Ceramiczne elementy murowe w PN-B-03002:2007

Oceń
(0 głosów)

Wprowadzenie

Projektowanie konstrukcji murowych, w tym wykonywanych z ceramicznych elementów murowych, jest przedmiotem normy PN-B-03002:2007 Konstrukcje murowe. Projektowanie i obliczanie. Norma ta, oznaczana dalej jako PN 07, stanowi nowelizację PN-B-03002:1999 dotyczącej projektowania konstrukcji murowych niezbrojnych oraz PN-B-03340 dotyczącej projektowania konstrukcji murowych zbrojonych, oznaczanych dalej jako PN 99 i PN 99z.

Bezpośrednią przyczyną nowelizacji PN 99 i PN 99z była inicjatywa Związku Pracodawców Ceramiki i Silikatów opracowania poprawki do PN 99 zawierającej zmiany parametrów elementów murowych i wytrzymałości charakterystycznej murów. Propozycja poprawki wynikała z pozytywnych wyników badań murów wykonanych z elementów ceramicznych i silikatowych przeprowadzonych na zlecenie Związku w ITB w 2005 r.[ 1 ]. Ponieważ do norm PN 99 i PN 99z wydano już kilka zmian i poprawek (Az1/2001, Az2/2002 i Ap1/2001 do PN 99 oraz Az1/2003 do PN 99z), które utrudniają stosowanie norm w praktyce, Komitet Techniczny PKN nr 252 zdecydował, że nie będzie przygotowywał kolejnej zmiany do normy, a opracuje ich nowelizację. Istotnymi czynnikami podjęcia takiej decyzji było:

  • zakończenie w ramach CEN (Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego) prac nad normą europejską dotyczącą projektowania konstrukcji murowych EN 1996, która składa się z następujących części:
    1. EN 1996-1-1:2005. Eurokod 6 - Projektowanie konstrukcji murowych - Część 1-1: Reguły ogólne dla zbrojonych i niezbrojonych konstrukcji murowych,
    2. EN 1996-1-2:2005. Eurokod 6 - Projektowanie konstrukcji murowych -Część 1-2: Reguły ogólne. Projektowanie z uwagi na pożar,
    3. EN 1996-2:2006. Eurokod 6 - Projektowanie konstrukcji murowych - Część 2: Wymagania konstrukcyjne, dobór materiałów i wykonanie muru,
    4. EN 1996-3:2006. Eurokod 6 - Projektowanie konstrukcji murowych - Część 3: Uproszczone metody projektowania konstrukcji murowych niezbrojonych,
    5. konieczność maksymalnego zbliżenia normy PN 07 do EN 1996,
    6. uwzględnienie doświadczeń ze stosowania obydwu norm „murowych”,
    7. wsparcie finansowe Związku Pracodawców Ceramiki i Silikatów, Stowarzyszenia Producentów Betonów, firmy Wienerberger oraz Instytutu Techniki Budowlanej.

Norma EN 1996 zostanie wdrożona do praktyki krajów członkowskich UE, w tym również do normalizacji polskiej już jako PN-EN 1996, w roku 2010 [2]. Przewiduje się jednak, że norma PN 07 będzie stosowana także po tym okresie, równolegle z PN-EN 1996.

Koegzystencja PN z PN-EN dotyczących obciążeń budowli oraz projektowania i obliczania konstrukcji, będzie trwała do czasu powołana wszystkich pakietów PN-EN w załączniku do Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 7 kwietnia 2004 r., w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Wynika to z faktu powołania PN w § 204 ust. 4 omawianego rozporządzenia, w brzmieniu: Warunki bezpieczeństwa konstrukcji (...) uznaje się za spełnione jeżeli konstrukcja ta odpowiada Polskim Normom, dotyczącym projektowania i obliczania konstrukcji.

W tym miejscu należy podkreślić, że wprowadzenie normy PN-EN 1996 automatycznie nie spowoduje - czego oczekuje wielu producentów elementów murowych - zwiększenia parametrów obliczeniowych murów, a w konsekwencji nośności obliczeniowych murów wykonywanych z ich wyrobów. Podane w EC6 parametry wytrzymałościowe murów są jedynie zalecane do przyjęcia przez poszczególne kraje członkowskie UE. Natomiast w załącznikach krajowych do EC6 mają być podawane parametry obliczeniowe stosowane obligatoryjnie na terenie danego państwa (NDP). W przypadku Polski, parametry krajowe - o ile nie będzie nowych wyników badań - będą zbliżone do podanych w aktualizowanych obecnie normach PN 99 i PN 99z. Podstawowe zmiany wprowadzone do PN 07 dotyczące murów z elementów ceramicznych zostaną poniżej omówione.

Kryteria podziału elementów ceramicznych na grupy

W normie PN 07 przyjęto za EN 1996-1-1:2005, oznaczanej dalej jako EC6, nieco inne kryteria podziału elementów murowych na grupy. Wyróżniono teraz cztery grupy elementów murowych, przy czym elementy murowe pełne i pionowo drążone podzielono na trzy grupy, a elementy poziomo drążone wydzielono jako grupę czwartą. Kryteria podziału na poszczególne grupy są analogiczne jak w PN 99 i uzupełnione o grubość ścianek wewnętrznych i zewnętrznych. Wartości parametrów decydujących o przypisaniu elementu do określonej grupy zależą teraz także od rodzaju materiału, z którego wykonany jest element murowy. Kryteria podziału na grupy elementów murowych ceramicznych podano w tablicy 1.

W przypadku elementów spełniających kryteria zarówno grupy 2 jak i grupy 3 zalicza się je do grupy 2.

Wytrzymałość muru na ściskanie

W normie PN 07 wytrzymałość charakterystyczną muru na ściskanie fk wykonanego na zaprawie zwykłej lub lekkiej określa się z analogicznego wzoru jak w PN 99, w którym zmieniono wartości współczynników potęgowych z 0,65 i 0,25 na 0,7 i 0,3 - wartości zalecane w EC6. Obecnie wzór na fk ma postać:

fk = K fb0,7 fm0,3 (1) w którym:

fb - znormalizowana wytrzymałość elementu murowego na ściskanie

fm - wytrzymałość zaprawy na ściskanie

k - współczynnik ustalany dla określonego rodzaju wyrobów na podstawie wyników badań murów próbnych, przeprowadzonych wg PN-EN 1052-1:2000.

Wytrzymałość fk murów z elementów murowych ceramicznych ze spoinami cienkimi nie była podawana w PN99, natomiast w PN07 określa się ją ze wzorów:

  • gdy elementy murowe są grupy 1 i 4

fk = K fb0,85 (2)

  • gdy elementy murowe są grupy 2 i 3

fk = K fb0,7 (3)

w których oznaczenia jak we wzorze (1).

W celu rozróżnienia starych i nowych wartości wprowadzono oznaczenie: K99, które odnosi się do wartości w normie PN 99 oraz K07- w normie PN 07.

Wartości współczynnika K99 przyjęte w PN 99 dla murów na zaprawie zwykłej i lekkiej obliczono analizując wyniki badań murów, przy przyjęciu wytrzymałości znormalizowanej elementu murowego fb z badań próbek wyprawianych zaprawą wartość K07 w PN 07 obliczono na podstawie tych samych wyników badań murów ale dla wytrzymałości fb z badania próbek szlifowanych - tak jak tego wymaga PN-EN 771-1. Biorąc pod uwagę, że wytrzymałość elementów murowych wyprawianych zaprawą jest od kilkunastu do dwudziestu kilku procent mniejsza od wytrzymałości elementów murowych szlifowanych, wyliczone wartości K07 są z tego tytułu mniejsze o kilkanaście procent od wartości K99.

Dodatkowym czynnikiem powodującym konieczność przyjęcia nowych, mniejszych wartości K jest zmiana wartości współczynników potęgowych we wzorach na wytrzymałość charakterystyczną murów fk (ich zwiększenie o 0,05 w stosunku do przyjętych w PN 99, prowadzi do zwiększenia wytrzymałości fk o około 20%, co przy oczywistym założeniu, że wytrzymałości charakterystyczne murów na ściskanie (wyniki badań) nie ulegają zmianie, wymaga zmniejszenia współczynnika K w tym samym stopniu tj. o około 20%.

Uwzględniając powyższe oraz nowe, dostępne wyniki badań wytrzymałości murów przeprowadzonych w ostatnich latach (wyniki badań są własnością producenta który może ale nie musi ich udostępniać), przyjęte w PN 07 wartości K07 dla murów wykonywanych z ceramicznych elementów murowych podano w tablicy 2. Dla porównania w tablicy 2 podano wartości K99, jak również wartości K zalecane w EC 6.

Dla murów wykonywanych na zaprawie do cienkich spoin z uwagi na brak dostatecznej liczby badań takich murów, przyjęto zasadę wyliczenia wartości K07 przy założeniu, że wytrzymałość tych murów powinna być zbliżona do wytrzymałości murów wykonanych na zaprawie zwykłej klasy M 5 (wymagana minimalna klasa zaprawy do cienkich spoin).

W przypadku murów na zaprawie lekkiej, podane propozycje współczynnika K07 oparto o wynik badania murów z elementów murowych grupy 2, w których uzyskano K = 0,23, przyjmując w efekcie K = 0,25 i odpowiednio przyjmując K = 0,30 dla grupy 1 i K = 0,20 dla grupy 3 i 4.

Przykładowo, w tabl. 3, 4 i 5 zestawiono wartości fk dla murów wykonanych z ceramicznych elementów murowych na zaprawie zwykłej, obliczone przy przyjęciu K07, jak w tabl. 2. Dla porównania, w tablicach tych podano również wartości fk zalecane w PN 99.

Jak widać, w zdecydowanej większości przypadków wytrzymałości charakterystyczne murów fk obliczone wg PN 07 są większe od analogicznych wartości fk zalecanych w PN 99, w skrajnych przypadkach nawet o 25%.

Dalsza korekta wartości współczynnika K07 wymaga przeprowadzenia odpowiednich badań wytrzymałościowych murów.

Wytrzymałość muru na ścinanie

W zależności od kierunku działania siły ścinającej w stosunku do spoin wsporych, rozróżnia się wytrzymałość muru na ścinanie:

  • w kierunku równoległym do spoin wspornych fvk
  • w kierunku prostopadłym do spoin wspornych fvvk

Wytrzymałości charakterystyczne muru na ścinanie w kierunku równoległym do spoin fvk, zarówno w przypadku murów z wypełnionymi jak i niewypełnionymi spoinami pionowymi wyznacza się ze wzorów jak w PN 99. Nowa norma podobnie jak w PN 99 nie podaje wytrzymałości na ścinanie muru zawierającego warstwę izolacji przeciwwilgociowej, stwierdzając potrzebę wyznaczania jej doświadczalnie zgodnie z PN-EN 1052-4.

Przyjęte w PN 07 wartości fvko dla murów z elementów ceramicznych zestawiono w postaci tabelarycznej (tablica 6) w zależności od rodzaju użytej zaprawy zachowując wartości fvko i ograniczenia fvk przyjęte w PN 99.

Wytrzymałość muru na ścinanie w kierunku prostopadłym do spoin wspornych fvvk jest pomijana w większości norm krajów zachodnich, w tym również w EC6. W PN 07 zachowano dotychczasowe wartości fvvk przyjęte w PN 99 rozszerzając je dodatkowo dla przypadku elementów murowych o fb < 5 MPa.

Wyniki badań dotychczasowych oraz charakter zniszczenia badanych murów, wskazują, że wytrzymałość na ścinanie w kierunku prostopadłym do spoin wspornych zależy przede wszystkim od wytrzymałości elementów murowych. W związku z czym wartości fvvk podane w tablicy 7 uogólniono dopuszczając ich przyjmowanie dla murów wykonanych przy użyciu wszystkich rodzajów zapraw, w tym również murów z niewypełnionymi spoinami pionowymi.

Wytrzymałość muru na zginanie

Norma PN 99 rozróżniała:

  • wytrzymałość muru na zginanie w kierunku prostopadłym do płaszczyzny ściany określaną jako wytrzymałość na rozciąganie przy zginaniu oraz
  • wytrzymałość na rozciąganie osiowe.

Rozróżnienie to nie miało konsekwencji przy wymiarowaniu konstrukcji murowych, ponieważ w przypadku obliczania murów poddanych osiowemu rozciąganiu, norma zalecała aby wytrzymałości charakterystyczne na rozciąganie osiowe ftk były przyjmowane jak dla przypadku zginania w kierunku prostopadłym do płaszczyzny spoin wspornych (fxkl bądź fxk2).

Z tego też względu w PN 07 zrezygnowano z uwzględnienia wytrzymałości muru na rozciąganie osiowe przyjmując tylko jedno pojęcie wytrzymałości muru na zginanie. Stanowisko takie reprezentuje zarówno EC6 jak i normy różnych krajów europejskich, które nie rozróżniają wytrzymałości dla murów zginanych prostopadle do ich płaszczyzny i zginanych w swojej płaszczyźnie. Normy te podają jedynie wartości wytrzymałości na zginanie (flexural strength) podkreślając, że chodzi o wytrzymałość na zginanie muru obciążonego prostopadle do swojej płaszczyzny. Tylko do takiej wytrzymałości odnoszą się również metody badań wytrzymałości muru przyjęte w PN-EN 1052-2:2001.

PN 07 jak również PN 99 stwierdzają, że podane wytrzymałości muru na rozciąganie przy zginaniu należy przyjmować tylko dla przypadku sprawdzania nośności ścian nie przenoszących obciążeń pionowych i poddanych jedynie obciążeniu wiatrem.

Przyjęte w PN 07 charakterystyczne wartości wytrzymałości na zginanie fxkl i fxk2 dla murów z elementów ceramicznych zestawiono w tablicy 8. Wartości te są zgodne z podanymi w EC6.

Częściowe współczynniki bezpieczeństwa muru γm

Podane w EC6 wartości współczynnika bezpieczeństwa muru γM są wielkościami, które nie uwzględniają niepewności modelu konstrukcji przyjmowanego do obliczania jej nośności, i jako takie nie mogą być bezpośrednio porównywane z wartościami γm w PN 07.

O jakości muru, poza poprawnością jego wykonania, decyduje jakość materiałów, z których mur został wykonany tj. kategoria elementów murowych i rodzaj użytej zaprawy. W PN 99 wartości współczynnika γm uzależniono od kategorii elementów murowych (kategoria I i II) oraz kategorii wykonawstwa (kategoria A i B), pomijając wpływ rodzaju zastosowanej zaprawy.

Zgodnie z przyjętą w Eurokodach filozofią częściowych współczynników bezpieczeństwa [3], [4], EC6 podaje wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa przyporządkowanych wytrzymałości materiału jako γM bez żadnych dodatkowych wskazówek dotyczących przyjęcia odpowiednich γm. Wartości γM, dla muru uzależniono od pięciu kategorii wykonawstwa bez określenia wymagań jakie one powinny spełniać (EC6 zaleca jedynie rozróżniać je m. in., w zależności od kwalifikacji zespołu wykonującego roboty murarskie nadzorowanego przez wykonawcę lub osobę niezależną od wykonawcy, oceny na budowie jakości zaprawy i betonu, sposobu przygotowania zaprawy) oraz trzech rodzajów zastosowanej zaprawy (projektowanej, przepisanej i dowolnej). Minimalna wartość γM przyjęta w EC6 wynosi 1,5, maksymalna 3,0.

W PN 07 liczbę kategorii wykonawstwa ograniczono jak dotychczas do dwóch, przyjmując ustalone w PN 99 wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa muru, podobnie jak w EC6, odpowiednio do kategorii elementów murowych, kategorii wykonania robót na budowie i rodzaju użytej zaprawy.

Przyjęte w PN 07 wartości γm odpowiadają wartościom γM w EC6 przyporządkowanym kategoriom wykonawstwa 2 i 3 (w PN 07 kategorii A i B) co oznacza, że współczynnik γRd charakteryzujący relację pomiędzy γM a γm równy jest jedności, a co za tym idzie γm uwzględnia wszystkie niekorzystne odchyłki przyporządkowane wytrzymałości materiału jak również wynikające z niepewności modelu obliczeniowego nośności konstrukcji murowej.

Dotychczasową tablicę γm w PN 99 rozbudowano dodatkowo, za EC6, o wartości γm dla zakotwienia stali zbrojeniowej oraz nadproży (przyjmując również wartości γM z EC6 jako γm ). Wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa dla muru - γm przyjęte w EC6 oraz w PN 07 do obliczeń konstrukcji w sytuacjach trwałych i przejściowych podano w tablicy 9 (wytłuszczonym drukiem).

Dla porównania w tablicy 10 podano wartości γm przyjęte w brytyjskiej normie BS 5628-1:2005 dotyczącej konstrukcji murowych niezbrojonych, wartości te są znacznie wyższe od podanych w PN 07.

Wymiarowanie konstrukcji murowych niezbrojnych

Rozdział w PN 07 dotyczący wymiarowania konstrukcji murowych niezbrojnych został - analogicznie jak w PN 99 - podzielony na:

  • ściany obciążone głównie pionowo,
  • ściany obciążone siłą skupioną,
  • ściany obciążone głównie poziomo,
  • ściany usztywniające.

Punkt dotyczący ścian obciążonych głównie pionowo w zasadzie nie uległ zmianom - opracowano tekst jednolity uwzględniający opublikowane wcześniej zmiany i poprawki do normy.

W przypadku ścian obciążonych siłą skupioną wprowadzono inny, zgodny z EC6, zapis warunku do sprawdzania stanu granicznego nośności. Obecnie określa się nośność obliczeniową ściany NRd, będącą iloczynem pola oddziaływania obciążenia skupionego, obliczeniowej wytrzymałości muru i współczynnika β. W PN 99 sprawdzano czy lokalne średnie naprężenie ściskające pod obliczeniowym obciążeniem skupionym spełniało, m.in., warunek:

σd ≥ fd

z tym, że norma nie precyzowała postępowania, gdy warunek ten nie był spełniony.

Zasady obliczania ścian obciążonych głównie poziomo, pozostały bez zmian i w pełni odpowiadają zaleceniom EC6.

Punkt normy PN 07 dotyczący ścian usztywniających został przeredagowany, uściślony i uzupełniony rysunkami ułatwiającymi praktyczne stosowanie podanych tam wymagań.

Treść rozdziału rozszerzono, za EC6, o zasady określania grubości efektywnej dla różnego rodzaju rozwiązań konstrukcyjnych ścian, co pozwala na sprawdzanie nośności tych ścian wg metody podanej w PN 07 dla przekrojów prostokątnych.

Wymagania konstrukcyjne

Wymagania konstrukcyjne podane w PN 07 dotyczące zapewnienia trwałości konstrukcji murowych zostały w pełni przyjęte za EC6. Odnoszą się one w szczególności do doboru materiałów murowych (elementów murowych, zapraw, zbrojenia) i dotyczą zasad ich stosowania w zależności od warunków środowiskowych na działanie których konstrukcja będzie narażona oraz sposobu jej zabezpieczenia przed działaniem czynników niekorzystnych. W PN 07, za EC6, przyjęto również nowe oznaczenia i definicje klas ekspozycji.

Pozostałe wymagania, zawarte w tym rozdziale dotyczą ogólnych zasad projektowania i wykonywania ścian, których spełnienie upoważnia projektanta do nie sprawdzania stanu granicznego użytkowalności konstrukcji. Większość tych zasad została powtórzona za PN 99. Zasadnicza zmiana dotyczy tylko odległości przerw dylatacyjnych, które w PN 07 zostały w istotny sposób ograniczone w stosunku do PN 99.

Doboru elementów murowych dokonuje się w zależności od przewidywanych warunków środowiskowych w jakich będzie się znajdować konstrukcja murowa, posługując się tablicą 11.

Doboru rodzaju zaprawy dokonuje się zgodnie z PN-EN 998-2, posługując się tablicą 12, w której przyjęto oznaczenie zaprawy jako P, M i S, gdzie:

P - zaprawa stosowana w przypadku murów narażonych na słabe działanie czynników zewnętrznych;

M - zaprawa stosowana w przypadku murów narażonych na średnio intensywne działanie czynników zewnętrznych;

S - zaprawa stosowana w przypadku murów narażonych na intensywne działanie czynników zewnętrznych;

Zgodnie z PN 07, mur w ścianie piwnicznej zabezpieczony w sposób należyty przed przenikaniem wody uważać można za znajdujący się w środowisku klasy MX2.

Przerwy dylatacyjne. Dotychczasowe obserwacje zachowania się ścian murowanych stosowanych w Polsce w okresie ostatnich kilkunastu lat, wskazują na niewłaściwą ocenę odkształceń termicznych ścian w procesie ich projektowania. Wyraża się to w praktyce przyjmowaniem zbyt dużych odległości przerw dylatacyjnych, a w konsekwencji samoistnym dylatowaniem się ścian w warunkach ich użytkowania.

W związku z powyższym, podane w PN 07 odległości przerw dylatacyjnych z uwagi na odkształcenia termiczne murowanych ścian zostały uzależnione od znacznie większej liczby czynników niż w PN 99. Obecnie zależą one od: rodzaju ściany (jedno- i dwuwarstwowa, samonośna i nośna), materiału elementu murowego, rodzaju zaprawy (zwykła, lekka i do cienkich spoin) oraz sposobu wykonania muru (ze spoinami pionowymi wypełnionymi lub nie wypełnionymi).

Zalecane w PN 07 maksymalne odległości pomiędzy przerwami dylatacyjnymi podano w podziale na ściany szczelinowe i ściany jedno- lub dwuwarstwowe, różnicując przy tym:

  • dla ścian szczelinowych - wymagania dla warstwy zewnętrznej i warstwy wewnętrznej ściany,
  • dla ścian jedno- lub dwuwarstwowych - wymagania dla murów z wypełnionymi spoinami i murów z niewypełnioną spoiną pionową.

Biorąc pod uwagę odkształcalność termiczną elementów murowych, maksymalne odległości pomiędzy przerwami dylatacyjnymi zróżnicowano w zależności od dwóch rodzajów materiałów elementów murowych, tj.: murów z elementów ceramicznych i murów wykonywanych z innych elementów (tablica 13). Przy ustalaniu zalecanych wartości Li przyjęto, że najkorzystniejsze termiczne warunki pracy w konstrukcji ma warstwa wewnętrzna ściany szczelinowej, najniekorzystniejsze zaś, warstwa zewnętrzna.

Odległości między przerwami dylatacyjnymi, podane w tablicy 13, dotyczą budynków z oddzieloną konstrukcją dachową i ocieplonym stropem nad najwyższą kondygnacją. Można je uważać za miarodajne również dla budynków ze stropodachami wentylowanymi, w których temperatura konstrukcji stropu jest zbliżona do temperatury ocieplonego stropu przekrytego dachem.

W przypadku zastosowania w spoinach wspornych zbrojenia o przekroju nie mniejszym niż 0,03% przekroju poprzecznego muru, podane w tablicy 13 wartości Li . można zwiększyć o 20%.

Piśmiennictwo

[1] Jarmontowicz R., Sieczkowski J.: Badania wytrzymałościowe murów z ceramicznych i silikatowych elementów murowych. „Materiały Budowlane”, nr 9/2006

[2] Lewicki B.: Eurokody i ich wdrażanie do praktyki polskiej. IX Konferencja Naukowo-Techniczna „Problemy Rzeczoznawstwa Budowlanego”. Cedzyna koło Kielc, 24-26 kwietnia 2006 r. Materiały konferencyjne. ITB. Warszawa 2006

[3] Lewicki B.: Zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji. Komentarz naukowy do PN-B-03264:2002, ITB, Warszawa 2005

[4] Lewicki B.: Wdrażanie Eurokodów do praktyki polskiej - Wymagany poziom bezpieczeństwa konstrukcji - XXII Konferencja WPPK, Szczyrk 2007

dr Roman Gajownik, inż. Jan Sieczkowski
Ceramika Budowlana nr 2/2007 oraz nr 3/2007

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to.

Zrozumiałem
Partnerzy