Aktualne możliwości modelowania numerycznego powiązane z przyspieszeniem badań sprawiają, że sam proces projektowania konstrukcji murowych pod względem stopnia skomplikowania nie odstaje od innych technik budowlanych.
Na przestrzeni tysiącleci mur definiowany jako materiał konstrukcyjny wielokrotnie ewoluował pod względem technologii murowania, używanych elementów murowych ułożonych w określony sposób oraz stosowanych zapraw. Różnorodność materiałowa, trudności w wykonywaniu doświadczeń laboratoryjnych, a także powiązany z tym brak możliwie uniwersalnej i szczegółowej analizy mechanicznej zachowania murów wraz z intensywnym rozwojem konstrukcji żelbetowych przyczyniły się do spadku popularności stosowania konstrukcji murowych w historii najnowszej. Aktualne możliwości modelowania numerycznego powiązane z przyspieszeniem badań sprawiają jednak, że sam proces projektowania konstrukcji murowych pod względem stopnia skomplikowania nie odstaje od innych technik budowlanych. Aspekt trudności projektowych nie powinien zatem znacząco wpływać na decyzje projektantów o samym stosowaniu murów. Możliwe powinno być też efektywniejsze wykorzystanie konstrukcji murowych tam, gdzie jest to materiałowo i ekonomicznie uzasadnione.
Fot. Stowarzyszenie Producentów Silikatów „Białe murowanie”
Modelowanie konstrukcji murowych – dwa podejścia
W zależności od potrzeb można stosować dwa podejścia w tworzeniu modeli numerycznych murów:
- modelowanie zarówno elementów murowych, jak i zaprawy osobno – modelowanie heterogeniczne (rys. 1a),
- modelowanie muru jako kompozytu o uśrednionych właściwościach – modelowanie homogeniczne (rys. 1b).
Modelowanie homogeniczne dzięki znaczącym uproszczeniom umożliwia efektywną analizę globalną konstrukcji.
Rys. 1. Modele numeryczne filarka murowego: A) heterogeniczny, B) homogeniczny
>>> Przegrody w budownictwie mieszkaniowym
>>> Jak zbudować kanały wentylacyjne przy pomocy elementów silikatowych?
>>> Dom energooszczędny: murowanie ścian bez błędów
Projektowanie z wykorzystaniem właściwości odkształceniowych
Do projektowania konstrukcji murowych przy użyciu normy PN-EN 1996-1-1 [1] można wykorzystywać zdefiniowane w tej normie parametry, w tym właściwości odkształceniowe muru. Zgodnie z załącznikiem krajowym do EN 1996-1-1 [1] w przypadku braku wyników badań wykonanych zgodnie z normą PN-EN 1052-1 [2] doraźny sieczny moduł sprężystości muru (E) można przyjąć:
- dla murów wykonanych na zaprawie ƒm≥ 5 MPa, z wyjątkiem murów z autoklawizowanego betonu komórkowego, E = 1000 ƒk,
- dla murów z autoklawizowanego betonu komórkowego, niezależnie od rodzaju zaprawy, a także dla murów z innego rodzaju elementów murowych na zaprawie ƒm < 5 MPa, E = 600 ƒk.
Korzystanie z tych wartości jest dużym uproszczeniem i nie musi być poprawne dla wszystkich elementów murowych. Ze względu na cechy ortotropowe muru najczęściej nie jest też wystarczające do analizy przestrzennej sztywności budowli.
Wartości modułów sprężystości elementów murowych i zapraw zazwyczaj nie są deklarowane przez producentów. Ich wyznaczenie obarczone byłoby znacznymi niepewnościami i wiązałoby się z przeprowadzaniem wielowariantowych badań niszczących. W badaniach należałoby uwzględnić m.in.: różnice w odkształceniach elementów murowych i zapraw, wpływ wymiarów elementów murowych i ich układu w murze, objętość zaprawy w spoinach, dokładność wypełnienia spoin, imperfekcje materiałowe, imperfekcje geometryczne itp. Trudności wskazania parametrów materiałowych wzrastają jeszcze bardziej, gdy mamy do czynienia z istniejącą, często zabytkową konstrukcją, która wymaga naprawy, wzmocnienia, jest rozbudowywana lub przebudowywana. Brak możliwości dokładnego wyznaczenia wartości modułów sprężystości może stanowić barierę w projektowaniu z użyciem konkretnych elementów murowych.
Warto w tym miejscu zwrócić uwagę na technologie murów, które stosunkowo łatwiej prawidłowo ująć w modelu numerycznym. W popularnym obecnie ze względów m.in. ekonomiki wykonawstwie murów ze spoinami cienkimi doraźny kierunkowy moduł sprężystości można przyjmować jako równy modułowi sprężystości samych elementów murowych. Co za tym idzie, w przypadku jednorodnych i pozbawionych otworowania elementów murowych kategorii I według norm EN 771-1 do 6 [3] (np. z: betonu, betonu lekkiego, autoklawizowanego betonu komórkowego oraz silikatowej cegły pełnej) murowanych z użyciem spoiny cienkiej można do analizy statyki konstrukcji budowlanych zakładać izotropię wartości kierunkowych modułów Younga i przyjmować doraźny sieczny moduł sprężystości muru zgodnie z postanowieniami Eurokodu 6 [1] i załączników krajowych.
W dalszej części artykułu:
- Modelowanie konstrukcji murowych. Geometria ścian i połączeń
- Analiza i wymiarowanie
- Rozwiązania wspomagające projektowanie
Cały tekst znajdziesz w numerze 12/2022 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”
 |
Konrad Rukat ekspert Stowarzyszenia Producentów Silikatów „Białe murowanie” |
Literatura
1. Eurokod 6, w szczególności PN-EN 1996-1-1+A1:2013 Projektowanie konstrukcji murowych – Część 1-1: Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych.
