Duktilní železobetonové stěny

EN 1998

Duktilní železobetonové stěny představují ústřední prvek nosné konstrukce v seizmickém návrhu, jelikož významně přispívají k přenášení vodorovných účinků a k disipaci energie. Jejich nosné chování je v případě zemětřesení zásadně ovlivněno nelineárními dynamickými efekty, naddimenzováním a vznikem plastických zón.

Eurokód 8 zohledňuje tyto nejistoty tím, že pro návrh vyžaduje stanovení vnitřních sil na základě obalů a použití zvětšovacích součinitelů, zejména pro příčné síly.

Normativní základy a nosné chování

Stanovení návrhových ohybových momentů

Nelineární chování nekopané železobetonové stěny je určeno jediným plastickým kloubem u paty. Tento úsek stěny musí být navržen na ohybový moment vyplývající z analýzy seizmické návrhové situace.
Aby se předešlo prodloužení horní části stěny nad kloubem u paty, předepisuje EC 8 [1], že návrhové ohybové momentové diagrame musí být založeno na obalu odvozeném z momentového diagramu získaného z analýzy a vertikálně posunutém. Tento postup je označován jako Tension Shift (TS neboli posun tahové linie) a je znázorněn na následujícím obrázku.

Na obrázku je schématicky znázorněno stanovení návrhového momentu (b) z vypočteného momentového diagramu (a) podle EC8 pro tvárné železobetonové stěny.

Podle EC 8 [1] může být obálka považována za lineární, pokud struktura ve své výšce nevykazuje významné diskontinuity v hmotě, tuhosti nebo nosnosti. Posun tahu (a_l) by měl odpovídat úhlu prutu (θ), který je přijat pro ověření smykové nosnosti ve stavu mezní únosnosti (ULS) podle EC 2 [2]. Velikost posunu je dána následujícím způsobem (EC 2 [2], (9.2)).

Stanovení návrhových smykových sil

Hodnota momentu u paty stěny a izolované konzolové úvahy nestačí pro spolehlivé určení maximálních seizmických smykových sil v různých výškách stěny. Toto omezení vyplývá z dynamické povahy sil přenášených přes podlaží na stěnu během zemětřesení [4].

• K řešení tohoto problému je učiněn následující základní předpoklad:

Pokud kapacitní moment M_Rd přetáhne moment založený na elastické analýze u paty stěny pro návrhovou seizmickou zátěž M_Ed, pak seizmické smykové síly v libovolných výškách stěny přesahují ty, které jsou vypočítány stejnou elastickou analýzou, úměrně poměru M_Rd/M_Ed.

• Z toho vyplývá následující opatření:

Smykové síly odvozené z analýzy návrhové seizmické zátěže (V’Ed) jsou upraveny pomocí zvětšovacího součinitele kapacitního návrhu (ε). Tento faktor přímo závisí na poměru M_Rd/M_’Ed a škáluje smykovou sílu odpovídajícím způsobem, jak navrhují Fardis a kol. [3].

Dále EC 8 [1] stanovuje, že potencionální nárůst smykových sil u paty hlavní seizmické stěny ve strukturách střední duktility (DCM) musí být rovněž zohledněn. Návrhové smykové síly (V Ed) jsou, jak je znázorněno v následující rovnici, zvýšeny o 50 % ve srovnání s analýzou získanými smykovými silami (V’Ed). Pro tuto konkrétní duktilitní třídu se tedy předpokládá zesilující faktor ε = 1,5.

Zvětšovací součinitel je popsán následující vztahem (EC 8 [1], (5.25) a 5.4.2.4(7)).

Následující obrázek ilustruje nejprve vypočítaný průběh smykové síly (a), zvětšený průběh pomocí zvětšovacího součinitele (b) a rovněž obalující návrhový smykový průběh (c).

Obrázek schematicky znázorňuje stanovení návrhového průběhu smykové síly (b) z vypočítané smykové síly (a) podle EN 1998 pro duktilní železobetonové stěny.