Tot ce trebuie sa stii despre structura de rezistenta a constructiilor. Clasificare, executie, sisteme structurale.

https://www.reformex.ro/ghiduri/structura-rezistenta-cladiri/

Descrierea sistemelor structurale

Acest capitol cuprinde descrierea fiecarui tip de structura de rezistenta, cu accent pe structurile realizate din beton si zidarie, care sunt solutiile optime si cel mai des folosite pentru realizarea unei locuinte de tip unifamilial.

Structuri in cadre de beton armat

Aceste structuri sunt realizate din grinzi, stalpi si diafragme (pereti) de beton armat, zidaria avand rol strict de inchidere si de compartimentare a spatiului interior. Elementele principale care preiau incarcarile gravitationale si seismice (orizontale), sunt grinzile, stalpii si diafragmele. Structurile in cadre de beton armat sunt recomandate pentru constructiile cu mai mult de 3 niveluri. Cadrele fiind elementele de rezistenta, inchiderile pot fi realizate din elemente fara rol de rezistenta, cum ar fi blocuri ceramice nestructurale (vom vorbi despre blocurile ceramice mai multe la capitolul structurilor din zidarie portanta), sticla sau alte materiale cu caracter architectural deosebit.

Comparativ cu o structura realizata din zidarie portanta, costul de executie a unei structuri in cadre de beton armat este mai mare, insa principalul lor avantaj este ca pot fi folosite pentru construirea cladirilor cu numar mare de niveluri.

Tot in varianta cadrelor de beton armat pot fi construite si hale industrial, de productie sau de depozitare. De data aceasta, cele mai utilizate sisteme sunt cele din beton armat prefabricate, cu grinzi speciale, pretensionate sau posttensionate. Calculele ingineresti au permis dezvoltarea unor tehnologii de fabricare a elementelor de beton armat astfel incat avantajele betonului, armaturilor si al conlucrarii acestora sa fie folosite cu maxima eficienta.

Structuri in cadre metalice

Aceste structuri sunt realizate din grinzi, stalpi si contravantuiri din otel structural (de obicei S275 sau S355). Eforturile gravitationale sunt preluate de plansee, grinzi si stalpi, iar eforturile seismice (orizontale), pot fi preluate de grinzi, stalpi sau contravantuiri, in functie de conformatia geometrica stabilita in procesul de proiectare.

Principalul avantaj al acestor structuri este acela ca sunt foarte eficiente din punct de vedere al timpului de montaj, pot fi folosite pentru structuri cu numar mare de niveluri si riscurile erorilor de montaj sunt reduse, forta de munca necesara realizarii acestor structure fiind calificata si bine instruita. Abaterile de montaj sunt mici si pot fi folosite pentru structuri speciale care necesita exactitate mare la montaj.

Cel mai mult acest tip de structura este folosit pentru constructii industrial si agricole, cum ar fi hale de depozitare, hale de productie, silozuri, putand fi realizate cadre cu deschideri libere de zeci de metri.

Structuri de rezistenta realizate din cadre cu structura mixta, elemente de otel inglobate sau conectate cu betonul

Aceste structuri sunt folosite in mod special la cladirile cu numar foarte mare de etaje. Punctul forte al acestora este ca imbina in mod eficient avantajele otelului cu avantajele betonului. Pentru grinzi se folosesc profile laminate la cald cu sectiune ,,H” conectate cu placa de beton prin intermediul unor elemente numite ,,gujoane” sau simplu ,,conectori”.

Stalpii sunt realizati din profile metalice laminate la cald, inglobati in beton. Betonul din jurul stalpilor are doua roluri esentiale. Unul de a mari stabilitatea stalpului metallic la flambaj, si altul de a proteja miezul de otel de temperaturile ridicate in timpul unui incendiu. Acest sistem structural are un cost de construire mult prea mare si nu este folosit la cladiri obisnuite, cu numar mediu de niveluri. Pentru aceste variante sunt folosite sistemele deja discutate in capitolele anterioare.

Structuri de rezistenta realizate profile metalice usoare, laminate la rece

Cladirile care sunt construite prin adoptarea unui astfel de sistem structural sunt de obicei cladiri de locuit, case unifamiliale in regim de inaltime P sau P+E si cladiri pentru birouri, sau hale cu deschideri libere relativ mici. Desigur ca se pot construi si structuri mai complexe folosind aceasta varianta, dar costurile materialelor sunt mari comparativ cu cele clasice, si de aceeaa lumea prefera varianta traditionala. Avantajul acestora este greutatea redusa fiind profile cu sectiune realizata din table subtiri laminate la rece. Ele pot fi folosite pentru etajarea constructiilor existente din motiv ca aduc o greutate suplimentara constructiei mult mai mica fata de celelalte sisteme structurale (beton, zidarie sau profile metalice laminate la cald).

Structuri de rezistenta realizate din lemn

Principalele avantaje al constructiilor de lemn sunt greutatea redusa si timpul redus de executie si sunt materiale locale relative usor de obtinut. Sistemele cu structura de rezistenta din elemente de lemn sunt folosite in principal pentru locuinte unifamiliale, cabane sau constructii al caror aspect prezinta importanta deosebita, pentru ca stim cu totii ca lemnul da o senzatie placuta ochiului.

Desigur ca in cazuri mai rare, se pot construi din lemn si blocuri cu mai multe etaje, dar solutia nu este folosita pe scara larga. Lemnul mai poate fi folosit si pentru elemente izolate in constructii, cum ar fi grinzi cu deschideri mari (in mall-uri sau alte cladiri care trebuie sa atraga vizitatori). Aceste elemente de lemn desigur ca nu sunt realizate din lemn simplu, prelucrat, ci din lemn lamelar incleiat, care sa poata prinde o forma bine gandita, adaptata si calculata de inginerii structuristi pentru a fi folosita in conditii sigure.

Lemnul mai poate fi folosit si in combinatie cu alte materiale, formand sectiuni compuse, cum ar fi grinzile cu sectiune ,,I” cu inima din OSB si talpi din lemn masiv, elemente unite intre ele prin cleiuri speciale.

structura rezistenta lemn

detaliu grinda planseu

Structuri de rezistenta realizate din zidarie portanta

Cele mai multe constructii in zilele noastre folosesc acest sistem structural, si anume zidarie portanta inramata, cadrele de beton care inrameaza zidaria fiind grinzi si stalpi cu dimensiuni mici. La aceste structuri, grinzile nu sunt intocmai grinzi in adevaratul sens al cuvantului, si nici stalpii nu au rol de stalpi. Acestea se numesc centuri si stalpisori, avand sectiuni uzuale de 25x25cm sau 25x30cm. Rolul lor este ca in timpul unui seism sa tina unite intre ele blocurile ceramice (caramizile) si sa permita zidului sa lucreze unitar ca o diafragma pentru preluarea fortelor seismice. Costurile acestor tipuri de structuri de rezistenta sunt accesibile mai multor categorii de oameni, motiv pentru care sunt si cele mai utilizate.

Sistemul poate fi folosit pentru constructii cu un numar de maxim 5 niveluri (P+4E), in functie de tipul blocurilor ceramice folosite si de zona seismica in care se afla constructia.

Teritoriul Romaniei este impartit in mai multe zone seismice, numarul nivelurilor premise scazand cu cresterea gradului de risc seismic al zonei in care se construieste cladirea.

Constructiile din zidarie portanta trebuie sa satisfaca o serie de reguli dictate in Romania de codul P100/1-2013-Cod de proiectare seismica, dar si de codul CR-6-Cod de practica pentru structuri din zidarie. Nu intram in mai multe detalii despre procesul de proiectare, insa va vom descrie intreg sistemul de la fundatie pana la acoperis, pentru a va putea asigura ca stiti informatii minime despre aceste constructii si a va putea supraveghea constructia casei.

1. Informatii generale

Cladirile au fost dezvoltate de oameni de-a lungul anilor pentru a le asigura protectia, confortul si a fi cat mai eficiente din punct de vedere functional si al accesibilitatii in diverse spatii ale constructiei. Astfel, adaposturile au evoluat de la primele pesteri in care stramosii nostri si-au gasit locul potrivit pentru a se simti in siguranta, si pana in ziua de azi cand oamenii au ajuns la nivelul la care sa-si construasca propriile adaposturi care sa se roteasca dupa soare, la propriu.

Cu siguranta va amintiti ca inca din clasele primare ni s-au furnizat informatii cu privire la primele adaposturi umane. Daca le analizam cu atentie, vom observa ca, in primul rand, omul a cautat protectia si siguranta adapostului, apoi a inceput sa-si sporeasca confortul si sa isi faca adapostul functional, adica sa-si imparta spatiul pe categorii de activitati, cum ar fi locul de odihna, locul de pregatit hrana etc.

Rolul locuintei a ramas acelasi si in zilele noastre, siguranta si protectia avand intaietate in conceperea oricarei locuinte. Pe langa orice santier ati trece, veti vedea ca totul incepe de la ,,scheletul” constructiei, adica acea parte care dupa finisare nici nu se va mai vedea, dar care va mentine in siguranta si atunci cand ploua, ninge sau bate vantul, si atunci cand e cald afara, si in mod exceptional, va va tine in siguranta in cazul unui seism, desigur daca atat proiectantul, cat si constructorul vor respecta regulile, exigentele si masurile de proiectare si de executie.

Pentru a intelege cat mai usor cat de important este sistemul structurii de rezistenta al unei constructii, este necesar sa facem o comparative. Vom compara o cladire cu corpul uman.

Asa cum omul are un schelet, cladirile au propriul lor schelet – structura de rezistenta.

Omul are un invelis exterior, pielea cu rol de a proteja mediul intern de factorii externi, asa cum si constructiile au un invelis extern, anvelopa cladirii, care protejeaza mediul intern de factorii externi agresivi (caldura, frig, ploi, ninsori etc.) Cum omul are un sistem circulator format din vase de sange, asa si cladirile au un sistem de tevi de instalatii pentru a asigura confortul mediului intern.

Cum corpul uman are organe diverse specializate fiecare pentru asigurarea unei functii, asa si cladirile sunt dotate cu aparate care asigura diferite functiuni ale cladirii. Acum ca am facut aceasta comparatie simpla, pentru a intelege cat de importanta este structura de rezistenta a unei cladiri, imaginati-va un om al carui schelet este fragil si se rupe la fiecare actiune a fortelor externe. Sau si mai sugestiv, imaginati-va ce ar fi corpul uman fara schelet.

2. Alcatuirea generala si clasificarea constructiilor

2.1 Alcatuirea generala

Structurile de rezistenta, indiferent de varianta aleasa sau de tipul materialelor folosite, au cateva elemente comune importante, si le vom descrie in ordine, incepand de la acoperis pana la fundatii. Constructiile sunt realizate dupa modele structurale deja existente in natura, si vom alege asa cum v-am obisnuit, o comparatie intre structura unei constructii si cea a unui copac.

Planseele preiau greutatea etajelor si o transmit catre grinzi. Incarcarea ajunsa in grinzi este transmisa in continuare prin stalpi catre fundatii, pentru ca in ultima etapa, eforturile ajunse la fundatii sa fie transmise si distribuite in conditii de siguranta la terenul de fundare. Acum, daca facem comparatia cu un copac, toate fortele care actioneaza asupra unui copac sunt preluate in ordine, de la cele mai subtiri crengute (grinzile), la urmatoarele mai groase, ajungand la tulpina (stalpul), apoi la radacina (fundatiile), fiind transmise in siguranta la pamant.

2.1.1 Plansee

Planseele sunt elemente de tip ,,placa plana”. Intr-o constructie, ele au doua roluri. Principalul lor rol este de a prelua intreaga greutate a etajelor (oameni, mobilier, aparatura, obiecte depozitate etc.) si de a le transmite grinzilor. Totodata, planseele au si rol de a creea o saiba rigida la nivelul fiecarui etaj al structurii, adica mai simplu de explicat, un capac care sa inchida o cutie si sa o faca mai rigida la partea superioara. Planseele intr-o structura multietajata au rol asemanator cu nodurile unui bambus sau ale unui fir de trestie. Imparte un element lung in segmente mai mici si mai rigide pentru a-i spori rezistenta si stabilitatea.

2.1.2 Grinzi

Grinzile sunt elemente liniare de tip bara, care indeplinesc in structura de rezistenta a constructiei doua roluri extrem de importante. Ele asigura atat transmiterea eforturilor de la plansee catre stalpi, cat si disiparea energiei seismice in cazul unui cutremur. In structurile in care acestea au rol de disipare a energiei seismice, ele sunt calculate astfel incat, prin degradare si cedare locala in zone stabilite in faza de proiectare, sa consume o parte din energia seismica transmisa de miscarile tectonice in constructia noastra. Tot grinzi sunt considerate si elementele sarpantei (capriorii-grinzi inclinate, panele-grinzi orizontale) care au rolul de a prelua incarcarile (greutatea tiglei si a restului finisajelor sarpantei, greutatea zapezii, presiunea si suctiunea vantului) de pe sarpanta si a le transmite mai jos, peste grinzile si stalpii ultimului nivel.

2.1.3 Stalpi

Stalpii sunt elemente de tip bara, de obicei verticali, cu rol de a prelua incarcarile transmise de grinzi si de a le transmite fundatiilor constructiei. La fel ca si grinzile, si stalpii au tot doua roluri extrem de importante. Preluarea incarcarilor gravitationale transmise de grinzi si in unele cazuri, disiparea energiei seismice prin degradari locale in zone bine stabilite din faza de proiectare pentru consumarea energiei seismice. In literatura de specialitate, aparitia acestor degradari se numeste formare de articulatii plastice.

2.1.4 Fundatii

Fundatiile sunt de tipuri foarte diversificate. Ele pot fi grinzi continue de tip bara, pot fi blocuri rigide in cazul fundatiilor izolate (pahare izolate), elemente de tip placa (fundatii tip radier general), piloti de mica si mare adancime etc. Scopul lor este de a asigura incastrarea constructiei in terenul de fundare si de a transmite toate eforturile care au fost transmise in ordinea prezentata pana la nivelul acestora, la terenul de fundare.

2.2 Clasificarea constructiilor

• Gasiti in continuare o clasificare a constructiilor realizata dupa 2 criterii:
• Dupa destinatia constructiilor;
• Dupa tipul structurii de rezistenta.

2.2.1 Clasificarea constructiilor dupa destinatia lor

• Cladiri de tip residential (blocuri de locuit, case unifamiliale, cladiri cu apartamente tip duplex, cabane, hoteluri, pensiuni etc.);
• Cladiri pentru birouri;
• Cladiri cu spatii comerciale/ parcari supraetajate;
• Cladiri destinate depozitarii de materiale;
• Cladiri industriale si agricole;
• Cladiri cu caracter special – spitale, sedii ale institutiilor statului, centrale nucleare etc.

2.2.2 Clasificarea constructiilor dupa tipul structurii de rezistenta

• Structuri de rezistenta realizate din cadre de beton armat;
• Structuri de rezistenta realizate din cadre metalice;
• Structuri de rezistenta realizate din cadre cu structura mixta, elemente de otel in combinatie cu beton;
• Structuri de rezistenta realizate profile metalice usoare, laminate la rece;
• Structuri de rezistenta realizate din lemn;
• Structuri de rezistenta realizate din zidarie portanta.