Ściany skrępowane stosuje się powszechnie nie tylko na terenach objętych wpływami sejsmicznymi, ale przede wszystkim z konieczności zwiększenia odporności na zarysowania i sztywności, a także zapewnienia integralności konstrukcji, nawet w sytuacjach wyjątkowych. W pracy przedstawiono autorską propozycję algorytmu sprawdzania nośności na ścinanie jednopolowej ściany skrępowanej przy zastosowaniu metody kratownicowej S-T. Opracowany algorytm jest kompatybilny z modelem wyznaczania sztywności oraz rozdziału obciążeń i zgodny z europejskimi normami projektowania EN 1996-1-1:2010 oraz projektu Eurokodu 6 (prEN 1996-1-1:2017).
W pierwszej połowie XX w. przez pewien czas używano wymiennie terminów „mur wypełniający” (infilled masonry) i ,,mur skrępowany” (confined masonry), co wynikało z technologii wykonania. Wzmocnienie muru z wykorzystaniem szkieletu (drewnianego, betonowego) skonstruowanego przed lub po wykonaniu muru zostało zastosowane do odbudowy murowanych budynków na początku XX w., po serii tragicznych w skutkach trzęsień ziemi w Europie, Azji i USA [1], natomiast trudno jednoznacznie stwierdzić, kiedy rozpoczęto badania eksperymentalne tego typu konstrukcji. Z technologicznego punktu widzenia badania i analizy rozpoczęto równolegle z badaniami ścian wypełniających szkielety, które datowane są na przełom lat 40. i 50. XX w.
W stosunku do muru wypełniającego szkielet wprowadzenie skrępowania zmienia zasadniczo postać deformacji konstrukcji. W murze wypełniającym szkielet [2] deformujący się szkielet działa na wypełniający mur przez naroża (rys. 1a). Z kolei w murze skrępowanym [3] deformacja konstrukcji jest zbliżona do deformacji ściany bez skrępowania, z tym że wypadkowa sił rozciągających zostaje przejęta przez zbrojenie pionowych rdzeni (rys. 1b).
Współpraca muru z elementami krępującymi istotnie wpływa na mechanizm zarysowania i sposób zniszczenia konstrukcji [4]. W początkowej fazie obciążenia poziomego, aż do chwili zarysowania (Fcr), konstrukcja skrępowanego muru pracuje w sposób sprężysty, a sztywność jest największa. Wzrost obciążenia powoduje zarysowanie wypełnienia murowego i degradację sztywności. Faza postsprężysta trwa od chwili zarysowania aż do chwili osiągnięcia maksymalnego obciążenia (Fmax). Przy maksymalnym obciążeniu wzdłuż przekątnej muru występują: liczne rysy w obrębie naroży muru oraz dominująca rysa biegnąca wzdłuż całej przekątnej ściany. Powstają rysy wzdłuż rozciąganego, żelbetowego rdzenia oraz pod ryglem. Poziome rysy giętne mogą pojawić się również w rozciąganych i zginanych obszarach rdzenia żelbetowego. W fazie osłabienia (zniszczenia) dalszy wzrost obciążenia powoduje wyraźną degradację sztywności związaną z podziałem muru na dwie niezależnie pracujące, trójkątne tarcze i ze zniszczeniem rozciąganego naroża ramy. O granicznym obciążeniu (Fu) ściany decydują tylko siły tarcia w rysie (aggregate interlocking) oraz zazębiania się zbrojenia w narożu rygli i rdzeni (dowel action).
>> Mury skrępowane – cz. I: Obliczanie sztywności ścian metodą kratownicową
>> Mury skrępowane – ustalenia ogólne i normowe
>> Konsekwencje zmiany materiału ścian nośnych w budynku jednorodzinnym
Rys. 1. Porównanie deformacji ściany usztywniającej przy różnych warunkach brzegowych [2, 3]: a) ściana wypełniająca szkielet, b) ściana skrępowana. Rys. Radosław Jasiński
Mur skrępowany jest na tyle złożoną konstrukcją, że ma wiele cech wspólnych z tradycyjną konstrukcją murową niezbrojną lub zbrojoną, a także z murem wypełniającym szkielet. Wystarczy zauważyć, że w fazach sprężystej i postsprężystej odkształcona postać muru skrępowanego jest podobna do muru zbrojonego pionowo, z tym że wypadkowa rozciągań przejmowana jest przez skupione w rdzeniu zbrojenie, a nie przez zbrojenie pionowe w murze. Jednocześnie wyraźnie generowany jest ściskany krzyżulec biegnący zgodnie z kierunkiem przekątnej muru, a w tym wypadku mur skrępowany wykazuje podobieństwo do muru wypełniającego szkielet. Z tych powodów modele teoretyczne nośności na obciążenia poziome (ścinanie) murów skrępowanych budowane są przy uwzględnieniu obserwowanego dualizmu pracy muru.
W dalszej części artykułu:
Podejścia teoretyczne do zachowania muru skrępowanego
Ustalenia Eurokodu 6
Polskie normy i przepisy poprzedzające Eurokod 6
Ustalenia norm FEMA 306 i FEMA 274
Algorytm określania sztywności metodą S-T
Nośność ściskanego krzyżulca murowego
Nośność na rozciąganie żelbetowego rdzenia
Cały artykuł dostępny jest w numerze 6/2025 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 brick 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. T. Janaraj, Studies on the in-plane shear response of confined masonry shear walls, PhD Thesis, Queensland University of Technology, Australia 2014.
4. L.E. Flores, S.M. Alcocer, Calculated response of confined masonry structures, 11th World Conference on Earthquake Engineering, Acapulco, Meksyk, 1996, Paper nr 1830 (CD-ROM).
