ПaнайотПанайотов инж...

FIFTH INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND TECHNICAL CONFERENCE

“INNOVATIONS IN FOREST INDUSTRY AND ENGINEERING DESIGN”

СЕИЗМИЧНА УСТОЙЧИВОСТ НАДЪРВЕНИТЕ КОНСТРУКЦИИ

Пaнайот Панайотов, инж. Силвана Петкова

2012

НАЙНАЙ--ОБЩООБЩО ЗАЗА СЕИЗМИЧНИТЕСЕИЗМИЧНИТЕ ВЪЗДЕЙСТВИЯВЪЗДЕЙСТВИЯ

oo СеизмичноСеизмично въздействиевъздействие се наричат инерционните сили, които възникват в конструкциитев следствие от трептенията, предавани от земната основа към конструкцията по време наземетръс.

oo СеизмичнитеСеизмичните въздействиявъздействия пораждат усиля с големини, пропорционални на масите иускоренията на дадена конструкция, разглеждана като динамична система.

В Европа регулациите за проектиране на дървените конструкции срещу сеизмичнивъздействия са посочени в два хармонизирани стандарта – БДС EN 1995-1-2:2004 –Проектиране на дървени конструкции (Еврокод 5) и БДС EN 1998-1:2004 – Проектиранесрещу сеизмични въздействия – Част 8 – Специфични правила за дървени конструкции ( Еврокод 8).

Най-популярният метод за проектиране срещу усилията, породени от сеизмичнитевъздействия е Спектралният модален анализ, чрез който се анализира поведението наконструкцията повреме на земетръс. Този метод се базира на линейното и еластичноповедение на конструкцията, а способността й по хистерезисен път да дисипира енергия сеотчита чрез понижаващ усилията коефициент на реагиране – наричан behavior factor q вЕврокод 8.

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ -- АдаптивносттаАдаптивността нана конструкциятаконструкцията къмкъм сеизмичнисеизмични

въздействиявъздействия

Конструкция има добро, т.е. безопасно поведение по време на земетръс, когатоизпълнява условията за:

-Устойчивост;-Дуктилност;-Равновесие.

Коравите и крехки конструкции нямат добро поведение по време на земетръсно въздействие. Те понасят сравнително малки деформации и се разрушават мигновено под крехка форма.

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ -- АдаптивносттаАдаптивността нана конструкциятаконструкцията къмкъм сеизмичнисеизмични

въздействиявъздействия

ДуктилностДуктилност – адаптивната способност на конструкцията да развива пластичнидеформации, но да разсейва (дисипира) сеизмичната енергия. Тя се разглежда на тринива:

oДуктилност на материала;oДуктилност на елементите и връзките между тях;oДуктилност на конструкцията като цяло.

Всяка конструкция е комбинация от корави и дуктилни звена и нежеланите форми наразрушение се избягват чрез развиване на пластични деформации от дуктилните звена засметка на крехки разрушения на недуктилните звена.

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ НАНА ДЪРВЕСИНАТАДЪРВЕСИНАТА

Известно е , че поради ортотропния си характер дървесината проявява различнимеханични свойства в трите си главни направления. Най-общо за основна якостна оссе приема надлъжната, докато в направление перпендикулярно на влакнатамеханичните показатели са сравнително по-ниски. Като цяло дървесината има нискадуктилност.

o Напрегнато състояние “ОПЪН, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО НА ВЛАКНАТА” -

Дървесината е сравнително най-слаба.

Фиг.1. Напрегнато състояние “опън, перпендикулярно на влакната” трябва да се избягва

o Напрегнато състояние “НАТИСК, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНО НА ВЛАКНАТА” -Дървесината има най-дуктилно поведение и способна да дисипира сеизмичнатаенергия.

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ НАНА СЪЕДИНЕНИЯТАСЪЕДИНЕНИЯТА

При земетръс поведението на цялата дървена конструкция зависи от тована съединенията.

Трябва да се следват три правила при проектирането на съединения, които да издържат нацикличното натоварване, като имат полу-кораво поведение:

1) Елементите трябва да се осигурят срещу изтръгване;2) Трябва да се избягват напрегнати състояния, водещи до крехките форми на разрушение;3) За съединителните средства да се използват материали, които запазват механичните си

показатели при циклично натоварване.

При добре проектирано дуктилно съединение дисипацията на енергия се осъществява посредствомлокално смачкване на дървесината и пластично деформиране на съединителя. Дуктилността на съединениетосе определя по неговата нелинейна крива “сила-деформация”, като с площта, която тя затваря се определядисипираната енергия Ed (щрихована площ). Отнощението между дисипираната енергия и потенциалната сенарича хистерезисен еквивалент на вискозно демпфериращ коефициент veq. Например, при добрепроектирано съединение на шперплат с дървена рамка veq = 8-10%.

Фиг.2. Напрегнато състояние “опън, перпендикулярно на влакната” трябва да се избягва

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ НАНА СЪЕДИНЕНИЯТАСЪЕДИНЕНИЯТА

Дуктилно поведение на съединенията се осигурява чрез:

o Правила за разположението на съединителните средства – отстоянията помежду им и и

отстоянията от краищата на елементите, с цел предотвратяване на разцепване на дървесината;

o Предотвратяване на разцепването чрез използване на подсилващи материали в съединенията –

шперплатни панели, плътни фурнири, други;

o Използване на съединителни средства с високи стройност (отношението между диаметъра на

съединителя и дебелината на дървения елемент).

o Използване на съединителни средства с ниска податливост на якостна умора – такива са почти

всички механични съединителни средства с някои изключения (например, стоманени плочи с

перфорирани зъбци).

ДУКТИЛНОСТДУКТИЛНОСТ НАНА КОНСТРУКЦИЯТАКОНСТРУКЦИЯТА

Пластичното поведение на конструкцията се отчита чрез редуциращ коефициент на поведение q, който приема стойности от 1.5 до 5. В Еврокод 8 стойностите на коефициента q са дадени за различнитеконструктивни ситеми. Ако в конструкцията има развити различни противоземетръсни структури в двете равнинниглавни направления, то тогава за всяка една структура се отчита различен коефициент q.

Тип q стойност Описание

A 1.5 Структура с ниска способност за дисипация на енергияМахала, греди, арки, ферми.

B

Структури със средна способност за дисипация на енергия

2,0 Лепени стенни панели и лепени диафрагми, свързани с гвоздеи или болтови

връзки; ферми с нитови или болтови съединения; смесени структури от дървена рамка и неносещ пълнеж.

2.5 Статически неопределими рамки с нитови или болтови съединения.

C

Структури с висока способност за дисипация на енергия

3.0 Заковани стенни панели с лепени диафрагми, свързани чрез гвоздеи или болтови съединения; Ферми с лепени съединения.

4.0 Статически неопределими портални рамки с нитови или болтови съединения.

5.0 Заковани стенни панели със заковани диафрагми, свързани чрез гвоздеи или болтови съединения; Ферми с лепени съединения.

Таблица.1. Типове конструктивни системи и съответните коефициенти на реагиранесъгласно Еврокод 8

ОСОБЕНОСТИОСОБЕНОСТИ ПРИПРИ ОСИГУРЯВАНЕТООСИГУРЯВАНЕТО НАНА ДУКТИЛНОДУКТИЛНО ПОВЕДЕНИЕПОВЕДЕНИЕНАНА НЯКОИНЯКОИ ОТОТ НАЙНАЙ--ПОПУЛЯРНИТЕПОПУЛЯРНИТЕ КОНСТРУКТИВНИКОНСТРУКТИВНИ СИСТЕМИСИСТЕМИ

1.1. РамковаРамкова конструкцияконструкция съссъс стенистени, , работещиработещи нана срязванесрязване

С цел предотвратяването на крехки форми на разрушение вследствие на сеизмични въздействия върху тезиконструкции следва да се съблюдават някои мерки при проектирането на главните компоненти: стенни панели; подови диафрагми; анкериране и фундаменти.

Фиг.3. Форма на крехко разрушение при стенен панел, работещ на срязване, вследствие от сеизмично въздействие


1.1. Стенни панели

Стенният панел е изграден от:

o Рамка от вертикални дървени елементи на равни отстояния помежду им и свързани в долния и

горния си край към дървени греди;

o Покриващи панели двустранно разположени и свързани към рамката чрез гвоздеи или винтове.

Материали за покриващите панели – шперплат, OSB, плоскости на гипсова основа.

Устойчивостта на сеизмични въздействия се осигурява като:

o Дървената рамка на стенния панел поема силите от сеизмичното въздействие – опънни и

натискови;

o Покриващия панел, свързан към дървената рамка, спомага получените усилия да бъдат

разпределени равномерно върху всички носещи елементи на рамката;

o Носимоспособността на срязване на свързващите средства между двата конструктивни

елементи определя носимоспособността на стенния панел.


1.2. Подови диафрагми

Подовата конструкция е изградена от:

o Дървен гредоред;

o Покриващи панели от горната страна – най-често се изпълняват от шперплат или OSB.

Устойчивостта на сеизмични въздействия се осигурява като:

o Подовата конструкция се проектира като корава диафрагма, която да спомага усилията от

сеизмичното въздействие да се разпределят равномерно върху стенните панели;

o В стандартите са описани изискванията към проектираните елементи, съединителните

средства и отстоянията между тях;

Фиг.4. Схема на подова диафрагма


1.3. Анкериране и фундаменти

Фундаменти:

o Има изисквания за коравина и устойчивост на фундаментите ;

o Теренът на строителство също трябва да е обезопасен срещу разрушения като свличания,

пропадания, срязвания на земната основа в следствие на процеци, отключени от сеизмичните

сили.

Фиг.5. Схеми на разрушение на земната основа на строителни терени, вследствие на земетръс


1.3. Анкериране и фундаменти

Анкериране:

o Анкериране е необходимо както към основите на сградата така и между етажните нива, и при

покривната конструкция;

o Поради различните усилия, които сеизмичното въздействие поражда следва да се предвидят

анкериращи средства срещу хлъзгащи и повдигащи сили поотделно;

o Така например освен анкерните болтове между долната греда на стенен панел и фундамента,

които поемат срязващи сили, следва да се предвитят и анкериращи планки в краищата срещу

преобръщащи сили.

Фиг.6. Схеми на анкериращи средства

2. 2. СилноСилно начлененаначленена рамковарамкова конструкцияконструкция съссъс зидариензидариен пълнежпълнеж заза стенитестените

Фиг.7. Схеми на конструктивната система

Сеизмичната устойчивост на тази традиционна конструктивна система , характерна зарайона на Кашмир, се осигурява при следване няколко аспекта:

o Подпор на безопасен или обезопасяване на терена;o Избор на регулярна в план или височина конструктивна схема;o Минимален брой и големина на отворите за врати и прозорци; o Изграждане на корави конструктивни елементи – стенни рамки, подове и покрив, фундаменти;o Сигурност на стенния пълнеж чрез направа на здрави зидарийни превръзки; o Сигурност на анкериращите средства;o Защита на интегритета на дървените елементи срещу различни химически, биологични и атмосферни

въздействия.

3. 3. КонструкцияКонструкция сс кръгликръгли трупитрупи

Фиг.8. Схеми на конструктивната система

Ключови за сеизмичната устойчивост на тази традиционна конструктивна система са:

1) Кръстосано пресичащи се крайни съединения между трупите: Чрез тях сеизмичните сили се разпределятравномерно върху всички стени. Освен това разместването – хоризонтално и вертикално на трупите сеограничава силно.

2) Силите на триенето между два лежащи един на друг трупи по цялата им дължина: Така усилията от сеизмичнивъздействия се предават от върха на конструкцията до основите, като чрез триенето се осъществява идисипация на сеизмичната енергия.

4. 4. КонструкцияКонструкция сс кръстосанокръстосано ламинираниламинирани дървеснидървесни плочиплочи XLamXLam

Фиг.9. Опитна постановка за изследване на сеизмичната устойчивост на XLam сграда

Tази конструктивна система набира популярност в Европа, въпреки че доброто и поведението приземетръс предстои да бъде подробно изследвано и мерки за осигуряването му да бъдат описани встроителните стандарти.

Носещите елементи – вертикални и хоризонтални, са изработват “масивни” от кръстосано ламинирани дървесниплочи, а съединенията между тях са механични – със стоманени винтове и планки.

Натурни изпитвания на макети на сгради по тази конструктивна система с сеизмична маса и записи от най-големите земетресения в света показват, че повредите, които са нанесени са главно в съединенията и сапоправими.

ЗАКЛЮЧЕНИЕЗАКЛЮЧЕНИЕ:

o Дървените конструкции са сеизмично устойчиви, когато са проектирани иизпълнени правилно и съгласно съответните стандарти;

o Дървените конструкции имат някои предимства що се отнася до сеизмичнаустойчивост:

• Относително малка собствена маса;• Регулярност в план и във височина на конструктивната схема;• Сравнително висока обща дуктилност и способност за разсейване на сеизмичнатаенергия.

o Дървените конструкции имат екологично и социално-икономическо предимство

пред други конструктивни системи и следователно са ключ към устойчивото

строителство дори и в земетръсни райони.

ПaнайотПанайотов инж...

Documents