seizmicki aspekt nadogradnje - r.salatic

INŽENJERSKA KOMORA SRBIJE Program permanentnog usavršavanja BEOGRAD, 6. decembar 2008. godine

SEIZMIČKI ASPEKT NADOGRADNJE OBJEKATA Doc. dr Ratko M. SALATIĆ

UVOD Nadogradnja postojećih objekata je objektivna potreba u izgrađenim urbanim područjima. Poslednjih godina kao posledica ekonomskih i političkih okolnosti došlo je do pojave masovne nadogradnje u našim gradovima, a naročito u Beogradu. Izvedenene nadogradnje s obzirom na svoju brojnost i na način na koji se izvedene zaintreresovale su stručnu javnost da da svoju kritiku. Predmet razmatranja u okviru ovog predavanja je samo građevinsko konstruktivni aspekt realizacije nadogradnje postojećih objekata, apstrahujući pri tome u potpunosti imovinsko-pravni, urbanistički, arhitektonski i tehničko-instalaterski aspekti, koji su svi objektivno veoma značajni u pravilnom pristupu analize dogradnje objekata.

Cilj predavanja je da se preporuči postupak proračuna za potrebe projektovanja nadogradnje objekata, a naročito razmatrajući seizmički proračun. Može se kontatovati da do sada nije prihvaćena opšta metodologija proračuna, pa su uočeni veći i manji propusti u tehničkoj dokumentaciji građevinske konstrukcije dogradnje objekata. Preporučiće se potreban sadržaj tehničke dokumentacije za proračun građevinske konstrukcije, kao i obim neophodnih podataka.

Definisanje postupka utvrđeno je na osnovu osnovnih teorijskih razmatranja, praktičnih i izvođačkih problema, zakonske i tehničke regulative, kao i uočenih grešaka izvedenim nadogradnjama objekata. ZAKONSKO TEHNIČKA REGULATIVA Važećim Zakonom o planiranju i izgradnji data je samo kategorizacija radova vezanih za dogradnju objekata. Nadogradnja objekata kao pojam je sadržana u dogradnji koja predstavlja podskup radova rekonstrukcije objekata.

Stari Zakon o izgradnji objekata ("Službeni glasnik RS", br. 44/95, 24/96, 16/97, 43/2001) u članu 10 je definisao najopštije principe projektovanja koji treba da budu primenljivi u glavni projekat nadziđivanja zgrade:

“Glavni projekat za nadziđivanje stambene, odnosno stambeno-poslovne zgrade, pored dokumentacije iz člana 9. ovog zakona, sadrži i analizu uslova nadziđivanja kojim se potvrđuje da: 1) nadziđivanje do predviđene visine neće ugrožavati stabilnost zgrade, kao i susedne objekte; 2) nadziđivanje neće pogoršati upotrebljivost pojedinih delova zgrade za svrhe kojima služe i druge uslove korišćenja zgrade; 3) zgrada po dovršenom nadziđivanju

Seizmički aspekt nadogradnje objekata

2

kao celina zadovoljava zahteve stabilnosti, sigurnosti i savremene uslove stanovanja, odnosno korišćenja.”

Zahteve sadržaja glavnog projekta treba usvojiti kao polazne principe pri proračunu nadogradnje objekata.

Definicije pojmova datih u Zakonu (član 2) su veoma bitne, kako ne bi došlo do suštinskog nerazumevanja u neophodnoj komunikaciji sa licima koja nisu usko građevinsko-konstruktivne struke:

"rekonstrukcija" jeste izvođenje građevinskih i drugih radova na objektu, kojima se: vrši dogradnja; utiče na stabilnost i sigurnost objekta; menjaju konstruktivni elementi; menja tehnološki proces; menja spoljni izgled objekta; povećava broj funkcionalnih jedinica; utiče na bezbednost susednih objekata, saobraćaja, zaštite od požara i životne sredine; menja režim voda; utiče na zaštitu prirodnog i nepokretnog kulturnog dobra, evidentirane nepokretnosti, dobra koje uživa prethodnu zaštitu, njegove zaštićene okoline, osim konzervatorsko - restauratorskih radova;

"dogradnja" jeste izvođenje građevinskih i drugih radova kojima se izgrađuje novi prostor uz, ispod ili nad postojećim objektom i sa njim čini funkcionalnu ili tehničku celinu;

"adaptacija" jeste izvođenje građevinskih i drugih radova na postojećem objektu kojima se vrši promena organizacije prostora u objektu, zamena uređaja, postrojenja, opreme i instalacija istog kapaciteta, kojima se ne utiče na stabilnost i sigurnost objekta, ne menjaju konstruktivni elementi, ne menja spoljni izgled i ne utiče na bezbednost susednih objekata, saobraćaja, zaštite od požara i životne sredine;

"sanacija" jeste izvođenje građevinskih i drugih radova na postojećem objektu kojima se vrši popravka uređaja, postrojenja i opreme, odnosno zamena konstruktivnih elemenata objekta, kojima se ne menja spoljni izgled, ne utiče na bezbednost susednih objekata, saobraćaja i životne sredine i ne utiče na zaštitu prirodnog i nepokretnog kulturnog dobra, evidentirane nepokretnosti, dobra koje uživa prethodnu zaštitu, njegove zaštićene okoline, osim konzervatorsko - restauratorskih radova;

Pored zakonski navedih pojmova definisaće se i pojam ojačanja konstrukcije:

„ojačanje konstrukcije" povećanje lokalnog ili globalnog kapaciteta nosivosti i/ili graničnog stanja upotrebljivosti konstrukcije objekta.

Tehnička normativa vezanu za problematiku nadogradnje objekata je data u okviru poglavlja Adaptacija i rekonstrukcija postojećih objekata u jednom članu (član 115a) Pravilnika o tehničkim normativima za izgradnju objekata visokogradnje u seizmičkim područjima (Službeni list SFRJ broj 31/81, 49/82, 29/83, 21/88, 52/90): “Seizmička otpornost postojećih objekata posle adaptacije i rekonstrukcije mora biti sledeća:

1) objekti kod kojih izvođenjem adaptacije i rekonstrukcije ne nastaju bitne promene moraju posle izvedenih radova biti seizmički otporni kao što su bili pre izvedenih radova;

2) objekti kod kojih izvođenjem adaptacije i rekonstrukcije nastaju bitne promene moraju posle izvedenih radova biti seizmički otporni u smislu odredaba ovog pravilnika.

Pod bitnim promenama, u smislu odredaba ovog pravilnika, podrazumeva se podizanje jednog sprata ili više spratova, dogradnja uz postojeći objekat čija je površina veća od 10%

Seizmički aspekt nadogradnje objekata 3

površine objekta ili rekonstrukcija i adaptacija objekta čija se postojeća površina smanjuje za 10%, a masa objekta povećava ili smanjuje za više od 10%.” Veoma često se pokušava da se planirani radovi svrstaju u kategoriju radova koji ne podrazumevaju bitne promene, jer bi u protivnom po pravilu bila ugrožena opravdanost investicije. Ako je došlo do bitnih promena, saglasno odredbama člana 2 Pravilnika objekti visokogradnje u seizmičkim područjima projektuju se tako da zemljotresi najjačeg intenziteta mogu prouzrokovati oštećenja nosivih konstrukcija, ali ne sme doći do rušenja tih objekata, što znači da celokupna konstrukcija postojećeg objekta mora biti seizmički otporna prema aktuelno važećem Pravilniku.

Zahtevi za nadogradnjom su najčešće u starom jezgru gradova, na starim objektima koji nisu seizmički otporni, niti su proračunati na dejstvo zemljotresa. Bilo koja intervencija podrazumeva obavezu povećanja seizmičke otpornosti postojećih objekata, što podrazumeva značajno veći obim radova od same nadogradnje.

Jasan i odlučan stav konstruktivnog inženjera pred investitorom je veoma značajan, kako bi se blagovremeno predočio potreban obim radova i odgovarajuće investiciono ulaganje. Pored građevinskih radova ne može se zanemariti ni mnogo složeniji proračun, kao i neophodna ispitivanja građevinske konstrukcije. POSTUPAK PRORAČUNA Postupak proračuna se odnosi na slučaj nadogranje objekata kada dolazi do bitnih promena. Proračun konstrukcije određen je opštim principima nadogradnje objekata koji se mogu defisati:

- nadogradnja objekta neće ni na koji način ugrožavati susedne objekte i postojeću infrastrukturu;

- nadogradnja objekta neće pogoršati upotrebljivost pojedinih delova objekta za svrhe kojima služe i druge uslove korišćenja objekta;

- nadogradnja objekta neće smanjiti seizmičku otpornost objekta;

- elementi konstrukcije, razmatrajući globalno i lokalno po dovršenoj nadogradnji zadovoljavaće zahteve nosivosti, stabilnosti i upotrebljivosti.

Teorijsko razmatranje

Strogo teorijski razmatrajući građevinsku konstrukcija nadogradnje objekta, ona predstavlja jedan mali deo sistema koji treba da se analizira pri dejstvu zemljotresa. Najšire posmatrano Sistem 1 bi obuhvatao zemljotres sa svim svojim bitnim karaktreristikama (pre svega, rastojanjima, oslobođenom energijom, uzrokovanim seizmičkim talasima i frekventnim karakteristikama), zatim lokalno tlo sa geomehaničkim karakteristikama, oslonci konstrukcije, sama konstrukcija objekta i najzad konstrukcija nadogradnje.

Modeliranje ovakvog sistema je komplikovano i za čisto teorijsko razmatranje, pa se uvodi manje složeniji sistem (Sistem 2), koji bi obuhvatao tlo i kompletnu konstrukciju nadograđenog objekta. U inženjerskoj praksi, tj u standardnom proračunu, interakcija tla i konstrukcije pri dejstvu zemljotresa je veoma složen zadatak, pa se ovakav proračun zahteva samo u slučaju izuzetno značajnih objekata.


4

Slika 1: Sistemi za seizmičku analizu

Najmanje složen sistem bi bio Sistem 3: postojeća konstrukcija objekta sa konstrukcijom nadogradnje. Iako značajno pojednostavljen u odnosu na početni sistem, proračun Sistema 3 je takođe veoma zahtevan i znatno komplikovaniji od uobičajenih proračuna.

Za razliku od statičkog opterećenja, koje je definisano silama koje deluju na sistem (intenzitet, pravac i smer), odgovor sistema pri dinamičkom opterećenju pre svega zavisi od odnosa frekventnih karakteristika činioca sistema, što je poznato iz teorije prinudnih oscilacija iz definicije dinamičkog faktora. Dinamički faktor zavisi od frekvence prinudne sile, tj. frekventnih karakteristika zemljotresne pobude, i od frekvence sistema na koji deluje pobuda. Frekvenca sistema je zavisna od masa sistema i krutosti. Pretpostavljajući da je masu sistema jednostavno odrediti, krutost sistema je određena krutošću pojedinih delova konstrukcije, pre svega krutošću konstrukcije postojećeg objekta i konstrukcije planirane nadogradnje.

Slika 2: Dinamički faktor


Analizirajući osetljivost promene vrednosti dinamičkog faktora u funkciji odnosa η, uočava se značaj što preciznijeg određivanja krutosti konstrukcije, što nameće potrebu za tačnim usvajanjem svih karakteristika sistema. Evaluacija mogućnosti uspešne nadogradnje

S obzirom na neohodnost utvrđivanja seizmičke otpornosti celokupne konstrukcije objekta, za slučaj bitnih promena, preliminarna aktivnost bi bila, evaluacija mogućnosti uspešne nadogradnje, odnosno donošenje odluke o nadogradnji. Mogućnost nadogradnje je uslovljena ispunjavanjem osnovnih principa projektovanja aseizmičkih objekata postojećeg objekta koji je predviđeno nadograditi. Potrebno je proceniti ispunjenost sledećih principa:

Pogodnost lokacije izgradnje objekta;

Pravilan izbor osnove objekta;

Pravilan izbor vertikalne dispozicije objekta;

Pravilan raspored masa;

Pravilan raspored diskontunuiteta krutosti objekta;

Pravilan izbor konstruktivnog sistema objekta.

U slučaju da se pri analiziranju globalnih seizmičkih karakteristika objekta dođe do zaključka da značajno odstupaju od navedenih principa, preporučuje se odustajanje od odluke o dogradnji objekta. Postupak proračuna

Ako se nakon preliminarne evaluacije donela odluka o nadogradnji objekta potrebno je pristupiti ozbiljnom i zahtevnom inženjerskom poslu, koji se može sistematizovati u devet osnovnih tačaka, odnosno aktivnosti:

1. Snimak postojećeg stanja elemenata konstruktivnog sistema 2. Utvrđivanje nosivosti postojećih elemenata konstrukcije 3. Utvrđivanje intenziteta dodatnih sila 4. Provera nosivosti tla i sleganja tla 5. Provera uticaja na susedne objekte i infrastrukturu 6. Provera nosivosti novih elemenata konstrukcije 7. Utvrđivanje potrebe za ojačanjem i sanacijom 8. Globalna provera nosivosti i stabilnosti konstrukcije 9. Program geodetskog osmatranja objekta

Svaka od navedenih aktivnosti predstavlja zaseban problem koji treba uspešno i pažljivo rešiti. Tako, na primer pribavljanje snimka postojećeg stanja, ma koliko na prvi pogled izledalo elementarno, nije jednostavan zadatak ako se pridržavamo navedenog sadržaja.


6

Snimak postojećeg stanja (1.): a) Osnove objekta i preseci objekta b) Identifikacija konstruktivnog sistema i glavnih nosećih elemenata c) Snimanje oblika, dimenzija temelja d) Snimanje svih neregularnosti i defektoskopije objekta e) Klasifikacija prslina i pukotina f) Utvrđivanje karakteristika ugrađenih materijala g) Utvrđivanje stvarnih opterećenja i definisanje intenziteta korisnog opterećenja Utvrđivanje karakteristika ugrađenih materijala f) Utvrđivanje karakteristika materijala predstavlja značajan inženjerski problem, naročito u slučaju nadogradnje starih objekata. Pravilan pristup je sprovođenje “in situ” eksperimentalnih istraživanja radi dobijanja pouzdanih ulaznih podataka za proračun. Na primeru određivanja čvstoće na pritisak i na smicanje izgrađenog zida postojećeg objekta, očigledna je obimnost i složenost eksperimentalnih ispitivanja (Slika 3 i Slika 4). U protivnom, inženjeri se odlučuju za usvajanje degradiranih vrednosti karakteristika materijala, što je na strani sigurnosti samo u slučaju razmatranja statičkog opterećenja.

Slika 3: Određivanje čvrstoće na pritisak

Slika 4: Određivanje čvrstoće na smicanje

Utvrđivanje stvarnih opterećenja i definisanje intenziteta korisnog opterećenja g) Konstrukciju je potrebno proračunati kako na statičko opterećenje, tako i na seizmičko opeterećenje. Novim uslovima, nadogradnjom, pojaviće se dodatne vertikalne i horizontalne sile, pa je potrebno odrediti po njihov položaj i intenzitet. U okviru statičkog proračuna treba dokazati das u ostvareni potrebni kapaciteti nosivosti i upotrebljivosti konstrukcije (globalno i


lokalno), kao i nosivosti tla. Za nove horizontalne sile u okviru seizmičkog proračuna, treba proveriti kapacitet seizmičke otpornosti objekta (globalno i lokalno). Utvrđivanje potrebe za ojačanjem i sanacijom (7.) Ojačanje i sanacija elemenata postojeće konstrukcije su prateći skoro u svim nadogradnjama postojećih objekata, s obzirom ba činjenicu da se ne može očekivati da postojeća kosntrukcija ima dovoljnu rezervu kapaciteta nosivosti i seizmičke otposrnosti. Projektovanje pravilne sanacije i ojačanja je izazov kako za projektanta, tako i za izvođača radova. U zavisnosti od tipa elementa (stub, zid, greda, ploča), vrste konstrukcije (betonska, čelična, zidana, sa i bez serklaža, horizontalnih ili vertikalnih) i primenljivosti rešenja na samom objektu, u praksi je moguće realizovati na veliki broj načina (povećanje postojećeg elementa, novi element, čelični flahovi, visokovredni zavrtnji, karbonska vlakna, epoksidi, i ostalo).

Prilikom izbora ojačanja treba imati u vidu funkciju samog elementa, kako pre dogradnje tako i posle dogradnje. Odgovarajući proračun na lokalnom konstruktivnom elementu i na celoj konstrukciji sistema treba da potvde zahtevane nivoe nosivosti.

Ilustracija nekih ojačanja ili sanacija elemenata data je na narednim slikama.

Slika 5: Primeri ojačanja temelja

Slika 6: Primer ojačanja betonskog stuba betonom


8

Slika 7: Primeri ojačanja stubova čelikom i karbonskim vlaknima

Slika 8: Primer ojačanja zidova

Osvrt na pravilnik

Prilikom proračuna dogradnje postojećeg objekta treba imati u vidu i sve principe i preporuke za ceo sistem i pojedine elemente konstrukcije, jer zadata konstrukcija treba da ispuni zahteve prema važećem Pravilniku.


Opšti principi projektovanja aseizmičkih konstrukcija

Objekti se projektuju tako da zemljotresi najjačeg intenziteta mogu prouzrokovati oštećenja nosivih konstrukcija, ali ne sme doći do rušenja tih objekata (član 2).

Međuspratne konstrukcije projektuju se tako da predstavljaju krutu horizontalnu dijafragmu (član 28).

Dispozicija konstrukcija objekata visokogradnje postiže se pravilnim i jednostavnim rešenjem u osnovi, sa jednolikim rasporedom masa. (član 46).

Temelji treba, po pravilu, da leže na istoj dubini. (član 51). Armirano-betonske konstrukcije

Armiranje greda u osloncima vrši se dvostrukom armaturom, tako da je μ' ≥ 0.5 μ.

Razmak uzegija u grednim nosačima ne sme biti veći od 20 cm dok se u blizini čvorova, na dužini od 0.2 od raspona, razmak uzengija dvostruko smanjuje. Zatvaranje uzengija vrši se preklopom po čitavoj dužini kraće strane.

Stubovi se projektuju tako da je odnos uvek: B

0.35

Razmak poprečne armature uzengija u stubovima ne sme biti veći od 15 cm, dok se u blizini čvorova razmak uzengija dvostruko smanjuje. Uzengije u stubovima zatvaraju se preklopom po čitavoj dužini kraće strane.

Zidane konstrukcije

Nije dozvoljena kombinacija vertikalnih nosećih elemenata od betona i zidova na pojedinim spratovima zgrade.

Nije dozvoljeno primenjivanje mešovitih sistema, odnosno donji deo objekta visokogradnje od armirano-betonskog skeleta, a gornji od nosećih zidova.

Vertikalni serklaži obavezno se izvode posle zidanja vezom na zub. Presek vertikalnih serklaža mora biti jednak debljini zida, ali ne manji od 19 / 19 cm.

Vertikalni serklaži obavezno se postavljaju na svim uglovima objekta, na mestima skupljanja nosivih zidova, kao i na slobodnim krajevima zidova čija je debljina d 19 cm.

Vertikalni serklaži armiraju se sa najmanje 4Ø14mm, a horizontalni serklaži sa najmanje 4Ø12 mm.

Dozvoljeni broj spratova za pojedine sisteme zidanih konstrukcija

Seizmički stepen IX

Stepen VIII

stepen VII

stepen Vrsta zidanih konstrukcija

Obične - P+1 P+2

Sa vertikalnim serklažima P+2 P+3 P+4

Armirane P+7 P+7 P+7


10

ZAKLJUČAK

U svakom trenutku realizacije nadogradnje objekta treba biti svestan složenosti proračuna i izvođenja radova, kao ostalih neophodnih pripremnih aktivnosti. Izrada tehničke dokumentacije bez svih prethodno navedenih sadržaja je neprofesionalna i neprihvatljiva. U dosadašnjim proračunima rezerva u predimenzionisanom ulaznom seizmičkom opterećenju pokrivala je brojne nedostatke proračuna i izvođenja radova. Očekujući izmene u pogledu pravilnikom definisanog seizmičkog opterećenja, koje će biti značajno manje, potrebno je dosledno primeniti izloženi postupak i sadržaj projektne dokumentacije za proračun građevinske konstrukcije.

Ukratko rečeno, pravilna i uspešna nadogradnja objekata mora da se zasniva na:

Pouzdanim ulaznim podacima;

Poštovanju pravila projektovanja aseizmičkih objekata;

Razradi detalja za izvođenje radova;

Obezbeđenju ponašanja celog sistema i elemenata sistema prema pretpostavkama proračuna;

Kvalitetan nadzor nad izvođenjem radova.

seizmicki aspekt nadogradnje - r.salatic

Documents