Capitolul 4 - 4. Proiectarea structurilor din lemn - Normativ din 2023 privind proiectarea şi verificarea construcţiilor din lemn - Indicativ NP 005-2022
M.Of. 136 bis
În vigoare Versiune de la: 19 Martie 2023
CAPITOLUL 4:4. Proiectarea structurilor din lemn
SUBCAPITOLUL 1:4.1. Calcul structural
(1)Metodele de calcul ale sistemelor structurale din lemn se diferenţiază în funcţie de tipurile acestora, de modul în care este modelată acţiunea seismică, de particularităţile fiecărui sistem structural analizat în raport cu caracterul spaţial, dinamic şi neliniar al comportării structurale, precum şi de modul concret în care sunt efectuate verificările privitoare la condiţiile de conformare antiseismică.
(2)Deformabilitatea infrastructurii şi/sau deformabilitatea terenului trebuie considerate, dacă acestea au o influenţă semnificativă asupra răspunsului structural, conform prevederilor codului de proiectare P 100-1.
(3)Pentru proiectarea elementelor şi subansamblurilor de lemn se vor utiliza standardele SR EN 1995-1-1 şi SR EN 1995-1-2.
(4)Tipurile de îmbinări şi regulile de alcătuire a acestora sunt cele prevăzute în SR EN 1995-1-1 şi codului de proiectare P 100-1.
(5)Proiectarea structurilor de lemn va avea în vedere următoarele aspecte pentru calculul structurii:
a)geometria structurii;
b)încărcări şi combinaţii de încărcări;
c)secţiunea elementelor de lemn;
d)ductilitatea elementelor;
e)calculul la starea limită ultimă (SLU);
f)calculul la starea limită de serviciu (SLS);
g)calculul îmbinărilor şi al prinderilor în fundaţii.
(6)Proiectarea structurilor se face pentru următoarele situaţii:
a)situaţia permanentă care corespunde condiţiilor normale de utilizare a structurii;
b)situaţia tranzitorie corespunzătoare timpului când structura se află în execuţie.
(7)Elementele structurale de lemn şi îmbinările vor fi dimensionate/verificate la stările limită de rezistenţă şi stabilitate în conformitate cu prevederile din SR EN 1995-1-1 şi SR EN 1995-1-2.
(8)La structurile cu neregularităţi în plan sau pe verticală (modificări la reţeaua de stâlpi, schimbări de rigiditate, schimbări de înălţime etc.), dar care nu afectează substanţial comportarea de ansamblu a structurii, valorile factorului de comportare din codul de proiectare P 100-1 vor fi sporite cu 20%.
SUBCAPITOLUL 2:4.2. Metode de calcul
(1)Stabilirea eforturilor şi deformaţiilor din elementele structurale pentru clădiri proiectate pentru clasa de ductilitate DCH sau DCM se face prin calcul structural, utilizând una sau mai multe dintre următoarele metode de calcul:
a)metoda de calcul static liniar:
- metoda forţelor laterale statice echivalente;
- metoda calculului modal cu spectre de răspuns;
b)metoda de calcul static neliniar;
c)metoda de calcul dinamic neliniar.
(2)Stabilirea eforturilor şi deformaţiilor din elementele structurale pentru clădiri proiectate pentru clasa de ductilitate DCL se poate face printr-una dintre metodele de calcul liniar.
(3)Metodele de analiză globală a structurilor sunt:
a)analiza de ordin I (simplificată) - determinarea eforturilor de proiectare se bazează pe teoria liniarităţii geometrice, care consideră în analiză echilibrul sistemului static nedeformat. Calculul de ordinul I este de obicei o analiză liniar elastică, la care modificările de geometrie sub încărcări nu sunt luate în considerare;
b)analiza de ordinul II - determinarea eforturilor de proiectare se bazează pe teoria neliniarităţii geometrice, care consideră în analiză echilibrul sistemului static deformat. Se respectă prevederile codului de proiectare P 100-1, subcapitolul 4.6.
Efectele de ordinul II au ca bază neliniarităţile geometrice ale structurii, faptul că din momentul depăşirii unei anumite sensibilităţi laterale, deformaţiile devin destul de mari şi nu mai pot fi ignorate astfel încât starea de echilibru se exprimă pe poziţia deformată şi nu nedeformată a structurii.
Efectele de ordinul II geometrice, p-delta şi P-Delta sunt luate în considerare, mai ales pentru structurile parter care sunt suficient de elastice şi sensibile la astfel de efecte.
(4)La structurile cu neregularităţi în plan sau pe verticală (modificări la reţeaua de stâlpi, schimbări de rigiditate, schimbări de înălţime etc.), dar care nu afectează substanţial comportarea de ansamblu a structurii, valorile factorului de comportare q, dat de codul de proiectare P 100-1, vor fi micşorate cu 20%.
SUBCAPITOLUL 3:4.3. Valori de proiectare ale eforturilor
(1)Acest capitol conţine prevederi privind determinarea valorilor de proiectare ale eforturilor care se dezvoltă în elementele structurale de lemn.
(2)Valoarea de proiectare a efortului dintr-o secţiune a unui element structural reprezintă valoarea maximă a efortului care se poate mobiliza în secţiunea respectivă din combinaţia de încărcări cea mai defavorabilă.
(3)În cazul clădirilor proiectate pentru clasa de ductilitate DCH sau DCM, determinarea valorilor de proiectare ale momentelor încovoietoare, forţelor tăietoare şi forţelor axiale în elementele structurale, după caz, se face conform prevederilor de la subcapitolul 4.3.2.
(4)În cazul clădirilor proiectate pentru clasa de ductilitate DCL, determinarea valorilor de proiectare ale momentelor încovoietoare, forţelor tăietoare şi forţelor axiale în elementele structurale, după caz, se face conform prevederilor de la subcapitolul 4.3.3.
SECŢIUNEA 1:4.3.1. Modelul de calcul
(1)În analiza structurală se consideră lunecarea relativă a pieselor din îmbinare. Prezenţa în îmbinare a unor piese suplimentare cu rol de fonoizolare şi etanşare la aer/apă/foc influenţează comportarea acesteia. În acest sens, se realizează modele de calcul cu element finit pentru analiza liniară sau neliniară care să ţină cont de rigiditatea îmbinărilor, evaluată conform SR EN 1995.
SECŢIUNEA 2:4.3.2. Clădiri proiectate pentru clasa de ductilitate DCH sau DCM
(1)Valoarea de proiectare a efortului din zona disipativă reprezintă valoarea efortului care se dezvoltă atunci când structura în ansamblu se află în stadiul de disipare de energie sub acţiuni orizontale din seism.
(2)Valorile de proiectare ale eforturilor sunt asociate mecanismului de disipare de energie.
(3)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, în conformitate cu Anexa B.
(4)Prin proiectare, se va urmări stabilirea poziţiei zonelor disipative astfel încât să se creeze un mecanism favorabil de disipare de energie şi evitarea ruperilor fragile.
SECŢIUNEA 3:4.3.3. Clădiri proiectate pentru clasa de ductilitate DCL
(1)Structurile de lemn se pot proiecta pentru o capacitate minimală de disipare a energiei seismice prin deformaţii inelastice (de ductilitate) cu o creştere corespunzătoare a capacităţii de rezistenţă la forţe orizontale.
(2)Structurile proiectate în conformitate cu clasa de ductilitate joasă (DCL) vor respecta, în principal, regulile de proiectare generale pentru construcţii din lemn împreună cu prevederile suplimentare specifice acestei clase date în prezentul capitol.
(3)Valorile de proiectare ale eforturilor sunt egale cu cele rezultate din calculul structural liniar.
SUBCAPITOLUL 4:4.4. Materiale
(1)Prezentul normativ face referire la structurile realizate din: lemn masiv, lemn lamelat încleiat (glulam), lemn lamelat din fâşii subţiri de furnir (LVL), plăci cu fibre dublu orientate (OSB), placaj, plăci fibrolemnoase (PFL), plăci din aşchii din lemn (PAL), panouri cu lamele încrucişate (CLT) şi alte produse derivate din lemn.
(2)Pentru elementele din lemn masiv, valorile rezistenţelor caracteristice la diverse solicitări sunt precizate în SR EN 338 (Anexa 6).
(3)Pentru elementele din lemn lamelat încleiat, valorile rezistenţelor caracteristice la diverse solicitări sunt precizate în SR EN 14080 (Anexa 6).
(4)Rezistenţele caracteristice specificate în Anexa 6 sunt date pentru umiditatea de echilibru a lemnului de 12%.
(5)Valoarea de calcul a rezistenţelor lemnului la diferite solicitări se determină în conformitate cu SR EN 1995-1-1.
(6)Elementele metalice pentru îmbinări sunt realizate din oţel şi satisfac condiţiile SR EN 14592; conectorii metalici satisfac condiţiile SR EN 14545.
(7)Pentru îmbinările proiectate cu cerinţe de ductilitate se vor utiliza elemente metalice (tije şi conectori) din oţel care satisfac exigenţele de ductilitate conform anexa E. Se vor respecta exigenţele de ductilitate pentru oţeluri din SR EN 1993-1-1, subcapitolul 3.2.2.
SUBCAPITOLUL 5:4.5. Verificări de rezistenţă pentru clădiri proiectate în clasa de ductilitate DCH sau DCM
(1)Valorile capacităţii de rezistenţă a lemnului sunt determinate luând în considerare valorile coeficientului kmod pentru încărcările instantanee şi valorile coeficientului parţial aplicat materialului gammaM luând în considerare combinaţia seismică.
(2)Calculul capacităţii de rezistenţă a îmbinărilor se face conform cu SR EN 19951-1 şi normativului NP 005.
SECŢIUNEA 1:4.5.1. Verificarea capacităţii de rezistenţă a zonelor disipative
SUBSECŢIUNEA 0:
(1)În acest subcapitol se consideră ca zone disipative îmbinările şi conectorii, care se proiectează cu capacitate de disipare de energie prin deformaţii inelastice.
(2)Verificarea la starea limită ultimă a unei zone disipative localizată în îmbinări sau conectori se face cu relaţia:
FEd < = Fv,Rd(d) (4.1)
unde:
FEd = F'Ed;
FEd valoarea de proiectare a efortului asociată mecanismului de disipare de energie, N;
F'Ed valoarea efortului rezultat din calculul structural în combinaţia seismică de proiectare, N;
Fv,Rd(d) valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor disipative, N.
(3)Pentru verificările la stare limită ultimă a structurilor proiectate în conceptul de comportare disipativă (DCM şi DCH), degradarea de rigiditate a zonelor disipative va fi luată în considerare prin multiplicarea rezistenţei caracteristice la solicitări statice cu factorul de reducere Betasd.
(4)Capacitatea de rezistenţă a zonelor disipative va fi calculată cu relaţia:
Fv,Rd(d) = Betasd kmod Fv,Rk(d) / gammaM (4.2)
unde:
Betasd factor de degradare a rezistenţei zonelor disipative sub acţiuni ciclice (< = 1);
Betasd = 0,8;
kmod factor care ţine seama de modificarea duratei încărcării şi a conţinutului de umiditate a lemnului, conform SR EN 1995-1-1;
gammaM coeficient parţial aplicat proprietăţilor materialului, ce ţine seama şi de aproximări de model şi variaţii dimensionale, conform SR EN 1995-1-1;
Fv,Rk(d) valoarea caracteristică a capacităţii de rezistenţă a zonelor disipative (îmbinări şi conectori).
Fv,Rk(d) = Fv,Rk nf nt (4.3)
unde:
Fv,Rk valoarea caracteristică a capacităţii de rezistenţă pentru un plan de forfecare a unui element de tip tijă, conform SR EN 1995-1-1, N;
nf numărul de planuri de forfecare al îmbinării disipative;
nt numărul de tije din îmbinare.
(5)În interiorul îmbinărilor cu tije metalice, verificarea se realizează ierarhizat între componenta fragilă (elemente de lemn) şi ductilă (tije şi conectori), conform relaţiei 4.4.
(6)Pentru asigurarea unei comportări ductile caracterizată prin deformaţii inelastice ale mijloacelor metalice de îmbinare, orice tip de rupere fragilă anticipată în această regiune este obligatoriu de evitat.
(7)Capacitatea de rezistenţă a componentei îmbinării cu comportare neductilă (cu mod de cedare în lemn) F'v,Rk(nd), trebuie să fie mai mare sau egală cu capacitatea de rezistenţă a componentei îmbinării cu comportare ductilă (cu mod de cedare în tije metalice) F'v,Rk(d) multiplicată cu un factor de suprarezistenţă gammaRd, astfel:
gammaRd F'v,Rk(d) < = F'v,Rk(nd) (4.4)
gammaRd factor de suprarezistenţă, gammaRd = 1,2;
F'v,Rk(d) valoarea caracteristică a capacităţii de rezistenţă a componentei îmbinării cu comportare ductilă (mod de cedare în tije metalice) pentru îmbinări lemn-lemn şi lemn-metal, pentru un plan şi două planuri de forfecare a unui element de tip tijă, conform SR EN 1995-1-1, N;
F'v,Rk(nd) valoarea caracteristică a capacităţii de rezistenţă a componentei îmbinării cu comportare neductilă (mod de cedare în lemn) pentru îmbinări lemn-lemn şi lemn-metal, pentru un plan şi două planuri de forfecare a unui element de tip tijă, conform SR EN 1995-1-1, N;
F'v,Rk(d) şi F'v,Rk(nd) sunt determinate ţinând cont de modurile de rupere ale îmbinărilor, considerând separat modurile de rupere fragilă (cedare în elementul de lemn) şi modurile de rupere ductilă (cedare în tijele metalice) pentru diferite tipuri de îmbinări lemn-lemn şi lemn-metal, pentru un plan şi două planuri de forfecare a unui element de tip tijă, conform SR EN 1995-1-1, N.
SUBSECŢIUNEA 1:4.5.1.2. Verificarea capacităţii de rezistenţă a zonelor nedisipative
(1)În acest subcapitol, se consideră ca zone nedisipative elementele de lemn şi îmbinările proiectate prin mecanismul de disipare de energie ca fiind nedisipative.
(2)Pentru structurile cu pereţi de lemn (vezi Figura 4.1):
Figura 4.1 Schemă dirijare zone nedisipative pentru perete de lemn
Capacitatea de rezistenţă a îmbinărilor nedisipative Fv,Rd(nd) trebuie să fie mai mare sau egală cu capacitatea de rezistenţă a elementelor disipative Fv,Rd(d) de la acelaşi nivel, multiplicată cu un factor de suprarezistenţă gammaRd şi împărţită la un factor de reducere a rigidităţii Betasd datorat degradării locale.
(gammaRd / Betasd) Fv,Rd(d) < = Fv,Rd(nd) (4.5)
gammaRd factor de suprarezistenţă, gammaRd = 1,2;
Betasd factor de degradare a rezistenţei zonelor disipative, sub acţiuni ciclice (< = 1);
Betasd = 0,8;
Fv,Rd(d) valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor disipative, N;
Fv,Rd(nd) valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor nedisipative de tip îmbinare, N.
(3)Pentru structurile de tip cadre spaţiale şi hale de lemn:
Capacitatea de rezistenţă a îmbinărilor proiectate nedisipativ Fv,Rd(nd) trebuie să fie mai mare sau egală cu valoarea de proiectare a efortului asociată mecanismului de disipare de energie, multiplicată cu un factor de suprarezistenţă gammaRd.
gammaRd FEd < = Fv,Rd(nd) (4.6)
gammaRd factor de suprarezistenţă, gammaRd = 1,2;
FEd valoarea de proiectare a efortului asociată mecanismului de disipare de energie, N;
Fv,Rd(nd) valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor nedisipative de tip îmbinare, N.
(4)Pentru toate tipurile de structuri, pentru asigurarea împotriva ruperii fragile a elementelor de lemn:
Capacitatea de rezistenţă a elementelor nedisipative din lemn care intră într-o îmbinare FRd(nd) trebuie să fie mai mare sau egală cu capacitatea de rezistenţă a elementelor disipative Fv,Rd(d) din acea îmbinare multiplicată cu un factor de suprarezistenţă gammaRd şi împărţită la un factor de reducere a rigidităţii Betasd datorat degradării locale.
(gammaRd / Betasd) Fv,Rd(d) < = FRd(nd),i (4.7)
unde:
gammaRd factor de suprarezistenţă, gammaRd = 1,2;
Betasd factor de degradare a rezistenţei zonelor disipative, sub acţiuni ciclice (< = 1);
Betasd = 0,8;
Fv,Rd(d) valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor disipative, N;
FRd(nd),i valoarea de calcul a capacităţii de rezistenţă a zonelor nedisipative de tip element din lemn, N.
FRd(nd),i = fi,d Si (4.8)
unde:
fi,d valoarea de calcul a rezistenţei la solicitarea "i", N/mm2;
Si caracteristica secţională pentru solicitarea "i" (arie, modul de rezistenţă), mm2 sau mm3.
SECŢIUNEA 2:4.5.2. Verificări de rezistenţă pentru clădiri proiectate pentru clasa de ductilitate DCL
(1)La proiectarea structurilor din lemn pe baza conceptului de comportare slab disipativă (pentru clasa de ductilitate DCL) nu se aplică principiile mecanismului de disipare de energie pentru ierarhizarea capacităţilor de rezistenţă.
(2)Pentru verificarea la starea limită ultimă a structurilor proiectate conform conceptului de comportare structurală slab disipativă (clasa DCL), se aplică coeficienţii parţiali de siguranţă ai proprietăţilor materialului ym pentru combinaţiile fundamentale de încărcări, conform SR EN 1995-1-1.
(3)Pentru verificările la stare limită ultimă a structurilor proiectate în conceptul de comportare slab disipativă (DCL), degradarea de rigiditate a zonelor disipative nu va fi luată în considerare.
(4)Verificarea la starea limită ultimă a tuturor elementelor (elemente de lemn şi îmbinări sau conectori) se face în concordanţă cu SR EN 1995-1-1.