Mehmed ČauševićUsporedba projektnog spektra EC8 i Pravilnika

EUROPSKA NORMA EN 1998-1: 2004 (EUROKOD 8-1)

ZA KONSTRUKCIJE U POTRESNIM PODRUČJIMA

Seizmičko zoniranje

Konstrukcije u potresnim područjima se projektiraju i izvode na način da sa adekvatnim stupnjem pouzdanosti zadovolje

sljedeće uvjete:- uvjet ne urušavanja konstrukcije (No-Collapse

Requirement),- uvjet ograničenja oštećenja (Damage Limitation

Requirement).

19.04.23 2EN 1998-1: 2004

Za zadovoljenje prvog uvjeta NCR konstrukcija treba biti projektirana i izvedena na način da izdrži projektirana potresna djelovanja bez lokalnih i globalnih urušavanja, pri čemu treba da se zadrži cjelovitost konstrukcije, s dostatnim preostalim kapacitetom nosivosti nakon potresa. Projektno seizmičko djelovanje je dano preko: (a) poredbenog (reference) seizmičkog djelovanja koje je povezano s vrijednošću poredbene vjerojatnosti prekoračenja NCRP u periodu od 50 godina ili s vrijednošću poredbenog

povratnog perioda NCRT , i (b) faktora važnosti građevine (the Importance

factor) I . Za projektna seizmička djelovanja koja se uzimaju u slučaju NCR

se preporučuje vjerojatnost prekoračenja %10NCRP za period od 50 godina,

a povratni period 475NCRT godina.

19.04.23 3EN 1998-1: 2004

Drugi uvjet DLR podrazumijeva da se konstrukcija projektira i izvede na način da izdrži takva potresna djelovanja za koja se smatra da imaju veću vjerojatnost da će se desiti u odnosu na projektna djelovanja, a da konstrukcija ne doživi oštećenja i ograničenu uporabu nakon potresa, te da sanacija konstrukcije ne smije premašiti njenu vrijednost koju je imala prije potresa. Vrijednosti seizmičkih djelovanja u slučaju DLR imaju vjerojatnost prekoračenja DLTP za period od 10 godina, i povratni period DLTT .Za seizmička djelovanja koja se uzimaju u slučaju DLR se preporučuje vjerojatnost prekoračenja %10DLTP za period od 10 godina, a povratni

period 95DLTT godina.

19.04.23 4EN 1998-1: 2004

Teritorij države u kojoj će se primjenjivati europska norma EN 1998-1: 2004

treba podijeliti u seizmička područja (seismic zones), ovisno od tektonskih

karakteristika tih područja u odnosu na njihovu lokalnu seizmičku aktivnost u

prošlosti, što se naziva lokalni hazard (local hazard). Ta podjela teritorija svake

države, kao i drugi zadaci koji će se u nastavku navoditi, obvezatne su

aktivnosti odgovarajućih nacionalnih institucija svake države. Tu se ogleda

princip harmonizacije propisa Eurokod 8 među europskim zemljama, a ne

unificiranje propisa. Svaka država mora za određeno područje primjene

Eurokoda 8 propisati svoje specifičnosti posebnim Državnim dokumentom za

primjenu – DDP (National Application Document NAD).

19.04.23 5EN 1998-1: 2004

Po definiciji seizmičkog hazarda on se podrazumijeva kao konstanta u okviru

svakog naprijed navedenog područja. Za primjenu Eurokoda 8 hazard se opisuje

preko jednog jedinog parametra gRa , a to je poredbeno maksimalno ubrzanje

tla razreda A (the reference peak ground acceletarion on type A ground). O

razredima tla govoriti će se u nastavku. Ove vrijednosti gRa odnose se na

odgovarajući poredbeni povratni period (reference return period) seizmičkih

djelovanja na konstrukciju NCRT (ili na vrijednost poredbene vjerojatnosti

prekoračenja NCRP u periodu od 50 godina), za koja je ispunjen uvjet da se

konstrukcija ne smije urušiti (No-Collapse Requirement). Ovom poredbenom

povratnom periodu odgovara jedinična vrijednost faktora važnosti građevine

I .

19.04.23 6EN 1998-1: 2004

Za povratne periode različite od poredbenog, dane su vrijednosti ga

projektnog ubrzanja tla razreda A (the design ground acceleration on type A

ground). One se dobiju iz sljedećeg produkta:

gRIg aa

U okviru svakog seizmičkog područja utvrđuje se u DDP-u konstantna

vrijednost maksimalnog ubrzanja ag u tlu razreda A. Ovakav princip je uveden

da bi se osiguralo unificiranje nivoa seizmičke zaštite istih (ili sličnih)

konstrukcija unutar svake države. Za namjene projektiranja građevinskih

konstrukcija uvedena maksimalna vrijednost ubrzanja ag predstavlja dovoljan

parametar opisa jakosti seizmičkog događaja.

19.04.23 7EN 1998-1: 2004

Kod nas su trenutno za potrese povratnoga razdoblja od 500 godina usvojene

vrijednosti ag projektnih ubrzanja tla 0,1g , 0,2g i 0,3g respektivno za VII.,

VIII. i IX. stupanj seizmičkog intenziteta, a za kartu s povratnim periodom 500

godina je usvojena ona koja je u Republici Hrvatskoj proglašena važećom 1990.

godine (sl. list 52/90). Ovakav pristup je propisao naš Državni dokument za

primjenu Eurokoda 8 (National Aplication Document - NAD) kao prijelazno

riješenje, dok se ne izgradi zemljovid Hrvatske s vrijednostima ag u tlu razreda

A, za povratni period 475NCRT godina, kao što je to učinjeno u zemljama

Europske unije. Primjer takvog zemljovida za Sloveniju je dan na sljedećoj

slici.

19.04.23 8EN 1998-1: 2004

19.04.23 9EN 1998-1: 2004

DEFINIRANJE DEFINIRANJE SEIZMIČKOG SEIZMIČKOG

OPTEREĆENJAOPTEREĆENJA METODA SPEKTARA ODZIVAMETODA SPEKTARA ODZIVA

- Horizontalni elastični spektar - Horizontalni elastični spektar odziva ubrzanja podloge;odziva ubrzanja podloge;

- Vertikalni elastični spektar odziva - Vertikalni elastični spektar odziva ubrzanja podloge.ubrzanja podloge.

19.04.23 10EN 1998-1: 2004

)15,2(1)( : 0

BgeB T

TSaTSTT

5,2)( : SaTSTTT geCB

5,2)( :

TT

SaTSTTT CgeDC

5,2)( : 42

TTT

SaTSsTT DCgeD

Vrijednosti parametara kojima se opisuje horizontalni elastični spektar odziva za Tip 1 potresa Razred tla S TB(s) TC(s) TD (s)

A 1,0 0,15 0,4 2,0 B 1,2 0,15 0,5 2,0 C 1,15 0,20 0,6 2,0 D 1,35 0,20 0,8 2,0 E 1,4 0,15 0,5 2,0

19.04.23 11EN 1998-1: 2004

Spektar Tipa 1 se koristi kada su vrijednosti površinske magnitude potresa

sM veće od 5,5. U Eurokodu 8 su dani i projektni spektri Tipa 2, za slučaj kada

je vrijednost površinske magnitude manja od 5,5. Utjecaj vrste temeljnog tla na vrijednosti seizmičkog opterećenja uzima se u obzir preko pet razreda tla (A, B, C, D, E), koji su definirani opisno (stratigraphic profiles). Kategorizacija temeljnog tla Razred tla Opis tla )/(30, smvs

A Stijena ili druga geološka formacija slična stijeni, uzimajući

u obzir najviše 5 metara slabijeg materijala na površini >800

B Depoziti vrlo zbijenog pijeska, šljunka ili tvrde gline, najmanje dubine nekoliko desetina metara, s postupnim povećanjem mehaničkih karakteristika tih materijala s dubinom

360-800

C Duboki depoziti zbijenog ili srednje zbijenog pijeska, šljunka ili tvrde gline debljine od nekoliko desetina do više stotina metara

180-360

D Depoziti nekoherentnog tla (sa ili bez mekih koherentnih slojeva) ili prevladavajuća meka do tvrda koherentna tla

<180

E Profil tla čine površinske aluvijalne naslage sa vrijednostima

sv kao u slučaju tla C ili D, čije su debljine između 5 i 20

metara, a nalaze se iznad krutog materijala s vrijednostima

smvs /800

19.04.23 12EN 1998-1: 2004

Elastični spektar odziva Se(T) za sve razrede temeljnog tla i ξ = 5%

19.04.23 13EN 1998-1: 2004

Vertikalni elastični spektar Vertikalni elastični spektar odziva ubrzanja podloge odziva ubrzanja podloge

)10,3(1)( : 0

BvgveB T

TaTSTT

0,3)( : vgveCB aTSTTT

0,3)( :

TT

aTSTTT CvgveDC

0,3)( : 42

TTT

aTSsTT DCvgveD

19.04.23 14EN 1998-1: 2004

Projektni spektar za Projektni spektar za elastičnu analizu elastičnu analizu

3

25,2

3

2)( : 0

qT

TSaTSTT

BgdB

3

25,2

3

2)( : 0

qT

TSaTSTT

BgdB

3

25,2

3

2)( : 0

qT

TSaTSTT

BgdB

3

25,2

3

2)( : 0

qT

TSaTSTT

BgdB

qSaTSTTT gdCB

5,2)( :

g

Cg

dDC

a

T

T

qSa

TSTTT

5,2

)( :

g

DCg

dD

a

T

TT

qSa

TSTT

2

5,2

)( :

19.04.23 15EN 1998-1: 2004

Projektni spektar za Projektni spektar za elastičnu analizuelastičnu analizu

Projektni spektar odziva )(TSd za tlo razreda B; ag = 0,2g; q = 3,5

19.04.23 16EN 1998-1: 2004

Da bi konstrukcija imala kapacitet nošenja sila potresa te da bi se osiguralo njeno nelinearno ponašanje, ona se projektira na djelovanje sila koje su manje od onih kada je odziv konstrukcije linearan. Da bi se izbjegla nelinearna analiza konstrukcije pri projektiranju, kapacitet gubljenja energije u konstrukciji se uzima u obzir radeći linearnu analizu konstrukcije koja je zasnovana na reduciranom elastičnom spektru odziva ubrzanja podloge. Takav reducirani elastični spektar nazvan je projektni spektar (design acceleration response spectrum). Ta redukcija je izvršena uvođenjem posebnog koeficijenta nazvanog faktor ponašanja q (the behaviour factor), čija je vrijednost veća od jedinice, koji se smatra kao jedan od najvažnijih pojmova u Eurokodu 8.

19.04.23 17EN 1998-1: 2004

Seff

T, s

0,20

0T =0,15

T =0,53

EUROKOD 8

PRAVILNIK

G;

W

Fb

0,10

0,05

0,15

0,0430,03

0,065

0,1725

0,7B

C

T =2D1 1,5

Primjer razlike efektivnih potresnih sila za tipičnu konstrukciju prema Pravilniku i Eurokodu 8-1

19.04.23 18EN 1998-1: 2004

PRORAČUN UKUPNE VRIJEDNOSTI PRORAČUN UKUPNE VRIJEDNOSTI POPREČNIH SILA OD POTRESAPOPREČNIH SILA OD POTRESA

Ukupna poprečna sila Fb je u nivou gornjeg ruba temelja (base shear) i za svaki horizontalni pravac djelovanja potresa, dana je sljedećim izrazom :

mTSF db )( 1

gdje su : Sd (T1) vrijednosti projektnog spektra za period konstrukcije 1T ; T1 osnovni period vibracija konstrukcije za translacijska gibanja razmatranog pravca ; je korekcijski faktor, čija je vrijednost jednaka jedinici, osim ako je CTT 21 ,

u kom slučaju je 85,0 . m ukupna masa građevine u trenutku djelovanja potresa, koja se računa u skladu s odredbom da se stalna djelovanja kombiniraju s promjenljivim djelovanjima (sljedeći slide)

19.04.23 19EN 1998-1: 2004

kiEikj QG ""

Ukupna masa m građevine u trenutku djelovanja potresa

iEi 2

19.04.23 20EN 1998-1: 2004

DjelovanjeDjelovanje 00 11 22

Uporabna opterećenja višekatnih zgradaUporabna opterećenja višekatnih zgrada

Kategorija A: stambene zgradeKategorija A: stambene zgrade 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija B: urediKategorija B: uredi 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija C: prostori za veće skupove Kategorija C: prostori za veće skupove ljudiljudi 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija D: trgovineKategorija D: trgovine 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija E: skladištaKategorija E: skladišta 1,01,0 0,90,9 0,80,8

Prometna opterećenja zgradaPrometna opterećenja zgrada

Kategorija F: težine vozila 30 kNKategorija F: težine vozila 30 kN 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija G: težine vozila između 30 kN i Kategorija G: težine vozila između 30 kN i 160 kN160 kN 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija H: krovištaKategorija H: krovišta 00 00 00

19.04.23 21EN 1998-1: 2004

Ukupna potresna djelovanja za uzdužni pravac građevine (x pravac) i poprečni

pravac (y pravac) imaju vrijednosti

i dobivaju respektivno oznaku

AEd

m)T(SF db 1

19.04.23 22EN 1998-1: 2004

VRIJEDNOSTI AEd :Horizontalna komponenta potresnog djelovanja

određena je prema kombinaciji projektnih horizontalnih komponenti učinaka (Effects) potresnog djelovanja za dva smjera, i to:

uzdužni pravac x (AEdx): EEdx ''+'' 0,30EEdy

poprečni pravac y(AEdy): 0,30EEdx ''+'' EEdy

EdA

19.04.23 23EN 1998-1: 2004

Proračunske Proračunske situacijesituacije

Stalna Stalna djelovanja djelovanja GGdd

Nezavisna Nezavisna djelovanjadjelovanja

DominantnaDominantna

promjenjiva promjenjiva QQdd ::

OstalaOstala

Udesna ili Udesna ili seizmička seizmička djelovanja djelovanja AAdd

Trajne i Trajne i prolazneprolazne

GGGGkk ( (PPPPkk) ) Q1Q1QQk1k1 QiQioioiQQkiki

UdesneUdesne GAGAGGkk((PAPAPPkk) ) 1111 Q Qk1k1 2i2i Q Qkiki AAAAkk iliili AAdd

SeizmičkeSeizmičke GGkk 2i2i Q Qkiki II A AEdEd

Proračunske vrijednosti djelovanja za uporabu u kombinacijama djelovanja - KGS

19.04.23 24EN 1998-1: 2004

DjelovanjeDjelovanje 00 11 22

Uporabna opterećenja višekatnih zgradaUporabna opterećenja višekatnih zgrada

Kategorija A: stambene zgradeKategorija A: stambene zgrade 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija B: urediKategorija B: uredi 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija C: prostori za veće skupove Kategorija C: prostori za veće skupove ljudiljudi 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija D: trgovineKategorija D: trgovine 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija E: skladištaKategorija E: skladišta 1,01,0 0,90,9 0,80,8

Prometna opterećenja zgradaPrometna opterećenja zgrada

Kategorija F: težine vozila 30 kNKategorija F: težine vozila 30 kN 0,70,7 0,70,7 0,60,6

Kategorija G: težine vozila između 30 kN i Kategorija G: težine vozila između 30 kN i 160 kN160 kN 0,70,7 0,50,5 0,30,3

Kategorija H: krovištaKategorija H: krovišta 00 00 00

Djelovanje snijegaDjelovanje snijega 0,50,5 0,20,2 00Djelovanje vjetraDjelovanje vjetra 0,60,6 0,20,2 00Termička djelovanjaTermička djelovanja 0,60,6 0,50,5 00

19.04.23 25EN 1998-1: 2004

PRIMJENA EN1998-1:2004 (EUROKOD PRIMJENA EN1998-1:2004 (EUROKOD 8-1) PRI8-1) PRI

PROJEKTIRANJU I GRAĐENJU PROJEKTIRANJU I GRAĐENJU

ČELIČNIH KONSTRUKCIJAČELIČNIH KONSTRUKCIJA Tipovi konstrukcija i faktori Tipovi konstrukcija i faktori

ponašanjaponašanja - - faktori ponašanjafaktori ponašanja qq su dani za su dani za

određene vrste čeličnih konstrukcija određene vrste čeličnih konstrukcija - posebna pravila - posebna pravila kojih se treba kojih se treba

pridržavati pri projektiranju čeličnih pridržavati pri projektiranju čeličnih konstrukcija u seizmičkim područjima konstrukcija u seizmičkim područjima

19.04.23 26EN 1998-1: 2004

Koncepti projektiranja Koncepti projektiranja Potresno otporne čelične konstrukcije projektiraju se Potresno otporne čelične konstrukcije projektiraju se

prema jednom od sljedeća dva koncepta:prema jednom od sljedeća dva koncepta: - Koncept a)- Koncept a) Ponašanje konstrukcije sa slabim Ponašanje konstrukcije sa slabim

gubitkom energije,gubitkom energije, - Koncept b)Ponašanje konstrukcije s gubitkom - Koncept b)Ponašanje konstrukcije s gubitkom

energije.energije. U konceptu a) posljedice djelovanja se mogu izračunati U konceptu a) posljedice djelovanja se mogu izračunati

na temelju elastične analize bez razmatranja značaja na temelju elastične analize bez razmatranja značaja nelinearnog ponašanja materijala. Pri korištenju nelinearnog ponašanja materijala. Pri korištenju projektnog spektraprojektnog spektra, referentna vrijednost faktora , referentna vrijednost faktora ponašanja ponašanja q q kreće se od kreće se od 1,51,5 – 2 (potcrtana je – 2 (potcrtana je preporučena vrijednost). U slučaju da nije ispunjen preporučena vrijednost). U slučaju da nije ispunjen zahtjev regulariteta po visinizahtjev regulariteta po visini faktor ponašanja faktor ponašanja qq treba se korigirati, ali ne smije se uzeti manji od 1,5. treba se korigirati, ali ne smije se uzeti manji od 1,5. Ako je referentna vrijednost Ako je referentna vrijednost qq uzeta veća od 1,5, uzeta veća od 1,5, potresno otporni elementi konstrukcije trebaju biti u potresno otporni elementi konstrukcije trebaju biti u klasama poprečnog presjeka 1, 2 ili 3.klasama poprečnog presjeka 1, 2 ili 3.

19.04.23 27EN 1998-1: 2004

Ograničeno je s vrijednostima iz sljedeće Tablice DCH (Visoka)

4Ograničeno je s vrijednostima iz

sljedeće Tablice.DCM (Srednja)

Koncept b)

1,5 - 2DCL (Niska)Koncept a)

Područje referentnih vrijednosti faktora ponašanja q

Klasa duktilnosti (DC) konstrukcije

Koncept projektiranja

19.04.23 28EN 1998-1: 2004

5u/14

Za spregnute konstrukcije

22g) Okviri bez dijagonala s ispunom: Betonska ili zidana ispuna koja nije spojena u kontaktu s okvirom; Spojena armirano betonska ispuna; Ispuna izolirana od okvira (vidi okvire bez dijagonala)

4u/14f) Okvir bez dijagonala u kombinaciji s okvirom s centričnim dijagonalama

Za betonske konstrukcije

e) Konstrukcije s betonskim jezgrama i betonskim zidovima

2u/12d) Konstrukcije obrnutog klatna

5u/14c) Okviri s ekscentričnim dijagonalama

42,5

42

b) Okviri s centričnim dijagonalama Centrične dijagonale V - dijagonale

5u/14a) Okviri bez dijagonala

DCHDCM

Klasa duktilnostiTIP KONSTRUKCIJE

19.04.23 29EN 1998-1: 2004

1 predstavlja parametar sa kojim treba pomnožiti horizontalne projektne seizmičke sile (pri čemu sve ostale projektne sile ostaju nepromjenljive), da one dobiju takve vrijednosti za koje jedan najnepovoljnije opterećen poprečni presjek konstrukcije dostigne svoje potpuno plastificiranje;

u predstavlja parametar sa kojim treba pomnožiti horizontalne projektne seizmičke sile da one dobiju takve vrijednosti za koje određen broj poprečnih presjeka dostigne svoje potpuno plastificiranje, pri čemu predmetna konstrukcija postaje kinematički labilan mehanizam. Faktor u se može dobiti iz nelinearne statičke (pushover) globalne analize. Najveća vrijednost 1/u može biti 1,6 i predstavlja faktor viška nosivosti konstrukcije (overstrength factor).

19.04.23 30EN 1998-1: 2004

Okviri bez dijagonala (područja gubljenja seizmičke energije su u gredama i spojevima stupova s temeljima)

19.04.23 31EN 1998-1: 2004

Okviri s centričnim dijagonalama (gubljenje seizmičke energije samo u vlačnim dijagonalama)

19.04.23 32EN 1998-1: 2004

Okviri s ekscentričnim dijagonalama (gubljenje seizmičke energije u sponama opterećenim na savijanje ili posmik)

19.04.23 33EN 1998-1: 2004

Pravila projektiranja Mora biti osigurana dovoljna duktilnost elemenata u kojima se gubi

seizmička energija pri tlaku ili savijanju ograničavanjem kvocijenta širine i debljine poprečnog presjeka b/t (lokalna vitkost) prema klasama poprečnog presjeka navedenim u Eurokodu 3, dio 1-1. Ovisno o klasi duktilnosti i faktoru ponašanja q upotrijebljenim u projektu, u sljedećoj Tablici su navedeni zahtjevi s obzirom na klase poprečnog presjeka čeličnih elemenata u kojima se gubi seizmička energija. Zahtjevi za klasu poprečnog presjeka

Klasa duktilnosti Faktor ponašanja q Klasa poprečnog

presjeka 1,5 < q 2 klasa 1, 2 ili 3

DCM 2 < q 4 klasa 1 ili 2

DCH q > 4 klasa 1