ANEXA B EXEMPLE DE CALCUL
Exemplul 1: Planseu compus lemn-beton cu mai multe deschideri
Se prezinta proiectarea unui planseu intermediar al unei cladiri noi de locuit P+1E, cu dimensiunile in plan 9,05 x 9,05 metri si inaltimea nivelului het = 2,90m.
Cladirea este amplasata in zona seismica cu ag = 0,16g si are structura alcatuita din pereti de zidarie confinata (ZC) cu grosimea peretilor exteriori de 38 cm, respectiv 30 cm cei interiori.
Planseul se va realiza in solutie compusa lemn-beton utilizand beton clasa C25/30, grinzi din lemn masiv si conectori de tip surub cu cap hexagonal.
Grinzile din lemn se vor dispune pe directia scurta a ochiurilor de placa conform sectiunii orizontale. Distanta dintre grinzi (interax) se alege: b = 50 cm.
PROIECTAREA PLANSEULUI COMPUS
1. Caracteristicile materialelor componente alese
1.1. Lemn - grinzi: lemn masiv de rasinoase clasa C27; clasa de serviciu 1.
Valori caracteristice - conform SR EN 1995-1-1: - incovoiere: fmk = 27 N/mm2 - intindere in lungul fibrei: ft0k = 16 N/mm2 - forfecare: fvk = 2,8 N/mm2 - modul de elasticitate: Emean (E2) = 12000 N/mm2 - densitate: rho_0k = 380 kg/m3
Coeficienti partiali de siguranta: - coeficient ce tine seama de efectul duratei incarcarii si umiditate, conform SR EN 1995-1-1 Tabel 3.1. nota (2): kmod = 0,60 - coeficient partial de siguranta pentru material si rezistente, conform SR EN 1995-1-1 Tabel 2.3: gammaM = 1,30 - coeficient care tine seama de deformatiile in timp si de durata incarcarii, conform NP 005: kdef,perm = 0,60; kdef,medie = 0,60
Valori de calcul: - incovoiere: fmd = (kmod x fmk) / gammaM = (0,60 x 27) / 1,3 = 12,46 N/mm2 - intindere in lungul fibrei: ft0d = (kmod x ft0k) / gammaM = (0,60 x 16) / 1,3 = 7,38 N/mm2 - forfecare: fvd = (kmod x fvk) / gammaM = (0,60 x 2,8) / 1,3 = 1,29 N/mm2
1.2. Beton - placa: clasa C 25/30
Valori caracteristice: conform SR EN 1992-1-1: - pe cub: fck,cube = 30 N/mm2 - pe cilindru: fck = 25 N/mm2 - medie la intinderea axiala: fct = 2,6 N/mm2 - modul de elasticitate: Ecm (E1) = 31000 N/mm2
Coeficienti partiali de siguranta: - coeficient pentru SLU, conform SR EN 1992-1-1, Tabel 2.1: gammac = 1,5 (permanenta, tranzitorie) sau 1,25 (accidentala) - conform SR EN 1992-1-1 se aleg coeficientii care iau in considerare efectul de lunga durata si efectele defavorabile rezultate din modul de aplicare al incarcarilor: acc: (0,8...1) din SR EN 1992-1-1; acc = 0,85; act: recomandat 1; act = 0,85; kt = 0,85
Valori de calcul: - pe cub: fcd = (acc x fck,cube x kt) / gammac = (0,85 x 0,85 x 30) / 1,5 = 14,45 N/mm2 - intindere axiala: fctd = (act x fct) / gammac = (0,85 x 2,6) / 1,5 = 1,47 N/mm2
1.3. Conectori
Tipul conectorului: Surub cu cap hexagonal cu lungimea L = 10 cm Diametrul conectorului: d = 12 mm Valori caracteristice: - intindere: fuk = 500 N/mm2 - modul de alunecare (relatia 2-5): Kser = 0,08 x d x Emean = 0,08 x 12 x 12000 = 11520 N/mm - pentru SLS Ku = (2/3) x Kser = (2/3) x 11520 = 7680 N/mm - pentru SLU
Coeficienti partiali de siguranta: - coeficient pentru conlucrare (imbinare), conform SR EN 1995-1-1 Tabel 2.3: gammaM = 1,3 - coeficient care tine seama de deformatii in timp si de durata incarcarii: kdef,perm = 0,60; kdef,medie = 0,60
2. Caracteristicile geometrice ale elementelor componente alese
2.1. Grinda de lemn: - latime: b2 = 190 mm - inaltime: h2 = 250 mm - moment de inertie: I2 = (b2 x h2^3) / 12 = (190 x 250^3) / 12 = 2,47 x 10^8 mm4 - aria: A2 = b2 x h2 = 190 x 250 = 47500 mm2 - deschidere: l = 4000 mm - distanta dintre grinzi (interax): b = 500 mm
2.2. Placa de beton: - grosime: h1 = 80 mm - latimea de conlucrare calculata pentru incarcari uniform distribuite conform relatiei 3-3: bef = [1 - 1,4 x (b/l)^2] x b = [1 - 1,4 x (500/4000)^2] x 500 = 489 mm - moment de inertie: I1 = (bef x h1^3) / 12 = (489 x 80^3) / 12 = 2,09 x 10^7 mm4 - aria: A1 = bef x h1 = 489 x 80 = 39125 mm2
2.3. Verificarea grosimii de placa (relatia 3-3): (E1 x I1) / (E2 x I2) = (31000 x 2,09 x 10^7) / (12000 x 2,47 x 10^8) = 0,22
3. Incarcari
Calculul se va face ca pentru o grinda simplu rezemata cu deschiderea l = 4,00 m.
3.1. Valori caracteristice, coeficienti partiali de siguranta si valori de calcul:
| Tip de incarcare | Caracteristici | Coeficient partial de siguranta | Valori de calcul |
|---|
| Greutate proprie placa din beton armat | 2000 N/m2 | 1,35 | 2700 N/m2 |
| Pardoseala | 1300 N/m2 | 1,35 | 1755 N/m2 |
| Pereti despartitori usori | 1000 N/m2 | 1,35 | 1350 N/m2 |
| Greutatea proprie a grinzilor din lemn | 180 N/m | 1,35 | 243 N/m |
| Utila | 2000 N/m2 | 1,50 | 3000 N/m2 |
3.2. Incarcari in lungul grinzilor de lemn: - Incarcarea permanenta: gd = (2700 + 1755 + 1350) x 0,50 + 243 = 3145 N/m - Incarcarea utila: qd = 3000 x 0,50 = 1500 N/m
3.3. Eforturi: - Moment incovoietor de calcul: MEd = ((gd + qd) x l^2) / 8 = ((3145 + 1500) x 4000^2) / 8 = 9,3 x 10^6 Nmm - Forta taietoare de calcul: VEd = ((gd + qd) x l) / 2 = ((3145 + 1500) x 4000) / 2 = 9,3 x 10^3 N
4. Verificarea imbinarilor
4.1. Momentul plastic al imbinarii (relatia 3-22): Myd = Myk / gammaM = (0,583 x fuk x d^3) / (6 x gammaM) = (0,583 x 500 x 12^3) / (6 x 1,3) = 64,6 x 10^3 Nmm
4.2. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta conlucrarii la cedarea betonului (relatia 3-23): Rd = 0,23 x d^2 x sqrt(fck x Ecm / gammac) = 0,23 x 12^2 x sqrt(25 x 31000 / 1,25) = 26078,71 N
4.3. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta conlucrarii de rupere la forfecare (relatia 3-24): Rd = 0,8 x (fuk x pi x d^2) / (4 x gammaM) = 0,8 x (500 x 3,14 x 12^2) / (4 x 1,3) = 34781,54 N
4.4. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta la cedarea lemnului (relatia 3-25): Rd = 1,5 x sqrt(2 x Myd x fh2d x d) = 1,5 x sqrt(2 x 64,6 x 10^3 x 12,66 x 12) = 6640 N
unde: fh2k = 0,082 x (1 - 0,01 x d) x rho_k = 0,082 x (1 - 0,01 x 12) x 380 = 27,42 N/mm2 (se vor introduce rho_k in kg/m3, respectiv d in mm) fh2d = (kmod x fh2k) / gammaM = (0,6 x 27,42) / 1,3 = 12,66 N/mm2
5. Verificarea eforturilor la SLU in stadiul initial
5.1. Caracteristicile sectiunii compuse (relatia 3-4): (EI)ef = (E1 x I1 + gamma1 x E1 x A1 x a1^2) + (E2 x I2 + gamma2 x E2 x A2 x a2^2) = (31000 x 2,09 x 10^7 + 0,080 x 31000 x 39125 x 140,89^2) + 12000 x 2,47 x 10^8 + 1 x 12000 x 47500 x 24,11^2 = 5,88 x 10^12 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x E1 x A1 x sef) / (Ku x l^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 31000 x 39125 x 117,5) / (7680 x 4000^2)) = 0,080
gamma2 = 1
sef = 0,75 x smin + 0,25 x smax = 0,75 x 90 + 0,25 x 200 = 117,5 mm
a2 = (gamma1 x E1 x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x E1 x A1 + gamma2 x E2 x A2)) = (0,080 x 31000 x 39125 x (80 + 250)) / (2 x (0,080 x 31000 x 39125 + 1 x 12000 x 47500)) = 24,11 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (80 + 250) / 2 - 24,11 = 140,89 mm
5.2. Eforturile in placa din beton (relatia 3-9 si relatia 3-10): sigma_c1d = (gamma1 x E1 x a1 x MEd) / (EI)ef = (0,080 x 31000 x 140,89 x 9,3 x 10^6) / (5,88 x 10^12) = 0,55 N/mm2 sigma_m1d = (0,5 x E1 x h1 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 31000 x 80 x 9,3 x 10^6) / (5,88 x 10^12) = 1,96 N/mm2
5.3. Verificarea eforturilor in placa din beton: - la partea superioara: sigma_cd = sigma_c1d + sigma_m1d = 0,55 + 1,96 = 2,51 - la partea inferioara: sigma_td = sigma_m1d - sigma_c1d = 1,96 - 0,55 = 1,40
5.4. Verificarea eforturilor in grinda de lemn (relatia 3-11 si 3-12): sigma_t2d = (gamma2 x E2 x a2 x MEd) / (EI)ef = (1 x 12000 x 24,11 x 9,3 x 10^6) / (5,88 x 10^12) = 0,46 N/mm2 sigma_m2d = (0,5 x E2 x h2 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 12000 x 250 x 9,3 x 10^6) / (5,88 x 10^12) = 2,37 N/mm2
5.5. Verificarea eforturilor in grinda din lemn (relatia 3-15): - la partea inferioara: sigma_t2d / ft0d + sigma_m2d / fmd = 0,46/7,38 + 2,37/12,46 = 0,25
5.6. Verificarea eforturilor tangentiale: h = h2/2 + a2 = 250/2 + 24,11 = 149,11 mm tau_max = (0,5 x E2 x b2 x h^2 x VEd) / (b2 x (EI)ef) tau_max = (0,5 x 12000 x 190 x 149,11^2 x 9,3 x 10^3) / (190 x 5,88 x 10^12) = 0,2107
5.7. Verificarea eforturilor in elementele de conlucrare: F1,d = (gamma1 x E1 x A1 x a1 x smin x VEd) / (EI)ef F1,d = (0,080 x 31000 x 39125 x 140,89 x 90 x 9,3 x 10^3) / (5,88 x 10^12) = 1953,04
6. Verificarea planseului la SLU in stadiul final
Se vor lua in considerare deformatiile in timp, pentru toate materialele: - Modulul de elasticitate transformat al grinzilor de lemn (relatia 3-27): Emean_fin = Emean x (%G / (1 + Psi x kdef) + %Q / (1 + kdef)) = 12000 x (0,68 / (1 + 0,50 x 0,60) + 0,32 / (1 + 0,60)) = 8144 N/mm2
- Modulul de alunecare al conlucrarii (relatia 2-5): Kser = 0,08 x d x Emean_fin = 0,08 x 12 x 8144 = 7814 N/mm - pentru SLS Ku = (2/3) x Kser = (2/3) x 7814 = 5212 N/mm - pentru SLU
- Modulul de elasticitate transformat al betonului (relatia 3-26): Ecm_fin = Ecm x (1 / (1 + phi(inf, t0))) = 31000 x (1 / (1 + 3,25)) = 7294,1 N/mm2
6.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (Ecm_fin x I1 + gamma1 x Ecm_fin x A1 x a1^2) + (Emean_fin x I2 + gamma2 x Emean_fin x A2 x a2^2) = (7294 x 2,09 x 10^7 + 0,201 x 7294,1 x 39125 x 143,65^2) + (8144 x 2,47 x 10^8 + 1 x 8144 x 47500 x 21,35^2) = 3,53 x 10^12 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x Ecm_fin x A1 x sef) / (Ku x l^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 7294,1 x 39125 x 117,5) / (5212 x 4000^2)) = 0,201
gamma2 = 1
a2 = (gamma1 x Ecm_fin x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x Ecm_fin x A1 + gamma2 x Emean_fin x A2)) = (0,201 x 7294,1 x 39125 x (80 + 250)) / (2 x (0,201 x 7294,1 x 39125 + 1 x 8144 x 47500)) = 21,35 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (80 + 250) / 2 - 21,35 = 143,65 mm
6.2. Eforturile in placa din beton: sigma_c1d = (gamma1 x Ecm_fin x a1 x MEd) / (EI)ef = (0,201 x 7294,1 x 143,65 x 9,3 x 10^6) / (3,53 x 10^12) = 0,556 N/mm2 sigma_m1d = (0,5 x Ecm_fin x h1 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 7294,1 x 80 x 9,3 x 10^6) / (3,53 x 10^12) = 0,768 N/mm2
6.3. Verificarea eforturilor in placa din beton: - la partea superioara: sigma_cd = sigma_c1d + sigma_m1d = 0,556 + 0,768 = 1,324 - la partea inferioara: sigma_td = sigma_m1d - sigma_c1d = 0,768 - 0,556 = 0,212
6.4. Eforturile in grinda de lemn: sigma_t2d = (gamma2 x Emean_fin x a2 x MEd) / (EI)ef = (1 x 8144 x 21,35 x 9,3 x 10^6) / (3,53 x 10^12) = 0,458 N/mm2 sigma_m2d = (0,5 x Emean_fin x h2 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 8144 x 250 x 9,3 x 10^6) / (3,53 x 10^12) = 2,679 N/mm2
6.5. Verificarea eforturilor in grinda din lemn: - la partea inferioara: sigma_t2d / ft0d + sigma_m2d / fmd = 0,458/7,38 + 2,679/12,46 = 0,277
6.6. Verificarea eforturilor tangentiale: h = h2/2 - a2 = 250/2 - 21,35 = 146,35 mm (nota: in document apare ca h2/2 + a2 in stadiul initial si h2/2 - a2 in final) tau_max = (0,5 x Emean_fin x b2 x h^2 x VEd) / (b2 x (EI)ef) tau_max = (0,5 x 8144 x 190 x 146,35^2 x 9,3 x 10^3) / (190 x 3,53 x 10^12) = 0,229
7. Verificarea sagetilor in stadiul initial
Se vor utiliza formulele prezentate la punctul 5 introducand modulii de elasticitate pentru lemn Emean si beton Ecm si modulul de alunecare Kser pentru conectori.
7.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (E1 x I1 + gamma1 x E1 x A1 x a1^2) + (E2 x I2 + gamma2 x E2 x A2 x a2^2) (EI)ef = (31000 x 2,09 x 10^7 + 0,116 x 31000 x 39125 x 132,34^2) + (12000 x 2,47 x 10^8 + 1 x 12000 x 47500 x 32,66^2) = 6,69 x 10^12 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x E1 x A1 x sef) / (Kser x l^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 31000 x 39125 x 117,5) / (11520 x 4000^2)) = 0,116
gamma2 = 1
a2 = (gamma1 x E1 x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x E1 x A1 + gamma2 x E2 x A2)) = (0,116 x 31000 x 39125 x (80 + 250)) / (2 x (0,116 x 31000 x 39125 + 1 x 12000 x 47500)) = 32,66 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (80 + 250) / 2 - 32,66 = 132,34 mm
7.2. Calculul sagetilor: - sageata din actiunea permanenta: winst_G = (5 x gd x l^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 3145 x 10^-3 x 4000^4) / (384 x 6,69 x 10^12) = 1,57 mm - sageata din actiunea variabila (utila): winst_Q = (5 x qd x l^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 1500 x 10^-3 x 4000^4) / (384 x 6,69 x 10^12) = 0,748 mm - sageata finala instantanee: winst = winst_G + winst_Q winst = 1,57 + 0,748 = 2,32 mm
8. Verificarea sagetilor la SLE in stadiul final
a. Actiuni permanente: se vor lua in considerare deformatiile in timp, pentru toate materialele: - Modul de elasticitate transformat al grinzilor de lemn: Emean_fin = Emean / (1 + Psi x kdef) = 12000 / (1 + 0,5 x 0,6) = 9230 N/mm2 - Modulul de alunecare al conlucrarii: Kser = 0,08 x d x Emean_fin = 0,08 x 12 x 9230 = 8860 N/mm - Modulul de elasticitate transformat al betonului: Ecm_fin = Ecm / (1 + phi(inf, t0)) = 31000 / (1 + 2,0) = 10333 N/mm2
8.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (Ecm_fin x I1 + gamma1 x Ecm_fin x A1 x a1^2) + (Emean_fin x I2 + gamma2 x Emean_fin x A2 x a2^2) = (10333 x 2,09 x 10^7 + 0,232 x 10333 x 39125 x 135,89^2) + (9230 x 2,47 x 10^8 + 1 x 9230 x 47500 x 29,11^2) = 4,61 x 10^12 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x Ecm_fin x A1 x sef) / (Kser x l^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 10333 x 39125 x 117,5) / (8860 x 4000^2)) = 0,232
gamma2 = 1
a2 = (gamma1 x Ecm_fin x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x Ecm_fin x A1 + gamma2 x Emean_fin x A2)) = (0,232 x 10333 x 39125 x (80 + 250)) / (2 x (0,232 x 10333 x 39125 + 1 x 9230 x 47500)) = 29,11 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (80 + 250) / 2 - 29,11 = 135,89 mm
8.2. Calculul sagetii: - sageata din actiunea permanenta: wfin_G = (5 x gd x l^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 3145 x 10^-3 x 4000^4) / (384 x 4,61 x 10^12) = 2,30 mm
b. Actiunea variabila: se vor lua in considerare deformatiile in timp, pentru toate materialele: - Modul de elasticitate transformat al grinzilor de lemn: Emean_fin = Emean / (1 + kdef) = 12000 / (1 + 0,6) = 7500 N/mm2 - Modulul de alunecare al conlucrarii: Kser = 0,08 x d x Emean_fin = 0,08 x 12 x 7500 = 6000 N/mm - Modulul de elasticitate transformat al betonului: Ecm_fin = Ecm / (1 + phi(inf, t0)) = 31000 / (1 + 1,25) = 13777 N/mm2
8.3. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (Ecm_fin x I1 + gamma1 x Ecm_fin x A1 x a1^2) + (Emean_fin x I2 + gamma2 x Emean_fin x A2 x a2^2) = (13777 x 2,09 x 10^7 + 0,1557 x 13777 x 39125 x 133,53^2) + (7500 x 2,47 x 10^8 + 1 x 7500 x 47500 x 31,47^2) = 3,99 x 10^12 Nmm2
gamma1 = 0,1557; gamma2 = 1
a2 = 31,47 mm; a1 = 133,53 mm
8.4. Calculul sagetii: - sageata din actiunea variabila: wfin_Q = (5 x qd x l^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 1500 x 10^-3 x 4000^4) / (384 x 3,99 x 10^12) = 1,25 mm
8.5. Verificarea sagetii finale: wfin = wfin_G + wfin_Q wfin = 2,3 + 1,25 = 3,5 mm
9. Determinarea armaturii necesare pe reazemul intermediar
Pentru calcul, planseul se modeleaza ca o grinda continua, cu doua deschideri. Valorile momentelor incovoietoare pentru 2 ipoteze de incarcare s-au determinat prin calcul automat.
Ipoteza 1: Incarcarea permanenta + utila - moment pe reazem: 9280 daln/m Ipoteza 2: Incarcarea permanenta + utila in sah - moment pe reazem: 9290 daN/m
Aria de armatura necesara pentru preluarea momentului negativ se determina ca pentru o sectiune dreptunghiulara de beton, cu latimea b = 100 cm si inaltimea h = 8 cm.
h0 = h - as = 80 - 10 - 4 = 66 mm m = M / (b x h0^2 x fcd) = 929 x 10^4 / (1000 x 66^2 x 14,45) = 0,147 Procentul de armare: p = 0,96%
As = (p x b x h0) / 100 = (0,96 x 1000 x 66) / 100 = 633 mm2
Conform pct. 4.2(6) din prezentul ghid: As,min = 0,4% x Ac = (0,4 x 1000 x 80) / 100 = 320 mm2
Aria necesara pentru preluarea momentului negativ: As = 633 mm2, rezulta Phi8/8cm.
10. Verificarea planseului compus ca diafragma orizontala
Determinarea fortei seismice de nivel se va realiza conform P 100-1. Starea de eforturi se va determina conform cap. 3.4.8 din prezentul ghid sau prin calcul automat.
Evaluarea fortei seismice: Date generale: - Cladire de locuit P+1E - Inaltimea de nivel het = 2,90 m - Structura din zidarie confinata (ZC), identica la parter si etaj I - Zona seismica ag = 0,16g
Materiale: - elemente pentru zidarie: caramida plina de argila arsa, fb = 7,5 N/mm2; - mortar M5; - rezistenta caracteristica la compresiune a zidarie fk = 2,30 N/mm2 (CR 6, Tabel 4.2a, fig.4.1b); - rezistenta caracteristica la forfecare cu efort unitar de compresiune nul a zidarie fvk0 = 0,20 N/mm2 (CR 6, Tabel 4.3); - modulul de elasticitate longitudinal al zidarie Ez = 1000 x fk = 2300 N/mm2 (CR 6, Tabel 4.9); - modulul de elasticitate transversal al zidarie Gz = 0,4 x Ez = 0,4 x 2300 = 920 N/mm2 (CR 6, relatia 4.9).
Determinarea incarcarilor verticale: - Aria totala a nivelului: 9,05 x 9,05 = 81,91 m2 - Ariile nete ale incaperilor: 2 x (4 x 5) + 3 x 8,8 = 66,4 m2 - Ariile ocupate de pereti: 4 x (0,38 x 9,05) + 0,3 x 8,8 + 0,3 x 5,0 = 17,896 m2 - Volum zidarie pe nivel: 17,896 x 2,90 = 51,90 m3 - Greutate zidarie volumetrica: gamma_zid = 1,95 tone/m3 (inclusiv tencuiala) - Greutate totala zidarie: Gzid/nivel = 1,95 x 51,90 = 101,2 tone = 1012 kN
Greutate planseu: - placa din beton armat 8 cm: 200 daN/m2 - pardoseala: 130 daN/m2 - pereti despartitori: 100 daN/m2
Incarcare de exploatare: - qu: 200 daN/m2 - psi2i: 0,40 - psi2i x qu = 200 x 0,40 = 80 daN/m2
Incarcarea totala pe 1 m2 de planseu: 510 daN/m2 Greutatea totala planseu/nivel: 66,4 x 510 = 33864 daN = 33,86 tone Greutate totala cladire/nivel: Gnivel = 101,2 + 33,86 = 135,06 tone = 1350,6 kN
qechiv = 135,06/81,91 = 1,64 tone/m2 = 16,4 kN/m2 Greutate totala cladire: G = 2 x 135,06 = 270,12 tone = 2701,2 kN
Forta seismica se va calcula cu urmatorii coeficienti: - factor de importanta: gamma1 = 1,0 - factor de comportare: q = 2,5 x 1,25 = 3,125 - factor de reducere: eta = 0,88 - valoarea spectrului elastic de proiectare: Se = 0,16g x 3,0
Eforturile sectionale in planseu s-au determinat prin calcul automat.
Rezultate obtinute: Tensiune normala in directia x: sigma_x = 5,5 daN/cm2 = 0,55 MPa; sigma_x
Tensiune normala in directia y: sigma_y = 7,0 daN/cm2 = 0,7 MPa; sigma_y
Deplasarea pe directia z: dr = 0,497 mm
11. Alcatuirea si armarea planseului compus lemn-beton
Grinzile din lemn masiv de rasinoase se vor dispune la o distanta b = 50 cm (interax). Conectorii se vor dispune pe un rand, inclinati la 45 grade, alternant in lungul sectiunii longitudinale. Adancimea de patrundere in lemn a extremitatii infiletate a surubului este de minim 60 mm.
Deoarece conditia de verificare a eforturilor, la partea inferioara a placii din beton, este indeplinita, se va adopta armarea constructiva prevazuta la pct.-ul 4.2.(4) - plasa legata cu sarma Phi8/200 x Phi8/200, dispusa la 10 mm de partea inferioara a placii din beton.
Plasa de armatura de la partea inferioara se va ancora in centuri din beton armat pe o lungime de 32 cm.
Pe reazemul intermediar, la partea superioara a placii de beton, se va dispune o plasa formata din caliareti Phi8/8cm, dispusi in lungul grinzilor de lemn, legati cu armatura de repartitie Phi6/20cm, perpendicular pe acestia.
Exemplul 2: Planseu compus lemn-beton cu o deschidere
Se prezinta proiectarea unui planseu intermediar al unui garaj, cu dimensiunile in plan 8,75 x 6,75 metri si inaltimea nivelului het = 2,90m. Structura cladirii este alcatuita din pereti portanti din zidarie confinata (ZC) cu grosimea de 37,5 cm. Planseul se va realiza in solutie compusa lemn-beton, clasa C25/30, grinzi din lemn lamelat incleiat si conectori de tip surub cu cap hexagonal.
Grinzile din lemn se vor dispune pe directia scurta a ochiului de placa. Distanta dintre grinzi (interax) se alege: b = 70 cm.
PROIECTAREA PLANSEULUI COMPUS
1. Caracteristicile materialelor componente alese
1.1. Lemn - grinzi: grinda din lemn lamelat incleiat omogen GL 28h; clasa 2 de exploatare.
Valori caracteristice - conform SR EN 1995-1-1: - incovoiere: fm,g,k = 28 N/mm2 - intindere in lungul fibrei: ft,0,g,k = 19,5 N/mm2 - forfecare: fv,g,k = 3,2 N/mm2 - modul de elasticitate: Emean (E2) = 12600 N/mm2 - densitate: rho_g,k = 410 kg/m3
Coeficienti partiali de siguranta: - coeficient ce tine seama de efectul duratei incarcarii si umiditate, conform SR EN 1995-1-1 Tabel 3.1. nota (2): kmod = 0,80 - coeficient partial de siguranta pentru material si rezistente, conform SR EN 1995-1-1 Tabel 2.3: gammaM = 1,25 - coeficient care tine seama de deformatii in timp si de durata incarcarii, conform NP 005: kdef,perm = 0,60; kdef,medie = 0,60
Valori de calcul: - incovoiere: fm,d = (kmod x fm,k) / gammaM = (0,80 x 28) / 1,25 = 17,92 N/mm2 - intindere in lungul fibrei: ft,0,d = (kmod x ft,a,k) / gammaM = (0,80 x 19,5) / 1,25 = 12,48 N/mm2 - forfecare: fv,d = (kmod x fv,k) / gammaM = (0,80 x 3,2) / 1,25 = 2,05 N/mm2
1.2. Beton - placa: clasa C 25/30
Valori caracteristice: conform SR EN 1992-1-1: - pe cub: fck,cube = 30 N/mm2 - pe cilindru: fck = 25 N/mm2 - medie la intinderea axiala: fct = 2,6 N/mm2 - modul de elasticitate: Ecm (E1) = 31000 N/mm2
Coeficienti partiali de siguranta: gammac = 1,5 (permanenta, tranzitorie) sau 1,25 (accidentala) acc = 0,85; act = 0,85; kt = 0,85
Valori de calcul: - pe cub: fcd = (acc x fck,cube x kt) / gammac = (0,85 x 0,85 x 30) / 1,5 = 14,45 N/mm2 - intindere axiala: fctmd = (act x fct) / gammac = (0,85 x 2,60) / 1,5 = 1,47 N/mm2
1.3. Conector
Tipul conectorilor: Surub Diametrul conectorului: d = 12 mm Valori caracteristice: - intindere: fuk = 500 N/mm2 - modul de alunecare: Kser = 0,08 x d x Emean = 0,08 x 12 x 12600 = 12096 - pentru SLS Ku = (2/3) x Kser = (2/3) x 12096 = 8064 - pentru SLU
Coeficienti partiali de siguranta: - coeficient pentru conlucrare (imbinare), conform SR EN 1995-1-1 Tabel 2.3: gammaM = 1,3 - kdef,perm = 0,60; kdef,medie = 0,60
2. Caracteristicile geometrice ale elementelor componente alese
2.1. Grinda de lemn: - latime: b2 = 120 mm - inaltime: h2 = 500 mm - moment de inertie: I2 = (b2 x h2^3) / 12 = (120 x 500^3) / 12 = 1,25 x 10^9 mm4 - aria: A2 = b2 x h2 = 120 x 500 = 60000 mm2 - deschidere: L = 6000 mm - distanta dintre grinzi (interax): b = 700 mm
2.2. Placa de beton: - grosime: h1 = 90 mm - latimea de conlucrare calculata pentru incarcari uniform distribuite conform relatiei 3-3: bef = [1 - 1,4 x (b/L)^2] x b = [1 - 1,4 x (700/6000)^2] x 700 = 687 mm - moment de inertie: I1 = (bef x h1^3) / 12 = (687 x 90^3) / 12 = 4,17 x 10^7 mm4 - aria: A1 = bef x h1 = 687 x 90 = 61800 mm2
2.3. Verificarea grosimii de placa: (E1 x I1) / (E2 x I2) = (31000 x 4,17 x 10^7) / (12600 x 1,25 x 10^9) = 0,08
3. Incarcari
3.1. Valori caracteristice, coeficienti partiali de siguranta si valori de calcul:
| Tip de incarcare | Caracteristici | Coeficient partial de siguranta | Valori de calcul |
|---|
| Greutate proprie placa din beton armat | 2250 N/m2 | 1,35 | 3037,5 N/m2 |
| Pardoseala | 1300 N/m2 | 1,35 | 1755 N/m2 |
| Pereti despartitori usori | 1000 N/m2 | 1,35 | 1350 N/m2 |
| Greutatea proprie a grinzilor din lemn | 442 N/m | 1,35 | 597 N/m |
| Utila | 2000 N/m2 | 1,50 | 3000 N/m2 |
3.2. Incarcari in lungul grinzilor de lemn: - Incarcarea permanenta: gd = (3037 + 1755 + 1350) x 0,700 + 597 = 4816 N/m - Incarcarea utila: qd = 3000 x 0,700 = 2100 N/m
3.3. Eforturi: - Moment incovoietor: MEd = ((gd + qd) x L^2) / 8 = ((4816 + 2100) x 6000^2) / 8 = 30,9 x 10^6 Nmm - Forta taietoare: VEd = ((gd + qd) x L) / 2 = ((4816 + 2100) x 6000) / 2 = 20,6 x 10^3 N
4. Verificarea imbinarilor
4.1. Momentul plastic al imbinarii (relatia 3-22): Myd = Myk / gammaM = (0,583 x fuk x d^3) / (6 x gammaM) = (0,583 x 500 x 12^3) / (6 x 1,3) = 6,46 x 10^4 Nmm
4.2. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta conlucrarii la cedarea betonului (relatia 3-22): Rd = 0,23 x d^2 x sqrt(fck x Ecm / gammac) = 0,23 x 12^2 x sqrt(25 x 31000 / 1,25) = 26078,71 N
4.3. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta conlucrarii la rupere la forfecare (relatia 3-24): Rd = 0,8 x (fuk x pi x d^2) / (4 x gammac) = 0,8 x (500 x 3,14 x 12^2) / (4 x 1,25) = 36172,8 N
4.4. Capacitatea portanta a imbinarii. Rezistenta la cedarea lemnului (relatia 3.25): Rd = 1,5 x sqrt(2 x Myd x fh2d x d) = 1,5 x sqrt(2 x 6,46 x 10^4 x 18,93 x 12) = 8,13 x 10^3 N
unde: fh2k = 0,082 x (1 - 0,01 x d) x rho_k = 0,082 x (1 - 0,01 x 12) x 410 = 29,58 N/mm2 fh2d = (kmod x fh2k) / gammaM = (0,8 x 29,58) / 1,25 = 18,93 N/mm2
5. Verificarea eforturilor la SLU in stadiul initial
5.1. Caracteristicile sectiunii compuse (relatia 3-4): (EI)ef = (E1 x I1 + gamma1 x E1 x A1 x a1^2) + (E2 x I2 + gamma2 x E2 x A2 x a2^2) = (31000 x 4,17 x 10^7 + 0,09 x 31000 x 61800 x 240,44^2) + 12600 x 1,25 x 10^9 + 1 x 12600 x 60000 x 54,56^2 = 2,92 x 10^13 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x E1 x A1 x sef) / (Ku x L^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 31000 x 61800 x 156,25) / (8064 x 6000^2)) = 0,09
gamma2 = 1
sef = 0,75 x smin + 0,25 x smax = 0,75 x 125 + 0,25 x 250 = 156,25 mm
a2 = (gamma1 x E1 x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x E1 x A1 + gamma2 x E2 x A2)) = (0,09 x 31000 x 61800 x (90 + 500)) / (2 x (0,09 x 31000 x 61800 + 1 x 12600 x 60000)) = 54,56 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (90 + 500) / 2 - 54,56 = 240,44 mm
5.2. Eforturi in placa din beton (relatia 3-9 si 3-10): sigma_c1d = (gamma1 x E1 x a1 x MEd) / (EI)ef = (0,09 x 31000 x 240,44 x 30,9 x 10^6) / (2,92 x 10^13) = 0,71 N/mm2 sigma_m1d = (0,5 x E1 x h1 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 31000 x 90 x 30,9 x 10^6) / (2,92 x 10^13) = 1,48 N/mm2
5.3. Verificarea eforturilor in placa din beton: - la partea superioara: sigma_cd = sigma_c1d + sigma_m1d = 0,71 + 1,48 = 2,18 - la partea inferioara: sigma_td = sigma_m1d - sigma_c1d = 1,48 - 0,71 = 0,77
5.4. Eforturi in grinda de lemn (relatia 3-11 si 3-12): sigma_t2d = (gamma2 x E2 x a2 x MEd) / (EI)ef = (1 x 12600 x 54,56 x 30,9 x 10^6) / (2,92 x 10^13) = 0,73 N/mm2 sigma_m2d = (0,5 x E2 x h2 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 12600 x 500 x 30,9 x 10^6) / (2,92 x 10^13) = 3,34 N/mm2
5.5. Verificarea eforturilor in grinda din lemn (relatia 3-15): - la partea inferioara: sigma_t2d / ft0d + sigma_m2d / fmd = 0,73/12,48 + 3,34/17,92 = 0,395
5.6. Verificarea eforturilor tangentiale: h = h2/2 + a2 = 500/2 + 54,56 = 304,56 mm tau_max = (0,5 x E2 x b2 x h^2 x VEd) / (b2 x (EI)ef) tau_max = (0,5 x 12600 x 120 x 304,56^2 x 20,6 x 10^3) / (120 x 2,92 x 10^13) = 0,0014
5.7. Verificarea eforturilor in elementele de conlucrare: F1d = (gamma1 x E1 x A1 x a1 x smin x VEd) / (EI)ef F1d = (0,09 x 31000 x 61800 x 240,44 x 125 x 20,6 x 10^3) / (2,92 x 10^13) = 3641,64
6. Verificarea planseului SLU in stadiul final
Se vor lua in considerare deformatiile in timp, pentru toate materialele: - Modul de elasticitate transformat al grinzilor de lemn (relatia 3-27): Emean_fin = Emean x (%G / (1 + Psi x kdef) + %Q / (1 + kdef)) = 12600 x (0,70 / (1 + 0,60) + 0,30 / (1 + 0,60)) = 7875 N/mm2
- Modulul de alunecare al conlucrarii (relatia 2-5): Kser = 0,08 x d x Emean_fin = 0,08 x 12 x 7875 = 7560 Ku = (2/3) x Kser = (2/3) x 7560 = 5040 - pentru SLU
- Modulul de elasticitate transformat al betonului (relatia 3-26): Ecm_fin = Ecm x (1 / (1 + phi(inf, t0))) = 31000 x (0,70 / (1 + 3,25)) = 10634 N/mm2
6.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (E1t x I1 + gamma1 x E1t x A1 x a1^2) + (E2t x I2 + gamma2 x E2t x A2 x a2^2) = (10634 x 4,17 x 10^7 + 0,152 x 10634 x 61800 x 243,52^2) + (7875 x 1,25 x 10^9 + 1 x 7875 x 60000 x 51,48^2) = 1,75 x 10^13 Nmm2
gamma1 = 0,152; gamma2 = 1
a2 = (gamma1 x E1t x A1 x (h1 + h2)) / (2 x (gamma1 x E1t x A1 + gamma2 x E2t x A2)) = (0,152 x 10634 x 61800 x (90 + 500)) / (2 x (0,152 x 10634 x 61800 + 1 x 7875 x 60000)) = 51,48 mm
a1 = (h1 + h2) / 2 - a2 = (90 + 500) / 2 - 51,48 = 243,52 mm
6.2. Eforturile in placa din beton: sigma_c1d = (gamma1 x Ecm_fin x a1 x MEd) / (EI)ef = (0,152 x 10634 x 243,52 x 30,9 x 10^6) / (1,75 x 10^13) = 0,697 N/mm2 sigma_m1d = (0,5 x Ecm_fin x h1 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 10634 x 90 x 30,9 x 10^6) / (1,75 x 10^13) = 0,848 N/mm2
6.3. Verificarea eforturilor in placa din beton: - la partea superioara: sigma_cd = 0,697 + 0,848 = 1,546 - la partea inferioara: sigma_td = 0,848 - 0,697 = 0,151
6.4. Eforturile in grinda de lemn: sigma_t2d = (gamma2 x Emean_fin x a2 x MEd) / (EI)ef = (1 x 7875 x 51,48 x 30,9 x 10^6) / (1,75 x 10^13) = 0,718 N/mm2 sigma_m2d = (0,5 x Emean_fin x h2 x MEd) / (EI)ef = (0,5 x 7875 x 500 x 30,9 x 10^6) / (1,75 x 10^13) = 3,489 N/mm2
6.5. Verificarea eforturilor in grinda din lemn: - la partea inferioara: sigma_t2d / ft0d + sigma_m2d / fmd = 0,718/12,48 + 3,489/17,92 = 0,252
7. Verificarea sagetilor in stadiul initial
Se vor utiliza formulele prezentate la punctul 5 introducand modulii de elasticitate pentru lemn Emean si beton Ecm si modulul de alunecare Kser pentru conectori.
7.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (E1 x I1 + gamma1 x E1 x A1 x a1^2) + (E2 x I2 + gamma2 x E2 x A2 x a2^2) = (31000 x 4,17 x 10^7 + 0,129 x 31000 x 61800 x 222,50^2) + (12600 x 1,25 x 10^9 + 1 x 12600 x 60000 x 72,50^2) = 3,32 x 10^13 Nmm2
gamma1 = 1 / (1 + (pi^2 x E1 x A1 x sef) / (Kser x L^2)) = 1 / (1 + (3,14^2 x 31000 x 61800 x 156,25) / (12096 x 6000^2)) = 0,129
gamma2 = 1
a2 = (0,129 x 31000 x 61800 x (90 + 500)) / (2 x (0,129 x 31000 x 61800 + 1 x 12600 x 60000)) = 72,50 mm a1 = (90 + 500) / 2 - 72,50 = 222,50 mm
7.2. Calculul sagetilor: - sageata din actiunea permanenta: winst,g = (5 x gd x L^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 4816 x 10^-3 x 6000^4) / (384 x 3,32 x 10^13) = 2,45 mm - sageata din actiunea variabila (utila): winst,q = (5 x qd x L^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 2061 x 10^-3 x 6000^4) / (384 x 3,32 x 10^13) = 1,05 mm - sageata finala, instantanee: winst = winst,g + winst,q winst = 2,45 + 1,05 = 3,49
8. Verificarea sagetilor la SLE in stadiul final
a. Actiuni permanente: se vor lua in considerare deformatiile in timp, pentru toate materialele: - Modul de elasticitate transformat al grinzilor de lemn: Emean_fin = Emean / (1 + Psi x kdef) = 12600 / (1 + 0,6) = 7875 N/mm2 - Modulul de alunecare al conlucrarii: Kser = 0,08 x d x Emean_fin = 0,08 x 12 x 7875 = 7560 - Modulul de elasticitate transformat al betonului: Ecm_fin = Ecm / (1 + phi(inf, t0)) = 31000 / (1 + 2,25) = 9538 N/mm2
8.1. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (9538 x 4,17 x 10^7 + 0,231 x 9538 x 61800 x 229,1^2) + (7875 x 1,25 x 10^9 + 1 x 7875 x 60000 x 65,9^2) = 1,94 x 10^13 Nmm2
gamma1 = 0,231; gamma2 = 1; a2 = 65,90 mm; a1 = 229,10 mm
8.2. Calculul sagetii: - sageata din actiunea permanenta: wfin_G = (5 x gd x L^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 4816 x 10^-3 x 6000^4) / (384 x 1,94 x 10^13) = 4,2 mm
b. Actiune variabila: - Emean_fin = 12600 / (1 + 0,6) = 7875 N/mm2 - Kser = 0,08 x 12 x 7875 = 7560 - Ecm_fin = 31000 / (1 + 1,35) = 13191 N/mm2
8.3. Caracteristicile sectiunii compuse: (EI)ef = (13191 x 4,17 x 10^7 + 0,1781 x 13191 x 61800 x 225,66^2) + (7875 x 1,25 x 10^9 + 1 x 7875 x 60000 x 69,34^2) = 2,01 x 10^13 Nmm2
gamma1 = 0,1781; gamma2 = 1; a2 = 69,34 mm; a1 = 225,66 mm
8.4. Calculul sagetii: - sageata din actiunea variabila: wfin_Q = (5 x qd x L^4) / (384 x (EI)ef) = (5 x 2061 x 10^-3 x 6000^4) / (384 x 2,01 x 10^13) = 1,7 mm
8.5. Verificarea sagetii finale: wfin = wfin_G + wfin_Q wfin = 4,2 + 1,7 = 5,9
9. Alcatuirea si armarea planseului compus lemn-beton
Grinzile din lemn lamelat incleiat se vor dispune la o distanta b = 70 cm (interax). Conectorii se vor dispune pe un rand, inclinati la 45 grade, alternant in lungul sectiunii longitudinale. Adancimea de patrundere in lemn a extremitatii infiletate a surubului este de minim 72 mm.
Deoarece conditia de verificare a eforturilor la partea inferioara a placii din beton, este indeplinita se va adopta armarea constructiva prevazuta la pct.-ul 4.2.(4) - plasa legata cu sarma Phi8/200 x Phi8/200, dispusa la partea inferioara a placii de beton.
Plasa de armatura se va ancora in centuri din beton armat pe o lungime de 32 cm.