UNIVERZITET U NOVOM SADU PAKULTET TEHNIKIH NAUKA

STUDIJSKI PROGRM: UPRAVLJANJE RIZIKOM OD KATASTROFALNIH

DOGAAJA I POARA

SEMESTARSKI RAD

UTICAJ ZEMLJOTRESA NA GRAEVINSKE OBJEKTE

ASEIZMIKO PROJEKTOVANJE I NENOSEE

POARNE PREPREKE

Studenti: Profesor:

Erik Astalo ZK 32/2012 prof. dr Lainovi ore

Ljubomir Kneevi ZK 55/2012

Sadraj

1. Uvod .......................................................................................................................................................................... 1

2. Rizici i ciljevi .............................................................................................................................................................. 2

3. Otpornost prema poaru i poarne prepreke ........................................................................................................... 4

4. Ponaanje konstrukcije, elementi konstrukcije pri zemljotresu ............................................................................... 5

4.1. Uticaj oblika i dispozicije konstrukcije na ponaanje pri zemljotresu .................................................................... 5

4.2. Ponaanje konstrukcije pri zemljotresu ................................................................................................................. 6

5. Spajanje poarne prepreke i asizmike konstrukcije .............................................................................................. 10

5.1. Spajanje nenosee poarne prepreke za noseu konstrukciju ............................................................................ 10

5.2. Lake konstrukcije.................................................................................................................................................. 12

6. Zatita nenoseeg poarnog prepreka pada ........................................................................................................... 13

6.1 Ukruivanje ozidanog zida .................................................................................................................................... 13

6.2. Ukruivanje poarnih vrata .................................................................................................................................. 13

7. Zatita seizmike izolacije od poara ...................................................................................................................... 15

8. Mainske instalacije i elektrine instalacije ............................................................................................................ 17

9. Literatura ................................................................................................................................................................. 19

1

1. Uvod

Zemljotresi i poari se dogaaju u itavom svetu i odnose mnogo ljudskih ivota i znatan deo budeta drave. Kada se zemljotres i poar deava zajedno ili ee poar nastaje posle zemljotresa, katastrofa je skoro neizbena. Projektovanje objekata koji su otporni na dejstvo zemljotresa kao i projektovanje objekata koji su otporni na poar su ve stari zanati ali dosta labavo spojeni - retko priaju o tome da li objekat posle ozbiljnijeg zemljotresa sauva otpornost prema poaru. U ranijim godinama asizmiko projektovanje je bilo bazirano na pravilnim kotiranjem nosive konstrukcije. U dananjim godinama se posveuje panja i za izradu takve nenosee konstrukcije koje mogu pretrpeti zemljotres i da svaki nenosivi element konstrukcije mora da bude tako izveden

da pri zemljotresu ne utie negativno na nosivnu konstrukciju. U meunarodnoj literaturi mnogo panje je posveeno na poarima posle zemljotresa, ali mnogo manje se bave sa projektovanjem nenosive konstrukcije koji su otporni prema poaru.

2

2. Rizici i ciljevi

Rizik od zemljotersa predstavlja verovatnou nastanka zemljotersa sa odreenom magnitudom na odreenom

mestu u odreenom periodu. Nauno se ne mogu izvesti prognoze zemljotersa za spefian dan ili mesec. Meutim, za

dobro razumevanje raseda i seizmikih hazarda, postoje mape koje mogu ukazati na verovatnou koju moe izazvati

zemljotres za dati intenzitet i datu lokaciju za odreen broj godina

Osnovni ciljevi zatita od zemljotresa je:

zatita ljudskih ivota

oteenja ogranienja

sauvanje vitalnih elementa za drutvo

Spoj izmeu zemljotresa i poara u smislu aseizmikog projektovanja je sledei:

seizmino projektovani nenosivi elementi kao i poarne prepreke mogu negativno uticati na nosivni sistem

poar koje nastaje posle zemljotresa zbog oteenja poarne prepreke mou da se proiruje na ceo objekat ili izvan objekta

Pri zemljotresu sledea oteenja mogu da utiu na otpornost prema poaru:

oteenje nosivne konstrukcije zbog nepravilnog projektovanja

konstrukcija izgubi integritet (npr. pukotine, rascepi)

oslabljenje slojeva koji tite osetljive elemente od toplotnog dejstva (raspadanje maltera, oteenje betona kod AB elemente)

oteenja poarne prepreke (vrata otporna na poar, pregradni zidovi, klapne, zavese itd.)

oteenja aktivnih delova zatita od poara (sprinkler)

oteenja evakuacionih puteva

Izvori paljenja posle zemljotresa:

oteena komunalna elektroenergetska postrojenja i postrojenja zapaljive materije (gasovod, naftovod)

oteenja instalacija unutar objekta

Prema zakonodavnim merama objekti moraju biti tako kontruisani da u izvesnoj meri izdre zemljotres i da se pri zemljotresu ili poaru korisnicima omoguuje bezbedna i samostalna evakuacija i takoe je omoguena intervencija. Za to svrhu u normativinim aktima postoje dva osnovna zahteva:

1.Zahtev da se objekat ne srui:

Konstrukcija mora da bude projektovana i izvedena da izdri projektni zemljotres bez lokalnog i globalnog ruenja

Kapacitet nosivosti i konstrukcijski integritet moraju biti sauvani nakon prestanka dejstva zemljotresa.

Posle zemljotresa konstrukcija moe biti ekonomski nepopravljiva ali bi trebala obezbediti sigurnu evakuaciju stanara pri dejstvu afterokova

2.Zahtev ogranienja oteenja:

Konstrukcija mora biti projektovana i izvedena da izdri seizmiko dejstvo sa veom verovatnoom pojave od projektnog seizmikog dejstva bez znaajnije pojave oteenja

Treba izbei ogranienja u korienju

Cena opravke ne bi trebala da bude previsoka u odnosu na cenu same konstrukcije

Konstrukcija bi trebalo da ima sauvanu nosivost i krutost, bez trajnih oteenja i bez potrebe za sanacijom.

Nekonstruktivna oteenja trebaju biti ekonomski popravljiva

Zatita od efekata zemljotersa i zatita od poara su jedan od osnovnih principa projektovanja objekta. A ti principi

nisu odvojeni, jer zemljotres i poar se esto deavaju zajedno jedan posle drugog.

Principi projektovanja elemente konstrukcije koje predsatvljaju poarne prepreke aseizmikog objekta:

3

moraju da ispune zahteve u smislu zatita od poara

ne utiu negativno na nosivu konstrukciju

da ne oteuju na takav nain da onemoguavaju evakuaciju ili izgube funkciju poarne prepreke

4

3. Otpornost prema poaru i poarne prepreke

Otpornost prema poaru je sposobnost nekog elementa graevinske konstrukcije da za odreeno vreme ispuni

traenu stabilnost, integritet prema poaru i toplotnu izolaciju i/ili drugu oekivanu ulogu pri standardnom

ispitivanju otprnosti prema poaru.

Poarni sektor je prostor u zgradi koji je od drugih delova odvojen poarnim preprekama. Poarne prepreke mogu biti:

meusobno rastojanje,

zidovi (klasini i visei),

meuspratne konstrukcije,

ispuni za zatvaranje otvora,

poarna vrata,

dimna vrata,

dimne zavese,

specijalne zastaklene povrine,

protivpoarne klapne.

Poarne prepreke u smislu aseizmikog projektovanja mogu biti:

nosei element konstrukcije kao poarna prepreka (poarni zidovi, meuspratne konstrukcije)

nenosei element koji zbog sopstvene teine utie na ponaanje nosivnosti konstrukcije

nenosee lake konstrukcije, koje nemaju efekat na noseu konstrukciju pri zemljotresu (npr. zidovi od

gipskartona)

5

4. Ponaanje konstrukcije, elementi konstrukcije pri zemljotresu

4.1. Uticaj oblika i dispozicije konstrukcije na ponaanje pri zemljotresu

Pricipi projektovanja aseizmikih konstrukcija:

jednostavan oblik konstrukcije

ravnomernost, simetrija

rezerve u nosivnosti

otpornost prema horizontalnim silama

otpornost na uvrtanje

krutost tavanica u svojoj ravni

pravilna fundiranja

raspored masa i krutosti u osnovi i po visini

Nepovoljni oblici i konstrukcije u smislu aseizminost:

nepravilan raspored mase (oblici T i L, raznovrsnost u povrini spratova, komplikovanost, asimetrija)

neravnomeran otpornost na horizontalne sile (fleksibilno prizemlje, sprat, diskontinuitet krutosti, velike mase na spratovima)

neobine konstrukcije (atori velikom rasponom, konstrukcije na kosini itd,)

Pored konstruktivnog reenja pojedinih objekata, vaan je i meusobni utacaj izmeu objekta:

gusto sagraeni objekti, naroito razliitih visina period oscilovanja je razliit i moe da doe do

meusobnih udara

spojeni objekti bez dilatacije, oblici L, U sa poarnim zidovima na krajevima

poarni zid na tavanu spojen samo za meuspratnu konstrukciju (obino 12 cm)

ruenje poarnog zida na tavanu (izvor: langlovagok.hu)

samostojei dimnjaci i zidovi

6

kolaps poarnog zida usled dejstva toplote (izvor: langlovagok.hu)

4.2. Ponaanje konstrukcije pri zemljotresu

Prema Eurocode 8 elementi konstrukcije mogu biti:

primarni seizmiki elementi - elementi koje su otporni na dejstvo seizmike sile u skladu sa standardom

sekundarne seizmiki elementi - elementi koje nisu deo aseizmikog konstruisanog sistema

Nosei elementi konstrukcije koji su i ujedno i poarne prepreke (poarni zidovi, meuspratne konstrukcije) su najee izraeni kao ozidana, monolit ili prefabrikovana armirano-betonske konstrukcija. Kod njih u pogledu zatite od poara je najvanija funkcija odranje integriteta da ne nastaju pukotine, odnosno veliina pukotine treba da bude ograniena. Prema Eurocode-u dozvoljene veliine pukotine je 6 x 150 mm odnosno 490 mm2.

oteenja zida posle seizmikog ispitivanja

Stepenita imaju znaajnu ulogu pri projektovanju zatite od poara i pri zemljotresnog ininjeringa jer se kroz njih

vri evakuacija. Stepenite se najee izrauje kao monolit ili prefabrikovana AB konstrukcija i sadri takve elemente

(krake i odmorite) koji nisu u istoj ravni kao meuspratnice. Pri zemljotresu ovi elementi osciliraju u horizontalnoj

ravni i dodatno optereuju zidove oko stepeninog prostora. U visokim objektima stepenini prostor treba da bude

poseban poarni sektor zato je izuzetno vano da ouvaju integritet.

Najei problemi kod stepenita:

elementi konstrukcije montane AB stepenite se odvajaju i raspadaju

7

raspadanje montanog stepenita (izvor: University of Canterbury, NZ)

horizontalna oscilacija stepenita znaajno mogu da otete nenosive zidove (monolitna AB konstrukcija)

raspadanje, oteenje viseeg plafona i zidnih obloga u stepeninom prostoru

oteenje ozidanog stepeninog prostora (izvor: FEMA E-74)

Nenosei ozidani zidovi imaju dva problema:

lako nastaju pukotine, rascepi na njima - izgube integritet i otpornost prema toplotnom fluksu

oteenje nenosivog zida (izvor: FEMA 74)

zbog krutosti zidova, negativno utie na elastinosti noseeg konstrukcije

8

uticaj ozidanog zida na noseu konstrukciju (izvor: FEMA 74)

Uzrok negativnog uticaja je jasno, ispuni zidovi ako su direkno ukrueni za noseu konstrukciju zbog svoje krutosti ne dozvoljavaju oscilovanje nosee konstrukcije tj. smanjuju duktilnost. Najee se javljaju oteenja kod otvora neposredno pored nosee konstrukcije.

Lake konstrukcije kao poarne prepreke su obino sendvi paneli i gipskarton ploe koje su uvreni na noseu konstrukciju. Prema istraivanjima i kao u praksi je pokazano da ve pri malim zemljotresima na gipskartonu se javljaju pukotine kojima zid izgubi integritet od poara. Pored izgubljenog integriteta javlja se i drugi moda i vei problem tj. raspadanje panela, koji predstavlja rizik na ljude unutar objekta i oteava ak i onemoguava evakuaciju.

raspadanje lake konstrukcije onemoguava bezbednu evakuaciju (izvor: FEMA E-74)

Ponaanje lake konstrukcije u sluaju zemljotresa Kalifornija 1994 (izvor: FEMA E-74)

Zastakljene konstrukcije jako su osetljive na uticaj zemljotresa. Vrsta stakla odreuje kako e se ponaati pri oscilacijama:

9

Obino staklo se ve pri malim zemljotresima lomi u velike otre komade koji predstavljaju opasnost za ljude i nije pogodan za formiranje poarnih sektora.

Kaljeno staklo razbija se na male komadie, te se rizik potencijalnog povreivanja smanjuje na minimum ali vie nee biti u funkciji.

Laminirano sigurnosno staklo koje se sastoji od dva ili vie sloja stakla, te jednog ili vie meuslojeva PVB-a (polyvinylbutyral), koji doprinose znatno veem kvalitetu vrstoe i elastinosti. U sluaju razbijanja stakla, krhotine i komadii stakla ostaju zadrani u okviru stakla zahvaljujui upravo plastinom meusloju. Osim vrsta stakla bitan faktor je njena povrina tj. mala povrina manja optereenja.

obino staklo kaljeno staklo laminirano sigurnosno staklo

10

5. Spajanje poarne prepreke i asizmike konstrukcije

5.1. Spajanje nenosee poarne prepreke za noseu konstrukciju

Za izbegavanje krtog loma nenosei zidovi moraju biti odvojeni od nosee konstrukcije. Obino to se postie nekom elastinom ispunom kao to su purpen ili gumena platna ali ove gorive materije nikako se ne smeju koristiti za poarne zidove.

gumena platna izmeu noseeg konstrukcije i nenoseeg zida (izvor: vedelem.hu)

Za pravilno odvajanje nosee i nenosee konstrukcije potrebno je obezbediti odreen razmak izmeu njih koji mora biti ispunjen specijalnim ispunom otporan na poar.

Ispuni otporni prema poaru: 1. vatrootporna pena 2. vatrootporna zaptivna masa 3. mineralna vuna 4. silikonske opeke

1. Vatrootporna pena

laka za rad

nisu elastine - samo za stalan otvor

boja keki ili pink (nikako uta ili bela)

za otvore iroke 20-50 mm i duboke 100-200 mm

Vatrootporna pena (izvor: Promat)

2. Vatrootporna zaptivna masa

za otvore iroke 10-20 mm i duboke 200 mm

elastinih ali nema podataka o njihovom ponaanju pri zemljotresu

11

vatrootporna zaptivna masa (izvor: Promat)

3. Mineralna vuna pokrivena sa ekspandujuom masom je jedna od najrasprostirenijih reenje za zaptivanje.

za otvore iroke 50-300 mm i duboke 150 mm

osetljiv na vodu

elastina ali nema podataka o njihovom ponaanju pri zemljotresu

mineralna vuna pokrivena sa ekspandujuom masom (izvor: Intumex)

4. Elastini, ekspandujui blokovi, opeke

najee se koriste za zaptivanje otvora za prolaz instalacija kroz konstrukcije.

spajanje pojedine opeke vri se pomou vatrostalne mase.

vatrootporni blokovi se sastoje od trajno elastinog penastog materijala koji u sluaju poara stvara penu.

blokovi se prilagoavaju uslovima ugradnje seenjem obinim noem.

vatrootporni blokovi najee se koriste za izolaciju otvora za kablove, ali isto tako je pogodan za zaptivanje drugih otvora (izvor:

Promat)

5. vatrootporne trake za fuge

sastoje se od vatrootporne pene i ekspandujueg laminata

pena mu daje elastinost a laminat daje vatrootpornost

imaju podatak o dozvoljenom pomeranjem

za otvore do 55 mm

12

vatrootporna traka za fugu (izvor: Promat)

5.2. Lake konstrukcije

Lake konstrukcije ne utiu na noseu konstrukciju kao teke ozidane konstrukcije. Cilj spajanja lake konstrukcije za noseu konstrukciju je da ne oteuju i zadre svoj prvobitni poloaj. Proizvoai ve godinama proizvode takva reenja kojima se tolerie pomeranje nosee konstrukcije od 15-20 mm, koji nije dovoljan za sauvanje lake konstrukcije od oteenja.

ukruivanje gipskarton ploe (izvor: Knauf)

13

6. Zatita nenoseeg poarnog prepreka pada

6.1 Ukruivanje ozidanog zida

Prema Eurocode-u ozidani zidovi moraju se ukruivati za noseu konstrukciju. To su u prolosti postizali pomou perforiranog lima ili armiranjem koje se smatra da nisu pogodna reenja.

klasina fiksranja nenoseeg zida (izvor: Ytong)

U SAD-u postoje armature kojima se moe obezbediti pomeranje do izvesne granice. Nevidljivi su, privuju se u malteru.

drai ozidanog zida (izvor: Paul Curtis, Heckmann Building Products)

specijalni ekseri za ukruivanje zida (izvor: ancon.co.uk)

6.2. Ukruivanje poarnih vrata

Poarna vrata imaju ulogu da tite otvore na poarnim sektorima od irenja poara. Pri jaim zemljotresima teka poarna vrata skloni su za ispad iz zida, pri tome ne samo da izgube svoju prvobitnu funkciju nego predstavljaju opasnost za ljude i oteavaju evakuaciju. U normalnom sluaju to moe da se desi samo kod poarnih vrata koji su ukrueni pomou vatrootporne pene.

14

ukruivanje poarnih vrata gorivim purpenom (izvor: vedelem.hu)

15

7. Zatita seizmike izolacije od poara

Pomeranja aseizmikog objekta u velikoj meri moe da se smanjuje ukoliko se objekat elastino oslanja na fundiranje.

princip rada seizmikog izolacija (izvor: nees.org)

Primenom seizmike izolacije mogua je znatna redukcija seizmikih sila, to omoguuje da konstrukcija ostane u elastinom podruju ponaanja. To se postie primenom posebnih elemenata za izolaciju i apsorpciju energije i elemenata za kontrolu vibracija, koji se ugrauju u samu konstrukciju.

Ovi elementi najee se nalaze izmeu fundiranja i samog objekta u posebnim prostorijama, poarnim sektorima gde su zatieni od dejstva poara. Ako se izolacija nalazi unutar korisnog dela zgrade tj. nije u posebnom poarnom sektoru, mora se zatititi od poara. To vai i za izolacije velike, masovne instalacije unutar poarnog sektora jer svaka seizmika izolacija sadri materije ili elemente koji su osetljivi na poar. Kritine temperature elemenata su sledee:

za eline konstrukcije: 350-700 C,

za plastine elemente: za termoplastine 70-90 C, za termoreaktivne 250-300 C

za gumene elemente: 300 C

Vatrootporni malter na elinu konstrukciju, a izolacija izloena prema dejstvu poara (izvor: jamstec.go.jp)

Postoji tri reenja za zatita seizmike izolacije:

sama seizmika izolacija otporna na poar

postavljanje siezmike izolacije u posebni poarni sektor

sprinkler instalacija

zatita pomou vatrootporne ispune (naravno tako da ne utie na performanse izolacije)

16

presek zatita seizmike izolacije (izvor: Promat) oblaganje seizmike izolacije (izvor: dis-inc.com)

zatita seizmike izolacije pomou sprinklera (Utah State Capitol, USA)

17

8. Mainske instalacije i elektrine instalacije

U sluaju zemljotresa mainske i elektrotehnike istalacije mogu da se otete na sledei nain:

slom cevovoda, naroito kod probijanja krutih konstrukcija koji moe da prouzorkuje isticanje gasa ili izlivanje tenosti (voda za sprinler instalaciju, zapaljive tenosti, vrue tenosti)

oteta lakog zida od strane cevovoda usled nepravilnog probijanja

pomeranja, pada instalacija

oteenja lakog zida usled nepravilnog voenja cevovoda (izvor: FEMA E-74)

Nain zatite instalacija od dejstva zemljotresa:

elastino voenje cevovoda

pravilno odreivanja povrine otvora (vatrootpornim ispunom kod poarnog zida)

kod metalnih cevovoda elastini spoj kod ulaza - izlaza kroz zid

sigurnosni ventili, koji zatvara cevovod u sluaju zemljotresa

ukruivanje mainske i elektrine instalacije

Elastino voenje cevovoda: fleksibilne spojnice, vatrootporne manete (izvor: FEMA E-74)

oteenje sprinkler instalacije (Photo courtesy of Cynthia Perry, BFP Engineers)

18

probijanje viseeg plafona - elastini spoj izmeu mlaznica i cevi sprinkler instalacije (izvor: Flexhead)

pad elektrine instalacije usled dejstva zemljotresa od 7,4 magnituda (Turska 1999)

ventil za automatska zatvaranja cevovoda (Seismic Shut-Off Valave)

19

9. Literatura

1) FEMA E-74 Reducing the Risks of Nonstructural Earthqake Damage A Practical Guide. Federal Emergency Management Agency, 4th edition, January 2011.

2) Takcs Lajos Gbor: Tzszakaszok kialaktsa s trbeli elvlasztsa. PhD rtekezs, BME p-tszmrnki Kar, 2010. februr 19.

3) EN 1998-1: 2004. Eurocode 8. Design of structures for earthquake resistance. Part 1. General rules, seismic actions and rules for buildings

4) Do earthquakes damage fire protection walls? Peter Collier, BUILD February/March, 2008, pp. 84-85. 5) Critical earthquake risk detailing in New Zealands multi storey building stock: understanding and improving

current perception (H.A. Schofield, J.M.

Pampanin).www.retrofitsolutions.org.nz/pdfs/NZSEE2006%20Schofield.pdf)

6) Michael JAMES, Andy BUCHANAN: Fire Resistance Of Seismic Joints

7) Pravilnik o tehnikim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmikim podrujima

8) www.vedelem.hu 9) www.promat.com

10) www.langlovagok.hu

11) www.dis-inc.com

12) www.intumex.com

13) www.knauf.com

14) www.ytong.com