UTICAJ ZEMLJOTRESA NA GRAĐEVINSKE OBJEKTE

ASEIZMIČKO PROJEKTOVANJE I NENOSEĆE POŽARNE PREPREKE

Erik Astaloš ZK32/2012Ljubomir Kneževid ZK55/2012

• Zemljotresi i požari se događaju u čitavom svetu i odnose mnogo ljudskih života i znatan deo budžeta države.

• Kada se zemljotres i požar dešava zajedno ili češde požar nastaje posle zemljotresa, katastrofa je skoro neizbežna.

• Projektovanje objekata koji su otporni na dejstvo zemljotresa kao i projektovanje objekata koji su otporni na požar su ved stari zanati ali dosta labavo spojeni.

• U ranijim godinama asizmičko projektovanje je bilo bazirano na pravilnim kotiranjem nosive konstrukcije.

• U današnjim godinama se posveduje pažnja i za izradu takve nenosede konstrukcije koje mogu pretrpeti zemljotres i da svaki nenosivi element konstrukcije mora da bude tako izveden da pri zemljotresu ne utiče negativno na nosivnu konstrukciju.

• U međunarodnoj literaturi mnogo pažnje je posvedeno na požarima posle zemljotresa, ali mnogo manje se bave sa projektovanjem nenosive konstrukcije koji su otporni prema požaru.

Osnovni ciljevi zaštita od zemljotresa je:• zaštita ljudskih života• ograničenje oštedenja• sačuvanje vitalnih elemenata za društvo

Spoj između zemljotresa i požara u smislu aseizmičkog projektovanja je slededi:• seizmično projektovani nenosivi elementi – kao i požarne prepreke – mogu negativno uticati na nosivni sistem• požar koji nastaje posle zemljotresa zbog oštedenja požarne prepreke može da se proširuje na ceo objekat ili izvan

objekta

Pri zemljotresu slededa oštedenja mogu da utiču na otpornost prema požaru:• oštedenje nosivne konstrukcije zbog nepravilnog projektovanja • konstrukcija izgubi integritet (npr. pukotine, rascepi)• oslabljenje slojeva koji štite osetljive elemente od toplotnog dejstva (raspadanje maltera, oštedenje betona kod AB

elemenata)• oštedenja požarne prepreke (vrata otporna na požar, pregradni zidovi, klapne, zavese itd.)• oštedenja aktivnih delova zaštita od požara (sprinkler)• oštedenja evakuacionih puteva

Izvori paljenja posle zemljotresa:• oštedena komunalna elektroenergetska postrojenja i postrojenja zapaljive materije (gasovod, naftovod)• oštedenja instalacija unutar objekta

Prema zakonodavnim merama objekti moraju biti tako kontruisani da u izvesnoj meri izdrže zemljotres i da se pri zemljotresu ili požaru korisnicima omoguduje bezbedna i samostalna evakuacija i takođe je omogudena intervencija.

Za to svrhu u normativinim aktima postoje dva osnovna zahteva:

1. Zahtev da se objekat ne sruši:o Konstrukcija mora da bude projektovana i izvedena da izdrži projektni zemljotres bez lokalnog i globalnog

rušenjao Kapacitet nosivosti i konstrukcijski integritet moraju biti sačuvani nakon prestanka dejstva zemljotresa.o Posle zemljotresa konstrukcija može biti ekonomski nepopravljiva ali bi trebala obezbediti sigurnu

evakuaciju stanara pri dejstvu afteršokova

2. Zahtev za ograničenje oštedenja :o Konstrukcija mora biti projektovana i izvedena da izdrži seizmičko dejstvo sa vedom verovatnodom pojave

od projektnog seizmičkog dejstva bez značajnije pojave oštedenjao Treba izbedi ograničenja u korišdenjuo Cena opravke ne bi trebala da bude previsoka u odnosu na cenu same konstrukcijeo Konstrukcija bi trebalo da ima sačuvanu nosivost i krutost, bez trajnih oštedenja i bez potrebe za sanacijom. o Nekonstruktivna oštedenja trebaju biti ekonomski popravljiva

Principi projektovanja elemente konstrukcije koje predsatvljaju požarne prepreke aseizmičkog objekta:• moraju da ispune zahteve u smislu zaštita od požara (otpornost prema požaru)• ne utiču negativno na nosivu konstrukciju• da ne ošteduju na takav način da onemogudavaju evakuaciju ili izgube funkciju požarne prepreke

Otpornost prema požaru i požarne prepreke

Otpornost prema požaru je sposobnost nekog elementa građevinske konstrukcije da za određeno vremeispuni traženu stabilnost, integritet prema požaru i toplotnu izolaciju i/ili drugu očekivanu ulogu pristandardnom ispitivanju otpornosti prema požaru.

Požarni sektor je prostor u zgradi koji je od drugih delova odvojen požarnim preprekama. Požarne prepreke mogu biti:

• međusobno rastojanje, • zidovi (klasični i visedi),• međuspratne konstrukcije, • ispuni za zatvaranje otvora,• požarna vrata,• dimna vrata,• dimne zavese,• specijalne zastaklene površine,• protivpožarne klapne.

Požarne prepreke u smislu aseizmičkog projektovanja mogu biti:• nosedi element konstrukcije kao požarna prepreka (požarni zidovi, međuspratne konstrukcije)• nenosedi element koji zbog sopstvene težine utiče na ponašanje nosivnosti konstrukcije• nenosede lake konstrukcije, koje nemaju efekat na nosedu konstrukciju pri zemljotresu (npr. zidovi od

gipskartona)

Ponašanje konstrukcije, elementi konstrukcije pri zemljotresu

Uticaj oblika i dispozicije konstrukcije na ponašanje pri zemljotresu

Pricipi projektovanja aseizmičkih 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:• nepravilan raspored mase (oblici T i L, raznovrsnost u površini spratova, komplikovanost, asimetrija)• neravnomerna otpornost na horizontalne sile (fleksibilno prizemlje, sprat, diskontinuitet krutosti, velike mase na spratovima)• neobične konstrukcije (šatori sa velikim rasponom, konstrukcije na kosini itd,)

MEĐUSOBNI UTACAJ IZMEĐU OBJEKTA:

Pored konstruktivnog rešenja pojedinih objekata, važan je i međusobni utacaj između objekta:• gusto sagrađeni objekti, naročito različitih visina – period oscilovanja je različit i može da dođe do međusobnih udara• spojeni objekti bez dilatacije, oblici L, U sa požarnim zidovima na krajevima• požarni zid na tavanu spojen samo za međuspratnu konstrukciju (obično 12 cm)• samostojedi dimnjaci i zidovi

Ponašanje konstrukcije pri zemljotresuNosedi elementi

• Nosedi elementi konstrukcije koji su i ujedno i požarne prepreke (požarni zidovi, međuspratne konstrukcije) su najčešde izrađeni kao ozidana, monolit ili prefabrikovana armirano-betonska konstrukcija.

• Kod njih u pogledu zaštite od požara je najvažnija funkcija održanje integriteta –da ne nastaju pukotine, odnosno veličina pukotine treba da bude ograničena.

• Prema Eurocode-u dozvoljene veličine pukotine je 6 x 150 mm odnosno 490 mm2.

Stepeništa

• imaju značajnu ulogu pri evakuaciji.

• u visokim objektima stepenišni prostor treba da bude poseban požarni sektor zato je izuzetno važno da očuvaju integritet.

• najčešde se izrađuje kao monolit ili prefabrikovana AB konstrukcija

• sadrži takve elemente (krake i odmorište) koji nisu u istoj ravni kao međuspratnice. Pri zemljotresu ovi elementi osciliraju u horizontalnoj ravni i dodatno optereduju zidove oko stepenišnog prostora.

Najčešdi problemi kod stepeništa:

• elementi konstrukcije montažne AB stepenište se odvajaju i raspadaju

• horizontalna oscilacija stepeništa značajno mogu da oštete nenosive zidove (monolitna AB konstrukcija)

• raspadanje, oštedenje visedeg plafona i zidnih obloga u stepenišnom prostoru

Ponašanje konstrukcije pri zemljotresuStepeništa

Ponašanje konstrukcije pri zemljotresu

Nenosedi ozidani zidovi

• Nenosedi ozidani zidovi imaju dva problema:

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

• zbog krutosti zidova, negativno utiče na elastičnost nosede konstrukcije

Ponašanje konstrukcije pri zemljotresuLake konstrukcije kao požarne prepreke

To su obično sendvič paneli i gipskarton ploče koje su učvršdeni na nosedu konstrukciju.

o pri malim zemljotresima na gipskartonu se javljaju pukotine kojima zid izgubi integritet od požara.

o raspadanje panela

Ponašanje konstrukcije pri zemljotresuZastakljene konstrukcije

Zastakljene konstrukcije jako su osetljive na uticaj zemljotresa. Vrsta stakla određuje kako de se ponašati pri oscilacijama:

• Obično staklo se ved pri malim zemljotresima lomi u velike oštre komade koji predstavljaju opasnost za ljude i nije pogodno za formiranje požarnih sektora.

• Kaljeno staklo razbija se na male komadide, te se rizik potencijalnog povređivanja smanjuje na minimum ali više nede biti u funkciji.

• Laminirano sigurnosno staklo koje se sastoji od dva ili više sloja stakla, te jednog ili više međuslojeva PVB-a (polyvinylbutyral), koji doprinose znatno vedem kvalitetu čvrstode i elastičnosti. U slučaju razbijanja stakla, krhotine i komadidi stakla ostaju zadržani u okviru stakla zahvaljujudi upravo plastičnom međusloju. Osim vrsta stakla bitan faktor je njena površina tj. mala površina manja opteredenja.

Spajanje požarne prepreke i asizmičke konstrukcije

Za izbegavanje krtog loma nenosedi zidovi moraju biti odvojeni od nosede konstrukcije. Obično to se postiže nekom elastičnom ispunom kao što su purpen ili gumena platna ali ove gorive materije nikako se ne smeju koristiti za požarne zidove.

Spajanje požarne prepreke i asizmičke konstrukcijeZa pravilno odvajanje nosede i nenosede konstrukcije potrebno je obezbediti određen razmak između njih koji mora biti ispunjen

specijalnim ispunom otporan na požar.

Ispuni otporni prema požaru:• vatrootporna pena • vatrootporna zaptivna masa• mineralna vuna• silikonske opeke

Vatrootporna pena• laka za rad• nisu elastične - samo za stalan otvor• boja keki ili pink (nikako žuta ili bela) • za otvore široke 20-50 mm i duboke 100-200 mm

Vatrootporna zaptivna masa• za otvore široke 10-20 mm i duboke 200 mm• elastičnih ali nema podataka o njihovom ponašanju pri zemljotresu

Mineralna vuna pokrivena sa ekspandujudom masom je jedna od najrasprostirenijih rešenje za zaptivanje.• za otvore široke 50-300 mm i duboke 150 mm• osetljiv na vodu• elastična ali nema podataka o njihovom ponašanju pri zemljotresu

Elastični, ekspandujudi blokovi, opeke• najčešde se koriste za zaptivanje otvora za prolaz instalacija kroz konstrukcije.• spajanje pojedine opeke vrši se pomodu vatrostalne mase. • vatrootporni blokovi se sastoje od trajno elastičnog penastog materijala koji u slučaju požara stvara penu. • blokovi se prilagođavaju uslovima ugradnje sečenjem običnim nožem.

Vatrootporne trake za fuge• sastoje se od vatrootporne pene i ekspandujudeg laminata• pena mu daje elastičnost a laminat daje vatrootpornost • imaju podatak o dozvoljenom pomeranju• za otvore do 55 mm

Spajanje požarne prepreke i asizmičke konstrukcije

Lake konstrukcije

• lake konstrukcije ne utiču na nosedu konstrukciju kao teške ozidane konstrukcije• cilj spajanja lake konstrukcije za nosedu konstrukciju je da ne ošteduju i zadrže svoj prvobitni položaj• toleriše pomeranje nosede konstrukcije od 15-20 mm, koji nije dovoljan za sačuvanje lake

konstrukcije od oštedenja.

Knauf Sendvič panel

Zaštita nenosede požarne prepreke od pada Ukrudivanje ozidanog zida• Prema Eurocode-u ozidani zidovi moraju se ukrudivati za nosedu

konstrukciju. • U prošlosti su to postizali pomodu perforiranog lima ili armiranjem• U SAD-u postoje armature kojima se može obezbediti pomeranje do

izvesne granice. Nevidljivi su, pričvšduju se u malteru.

Zaštita nenosede požarne prepreke od pada

Ukrudivanje požarnih vrataPožarna vrata imaju ulogu da štite otvore na požarnim sektorima od širenja požara. Pri jačim zemljotresima teška požarna vrata skloni su za ispad iz zida, pri tome ne samo da

izgube svoju prvobitnu funkciju nego predstavljaju opasnost za ljude i otežavaju evakuaciju. U normalnom slučaju to može da se desi samo kod požarnih vrata koji su ukrudeni pomodu vatrootporne pene.

Ukrudenje pomodu purpena

Zaštita seizmičke izolacije od požara

• Svaka seizmička izolacija sadrži materije ili elemente koji su osetljivi na požar

• Kritične temperature elemenata su sledede:o za čelične konstrukcije: 350-700 ºC, o za plastične elemente: za termoplastične 70-90 ºC, za termoreaktivne 250-300 ºCo za gumene elemente: 300 ºC

• Postoji tri rešenja za zaštitu seizmičke izolacije:o sama seizmička izolacija otporna na požaro postavljanje siezmičke izolacije u posebni požarni sektoro sprinkler instalacijao zaštita pomodu vatrootporne ispune (naravno tako da ne utiče na performanse izolacije)

Mašinske i električne instalacije

U slučaju zemljotresa mašinske i elektrotehničke istalacije mogu da se oštete na slededi način:• slom cevovoda, naročito kod probijanja krutih konstrukcija koji može da prouzorkuje isticanje

gasa ili izlivanje tečnosti (voda za sprinler instalaciju, zapaljive tečnosti, vrude tečnosti)• ošteta lakog zida od strane cevovoda usled nepravilnog probijanja• pomeranja, pada instalacija

Način zaštite instalacija od dejstva zemljotresa:• elastično vođenje cevovoda• pravilno određivanja površine otvora (vatrootpornim ispunom kod požarnog zida)• kod metalnih cevovoda elastični spoj kod ulaza - izlaza kroz zid• sigurnosni ventili, koji zatvara cevovod u slučaju zemljotresa• ukrudivanje mašinske i električne instalacije