Proiectarea seismica a componentelor arhitecturale nestructurale (A)

1.Conditii de proiectare seismica a componentelor arhitecturale

nestructurale (A)

Componentele arhitecturale nestructurale din zidarie din cladirile curente sunt:

- elemente atasate anvelopei - cosuri de fum si de ventilatie, parapete, atice,

cornise si similare (A1z)

- pereti de nchidere - (A2z)

- pereti de compartimentare - interiori - (A3z)

Peretii nestructurali din zidarie de nchidere (A2z) si de compartimentare (A3z)

sunt definiti dupa cum urmeaza :

Perete nestructural: perete care nu face parte din structura principala a

cladirii; acest tip de perete poate fi suprimat fara sa prejudicieze integritatea

restului structurii.

Peretele nestructural, indiferent de materialul din care este executat, va fi

proiectat pentru a prelua urmatoarele ncarcari din gruparea fundamentala (GF-

conform Codului CR 0) si din gruparea seismica (GS - conform Codului CR 0)

- greutatea proprie;

- greutatea obiectelor suspendate pe perete;

- ncarcarile perpendiculare pe plan din actiunea oamenilor si a cutremurului. ( )

Perete (panou) nramat: perete (panou) nglobat ntr-un cadru de beton

armat/otel, care nu face parte din structura principala, dar care, n anumite

conditii, contribuie la rigiditatea laterala a cladirii si la disiparea energiei

seismice; suprimarea n timpul exploatarii cladirii sau crearea de goluri de

usi/ferestre ntr-un perete de zidarie nramat se va face numai pe baza unei

justificari prin calcul (expertiza tehnica) si cu masuri constructive adecvate. ( )

Acest tip de perete va fi proiectat pentru a prelua solicitarile provenite din

gruparea fundamentala (GF- conform Codului CR 0) si din gruparea seismica

(GS conform Codului CR 0): - greutatea proprie;

- greutatea obiectelor suspendate;

- ncarcarile perpendiculare pe plan din actiunea oamenilor, a cutremurului si a

vntului (n cazul panourilor de fatada).

- interactiunea cu cadrul, n situatia de proiectare seismica;

Pentru executarea tuturor componentelor arhitecturale nestructurale din zidarie

se pot folosi elementele pentru zidarie:

- elemente pentru zidarie pline din argila arsa sau din BCA din grupa 1;

-elemente pentru zidarie din argila arsa cu goluri verticale din grupa 2, cu max.

55% goluri verticale si cu grosimea peretilor exteriori 8 mm si a peretilor interiori 5 mm - elemente pentru zidarie din argila arsa cu goluri verticale din grupa 2S

Peretii de nchidere (A2) si de compartimentare (A3), indiferent de

materialul din care sunt realizati, vor fi calculati, alcatuiti si detaliati sa reziste:

- fortei seismice perpendiculara pe planul peretelui n care masa peretelui va

include si masa n exploatare a mobilierului sau altor echipamente sau instalatii

suspendate de perete.

- eforturilor rezultate din interactiunea cu structura (n functie de modul de

prindere).

2.1.Conditii pentru proiectarea seismica a peretilor de nchidere (A2z) si de

compartimentare (A3z) din zidarie nramati n cadre de beton armat/otel

Peretii din zidarie nramata, executati dupa turnarea/montarea cadrelor

de beton armat sau de otel, vor fi introdusi n modelul de calcul pentru

ansamblul structurii si vor fi calculati conform acestui Capitol, numai daca sunt

panouri pline sau cu un gol de usa / fereastra pentru care se poate identifica un

sistem de diagonale comprimate care transmit eforturile la cadru

a)Panou plin b) Panou cu gol de fereastra

Fig.2. Zidarie nramata n cadre . Sisteme de diagonale comprimate

b

a

Pereti de zidarie

Fig.1.- Pereti nestructurali din zidarie: a-perete care constituie panou

inramat; b-perete de zidarie care nu constituie panou inramat

Dimensiunile panourilor nramate din zidarie nearmata vor fi limitate astfel:

- aria panoului rezemat pe patru laturi : Ap = hp lp 18,0 m2 - aria panoului rezemat pe trei laturi (fara stlpisor pe latura verticala libera): Ap

12,0 m2 - naltimea panoului : hp 3,50 m - lungimea panoului: lp 6,00 m Pentru cazurile n care cerintele proiectului de arhitectura impun dimensiuni

superioare, panourile vor fi fragmentate prin introducerea unor stlpisori si

centuri din beton armat

Fortele seismice de proiectare care actioneaza n planul panourilor de

zidarie nramata n cadre se calculeaza considernd ansamblul format din cadru

si panourile din zidarie modelat ca un sistem triangulat, cu diagonale articulate

la capete n nodurile cadrului. Latimea activa a diagonalei (dp) (denumita si diagonala echivalenta ca rezistenta si rigiditate cu panoul de umplutura - definita prin

latimea de zidarie efectiva) va fi luata egala cu dp = 0,10Dp, unde Dp este

lungimea diagonalei panoului din zidarie .

Fortele seismice de proiectare care actioneaza perpendicular pe planul

peretilor de zidarie nramata n cadre de beton armat si de otel, se determina n

conformitate cu, cu factorii CNS si qCNS pentru panourile de fatada (A2z) si pentru panourile interioare (A3z) din tabelul de mai sus.

2.2. Conditii pentru proiectarea seismica a peretilor nestructurali de

nchidere din zidarie (A2z) care nu sunt nramati n cadre de beton armat

/otel

Peretii exteriori nestructurali, care nu sunt nramati n cadre (de

exemplu, pereti rezemati pe console, pereti cu goluri mari pentru care nu se

realizeaza sistemul de diagonale din figura de mai sus, executati din zidarie de

caramida/blocuri din argila arsa sau din BCA vor fi proiectati pentru a rezista

efectelor:

- actiunii seismice perpendiculara pe plan ;

- presiunii vntului;

- deplasarilor relative de nivel determinate conform acestui Capitol

Peretii exteriori executati din zidarie neinramati, indiferent de tipul

elementelor pentru zidarie, vor fi prevazuti, la colturi si alaturat golurilor, cu

stlpisori ancorati n structura principala si cu centuri. Bordarea golurilor se

aplica pentru cladirile din toate clasele de importanta, pentru goluri cu suprafata

2,50 m2 n zonele seismice cu 0,15g ag 0,25g si pentru goluri cu suprafata 1,50 m2 pentru zonele seismice cu ag 0,30g..

2. 3. Conditii pentru proiectarea seismica a peretilor de compartimentare

din zidarie (A3z) care nu sunt nramati n cadre de beton armat/otel

Peretii departitori trebuie sa aiba capacitate de rezistenta suficienta

pentru a prelua ncarcarile din gruparea seismica si deplasarile relative de nivel

admise pentru structura principala.

Stabilitatea laterala a peretilor de compartimentare se va asigura prin

tesere cu peretii adiacenti sau prin legaturi cu bare de otel cu elementele de

beton armat adiacente

Momentele ncovoietoare n panoul de perete date de actiunea seismica

perpendiculara pe plan vor fi calculate conform prevederilor din Codul CR 6,

cap.6.4 avnd n vedere conditiile concrete de fixare la extremitatile peretelui.

Rezistenta acestor pereti la ncovoiere perpendicular pe plan va fi calculata

conform CR 6, art.6.6.5.

Valorile MRxd1 i MRxd2 (n Nmm) se calculeaz, pentru o band din perete de lime egal cu 1000 mm, cu relaiile:

MRxd1 = Ww (fxd1+d) MRxd2 = Ww fxd2

unde notaiile sunt urmtoarele: modulul de rezisten al peretelui (mm3); Ww=1000t2/6

dp - valoarea de proiectare a efortului unitar de compresiune la mijlocul nlimii peretelui

t - grosimea peretelui n mm.

Valoarea fortei de calcul perpendiculara pe perete depinde de:

- pozitia peretelui pe naltimea cladirii;

- masa peretelui (care trebuie sa includa si masa obiectelor care ar putea fi

suspendate pe acesta).

Rezulta deci o forta perpendiculara uniform distribuita pe planul peretelui care

se calculeaza cu valoarea medie a acceleratiei de nivel (produsul mediu pe etaj

agKz) si o forta seismica orizontala concentrata n centrul de greutate al masei

suspendate (figura C 10.6). Valorile acestor forte cresc de la parter catre ultimul

nivel al cladirii. n aceste conditii, daca toate nivelurile au aceiasi naltime si

daca distributia si dimensiunile peretilor de compartimentare sunt identice la

toate nivelurile cladirii este suficienta verificarea rezistentei pereilor numai la

ultimul nivel.

Momentele ncovoietoare n perete pot fi calculate cu formulele din teoria

placilor elastice tinnd seama de conditiile de fixare a peretelui pe contur.

n functie de legaturile cu structura sau cu ceilalti pereti structurali/nestructurali

marginile unui perete de compartimentare pot fi:

- ncastrate: perete nestructural legat prin tesere cu un perete structural cu

grosime cel putin dubla;

- cu continuitate: perete nestructural intersectat de un alt perete perpendicular;

- cu simpla rezemare: n aceasta situatie se afla marginea inferioara a peretelui

(rezemata pe planseul inferior) si marginea superioara (fixata de planseul

superior); de asemenea marginile verticale ale panourilor de zidarie de

umplutura alaturate stlpilor / peretilor de beton;

- laturi libere: marginea superioara a peretilor partial dezvoltati pe naltime si

marginile laterale lnga goluri (chiar daca golul nu se dezvolta pe toata

inaltimea panoului.

n cazul n care rezistenta peretilor despartitori din zidarie nearmata,

inclusiv a panourilor nramate n cadre, nu satisface cerinta de siguranta se

vor lua urmatoarele masuri:

-dimensiunile panoului vor fi reduse prin introducerea unor stlpisori de beton

armat, suplimentari fata de cei introdusi pentru bordarea golurilor; distanta ntre

stlpisori se stabileste prin calcul

- zidaria va fi placata cu tencuieli armate cu plase din otel, grile polimerice sau

polimeri armati cu fibre (FRP)

- se modifica solutia constructiva pentru peretii respectivi

n zonele seismice cu ag 0,25 g, indiferent de rezultatele calculului, legatura peretilor interiori nestructurali cu peretii de zidarie transversali sau cu

stlpii/peretii de beton armat va fi armata cu cel putin doua bare ( 6 mm otel cu

fyd=210 N/mm2.

3. Rezistenta de proiectare a panourilor din zidarie nramate n cadre

Rezistenta de proiectare a panourilor din zidarie nramate n cadre F Rd (zic) va fi

luata egala cu cea mai mica dintre valorile corespunzatoare urmatoarelor moduri

de rupere ale zidariei:

F Rd (zic) = min (F Rd1,F Rd2,F Rd3)

(a) Rezistenta de proiectare corespunzatoare mecanismului de rupere prin

lunecare din forta taietoare n rosturile orizontale F Rd1(zic) FRd1(zic) = fvd0 Apan K1,pan

(b) Rezistenta de proiectare corespunzatoare mecanismului de rupere prin

fisurarea inclinata n lungul diagonalei comprimate (fisurarea/ruperea prin eforturi

de ntindere, perpendicular pe diagonala comprimata)- F Rd2 (zic) FRd2(zic) = fvd0 Apan K2,pan

(c) Rezistenta de proiectare corespunzatoare mecanismului de rupere prin

strivirea diagonalei comprimate la coltul cadrului F Rd3 (zic) ( ) FRd,31(zic) = fd bst,ech tp K3,pan K5,pan

unde

b st,echiv -este latura stlpului cadrului echivalent calculata cu relatia

unde

I1 si I2 sunt momentele de inertie n planul cadrului ale stlpilor

hp naltimea panoului din zidarie;

lp lungimea panoului din zidarie;

tp grosimea panoului din zidarie;

p = hp/lp factorul de forma al panoului;

Apan = tp lp aria sectiunii orizontale a panoului;

unghiul cu orizontala al diagonalei panoului din zidarie nramata; Eb, Ez modulii de elasticitate al betonului din cadru si al zidariei (valorile de

scurta durata);

fd rezistenta de proiectare la compresiune a zidariei perpendicular pe rostul de

asezare;

fdh rezistenta de proiectare la compresiune a zidariei paralel cu rostul de asezare;

fvd0 rezistenta de proiectare la forfecare sub efort de compresiune zero a zidariei.

Pentru p = hp/lp cuprins intre 0.50..2.00: K1,pan =1.20.3.30 K2,pan =1.903.70 K3,pan =0.64.0.16 K4,pan=0.1110.224

Pentru: Eb/Ez =4,014,0 si hp/tp =6.0.14.0; K5,pan=1.20..2.09

n detaliu, ruperea zidariei nramate se poate manifesta n diferite moduri:

- zdrobirea elementelor din compresiune;

- ruperea elementelor din ntindere;

- ruperea rosturilor de mortar;

- ruperea prin ntindere sau forfecarea la interfata elemente/mortar.

4. Proiectarea pentru actiunea seismica a cadrelor de beton armat cu

panouri de zidarie nramate trebuie sa aiba n vedere, n primul rnd, controlul

interactiunilor de ansamblu si/sau locale ale peretilor cu structura cladirii n

toate fazele de solicitare care pot rezulta pentru diferite niveluri de severitate ale

cutremurului.

Aceste interactiuni pot avea doua categorii de efecte:

modificarea starii de eforturi si deformatii n structura (efecte globale) sau numai n anumite elemente ale acesteia (efecte locale) cu consecinte negative

asupra sigurantei structurale;

avarierea zidariei peretilor nramati prin actiunea seismica directa (perpendiculara pe planul panoului), prin actiunea seismica indirecta

(deformatiile impuse panoului prin deformarea de ansamblu a cladirii) sau prin

efectul combinat al celor doua categorii de actiuni.

Prezenta panourilor de zidarie nramate modifica substantial comportarea

cadrelor de beton armat sau metalice la aciunea fortelor laterale.

Modificarile se refera att la rezistenta si la rigiditatea cadrelor ct si la

capacitatea de disipare a energiei seismice si depind de un numar mare de

factori geometrici, mecanici si tehnologici care pot varia n limite foarte largi.

Participarea panoului de zidarie mpreuna cu cadrul la preluarea fortei seismice

este posibila numai n conditiile n care contactul ntre zidarie si cadru, daca

acesta a fost realizat initial (la executie), si integritatea zidariei nu sunt afectate

de deformatiile laterale impuse de deplasarea cadrului.

Separarea panoului de zidarie de cadru se datoreaza particularitatilor de

deformare laterala ale acestora:

barele cadrelor care sunt dominate de eforturi de ncovoiere se deformeaza cu curburi de semne contrarii si punct de inflexiune n zona centrala

panoul de zidarie care este dominat de eforturi de forfecare are deformatia unghiulara caracteristica acestei solicitari

Dupa separare, participarea zidariei de umplutura la sporirea rezistentei si

rigiditatii laterale a cadrelor de beton armat sau de otel se realizeaza prin

mpanarea zidariei n zona nodurilor de cadru adiacente diagonalei care se

scurteaza sub efectul deplasarii laterale. Lungimile zonelor de contact ntre

zidarie si cadru variaza n functie de caracteristicile geometrice si mecanice ale

cadrului si ale panoului.

n aceste conditii, mecanismul de preluare a fortelor laterale din cadrele

"pure" caracterizat prin eforturi sectionale de ncovoiere (M) dominante, se

transforma ntr-un mecanism de grinda cu zabrele n care domina eforturile

axiale ( N). n consecinta, momentele ncovoietoare n grinzile si n stlpii

cadrului sunt mai mici dect n cadrul "pur", n timp ce fortele axiale cresc sau

si modifica semnul (de exemplu, pot apare forte axiale de ntindere n grinzi).

Afectarea/avarierea cadrului:

- formarea articulatiilor plastice n elementele cadrului;

- avarierea nodurilor cadrului;

*in cazul zidariilor cu rezistente ridicate si/sau al cadrelor dimensionate

necorespunzator, mpanarea zidariei n nodurile cadrului poate produce cedarea

grinzii/stlpului prin forta taietoare sau deteriorarea nodului;

- avarierea la forta taietoare a grinzilor sau stlpilor;

* principalul efect local ale panourilor de zidarie nramate n cadre consta

n modificarea schemei statice a cadrului cu consecinte, uneori grave, asupra

starii de eforturi din bare.

*fenomenul cel mai periculos este formarea stlpilor scurti prin efectul

panourilor de zidarie care se dezvolta partial pe naltimea etajului.

- avarierea/ruperea legaturilor ntre panoul de zidarie si cadru (daca acestea

exista).

Pentru evaluarea rezistentei cadrelor si a panourilor de zidarie este necesara, n

primul rnd, determinarea ct mai exacta a starii de eforturi induse de actiunea

seismica.

Teoretic, realizarea acestui obiectiv implica folosirea unor metode avansate de

tip element finit si considerarea comportarii neliniare a materialelor (zidarie,

beton si otel).

Totodata aceste metode trebuie sa tina seama de un numar important de

parametri:

-

-proprietatile geometrice si mecanice ale panoului de umplutura (inclusiv

efectul golurilor n panou);

-

urmare a incursiunilor repetate n domeniul postelastic

In proiectarea curenta, n majoritatea reglementarilor se folosesc relatii

simplificate, semi-empirice, cu coeficienti calibrati experimental.

5. Reguli generale pentru verificarea sigurantei CNS la actiunea seismica

Verificarea sigurantei CNS, pentru toate categoriile de CNS, se va face prin

calcul, n raport cu starile limita ultime (ULS) relevante:

- starea limita ultima de stabilitate (rasturnare si deplasare);

- starea limita ultima de rezistenta.

Verificarea de siguranta se va face, n fiecare caz, pentru:

- componenta propriu-zisa;

- legaturile componentei cu structura sau cu alta CNS;

- elementele structurale sau nestructurale de care este fixata componenta

respectiva sau cu care aceasta se poate afla n interactiune n timpul

cutremurului

La cererea investitorului formulata prin tema de proiectare, verificarea

sigurantei n raport cu SLS se va face pentru toate CNS indicate de acesta n

scopul limitarii degradarilor si a pierderilor economice.

Aceasta trebuie facuta pentru CNS din cladirile care au ca obiectiv de

performanta functionarea completa n timpul cutremurului si imediat dupa

acesta precum si pentru acele CNS care conditioneaza realizarea obiectivului de

performanta ocupare imediata (chiar daca functionarea completa nu este

asigurata) .

Verificarea conditiilor de stabilitate, de rezistenta si de rigiditate

Stabilitatea generala a CNS sub efectul actiunii seismice va fi asigurata

numai cu legaturi sau cu dispozitive mecanice.

n cazul componentelor nestructurale majore din zidarie (frontoane,

calcane, cornise importante) stabilitatea va fi asigurata prin elemente de beton

armat (stlpisori si centuri) sau prin ancorare cu elemente metalice de structura

sarpantei.

Conditia de rezistenta a CNS este asigurata daca este satisfacuta relatia:

E d,CNS R d,CNS Unde:

E d,CNS valoarea de proiectare a eforturilor sectionale (NEd,CNS ,M Ed,CNS,V Ed,CNS)

n CNS rezultate din efectele totale ale ncarcarilor;

R d,CNS valoarea de proiectare a eforturilor sectionale capabile ale CNS

(N Rd,CNS ,M Rd,CNS,V Rd,CNS) stabilite n functie de natura materialului din care

sunt executate.

Pentru elementele de legatura (prinderi) care asigura stabilitatea la

rasturnare a CNS atasate anvelopei precum, conditia de rezistenta este:

1,25 CNS Eanc Ranc unde

Eanc valoarea eforturilor de proiectare n prinderi;

Ranc valoarea eforturilor capabile respective.

Peretii din zidarie nramati n structurile din cadre se vor verifica la

starea limita ultima, separat, pentru:

- efectele rezultate din interactiunea cu structura n cazul solicitarii seismice;

- efectele actiunii seismice sau a presiunii vntului perpendiculare pe planul

peretelui .

Rezistenta peretilor nestructurali de zidarie, exteriori si interiori, care

nu sunt nramati n cadre, va fi verificata la ncovoiere perpendicular pe plan,

pentru efectele actiunii seismice sau a vantului astfel:

-valorile momentelor incovoietoare de proiectare se vor determina n functie de

forta seismica statica echivalenta sau de presiunea vntului si de conditiile

efective de rezemare, conform prevederilor din Codul CR 6;

- valorile momentelor ncovoietoare capabile se vor determina conform

prevederilor generale din Codul CR 6.

6.Asigurarea calitatii la proiectare si la executie

Pentru toate CNS documentatia de executie trebuie sa contina toate informatiile

necesare (note de calcul, desene la scara convenabila) pentru verificarea

dimensionarii si detalierii constructive ale CNS si ale legaturilor acestora n

ceea ce priveste :

- marimea fortelor si deplasarilor seismice de proiectare;

- verificarea stabilitatii si a rezistentei componentelor;

- rezistenta si detalierea constructiva a prinderilor.

Pentru componentele nestructurale din zidarie documentatia va cuprinde toate

precizarile cerute prin Codul CR 6.

Piesele scrise si desenate din documentatie vor fi supuse verificarii de

"rezistenta si stabilitate" de catre un verificator atestat conform legislatiei n

vigoare.