Novi koncepti sigurnosti i učinkovitosti u konstrukciji višekatnih objekata

Čelične konstrukcije omogućuju gradnju višekatnica, teoretski bez ograničenja, jer najviša zgrada koja se trenutačno gradi je Burj Dubai u Ujedinjenim Arapskim Emiratima, sa preko 700 metara visine i s preko 160 katova.

Pitanje je vremena kada će biti prijeđena granica od 1.000 m. Materijali i legure su sve kvalitetniji, kao i želja investitora za natjecanjem u što bržoj, što višoj i što učinkovitijoj visokogradnji.

Tehnički uvjeti su omogućeni, humanost života u takvim objektima djelomično zanemarena, ali ne i čimbenici koji djeluju na sigurnost. Novi trendovi i događaji pokazali su da ovakvi objekti moraju poštivati apsolutno sve učinkovite i sigurnosne parametre kako bi stanarima pružili maksimalnu sigurnost, ugodu i komfor.

Pouzdanost nosive konstrukcije

Kako je konstrukcija kostur cijele građevine, izuzetna pozornost mora biti pridodana ovom čimbeniku, pogotovo uzme li se u obzir da greške i/ili nedostaci koji se u proračunima mogu zanemariti u niskim i srednje visokim objektima, mogu biti izrazito dominantni na većim visinama.

Nosive konstrukcije pored svoje funkcijske namjene i ekonomične izvedbe, moraju zadovoljiti osnovni postulat dokaza sigurnosti kod nosivosti s ispravnom statičko-konstrukcijskom obradom. Pouzdanost konstrukcije definira se koeficijentom sigurnosti, da ne dođe do otkazivanja nosivosti.

Model proračuna konstrukcije aproksimira stvarno stanje u konstrukciji na bazi idealiziranih pretpostavki. Sve veličine koje se uzimaju u obzir za proračun konstrukcija nisu determinističkog karaktera. Zato je potrebno dati opis ponašanja konstrukcije pod opterećenjem putem probabilističke analize nosivosti i dokaz sigurnosti izvesti na osnovi vjerojatnosti otkazivanja nosivosti.

Glavni čimbenici, koji utječu na stupanj pouzdanosti konstrukcije su: variranje čvrstoće materijala, variranje stalnog i pokretnog opterećenja, aproksimacija modela za proračun konstrukcije, smanjivanje nosivosti tijekom eksploatacije i uvjeti upotrebljivosti, kao i utvrđivanje rizika preko veličine štete i gubitka života kod eventualnog loma konstrukcije.

Stvaranje \’rezerve\’ u nosivosti konstrukcije pokriva se koeficijentom sigurnosti u pojednostavljenom obliku utvrđivanja stupnja pouzdanosti, smanjivanjem nosivosti i povećavanjem opterećenja na projektirane vrijednosti, kod graničnog stanja analize konstrukcije.

Projektirana (proračunska) otpornost i projektirano (radno) opterećenje za neku konstrukciju može se odrediti determinističkim pristupom na bazi iskustva i tehnoloških zahtjeva, probabilističkom analizom za nominalne vrijednosti opterećenja i otpornosti, kao fraktalne vrijednosti velikog broja izmjerenih podataka s određenom funkcijom gustoće učestalosti; te kombinacijom ovih pristupa u svrhu pojednostavljenja proračuna semiprobabilističkom metodom.

Analiza potresa kod višekatnih objekata

Jedna od najvažnijih zadaća u analizi utjecaja potresa na višekatne zgrade jest proračun pomaka katova.

. Presječne sile u nosivim elementima svakako su važne za njihovo dimenzioniranje, međutim deformacije, točnije pomaci katova kod zgrada, fizikalne su veličine koje daju jasniju sliku odziva promatrane građevine.

Dok su presječne sile više \’unutarnji\’ problem neke konstrukcije, pomaci su veličine koji je povezuju s \’vanjskim svijetom\’. Poznavanje veličine pomaka katova i njihovih relativnih odnosa omogućava proračun ili pak procjenu mogućih šteta kako na nosivom sustavu, tako i na nekonstruktivnim elementima.

Novi trendovi u proračunu zgrada na utjecaj potresa u prvi plan stavljaju upravo pomake, tzv. displacement based approaches. Veličine pomaka su dobri pokazatelji i za naknadno ojačanje konstrukcija.

U gusto izgrađenim gradskim sredinama često se nove višekatnice \’ubacuju\’ (interpoliraju) u rijetke preostale slobodne prostore ili se grade na mjestima starih i dotrajalih objekata, što je iznimno čest slučaj u hrvatskim gradovima.

U tu svrhu već je u idejnoj fazi projektiranja neophodno poznavati red veličine mogućih pomaka stropova. Neugodan problem koji se može pojaviti jest međusobni sudar dvaju susjednih zgrada zbog različitih horizontalnih pomaka.

Pri proračunu pomaka nesimetričnih višekatnica proračun se dodatno otežava zbog torzijskog odgovora konstrukcije. Najzanimljiviji su pomaci na rubovima katnih ploha, na tzv. gipkom rubu koji je najudaljeniji od centra krutosti i na tzv. krutom rubu na strani bližoj centru krutosti.

Poradi dinamičkog odgovora, odnosno torzijskih vibracija, može se dogoditi da u nekom trenutku tijekom trajanja potresa pomak na krućoj strani bude veći nego na rubu najudaljenijem od centra krutosti. Inženjere projektante najčešće zanimaju najveće veličine pomaka koje se mogu pojaviti zbog nekog potresa.

Nelinearna dinamička analiza daje svakako najtočnije rezultate. Međutim, ovaj proračunski postupak zahtijeva podosta vremena, a rezultati su točni samo za strogo odabrane ulazne parametre. Rezultati prije svega ovise o odabranom akcelerogramu.

Realno je očekivati da dijelovi nosivih konstrukcija zgrada već pri srednje jakim potresima prelaze u područje nelinearnog ponašanja materijala.

Projektirati neku konstrukciju tako da se i za vrijeme najjačeg potresa ponaša linearno-elastično nema opravdanja ni s ekonomske ni s estetske točke gledišta. Nastoji se iskoristiti i poboljšati duktilnost nosive konstrukcije. Stupanj smanjenja pune (elastične) nosivosti ovisi o stupnju duktilnosti.

Za poopćenje rezultata bilo bi potrebno izraditi veliki broj proračuna za različite dinamičke pobude za što u inženjerskoj praksi uglavnom nema vremena. Stoga se nastoje primijeniti različite približne metode koje trebaju omogućiti relativno brz proračun uz zadovoljavajuću točnost rezultata.

]]>