6.2. Osnovni principi projektovanja gra evinskih objekata ... · Okvirne (skeletne) konstrukcije Noseüu konstrukciju u ovom sluþaju þine okviri (ramovi), rasporeÿeni u oba, po

Prora un objekata visokogradnje na na dejstvo zemljotresa 207

6.2. Osnovni principi projektovanja gra evinskih objekata izloženih dejstvu zemljotresa

Dejstvo zemljotresa na gra evinske objekte, kao najbolji test optere enja pri ispitivanju konstrukcija, otkriva i ukazuje na pravo stanje u gra evinarstvu jedne zemlje, odnosno koliki je nivo znanja, stru ne spreme, pa i savesti svih inilaca koji u estvuju u izgradnji objekata. Na bazi svih dosadašnjih saznanja, koja se odnose na ponašanje objekata pri dejstvu zemljotresa, može se jasno zaklju iti da samo pravilno projektovan i izveden objekat omogu uje sigurnu zaštitu od zemljotresa. Zato je potrebno poznavati osnovne principe projektovanja aseizmi kih objekata, odnosno objekata koji obezbe uju sigurnu zaštitu od zemljotresa. Treba naglasiti osnovno na elo u zemljotresnom inženjerstvu, da ne treba graditi objekte koji su potpuno otporni, odnosno neosetljivi na dejstvo zemljotresa. Graditi takve objekte je mogu e, ali to je ekonomski neprihvatljivo i neracionalno, jer bi oni bili veoma skupi. Zato je opšte prihva en stav da treba graditi objekte koji e pri jakim zemljotresima pretrpeti odre ena ograni ena ošte enja, ali

konstruktivni sistem pri tome ne e biti ošte en u toj meri da je ugrožena njegova nosivost, odnosno da postoji opasnost od rušenja. Izbor konstruktivnog sistema prema našim propisima zahteva poštovanje Pravilnika o tehni kim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmi kim podru jima (1981), u daljem tekstu Pravilnik. U Pravilniku se navode slede i opšti kriterijumi:

Konstruktivni elementi osnovnog sistema izra uju se od vrstog duktilnog materijala, a za nekonstruktivne elemente upotrebljava se lakši materijal;

Konstruktivni sistem i elementi konstrukcije moraju imati dovoljnu vrsto u, sposobnost za veliku deformaciju, akumulaciju i disipaciju energije;

Nagla promena krutosti i vrsto e po visini objekta po pravilu nije dozvoljena; Krutost i deformabilnost konstruktivnog sistema treba odabrati tako da ne sme

do i do znatnijih ošte enja u nekonstruktivnim elementima objekta usled zemljotresa;

Elementi kod kojih manja ošte enja mogu dovesti do nestabilnosti sistema ili do progresivnog rušenja, ne smeju se primenjivati za izgradnju objekata.

Kako su pri ja im zemljotresima nose i elementi konstrukcije optere eni u nelinearnom podru ju, Pravilnikom su definisani i slede i zahtevi:

Moraju se odabrati preseci ili zone konstruktivnih elemenata u objektu, kod kojih može do i do pojave nelinearnih deformacija i plasti nih zglobova;

Moraju se preduzeti konstruktivne mere za dobijanje visokog kapaciteta plasti nih deformacija u zonama plasti nih zglobova, ime se pove ava duktilnost i sposobnost disipacije seizmi ke energije;

vorovi, usidrenja i oslonci elemenata u konstrukciji objekata projektuju se tako da prenose grani ne stati ke veli ine bez ošte enja.

208 Dinamika gra evinskih konstrukcija

U narednom poglavlju detaljnije e se prikazati kako je mogu e ispuniti navedene osnovne principe aseizmi kog projektovanja u zavisnosti od oblika objekta, izbora konstruktivnog sistema i temeljne konstrukcije, kao i gra evinskog materijala koji se pri tome koristi. 6.2.1. Oblik i dispozicija objekta

Imaju i u vidu karakter seizmi kih sila, najbolje rešenje pri projektovanju je da se usvoji simetri na osnova objekta. Ovak-vom zahtevu najviše odgovara kvadratna osnova, koja obez-be uje simetriju u oba ortogo-nalna pravca. Kao primer takvog rešenja, na Slici 6.4 prikazana je osnova skeletne konstrukcije zgrade sa simetri no postav-ljenim ukru enjima od betonskih zidova (dijafragmi). Jasno je, da ovako definisan zahtev nije uvek mogu e ispuniti, pa se kao povoljna smatraju i dispoziciona rešenja koja teže ovom zahtevu. Tu se prvenstveno misli na pravougaonu osnovu, gde su na primer, elementi za prijem seizmi kih sila postavljeni relativno simetri no u odnosu na ose objekta (Slika 6.5). esto projektanti iz opravdanih raz-loga nisu u mogu nosti da ispoštuju nave-dene principe, ve su prinu eni da projek-tuju objekte koji u osnovi imaju nepravilnu, (razu enu) dispoziciju. U takvim slu ajevima može se tako e do i do dispozicija koje su povoljne sa aspekta prijema seizmi kih sila. Naime, tada je potrebno postaviti dilatacije (aseizmi ke razdelnice), tako da se ceo objekat podeli na više zasebnih konstruktivnih celina pravilnog oblika, kao što je to prikazano na Slici 6.6.

Slika 6.6

Slika 6.4

Slika 6.5


Pri tome treba voditi ra una da dilatacije moraju biti izvedene vertikalno do zajedni kog temelja dva susedna objekta, ukoliko se fundiranje obavlja na istoj dubini i u istorodnom tlu. Ukoliko je fundiranje na razli itim nivoima i u razli itom tlu, neophodno je formirati dvojne temelje, što zna i da dilatacija postoji i u temeljnoj konstrukciji. Kada je u pitanju izgled objekta u vertikalnoj ravni, može se re i da važe sli ne preporuke, kao pri izboru osnove objekta. Smatra se da su povoljnije jednostavne forme sa ujedna enim rasporedom mase po visini objekta (Slika 6.7a).

Slika 6.7 Slika 6.8 Još je povoljnije ako se masa objekta postavi što niže (Slike 6.7b i 6.7c), ime se pove ava kapacitet objekta za prijem horizontalnih seizmi kih sila u najnižim etažama, gde su one i najve e, a „spuštanjem“ centra mase objekta smanjuje se i momenat tih sila. Imaju i sve ovo u vidu, sa aspekta aseizmi kog projektovanja može se konstatovati da rešenja kao na Slici 6.8 treba izbegavati. est je slu aj da se pri projektovanju objekata javne i poslovne namene (hoteli, supermarketi, dvorane razli itih namena, i sl.) želi ostvariti u prizemlju što više otvorenog prostora, u vidu prostranih holova za prijem ve eg broja posetilaca. To ima za posledicu formiranje takozvanog „fleksibilnog prizemlja“, odnosno prizemlja koje ima malo vertikalnih elemenata za prijem horizontalnih seizmi kih sila (Slika 6.9). U takvim slu ajevima treba biti oprezan, jer iskustva pokazuju da se ovakvi objekti veoma nepovoljno ponašaju pri dejstvu zemljotresa. Zato je potrebno projektom predvideti odgovaraju a armirano-betonska platna, koja su simetri no raspore ena u nivou prizemlja i prostiru se po itavoj visini objekta.

Slika 6.9 Slika 6.10


Sve ove preporuke važe i kada se projektuju objekti sa naglom promenom krutosti konstrukcije na višim etažama ("fleksibilni sprat"). Na Slici 6.10 prikazana su neka od takvih rešenja, koja se sa aspekta njihove sigurnosti pri zemljotresu mogu oceniti kao nepovoljna. 6.2.2. Izbor gra evinskog materijala Pri izboru gra evinskog materijala koji se koristi za nose e elemente objekata u seizmi kim podru jima treba naglasiti da je od posebne važnosti upotreba duktilnih (žilavih) materijala, koji mogu dobro podnositi cikli na dinami ka optere enja nastala pri zemljotresu.

Duktilni materijali imaju osobinu da i posle prelaska iz elasti ne u neelasti nu fazu ponašanja i dalje mogu da nose optere enje. Kao mera duktilnosti usvaja se naj eš e odnos izme u maksimalne veli ine elastoplasti ne deformacije pri lomu materijala i veli ine deformacije na granici elasti nog ponašanja tog materijala. Ovu osobinu u dovoljnoj meri zadovoljavaju kako armirani beton, tako i elik i drvo. Pri tome eli ne i drvene konstrukcije imaju još dodatnu prednost, jer su u pitanju lakše konstrukcije sa manjom masom. To zna i da su one pri zemljotresu izložene i manjim seizmi kim (inercijalnim) silama.

Krti materijali, kao što su opeka, kamen i nearmirani beton, smatraju se nepogodnim za aseizmi ku gradnju. Oni nemaju osobinu žilavosti, imaju malu vrsto u na zatezanje i pritisak i slabo podnose cikli na optere enja pri zemljotresu.

U narednim poglavljima ukratko e se prikazati osobine gra evinskih objekata sa aspekta aseizmi ke gradnje, imaju i u vidu njihov konstruktivni sistem i gra evinski materijal od koga su izgra eni. 6.2.3. Armirano-betonske konstrukcije Kao što je poznato, u našem gra evinarstvu ovaj tip konstrukcija zauzima dominantan položaj. Armirano-betonske konstrukcije osim osobine duktilnosti poseduju i druge dobre osobine, kao što su sposobnost akumulacije i disipacije (trošenja, rasipanja) seizmi ke energije. Pored toga ove konstrukcije se odlikuju i relativno jednostavnom mogu noš u saniranja ošte enih elemenata. Prema osnovnom konstruktivnom sistemu, može se izvršiti podela na:

okvirne (skeletne) konstrukcije, konstrukcije od armirano-betonskih zidova (dijafragmi), okvirne konstrukcije u kombinaciji sa armirano-betonskim zidovima (dijafragmama) ili jezgrima.


Okvirne (skeletne) konstrukcije Nose u konstrukciju u ovom slu aju ine okviri (ramovi), raspore eni u oba, po pravilu, ortogonalna pravca (Slika 6.11).

Okviri se sastoje od stubova i greda koji zajedno formiraju prostornu konstrukciju objekta. Ona se smatra kao vrlo povoljno rešenje za uslove asezmi kog projektovanja, posebno ako se fundira na tvrdoj podlozi. Naime, takva podloga apsorbuje i prigušuje seizmi ke talase koji imaju duže periode (niže frekvencije), a koji su opasni za skeletnu konstrukciju koja je fleksibilna i ima tako e duže periode sopstvenih oscilacija. Me utim, pri zemljotresu, u odnosu na ostale sisteme skeletna kostrukcija ima znatna pomeranja i deformacije, zbog svoje male krutosti. To ima za posledicu ve a ošte enja zidova ispune, što može dovesti do povreda ljudi koji se tu zateknu. Osim toga, sanacija tako ošete enog objekta je dosta skupa. Treba imati u vidu da i velika pomeranja visokih objekata, posebno na najvišim spratovima, dovode do neugodnog ose aja i panike zate enih lica u objektu. S druge strane, ako je potrebno smanjiti pomeranja skeletne konstrukcije, mora se projektom predvideti pove anje dimenzija nose ih elemenata. Time se pove avaju mase na objektu, što dovodi do pove anja inercijalnih sila, koje treba prihvatiti pri zemljotresu, a što dovodi u pitanje ekonomi nost takvog koncepta konstrukcije. Poznato je da je kod skeletnih konstrukcija krutost greda naj eš e manja od krutosti stubova. To je povoljna okolnost, jer je pojava plasti nih zglobova u stubovima opasnija nego njihova pojava u gredama. Plasti ni zglobovi u riglama (Slika 6.12a) ne ugrožavaju ukupnu stabilnost konstrukcije i ne dovode do njenog progresivnog loma, kao što je to mogu e ako se formiraju plasti ni zglobovi na stubovima (Slika 6.12b). To zna i da ne treba projektovati okvire sa „krutim“ riglama, ve treba usvoji koncept okvira sa „mekim riglama“. To su rigle kod kojih se plasti ni zglobovi formiraju pre nego u stubovima i pri tome imaju dovoljan koeficijent sigurnosti za prijem seizmi kih sila i gravitacionog optere enja. Nelinearne deformacije u stubovima, u principu, treba izbegavati. vorovi okvirnih konstrukcija projektuju se tako da ostanu u linearnom podru ju i pri pojavi nelinearnih deformacija u elementima koje vor spaja. Okvirni sistemi koji se koriste kod skelenih konstrukcija u velikoj ve ini su višestruko stati ki neodre eni. Ovi sistemi pokazuju svoju prednost u odnosu na stati ki odre ene kada je u pitanju seizmi ko optere enje. Naime, pri jakim zemljotresima kada dolazi do formiranja plasti nih zglobova u konstrukciji,


seizmi ka energija se troši na formiranje ovih zglobova, savijanje okvira i nastajanje plasti nih deformacija. Na taj na in odlaže se mogu nost kolapsa konstrukcije. Sistem predhodno prolazi kroz više faza pre nego što evenutualno do e do njegovog kolapsa, što kod stati ki odre enih sistema nije slu aj. Kod stati ki odre enog sistema iscrpljenjem nosivosti kriti nog preseka iscrpljuje se i nosivost cele konstrukcije.

Slika 6.12

Važno je ukazati i na još jednu povoljnu okolnost ponašanja stati ki neodre enih sistema tokom zemljotresa. Formiranje plasti nih zglobova ima za posledicu omekšavanje konstruktivnog sistema, što smanjuje seizmi ke sile tokom zemljotresa. Ova promena dinami kih karakteristika konstrukcije je veoma važna i u slu aju da sistem upadne u rezonancu, jer se na ovaj na in lakše iz nje „izvla i“. Na in armiranja stubova, greda i vorova skeletnog aseiz-mi ki projektovanog sistema deta-ljno je prikazan u Pravilniku. Naglasi e se samo da geometrijske ose zidova ispune, ukoliko se pos-tavljaju izme u stubova sistema, treba da se što više poklapaju sa osama okvira (Slika 6.13a), kako bi se izbegao negativan efekat ekscentri nosti masa (Slika 6.13b).

Konstrukcije od armirano-betonskih zidova (dijafragmi) U ovom slu aju, nose i vertikalni elementi su armirano-betonski zidovi (Slika 6.14) raspore eni u oba pravca. Pravilnikom su definisane dimenzije ovih zidova tako da njihova debljina ne sme biti manja od 15 cm, a odnos visine prema širini svake dijafragme ne sme biti manji od 2.

Ukoliko su u dijafragmi predvi eni otvori za prozore i vrata, oni se tako biraju da što manje smanjuju nosivost na seizmi ke uticaje.


Debljina zida je naj eš e konstantna, ali se ponekad, kada su u pitanju veoma visoki objekti, iz ekonomskih razloga, debljina pove ava stepenasto u nižim etažama.

Važan aspekt pri projektovanju ovih konstrukcija je i ukupan broj dijafragmi. Pravilnikom je definisano tako da ukupna površina popre nog preseka ovih zidova za svaki ortogonalan pravac ne sme biti manja od 1.5% bruto površine objekta u osnovi.

Krute me uspratne tavanice koje povezuju i objedinjuju krute armirano-betonske zidove formiraju krutu prostornu konstrukciju. Ona može uspešno da

prihvati ve e seizmi ke sile, pri emu su pomeranja relativno mala, što se ocenjuje kao povoljna okolnost tokom zemljotresa. Svakako, povezivanje zidova sa tavanicama i gredama treba tako projektovati da su ove veze u stanju da apsorbuju seizmi ku energiju savijanjem i pojavom nelinearnih deformacija u vidu plasti nih zglobova.

I kod ovog tipa konstrukcije važno je pri projektovanju poštovati stav da se pri izboru dispozicije objekta u osnovi, obezbedi što pravilniji i simetri an raspored nose ih zidova (Slika 6.15a), odnosno da se centar mase (CM) i centar krutosti konstrukcije (CK) što više poklapaju.

Slika 6.15

Isti princip treba poštovati kada je u pitanju raspored masa po visini, odnosno treba težiti da položaj težišta, odnosno centra mase objekta bude što niži.

Sistemi koji su izrazito nesimetri ni, jer nose i zidovi nisu pravilno raspore eni u objektu (Slika 6.15b), dovode do nepovoljnih efekata pri zemljotresu. Seizmi ki uticaji u konstrukciji se znatno uve avaju, jer se sem uticaja od translacije objekta javljaju i zna ajni uticaji usled rotacije objekta oko centra krutosti.

Obzirom na veliku krutost ovog sistema, kad je pobu en zemljotresom, on osciluje sa visokim frekvencijama. To zna i da su u ovom slu aju rastresita i meka tla pogodna za fundiranje, jer ona prigušuju seizmi ke talase sa visokim frekvencijama, koji su opasni za krute konstrukcije.


Za asezmi ko ponašanje ovih objekata izuzetno je važan na in armiranja betonskih zidova i njihova veza sa tavanicama, što je detaljno definisano Pravilnikom. Okvirne konstrukcije u kombinaciji sa armirano-betonskim zidovima (dijafragmama) ili jezgrima. Pošto ove konstrukcije predstavljaju kombinaciju skeletnog sistema i sitema sa dijafragmama, one imaju dobre osobine oba sistema. Sa jedne strane dovoljno su krute da ne trpe velike deformacije pri zemljotresu, a sa druge strane su i u dovoljnoj meri fleksibilne da ne izazivaju na konstrukciji preterano velike seizmi ke sile.

Da bi ovaj sistem pokazao ove svoje dobre osobine, potrebno je pri projektovanju posvetiti veliku pažnju broju i rasporedu dijafragmi. Nepravilan raspored ili nedovoljan broj dijafragmi može u celini kompromitovati dobre osobine ovog sistema.

Slika 6.16

Kao što je ve navedeno kod drugih konstruktivnih sistema, i ovde treba usvojiti rešenje da dijafragme obavezno budu raspore ene u oba ortogonalna pravca i kontinualno raspore ene po celoj visini objekta, bez prekida u pojedinim etažama. Njihov raspored u osnovi treba da bude simetri an (Slika 6.16a) ili što bliže simetri noj formi. Treba imati u vidu da je efikasnost dijafragmi za prihvatanje torzionih momenata ve a ukoliko su udaljenije od centra krutosti. Nesimetri no postavljene dijafragme (Slika 6.16b) nisu dobro rešenje, jer dovode do nepoželjne i opasne torzije objekta pri zemljotresu.

Kao što je poznato, stabilnost objekta za slu aj horizontalnih seizmi kih sila može biti ugrožena ukoliko se sistemne linije svih zidova seku u jednoj ta ki, pa o tome treba voditi ra una pri projektovanju (Slika 6.17).


Slika 6.17

Stepenište ili liftovski prostor esto se formira od armirano-betonskih zidova koji ine zatvorenu konstrukciju – jezgro, a koje ima veliku krutost u odnosu na ostale

vertikalne nose e elemente. Najbolje je da se ova jezgra postavljaju što bliže sredini, odnosno centru mase objekta (Slika 6.18). Rešenje kao na Slici 6.19 obavezno treba izbegavati.

Slika 6.18

Ukoliko se ekscentri an položaj jezgra na jednom delu objekta ne može izbe i, potrebno je postaviti odgovaraju e dijafragme na drugom delu objekta, tako da se uravnoteži krutost konstrukcije u odnosu na težište, odnosno centar mase objekta.

Slika 6.19

Prilikom prora una, seizmi ka sila se predaje dijafragmama, jezgrima i okvirima srazmerno njihovoj krutosti i prostornom položaju u konstrukciji. Prema našem Pravilniku zahteva se da se bez obzira na tako dobijene rezultate okviri moraju prora unati na najmanju vrednost od 25% ukupne popre ne seizmi ke sile u osnovi. 6.2.4. eli ne konstrukcije Prilikom projektovanja eli nih konstrukcija otpornih na dejstvo zemljotresa važe uglavnom isti principi koji se primenjuju i kod armirano-betonskih konstrukcija. Specifi nost se ogleda u tome što su kod eli nih konstrukcija nose i elementi (stubovi, rešetke, štapovi ...) manjih dimenzija popre nog preseka, što dovodi do


ve ih pomeranja pri zemljotresu. Zato detaljima veza pregradnih zidova za nose u konstrukciju treba posvetiti ve u pažnju. eli ne konstrukcije projektuju se tako da su elementi konstrukcije u stanju da prihvate seizmi ku energiju savijanjem i pojavom nelinearnih deformacija. Nelinearne deformacije preseka dopuštaju se samo na krajevima greda i u dijagonalama spregova za ukru enje. Plasti na lokalna izvijanja ne dopuštaju se u zonama plasti nih zglobova. Dimenzionisanje vorova vrši se tako da je vor u stanju da obezbedi prenos grani nih momenata savijanja i odgovaraju ih popre nih sila sa jednog elementa na drugi, bez pojave ve ih deformacija u zoni vora. Vertikalni spregovi za ukru enje mogu biti u vidu eli nih spregova ili kao armirano-betonske dijafragme, odnosno jezgra (Slika 6.20). Pogodnim vezama treba obezbediti dobru saradnju betonskog ukru enja sa eli nom konstrukcijom.

Slika 6.20

Kada su u pitanju objekti razu ene ili jako izdužene osnove (npr. fabri ke hale), treba obratiti pažnju na položaj aseizmi kih dilatacija. Kako su eli ne konstrukcije lagane i deformabilne, esto je potrebno osim vertikalnih, projektovati i horizontalne spregove u nivou krovne ravni (eventualno i u nivou me uspratne konstrukcije) i to u oba pravca, kako bi se omogu ilo sadejstvo svih vertikalnih nose ih elemenata pri dejstvu zemljotresa (Slika 6.21).

Slika 6.21


6.2.5. Zidane konstrukcije Zidane konstrukcije imaju nose e zidove postavljene u oba ortogonalna pravca objekta, koji su horizontalnim serklažima povezani u visini krutih me uspratnih konstrukcija. Prema Pravilniku zidane konstrukcije se dele na:

obi ne zidane konstrukcije, zidane konstrukcije sa vertikalnim serklažima i armirane zidane konstrukcije.

Obi ne zidane konstrukcije Ovaj tip konstrukcije ima najdužu tradiciju u našoj zemlji, razvijenu prate u gra evinsku proizvodnju, pa je i najviše zastupljen, posebno kada su u pitanju manji porodi ni objekti.

Imaju i u vidu da su zidovi od opeke krti i imaju malu otpornost na zatezanje i smicanje, zidane konstrukcije podležu i najrigoroznijim zahtevima kada je u pitanju gra enje u seizmi kim podru jima. U Pravilniku propisano je za slu aj obi nih zidanih konstrukcija, da je:

u podru ju VII stepena dozvoljen broj spratova P+2, u podru ju VIII stepena dozvoljen broj spratova P+1, u podru ju IX stepena gradnja nije dozvoljena.

Važno je ista i da zidane konstrukcije treba projektovati sa jednostavnom, simetri nom osnovom. Masa objekta treba da bude što više simetri no raspore ena, a nose i i vezni zidovi se postavljaju što ravnomernije i to u oba ortogonalna pravca. Pod nose im i veznim zidovima podrazumevaju se zidovi od 19 cm. ili ve e debljine. Raspored zidova u osnovi objekta uslovljen je njihovom debljinom i rastojanjem. Pravilnikom je definisano da je najve i razmak zidova u jednom pravcu:

5.00 m, kada je debiljina zidova drugog pravca 19 cm 6.00 m, kada je debiljina zidova drugog pravca 24 cm 6.50 m, kada je debiljina zidova drugog pravca 29 cm 7.50 m, kada je debiljina zidova drugog pravca 38 cm

Da bi se svi nose i zidovi pravilno angažovali u prijemu seizmi kih sila, neophodno je da su me uspratne konstrukcije dovoljno krute u svojoj ravni. Tu osobinu imaju monolitne armirano-betonske plo e tavanica, kao i montažne i polumontažne tavanice sa armirano-betonskom plo om debljine min 4.0 cm. Treba naglasiti da drvene tavanice nemaju potrebnu krutost u svojoj ravni, tako da ih ne treba koristiti u seizmi ki aktivnim podru jima.


Upotreba razli itih vrsta materijala za nose e konstruktivne elemente u okviru jednog istog objekta nije dozvoljena. To zna i da se u okviru iste etaže ne mogu kombinovati nose i elementi od armiranog betona (stubovi, dijafragme) sa nose im zidovima od opeke. Tako e, nije dozvoljena primena mešovitog sistema po razli itim etažama, na primer da se u jednoj etaži formira nose i sistem od betonskih stubova ili dijafragmi, a u nekoj drugoj od zidova od opeke. Na žalost, kada su u pitanju neke rekonstrukcije i dogradnje ovaj princip se esto ne poštuje. Ovu pojavu sre emo i kod formiranja tzv, fleksibilnih prizemlja, kada se na starijim zidanim objektima, koji su ina e korektno projektovani i izvedeni, vrše adaptacija prizemlja izmeštanjem i uklanjanjem pojedinih nose ih zidova od opeke i zamenom betonskim stubovima Kada se analiziraju ošte enja na objektima usled zemljotresa, pokazalo se da upravo takvi objeki najviše stradaju, što je posledica nekom-patibilnosti u ponašanju razli itih materijala i konstruktivnih sistema pri cikli nom dinami kom optere enju.

Horizontalni armirano-betonski serklaži su sastavni delovi odgovaraju e me uspratne tavanice i imaju veliki zna aj u prenosu horizontalnih inercijalnih sila na vertikalne zidove. Zato njihova širina mora biti jednaka širini zida, ili eventualno nešto manja zbog postavljanja termo izolacije. Visina serklaža mora biti najmanje 20 cm, ali ne manja od visine me uspratne konstrukcije (Slika 6.22).

Ako su u pitanju etaže koje imaju ve u visinu (npr. 6m i više), pored horizontalnih serklaža u visini tavanice treba staviti i me userklaže izme u dve tavanice.

Iskustvo pokazuje da se naj eš a ošte enje zidanih konstrukcija kod zemljotresa dešavaju oko otvora na objektu. Pravilnikom je zato ograni ena širina otvora (a) na:

3.5 m za VII stepen seizmi nosti, 2.5 m za VIII i IX stepen seizmi nosti.

Ona se može pove ati za 30% ako se otvor uokviri armirano-betonskim elementima vrsto povezanim sa horizontalnim serklažima me uspratne konstrukcije.

Kada su u pitanju me uprozorski stubovi (Slika 6.23), treba imati u vidu da su to kriti na mesta na zidovima koja su pri zemljotesu izložena velikom smicanju. Zato je Pravilnikom propisano da njihova širina (b) može biti najviše do:

1/3 širine otvora a, za VII stepen seizmi nosti, 2/3 širine otvora a, za VIII i IX stepen seizmi nosti.


Slika 6.23

Kod svih zidanih konstrukcija treba izbegavati konzolne konstrukcije jer se teško može ostvariti uklještenje u zid od opeke (Slika 6.24a). Zato konzolna stepeništa uklještena u zidove nisu dozvoljena. Ukoliko se formiraju na primer balkonske konzole, to je dozvoljeno pod uslovom da se obezbedi kontinuitet sa me uspratnom konstrukcijom (Slika 6.24b).

Slika 6.24

Pri aseizmi kom projektovanju treba posvetiti pažnju i krovnoj konstrukciji, koja se naj eš e pravi od drveta i pokrivena je crepom. Masovna je pojava da pri zemljotresu dolazi do velikih pomeranja, ošte enja, pa i pada krovne konstrukcije (Slika 6.25). Zato je potrebno predvideti ankere kojima se krovna konstrukcija veže za nose u konstrukciju objekta.Važno je i da se svaki crep krovne konstrukcije posebno veže za drvenu podlogu, što se retko ini, pa pri zemljotresu dolazi do masovnog padanja crepa sa krova, što osim materijalne štete ugrožava i sigurnost ljudi.

Slika 6.25


Zidane konstrukcije sa vertikalnim serklažima Jedan od najboljih i naj eš e primenjivanih na ina da se oja aju obi ne zidane konstrukcije je upotreba vertikalnih serklaža. Eksperimentalna istraživanja u laboratoriji, kao i iskustva proizišla iz ponašanja takvih objekata pri zemljotresu, ukazuju da zidovi koji sem horizontalnih imaju i vertikalne serklaže, pokazuju višestruko ve u otpornost na dejstvo horizontalnih inercijalnih sila (Slika 6.26).

Slika 6.26

Pri formiranju konstrukcije sa vertikalnim serklažima treba voditi ra una o slede em:

popre ni presek vertikalnog serklaža usvaja se po pravilu kvadratnog oblika sa dimenzijama jednakim debljini zidova, ali ne manjim od 19/19 cm (Slika 6.27a);

kada su zidovi ve e dužine, vertikalni serklaži mogu imati maksimalno rastojanje od 5.0 m;

serklaži se postavljaju na svim uglovima objekta kao i na mestu spoja svih popre nih i podužnih nose ih zidova (Slika 6.27b).

Slika 6.27

Konstrukcije oja ane vertikalnim seklažima menjaju u zna ajnoj meri osnovne karakteristike zidanih konstrukcija, jer se dobija jedan novi sistem blizak skeletnom sistemu. Naime, kombinacijom armirano-betonskih serklaža i zidanih


elemenata svaki materijal u estvuje shodno svojim dobrim osobinama, tako da armirano-betonski serklaži primaju zatezanje i smicanje, a zidovi od opeke pritisak.

Ponašanje pregradnih zidova pri zemljotresu zaslužuje posebnu pažnju. Uo eno je da se pri ja im zemljotresima javljaju velika ošte enja ili ak rušenja ovih zidova, koji se ina e tretiraju kao nenose i zidovi, slobodno postavljeni na me uspratnu konstrukciju.

Treba imati u vidu da pri zemljotresu objekat radi kao celina, pa su i pregradni zidovi izloženi odgovaraju in naprezanjima i deformacijama. Kako su ovi elementi najslabiji u pogledu svoje nosivosti, oni i prvi popuštaju, što je pra eno i njihovim velikim ošte enjima.

Da bi se omogu ilo pravilno sadejstvo pregradnih i nose ih zidova potrebno je pri gra enju voditi ra una o njihovom kontaktu da ne bi došlo do me usobnog odvajanja. To se može, naprimer, posti i ugradnjom odgovaraju ih ankera ili „zup astom vezom“ opeke u betonski serklaž. Tada treba voditi ra una da se prvo zida pregradni zid, pa se tek posle stvrdnjavanja maltera u zidu pristupa betoniranju serklaža (Slika 6.28)

Slika 6.28

est je slu aj da pri zemljotresu dolazi do rušenja kalkanskog zida. Da bi se to

spre ilo najbolje je koristiti betonske serklaže kojima se formira okvir za ukru enje ovog zida (Slika 6.29). Svakako, i tu treba posvetiti posebnu pažnju vezi serklaža sa zidanom konstrukcijom kalkanskog zida.

Slika 6.29

Pravilnikom je regulisano da osim kalkanskih zidova i nadzidci iznad tavanice viši od 50 cm moraju biti povezani vertikalnim i horizontalnim serklažima usidrenim u nose u konstrukciju.


Da ne bi došlo do ošte enja i rušenja dimnjaka, što je ina e esta pojava pri zemljotresu, slobodno stoje i dimnjaci izvode se kao primarne zidane konstrukcije. Kada prolaze kroz krovnu konstrukciju, moraju se odvojiti odgovaraju om razdelnicom.

Treba posebno istaknuti da u seizmi kim podru jima nije dozvoljena upotreba istog cementnog maltera zbog njegove krtosti, ve se može koristiti samo produžni

cementni malter. Armirane zidane konstrukcije Vertikalne nose e elemente u ovom slu aju formiraju zidovi od opeke ili od betonskih blokova, posebno oblikovani za smeštaj armature. Takav sistem sa armiranim nose im zidovima i krutim me uspratnim tavanicama, kada su u pitanju zidane konstrukcije, predstavlja najbolje rešenje za prijem seizmi kih sila. Zato se pri primeni ovih konstrukcija dozvoljava najviša spratnost. Pravilnikom je dozvoljena spratnost P+7 bez obzira na stepen seizmi nosti. Nose i zidovi se armiraju u horizontalnom ili vertikalnom pravcu, a u zonama visoke seizmi nosti i u oba pravca (Slika 6.30a). esto se zahteva postavljanje i armaturne mreže po površini zidova (Slika 6.30b). Koli ina i raspored armature za ovaj tip konstrukcije definisan je Pravilnikom.

Slika 6.30

6.2.6. Drvene konstrukcije Drvene konstrukcije obi no se koriste za objekte male spratnosti, retko iznad P+2. Pri tome se postavljaju na krutu podrumsku konstrukciju izgra enu od betona, kamena ili zidanih blokova. Osnovni razlog takvog rešenja leži u osetljivosti drveta na negativan uticaj vlage. Imaju i u vidu tradiciju, zna ajan napredak u tehnologiji proizvodnje, kao i unapre enje zaštite od atmosferskih uticaja, drvene konstrukcije imaju veliku


primenu u gra evinarstvu. Važno je napomenuti da se rado koriste u zemljama gde se dešavaju jaki zemljotresi, jer je iskustvo pokazalo da drvene konstrukcije dobro reaguju na seizmi ka optere enja. To se može objasniti injenicom da je u pitanju lak materijal velike deformabilnosti, jer je, naprimer, njegov modul elasti nosti oko tri puta manji od modula elasti nosti armiranog betona. Svakako, pošto ove konstrukcije zbog male krutosti trpe znatna pomeranja, potrebno je obratiti posebnu pažnju na konstruisanje veza u okviru sistema, kako se ne bi ugrozila stabilnost objekta. 6.2.7. Temeljna konstrukcija Pravilno projektovanje i izrada temeljne konstrukcije je veoma važna u seizmi kim podru jima jer njena kompletna sanacija i rekonstrukcija spada u najkomplikovanije i najskuplje radove, a u nekim slu ajevima ona i nije mogu a.

Kao što je dobro poznato, objekte ne treba fundirati na nestabilnim terenima koji su skloni klizanju, na tlu loših geomehani kih karakteristika, na deformabilnim skoro formiranim nasipima i sli no. Ako se to mora uraditi, šipovima ili na drugi na in treba izbe i slabe slojeve i fundirati na vrstom materijalu.

Pravilnikom se skre e pažnja i da objekat ne treba fundirati na terenu koji je sklon likvefakciji. U pitanju je pojava kada usled dinami kog (seizmi kog) optere enja, odre ene vrste peskovitog tla gube vrsto u i prelaze u gustu te nost, što je pra eno velikim deformacijama temelja, pa i rušenjem i preturanjem objekta.

Osnovno na elo kojem treba težiti prilikom projektovanja temeljne konstrukcije je da temelji leže na istoj dubini. Tako e, fundiranje objekta na tlu razli itih karakteristika treba izbegavati, a ako to nije mogu e, objekat treba razdvojiti na pojedina ne nezavisne celine prema uslovima tla.

Važno je poštovati i na elo da temeljna konstrukcija treba da bude povezana u jednu celinu. Zato je fundiranje na temeljnoj plo i najpovoljnije rešenje. Kada je u pitanju fundiranje pomo u temeljnih traka ispod nose ih zidova koji su raspore eni u oba pravca, i ovo rešenje se smatra povoljnim. Naime, temeljne trake raspore ene u oba pravca daju dovoljnu horizontalnu krutost temeljnoj konstrukciji.

U slu aju da su temeljne trake postavljene ispod nose ih zidova koji su raspore eni pretežno samo u jednom pravcu, neophodno je dodatno povezivanje trakastih temelja. To se postiže postavljanjem armirano-betonskih greda normalno na pravac temeljnih traka, a u visini gornje površine temelja. Razmak ovih greda treba da bude oko 6.0 m, a minimalne dimenzije su 30/30 cm.

Najnepovoljniji na in fundiranja sa aseizmi kog aspekta je fundiranje na temeljima samcima. Me utim, primenom odgovaraju ih konstruktivnih mera i ovaj problem se može uspešno rešiti. Tako na primer, ukru enje temeljne konstrukcije može se obaviti pomo u armirano-betonske plo e. Za tu namenu može se iskoristiti


i podna podrumska plo a koja ne sme biti postavljena više od 30 cm iznad gornje površine temelja, a minimalna debljina je ograni ena na 15 cm (Slika 6.31).

Slika 6.31

Ukru enje temeljne konstrukcije, kada su u pitanju temeljni samci, može se obezbediti i sistemom greda za povezivanje iji je raspored diktiran rasporedom stubova (Slika 6.32). Ova mreža temeljnih greda obi no je kvadratnog preseka (min 30/30 cm) i formira horizontalan roštilj koji treba da bude dovoljno krut u svojoj ravni da ne dozvoljava nezavisno oscilovanje pojedinih stubova, što je veoma nepovoljno za objekat. Pri formiranju numeri kog modela za prora un objekta na dejstvo zemljotresa, treba voditi ra una i o interakciji tla i objekta. Primenom savremenih kompjuterskih programa, a na osnovu geotehni kih ispitivanja tla, može se sprovesti numeri ka analiza i sra unati u kojoj meri deformacija podloge uti e na veli inu seizmi kih sila u konstrukciji.

Slika 6.32

Negativni efekti interakcije mogu se u pojedinim slu ajevima smanjiti i ak eliminisati relatvno jednostavnim preventivnim rešenjima.Tako se preporu uje, ukoliko se objekat sa krutom konstrukcijom (na primer objekat do 5 spratova) fundira na tvrdoj podlozi, da se predvidi izrada tampona od peska ili sitnog šljunka.


Ovaj tampon se locira ispod temelja i oko podrumskih zidova i debljine je oko 30cm. On smanjuje seizmi ke uticaje na objekat jer amortizuje vibracije, posebno one sa visokom frekvencijom koje su opasne za krute konstrukcije.

Ukoliko smo prinu eni da fleksibilnu konstrukciju, na primer višespratnicu, fundiramo na mekom tlu, tada je najbolje rešenje predvideti što kru u temeljnu konstrukciju, na primer temeljnu plo u ukru enu rebrima.

Ponovimo još jednom osnovno na elo aseizmi kog projektovanja da treba krute konstrukcije fundirati na mekom tlu i obrnuto, fleksibilne konstrukcije na tvrdom tlu. 6.2.8. Asezmi ke razdelnice (dilatacije) Kao što je poznato, pri projektovanju objekata ponekad je potrebno predvideti izradu dilatacija, kako bi se, na primer, eliminisao negativan efekat temperaturnih uticaja ili nejednakog sleganja temelja na konstrukciju. Kada se projektuju objekti u seizmi kim podru jima, potreba da takve dilatacije budu i aseizmi ke javlja se u slu aju (Slika 6.33):

objekata sa nepravilnom - izlomljenom osnovom, objekata sa neujedna enim visinama.

Slika 6.33

Iskustva iz minulih ja ih zemljotresa pokazuju da u slu aju kada nisu formirane aseizmi ke dilatacije dolazi do ozbiljnog ošte enja, pa i rušenja ovih konstrukcija. Razlog leži u injenici da pri oscilovanju takvih konstrukcija sa razli itim masama i visinama, jednog trenutka tokom zemljotresa može do i do njihovog me usobnog sudaranja, ukoliko se ti objekti direktno naslanjaju jedan na drugi.

Pravilnikom je predvi eno da: Širina razdelnica iznosi najmanje 3.0 cm. Za svaka 3.0 m pove anja visine

objekta preko 5.0 m širina razdelnice se pove ava za po 1.0 cm. Za objekte visokogradnje visine preko 15.0 m, kao i za niže fleksibilne

konstrukcije, kao što su skeleti bez ukru enja, širina razdelnica utvr uje se prora unom tako da ne sme biti manja od dvostruke vrednosti maksimalnih


deformacija susednih segmenata objekta (Slika 6.34), ali i ne sme biti manja od vrednosti iz predhodnog stava.

Pomeranja u1 i u2 treba da obuhvate elasto-plasti ano ponašanje konstrukcije, kao i uticaj interakcije tla i objekta. Da bi aseizmi ke razdelnice mogle da odgovore svojoj nameni, potrebno ih je pravilno izvesti tako da spolja budu zatvorene i zašti ene od prodora atmosferilija materijalom koji ne daje otpor oscilovanju konstrukcije.

Slika 6.34

Napomenimo da su aseizmi ke dilatacije neophodne i unutar samog objekta, ako su u njemu tavanice smaknute. Ovakvo rešenje sa smaknutim tavanicama ina e treba izbegavati, jer se glavna masa pa i inercijalne sile javljaju u nivou tavanice. Ukoliko se takav objekat ne dilatira, dolazi do ošte enja vertikalne nose e konstrukcije usled udara me uspratne konstrukcije.

Ako je ovakvo dilatiranje nemogu e izvesti, potrebno je ubaciti odgovaraju u armirano-betonsku dijafragmu, kao na Slici 6.35.

Slika 6.35


6.2.9. Adaptacija i rekonstrukcija postoje ih objekata Može se zaklju iti da je jedan od najvažniji i najdelikatnijih aspekata izgradnje seizmi ki otpornih objekata u našoj zemlji, adaptacija i rekonstrukcija postoje ih objekata.

Pravilnikom je propisano da seizmi ka otpornost postoje ih objekata posle adaptacije i rekonstrukcije mora biti slede a: 1) objekti kod kojih izvo enjem adaptacije i rekonstrukcije ne nastaju bitne

promene moraju posle izvedenih radova biti seizmi ki otporne kao što su bile pre izvo enja radova;

2) objekti kod kojih izvo enjem adaptacije i rekonstrukcije nastaju bitne promene moraju posle izvršenih radova biti seizmi ki otporni prema odredbama Pravilnika.

Pod bitnim promenama, u smislu odredaba Pravilnika, podrazumeva se podi-zanje jednog sprata ili više spratova, dogradnja uz postoje i objekat ija je površina ve a od 10% površine objekta ili rekonstrukcija i adaptacija objekta ija se postoje-a površina smanjuje za 10%, a masa objekta pove ava ili smanjuje za više od 10%.

Gore navedeni zahtevi prakti no zna e da se u slu aju bitne promene na objektu on mora ra unati po Pravilniku kao da je u pitanju nov objekat. Pri tome i novoformirana konstrukcije u svemu mora odgovoriti savremenim zahtevima za aseizmi ko projektovanja. Tako na primer, ako se dogradnjom sprata formiraju nose i stubovi od armiranog betona, oni se moraju u kontinuitetu spustiti do temeljne konstrukcije i vezati za nju, a nikako se ne smeju prekinuti i vezati za postoje e zidove od opeke. Iskustvo pokazuje da pri zemljotresima najviše stradaju objekti na kojima su ura ene nestru ne intervencije u cilju pove anja spratnosti, pove anja gabarita ili izmeštanja i uklanjanja nose ih elemenata radi promene namena prostorija, pri emu nisu poštovane odredbe iz Pravilnika.

6.3 Dinami ki i stati ki model konstrukcije Objekti visokogradnje u gra evinarstvu naj eš e predstavljaju složene prostorne konstrukcije. Njihov prora un na seizmi ke uticaje sastoji se iz slede ih glavnih delova:

a) prora un dinami kih karakteristika konstrukcije, b) prora un seizmi kih sila koje deluju na konstrukciju na osnovu dinami kih

karakteristika konstrukcije i zadatog pomeranja tla, c) prora un uticaja u konstrukciji usled dejstva izra unatih seizmi kih sila.

Pri odre ivanju dinami kih karakteristika konstrukcije potrebno je formirati takav dinami ki model konstrukcije koji može da se analizira i reši uz razuman

Documents

6.2. Osnovni principi projektovanja gra evinskih objekata ... · Okvirne (skeletne) konstrukcije Noseüu konstrukciju u ovom sluþaju þine okviri (ramovi), rasporeÿeni u oba, po