PREGLED SPORNIH PITANJA PROJEKTOVANJA VISOKIH DRVENIH ZGRADA

Prof.Dr Ian Smith Univerzitet Novi Brunsvik Kanada

Dr Andrea Frangi Insitut za projektovanje konstrukcija ETH Zirih, vajcarska

Drvene zgrade, kao bilo koje druge, predstavljaju delo za primer kada su materijali pravilno upotrebljeni, kada su strukturne forme i detalji izgradnje usmerene na zahteve nosivosti i upotrebljivosti, i kada su geometrija i unutranji raspored usmereni na poarnu bezbednost. Mnoga graevinska pravila ograniavaju drvene zgrade na etiri i est spratova, odraavajui drutvenu svest o efektima poara kao u sluaju Velikog poara u Londonu 1666. Meutim, kontrolni pejza se menja prepoznajui savremene mogunosti da se uoi i suzbije poar i da se zadri unutar zgrada. Ovo daje slobodu arhitektama i ininjerima da u potpunosti eksploatiu strukturalne kapacitete drveta kao graevinskog materijala. Na osnovu podatka da moderne drvene graevine imaju od 10 do maksimalnih 20 spratova, ovaj tekst je objanjenje glavnih graevinskih pitanja i naina na koji ima treba pristupiti. Kljune rei: zgrade; spregnute konstrukcije; proraun; poar; karakteristike; drvo. Uvod Nijedna moderna zgrada nije izgraena u potpunosti koristei samo jedan graevinski materijal, stoga termin drvene graevine oznaava one u kojima proizvodi od drveta ine veinu projektovanih delova konstrukcije. Principi koji vae za projekat visoke zgrade su zapravo opti za sve velike graevinske sisteme, i ovaj tekst je kontekstualno tumaenje aspekata svojstvenih nauci projektovanja. Veliina i oblik, detalji izgradnje, geografska pozicija i funkcionalna upotreba zatvorenog prostora podjednako utiu na usavravanje karakteristika ponaanja zgrada i oekivanog kvaliteta tog ponaanja. Dakle, kada govorimo o projektovanju visokih zgrada, pitanja njihove visine se moraju sagledati u svetlu mnogih arhitektonski definisanih varijabli. Sama visina zgrade ne odreuje mogunost dostizanja prihvatljivih reenja planova konstruisanja. Ono to je vano jeste da ininjeri moraju biti u mogunosti da predvide kontorlne faktore u datim projektant skim situacijama. Cilj ovog teksta je da prui savete po tom pitanju.

Slika 1:Poreenje nekih najviih prirodnih objekata i konstrukcija napravljenih ljudskom rukom Savremene drvene zgrade visoke do est spratova i 20 m grade se rutinski koritei lake graevinske sisteme, gde su viestruke rezidencijalne i poslovne zgrade najee. Naravno postoji mnogo konstrukcionih dodataka i sistemi imaju mogunost da rasporede unutranje sile ako podsistem padne. Konstrukcije starih pagoda u Aziji i fabrika u Novoj Engleskoj iz perioda pre Graanskog rata visokih do devet spratova i ispunjenih vibrirajuim tekim mainama, dokazuju da su drvene zgrade srednje visine za nerezidencijalne svrhe takoe vrlo praktine. Sakyamuni Pagoda u Kini je sagraena 1056. i vioka je 67,13m. Tesarske veze i gravitacijom izazvana trenja su sauvali pagode netaknutima kroz mnoge seizmike dogaaje. Izum livenog gvoa je doveo do smanjenja interesa za drvene graevine koje su stremile ka nebu, ali to se nije dogodilo zbog konstrukcijskih razloga. Izvesnije je da su gvozdene pagode od livenog gvoa bile izdrljivije, podnosei poare izazvane prirodnim ili vetakim putem i nisu trulile. Ovde je termin visoke drvene graevine upotrebljen da oznai sve to je vie od onoga to je graeno u skladu sa modernim zahtevima, gde je najvie oko devet spratova. Stoga, ono to iznosimo u ovom tekstu odnosi se na zgrade koje su visoke najmanje 10 spratova, sa praktinom gornjom granicom od 20 spratova. Sa pravom, s obzirom da to nikada nije uinjeno pod modernim propisima, arhitekte i graevinski ininjeri bi mogli da se zapitaju zato bi neko verovao da je mogue graditi moderne visoke zgrade od drveta. Najjednostavnije empiriko objanjenje je da je priroda namenila drvetu da funkcionie kao visoka struktura. Mnoga stabla sekvoje (Sequoia sempervirens) u Kaliforniji su procenjena na 3000 godina starosti i jo uvek snano rastu i visoka su kao prosena zgrada sa 26 spratova. Prema Ginisovoj knjizi rekorda, pali eukaliptus kod reke Watts, Viktorija, Australija, bio je preko 150m dugaak i najvia je vrsta poznata ljudima. Nekoliko materijala koje je ovek napravio dozvoljavaju pravljenje nosaa duine do 150m. Diskusije i komentari u dajem tekstu razmatraju tehnike barijere za graenje modernih drvenih zgrada i naina da se one prevaziu.

Drvo kao graevinski materijalPonaanje u poaru i razvoj graevinskih propisa Kao to svako ko je palio logorsku vatru zna, suve granice snano gore. Slino tome, mali delovi izloene suve drvene grae e brzo izgoreti u poarima u zgradama, pokazujui da su lako zapaljivi i de nee razviti zatitni sloj umura pre nego to njihove

mehanike mogunosti ne savlada sila gravitacije. Neporecivo, drvene zgrade sa nezatienim konstrukcijskim sistemom lakog okvira su izuzetno podlone vatri koja nije odmah opaena i suzbijena. Sa druge strane, velike dimenzije drveta ne gore lako u poarima ak i ako su veoma suve, jer je sam materijal slab provodnik toplote i stvaraju se zatitni slojevi umura. umur je efektna konica mogunosti brzog gravitacijom izazvanog kolapsa sistema koji se za nosivost oslanja na velike dimenzije drveta. Metalni delovi i spone se obino koriste da naprave veze izmeu elemenata, i takvi metalni delovi su potencijalno visoko ranjive veze u zavrenim konstrukcijama. Izloeni metalni delovi omekaju tokom poara, gube vrstou i deformiu se preterano izazivajui sistemske kolapse. Zbog toga je neophodno izolovati metalne delove u drvenim zgradama, ugraujui ih u elemente ili prekrivajui izloene povrine nezapaljivim materijalima. Glavni razlog zato su drvene zgrade gorele u prolosti jeste odsustvo efikasnih vatrogasnih odeljenja, ureaja za opaanje i suzbijanje poara i tehnologija borbe protiv vatre. Neoekivane istorijske katastrofe kao to je Veliki poar u Londonu 1666. i Bostonski poar 1872 dogodile su se jer tadanja tehnologija nije mogla da sprei rast i irenje poetno malih poara. Mnogi jo uvek primenjivi graevinski propisi koji ograniavaju visinu drvene zgrade na otprilike etiri sprata vode poreklo od velikih gradskih poara starog i novog sveta Evrope. Moderni konstrukcioni sistemi koji su pravilno zatieni od strane same masivnosti drveta, ili nezapaljivim povrinskim materijalima, mogu biti zahvaeni poarom, a da pritom ne izgore pre nego to vatrogasci stignu ili dok se bore sa vatrom. Ovaj podatak u kombinaciji sa modernim tehnologijama za opaanje i suzbijanje poara pokazuje da ne postoje dalji razlozi da se propisima ograniavaju visine drvenih graevina. Tokom nekoliko poslednjih decenija sigurnost od poara privukla je interes ininjera i naunika irom sveta. Nauka o zatiti od poara jo uvek ukljuuje tradicionalno testiranje na vatru, ali je sada uglavnom usmereno na osnovna ispitivanja delovanja poara. Tehnike mere za zatitu od poara su se razvijale i izuavano je ljudsko ponaanje u sluaju poara. Na osnovu takvog vanog znanja, nove kontrolne paradigme zasnovane na karakteristikama poinju da se pojavljuju i da prepoznaju da osiguravanje zadovoljavajueg ponaanja zgrada u poaru nije mogue kroz diskriminiue zabrane upotrebe odreenih materijala. Propisi projektovanja zgrada zasnovani na karakteristikama, od kojih emo sada navesti nekoliko, primenjivi su na sve aspekte prorauna zgrade. Ostvareni principi, ciljevi i apsolutna ogranienja povezana sa karakteristikama nezavisna su od graevinskih materijala koji e se koristiti. Prema tome, projektanti potencijalno imaju mnogo slobodniju mogunost nego ranije da ponude reenja prilagoena klijentovim potrebama i odreenim situacijama, kao i da iskoriste mogunosti materijala kao to je drvo. Mehanika svojstva i mogunosti Prividno, mehanika svojstva drveta mogu se smatrati niskim u poreenju sa ostalim uobiajenim materijalima. U optim uslovima, vrstoa na zatezanje punog drveta je u redu od 10-20% vrstoa na zatezanje od uobiajeno dostupnih stepena konstrukcijskog elika, dok je vrstoa na pritisak punog drvveta otprilike 5 10% iste vrstoe kao elik. Meutim, vrstoa nekih modernih kompozita baziranih na drvetu je obino najmanje

dva puta vea od vrstoe seenog drveta. U poreenju sa obinim betonom, puno drvo je mnogo superiornije pri zatezanju i ima oko pola vrstoe na pritisak betona normalne teine. to se tie tvrdoe, elici su 10 do 20 puta vri od punog drveta, dok je obian beton tri do pet puta vri. Ako umesto poreenja na osnovu absolutnih vrednosti, normalizujemo sa masom po jedinici zapremine, veoma razliiti zakljuci e se pojaviti kada su mehanike produktivnosti drveta, elika i betona u pitanju. Drvo ima otprilike peti deo gustine betona i esnaesti deo gustine eilka. Upravo nainjena poreenja pretpostavljaju da je puno drvo uglavnom optereeno paralelno sa pravcem vlakana, to je prvenstveni nain naprezanja drveta. Kvalifikacija se takoe odnosi na neke moderne kompozite bazirane na drvetu, ali ne na ostale. Iako se puno drvo najee javlja sa pravougaonim i drugim jednostavnim poprenim presecima, ono je neefikasno geometrijama poprenog preseka. Konano, drvene i na drvetu zasnovani kompoziti mogu da prime pritisak kao beton, ili opte konstrukcijske zadatke kao elik. Trajnost U neodgovarajuim uslovima, drvo e propadati, jer zapravo priroda je uredila da truli nakon to izumre kako bi vratilo minerale i hranljive sastojke zemlji. Sa naune strane posmatrano treba potovati pravilo da e drvo malo verovatno truliti ako stopa suenja sredine prelazi stopu vlanosti. Insekti mogu biti mnogo podmukliji neprijatelji drvenih konstrukcijaod gljiva. Posebno je teko izboriti se sa termitima u toplijim predelima, mada predstavljaju rastuu pretnju i u hladnijim regionima jer su ih ljudi preneli u vetaki ugrejane mikroklime u kojima oni opstaju. Postoje efektivne strategije protiv tete koju nanose insekti, od kojih je vetako trovanje drveta koristei razliite prirodne i sintetike hemikalije delotvorno reenje, ali esto osuivano kao neprihvatljivo za sredinu kao iroko primenjivana strategija. Konano, izazovi u uporebi drveta u konstrukcijama su kompleksni, ali ne vie od onih koji se vezuju za upotrebu drugih materijala.

Iskustvo sa niskim drvenim zgradamaMnoge konstrukcione forme su usvoje za izgradnju zgrada male i srednje visine kako bi se postigla krutost, vrstoa, stabilnost i robustnost. Preferirani sistemi i detalji izgradnje variraju od regije do regije, ali oni prikazani na slici.2 su najuobiajeniji. Granina stanja nosivosti Proraun prema graninim stanjima nosivosti kao to su prevrtanje i lom u principu se ne razlikuje od prorauna zgrada graenih primarno od drugih materijala. Potrebno je razmotriti neke bitne osobine i ponaanja svojstvena drvetu, ali su one dobro shvaene i ukljuene u savremene propise. Iskljuujui pitanje loe izrade, to predstavlja problem koji moe biti ,,Ahilova peta'' niskih graevina, sposobnost ak i neproraunatih drvenih zgrada da izdre izuzetno optereujue dogaaje kao to su zemljotresi i cikloni je bila za primer. Dobro iskustvo na terenu obino se objanjava prilino visokom apsolutnom

vrstoom drveta; sposobnou elemenata, podsistema i mehanikih spojeva da se sutinski deformiu pre pada; i svojstvenoj robusnou oblika. U sluaju seizmikih potresa, dobro ponaanje kroz

Tradicionalne zgrade -vie vrsta stambenih jedinica

Moderne zgrade sa tekim okvirom

Moderne platformne zgrade -uglavnom rezidencijalne jedinice-zidovi od drveta ili kombinovani -kombinovani podovi, spojeni drvetom ili od drvene ploe -spratovi su upakovani kao kutije za cipele meusobno povezane -vie od 4 sprata je neuobiajeno -primeri od 6 spratova postoje u nekim zemljama -proraun nije uvek obavezn

-nerezidencijalnog tipa -kombinovani zidovi -stubovi i grede od punog drveta -zidovi odolevaju svim vrstama -horizontalna spreg dodat kako bi optereenja se odolelo bonim silama -drvena gornja ploa -veze projektovane za aksijalne i -drveni okviri krova sile smicanja -najea su 2 ili3 sprata -kombinovani ili drvetom spojeni -postoje primeri od 5 i 6 spratova gornji spratovi -gradnja zasnovana na iskustvu -vie od 2 sprata je neuobiajeno -proraun je obavezn

istoriju se takoe pripisuje visokom odnosu vrstoe i mase drveta, to znai da su inercijalne sile relativno male. Svojstvena velika raznovrsnost osobina drveta olakava podelu optereenja i stvaranje alternativnih puteva prenosa optereenja u podsistemma i celim sistemima pratei lokalno ruenje. Samo drvo karakterie veoma malo priguenje, ali zavrene zgrade mogu sasvim da pokau modalna priguenja. Uglavnom, posebno priguenje, potie od nepovratnih deformacija i priguenja usled trenja. Kao i niske zgrade, visoke zgrade treba da koriste visok odnos vrstoe i mase drveta; da imaju sposobnost da razviju alternativne puteve prenosa optereenja i oteenja; i da apsorbuju energiju vezanu za sile inercije kada je lom blizu. Potreba za vrstom kontrolom kvaliteta komponenata proizvodnje i izgradnje je oigledna nakon posle prekida posmatranja razloga zbog kojih su zgrade padale, nagovetavajui prednost prefabrikovanih sistema. Kako e komponente biti projektovane i napravljene u fabrici, moe se oekivati da e mehanike reakcije komponenata biti manje varijabilne nego za niske zgrade. Zbog toga e obazrive metode poveane raspodele sile u sluaju pada podsistema biti potrebne kako bi se izbegla nesrazmerna teta na sistemima. Zatita od velikih konstrukcijskih oteenja se moe integrisati sa strategijama suzbijanja poara, kojima takoe ne treba dozvoliti da naprave nesrazmernu tetu. Granina stanja upotrebljivosti

ak i za niske graevine, projektovanje prema graninim stanjima upotrebljivosti je presudni faktor za njihovu svakodnevnu eksploataciju. Moe se oekivati da obezbeivanje svakodnevne funkcionalnosti i komfora bude bar podjednako vano za visoke zgrade. Najpoznatiji konstrukcijski problemi eksploatacije u drvenim zgradama su preterane vibracije izazvane aktivnostima ljudi i delovanja opreme. Ovo obino utie da ili lokalno ili globalno odnosi modalne krutosti prema modalnoj masi budu nedovoljno visoki, ili da ogranienja deformacija budu neadekvatna. Uglavnom, delotvorna reenja ukljuuju kombinacije visoko frekventnog podeavanja i pravilnog izbora detalja konstrukcije. U niskim drvenim graevinama problemi vibriranja se obino manifestuju kao vertikalna pomeranja, ali u zgradama srednje visine i vertikalna i horizontalna kretanja mogu biti problematina. to je drvena zgrada via to je tee izbei problematina sistemska pomeranja i prenos vibracija izmeu stanova. Mnoga pojednostavljena projektantska reenja su predlagana u cilju da se kontrolie intezitet preteranih vibracija kroz neposredna sredstva, kao to je ogranienje statinog ugiba usled koncentrisanog optereenja, ali su ovakvi pristupi visoko nepouzdani i treba ih izbegavati. Pokuavajui da se stvori strukturalna produktivnost koja smanjuje upotrebu materijala na minimum, veoma je uobiajeno graditi drvene zgrade sa spojenim zidovima manje teine i slojevitom podnom podlogom. Ovi podsistemi su obloeni ploom i esto obuhvataju merno podruje iza soba i iza stanova za jednu osobu, stvarajui idealne puteve za prenoenje vibracionih i zvunih talasa. Najbolja su ona reenja koja kombinuju izolaciju mesta irenja od mesta receptora uz rasipanje mase na izabranim lokacijama. U niskim graevinama ovo se obino ne radi, ali na graevinama srednje visine prilino je uobiajeno. Visoke drvene zgrade moraju biti projektovane protiv potencijalnog vibracionog i zvunog prenoenja, sa akcentom na izolaciji; zatiti od priguenja; i pravilnom rasporedu relativno masivnih elemenata kao kljunih komponenata strategija dobrog reenja.

Neki osnovni propisi za projektovanje visokih zgradaStrukturna sigurnost Rizici od smrti koji su drutveno prihvaeni su procenjeni na 0,14 x 10-6 i 4 x 106 godinje u ruenju i poarima u zgradama. Iako je nemogue da se stvarno kroz projektovanje zagarantuju niski nivoi rizika kako je planirano, savreno je izvodljivo skicirati podesne ciljeve projektovanja. Jedan od ciljeva za visoke drvene zgrade treba da bude da one ne trpe nikakvu tetu na primarnom konstrukcijskom sistemu kao rezultat proraunskih optereenja scenarija opisanih u primenjivim propisima. Prihvatanje ovoga implicira da visoke zgrade treba projektovati da povrate sve deformacije na primarnom sistemu kada se vremenski promenjive spoljne sile osim optereenja spratova, uklone. Uticaj razliitih mera i razliitih tipova izgradnje (zapaljivi/nezapaljivi) na sigurnost od poara prouavan je u kantonima Berna i Ciriha, vajcarska. Uoen je jasan uticaj upotrebe zgrade, starosti i tipa izgradnje na rizik. Zgrade sa nezapaljivim konstrukcijama imale su manja oteenja od poara od zgrada sa zapaljivim konstrukcijama. Ipak, za moderne drvene zgrade nije bilo razlike u teti od poara u poreenju sa nezapaljivim konstrukcijama. Ljudsko ponaanje u sluaju poara je veoma vano i jako utie na rizik, i projektovanje za to je mnogo vanije od zaraunavanja zapaljivosti materijala.

Niske platformne konstrukcije-spratovi su upakovani kao kutije za cipele -kljuna konstrukcijska pitanja su otpornost na smicanje u horizontalnom pravcu -horizontalma pomeranja obino nisu problematina otpornost na umerene sile prevrtanja meu slojevima -otpornost na umerene sile prevrtanja izmeu slojeva -plitko fundiranje je adekvatno -modalni oblici su jednostavni -zahtevi detalja konstrukcije nisu slini za vetar i seizmiko projektovanje

Visoke platformne konstrukcije-spratovi su upakovani kao kutije za cipele -kljuna konstrukcijska pitanja su: 1)otpornost na smicanje u horizontanom pravcu 2)otpornst na odizanje i pritisak u zidovima -horizontalna i, mogue, vertikalna pomeranja problematina -sile prevrtanja su velike -plitko fundiranje nije adekvatno -modalni oblici mogu biti kompleksni -detalji konstrukcije se ne razlikuju za seizmiko

Optimizacija esto se velika panja posveuje pojmu strukturne optimizacije, kako u literaturi, tako i praksi projektovanja. Praktino to je oblik smanjivanja mase graevinskih materijala koja se koristi. Ipak, optimizacija mase drvenih graevina na osnovu vrstoe i statinih deformacijskih reakcija moe izazvati brojne nepoeljne karakteristike i svojstva. Zbog toga, optimizacija ne treba samo da bude izbor sistema koji umanjuje masu (ili izraunati troak) alternativnih stratekih reenja, kada je opti odgovor u optimiziranom konstrukcijskom proraunu komponenati. Optimizacija u projektovanju visokih drvenih zgrada treba da se zasniva na viestrukim ciljevima povezanih sa:graninim stanjima upotrebljivosti; i nekonstrukcijskim karakteristikama . Slika 3 poredi unutranje tokove sile za koje se oekuje da budu od primarne vanosti u niskim zgradama nasuprot visokim drvenim zgradama zasnovanim na pretpostavci takozvanog platforma tipa izgradnje i seizmikih potresa zemlje. U modernoj niskoj gradnji, kljune unutranje dejstvo su horizontalne sile izmeu slojeva kroz dubinu sistema. U visokim zgradama, vano unutranje dejstvo su horizontalne sile smicanja i aksijalne sile izazvane gravitacijom i savijanjem. ak i bez posebnog definisanja promenljivih ili prorauna,

jasno je da e u projektovanju visokih zgrada kontrolna horizontalnog nagiba biti problematiana. Posebno u cilju kotrolisanja veliine horizontalnog nagiba, moe se predvideti da e esto biti nemogue ak i za drvene zgrade od osam ili deset spratova visine ukljuiti sva drvena reenja ako je geometrija zgrade uska. Zgrade koje su vie od uobiajenih moraju biti spregnute konstrukcije, sa drvenim podsistemima izvedenim oko konstrukcije od elika ili armiranbetonskog jezgra koje dodaje krutost za globalno kontrolisanje nagiba. Proraun zasnovan na karakteristikama Usko povezani razvoj propisa projektovanja zasnovanih na karakteristikama i potrebe za poarnim ininjeringom kao razvijenom primenjenom naukom je pomerilo granice onoga to ininjeri i arhitekte mogu da urade. I pored toga, nerealno je pretpostaviti da e zakonodavne vlasti uiniti drugaije od postepenog pristupanja liberalizacije onoga to je dozvoljeno graditi od drveta. Takoe, moe biti oekivano da e vlasnici imati oprezan pristup. Zbog toga je potrebno projektovati visoke zgrade na takav nain da postoji dobro definisana podela zgrada na odeljke sa barijerama izmeu podprostora koje su delotvorne barijere protiv poara. Izbor i definiciju strukturalnog koncepta treba integrisati sa projektom funkcija zgrade (npr.grejanje, ventilacija, klima), u cilju da se ispravno garantuje integritet poarnih odeljenja. U visokim zgradama robustni izlazni otvori su mogui samo ako su poarna odeljenja mala, ili ako su sekundarni konstrukcijski sistemi obezbeeni da podre druge delove zgrade u sluaju da su odreena poarna odeljenja oteena. Sekundarni konstrukcijski sistemi moraju biti u mogunosti prime puno stalno optereenje i odreenoj meri povremena optereenja (npr.sneg, delovanja vetra). U modernom kontekstu, graevinski propisi takoe zahtevaju efektivne kontramere protiv nesrazmernih oteenja usled prirodnih nepogoda kao to je zemljotres, sluajnim dogaajima kao to je eksplozija gasa ili namernim unitavanjem kao to su bombe. Ako su dobro projektovane, sredstva snabdevanja sistema strukturnom vrstoom posluie viestrukoj svrsi i nee zahtevati duplikat.

Vanost geometrije, strukturne forme i sistemskog miljenjaGeometrija i strukturna forma Kako je napomenuto u uvodu, diskusija o visini zgrada je neprecizni nacrt da li je ili nije teko projektovati i izgraditi ih. Dodavanjem dimenzija geometrijskih proporcija i strukturne forme nacrtima omoguava neke opte tvrdnje o kompleksnosti projektovanja. Najjednostavnije za projektovanje i izgradnju su zgrade zdepaste forme(tj.umeren odnos visine i dimenzije osnove) sa puno unutranjih pregrada. Ovo je injenica nezavisno od apsolutne visine. Nezavisno od apsolutnih dimenzija, geometrijskog oblika i usvojene strukturne forme, ono to proima projektovanje visokih drvenih konstrukcija je potreba za razmiljanjem kako e se sistem ponaati u eksploataciji. Zato su sistemski pristupi neophodni je prikazanao kroz jednostavan primer vezan za vrstou a koji se tie mehanikih veza. Pretpostavimo da veze imaju elastino plastinu reakciju u kojoj poputanje metalnih delova, kao to su spojna sredstva, rezultira velikom izduenju koja prethodi iznenadnom

gubitku snage. Standardna praksa u takvim trenucima jeste zasnivanje prorauna na teenju usled optereenja dobijenim na nivou deformacije d. Ipak, usled kompatibilnih veza, sistem e pasti ukoliko veza deformie iznos dc koja je manja od d. U takvim okolnostima znailo bi da su projektovane veze zasnovane na kapacitetu teenju bile preslabe i previe fleksibilne i da su doprinele nestabilnosti sistema. Ovakve situacije se deavaju, na primer, oko obima smicanja zidova. Za oekivati je da e u velikim i visokim zgradama biti mnogo lokalizovanih ,,geometrijski prilagoenih ogranienja i ,,elastine do krute veze elemenata'' ograniavajui mogunost veza da se sutinski deformiu. Prema tome, nije pouzdano misliti o taki posle poputanja neelastinih deformacija u vezama kao o izvoru rasipanja energije kada visoke zgrade moraju da izdre seizmike potrese. Uopte, sistemsko miljenje ukljuuje pitanja kao to je identifikacija moguih mehanizama koji izazivaju optu nestabilnost; optimizacija protonih puteva za prenoenje sila; identifikacija moguih problema upotrebljivosti; i optimizacija u sluaju poara. Simbiotika reenja Sistematsko miljenje je jedini nain da se postignu simbiotika reenja za viestruke ciljeve. Kao ilustracija, slika. 4 prikazuje hipotetiki sistemski projekat visokih drvenih zgrada. Specifinosti prikazane eme nisu vane ali e ispitivanje dijagrama otkriti da je u pitanju pokuaj implementiranja potpunog reenja raznovrsnih faktora. Mnogi drugi mogui pristupi postoje i ono to je najprikladnije moe puno varirati od projekta do projekta. Postoje veoma ubedljivi razlozi zasnovani na mehanici loma zato projektovanje velikih graevinskih sistema treba zasnivati na elastinim analizama. Nezavisno od veliine objekta, jednom zapoeto oteenje e nastaviti da se iri ako poveanje u delovanju

Mikro-ojaan betonski pod Sloj peska Konsrukcijsko drvo (ploa ili spajano) Malter na elastinim podlogama sistema od poslednjeg porasta oteenja prevazilazi sumu energetskih gubitaka u sistemu izazvanih poslednjim porastom oteenja. Uopte, ne bi trebalo oekivati da e zadravanje konstrukcijske reakcije visoke zgrade u elastinoj oblasti(i njihovo projektovanje na pretpostavci loma) mnogo poveati trokove izgradnje. Razlog je to e dominanti faktori koji utiu na odreivanje konstrukcijskih elemenata biti razmatranje upotrebjivosti. Izgradnja zasnovana na iskustvu o ponaanju niskih drvnih konstrukcija, izbegavajui potrebu upotrebe velike koliine drveta kako bi se prevazili problemi eksploatacije u visokim zgradama je stvar pravilnog izbora strukturnih formi i detalja izgradnje. Ne postoji nita izvesnije od toga da e oni projekti, u kojima su izbor strukturne forme i detalja izgradnje nepovezani postupci, najverovatnije rezultirati zgradama sa razoaravajuim karakteristikama. Vraajui se konceptualno konstruktivnom sistemu prikazanom u slika 4, moe se primetiti da je snaan akcenat stavljen na razdvajanje vibracije i zvuka i zatitu od strukturnog priguenja. Stvaranje delotvornih multifunkcionalnih ,,izolacionih slojeva u zgradama nije lako i mnogo panje se mora posvetiti prikladom izboru detalja. Detalji ipak ne moraju biti sloeni. Na primer, jednostavan projekat tavanice na prikazu slike 5 je multifunkcionalan. Takve tavanice ne moraju biti skupe za izgradnju i moe se oekivati da se dobro ponaaju u poaru, da ublae preterane vibracije, da obezbede znatnu akustinu i toplotnu izolaciju, i da doprinesu sveukupnom priguenju sistema potrebnom da umanji horizontalno pomeranje tokom normalnih ili izuzetno snanih vetrova i seizmikih potresa. Nepobitno je da je veina onoga to je ovde predloeno kao neophodni deo sistemskog projektovanja visokih drvenih zgrada daleko od uobiajenog kada je projektovanje niih drvenih graevina u pitanju. Meutim, ako su pitanja koja zahtevaju akcenat u projektovanju razliita, upotreba razliitih pristupa projektovanja je osnova dobre ininjerske prakse.

ZakljuakOpte je prihvaeno projektovanje drvenih zgrada umerene visine, zasnovane na pojednostavljenim konstrukcijskim metodama projektovanja. Meutim, da bi se izgradile zgrade visoke 20 do 30 spratova visokog performansa, nuno je upotrebiti najnaprednije analize i tehnike projektovanja. Tenja ka tome e nesumnjivo zahtevati podizanje tehnikog nivoa discipline izgradnje od drveta uopte, a prednosti e doprineti i drugim tipovima konstrukcija u kojima je drvo primarni graevinski materijal.

POARNO PROJEKTOVANJE ZA VISOKE DRVENE KONSTRUKCIJE

Dr Andrea Frangi Insitut za projektovanje konstrukcija ETH Cirih, vajcarska

Prof.Dr Mario Fontana Institut za proj. konstrukcija ETH Cirih, vajcarska

Dr Markus Nobloh Institut za proj. konstrukcija ETH Cirih, vajcarska

PregledZasnovan na postojeim znanjima u oblasti poarnog projektovanja drvnih konstrukcija ovaj tekst predstavlja opti koncept protivpoarne bezbednosti za visoke drvene zgrade. Prvi deo teksta predstavlja pregled delovanja vatre i poarne bezbednosti i ukazuje na osnovne razlike izmeu visokih i zgrada srednje visine kada je poarna bezbednost u pitanju. Analiza omoguava formulisanje optih koncepata bezbednosti od poara za visoke drvene zgrade. U drugom delu predstavljeni su neki eksperimentalni rezultati o ponaanju drvenih struktura usled prirodno izazvanog poara vani za visoke drvene zgrade. Kljune rei: visoke drvene zgrade; ponaanje drveta u poaru; potpuni poarni testovi; sistem prskalica; koncept protivpoarne bezbednosti; poarni propisi; projektovanje zasnovano na ponaanju u poaru.

UvodZapaljivi graevinski materijali kao to je drvo gore po svojoj povrini, oslobaaju energiju i na taj nain doprinose irenju i razvijanju dima u sluaju poara. Zapaljivost drveta je jedan od glavnih razloga koji su doveli da veina graevinski propisa ukljuuje snana ogranienja za upotrebu drveta kao graevinskog materijala i broja spratova drvenih graevina. Na primer, do 2005. nove drvene konstrukcije u vajcarskoj su bile uglavnom ograniene na niske zgrade sa ne vie od dva sprata. Osnovni preduslov za upotrebu drveta u izgradnji visokih drvenih zgrada je odgovarajua bezbednost od poara. Bezbednost od poara je vaan doprinos oseaju konfornosti i vaan kriterijum pri izboru materijala za rezidencijalne zgrade.

Istraivaki projekatPoarna otpornost spregnutih ploa drvo-beton Poarna otpornost drvenih ploa napravljenih od elem.upljeg jezgra Poarna otpornost laganih drvenih sklopova zidnih ramova Poarna otpornost zidova od drvenih blokova Poarna otpornost viestrukih veza smicanja elik-drvo Ponaanje pri poaru drvenih modula hotela

Tip testiranjaTestovi ponaanja pri poarnom izlganju po ISO Testovi ponaanja pri poarnom izlganju po ISO Testovi ponaanja pri poarnom izlganju po ISO Testovi ponaanja pri poarnom izlganju po ISO Testovi ponaanja pri poarnom izlganju po ISO Sveobuhvatni testovi u uslovima prirodnog poara

Trajanje poarnog testa 60 do 90 min 60 do 105 min 60 min 30 do 90 min 30 do 70 min 4 min do gaenja

Tabela 1: Pregled nekih nedavnih istraivanja o ponaanju drvenih konstrukcija u poaru koje je sproveo Institut za konstrukcijsko projektovanje ETH Cirih Od sredine 90 ih godina, mnogi istraivaki projekti su bili usredsreeni na ponaanje drvnih konstrukcija pri poaru irom sveta. Neki projekti su bili voeni u Institutu za graevinsko projektovanje u Cirihu (Institute of Structural Engineering of ETH Zurich) sponzorisani od strane vajcarske agencije za ivotnu sredinu, ume i pejza (BAFU) i u saradnji sa vajcarskom federalnom laboratorijom za testiranje i istraivanje materijala (EMPA) i drugim industrijskim partnerima (vidi Tabelu 1). Istraivaki projekti su ciljali na prilupljanje osnovnih informacija i podataka o bezbednoj upotrebi drveta, posebno za viespratne zgrade. Novi neispitani koncepti i modeli poarnog projektovanja su razvijeni na osnovu sveobuhvatnih testiranja elemenata kao i velika statistika baza podataka o poarima u drvenim i betonskim ili zgradama od cigle. Aktuelno bolje znanje u oblasti poarnog projektovanja drvenih konstrukcija kombinovano sa tehnikim merama, posebno sistemima prskanja i detektora dima, i oblinjim dobro opremljenim vatrogasnim brigadama, dozvoljava bezbednu upotrebu drveta u irem polju primena. Kao rezultat istraivakih projekata, vajcarski poarni propisi sada dozvoljavaju upotrebu drvenih konstrukcija na viespratnim rezidencijalnim zgradama srednje visine do est spratova. Mnoge druge zemlje su takoe odobrile upotrebu drveta za zgrade ili su uvele poarne propise koje dozvoljavaju upotrebu drveta na osnovu karakteristika. ak i uz napredak tehnike protivpoarne bezbednosti kao nove discipline koja ukljuuje sve aspekte poarne bezbednosti (strukturni, tehniki, organizacioni) i njeno spajanje sa projektovanjem zgrada, nerealno je pretpostaviti da e vlasti dozvoliti neogranienu upotrebu drveta u izgradnji visokih zgrada irom sveta u bliskoj budunosti. Zasnovano na trenutnim znanjima u oblasti poarnog projektovanja drvenih konstrukcija, ovaj tekst predstavlja opti koncept bezbednosti od poara za ,,budue'' visoke drvene zgrade. Kako nijedna moderna zgrada nije izgraena koristei samo jedan graevinski materijal, termin drvena graevina se odnosi kombinovane konstrukcije u kojima se koriste razliiti materijali, s tim to je veina obima i mase konstrukcije (podovi i zidovi) izgraena od drveta ili kompozitnih proizvoda.

Dejstvo poaraSlika 1 predstavlja razvoj vatre u tipinoj prostoriji. Posle paljenja, vatra se moe iriti veoma brzo, veoma sporo (npr. vatra koja tinja) ili se moe uguiti, u zavisnosti od rasporeda zapaljivih materija u blizini izvora vatre, od tipa zapaljivog materijala kao i od

Slika 1 geometrije, dimenzija i ventilacije sobe. Vatra koje se iri bez kontrole protivpoarnog delovanja moe dovesti do brzog porasta temperature i do poarnog preskoka, kada sav nezatieni zapaljivi materijal izgori. Proces sagorevanja oslobaa energiju toplote, gasova i dima. Dok su gasovi i dim najei usmrtioci u poaru (otprilike 80% stradanja u poaru je usled dima), vrelina je glavni razlog tete koja se nanosi konstrukciji zgrade. Kako se mehanike i termike osobine graevinskih materijala menjaju sa porastom temperature, poznavanje razvoja vreme temperatura tokom poara je veoma vano za analizu strukturnog poara. Kako bi se opisalo delovanje vatre kroz pojednostavljene modele, nekoliko nominalnih krivih poara je predloeno u propisima kako bi se upotrebile u procesu projektovanja. Najee primenjivane krive poara su ISO 834 i ASTM E119, koje su skoro identine. Za specijalne poarne situacije razvijene su druge krive poput krive ugljovodonika i krive spoljne vatre. Nominalne poarne krive predviaju jednostavnu vezu temperature gasova u odeljenju kao funkcije vremena. One predstavljaju fazu potpuno rairene vatre. Znaajan period vremena koji ponekad proe od pojave vatre do njenog potpunog irenja je zapostavljen. Dalje, faza hlaenja vatre nije uzeta u obzir i nominalne krive poara monotono se poveavaju sa vremenom. Realniji modeli poara dati su krivama parametarskog poara, koje uzimaju u obzir najvanije parametre razvijanja temperature, naime: - poarno optereenje (koliina,vrsta i raspored zapaljivog materijala); - uslovi ventilacije u prostoriji - termike karakteristike zatite i; - protivpoarno delovanje Krive parametarskog poara su izraunate uz pojednostavljene formule razvijene za limitirane uslove okruenja, kao to je dato za primer u Ref. (12). Za obuhvatniju i detaljniju analizu, potrebno je koristiti kompjuterske simulacije, npr. modeli zona sa vie

prostorija ili raunski modeli tene dinamike. Uz takve simulacije potrebno je razmotriti komplikovanija okruenja i detaljnije parametre od pojednostavljenih krivih parametarskog poara. Meutim, upotrebom kompjuterskih simulacija sa modelima dinamike poara moe oduzeti mnogo vremena i novca. Uz to, koristei pristup verovatnoe u simulaciji poara, mogue je ukljuiti ulazne parametre kao varijable kako bi se dolo do varijanti relevantnih za analizu. Meutim, za praktine projekte takav pristup je jo uvek ogranien zbog svoje sloenosti i izdatka.

Protivpoarni ciljevi i strategijeZnanje o osnovnom ponaanju poara, stanara i zgrada tokom poara je vaan preduslov za razvoj uspene protivpoarne strategije. Na bezbednost od poara se mora gledati kao na osnovni zahtev u izgradnji zgrada jednak po vanosti ponaanju konstrukcije pri podnoenju optereenja u normalnim uslovima. Najefikasniji nain da se kontroliu efekti poara jeste da se utvrdi sveobuhvatna protivpoarna strategija uz adekvatnu kombinaciju mera koje bi ispunile ciljeve protivpoarne bezbednosti. U zavisnosti od tipa konstrukcije razliite kombinacije tehnikih i organizacionih mera su potrebne pored tradicionalni mera zatite od poara. Poetna taka svakog efikasnog protivpoarnog koncepta data je u sledeim optim ciljevima protivpoarne bezbednosti: bezbednost stanara i vatrogasne jedinice bezbednost komija i njihovih poseda ogranienje finansijskog gubitka (zgrada i sadraj) zatita okoline u sluaju poara.

Kako je postizanje potpune bezbednosti nemogue, nivo prihvatanja mora biti kvantifikovan od strane vlasti ili u sluaju novanog gubitka sa vlasnikom ili osiguravajuim drutvom. Ovi ciljevi mogu biti dostignuti uz razliite koncepte protivpoarne sigurnosti uzimajui u obzir tip konstrukcije i stambenih jedinica. Propisane poarne uredbe daju detaljna pravila vodei do standardnih koncepata. Smatra se da standardni koncepti pruaju prihvatljiv nivo bezbednosti. Upotreba standardnih koncepata protivpoarne bezbednosti ne zahteva dalje proveravanje rizika od poara i garantuje odobrenje od strane vlasti. Meutim, principi projektovanja zasnovani na ponaanju koji se slue detaljnom analizom na bazi verovatnoe i konstruisanja mogu se koristiti za optimizaciju mera protivpoarne bezbednosti, posebno za neuobiajene zgrade gde ne postoji dugo iskustvo.

Koncept poarnog projektovanja rezidencijalnih drvenih zgrada

Kao primer za standardne protivpoarne principe (strukturni princip) poarni zahtevi prema vajcarskim poarnim uredbama za elemente sa noseim i razdvajajuim funkcijama u rezidencijalnim zgradama dati su u Tabeli 2. Ako su aparati za gaenje poara prisutni, zahtevi za otpornost u poaru dati u Tabeli 2 su redukovani. Upotreba drvenih konstrukcija je dozvoljena u rezidencijalnim zgradama do est spratova. Zahtev R60/EI130(nbb) ili EI60/EI30(nbb) znai da e nosei elementi zgrade i elementi za odvajanje imati zatitnu nezapaljivu oblogu sa otporom same obloge na poar od 30 minuta.

Slika 2:Primeri poprenih preseka sa poarnom otpornou REI60/EI30(nbb) Slika 2 pokazuje primere poprenih preseka sa otpornou na poar REI60/EI30(nbb). U Fig 2(a) oblaganje sa obe strane drvene konstrukcije su EI60. To znai da unutranjost drvene konstrukcije ne mora biti projektovana za posebnu otpornost na poar, poto je otpornost garantovana samim oblaganjem (reenje predloeno na Slici 2(a) moe s toga osigurati otpronost due od 60 minuta). Na Slici 2(b) i (c) obloge na obe strane drvene konstrukcije su EI30 (u sluaju da otpornost drvene konstrukcije na poar bude bar R30). Vano je primetiti da prisustvo izolacije sa takom topljenja 1000 C unutar zidova (vidi Sliku 2(b)) moe poboljati vreme otpornosti zida na poar, samo ako izolacija ostane na mestu posle pada obloge zahvaene poarom. Pored zahteva o upotrebi zapaljivih materijala i otpornosti elmenata zgrade na vatru poarne uredbe daju obavezna pravila za projektovanje poarnih izlaza u vidu hodnika i

stepenica, izlaza u sluaju opasnosti, i obavezne organizacione i tehnike mere kao to su detektori dima i alarm sistemi, sistemi prskanja, sistemi isputanja dima, itd. Sve ove mere su zahtevane nezavisno od vrste graevinskog materijala koji se koristi. Osnovni bezbednosni cilj za standardne zahteve dat u Tabeli 2 za rezidencijalne zgrade srednje visine jeste da stanari mogu da napuste zgradu ili da mogu biti evakuisani od strane vatrogasnih jedinica u sluaju poara. Ograniena visina zgrada igra vanu ulogu za akciju vatrogasne jedinice. Uredbe priznaju da se protivpoarni ciljevi usvojeni za rezidencijalne zgrade srednje visine mogu postii uz date zahteve uprkos zapaljivosti upotrebljenog strukturnog materijala.Spratovi Nosei elementi Razdvajajui elementi

1

2Proraun za normalnu temperaturu

EI30

3 R30 EI30

4 R60 EI30

5-6 7-8 R60/EI30 R60(nbb) (nbb)

Visoke zgrade

R90(nbb)

R60/EI30 EI60(nbb) EI 90(nbb) (nbb) Tabela 2:Poarni elemenri za razdvajajue i nosee elemente u rezidencijalnim zgradama zasnovanim na konstrukcijskom konceptu koji zavisi od broja spratova (Visoke zgrade su definisane kao zgrade sa ukupnom visinom veom od 25 m ili u kojima je poslednji sprat smeten na visini vioj od 22m od nivoa terena koji koriste vatrogasci) nbb-nezapaljivi materijalEvakuacija ljudi tokom poara Izvodljiva Pogorana, ostati na sigurnom mestu do gaenja irenje vatre na druge delove zgrade Prihvaeno posle def.vremenskog perioda Neprihvaeno Kolaps zgrade Neprihvaeno Neprihvaeno

EI30

Vrsta zgrade Srednje visine Visoke zgrade

Tabela 3

Princip poarnog projektovanja visokih drvenih zgradaKoje su glavne razlike izmeu visokih i zgrada srednje visine kada je u pitanju protivpoarna bezbednost? Zbog visine visokih zgrada, stanarima smetenim u gornjem delu zgrade je potrebno vie vremena da napuste zgradu u sluaju poara. Vatrogasnoj jedinici je takoe potrebno vie vremena da pree rastojanje i bori se protiv vatre. Moe se desiti da neki poarni izlazi budu blokirani i da evakuacija stanara alternativnim putevima ili uz pomo spasilake ekipe ne bude mogua. Iz ovih razloga, princip protivpoarne bezbednosti prihvaen za visoke zgrade zasnovan je na situaciji da izvestan broj stanara smetenih u gornjem delu zgrade ne moe da je napusti. Dalje je pretpostavljeno da poar ne moe biti uguen i da se nastavlja dok sav zapaljivi materijal u poarnoj jedinici ne izgori. Zasnovano na ovom scenariju visoke zgrade moraju da ispune poarne zahteve koji su rigorozniji nego za

zgrade srednje visine. Zahtevi za graevinske elemente mogu se formulisati na sledei nain: Razdavajajui graevinski elementi bie projektovani na nain da mogu poptuno da se ugase, tako spreavajui nekotrolisanu vatru da se proiri na ostale delove zgrade tokom celokupnog trajanja poara. Nosee elementi u zgradi e biti projektovani na nain da spree kolaps konstrukcije potpunim gaenjem poara bez intervencije vatrogasne jedinice.

Tabela 3 daje pregled glavnih razlika izmeu visokih i zgrada srednje visine kada je evakuacija ljudi, irenje vatre i ponaanje konstrukcije u pitanju. Moe se zakljuiti da visoke zgrade moraju biti projektovane tako da stanari mogu preiveti potpuno gaenje poarnog odeljenja ostajui u drugom delu zgrade. Zasnovano na ovom scenariju i pretpostavljajui da se drvo nee obavezno samo ugasiti, veina graevinskih propisa ne dozvoljava upotrebu zapaljivih materijala u visokim zgradama ni za konstrukciju ni za oblaganje prostorija. Da li je ipak mogue projektovati visoku zgradu koristei drvo kao graevinski materijal? Mogunost da se ispune zahtevi o prethodno pomenutim graevinskim elementima jeste titei elemente drvene konstrukcije od vatre nazapaljivim materijalima tokom celokupnog trajanja poara. Ovo znai da u prostoriji u kojoj se vatra pojavila moe da se dogodi potpuno gaenje poara (tj.sav zapaljivi sadraj je u poptunosti izgoreo), meutim strukturni i razdvajajui drveni elementi nee poeti da se ugljeniu. Ovo se moe postii zatitom drvene konstrukcije dovoljnim brojem nezapaljivih obloga na primer napravljenih od gipsanih ploa. Kako je drvena konstrukcija zatiena nezapaljivim obmotaima termin enkapsulacija zgrade'' moe se koristiti da bi se opisao ovaj zahtev. Graevinski elementi koji se odlikuju otpornou na poar R60/EI30(nbb) ili EI60/EI30(nbb) kao to je zahtevano u vajcarskoj za rezidencijalne drvene zgrade od pet i est spratova mogu se smatrati kao delimine enkapsulacije zgrade poto drvene konstrukcije imaju zatitne nezapaljive obloge sa otpornou na poar od 30 minuta (vidi Sliku 2) koji nisu dovoljni da spree poetak ugljenisanja drvene konstrukcije tokom poptunog gorenja. Druga mogunost da se garantuje podela moe biti upotreba kombinovanih elemenata. Na primer drveno betonske spregnute ploe mogu biti projektovane tako da redukovano optereenje za poarne situacije (sopstvena teina, trajni tereti i redukovani ivi tereti) mogu biti noeni samo armiranobetonskom ploom.

Primer projekta visoke zgradeZa projekat ,,Pristanika kula'' (Dock Tower) prouavana je tehnika izvodljivost drvene zgrade visoke 120 metara. Rezultat studije je bila visoka drvena zgrada sa kombinovanom konstrukcijom kao to je pokazano na Slici 3. Protivpoarni koncept zasnovan je na primarnom poarnom odeljenju sa centralnim jezgrom i sa etiri spoljna stepenita u ojaanim betonskim i na projektovanju betonskih ploa na svaka tri sprata. Projektovanje betonskih ploa e efikasno spreiti irenje vatre na fasadi zgrade (vidi Sliku 3). Dalje, rezidencijalni apartmani su podeljeni na sekundarna poarna odeljenja

napravljena od betonsko drvenih spregnutih ploa i drveni zidovi su projektovani u skladu sa zahtevima gaenja. Zgrada ima pet stepenita smetenih najdalje mogue jedna od drugih. etiri stepenita su projektovana kao poarni izlazi i svaki stan ima direktan pristup na dva poarna izlaza. Dvoja su otvorena spolja; dvoja su hermetizovana kako bi se izbeglo prodiranje dima. U cilju kontrolisanja i gaenja vatre u ranoj fazi, sobe u zgradi su opremljene sa maglenim sistemom visokog pritiska. Aktivacija vodenog maglenog sistema je povezana sa promenom temperature ili je kontrolie alarm sistem. Visok pritisak i specijalne prskalice isputaju vodu u malim mlazovima dovodei do rashlaujue vodene magle tako da vatra ne moe da istraje. Dalje, zgrada ima dva maglena poarna hidranta smetena na svakom spratu centralnog jezgra. Poarni hidranti mogu se upotrebiti za gaenje vatre na fasadi. Konstrukcijske mere u kombinaciji sa tehnikim ( vodeni magleni sistem visokog pritiska, alarm,itd.) i organizacijskim merama e osposobiti visoke drvene zgrade da dostignu nivo protivpoarne bezbednosti vii nego u visokim zgradama zasnovanim na standardnim merama.

Eksperimentalne studijePonaanje drvenih konstrukcija usled prirodno izazvanog poara Ponaanje drvenih konstrukcija usled prirodno izazvanog poara je eksperimentalno prouavano kroz seriju sveobuhvatnih testova na drvenim modularnim hotelskim jedinicama. Ciljevi eksperimentalnog testiranja bili su proveranje efikasnosti razliitih protivpoarnih principa za viespratne drvene zgrade i traenje moguih slabih taaka u protivpoarnoj bezbednosti modularnih jedinica prostorija. U prvoj seriji (seriji BE sa aktiviranim sistemom prskanja), prouavana je efikasnost tehnikih mera, posebno automatskog detektovanja vatre i brzog odgovora sistema prskanja. Druga serija (serija B sa deaktiviranim sistemom prskanja) sveobuhvatnih testova obavljena je kako bi se sagledala sposobnost konstrukcijskih protivpoarnih mera da ogranie irenje poara do gaenja. U ovoj drugoj seriji, sistem prskanja je bio iskljuen i prozor je bio otvoren kako bi vatra mogla brzo da se iri podrana velikim snabdevanjem vazduhom. Posebna panja je posveena irenju vatre preko fasade i uticaju zapaljivih povrina na estinu poara. etiri modula soba (H1, H2, i G1 i G2) izraeni su u radionici kao lagane drvene okvirne konstrukcije i preneti kamionima na mesto testiranja. Svaki modul je bio 6.6m dugaak, 3.1m irok i 2.8m visok i imao je prozorski otvor (1.5 x 1.7m) napravljen od standardnog dvoslojnog izolacionog stakla. Moduli su bili identini u svojoj osnovnoj konstrukciji, razlikujui se meutim u izboru zida i obloga plafona.

Slika 3: Studija o tehnikoj izvodljivosti zgrade visine 120 metara Za module H1 i H2, korieni su zapaljivi paneli zasnovani na drvetu (panel ploe) /OSB/. Sa druge strane, obloge modula G1 i G2 sainjeni od jednog do tri sloja nezapaljivih gipsanih ploa. Zapaljiva meuspratna konstrukcija je bila napravljena od lagane drvene okvirne konstrukcije ili od elemenata centralnog drvenog dela i pokriven tankim slojem linoleuma. Svi moduli su bili opremljeni automatskim detektorom vatre sa etiri razliita senzora i dva sistema prskanja. U poarima u zgradama, sadraj(mobilni teret poara) kao i zapaljivi graevinski materijali doprinose potpunom optereenju od poara. Svaki modul je bio opremljen tipinim duekom napravljenim od PU- penastog materijala. Kao dodatni pokretni poarni teret, 11 drvenih leaja je smeteno u modul. Kompletna gustina poarnog tereta (izraunata preko prostora poda) za module sa nezapaljivim oblogama zida i plafona varirala je izmeu 363 i 366 MJ/m, a za module sa zapaljivim zidnim i plafonskim oblogama bila je otprilike 855 MJ/ m.

Rezultati poarnih testova sa ukljuenim prskalicamaPrva BE serija sveobuhvatnih testova izvedena je sa ukljuenim sistemom detektovanja i prskanja. Testovi su pokazali da je sistem prskanja mogao da kontrolie vatru u najkraem periodu, iako je duek zapaljen od ispod. U svim eksperimentima, mereno vreme aktivacije sistema prskanja variralo je izmeu 2 i 3 minuta posle paljenja. Dalje su testovi pokazali da uslovi ventilacije (otvoren ili zatvoren prozor) nisu sutinski uticali na

aktivaciju prskalica. Svi algoritmi detekcije automatskog sistema detekcije vatre otkrili su vatru u roku od dva minuta, tj. jedan minut ranije od sistema prskalica.

Slika 4: a) Oteenje na dueku

b) Oteenje na zidovima i podu

U svim eksperimentima, u vreme aktivacije prskalica temperatura sobe merena na razliitim lokacijama varirala je od 50 do 200 C. Kako bi se poarni preskok dogodio samo na viim temperaturama, zapaljive obloge u prostoriji u ranim fazama razvoja vatre ne bi imali uticaja na estinu vatre. U svim eksperimentima, sistem prskanja mogao je da ugui vatru pre nego to bi se rairila po odeljenju i zapaljivim oblogama. Sa druge strane, za drugu seriju testova sa deaktiviranim sistemima prskanja, poarni preskok se dogodio 4 do 7 minuta nakon paljenja nakon teoretske aktivacije sistema prskanja. Slika 4 prikazuje oteenje na dueku kao i na zidu i podu. Moe se videti, da su zbog brze aktivacije sistema prskanja, oteenja bila veoma mala. ak ni duek nije potpuno izgoreo. Testovi su potvrdili da je brzom reakcijom sistema prskanja uticaj zapaljive konstrukcije na protivpoarnu bezbednost kompenzovan i da ciljevi protipoarne sigurnosti mogu biti ispunjeni sa zapaljivim drvenim konstrukcijama. Uprkos brzog razvijanja vatre, konstrukcija je bila neoteena jer je sistem prskanja ugasio vatru ranoj fazi.

Rezultati poarnih testova sa deaktiviranom prskalicomDruga serija B sveobuhvatnih testova izvedena je sa iskljuenim sistemom prskanja. Svaki test je izveden koristei dva modula, tj. jedan modul je bio postavljen iznad drugog

(u Tabeli 4 korieni moduli su naznaeni kao gornji i donji). Tabela 4 daje pregled najrelevantnijih rezultata ovih poarnih testova. Posle paljenja, u svim eksperimentima vatra se iri veoma brzo i temperature rastu do stanja poarnog preskoka. Za modul sa zapaljivim zidnim i plafonskom oblogom poarni preskok se dogodio posle otprilike etiri minuta. Za module sa nezapaljivim obmotaima poarni preskok se dogodio posle otprilike est do sedam minuta. U sveobuhvatnim testovima koje je VTT (Centar tehnikih istraivanja Finske) nedavno izveo koristei razliite drvene odeljke sa i bez zatite drvene strukture gipsanom oblogom, poarni preskok se dogodio izmeu 4 i 6 minuta, potvrujui rezultat naeg poarnog testa. Uticaj zapalijivih obloga je bio jasno uoen posle poarnog preskoka. Za modul sa zapaljivim oblogama zida i plafona spoljno sagorevanje prozora bilo mnogo ozbiljnije od onoga u modulima sa nezapaljivim obmotaima (vidi Sliku 5). Temperature koje je infracrvena kamera izmerila na fasadi potvrdile su vizuelna zapaanja. U testovima B nbb i B nbb demo, unutranji sloj stakla prozora gornjeg modula pao je tek posle 40 i 42 minuta. U sluaju testa B bb sa zapaljivim oblogama, kretanje toplote iz plamena koji je izvirao sa prozorskog otvora na fasadu bilo je mnogo jae i zbog toga irenje vatre nije moglo biti znaajno odloeno ivicom. U ovom testu, unutranji sloj stakla prozora gornjeg modula je pao ve sedam minuta nakon paljenja vatre. Zbog preteranog plamtanja, poarni test B bb sa zapaljivim oblogama bio je zaustavljen nakon 20 ak minuta. Poarni test B nbb sa nezapaljivim obmotaima napravljenim od sloja gipsanih ploa bio je zaustavljen posle nekih 45 minuta nakon Poarni test Moduli Prozor Vreme paljenja dueka Poarni preskok Vreme padanja spoljanjeg sloja stakla prozora na gornjem modulu Vreme padanja unutranjeg sloja stakla prozora na gornjem modulu Vreme aktivacije prskalice na plafonu Vreme aktivacije prskalice na zidu Kraj poarnog testa (aktivacija prskalice) BU nbb Donji G1 otvoren 01'30'' 06'00'' 02'15'' (vazduh) 02'20'' (vazduh) 44'15'' Gornji H2 zatvoren 13'57'' 42'35'' 42'40'' 42'41'' 42'40'' BU bb DonjiH1 GornjiH 2 otvoren zatvoren 01'40'' 04'27'' 06'09'' 03'20'' (vazduh ) 03'27'' (vazduh ) 18'53'' 07'28'' 07'30'' 07'30'' BU nbb demo DonjiG2 Gornji H2 otvoren 01'40'' 06'58'' 02'35'' (vazduh ) 02'44'' (vazduh ) 59'01'' zatvoren 14'25'' 40'16'' 42'30'' (vazduh) 41'21'' (vazduh) 59'37''

Tabela 4: Glavni rezultati poarnog testa BU sa iskljuenim sistemom prskanja (jedinice minuti i sekunde)

Slika 5: Razvoj vatre sedam minuta posle paljenja a)donji modul sa zapaljivim oblogama b)donji modul sa nezapaljivim oblogama

to je unutranji sloj stakla prozora gornjeg modula pao. U tom trenutku sav zapaljivi materijal je bio ugaen, meutim poar se nastavio usled ugljenisanja fiber ploa zasnovanih na drvetu iza gipsanih ploa koji je poeo da otpada posle 30 ak minuta. Poarni test B nbb demo sa nezapaljivim oblogama napravljenim od dva ili tri sloja gipsanog maltera bio je zaustavljen nakon otprilike 60 minuta kada se vie nije zapaalo plamtanje sa prozorskog otvora a kada je vatra u donjem modulu bila u veoma kasnoj fazi slabljenja. Zbog poarne zatite u vidu gipsanih ploa, lagana drvena okvirna konstrukcija zidova i plafona nije bila oteena, tj. potpuno gaenje je postignuto. Drvena konstrukcija nije poela da sagoreva. Slika 6 prikazuje sobne temperature izmerene na plafonu na prednjoj kao i na zadnjoj strani modula. Moe se videti da je zbog ograniene koliine kiseonika temperatura na zadnjoj strani modula bila nia nego na prednjoj u blizini otvorenog prozora. Dalje, nisu

opaene vane razlike u krivama temperature za module sa i bez zapaljivih obloga. Ovo potvruje da samo deo pirolize gasova koje oslobaaju zapaljivi zidni i plafonske obloge izgoreli unutar sobe. Nesagorivi gasovi izali su kroz prozorski otvor, izazivajui snano sagorevanje izvan modula gde je kiseonik bio dostupan u velikim koliinama. Slini rezultati su dobijeni u Ref. (19) . Testovi su potvrdili da je sa potpuno pasivnim merama mogue ograniiti irenje vatre na jedu sobu ak i u drvenim konstrukcijama. U testu B nbb demo sa drvenom konstrukcijom zatienom sa tri sloja gipsanih ploa na tavanici i dva sloja gipsanih ploa na zidovima postignuto je potpuno gaenje donjeg modula bez veeg oteenja drvene konstrukcije i bez irenja vatre na gornji modul. U sobi iznad poarnog odeljenja nisu izmerene poveane temperature i ak je i koncentracija dima bila na normalnom nivou do lomljenja prozora.

Slika 6

ZakljuakPoarna bezbednost je vaan aspekt projektovanja visokih zgrada. Upotreba zapaljivih materijala je ograniena ili nedozvoljena u veini poarnih popisa. Postoji velika razlika izmeu visokih i zgrada srednje visine u pogledu evakuacije i kriterijuma otpornosti na poar s obzirom vatrogasna ekipa esto ne moe da evakuie ljude u visokim zgradama koristei spoljnu opremu. Potpuno gaenje bez gubitka stabilnosti nekih glavnih elemenata konstrukcije moe se garantovati konstrzkcijom zgrade. Za upotrebu drveta ovo esto vodi zatiti drveta nezapaljivim materijalima (enkapsulacija) ili do spregnute konstrukcije. Studija izvodljivosti pokazala je da spregnute drveno - betonske visoke zgrade u kombinaciji sa tehnikim i organizacionim merama moe biti izgraena da bude sigurna koliko i tipina tradicionalna nezapaljiva visoka zgrada.

Performanse i pomeranja visokih drvenih ramovskih zgrada pod seizmikim, i optereenjima od vetra

Pregled Ovaj tekst se bavi potencijalom upotrebe viespratnih drvenih ramova izloenih seizmikim i optereenjima od vetra. Sa napretkom novih tehnologija i materijala, kao to su lepljeno lamelirano drvo i kompozitno vlaknasta ojaanja, svojstva visokih drvenih prostornih ramova mogu biti znaajno poboljana. Dva pitanja su uzeta u obzir pri dizajniranju visokih drvenih ramova: fleksibilnost koja se prevodi u relativno velike nagibe i nelinearnost koja predstavlja neodreenost u procenjivanju fundamentalnih perioda. Tekst je fokusiran na prednosti i ogranienja u izgradnji visokih drvenih ramova sa stanovita upotrebljivosti i sigurnosti. Kljune rei: lepljeno lamelirano drvo; moment otpora ramova; polukrute veze; dinamiko ponaanje; seizmiko projektovanje; optereenja od vetra.

UvodOvaj tekst se bavi karakteristikma viespratnih drvenih ramova podvrgnutih dinamikim optereenjima i propisima koji se primenjuju u njihovom projektovanju. Drvene konstrukcije ponaaju se dobro pri seizmikim pomeranjima zbog niskog odnosa mase i nosivosti i disipacionih kapaciteta veza. Visoka otpornost velikih poprenih preseka na poar ini presvueno drvo dobrim kandidatom za komercijalne i javne zgrade. Dok se konstrukcije laganih ramova ponaaju loe u uslovima poara, izuzetna otpornost tekog lepljeno-lameliranog drveta, daleko prevazilazei elik, opte je prihvaena i dostupne su standardne procedure za izrainavanje otpornosti na poar.

Primeri srednjih i visoki drvenih konstrukcija su retki uglavnom zbog protivpoarnih propisa i pogrenog miljenja da je drvo materijal slabe izdrljivosti. Nedavno je pitanje projektovanja veoma visokih drvenih konstrukcija postalo aktuelno. U vajcarskoj je planirana izgradnja zgrade visoke 120 metara (40 spratova). Graevine ove veliine zahtevae raznovrsnost materijala: hibridne/dualne sisteme. Iako je izgradnja visokih zgrada u potpunsti od drveta, mogua u teoriji, veina sistema e verovatno koristiti raznovrsne materijale. Mnogo eksperimentalnog rada na hibridnim sistemima je izvedeno u Japanu cilj ovog projekta bio je da se razviju hibridne strukture visokih performansi zasnovane na drvetu, koje e initi drvo i drugi materijali. Na primer istraivane su dinamike karakterisitike sistema koji se sastoje od armiranobetonskog jezgra okruenog drvenim ramovima. Obavljena je serija sveobuhvatnih testova potresa dualnih sistema da bi se istrailo ponaanje usled jakih pokreta zemljita. U centru panje bilo je raspodela seizmikih sila na konstrukcije dualnih sistema. Cilj ovog projekta bila je priprema uputstva za konstrukcijske i protivpoarne projekte i razvoj metoda projektovanja za tipine hibridne strukture zasnovane na drvetu. Hibridni ili dualni sistemi sa razliitim karakteristikama horizontalnih deformacija zahtevaju meuspratne konstrukcije velike krutosti u ravni da bi se osigurala kombinovana akcija potrebna za otpor horizontalnim silama. Odgovarajue reenje bilo bi, na primer, spregnuta meuspratna konstrukcija male teine od drveta i betona koji ispunjava uslove krutosti i zahteve otpornosti na poar. U ovom tekstu usredsrediemo se na presvuene drvene strukture sa elastinim zglobovima. Uopteno, lepljeno-lamelirani drveni ramovi su relativno fleksibilni i skloni velikim horizontalnim pomeranjima. Razlog ovome je njihova topologija i rotaciona krutost spojeva greda i stubova. Da bi se spreila preterana pomeranja, moment otpora ramova zahteva krute spojeve i/ili dodatna ukruenja. Stvaranje krutih zglobova izmeu greda i stubova drvenih konstrukcija je gotovo nemogue usled anizotropije drveta i potrebe za mehanikim spojnim sredstvima. Neki sistemi kao to je lepljeno-lamelirano drvo omoguavaju visoku rotacionu krutost, ali anizotropija drveta sa niskom vrstoom upravno na vlakna ograniava kapacitet ovakvih veza. Palermo i grupa autora. istraivali su ponaanje veza u primeni na viespratne ramove od lepljenog lameliranog drveta. Zalepljene letve mekog elika projektovane za nagib pod tenzijom i kompresijom bile su zaslune za rigidnost i rasipanje energije. Ciklini eksperimenti pokazali su znaajno rasipanje energije, dobar kapacitet samousmerenosti, i nepostojanje tete na spojevima izmeu greda i stubova. Tradicionalno, konstrukcijski elementi drvenih zgrada povezani su tapastim spojnim sredstvima rezultirajui zglobnim ili polu-krutim vezama. Kasal i grupa autora izveli su testove potresanja dvospratnih MR drvenih ramova sa kombinovanim ojaanim spojevima po sistemu klina i ae. (vidi Sliku 1)

Seizmiki testovi su pokazali da se drveni ramovi ponaaju dobro pod dinamikim optereenjem zbog svoje fleksibilnosti i visokih priguenja mehanikih spojeva. Konstrukcije su pokazale relativno velika pomeranja ali ne i pojave krtog loma ak i u sluaju snanih pomeranja tla. Zglobovi zahtevaju relativno veliki broj spojnih sredstava ukljuujui odgovarajui razmak spojnih sredstava kako bi ostvario prikladnu nosivost i krutost. Ovo ini tekim stvaranje prihvatljive ravnotee izmeu kapaciteta veza i kapaciteta konstrukcijskih elemenata. Kljuno pitanje u projektovanju i odreivanju pojedinosti zglobova jeste razmak spojnih sredstava i teita . Dakle, potrebni su masivni popreni preseci sa velikim visinama elemenata. Slino momentu inercije, rotaciona krutost se poveava proporcionalno sa visinom elemenata. Kao posledica potekoa u projektovanju efikasnih zglobova, mogu se razmotriti alternativne strategije kako bi umanjile velika pomeranja. Povoljnije je izabrati hibridne/dualne sisteme ojaavanjem MR ramova dodatnim ukruenjima za prihvatanje bonih optereenja. Postoje brojna reenja, na primer: zidna platna, ukrtena ukruenja, pasivni amortizeri i/ili krute veze i kombinacije svega pomenutog.

Filozofija projektovanja: projektovanje zasnovano na sili i karakteristikamaNedavni zemljotresi pokazali su da su u veini sluajeva moderna seizmika pravila relativno pouzdana u izbegavanju strukturalnog kolapsa. Seizmika delovanja su izazvala malu stopu smrtnosti ali su rezultirala neprihvatljivo velikim ekonomskim gubicima. Kao rezultat, zahtevi pomeranja pretpostavljaju veu vanost u cilju ograniavanja tete i trokova popravke u buduim zemljotresima. Seizmiko projektovanje zasnovano na sili Trenutno, moderni propisi sezmikog projektovanja prate ekvivalentan postupak statine sile gde su inercijalne sile odreene kao ekvivalentne statike sile izraunate prema empirijskim formulama. U siezmikom pravilniku zasnovanom na sili, elastini spektar reakcija je modifikovan faktorom ponaanja kako bi ostvario neelastini proraunski spektar koji se koristi da odredi ekvivalentne statine sile. U sluaju Eurokoda 8 (EC8) faktor ponaanja zove se q faktor. Ovaj faktor odraava sposobnost strukture da izdri zemljotres bez kolapsa prelaenjem granice elastinosti. To objanjava uticaj priguenja razliitog od standardnog od 5%. Stoga, izbor prave vrednosti priguenja je vaan kako bi se ostvario prihvatljiv proraun.

Slika 1: Sveobuhvatni okvir na potresnoj tabli i dimenzije kompozitno ojaane veze greda-stub

Brojne metode za izraunavanje q faktora predlagane su, i ovaj proces je jo uvek u razvoju. Opta definicija q faktora data je odnosom izmeu maksimalnog ubrzanja zemlje (PGAu), stvarajui graninu rotaciju (opti plastini mehanizam) i PGAy, koji proizvodi prvo teenje u spojnim sredstvima ili elementma (prvi plastini zglob). Primarni problem sa kojim se suoavamo je definicija kolapsa i/ili doputenog oteenja konstrukcije. Zbog toga se pitanja kao to su spratna pomeranja i rani krti lom konstrukcijskih elemenata moraju uzeti u obzir. Ceccotti i Karacabeyli su izveli nelinearnu analizu vremenskih promena kako bi odredili q faktor za teke ramove od lepljenog lameliranog drveta sa polukrutim vezama. Oni su zakljuili da q- faktor od 2 odgovara jednospratnom ramu. Oni su saoptili da bi q faktor za viespratne ramove trebalo da bude vei od onoga za jednospratne zgrade. Faktor od 3 do 4 moe biti mogu za viespratne ramove zgrada, pod uslovom da je krutost elemenata znaajno vea od krutosti spojnih sredstava. U poreenju sa jednospratnim ramovima, rasipanje energije je podeljeno na vei broj manje optereenih spojeva. U EC8, q faktor od 4 preporuuje se za hiperstatine (statiki neodreene) portalne ramove sa visokim kapacitetom za rasipanje energije. Seizmiki kod koristi statiku duktilnost kao kriterijum za rasipanje enerije konstrukcije. Zbog toga, predloeni q faktori moraju biti strogo kontrolisani jer visoka duktilnost ne oznaava obavezno veliki kapacitet rasipanja energije. Histerezisna kriva ciklino optereenih polukrutih veza moe sutinski varirati u zavisnosti od tipova loma (npr. plastini zglobovi u spojnim sredstvima ili ruenje drveta noeno skeletima). Adaptacija polukrutih veza u MR elinim ramovima predstavlja pomalo sporno pitanje. Prema evropskom seizmikom propisu, kruti elini spojevi su pouzdaniji i bolji za seizmiku primenu u poreenju sa polukrutim vezama. MR eline konstrukcije zahtevaju ojaane spojeve koji doputaju teenje. Primena polukrutih spojeva nije eksplicitno zabranjena ali je u praksi ograniena na ekperimentalno procenjene veze.

Zbog razlika u svojstvima materijala elika i drveta, jasno je da drvene konstrukcije zahtevaju drgaije projektovanje i pristupe pojedinostima. Elementi okvira panel ploe (grede i stubovi) su linearno elastini i krti (osim pritiska upravno na vlakna), to zahteva paljivo projektovanje nosivosti i premetanje mesta loma na veze. Empirijske formule pristupa prorauna zasnovanom na sili ne posmatraju se eksplicitno kao dinamike karakteristike analizirane strukture. Pretpostavlja se da su ispunjeni minimalni zahtevi krutosti definisani pravilima (za optereenja kako vetra tako i zemljotresa). Ovo je takoe i znaenje pojednostavljenih formula predloenih kroz EC87 za procenjivanje osnovnog perioda, T1, konstrukcije: T1 = 0,05 H0,75 T1 = 2 H (1) (2)

gde je H = visina zgrade (m) H = relativno pomeranje zgrade (m) usled gravitacionog optereenja projektovano na horizontalni pravac. Periodi procenjeni kroz jednainu (1) mogu se sutinski razlikovati od realnog perioda izgradnje. Fleksibilni MR ramovi uopteno su karakterisani relativno dugakim osnovnim periodom. Eksperimentalni rezultati dvospratnih ramova predstavljenih u Ref. (5) pokazali su da se jdnaina (1) jedva pribliava osnovnom periodu MR ramova sa polukrutim vezama poto ne uzima u obzir ponaanje spojeva. Bolja procena je postignuta koristei jednainu (2) koji se objanjava polukrutim ponaanjem spojeva. Upoterba dugakih perioda predstavlja problem, jer moe rezultirati u nerealno male sile smicanja to dovodi do nedovoljno dimenzionisanih konstrukcije. Jedino ogranienje izneto u pravilniku jeste da se standardna procedura projektovanja primenjuje za zgrade sa prirodnim periodom manjim od 2 sec. Za proces projektovanja , preporuuje se upotreba jednaine (1) koji koristi krae periode i shodno tome najveu vrednost sile smicanja. Da bi se izraunala fleksibilnost ramova uobiajena je praksa smanjivanja osnovne smicanja. Maksimalno smanjenje osnove smicanja do 20% je preporueno. Od oblika reakcije spektra jedan moe se oekivati da e fleksibilne strukture sa dugakim prirodnim periodima privui manje seizmike sile u poreenju sa krutim strukturama. Ovo ponaanje nije pokazano u analizi vremenskih promena viespratnih MR elinih ramova koje je izvela Dubina i grupa autora. Oba tipa ramova, fleksibilni i kruti, privukli su iste seizmike sile. Ipak, rezultati numerike analize otkrili su da se polukruti elini ramovi mogu koristiti delotvorno u umerenim seizmikim zonama.

Slika 2: Veza moment-rotacija ojaane veze greda-stub (simulacija nasuprot eksperimentu i vremenska promena ojaanog rama podvrgnutom Vranca testu) Proraunska procedura gore razmatrana je provera pri graninom stanju nosivosti kako bi se spreio kolaps konstrukcije usled najokrutnijih zemljotresa. U cilju izbegavanja oteenja konstrukcijskih i nekonstrukcijskih elemenata usled manjih estih zemljotresa, EC8 predvia zahteve za ograniavanje oteenja. Meuspratno pomeranje /h kod graninog stanja upotrebljivosti ogranien je na 1/200 ili 1/133 visine sprata za zgrade koje imaju krte ili duktilne nekonstrukcijske elemente. Za zgrade koje imaju nekonstrukcijske elemente fiksirane tako da nemaju kontakta sa strukturnim deformacijama, relativno spratno pomeranje od 1/100 je prihvatljiv. Drugi internacionalne propisi o gradnji kao to je japanski kod (A.I.J.) takoe potvruju slina ogranienja pomeranja. Relativno spratno pomeranje je ogranieno na 1/200, dok je u izuzetnim sluajevima, gde seizmiko optereenje ne vodi do znatne tete, prihvatljiv limit pomeranja od 1/120. Da bi se predstavile potekoe koje izaziva preterana fleksibilnost i velika pomeranja duktilnih ramova sa zglobnim vezama, autori su izveli studiju sluaja viespratih konstrukcija podvrgnutih razliitim seizmikim potresima. Nelinearna reakcija lepljenih lameliranih ramova bila je simulirana analizom vremenskih promena. Numeriki model, prikazan u Ref. (14) mogao je da simulira histeretiko ponaanje ciklino optereenih veza i promena u toku vremena dvospratnih ramova izloenih seizmikim potresima. Ova analiza bila je proirena na etvorospratne ramove ukupne visine od 12m. Dimenzije elemenata rama i prorauna veze bili su identini onima sa dvospratnim ramovima. Ovo je uraeno kako bi se upotrebila poznato ponaanje moment - rotacija dobijeno iz eksperimenata. Slika 2 (a) pokazuje duktilnost momenat rotacija ojaane veze grede i stuba odreene kvazi statini ciklinim testovima i odgovarajuim rezultatima numerike simulacije. Iz rezultata analize vremenskih promena autori su zakljuili da je q faktor od 2,5 prihvatljiv za duktilne ramove sa zglobnim vezama. Slika 2 (b) pokazuje odgovor konstrukcije izraen preko pomeranja ojaanog rama izloenom Vrancea zemljotresu(Vrancea Rumunija, 1977; PGA 0,199g).

Vrancea zemljotres karakteristian je za podruja sa mekim zemljitem. Kako je pokazano u Slika 2(b), uticaj ovog zemljotresa na reakciju rama bio je vaan zbog visoke spektralne amplitude u svom spektru reakcija za periode izmeu 1 i 2 sekunde. Relativno niska rotaciona krutost spojeva rezultirala je projektom rama sa karakteristinim periodom od oko 2 sekunde. Maksimalno pomeranje na vrhu rama bilo je 538mm. Maksimalno relativno spratno pomeranje od 1/23 bilo je procenjeno za prvi sprat. Zbog neprihvatljivo velikih pomeranja, zakljueno je da je upotreba kruih veza neophodna kako bi se bezbedila eljena bona krutost i da bi se pomeranje zadralo u datim granicama. Zahtevi graninog stanja upotrebljivosti obino ograniavaju primenjivost i efikasnost MR ramova sa polukrutim sponama. Tip sistema obino odreuje zahteve za ponaanje veza. Izvestan broj istraivaa istakao je da ak i projektovanje MR elinih ramova prema EC8 vodi do konstrukcija sa prekoraenjem nosivosti elemenata, usled nedovoljne bone krutosti ovih ramova. Slino drvenim ramovima, ogranienja pomeranja nametnutih seizmikim propisima rezultirae u znaajno predimenzionisanim elementima. Ovo negativno utie na efikasnost konstrukcije ali predimenzionisani elementi e osigurati da ne doe do loma. Ovo je posebno bitno za dimenzionisanje stubova , s obzirom da je jedan od glavnih kriterijuma u projektovanju viespratnih zgrada izbegavanje ruenje stubova. Komatsu je testirao dvospratne portalne ramove sa tek blago predimenzionisanim drvenim elementima. Razliiti vezni sistemi su bili istraivani kao to su klinovi, zavrtnji i ukljetene veze. Ramovi sa rasponom od 8m i visinom 6,8m pali su usled razdvajanja stubova prvog sprata blizu spojeva greda i stubova. Miyazawa je izveo cikline testove dvospratnih ramova koristei eline ploe i zavrtnje za povezivanje greda i stubova. On je izvestio da se usled predimensionisanih spojeva rama, ruenje krtim lomom dogodilo na stubu prvog sprata pre eljenog duktilnog loma spojeva. Gubitak stubova e izazvati katastrofalno ruenje itave zgrade. Ograniavanje relativnog spratnog pomeranja vano je za armiranobetonske zgrade kako bi smanjilo oteenje, ali kako su testovi potresanja ramova od LLD sa ojaanim vezama pokazali, struktura nije pokazala oteenje ak ni po velikim pomeranjima. Velike deformacije ojaanih drvenih ramova rezultiraju veim rasipanjem energije, tako smanjujui seizmike sile i omoguujui raspodelu optereenja. Dok god su nekonstrukcijski elementi projektovani tako da ne trpe bilo kakvo znaajno oteenje, relativno spratno pomeranje od 1/100 e biti prihvatljivo. Meutim, zbog neodreenosti u pogledu oteenja na nekonstrukcijskim elementima preporuena je upotreba striktnijih ogranienja pomeranja. Sezmiko projektovanje zasnovano na karakteristikama Kao posledica neprihvatljivo velikih ekonomskih gubitaka u nedavnim zemljotresima, novi kriterijumi karakteristika uvedeni su kako bi se izbegla oteenja na zgradama koja ugroavaju ljudske ivote i kako bi se smanjili trokovi rekonstrukcije. Relativno dobro dokumentovani pristup projektovanja na osnovu seizmikih karakteristika jeste direktni metod zasnovan na pomeranju koji je predloio Prestley.

Ovaj metod zahteva detaljno znanje o ponaanju nelinearnih sistema. Cela konstrukcija je svedena na oscilator jednog stepena slobode sa jednako efikasnom krutou i jednakim viskoznim priguenjem definisanim na pomeranju modela. Ovi podaci mogu se izvesti iz opteg odnosa zgrade optereenje pomeranje. Nelinearne statine ili cikline pushover analize pruaju procenu krutosti viskoznog priguenja. Zbog potekoa u predvianju reakcije visoko nelinearnih sistema, preporuuje se procena histeretinog ponaanja spojeva u ciklinom testu. Kao suprotnost metodu zasnovanom na sili, projektovanje na osnovu karakteristika voeno je pomeranjima. Ova procedura ne zahteva procenu osnovnog perioda ili faktora ponaanja. Tekoe sa velikim povratnim periodima i neizvesnosti u procenjivanju faktora ponaanja ukazuje da pristup projektovanja na bazi karakteristika moe biti pogodan za fleksibilne strukturalne sisteme koji su skloni velikim deformacijama tokom seizmikog deavanja. Ovaj proraunski pristup nudi mogunost projektovanja konstrukcija koje izlaze iz ogranienja standarda (npr. kada su i pitanju dugaki povratni periodi) i ispunjavanja zahteva karakteristika koje odgovaraju dananjim propisima. Seizmiko projektovanje zasnovano na karakteristikama prua kriterijume za izbor odgovarajueg konstrukcijskog sistema i za projektovanje konstrukcijskih elemenata kako bi za specifine nivoe intenziteta zemljotesa oteenja na konstrukciji bila u datim granicama. Graevinska asocijacija Kalifornije (The Structural Engineering Association of California, SEAOC) predloila je sledee nivoe oteenja: (a) poptuno operativni, (b) kontrola oteenja, (c) ivotna bezbednost i (d) prevencija kolapsa. Ovi nivoi karakteristika povezani su sa etiri seizmika opasna nivoa i vanou datom strukturalnom opremom. Seizmiki rizici opisani su kroz povratni period definisane magnitude seizmiki izazvanog pomeranja tla u odreenim geografskim oblastima. U uputstvima NEHRP, definicana su tri nivoa karakteristika. Za umereni zemljotres sa povratnim periodom od 72 godine, relativno spratno pomeranje je ogranieno na 1% elastinih i 0,25% trajnih deformacija za stambene jedinice. Primetite da je dodatna definicija trajnih/zaostalih pomeranja vana uzimajui u obzir nivo oteenja i trokova rekonstrukcije. Za ivotnu bezbednost ogranienja su 2% elastini i 1% trajni za osnovnu bezbednost za zemljotres sa povratnim periodom od 474 godina. Za prevenciju od kolapsa i elastini i trajni nagib je ogranien na 3%. Ovaj limit se primenjuje za rizik od 2% mogunosti da e biti prevazien u narednih 50 godina, jednako prosenom povratnom intervalu od 2475 godina. Limiti nagiba gore navedeni dati su za zidna platna sa lakim ramovima. U buduem istraivakm radu mora se razmatrati da li ove vrednosti mogu biti usvojene za projektovanje ramova od lepljenog lameliranog drveta. Meutim, moe se oekivati da e limiti nagiba ostati u okviru prikazanih vrednosti. Autori bi eleli da istaknu da su ak i kriterijumi zasnovani na karakteristikama izvedeni donekle slobodnim izborom limita pomeranja i definisanja oteenja. Standard o karakteristikama prua projektantu vie slobode u propisivanju nivoa karakteristika graevine u odnosu na nivo opasnosti dogaaja kao to je zemljotres i/ili tornado. Standard o karakteristikama (ICC) predlae upotrebu kombinacije SEAOC i NEHRP podataka za klasifikaciju seizmikog deavanja. (Tabela 1)

. Ovo pravilo obuhvata sve oekivane sile kojima e konstrukcija biti podvrgnuta tokom svog ivotnog veka, takoe ista klasifikacija je dostupna i za poar, sneg, vetar i drugih rizika. Ovo drugo je opisano u okvirima povratnog perioda definisane veliine brzine vetra(3 sec nalet) u definisanim geografskim podrujima na visini od 10 metara na pretpostavljenom otvorenom terenu. Optereenja izazvana vetrom Za izrazito visoke zgrade, optereenja vetra uopteno pretpostavljaju veu vanost od, recimo, zemljotresnih optereenja. Ovo je zbog nie osnovne frekvencije visokih konstrukcija koje su podlone vibracijama izazvanim vetrom. Brzina vetra ima nestabilnu prirodu sa nejednakom distribucijom naleta du irokog spektra amplituda i frekvencije.Odreeni periodi naleta mogu da uspostave rezonancu sa osnovnom frekvencijom zgrade i time dovedu do opasnog oscilovanja. Reakcija sistema zavisi od dinamikih karakteristikama konstrukcije, od pritiska optereenja od vetra, i strukture naleta, koja ima ne - Gaussian raspodelu unutar vremena i prostora. Uopteno, energija naleta na frekvenciji ispod 1Hz je mala, i time rezonantni odgovor je malo verovatan kod krutih konstrukcija. Generalno opte je prihvaeno da se zgrade ispod 40m smatraju se krutim. Zbog bezbednostih protivpoarnih regulativa zgrade pravljene od drveta esto su ograniene na etri sprata. Time moe se oekivati da efekti dinamike vetra mogu biti zapostavljeni za zgrade niskog i srednjeg rasta visine ispod 22m. Ipak, postojanje polukrutih veza mogu da rezultiraju veoma osetljivim konstrukcijama na dinamiko optereenje sa prirodnom frekvencijom ispod 1Hz-a. Time, mogui dinamian odgovor treba da se uzme u razmatranje, na primer kao uveanje proraunskog optereenja. Pojednostavljena procedura moe da se primeni za odreivanje proraunskog optereenja vetra za krute konstrukcije. Konstrukcija moe da se svrsta kao kruta ako je ispod 25m. U tom sluaju koristi se prosena brzina vetra od 3s po naletu sa intervalom ponavljanja od 50 godina. Pored rauna prirodne frekvencije, nemaki pravilnik za optereenje od vetra obezbeuje sledeu jednainu koja moe da se koristi za razlikovanje krutih i fleksibilnih konstrukcija. Slino formuli jednaina (2) i ova uzima u obzir krutost sistema (deformacije), zbog polukrutog ponaanja spojeva. Ipak moraju biti poznati prirodne frekvencije i priguenje. Gde je: Href = 25 m H = visina zgrade B = irina zgrade = logaritamskii dekrement, smanjenje H = relativno pomeranje zgrade zbog teine optereenja u horizontalnom pravcu.

Ako konstrukcija zadovoljava gornji kriterijum, pretpostavlja se da je zgrada kruta. Ako jednaina (3) nije zadovoljena faktor efekta naleta mora da se odredi da bi se uoio mogui efekat rezonancije. Veina meunarodnih pravilnika za vetar koriste faktor efekta naleta da bi odredili odgovarajui statino optereenje vetra za konstrukciju i konstrukcijske elemente podlonim vetrom izazvanim vibracijama. Ponovo, jednaina (3) je po prirodi zasnovana na iskustvu i uvruje tanu procenu logaritamskog dekrementa L. Dogaaj mali srednji veliki veoma veliki Osnovni period povratka u godinama Seizmiki Eolski/vetar 25 50 72 75 474 100 2475 125

Tabela 1: Osnovni povratni period odreenog dogaaja predloen od ICC Kako propisi za drvene konstrukcije ne obezbeuju kriterijume pomeranja za viespratne drvene zgrade, granice pomeranja za eline strukture (EC3) mogu da se koriste. Za proveru graninog sranja upotrebljivosti maximalno pomeranje elinih okvira pod dejstvom vetra mora da bude izmeu H/400 i H/500 dok relativno spratno pomeranje mora biti ogranien na H/200. Ovde je granica spratnog pomeranja ista kao ona data u seizmikom propisu za granino stanje upotrebljivosti. U proraunu polukruto ponaanje inkluzivne plastine deformacije spojeva veza , mora biti uzeto u obzir.

ZAKLJUAK Moderne tehnologije LL drveta i kompozitnog ojaavanja smanjuju mogunost krtog loma elemenata drvenih okvira u visoko optereenim zonama veza. Prirodna slaba krutost materijala uzrokuje relativnu slabu krutost drvenih okvira (krutost, masa kapaciteta, raspodele mase, su, ipak, visoke). U sluaju viskoih okvira ovo moe da odvede do dinamike reakcije izazvane optereenjem vetra zbog relativno niske bazine funkcije okvira. Dodatno, fleksibilnost okvira dovodi do velikih pomeranja koji ne dovode uvek do ruenja okvira jer konstrukcijski elementi mogu da spree velike deformacije, u poreenju sa drugim materijalima, npr. armiranibeton ili elik. Ipak kriterijum pomeranja predloen u standardima zavrava u predimenzionisanim okvirima, jer masivni popreni preseci moraju da se koriste da bi obezbedili mesto za zamenu veza. Predimenzionisani elementi utiu negativno na efikasnost konstukcije sa ekonomskog pogleda, ali ovo ne podrazumeva uvek da su MR okviri praktina graevinska reenja. Aplikacija prostornih okvira je realistina jer presvueni drveni okviri mogu da funkcioniu kao samopopopravljivi sistemi, da obezbede visoku otpornost na vatru, da obezbede razvoj plastinih veza u vezama, spojevima i mogu biti svrstani kao bezbedne i

pouzdane strukture koje prolaze kroz velike nagibe bez ruenja. Veze grede i stuba su uvek nelinearne i ne mogu da se projektuju kao krute veze. Ipak, mogu da prenesu znaajne momente i time mogu biti kao ukljetenja. U sluaju nedovoljnog bonog otpora dodatna uktuenja mogu da se instaliraju za dalje smanjenje deformacija.

Prevod slika I deo Slika 1: 10 spratova, 30 -35 m20 spratova Sakyamuni Pagoda (blizu 1000 godina stara) 67m Opte erman drvo (>3000 godina starosti) 83,4m Velika Kufu Piramida u Gizi 144m Najvie drvo ikad otkriveno 150m

Slika 3: Inertial forces-inercijalne sileReactin forces-sile reakcije

Slika 4:

Sekundarni konstrukcijiski sistemi: - spreavanje nesrazmernog kolapsa - poarna zatita tekst u slici: Termalna obloga Podprostor: - pojedinane jedinice Oblaganje - izolovano od komija - mogua unutranja izolacija - modularno preraeno drvo - interno podeljenji

Krov RC jezgro koje sadri servisnu osovinu izmeu dve slike: izolovani drveni odeljci

Kombinovani izolacioni slojevi za: - poarno odvajanje - odvajanje vibracija&zvuk - strukturno vlaenje

Temelj

IIdeo Slika 1: preignition-stanje pre paljenjaGrowth- porast Burning- gorenje Decay- slabljenje Ignition-paljenje

Flashower-poarni prekok Time-vreme

Slika 2: Cladding- OblaganjeInsulation, melt point- izolacija,taka topljenja

Slika 3: Stairs with natural ventilation- stepenite sa prirodnom ventilacijomStairs with controled ventilstion- stepenite sa kontrolisanom ventilacijom Projecting concrete slab- projektovana betonska ploa Definition of use rooms- definicija upotrebe soba Definition of fire safety measures- definicija mera protivpoarne bezbednosti Multi use room- soba sa viestrukom upotrebom Water mist sistem- vodeno magleni sistem Elevator-lift Staircase-stepenite Ciridor-hodnik

Slika 6: room temperature- sobna temperaturaFron-prednja Roar-zadnja

III deo Slika 1: Composite reinforcement- kompozitno ojaanjebolt- zavrtanj dowel-klin/modanik beam- greda column- stub view-pogled cross section- popreni presek

Slika 2: experiment-eksperimentSimulation-simulacija Moment-momenat Rotation-rotacija Displacement-izmetanje Ground- prizemlje 1,2,3 floor-1,2,3 sprat roof-krov