Ściany skrępowane stosowane są bardzo powszechnie na terenach poddanych wpływom sejsmicznym jako antidotum na nadmierne zarysowanie, przemieszczenia i utratę integralności konstrukcji. W ujęciu konstrukcyjnym ściany skrępowane, podobnie jak i te w budynkach o tradycyjnej konstrukcji, oprócz roli ścian obciążonych głównie pionowo, mogą służyć do usztywniania konstrukcji. W pracy przedstawiono autorską propozycję algorytmu wyznaczania sztywności pojedynczego pola ściany skrępowanej bez otworów oraz z otworami.
Korzystny wpływ połączenia murowanej ściany z betonem został po raz pierwszy zaobserwowany w Europie, Azji i USA [1] po serii trzęsień ziemi w pierwszej połowie XX w. W wyniku trwałego połączenia muru z elementami żelbetowymi deformacje ściany skrępowanej wyraźnie różnią się od odkształceń ściany wypełniającej szkielet, w którym rama oddziałuje ze szkieletem wyłącznie w narożach [2]. W ścianie skrępowanej [3–5] we wstępnej fazie obciążenia deformacja muru oraz elementów krępujących jest identyczna. Po odspojeniu się muru od elementów żelbetowych poziome siły przekazywane są na mur przez naroża elementów żelbetowych. Jednocześnie na mur przekazywane jest obciążenie pionowe ze stropów.
Konsekwencją współpracy muru z elementami krępującymi jest zmiana mechanizmu zarysowania i sposobu zniszczenia [3]. Do chwili zarysowania ściana skrępowana pracuje sprężyście, a sztywność konstrukcji jest największa. Po zarysowaniu wypełnienia murowego lub pionowych styków muru i żelbetowych elementów krępujących występuje degradacja sztywności. Przy maksymalnym obciążeniu pojawiają się rysy wzdłuż przekątnej muru oraz w obciążonym narożu ściany. Mogą także powstać poziome rysy wzdłuż mimośrodowo rozciąganego rdzenia żelbetowego. Po osiągnięciu maksimum obserwowany jest wyraźny wzrost przemieszczeń przy malejącym obciążeniu. Powstałe wcześniej ukośne rysy w murze dzielą ścianę na dwie tarcze. W chwili zniszczenia o sztywności ściany skrępowanej decydują tylko siły tarcia w powstałych rysach oraz siły zazębiania się zbrojenia w narożu rygli i rdzeni.
>>> Konsekwencje zmiany materiału ścian nośnych w budynku jednorodzinnym
>>> Mury skrępowane – ustalenia ogólne i normowe
Ściana skrępowana ma wiele cech wspólnych z niezbrojoną [6] i zbrojoną ścianą murową oraz ze ścianą wypełniającą szkielet [7, 8]. W sprężystym stadium pracy, kiedy mur jest w pełni zespolony z elementami krępującymi, deformacje ściany są podobne do deformacji ściany niezbrojonej lub zbrojonej. Interakcja muru z otaczającym żelbetem prowadzi do ukształtowania się ściskanego krzyżulca, podobnie jak w murze wypełniającym szkielet. Cechy zachowania się ściany skrępowanej wspólne z innymi typami murowych usztywnień powodują, że modele teoretyczne nawiązują do wszystkich innych opracowanych modeli wykorzystywanych do ścian niezbrojonych i zbrojnych oraz murów wypełniających szkielety.
Artykuł stanowi kontynuację wcześniejszych publikacji autorów [9, 10] dotyczących ścian skrępowanych. Tym razem podjęto próbę budowy procedury wyznaczania sztywności jednokondygnacyjnej ściany skrępowanej służącej do rozdziału obciążeń. W kolejnej części przedstawione zostaną metody sprawdzania warunków ULS ściany skrępowanej poddanej ścinaniu.
Ustalenia Eurokodu 6
W aktualnych przepisach [11] oraz w nowszej edycji normy [12] nie sformułowano żadnych wytycznych dotyczących analiz ścian usztywniających o konstrukcji skrępowanej. W normie [12] w pkt. 7.5.7 i 8.10 ograniczono się wyłącznie do podania ogólnych zasad sprawdzania warunków ULS na ściskanie i ścinanie, bez podania reguł wyznaczania sztywności oraz rozdziału obciążeń. Także w innych normach pochodzących z Europy, w okresie poprzedzającym unifikację przepisów projektowania, nie formułowano żadnych wytycznych umożliwiających rozdział obciążeń z uwzględnieniem specyfiki konstrukcji skrępowanych i murów wypełniających szkielety.
W dalszej części artykułu:
Ustalenia norm FEMA 306 i FEMA 274
Algorytm określania sztywności metodą S-T
Cały artykuł dostępny jest w nr 3/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
prof. dr hab. inż. Radosław Jasiński, Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
dr inż. Krzysztof Grzyb, Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
Literatura
1. N. Avramidou, Dynamic Behavior of Trick Structural Elements Infilled to Strengthen R.C. Structures, 5th International Brick Masonry Conference, 1979, Waszyngton, USA, s. 294–301.
2. R. Jasiński, I. Galman, Zagadnienia projektowe, konstrukcyjne i badawcze zginanych i ścinanych murowych ścian wypełniających szkielet, XXXIV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji, Szczyrk, 2019 r., materiały konferencyjne, tom II, s. 1–150.
3. L.E. Flores, S.M. Alcocer, Calculated response of confined masonry structures, 11th World Conference
on Earthquake Engineering, Acapulco, Meksyk, 1996, Paper No. 1830 (CD-ROM).
4. T. Janaraj, Studies on the in-plane shear response of confined masonry shear walls, PhD Thesis,
Queensland University of Technology, Australia 2014.
5. A.F. Lang, F.J. Crisafulli, G.S. Torrisi, Overview and assessment of Analysis techniques for confined
Masonry buildings, 10th U.S. National Conference on Earthquake Engineering Frontiers of Earthquake Engineering, 2014, Anchorage, Alaska, USA (CD-ROM), https://doi.org/10.13140/2.1.4649.0888.
6. R. Jasiński, Proposed Method of Distribution of Horizontal Loads on Stiffening Walls, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 1203, 2021, https://doi:10.1088/1757-899X/1203/2/022032.
7. R. Jasiński, Load-bearing capacity of masonry walls infilled frame, AIP Conference Proceedings, 2023,
vol. 2928, nr 1, American Institute of Physics, https://doi:10.1063/5.0170461.
8. R. Jasiński, Horizontal stiffness of masonry walls infilled frame, MATEC Web of Conferences 396, 2024, https://doi:10.1051/matecconf/202439605010.
9. R. Jasiński, K. Grzyb, Mury skrępowane – ustalenia ogólne i normowe – część 1, „Inżynier Budownictwa” nr 11/2021, s. 72–75.
10. R. Jasiński, K. Grzyb, Mury skrępowane – ustalenia ogólne i normowe – część 2, „Inżynier
Budownictwa” nr 1/2022, s. 76–81.
11. PN-EN 1996-1-1:2010 Eurokod 6 – Projektowanie konstrukcji murowych – Część 1-1: Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych.
12. prEN 1996-1-1:2017 Eurocode 6 – Design of masonry structures – Part 1-1: General rules for reinforced and unreinforced masonry structures (Draft).
