ne019 - 03 - structuri de rezistenta din lemn amplasate in zone seismice.pdf

CALCULUL ŞI ALCĂTUIREA STRUCTURILOR DE REZISTENŢĂ DIN LEMN AMPLASATE ÎN ZONE SEISMICE (PREZENTA REGLEMENTARE TEHNICĂ COMPLETEAZĂ NORMATIVUL PENTRU PROIECTAREA ANTISEISMICĂ A

CONSTRUCŢIILOR DE LOCUINŢE, SOCIAL – CULTURALE ŞI INDUSTRIALE – P 100-92 – LA CAP. IX, REFERITOR LA CONSTRUCŢIILE DIN LEMN)

Indicativ NE 019 – 2003

Cuprins

1. PRINCIPII DE PROIECTARE ANTISEISMICĂ

1.1. Construcţiile din lemn trebuie proiectate ţinând cont de unul din următoarele concepte:

a. Comportare structurală disipată – este considerată capacitatea unei părţi structurale (zone de disipare) să reziste acţiunii seismice prin incursiuni dincolo de limita elastică. Când se foloseşte spectrul de răspuns elastic, factorul ψ este luat mai mic ca 0,66 ; ψ depinde de clasa de ductilitate.

Zonele disipative vor fi localizate în îmbinări şi conectori metalici, luând în considerare şi eventualele influenţe locale datorate tijelor care se deformează, iar elementele din lemn rămân în domeniul de comportare elastică.

b. Comportare structurală puţin disipată – efectele acţiunii sunt calculate pe baza unei analize globale elastice, fără a lua în considerare comportarea neliniară a materialului. Când se foloseşte spectrul de răspuns elastic, factorul ψ trebuie luat mai mare ca 0,66.

1.2. Proiectarea detaliilor constructive este foarte important pentru construcţiile din lemn situate în zone seismice. Trebuie asigurat traseul eforturilor în ansamblul structurii de la sol şi fundaţii la acoperiş şi invers (prin forma structurii şi continuitate), precum şi existenţa unei rezerve de rezistenţă suficientă (ductilitate şi disipare de energie).

1.3. Principiile care guvernează proiectarea împotriva hazardului seismic sunt:

- continuitate structurală;

- simplitatea structurală;

- regularitatea construcţiei;

- uniformitate, simetrie şi redundanţă;

- rezistenţa bi-directională şi rigiditate;

- rezistenţa la torsiune şi rigiditate.

1.4. Plastificarea şi disiparea de energie poate să producă în îmbinările diferitelor elemente doar în cazul îmbinărilor semirigide (îmbinări mecanice realizate cu elemente de îmbinare metalice).

1.5. Lemnul pus în operă se comportă:

- fragil, la întindere transversală pe fibre, la forfecare, la întindere axială, la încovoiere;

- semiductil, la compresiune axială;

of 22ÎNDRUMĂTOR PRIVIND UTILIZAREA ÎN CONSTRUCŢII A PLĂCILOR DIN A...

7/15/2006mk:@MSITStore:C:\MATRIX\calccons.chm::/ne019-03.htm

- ductil, la compresiune transversală.

1.6. O clasificare a structurilor este realizată în funcţie de comportarea lor plastică şi de capacitatea lor de disipare de energie. Se definesc trei clase de ductilitate statică (tabel 1).

Ductilitatea statică µS a îmbinărilor este definită ca fiind raportul dintre deplasarea corespunzătoare forţei maxime atinse în decursul încercării sub încărcare monoton crescătoare şi deplasarea corespunzătoare stării limită elastice:

9; 9; (1)

Tabelul 1.

Clase de ductilitate statică

[top]

2. ALCĂTUIREA DE ANSAMBLU A CONSTRUCŢIILOR DIN LEMN

2.1. Simplitatea structurală caracterizată prin existenţa unor elemente clare şi directe de transmitere a forţelor seismice, este un obiectiv important de urmat de când modelarea, analiza, dimensionarea, detalierea şi conceperea unei structuri simple conduce la mai puţină incertitudine şi astfel predicţia unei comportări seismice este mai sigură.

2.2. Construcţiile se clasifică în funcţie de regularitatea lor structurală în:

- structuri regulate;

- structuri cu regularitate medie;

- structuri neregulate.

2.3. Cerinţele de alcătuire necesare pentru structurile regulate şi cu regularitate medie sunt:

1. Structura nu trebuie să aibă nici un element portant vertical a cărei sarcină să nu se transmită în linie directă la fundaţie. Dacă contravântuirea este asigurată printr-un număr suficient de pereţi, se poate aprecia că acest criteriu este respectat.

2. În concordanţă cu rigiditatea laterală şi distribuţia maselor, structura unei clădiri trebuie să fie aproximativ simetrică în plan după două axe ortogonale.

3. Construcţia trebuie să aibă cel puţin trei planuri de contravântuire non-concurente şi de rigidităţi comparabile.

4. Rigiditatea în plan a planşeului trebuie să fie suficient de mare în comparaţie cu rigiditatea laterală a

Clase Ductilitate µs

I Inferioară (arce cu 2 sau 3 articulaţii, grinzi) 1 … 3

II Medie (şarpante asamblate cu buloane, cadre cu îmbinări cu buloane etc.)

3 … 6

III Superioară (structura din panouri) 6 … 12



elementelor structurale verticale, astfel încât deformaţia planşeului să aibă un efect redus în distribuţia forţelor în elementele structurale verticale. Formele în plan de L, Γ, H, I, X trebuie analizate atent, mai ales în ceea ce priveşte rigiditatea braţelor laterale, care trebuie sa fie comparabile cu cea a părţii centrale, pentru a satisface condiţia de diafragma rigidă.

5. Forma construcţie în plan, ca şi distribuţia de mase şi rigidităţi pe înălţime trebuie să satisfacă anumite condiţii de regularitate:

a. Forma construcţiei în plan trebuie să prezinte o configuraţie simetrice în raport cu cele două direcţii ortogonale.

b. Forma construcţiei trebuie să prezinte o continuitate regulată în sens vertical, în raport cu cele două direcţii ortogonale.

c. Configuraţia în plan trebuie să fie compactă, adică fiecare planşeu sa fie delimitat de un poligon convex. În cazul în care în plan există intrânduri şi ieşinduri, condiţia de regularitate este îndeplinită dacă acestea nu depăşesc 5% din aria planşeului.

d. Raportul între laturile clădirii λ = Lx / Ly nu trebuie să fie mai mare de 4. Dacă nu este îndeplinită această condiţie, se prevede introducerea de rosturi.

e. La fiecare nivel şi pentru fiecare direcţie de analiză x şi y, excentricitatea structurală şi raza de torsiune trebuie să satisfacă două condiţii (exprimate pentru direcţia de analiza y) (fig. 2.7):

e0x ≤ 0.30 rx (2)

rx ≥ ls (3)

e0x – distanta între centrul de rigiditate şi centrul maselor, măsurata pe direcţia x, normala pe direcţia analizata;

rx – radicalul raportului intre rigiditatea la torsiune şi rigiditatea laterala în direcţia y;

lx – raza de giraţie a planşeului în plan.

2.4. Uniformitatea este caracterizată printr-o distribuţie, uniformă a elementelor structurale în plan şi pe verticală, care permite transmiterea directă a forţelor de inerţie create în masele distribuite ale structurii. Dacă este necesar, uniformitatea poate fi realizată prin împărţirea întregii structuri prin rosturi seismice în unităţi dinamice independente.

Uniformitatea este, de asemenea, importantă şi pe înălţimea structurii deoarece tinde să elimine apariţia zonelor sensibile unde concentrările de eforturi sau cerinţele de ductilitate pot conduce la un colaps prematur.

2.5. Utilizarea uniformă a elementelor structurale distribuite creşte redundanţa şi permite o redistribuire favorabilă a efectelor acţiunilor şi o disipare de energie în întreaga structură.

2.6. Elementele structurale trebuie distribuite în plan după direcţii ortogonale, fiind asigurate rezistente şi rigidităţi comparabile în ambele direcţii principale.

2.7. Caracteristicile de rigiditate structurală trebuie stabilite în scopul minimizării efectelor acţiunii seismice şi limitarea dezvoltării deplasărilor excesive care pot conduce la instabilitate datorită efectelor de ordin doi sau la distrugeri locale.

2.8. Pe lângă rezistenţa laterală şi rigiditatea, structurile trebuie să aibă o rezistenţă la torsiune şi rigiditatea adecvată pentru a limita efectele de torsiune care au tendinţa de solicita neuniform diferite elemente structurale. Pentru aceasta, o soluţie o constituie poziţionarea elementelor structurale la extremităţile structurii.



[top]

3. COMPORTAREA ÎMBINĂRILOR LA ACŢIUNI SEISMICE

3.1. Îmbinările mecanice au o ductilitate bună, nu sunt sensibile la sarcini reperate şi au capacitate de disipare de energie.

3.2. Pentru a se evita ruperea prin fisurare prematură, trebuie respectate reguli privind distanţele dintre tije şi dintre tije şi capătul elementului din lemn care sunt stabilite astfel încât să asigure o comportare ductilă (cf. NP 005/03 – „Cod pentru proiectarea construcţiilor din lemn”). Majorarea spatiilor dintre piesele de îmbinare şi faţă de limitele elementului din lemn contribuie la creşterea rezistenţei la fisurare şi, în consecinţă, la ductilitatea îmbinării.

3.3. Fisurarea poate fi prevenită prin adăugarea în zona de îmbinare a unor materiale de ranforsare, cu o bună rezistenţă la întindere transversală, precum contraplăcile, în acest fel, fisurarea este mai bine stăpânită şi este asigurată plastificarea elementelor de hotel . Aceste două concepte pot să confere îmbinării o comportare postelastică corespunzătoare (în termeni de ductilitate). Capacitatea de disipare de energie poate fi îmbunătăţită prin alegerea de tije zvelte, care permit formarea de articulaţii plastice. Fisurarea este limitată atunci când grosimea lemnului creste în raport cu diametrul tijelor.

3.4. Pentru a evita orice pierdere inacceptabilă de rezistenţă, trebuie respectate următoarele trei principii:

- proiectarea pieselor de fixare care să împiedice smulgerea elementelor din îmbinare;

- prevenirea utilizării de materiale care au o rupere fragilă;

- utilizarea unor materiale cu o buna comportare sub sarcini repetate.

3.5. Elemente de îmbinare de tip tije (cuie, agrafe şi şuruburi)

Cu excepţia elementelor din hotel dur, cuiele, agrafele şi şuruburile au o comportare plastică. Creşterea lungimii de pătrundere a tijei în elementul de lemn previne riscul de smulgere. De asemenea, nu sunt recomandate cuiele lise. Un coeficient de zvelteţe al tijei mai mare ca 8 garantează o buna ductilitate.

Pentru îmbinările intre panouri de placaj pe structura de lemn, comportarea ductila se manifesta atunci când coeficientul de zvelteţe al tijei este mai mare ca 4. Încercări pe panouri cu structura din lemn îmbinate cu cuie demonstrează o ductilitate sporita şi o capacitate mare de disipare de energie.

3.6. Broşe (dornuri)

Îmbinările cu tije metalice zvelte au capacitatea de a plastifica în acelaşi timp otelul şi lemnul din îmbinare, ceea ce permite o disipare bună de energie. Coeficientul de zvelteţe al dornului trebuie sa fie mai mare ca 8, ca sa se obţină o ductilitate buna. Pentru tije masive şi distanţe normale intre tije, plasticitatea depinde numai de capacitatea portantă a lemnului.

3.7. Buloane

Pentru îmbinările cu buloane, toleranţele din pregăurire provoacă neregularităţi în distribuţia eforturilor. Suprasarcinile care afectează, în consecinţă, anumite buloane pot provoca fisuri în piesele din lemn, reducând distribuţia eforturilor în îmbinare. În zonele seismice se recomanda realizarea cu precizie a acestor îmbinări şi utilizarea de preferinţă a buloanelor zvelte. Buloanele cu diametru mai mare de 16 mm se deformează puţin şi, prin urmare disiparea de energie este scăzută. Este recomandată utilizarea buloanelor împreună cu crampoanele cu dinţi.

3.8. Inele

Din cauza capacitaţii reduse de deformare plastică, utilizarea acestor mijloace de îmbinare nu este indicată pentru îmbinări disipative.



3.9. Crampoane (inele cu dinţi)

Dacă sunt bine concepute, acestea sunt capabile de o bună comportare plastică. Pentru prevenirea fisurării lemnului, trebuie respectate distanţele dintre dinţi.

3.10. Conectori cu dinţi ambutisaţi

În cazul utilizării conectorilor cu dinţi, există eventualitatea unei rupturi fragile a plăcii şi a smulgerii dinţilor. În consecinţă, nu sunt recomandaţi pentru utilizarea lor în îmbinări disipative.

3.11. Reguli pentru îmbinări

1. Se recomandă evitarea utilizării de elemente comprimate şi a îmbinărilor acestora (îmbinările prin chertare), care pot ceda din încărcări alternante.

2. Buloanele şi dornurile vor fi fixate prin pregăurire. Buloanele şi dornurile mari (d >16 mm) nu vor fi folosite în îmbinările lemn pe lemn şi metal pe lemn, exceptând combinaţiile cu alţi conectori.

3. Dornurile, cuiele netede şi scoabele nu vor fi folosite fără rezerve adiţionale (piese suplimentare de strângere – buloane – care se dispun în noduri sau pe lungimea elementului compus pentru a strânge pachetul de bare) împotriva retragerilor.

4. În cazul încărcării perpendiculare pe fibre, rezervele adiţionale vor fi folosite pentru evitarea despicării lemnului.

5. Panourile cu structură din lemn îmbinate cu cuie prezintă o comportare ductilă, superioară. Trebuie ca panoul să fie produs din lemn sau pe bază de lemn cu grosimea t1 > 4d, d fiind diametrul cuiului < 3,1 mm.

6. Îmbinările cu cuie şi dornuri, lemn pe lemn sau metal pe lemn sunt suficient de ductile atunci când grosimea minima a lemnului îmbinat este de 8d şi diametrul broşei d<12 mm.

7. Toate reazemele trebuie să aibă o legătura mecanică. Elementele de fixare şi suporturile trebuie concepute astfel încât să se evite ca elementele să iasă din suportul lor.

8. Zonele disipative trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

a. În îmbinările cu cuie, buloane şi dornuri de tip lemn pe lemn şi lemn pe metal, grosimea minima a elementelor îmbinate este de 10d, iar diametrul minim al elementului de îmbinare d nu trebuie sa depăşească 12 mm;

b. În pereţii structurali şi diafragme orizontale, elementele de placaj vor fi pe bază de lemn cu o grosime de minim 4d şi diametrul cuiului d nu trebuie să depăşească 3,1 mm.

Dacă aceste cerinţe nu sunt îndeplinite, dar este asigurată o grosime minimă de 8d pentru cazul a, şi 3d pentru cazul b, se vor utiliza valorile reduse pentru coeficientul de comportare ψ , date în tabelul 3.

9. Sunt considerate ca zone disipative în noduri, numai cele materiale şi îmbinări mecanice care au o comportare corespunzătoare la solicitarea de oboseala.

10. Îmbinările încleiate sunt considerate zone ne-disipative.

11. Îmbinările prin chertare pot fi folosite atunci când au capacitate suficientă de disipare de energie, fără a prezenta riscul cedării la forfecare sau întindere perpendiculară pe fibre.

12. Pentru materialele de finisaj (placaje) pentru pereţi şi planşee trebuie satisfăcute următoarele condiţii:

a. Plăcile din produse aglomerate derivate au densitatea specifica de cel puţin 650 kg/m3;



b. Plăcile din placaje au grosimea de cel puţin 9 mm;

c. Plăcile din PFL şi PAL au grosimea de cel puţin 13 mm.

[top]

4. RELAŢII DE CALCUL PENTRU DETERMINAREA INCĂRCĂRII SEISMICE PENTRU CALCULUL DE REZISTENŢĂ

4.1. Relaţia de calcul pentru determinarea încărcărilor seismice statice echivalente corespunzătoare direcţiei de mişcare considerate pentru teren şi modului propriu de vibraţie r se determină cu relaţia (P100/92):

Sr = cr G (3)

9; 9; (4)

unde:

cr – coeficient seismic global corespunzător modului de vibraţie r;

G – rezultanta încărcărilor gravitaţionale pentru întreaga structură;

α – coeficient de importanţă a structurii, în funcţie de clasa de importanţă a clădirii;

ks – coeficient în funcţie de zona seismică de calcul a amplasamentului;

βr – coeficient de amplificare dinamică în modul r de vibraţie, în funcţie de compoziţia spectrala a mişcării seismice de amplasament;

εr – coeficient de echivalenţă între sistemul real şi un sistem cu un grad de libertate corespunzător modului de vibraţie r;

ψ – coeficient de reducere a efectelor acţiunii seismice ţinând seama de ductilitatea structurii, de capacitatea de redistribuţie a eforturilor, de ponderea cu care intervin rezervele de rezistenţa neconsiderate în calcul, precum şi de efectele de amortizare a vibraţiilor, altele decât cele asociate structurii de rezistenta.

Coeficienţii din expresia forţei echivalente au aceleaşi semnificaţii ca pentru toate tipurile de construcţii, cu excepţia coeficientului ψ pentru care fac o serie de precizări în continuare.

4.2. Factorul de amortizare ζ (%) pentru structuri din lemn (structuri cu puţine elemente secundare), în funcţie de tipul îmbinării are următoarele valori:

- din lemn lamelat încleiat ζ = 4;

- îmbinate cu buloane ζ = 4;

- îmbinate cu cuie ζ = 5.

4.3. Dacă coeficientul de amortizare ζ ≠ 5%, spectrele de dimensionare trebuie corectate cu coeficientul ρ:

ρ = [5 / ζ]0,4 (5)



4.4. Coeficientul de corecţie ρ pentru structuri din lemn cu puţin elemente secundare:

- din lemn lamelat încleiat ρ = 1,09;

- îmbinate cu buloane ρ = 1,08;

- îmbinate cu cuie ρ = 1.

4.5. Valorile coeficientului de reducere ψ sunt asociate spectrelor de dimensionare şi ţin cont de influenţa coeficientului de amortizare propriu fiecărei construcţii. În concordanţă cu comportarea lor ductilă şi capacitatea de disipare de energie sub acţiuni seismice, structurile din lemn trebuie să aparţină uneia dintre cele trei clase de ductilitate în care coeficientul de reducere ψ are valorile din tabelul 2.

Tabelul 2.

Coeficienţii de reducere ψψψψ pentru structuri

Pentru structuri cu regularitate medie, coeficientul ψ se majorează cu 15% faţă de valorile din tabel. Pentru

structuri neregulate, coeficientul ψ se majorează cu 40% faţă de valorile din tabel.

Elementul structural cel mai puţin ductil din ansamblul structurii de rezistenta determina valoarea coeficientului ψ.

4.6. Dacă elementele zonelor disipative nu îndeplinesc condiţiile cerute în paragraful 3.6, punctul b, coeficientul ψ se ia conform valorilor din tabelul 3.

Tabelul 3.

Tip de structură Structuri regulate

Structuri non-disipative: - console - grinzi cu îmbinări în consola

1

Structuri cu o capacitate redusa de disipare de energie: - şarpante asamblate cu buloane (ductilitate II) - şarpante asamblate cu cuie

0,50 … 0,80

- şarpante asamblate cu buloane (ductilitate III) - şarpante asamblate cu cuie(ductilitate III) 0,33 … 0,66

Cadre cu îmbinări cu buloane (ductilitate III) 0,25

Structuri cu o capacitate redusa de disipare de energie (ductilitate III) - grinzi - arce cu 2 sau 3 articulaţii - şarpante asamblate cu conectori sau inele - structura din panouri cu fete lipite

0,66

Structuri cu o capacitate medie de disipare de energie: - cadre cu îmbinări cu buloane (ductilitate II) 0,40 … 0,50

Structuri cu o capacitate mare de disipare de energie: - structuri din panouri (ductilitate III) 0,20 … 0,33



Tipuri structurale şi coeficient ψψψψ redus

[top]

Cap. 1. – INTRODUCERE

Abordarea modernă a proiectării clădirilor situate în zone seismice constă în aceea ca structurile să reziste la un sistem „de serviciu” (moderat, cu o perioadă de revenire de 50 ani) fără a avea deformaţii sau degradări importante . De asemenea, structurile trebuie să reziste şi la un seism ultim (cu o perioadă de revenire de 250 de ani), suferind degradări importante, dar să nu intre în colaps. Capacitatea portantă de rezistenţă a unei structuri de a suporta deformaţiile plastice ale componentelor sale şi de a disipa energie fără a se rupe reprezintă factorul esenţial al capacitaţii portante de a rezista la o acţiune seismică (Cecotti, 1989).

1.1. Concepte de proiectare

Construcţiile din lemn trebuie proiectate ţinând cont de unul din următoarele concepte:

a. Comportare structurala disipativa – este considerată capacitatea unei părţi structurale (zone de disipare) să reziste acţiunii seismice prin incursiuni dincolo de limita elastică. Când se foloseşte spectrul de răspuns elastic, factorul ψ este luat mai mic ca 0,66; ψ depinde de clasa de ductilitate.

Zonele disipative vor fi localizate în îmbinări şi conectori metalici, luând în considerare şi eventualele influente locale datorate tijelor care se deformează, iar elementele din lemn rămân în domeniul de comportare elastică.

b. Comportare structurala puţin disipativa - efectele acţiunii sunt calculate pe baza unei analize globale elastice, fără a lua în considerare comportarea neliniară a materialului. Când se foloseşte spectrul de răspuns elastic, factorul ψ trebuie luat mai mare ca 0,66. Acest concept este corespunzător clasei de ductilitate I, caracteristic unor tipuri de structuri.

[top]

Cap. 2. – REGULI CONSTRUCTIVE PENTRU STRUCTURILE DIN LEMN SITUATE ÎN ZONE SEISMICE

Experienţa arată că, pentru construcţii de mici dimensiuni, regulate în plan şi în elevaţie, care se pot proiecta rapid, este necesara respectarea câtorva principii de alcătuire şi de realizare a îmbinărilor pentru ca construcţia să reziste unui seism. Din această cauză, numeroase coduri seismice dau o listă de exigente minime însoţite de exemple explicative pentru structuri mici, la care calculul nu este obligatoriu.

Proiectarea detaliilor constructive este foarte importantă pentru construcţiile din lemn situate în zone seismice. Trebuie asigurat traseul eforturilor în ansamblul structurii de la sol şi fundaţii la acoperiş şi invers (prin forma structurii şi continuitate), precum şi existenta unei rezerve de rezistenta suficienta (ductilitate şi disipare de energie).

Principiile care guvernează proiectarea împotriva hazardului seismic sunt:

Tipuri de structuri Coeficient de comportare ψ

Portale cu noduri îmbinate cu buloane şi dornuri

Pereţi din panouri îmbinaţi cu cuie

0.40

0.25



- continuitate structurală;

- simplitatea structurală;

- regularitatea construcţiei;

- uniformitate, simetrie şi redundanţă;

- rezistenta bi-directională şi rigiditate;

- rezistenţa la torsiune şi rigiditate.

2.1. Continuitate structurală

Acţiunea seismică constituie o acţiune orizontală care acţionează pe ansamblul structuri, spre deosebire de acţiunile verticale care nu acţionează decât asupra elementelor situate direct sub încărcări (fig. 2.1).

Aceasta implică importanţa majoră a continuităţii structurale a legăturilor între diferite elemente şi eficacitatea lor la întindere / compresiune. Toate componentele pereţilor la contravântuire şi a diafragmelor trebuie să fie conectare astfel încât să se constituie într-un ansamblu unitar.

Figura 2.2. arată localizarea legăturilor şi exemple de soluţii care să asigure continuitatea structurală. La nivelul planşeului, o centură periferică trebuie să fie prevăzută în aşa fel încât să reziste eforturilor de întindere ce vin din planşeu sub încărcări orizontale (fig. 2.2,b) şi să asigure continuitatea la colţuri, unde îmbinările dintre panouri trebuie să fie mai dese (fig.2.2,a).

Elementele de rezistenţă verticale trebuie să fie îmbinate continuu pe înălţime pentru a asigura transmiterea uniformă a eforturilor verticale (fig. 2.2,c).

Trebuie considerată în mod special întinderea perpendiculară pe fibre. Pentru aceasta, în figura 2.3,d, înălţimea be nu trebuie să fie mai mare ca 2/3h, pentru a limita riscul de despicare. Este necesar legăturile din figura 2.3,b, figura 2.3,d şi figura 2.3,e să nu fie excentrice.

Îmbinările trebuie să fie capabile să lucreze pe două direcţii perpendiculare. De aceea îmbinările cu contact direct pe o singura direcţie nu sunt recomandate. În figura 2.4 sunt exemplificate îmbinări cu transmitere pe două direcţii a eforturilor. Fundaţiile trebuie legate între ele, pentru a lucra ca un tot unitar, ca un radier în caz de deformare a terenului.

2.2. Simplitatea structurală

Simplitatea structurală caracterizată prin existenţa unor elemente clare şi directe de transmitere a forţelor seismice, este un obiectiv important de urmat având în vedere că modelarea, analiza, dimensionarea, detalierea şi conceperea unei structuri simple conduce la mai puţine incertitudini şi astfel predicţia comportării seismice este mai sigură.

2.3. Regularitatea construcţiei

Regularitatea în plan şi în elevaţie este indispensabilă pentru a asigura o bună comportare la seism (efectul de torsiune rezultat în urma neregularităţilor este greu de calculat). Este recomandabil să construim clădiri regulate, chiar fără o simetrie perfectă, dar cu o dispoziţie regulată sau omogenă a componentelor de rezistenţă (fig. 2.5). În cazul unor deschideri disimetrice importante, trebuie redusă tendinţa la torsiune a clădirii, iar metodele indicate de a restabili o simetrie structural sunt:

- creând elemente de contravântuire necesare;

- mărind grosimea pereţilor structurali.

Construcţiile din lemn pot fi clasificate în funcţie de regularitatea lor structurală în:



- structuri regulate;

- structuri cu regularitate medie;

- structuri neregulate.

Cerinţele de alcătuire necesare pentru structurile regulate si cu regularitate medie sunt:

1. Structura nu trebuie să aibă nici un element portant vertical al cărei sarcină să nu se transmită în linie directă la fundaţie. Dacă contravântuirea este asigurată printr-un număr suficient de pereţi, se poate aprecia că acest criteriu este respectat.

2. În concordanţă cu rigiditatea laterală şi distribuţia maselor structura unei clădiri trebuie să fie aproximativ simetrică în plan după doua axe ortogonale.

3. Construcţia trebuie să aibă cel puţin trei planuri de contravântuire non-concurente si de rigidităţi comparabile.

4. Planşeele trebuie să aibă o rigiditate suficientă în raport cu contravântuirile verticale.

5. Rigiditatea în plan a planşeului trebuie să fie suficient de mare în comparaţie cu rigiditatea laterală a elementelor structurale verticale, astfel încât deformaţia planşeului să aibă un efect redus în distribuţia forţelor în elementele structurale verticale. Formele în plan de L, Γ, H, I, X trebuie analizate atent, mai ales în ceea ce priveşte rigiditatea braţelor laterale, care trebuie să fie comparabilă cu cea a părţii centrale, pentru a satisface condiţia de diafragmă rigidă.

6. Forma construcţiei în plan, ca şi distribuţia de mase şi rigidităţi pe înălţime trebuie să satisfacă următoarele condiţii de regularitate:

6.1. Forma construcţiei în plan trebuie să prezinte o configuraţie simetrică în raport cu cele două direcţii ortogonale.

6.2. Forma construcţiei trebuie să prezinte o continuitate regulată în sens vertical, în raport cu cele două direcţii ortogonale.

2.3.1. Criterii de regularitate pentru clădiri regulate şi cu regularitate medie

Codul de proiectare antiseismică francez PS 92, ca şi EUROCODE 8, prezintă câteva criterii de regularitate în plan şi pe înălţime, reguli care sunt analizate, prelucrate şi propuse a fi preluate şi de codul romanesc.

PS 92

1. Forma unei construcţii trebuie să fie compactă, să prezinte o configuraţie sensibil simetrică pe două direcţii ortogonale şi trebuie să verifice criteriile din tabelul 2.1. (fig. 2.6).

2. Raza de torsiune (r) este definit printr-un raport:

r2 = Σ Rigiditate la torsiune / Σ rigiditate la translaţie (2.1)

În cazul contravântuirii verticale cu pereţi (fig. 2.7):

9; 9;

9; 9; 9; (2.2)

În cazul contravântuirii cu cadre, trebuie determinate momentele de inerţie echivalente a planurilor de contravântuire si apoi aplicate relaţiile (2.2).

of 22ÎNDRUMĂTOR PRIVIND UTILIZAREA ÎN CONSTRUCŢII A PLĂCILOR DIN...


Tabelul 2.1.

EC 8

1. Configuraţia în plan trebuie să fie compactă, adică fiecare planşeu să fie delimitat de un poligon convex. În cazul în care în plan există intrânduri şi ieşinduri, condiţia de regularitate este îndeplinită dacă acestea nu depăşesc 5% din aria planşeului.

2. Raportul între laturile clădirii λ = Lx / Ly nu trebuie să fie mai mare de 4.

3. La fiecare nivel şi pentru fiecare direcţie de analiză x şi y, excentricitatea structurală şi raza de torsiune trebuie să satisfacă două condiţii (exprimate pentru direcţia de analiza y):

e0x ≤ 0,30rx (2.3)

rx ≥ ls #9; #9; (2.4)

unde:

e0x – distanţa între centrul de rigiditate şi centrul maselor, măsurată pe direcţia x, normală pe direcţia analizată;

rx – radicalul raportului între rigiditatea la torsiune şi rigiditatea laterală în direcţia y;

ls - raza de giraţie a planşeului în plan.

2.3.2. Configuraţia pe înălţime

Criterii Construcţii regulate

Construcţii cu regularitate

medie

Criterii geometrice (fig. 2.6)

Zvelteţea η = Lx / Ly

Totalitatea intrărilor sau colţurilor nu trebuie să depăşească, pe fiecare direcţie

≤ 4 ≤ 4

≤ 0,25Lx

sau ≤ 0,25Ly

≤ 0,25Lx

sau ≤ 0,25Ly

Criterii mecanice

Excentricitatea structurală e0 trebuie să fie, pentru fiecare nivel şi fiecare direcţie (fig. 2.7)

e0 ≤ 0,25r

şi r ≤ 0,25L e0 ≤ 0,30r

Ansamblul centrelor de greutate G şi a centrelor de torsiune T a tuturor etajelor trebuie să se proiecteze în interior pe un dreptunghi de latură

0,20 r 0,30 r

Raza de torsiune trebuie să verifice relaţia



În continuare sunt prezentate criteriile de regularitate după PS 92 şi EC 8.

PS 92

Forma unei construcţii trebuie să prezinte o continuitate sensibil regulat în sens vertical, pe două direcţii ortogonale şi trebuie să verifice criteriile din tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

unde:

B – lăţimea clădirii la bază;

B’ – lăţimea clădirii în zona retragerii;

H – înălţimea clădirii.

EC 8

1. Rigiditatea laterală şi mesele nivelurilor trebuie să rămână constante sau să se reducă gradual, fără schimbări bruşte, de la primul la ultimul nivel.

2. Dacă retragerile sunt prezente, trebuie îndeplinite următoarele condiţii suplimentare:

a. pentru retrageri graduale simetrice, retragerea la orice nivel nu trebuie să fie mai mare de 20% din dimensiunea planului anterior pe direcţia retragerii.

b. Dacă retragerile nu păstrează simetria, pe fiecare faţă, suma retragerilor la toate nivelurile nu trebuie să fie mai mare de 30% din dimensiunea planului la primul nivel şi fiecare retragere individuală nu trebuie să fie mai mare de 10% din dimensiunea planului anterior.

Criterii Construcţii regulate Construcţii cu regularitate medie

Criterii geometrice

Retragerile unice şi simetrice la partea superioară sau inferioară sunt acceptabile dacă

Lărgirile unice şi simetrice situate la partea inferioară sunt acceptate dacă

B’/ B ≥ 0,67

Pe H / 6

B’/ B ≥ 0,50

Pe H / 4

B’/ B ≤ 1,25

Pe H / 6

B’/ B ≤ 1,50

Pe H / 4

Criterii mecanice

Distribuţia rigidităţilor trebuie să fie verificată pentru fiecare nivel şi fiecare direcţie de calcul (k

i şi ki-1 sunt rigidităţi de contravântuire la două etaje consecutive)

0,67 ≤ ki/ki-1 ≤ 1,33 0,50 ≤ ki/ki-1 ≤ 1,50

Distribuţia maselor trebuie să fie verificată pentru fiecare nivel şi fiecare direcţie de calcul (m

i şi mi-1 sunt masele la două etaje consecutive şi m masa medie a unui etaj)

0,85 ≤ mi/mi-1 ≤ 1,10

0,80 ≤ mi/m ≤ 1,20

0,75 ≤ mi/mi-1 ≤ 1,15

0,67 ≤ mi/m ≤ 1,33



2.4. Uniformitate, simetrie şi redundanţă

1. Uniformitatea este caracterizată printr-o distribuţie uniformă a elementelor structurale care permite transmiterea directă a forţelor de inerţie create în masele structurii. Dacă este necesar, uniformitatea poate fi realizată prin împărţirea întregii structuri prin rosturi seismice în unităţi cu caracteristici dinamice independente.

2. Uniformitatea este, de asemenea, importantă şi pe înălţimea structurii deoarece tinde să elimine apariţia zonelor sensibile unde concentrările de eforturi sau cerinţele de ductilitate pot conduce la un colaps prematur.

3. Utilizarea uniformă a elementelor structurale distribuite creşte redundanţa şi permite o redistribuire favorabilă a efectelor acţiunilor şi o disipare de energie în întreaga structură.

2.5. Rezistenţa bi-direcţională şi rigiditatea

1. Elementele structurale trebuie aranjate în plan după direcţii ortogonale, fiind asigurate rezistenţe şi rigidităţi comparabile în ambele direcţii principale.

2. Alegerea caracteristicilor de rigiditate structurală în scopul minimizării efectelor acţiunii seismice şi limitarea dezvoltării deplasărilor excesive care pot conduce la instabilitate datorită efectelor de ordin doi sau la distrugeri locale.

2.6. Rezistenţa la torsiune şi rigiditatea

Pe lângă rezistenţa laterală şi rigiditate, structurile trebuie să aibă o rezistenţă la torsiune şi rigiditate adecvată pentru a limita efectele de torsiune care au tendinţa de a solicita neuniform diferite elementele structurale. Pentru aceasta, o soluţie o constituie poziţionarea elementelor structurale de rigidizare la extremităţile structurii.

[top]

Cap. 3. – ÎMBINĂRILE LA STRUCTURILE DIN LEMN 9; SUPUSE ACŢIUNII SEISMICE

Comportarea structurilor din lemn la acţiuni seismice depinde în mare arte de comportarea îmbinărilor supuse unui număr mic de cicluri de încărcare. În acest capitol sunt evaluate diverse mecanisme de disipare de energie, ca deformaţia plastică a lemnului şi metalului, frecarea între elemente şi amortizarea vâscoasă.

Sub acţiunea încărcărilor alternante, elementele din lemn au, în general, o comportare liniară. Ruperea lor este fragilă, în special datorită defectelor de material. Disiparea de energie este slabă, cu excepţia cazurilor de compresiune transversală . Îmbinările încleiate au, de asemenea, o comportare elastică şi nu contribuie la deformaţia plastică a structurii, nici la disiparea de energie. Aceasta înseamnă că structurile din lemn având îmbinări încleiate sau din bare perfect articulate pot fi considerate non-disipative, cu nici o posibilitate de plastificare.

Plastificarea şi disiparea de energie poate să se producă în îmbinările diferitelor elemente doar în cazul îmbinărilor semirigide (îmbinări mecanice realizate cu elemente de îmbinare metalice).

Lemnul pus în operă se comportă:

- fragil, la întindere transversală pe fibre, la forfecare, la întindere axială, la încovoiere;

- semiductil, la compresiune transversală;

- ductil, la compresiune transversală.

O clasificare a structurilor este realizată în funcţie de comportarea lor plastică şi de capacitatea lor de disipare de energie.



Ductilitatea statică a îmbinărilor este definită ca fiind raportul dintre deplasarea corespunzătoare forţei maxime atinse în decursul încercării sub încărcare monoton crescătoare şi deplasarea corespunzătoare stării limită elastice:

µS = δu / δy (3.1)

Se definesc trei clase de ductilitate statică (tabel 3.1):

Tabelul 3.1.

Clase de ductilitate statică

Se defineşte prin aceasta un aspect fundamental al concepţiei seismice care permite realizări mai economice decât cele rezultate din ipoteza de comportare elastică în totalitate a structurii. Aceasta corespunde cu împărţirea acţiunii cu un coeficient q care reflectă comportarea inelastică şi ductilitatea sistemului structural. În EC 8 şi PS 92, coeficientul q este numit „coeficient de reducere a acţiunii” sau „coeficient de comportare”, fiecare categorie de structură fiind caracterizată printr-un coeficient q. Pentru structurile din lemn, q = 1 ... 5. Pentru o structură perfect elastică, q = 1. Pentru a lua un q superior, trebuie să se asigure capacitatea de plastificare şi disipare de energie a structurii.

Este avantajos de a reţine un coeficient de comportare potrivit, ceea ce necesită demonstrarea existenţei ductilităţii şi a capacităţii de disipare de energie a îmbinărilor. Aceasta poate fi efectuată prin recurgerea la încercări specifice sau, pentru îmbinările uzuale bine cunoscute, la aplicarea unor reguli constructive, care urmează a fi prezentate în paragraful 3.6.

3.1. Ductilitatea

Îmbinările mecanice prezintă, în general, o comportare plastică atunci când valorile diametrelor tijelor şi distanţele dintre rândurile de tije şi dintre tije şi marginea elementului din lemn sunt respectate. Aceasta provine din comportarea lemnului la capacitatea portantă locală asociată cu plasticitatea şi disiparea de energie a metalului.

Curba încărcare / deplasare pentru o încărcare statică monotonă este caracterizată de o pantă iniţială mare (fig. 3.1, a, I). O dată depăşită limita de elasticitate a elementului de îmbinare şi/sau a capacităţii portante a lemnului, panta curbei descreşte până când rezistenţa limită Fmax este atinsă (fig. 3.1, a, II). Apoi, curba este descrescătoare (fig. 3.1, a, III), ceea ce indică că distrugerea elementului se produce, de exemplu, prin fisurarea lemnului sau ruperea oţelului.

În figura 3.1 se poate distinge un caz de comportare, cvasiliniară şi altul de comportare non-liniară.

În al doilea caz, se consideră tg β = 1/6 tg α.

Imprecizia determinării lui νy poate fi neglijată în calculul coeficientului Ds . Dacă curba are o parte descendentă după ce a atins efortul maxim, înseamnă că îmbinarea mai poate prelua un procent din eforturile secţionale care o solicită. În general, se poate considera un efort cu 20% mai mic decât efortul maxim atunci când este luată în calcul o ductilitate mai mare.

Ds - ductilitatea;

Clase Ductilitate µs

I Slabă 1 ... 3

II Medie 3 ... 6

III Mare 6 ... 12



νu – deplasarea ultimă;

νy – deplasarea la limita de plasticitate.

3.2. Comportarea ciclică şi disiparea de energie

Buclele caracteristice ale curbei încărcare/descărcare pentru deformaţii reduse, medii sau mari, sunt înguste şi ascuţite (fig. 3.2). Ele sunt diferite de buclele rotunde caracteristice oţelului ductil, pentru care forţele necesare pentru anularea deformaţiilor plastice sunt egale cu forţele care le-au produs în prealabil (fig. 3.3,c).

Fig. 3.3, a – reprezintă alura buclelor unei îmbinări cu tije bine concepută, care disipa energie prin strivirea lemnului şi prin plastificarea oţelului. Dacă tija este prea rigidă şi rezistenţa la încovoiere, disiparea de energie se produce numai prin înfundarea în lemn (fig. 3.3,b).

Curba anvelopă a încărcărilor ciclice este independentă de „istoria” încărcării. Diferenţa între curba anvelopă a încărcărilor ciclice şi curba încărcărilor monotone este mai mică de 10% în afara cazurilor de alterare a configuraţiei nodurilor (efect de smulgere).

În domeniul inelastic, disiparea de energie prin plastificare este faţă, pentru un semi-ciclu, de aria haşurată Ed

(fig. 3.4). Raportul între energia disipată prin histerezis şi energia potenţială disponibilă Ep se numeşte

„procent de amortizare vâscoasă echivalent” νeq. Energia disipată prin histerezis Ed creşte cu amplitudinea

buclei, în acelaşi timp ce νeq rămâne constant. Sunt obţinute procente între 8 şi 10% pentru îmbinări bine concepute şi pentru panouri placate.

Pentru vibraţiile dinamice de mică amplitudine şi în absenţa elementelor secundare, coeficientul de amortizare vâscoasă este inferior la 1%. În acelaşi timp, coeficientul de amortizare vâscoasă datorat frecării în îmbinările diferitelor elemente şi a compresiunii transversale, poate atinge 4%; este cazul structurilor de rezistenţă unde numărul de elemente de îmbinare este mare. Pentru domeniul elastic, se admite un coeficient de amortizare vâscoasă de 5%.

3.3. Comportarea diferitelor tipuri de îmbinări

Îmbinările mecanice au o ductilitate bună, nu sunt sensibile la sarcini reperate şi au capacitate de disipare de energie.

Pentru a se evita ruperea prin fisurare prematură trebuie respectate reguli privind distanţele dintre tije şi dintre tije şi capătul elementului din lemn care sunt stabilite astfel încât să asigure o comportare ductilă. Majorarea spaţiilor dintre piesele de îmbinare şi faţă de limitele elementului din lemn contribuie la creşterea rezistenţei la fisurare şi, în consecinţă, la ductilitatea îmbinării.

Fisurarea poate fi prevenită prin adăugarea în zona de îmbinare a unor materiale de ranforsare, cu o bună rezistenţă la întindere transversală, ca contraplăcile. În acest fel, fisurarea este mai bine stăpânită şi este asigurată plastificarea elementelor de oţel . Aceste două concepte pot să confere îmbinării o comportare postelastică corespunzătoare (în termeni de ductilitate). Este evident că folosirea unui oţel ductil, a cărui capacitate de deformare este mare, este mai favorabilă pentru crearea unei îmbinări ductile şi disipative decât folosirea unui oţel mai dur, cu ductilitate mică. Capacitatea de disipare de energie poate fi îmbunătăţită prin alegerea de tije zvelte, care permit formarea de articulaţii plastice. Fisurarea este limitată atunci când grosimea lemnului creşte în raport cu diametrul tijelor.

Pentru a evita orice pierdere inacceptabilă de rezistenţă, trebuie respectate următoarele trei principii:

- proiectarea de piese de fixare care să împiedice smulgerea elementelor;

- prevenirea utilizării de materiale suspecte au o rupere fragilă;

- utilizarea unor materiale cu o bună comportare sub sarcini repetate.

3.4. Elemente de îmbinare de tip tije (cuie, agrafe şi şuruburi)



Cu excepţia elementelor din oţel dur, cuiele, agrafele şi şuruburile au o comportare plastică. Creşterea lungimii de pătrundere a tijei în elementul de lemn previne riscul de smulgere. De asemenea, nu sunt recomandate cuiele lise. Un coeficient de zvelteţe al tijei mai mare ca 8 garantează o bună ductilitate.

Figura 3.5

Figura 3.6

Pentru îmbinările între panourile de placaj pe structură de lemn comportarea ductilă se manifestă atunci când coeficientul de zvelteţe al tijei este mai mare ca 4. Încercări pe panouri cu structura din lemn îmbinate cu cuie demonstrează o ductilitate sporită şi o capacitate mare de disipare de energie.

Broşe (dornuri)

Îmbinările cu tije metalice zvelte au capacitatea de a plastifica în acelaşi timp oţelul şi lemnul din îmbinare, ceea ce permite o disipare bună de energie. Coeficientul de zvelteţe al dornului trebuie să fie mai mare ca 8, ca să se obţină o ductilitate bună. Pentru tije masive şi distanţe normale între tije, plasticitatea depinde numai de capacitatea portantă a lemnului.

Buloane

Pentru îmbinările cu buloane, toleranţele din pregăurire provoacă neregularităţi în distribuţia eforturilor. Suprasarcinile care afectează în consecinţă anumite buloane pot provoca fisuri, reducând distribuţia eforturilor în îmbinare. În zone seismice se recomandă realizarea cu precizie a acestor îmbinări şi utilizarea, de preferinţă, a buloanelor zvelte. Buloanele cu diametru mai mare de 16 mm se deformează puţin şi, prin urmare, disiparea de energie este scăzută. Este recomandată utilizarea buloanelor împreună cu crampoanele cu dinţi.

Inele

Din cauza capacităţii reduse de deformare plastică, utilizarea acestor mijloace de îmbinare nu este indicată pentru îmbinări disipative.

Crampoane (inele cu dinţi)

Dacă sunt bine concepute, acestea sunt capabile ce o bună comportare plastică pentru prevenirea fisurării lemnului, trebuie respectate distanţele dintre dinţi.

9; Conectori cu dinţi ambutisaţi

În cazul utilizării conectorilor cu dinţi, există eventualitatea unei rupturi fragile a plăcii şi a smulgerii dinţilor.

9; 3.5. Comportarea seismică a îmbinărilor mecanice

Stadiul actual al cunoştinţelor sugerează că îmbinările se comportă mai rigid şi mai rezistent pentru încărcări instantanee decât pentru încărcările de scurtă durată de acelaşi nivel. În literatura de specialitate nu este pusă în evidenţă diminuarea semnificativă de ductilitate referitoare la încărcările instantanee comparabile cu cele seismice. Încărcările ciclice sunt considerate ca fiind suficiente pentru obţinerea cu precizia dorită a parametrilor necesari predicţiei comportării unei structuri supuse la un seism real.

Este suficientă cunoaşterea „formei” de comportare ciclică a îmbinării pentru a se putea efectua calcule teoretice utilizând un program de calcul neliniar de analiză seismică. Acest calcul permite determinarea rezistenţei unei structuri supuse la un cutremur dat, adică a acceleraţiei de ruină.

Un alt punct de subliniat este că în cazul unui seism ciclurile sunt mai puţin regulate ca în încercările de laborator deoarece acţiunea este variabilă şi neregulată, astfel încât numărul de cicluri complete descrise cu deplasare maximă este mai mic, pe când ciclurile mai mici sunt mai numeroase.

3.6. Reguli pentru îmbinări



1. Elementele comprimate şi îmbinările lor (îmbinările prin chertare), care pot ceda din încărcări alternante, trebuie proiectate astfel încât să se prevină separarea lor şi să rămână în poziţia iniţială.

2. Buloanele şi dornurile vor fi fixate prin pregăurire. Buloanele şi dornurile mari (d> 16 mm) nu vor fi folosite în îmbinările lemn pe lemn şi metal pe lemn, exceptând combinaţiile cu alţi conectori.

3. Dornurile, cuiele netede şi scoabele nu vor fi folosite fără rezerve adiţionale (piese suplimentare de strângere – buloane – care se dispun în noduri sau pe lungimea elementului compus pentru a strânge pachetul de bare) împotriva retragerilor.

4. În cazul încărcării perpendiculare pe fibre, rezervele adiţionale vor fi folosite pentru evitarea despicării lemnului.

5. Panourile cu structură din lemn îmbinate cu cuie prezintă o comportare ductilă, superioară. Trebuie ca panoul să fie un produs pe bază de lemn cu grosimea t1 > 4d, d fiind diametrul cuiului < 3,1 mm.

6. Îmbinările cu cuie şi dornuri, lemn pe lemn sau metal pe lemn sunt suficient de ductile atunci când grosimea minimă a lemnului îmbinat este de 8d şi diametrul broşei d < 12 mm.

7. Toate elementele trebuie să aibă o legătură mecanică. Detaliile de realizare a pieselor de fixare trebuie concepute astfel încât să se evite deplasările excesive (ieşirea elementelor din suportul lor) ce pot conduce în final la pierderea stabilităţii ansamblului structural.

8. Zonele disipative trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe:

a. În îmbinările cu cuie, buloane şi dornuri de tip lemn pe lemn şi lemn pe metal, grosimea minimă a elementelor îmbinate este de 10d, iar diametrul minim al elementului de îmbinare d nu trebuie să depăşească 12 mm.

b. În pereţii structurali şi diafragme orizontale, elementele de placaj vor fi pa bază de lemn cu o grosime de minim 4d şi diametrul cuiului d nu trebuie să depăşească 3,1 mm.

Dacă aceste cerinţe nu sunt îndeplinite, dar estre asigurată o grosime minimă de 8d pentru cazul a şi 3d pentru cazul b, se vor utiliza valorile reduse pentru coeficientul de comportare ψ, date în tabelul 4.2 (cap.4).

9. Sunt considerate ca zone disipate în noduri numai acele materiale şi îmbinări mecanice care au o comportare corespunzătoare la solicitarea de oboseală.

10. Îmbinările încleiate sunt considerate zone ne-disipative.

11. Îmbinările prin chertare pot fi folosite atunci când dovedesc capacitate suficientă de disipare de energie, fără a prezenta riscul cedării la forfecare sau întindere perpendiculară pe fibre.

12. Pentru materiale de finisaj (placaje) pentru pereţi şi planşee trebuie satisfăcute următoarele condiţii:

a. Plăcile din produse aglomerate derivate au densitatea specifică de cel puţin 650 kg/m3;

b. Plăcile din placaje au grosimea de cel puţin 9 mm;

c. Plăcile din PFL şi PAL au grosimea de cel puţin 13 mm.

[top]

Cap. 4. – RĂSPUNSUL STRUCTURII LA ACŢIUNI SEISMICE

Mecanismul de rezistenţă al structurii la orice acţiune dinamică este bazat pe capacitatea de absorbţie a



energiei induse. Deformaţiile au un rol la fel de important ca şi eforturile. În domeniul plastic de comportare, absorbţia (prin disiparea) de energie este eficace.

Concepţia modernă a calculului construcţiilor supuse acţiunii seismice constă în realizarea de structurii ductile, care să permită disiparea de energie prin deformaţii post – elastice şi în stabilirea de forţe de inerţie reduse considerabil (cu coeficientul ψ) în raport cu cazul comportării pur elastice.

Dificultăţile şi incertitudinile de calcul în domeniul post – elastic conduc, în practică, la adoptarea unor metode mai simple, cu un caracter pragmatic, metode de calcul liniar echivalente pentru calculul dinamic (analiză modală) sau pentru calculul static echivalent, bazate pe luarea în considerare a unui model elastic:

- în cazul în care interesează solicitarea maximă în structură acţiunea seismică este introdusă sub formă de spectru de răspuns;

- structura se presupune că are un răspuns liniar, modelul este considerat ca fiind elastic, dar trebuie să se ţină cont de gradul de plastificare sau de fisurare care poate să se dezvolte în funcţie de nivelul intensităţii acţiunii seismice şi alcătuirea structurii;

- se presupune că structura are un coeficient de comportare unic pentru toată structura;

- la dimensionare, rezultatele obţinute din calculul elastic (efectuat pornind de la spectrele de dimensionare) trebuie împărţite prin coeficientul ψ pentru a se obţine solicitările de dimensionare la stările limită dorite.

4.1. Expresia forţelor seismice de cod

Relaţia de calcul pentru determinarea încărcărilor seismice statice echivalente corespunzătoare direcţiei de mişcare considerate pentru teren şi modului propriu de vibraţie r se determină cu relaţia (P 100/92):

Sr = cr G

unde:

cr – coeficientul seismic global corespunzător modului de vibraţie r;

G – rezultanta încărcărilor gravitaţionale pentru întreaga structură;

α – coeficient de importanţă a structurii, în funcţie de clasa de importanţă a clădirii;

ks – coeficient în funcţie de zona seismică de calcul a amplasamentului;

βr – coeficient de amplificare dinamică în modul r de vibraţie, în funcţie de compoziţia spectrală a mişcării seismice de amplasament;

εr – coeficient de echivalenţă între sistemul real şi un sistem cu un grad de libertate corespunzător modului de vibraţie r;

ψ – coeficient de reducere a efectelor acţiunii seismice ţinând seama de ductilitatea structurii, de capacitatea de redistribuţie a eforturilor, de ponderea cu care intervin rezervele de rezistenţă neconsiderate în calcul, precum şi de efectele de amortizare a vibraţiilor, altele decât cele asociate structurii de rezistenţă.

Coeficienţii din expresia forţei seismice echivalente au aceleaşi semnificaţii ca pentru toate tipurile de construcţii, cu excepţia coeficientului ψ pentru care se fac o serie de precizări în continuare.

Au fost luate în considerare expresiile forţelor seismice statice echivalente din codul francez PS 2 şi



EUROCODE 8, reţinându-se valorile pentru factorul de comportare q care este echivalent cu coeficientul de reducere a forţelor seismice ψ , în relaţia : ψ = 1/q.

4.2. Amortizare

Răspunsul structurii supuse unei forţe seismice, variabilă în raport cu timpul, depinde de proprietăţile de amortizare a materialelor constitutive, a îmbinărilor şi legăturilor cu mediul înconjurător (interacţiunea sol-structură). Fenomenele fizice care intervin în amortizare sunt: frecare, viscozitate şi plasticitate a materialelor etc.

Practic, amortizarea unei structuri se compune din:

- amortizare internă sau structurală; se produce în material datorită deformaţiilor la care este supus şi reprezintă principala cauză de disipare de energie; are doi termeni:

� amortizare vâscoasă, legată de vâsco-elasticitatea materialului şi depinde de frecvenţă; caracterizează capacitatea de absorbţie a materialului în domeniul elastic;

� amortizarea de histerezis, independentă de frecvenţă şi având originea în comportarea neliniară a elementelor structurale; în domeniul elastic, ea tinde către zero;

- amortizări externe, care corespund diferitelor frecări, în special celor existente la suprafaţa de contact între structură şi elementele nestructurale.

Pentru uşurinţa calcului, amortizările externe şi cele de histerezis sunt considerate ca o amortizare de tip vâscos, cu aceeaşi disipare de energie. Amortizarea totală echivalentă ξ se exprimă în funcţie de amortizarea efectivă, c, şi este dependentă de perioada proprie de vibraţie a sistemului (fig. 4.1).

În timpul răspunsului liniar al structurii, sub acţiunea seismică, absorbţia de energie este datorată în principal amortizării. Atunci când structura are incursiuni în domeniul post-elastic, efectele creşterii amortizării reale sunt incluse în coeficientul de amortizare ψ. Amortizarea echivalentă (de tip vâscos) este luată în calcul la stabilirea spectrului de calcul.

Coeficientul de amortizare ξ are următoarea expresie:

ξ = amortizare efectivă / amortizare critică = c / c0.

Există trei situaţii:

1. c ≥ c0 ; ξ > 1

Masa revine asimptotic în repaus fără a fi efectuat oscilaţii (amortizare prea mare).

2. c = c0 ; ξ = 1

Mişcarea nu prezintă oscilaţii. Pune în evidenţă momentul în care mişcarea îşi pierde caracterul vibrator.

3. c < c0 ; ξ < 1.

Masa efectuează o serie de oscilaţii de amplitudine descrescătoare asimptotic către zero (amortizare slabă). Reprezintă cazul interesant pentru analiza comportării dinamice a structurilor. Cu cât amortizarea este mai importantă, cu atât amplificarea spectrului este mai slabă (fig. 4.1).

Coeficientul de amortizare ξ (%) pentru structuri din lemn (structuri cu puţine elemente secundare) în funcţie de tipul îmbinării are următoarele valori:



- din lemn lamelat încleiat ξ = 4;

- îmbinare cu buloane ξ = 4;

- îmbinate cu cuie ξ = 5.

Dacă coeficientul de amortizare ξ ≠ 5 % spectrele de dimensionare trebuie corectate cu coeficientul ρ:

ρ = [5 / ξ ]0,4

Coeficientul de corecţie ρ pentru structuri cu puţine elemente secundare:

Structuri din lemn:

- din lemn lamelat încleiat ρ = 1,09;

- îmbinate cu buloane ρ = 1,08;

- îmbinate cu cuie ρ = 1.

4.3. Coeficientul de comportare ψψψψ

Coeficientul ψ depinde de neliniaritatea legii de comportare, de variaţia coeficientului de amortizare şi de distribuţia forţelor pe înălţimea construcţiei, ca şi de comportarea dinamică reală în raport cu comportarea elastic – liniară. De asemenea, ψ depinde şi de nivelul forţei seismice, întrucât pentru un seism de intensitate

redusă structura rămâne în domeniul de comportare elastic (ψ =1).

Valorile coeficientului ψ sunt asociate spectrelor de dimensionare şi ţin cont de influenţa coeficientului de amortizare propriu fiecărei construcţii.

În concordanţă cu comportarea lor ductilă şi capacitatea de disipare de energie sub acţiuni seismice, structurile din lemn trebuie să aparţină uneia dintre cele trei clase de ductilitate în care factorul de comportare ψ are valorile din tabelul 4.1. Denumirile de clase de ductilitate sunt: în EC 8 – Low, Medium şi High; în PS 92 – I, Ii şi III. În continuare, s-au adoptat notaţiile de I, II şi III. Tabelul 4.1. prezintă tipul de structură, clasa de ductilitate asociată, precum şi valorile coeficientului ψ propus.

Pentru structuri cu regularitate medie, coeficientul ψ se majorează cu 15% faţă de valorile din tabel. Pentru

structuri neregulate, coeficientul ψ se majorează cu 40% faţă de valorile din tabel.

Elementul structural cel mai puţin ductil din ansamblul structurii de rezistenţă determină valoarea coeficientului ψ.

Dacă elementele zonelor disipate nu îndeplinesc condiţiile cerute în capitolul 3, paragraful 3.6, coeficientul ψ se ia conform valorilor din tabelul 4.2.

Tabelul 4.1.

Coeficienţi de reducere ψψψψ pentru structuri

Tip de structură Structuri regulate

Structuri non – disipative:



Tabelul 4.2.

Tipuri structurale şi coeficient ψψψψ redus

4.4. Semnificaţia coeficientului ψψψψ

Protecţia antiseismică autorizează, pentru cea mai mare parte a structurilor, incursiuni în domeniul plastic, cu valori ale coeficientului ψ <1, care nu pot fi utilizate decât cu un spectru de dimensionare.

Alegerea valorilor pentru ψ ţine cont de multiplele sale funcţiuni:

- în asociaţie cu spectrul de dimensionare, ψ conduce la reducerea solicitărilor rezultate în faza postelastică:

� prin utilizarea rezervelor de ductilitate (limitarea solicitărilor şi „transformarea” solicitărilor în deformaţii);

� creşterea corespunzătoare de energie;

- dă informaţii asupra degradării de rigiditate şi de incidentele asupra răspunsului, ca şi degradarea rezistenţelor la stadiul limită ultim. Starea elastică a structurii (domeniul micilor oscilaţii) este luată ca stare de referinţă la care sunt raportate spectrul de dimensionare şi coeficientul ψ;

- integrează evoluţia sistemului în decursul mişcării, de exemplu, faptul că articulaţiile plastice nu se formează simultan sau distrugerea elementelor nestructurale cu o anumită rigiditate;

- console - grinzi cu îmbinări în consolă 1

Structuri cu o capacitate redusă de disipare de energie: - şarpante asamblate cu buloane (ductilitate II) - şarpante asamblate cu cuie

0,50 … 0,80

- şarpante asamblate cu buloane (ductilitate III) - şarpante asamblate cu cuie (ductilitate III) 0,33 … 0,66

Cadre cu îmbinări cu buloane (ductilitate III) 0,25

Structuri cu o capacitate redusă de disipare de energie (ductilitate III) - grinzi - arce cu 2 sau 3 articulaţii - şarpante asamblate cu conectori sau inele - structură din panouri cu feţe lipite

0,66

Structuri cu o capacitate medie de disipare de energie: - cadre cu îmbinări cu buloane (ductilitate II) 0,40 … 0,50

Structuri cu o capacitate mare de disipare de energie: - structură din panouri (ductilitate III) 0,20 … 0,33

Tipuri de structuri Coeficient de comportare ψ

Portale cu noduri îmbinate cu buloane şi domuri

Pereţi din panouri îmbinaţi cu cuie

0,40

0,25



- ţine cont de omisiunea făcută în calcul de interacţiunea sol – structură;

- ţine cont de aproximările şi incertitudinile existente în calculul structurilor:

� mici neliniarităţi geometrice care nu sunt cerute în calcul;

� influenţa variabilităţii proprietăţilor materialului asupra proprietăţilor dinamice ale structurii, asupra răspunsului elastic, dar şi post – elastic . Deformaţiile histeretice dau, de obicei, procente de amortizare mai mari decât 5% luat în calcul;

� aspectul cronologic al acţiunii seismice;

� tipul mişcării: componenta verticală sau orizontală a seismului.

Coeficientul de comportare relativ la componenta verticală a seismului trebuie luat egal cu max. (1; ψ /2).

[top]



ne019 - 03 - structuri de rezistenta din lemn amplasate in zone seismice.pdf

Documents