04-Kodovi Za Aseizmicko Proektiranje

47

4. КОДОВИ ЗА АСЕИЗМИЧКО ПРОЕКТИРАНЈЕ Историски гледано, прописите за асеизмичко проектирање биле додавани на постоечките кодови за проектирање како одговор на лекциите научени од штетите доживеани од различни земјотреси. Иако развојот на техничкото разбирање на однесувањето на конструкциите под дејство на земјотрес го водел и развојот на овие прописи, сепак напредокот на овие кодови бил воден повеќе од политички одколку од технички достигнувања. Заедниците со добро развиени политички механизми за третирање на општата безбедност биле пионери во воведувањето на кодови за асеизмичко проектирање. Сепак вообичаено долгиот период помеѓу катастрофални земјотреси условувал општесвената свест за опасноста од евентуални штети да слабее тоа се одразувало и на проблематиката на развојот на кодовите. Како дополнување на тоа комплексноста на релациите помеѓу политичката и техничката страна на проблемот при извлекување на поуки од случените земјотреси уште повеќе го отежнувала достигнувањето на потребниот консензус за соодветните мерки во кодовите.

4.1. ОСНОВЕН КОНЦЕПТ НА КОДОВИТЕ ЗА АСЕИЗМИЧКО ПРОЕКТИРАЊЕ

4.1.1. Цел на кодовите за асеизмичко проектирање Цел на кодовите за асеизмичко проектирање е:

Да се обезбедат минимум услови потребни да се осигураат животите и здравјето на луѓето и сигурноста на општественото богатство со обезбедување на конструктивна носивост, стабилноста, средствата за излегување од објектите, обезбедување на санитарни услову, зачувување на енергија, заштита на животи и материјални добра од пожари и други хазарди кои ги придружуваат урбаните средини и да се обезбеди сигурност на пожарникарите и спасувачите за време на спасувачките операции при дејство на земјотрес.

Примарна идеја на сите кодови за асеизмичко проектирање е да ги заштитат животи на луѓето кои се наоѓаат во објектите погодени од земјотрес и воопшто жителите на погодените населени места, спречувајќи појава на конструтивен колапс на објектите, но и појава на неконструктивни штети опасни по животот на луѓето. Исто така, општо е прифатено дека при дејство на слаби и умерени земјотреси треба да се обезбеди да не се јават сериозни штети, додека за случај на јаки земјотреси, се очекува појава на сериозни штети, но начинот и местата на нивно појавување треба да се диригирани на таков начин да конструкциите имаат значителен капацитет на придушување и да се избегне крт лом со што би се заштитиле човечки животи. Сето ова би можело да се систематизира на следниот начин:

Асеизмичко проектирање

48

Конструкциите треба да ги преживеат слабите земјотреси без било какви штети.

Конструкциите треба да ги издржат умерените земјотрси без конструктивни штети, но се допушта појава на одредени неконструктивни штети.

Најјаките земјотрси кои се очекуваат на соодветната локација не смеат да довет до колапс на конструктивниот систем иако се очекуваат значителни конструктивни и неконструктивни штети.

Во кодовите исто така се води сметка дека сите конструкции немаат исто значење за општеството, па затоа и нивната заштита не е еднаква. Така се бара:

1. Да се обезбедат минимални проектантски критериуми потребни конструкциите да ја зачуваат примарната функција и намена, водејќи сметка за потребата за заштита на здравјето и сигурноста на луѓето и општествените добра, минимизирајќи го ризикот по живот при дејство на земјотрес.

2. Да се подобрат својствата на специфичните објекти и конструкции кои содржат значителни количини на опасни материи, за да функционираат за време и после земјотресот.

4.1.2. Параметри дефинирани во кодовите Препораките во сеизмичките кодови варираат во својата комплексност во зависност од ризикот соодветен на одредени конструктивни типови. Со зголемување на сеизмичкиот ризик се зголемуваат и ограничувањата при конструктивното проектирање, а со тоа и обемот на кодовите (правилниците) расте за да вклучат поголем број на параметри кои ги придружуваат пософистицираните методи за анализа на однесувањето на конструкциите. Во Табела 4.1 илустрирано е како некои параметри кои се дефинирани во кодовите зависат од проектните услови а со тоа влијаат на ограничувањата кои произлегуваат од обезбедувањето на асеизмичко однесување.

4.1.3. Асеизмичко проектирање базирано на однесувањето Принципот на проектирање базирано на однесувањето суштински се разликува од проектирање според прописи. Кодовите дадени во облик на упатства опишуваат што да се прави - целта е да се постигне одреден производ кој ги исполнува барањата на кодот. На пример, пропишаниот однос висина/ширина за армиранобетонски платна покриени со одредени плочи е 3.5:1, целта на ова ограничување е да се спречи оштетувањето на фасадните плочи како резултат на релативните деформации. Во случај на проектирање базирано на однесувањето во кодот ќе биде посочена намерата и ќе му биде оставено на проектантот да избере начин тоа да го обезбеди.

Разликата помеѓу пристапот базиран на однесување и пристапот со директно пропишување е многу суптилна и компликувана, бидејќи поимот однесување е прилично релативен. Основна предност на проектирање базирано на однесувањето претсавува флексибилноста која овозможува иновативност и примена на алтернативни решенија. Тоа исто така ја олеснува можноста на воведување на нови материјали и конструктивни системи, кои ги нема во постоечките кодови.

Кодови за асеизмичко проектирање

49

Табела 4.1 Врска помеѓу сеизмичките проектни параметри, проектните услови и ограничувањата кои произлегуваат од обезбедувањето на асеизмичко однесување

СЕИЗМИЧКИ ПРОЕКТНИ ПАРАМЕТРИ ПРОЕКТНИТЕ УСЛОВИ

ОГРАНИЧУВАЊА КОИ ПРОИЗЛЕГУВААТ ОД ОБЕЗБЕДУВАЊЕТО НА

АСЕИЗМИЧКО ОДНЕСУВАЊЕ

Забрзување на подлогата Се одредува од национални и регионални подлоги

Влијае на интензитетот на проектните сеизмички сили

Категории на тло (карактеристики на тлото)

Се одредува од национални и регионални подлоги

Положбата на објектот на одредена локација

Нестабилни почби бараат детални пред истраги

Коефициентот од типот на подлогата влијае на интензитетот на проектните сили

Карактеристики на почвите влијаат на одговорот на конструк.

Периода на првата тонова форма

Висина на објектот Избор на конструктивен систем

Влијае на проектните сили Влијае на одговорот на конструкцијата

Категоризација на објектите според број на луѓе во нив

Определување на простор околу нив

Влијае на можноста за примена упростени методи

Изискува примена на построги критериуми

Категоризација на објектите според нивното значење

Правилен избор на локација

Условува избор на соодветна процедура дадена во кодовите

Класификација според конфигурација на објектите

Габарит Димензии во основа Конструктивен систем

Може да услови примена на пософистицирани методи за анализа на конструкциите

Фактор на однесување, фактор на носивост, фактор на дуктилност, фактор на статичка неопределеност

Конструктивен систем за прифаќање на попречните товари

Материјал од кој се изработени елементите од тој систем

Влијае на проектните сеизмички товари

Влијае на одговорот на конструкцијата при дејство на земјотрес

4.1.4. Нивоа на однесување Во случај на проектирање базирано на однесувањето, тимот кој се состои од проектанти но и од сопственици (било приватни било претставници на државата) носи одлука за избор на нивото на однесување за кое ќе се проектира новата конструкција. За да може успешно да го направи тоа тимот треба внимателно да го дефинира нивото на сеизмички хазард со кој ќе се влезе при проектирањето како и прифатливиот сеизмички ризик кој ќе го услови очекуваното однесување на конструкцијата. Се подразбира дека во овие анализа се прави процена на трошоците и очекуваната добивка.


50

Нивоата на однесување треба да се дефинираат квалитативно но и технички. Квалитативниот опис на однесувањето се дефинира според потребите на корисникот (сопственикот). Овие цели вклучуваат сигурност по живот, можноста да се користи конструкцијата како заштита после земјотрес, продолжување на производниот процес после земјотрес, трошоците поврзани со поправките, загуба на употребата, загуба на содржината.

Техничкиот опис на нивоата на однесување ги “преведува” погоре посочените описи на однесување, во очекувани штети на конструктивните и неконструктивните елементи од конструкцијата. Како што е дадено во Табела 4.2 според видувањето на американските експерти се предлагаат четири квалитативни нивоа на однесување(SEAOC Vision 2000), додека на Слика 4.1 дадена е врската на овие четири нивоа на однесување со очекуваниот сеизмички хазард и категоризацијата на објектите. Интересно е да се посочи дека категорија I (SUG I) се доделува на повеќето објекти, категорија II (SUG II) се доделува на објекти со голем број на корисници и категорија III (SUG III) се доделува на објекти кои поседуваат сериозен ризик за предизвикување катастрофи.

Тбела 4.2 Нивоа на однесување

НИВО НА ОДНЕСУВАЊЕ ОПИС

Целосно оперативно

Непрекинато користење, Занемарлива конструктивна и неконструктивна штета.

Оперативно

Поголемиот дел од функциите можат веднаш да продолжат, Објектот е безбеден за корисниците, Суштинските функции зачувани, несуштинските прекинати. Потребна е поправка за да се воспостават несуштинските финкции. Штетите се лесни.

Сигурност на животи

Конструктивните штети се умерени, но конструкцијата е стабил-на. Одредени функционални системи и содржината може да се заштитени од штети, Заштитата на животи генерално обезбеде-на. Објектот може да се евакуира после земјотрес. Реконструк-цијата е возможна, но можеби економски неоправдана.

Скоро колапс Тешки штети, сепак спречен конструктивен колапс, Неконструктивни елементи може да паднат. Реконструкција генерално невозможна.


51

Слика 4.1 Врската на четири нивоа на однесување со очекуваниот сеизмички хазард и

категоризацијата на објектите

Техничкиот опис на нивоата на однесување треба да го дефинира однесувањето во термини кои можат да бидат верифицирани со анаизата спроведена на проектираниот конструктивен систем. Дефинирањето и примената на техничките критериуми на однесувањето бараат способност на предвидување (со одредена сигурност) на однесувањето на конструкцијата под дејство на земјотрес. Благодарение на развојот на аналитички методи и компјутерски програми кои нив ги инкорпорираат процесот на предвидување на однесувањето на конструкциите го прави поедноставен и подостапен на поголем број на инженери-проектанти. Со тоа и самиот принцип на проектирање базирано на однесувањето, станува посоодветен за поширока примена.

4.1.5. Методи за анализа при асеизмичко проектирање

Методите кои се користат за анализа на однесувањето на конструкциите при асеизмичко проектирање генерално може да се поделат во две групи; линеарни и нелинеарни. Линеарните постапки се неспоредливо најчесто применувани и скоро исклучиво при проектирање на нови конструкции. Изразот линеарни се однесува на претпоставката дека релацијата помеѓу напрегањата и дилатациите се линеарни. Овој приод се разбира им е најмногу познат на проектантите бидејќи за димензионирање под дејство на гравитационио товари се користо тој приод. Сепак силите очекувани од земјотресите и соодветните деформации ги надминуваат вредностите со кои би можело


52

економично да се димензионира со претпоставка за линеарно однесување на конструкциите. Од тука се наметнува потребата од примена на нелинеарен пристап кој, се разбира, доведува до дополнителна комплексност во аналитичките алатки кои се користат за предвидување на однесувањето на конструкциите. При нелинеарниот пристап се земаат предвид промените на крутоста на поедините елементи како и конструкцијата во целина за време на земјотресот, па затоа најчесто елементите се димензионираат така да издржат одредени деформации а не сили. Иако нелинеарните методи се применуваат и при проектирање на нови конструкции сепак примената на овие методи е многу почеста при избор на начин и мерки за санација и зајакнување на постоечки конструкции.

Линеарната анализа може да биде статичка и динамичка. На Слика 4.2 даден е краток опис на еквивалентна линеарна статичка анализа. Статичката линеарна анализа одговара да се применува на конструкции со правилна конфигурација чии што осцилации се определени со првата (основната) тонова форма.

Линеарната анализа може да биде и динамичка, динамичка верзија на линеарниот пристапѓ даден е на Слика 4.3 и е позната како анализа на тонови форми или модална анализа (mode – тонова форма). Оваа постапка се базира на примена на идеализиран спектар на одговор и го зема предвид и влијанието на повисоките тонови форми на однесувањето на конструкцијата. Бидејќи анализата е линеарна, деформациите добиени во различните тонови форми можат да се суперпонираат за да се добие вкупниот одговор и на тој начин да се определат критичните состојби. Овој тип на анализа се препорачува за примена кога имаме конструкции со нерегуларна конфигурација за да се добие пореална слика за нивното однесување.

Нелиерните методи исто така можат да бидат статички и динамички. На Слика 4.4 претставена е постапката позната како “push-over” (би можела да се преведе како товарење до лом), која претставува статичка нелинеарна анализа. Оваа постапка подразбира потреба од повеќе пати повторување на статичка постапка при што се земаат промените на материјалните карактеристики на елементите како резултат на пластичното однесување. Ова овозможува да се визуелизира пропагација на штетите низ конструкцијата. Оваа постапка често се користи за да се уочат и контролираат слабите места а со тоа да се види очекуваниот механизам на лом на конструкцијата.

Нелинеарната динамичка анализа или уште позната како анализа на историјата на одговорот е најсофистицирана постапка која истовремено бара многу математички операции а со тоа и пресметковно време, но и многу детални информации како за карактеристиките на конструкцијата така и за самата побуда. Релативно ретко се применува при проектирање на нови конструкции и пред се се користи во истражувачки цели.


53

Слика 4.2 Линеарна статичка анализа


54

Слика 4.3 Линеарна динамичка анализа


55

Слика 4.4 Нелинеарна статичка анализа (“push-over”)


56

4.2. АКТУЕЛНИ МАКЕДОНСКИ ПРОПИСИ ЗА АСЕИЗМИЧКО ПРОЕКТИРАЊЕ

Актуелните македонски прописи за асеизмичко проектирање на објекти од висоскоградбата датираат од 1980 година и се донесени во рамките Југословенската федерација. Структурата на овие прописи е следна:

Општи одредби Во рамките на општите одредби дефинирано е дека овие прописи се однесуваат на проектирање во области со сеизмички хазард од VII, VII и IX степен според скалата МКЗ (Меркали-Канкани-Зибери), додека за сеизмичност од X степен се применува посебна постапка како за објекти вон категорија.

Основната филозофија на овој правилник е:

Конструкциите да се проектираат така да при најјак очекуван земјотрес тие претрпуваат штети но несмее да дојде до нивно рушење.

Категоризација на објектите од високоградбата Објектите се групирани во пет категории зависно од нивното значење во општеството и бројот на корисници.

Табела 4.3 Категоризација на објектите

Категорија на објектот Тип на објектот Кофициент

oK

Вон категорија Нуклеарни централи, брани, енергетски објекти, индустриски оџаци и сл.

I категорија Спортски сали, киносали, сајмишта ичилишта, театри, болници, индустриски објекти и сл.

1.5

II категорија Станбени згради, хотели, ресторани, некои индустриски објекти 1.0

III категорија Помошно-производни објекти 0.75

IV категорија Привремени објекти

Сеизмичност и сеизмички параметри Табела 4.4 Коефициент на сеизмичност

Интензитет според МКЗ

sK

VII 0.025

VIII 0.050

IX 0.100

Локални услови на тлото


57

Според овој правилник подлогите се поделени во три категории (Табела 4.5).

Табела 4.5 Категории на почви

Категорија на тло Карактеристични профили

I

Карпести и полукарпести почви (кристални карпи, шкрилци, карбонатни карпи, варовник, лапорец, доброцементирани конгломерати и сл.). Добро збиени и тврди почви со дебелина помала од 60м, од стабилни наслаги на чакал, песок и тврда глина над цврста геолошка формација.

II Збиени и полутврди почви, како и добро збиени и тврди почви со дебелина поголема од 60м, од стабилни наслаги на чакал, песок и тврда глина над цврста геолошка формација.

III Малку збиена и мека почва со дебелина поголема од 10м, од растресит чакал, средно збиен песок и мека глина, со слоеви или без слоеви од песок или други некохерентни материјали.

Методи за анализа, дозволени напрегања и поместувања Анализата на конструкциите се врши според теоријата на гранични состојби и теоријата на еластичноста.

Доколку димензионирањето се врши според теоријата на еластичност, дозволените напрегања се зголемуваат за 50%, при што границата на развлекување несмее да биде надмината.

За определување на дозволеното напрегање на тлото, коефициентот на сигурност на појава на лом на тлото се зема со вредност 1.5.

Доколку димензионирањето се врши според теоријата на гранична носивост тогаш се земаат следните вредности на коефициентите на сигурност:

o за армиран и преднапрегнат бетон 1.30 o за челични конструкции 1.15 o за ѕидани конструкции 1.50

Максималното хоризонтални поместување на објектот под дејство на проектните сеизмички сили определено според теоријата на еластичност изнесува:

600Hfmax = каде H е висина на објектот.

Определување на сеизмички сили

Основни претпоставки

Конструкциите од високоградбата се анализираат на дејство на хоризонтална сеизмичка сила најмалку во два взаемно ортогонални правци.


58

Од дејство на вертикална сеизмичка сила посебно се анализираат пред се конзолните конструкции но и други конструкции кај кои вертикалната компонента може да биде меродавна.

Вкупната тежина на објектот G се определува како сума од постојаните товари, 50% од корисниот товар и товар од снег. Товар од ветер не се комбинира со дејство од земјотрес.

Метода на еквивалентна статичка сила

Нашите актуелни прописи за асеизмичко проектирање, со исклучок на објектите вон категорија (кои подоцна ќе бидат дефинирани) се базираат на линеарна анализа на конструкциите под дејство на еквивалентна хоризонтална сеизмичка сила. Еквивалентната сеизмичка сила или проектната сила се определува како производ на тежината на објектот и еден вкупен сеизмички коефициент: GKS ⋅= тој сеизмички коефициент се определува како: pdso KKKKK ⋅⋅⋅= каде:

oK - коефициент на категоријата на објектот според нашите прописи објектите во зависност од нивното значење поделени се во пет категории, и во зависност од категоријата доделени се соодветни вредности на овој коефициент Табела 4.3

sK - коефициент на сеизмичкиот интензитет

овој коефициент зависи од степенот на сеизмичноста на локацијата, кој пак се определува од карти на кои е извршена поделба на региони со исто ниво на сеизмички ризик. На целата територија на нашата земја можат да се јават следните три интензитетеа на сеизмички ризик Табела 4.4 :

dK - коефициент на динамичност коефициентот на динамичност зависи од периодата на слободните осцилации и категоријата на тлото на кое е фундиран објектот Табела 4.6:

Табела 4.6 Проектни спектри за различни категории на тлото

Категорија на тло dK

Гранични вредности на

dK

I T50.0Kd =

33.0K0.1 d <>

II T70.0Kd =

47.0K0.1 d <>

III T90.0Kd =

60.0K0.1 d <>


59

Графички приказ на зависноста на коефициентот dK од периодата на слободните осцилации дадени се на Слика 4.5 и ги претставуваат проектните спектри на забрзување.

Слика 4.5 Проектни спектри

pK - коефициент на дуктилност и пригушување

вредностите на коефициентот pK зависат од типот на конструкциите како и од материјалот од кој тие се направени Табела 4.7:

Табела 4.7 Коефициент на дуктилност и пригушување

Вид на конструкција pK

Сите современи армиранобетонски, челични и ѕидани конструкции 1.0

Конструкции од армирани ѕидови и челични конструкции со дијагонали 1.3

Ѕидани конструкции со вертикални серклажи, високи и витки конст., оџаци, антени со .sec2T > 1.6

Конструкции со флексибилен кат, со нагла промена на крутоста и обични ѕидани конструкции 2

Вкупната сеизмичка сила, за објекти пониски од пет ката, по висина се распоредува според следниот образец:

P r oekt ni spekt r i

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9 1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9 2

P e r i odi (sek.)

kat egor i ja na t l o Ikat egor i ja na t l o II

kat egor i ja na t l o III


60

∑=

⋅

⋅= n

1iii

iii

HG

HGSS

каде:

iS - хоризонтална сеизмичка сила на i-тиот кат

iG - тежина на i-тиот кат

iH - висина на i-тиот кат мерено од горниот раб на темелот

За објекти повисоки од пет ката, 85% од вкупната сеизмичка сила се распоредува по висина според погоре дадениот образец, додека 15% од вкупната сила се додава на највисокиот кат. Со ваквата распределба се прави обид да се земе предвид влијанието на повисоките тонови форми кај повисоките конструкции.

Метода на динамичка анализа

Оваа метода се применува за сите објекти вон категорија како и за прототип на индустриски произведени објекти во поголеми серии.

Испитување на конструкциите За сите објекти вон категорија како и за прототип на индустриски произведени објекти во поголеми серии кои се градат во зони со сеизмички хазард VII и IX, на готовите конструкции, по експериментален пат задолжително се определуваат динамичките карактеристики.

Проектирање на сеизмички отпорни конструкции Изборот на носивата конструкција на објектите од високоградбата се врши според следните критериуми:

Конфигурацијата на објектите треба да е правилна со едноставни форми во основа, рамномерен распоред на маси. Во случај на поголема маса, нејзината положба треба да е што пониско

Во случај на неправилни основи се предвидува изведување на дилатациони фуги

Носивите, конструктивни, елементи се изработуваат од цврст дуктилен материјал; за неконструтивните се употребуваат полесни материјали.

Конструктивниот систем и елементите треба да имаат доволна јакост (носивост), способност за големи деформации, акумулација и дисипација на енергијата.

Не се дозволува нагла промена на крутоста и носивоста по висина на објкетот. Во случај на постоење на флексибилен кат, коефициентот на дуктилност се зема со вредност 2k p = .


61

Крутоста и деформабилност на конструктивниот систем треба да се проектира на начин да во случај на земјотрес нема големи штети на неконструктивните елементи.

Елементи кај кои малите неправилности при изведбата можат да доведат до нестабилност на системот или до прогресивно рушење, не смеат да се користат за изградба на објекти од високоградба

Понатаму се прецизира дека при јаки земјотреси треба да се обезбеди правилна работа во пластичната зона:

Треба да се одберат конструктивни елементи кај кои може да дојде до појава на нелинеарни деформации и пластични зглобови

Треба да се преземат конструктивни мерки за добивање на висок капацитет на пластични деформации во зоната на пластични зглобови

Јазлите, вклештувањата и потпорите треба да се проектираат така што можат да ги пренесат граничните вредности на статичките големини без оштетување.

Во продолжение следуваат подетални препораки за различни материјали и конструктивни типови.

Армиранобетонски конструкции o Рамковни конструкции

o Конструкции од армиранобетонски ѕидови (платна)

o Комбинирани системи од рамки и армиранобетонски платна

o Конструкции од преднапрегнат бетон

Челични конструкции

Префабрикувани конструкции

Ѕидани конструкции

Documents

04-Kodovi Za Aseizmicko Proektiranje