej pracują. W przypadku muru wypełniającego pomiędzy konstrukcją żelbetową a murem zawsze występują luzy, co oznacza, że konstrukcja murowa zaczyna pracować dopiero po deformacji konstrukcji żelbetowej albo murowej. W przypadku muru skrępowanego ułożenie mieszanki betonowej wokół ściany skutkuje w murze wprowadzeniem dodatkowych sił ściskających w wyniku wystąpienia zjawiska skurczu betonu. W efekcie uzyskuje się mur, który jest skrępowany konstrukcją żelbetową. Takim murom właśnie jest poświęcona niniejsza książka.

Celem niniejszej książki jest określenie wpływu skrępowania na nośność i odkształcalność muru wykonanego z autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK) poddanego ściskaniu.
Zakres obejmuje przeprowadzenie przeglądu stanu wiedzy na temat murowanych ścian podanych ściskaniu, wykonanie laboratoryjnych badań murów wzniesionych z autoklawizowanego betonu komórkowego oraz opracowanie modeli numerycznych i modeli analitycznych badanych murów skrępowanych.

W wielu krajach budynki z murami skrępowanymi wykonuje się na terenach oddziaływań sejsmicznych. W literaturze znaleźć można wiele zaleceń konstrukcyjnych wywodzących się z tradycji budowania na terenach takich oddziaływań oraz opis stosowanych modeli obliczeniowych. Dostępne w literaturze modele obliczeniowe nie pozwalają jednak określić nośności ścian obciążonych monotonicznie. Stąd w zakres niniejszej pracy wchodzi również próba zdefiniowania propozycji modelu obliczeniowego do wyznaczania nośności murów skrępowanych.

Skrępowanie muru jest jednym ze sposobów lepszego wykorzystania właściwości murów z autoklawizowanego betonu komórkowego i stosowania go w bardziej wymagających konstrukcjach. Wytrzymałości na ściskanie elementów murowych z betonu komórkowego, w porównaniu do innych materiałów murowych, są dużo mniejsze. W praktyce wielu projektantów w swoich opracowaniach przyjmuje rozwiązania dla nich najbardziej bezpieczne, bez wykonywania niezbędnych obliczeń i sprawdzeń przyjmując materiały o największej wytrzymałości na ściskanie. Niniejsza książka dotyczy możliwości optymalnego wykorzystania parametrów materiałowych autoklawizowanego betonu komórkowego.

Spis treści

O Autorze   7
Wykaz najważniejszych oznaczeń   8
Wstęp   13

1. Aktualny stan wiedzy   15
1.1. Idea muru skrępowanego   15
1.2. Rozwój konstrukcji murowych oraz praktyczne sposoby wykorzystania murów skrępowanych   16
1.3. Mury skrępowane jako sposób budowania na trudnych terenach   16
1.4. Wyniki badań skrępowanych modeli poddanych ściskaniu   22
Badania kanadyjskie   22
Badania Iernutan i Babota   23
Badania Da Porto, Mosele i Modena   24
1.5. Analizy obliczeniowe murów skrępowanych   26
Modele prętowe (Strut and Tie)   26
Modele bazujące na analizie równowagi sił w przekroju   34
Zalecenia instrukcji i norm   38
Ustalenia przyjęte w projektach Eurokod 6   43
Skrępowane mury obciążone głównie pionowo   44
Skrępowane ściany poddane obciążeniom ścinającym   45
Skrępowane ściany zginane w płaszczyźnie i ściskane   46
1.6. Podsumowanie stanu wiedzy   47

2. Cele naukowe pracy   48

3. Wyniki badań materiałowych   49
3.1. Wprowadzenie   49
3.2. Badania wytrzymałości elementów murowych na ściskanie   49
3.3. Badania elementów murowych w trójosiowym stanie naprężenia   55
3.4. Badania wytrzymałości muru na ściskanie 57
3.5. Badania materiałowe nadproży zbrojonych z betonu komórkowego   60
3.6. Badania wytrzymałości zaprawy murarskiej na zginanie i ściskanie   61
3.7. Badanie zbrojenia   63
3.8. Badania betonu zwykłego   64
3.9. Badania betonu lekkiego   68

4. Badania murów w skali naturalnej   70
4.1. Wprowadzenie   70
4.2. Badania wstępne   71
Przyjęte założenia i geometria modeli   71
Technika   72
Wyniki badań   76
Podsumowanie badań wstępnych   78
4.3. Badania zasadnicze   79
Założenia i program badań zasadniczych   79
Modele badawcze   79
Stanowisko do badań i technika badań   86
Wyniki badań ścian bez otworu z betonem zwykłym oraz lekkim   91
Wyniki badań ścian z otworem   97
4.4. Badania dodatkowe   104
Badania ścian w skali naturalnej z nadprożem żelbetowym   104
Założenia i program badań dodatkowych   104
Wyniki badań   107
Badania fragmentów ścian z różnymi układami przesklepienia otworu   111
Wyniki badań   113
Wyznaczenie nośności dla modeli NIII – L – N   115

5. Analiza wyników   116
5.1. Porównanie i analiza wyników badań murów pełnych   116
5.2. Porównanie i analiza wyników badań murów z otworem   120
5.3. Porównanie murów pełnych z murami z otworem   124

6. Analizy obliczeniowe   129
6.1. Nośność murów skrępowanych według projektu oraz najnowszej wersji EC6   129
6.2. Analizy numeryczne   131
6.3. Modele prętowe – Strut & Tie   137
6.4. Wnioski z badań i analiz obliczeniowych   139

7. Wnioski końcowe   143

8. Kierunki dalszych działań   145
Literatura   146
Normy, instrukcje i wytyczne   152
Strony internetowe   154

O Autorze

Tomasz Rybarczyk ukończył Budownictwo na Wydziale Budownictwa Lądowego i Wodnego Politechniki Wrocławskiej we Wrocławiu oraz Architekturę na studiach inżynierskich i magisterskich w Wyższej Szkole Ekologii i Zarządzania w Warszawie. Podyplomowo kształcił się na kierunkach: Menedżerskim na Kolegium Zarządzania i Finansów w Szkole Głównej Handlowej, Bezpieczeństwa budowli na Wydziale Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego w Szkole Głównej Służby Pożarniczej w Warszawie, Interdyscyplinarnym BIM na Politechnice Warszawskiej. Pracuje w firmie SOLBET jako product manager. Obronił rozprawę doktorską na Wydziale Budownictwa Politechniki Śląskiej. Zawodowo interesuje się budownictwem, architekturą, projektuje i prowadzi nadzory, jest rzeczoznawcą budowlanym. Gruntownie wykształcony zarówno w zakresie budownictwa, jak i architektury. Posiada uprawnienia do projektowania bez ograniczeń w specjalności architektonicznej oraz do projektowania i kierowania robotami budowlanymi bez ograniczeń. Jest też rzeczoznawcą budowlanym.