Seismisk dimensjonering av prefab. konstruksjoner

Transkript

1 Seismisk dimensjonering av prefab. konstruksjoner Geir Udahl Konstruksjonssjef Contiga Agenda DCL/DCM Modellering Resultater

2 DCL vs DCM Vurdering mhp. prefab DCL Duktiltetsfaktoren q settes til 1,5 slik som for plasstøpte konstruksjoner. Enkelt grensesnitt mellom den som utfører seismisk analyse og den som skal dimensjonere bygget. DCM medfører: En rekke krav til forbindelser og geometri av elementene. Minste tverrsnitt på vegger etc. Økte materialfaktorer og innføring av overstyrkefaktorer. Mindre krefter ved regelmessig geometri, også på fundamentene Risiko for overdimensjonering, spesielt på stål. Modellering E-modul E-modulen til betongen settes lik Ecm i tabell 3.1 i EC2. Normal betongkvalitet i prefab er B45. Det er først og fremst sjaktene hvor dette er en viktig parameter. For hulldekkeskivene vil stivheten være avhengig av spennretning etc. Som en startverdi kan stivheten av platen settes lik 100 mm uoppsprukken betong. Har en enkel geometri kan beregninger gi en stivhet som en ~30mm betongplate. Stivheten av platen må vurderes på samme måte som for vind og skjevstilling. For stål benyttes 210 GPa som vanlig.

3 Modellering Stivhet av betongsjakter. Standarden åpner for å redusere stivheten i oppsprukne tverrsnitt til det halve så sant nærmere vurderinger ikke gjøres. Vurdering av armeringsmengde kan også gjøres (7). NB: Stivheten av betongsjaktene påvirker egenfrekvensen ikke duktilitetsfaktoren q. En reduksjon av stivheten gjelder kun i områder med bøyeriss. Modellering Stivhet av peler, fundamentfjærer Etter samråd med geoteknikker kan en legge inn fundamentfjærer for å simulere oppførselen til jord og peler. En får da samtidig kontroll på at bygget er stivt nok i vind. Ved hulldekker i Dokj ønskes det ikke å føre inn horisontalkrefter. Innspenningen av sjaktene må tas som strekk/trykk i pelene. Fundamentfjærer gir normalt lavere seismiske akselerasjoner og dermed mindre krefter på bygget, samtidig øker et evt. 2. ordens tillegg.

4 Modellering Generelt Prefabrikkerte konstruksjoner har vanligvis ledd i alle knutepunkt. Samtidig har vi en dekkekonstruksjon som ikke overfører momenter med strekk i overkant. Det er derfor ønskelig at alle signifikante krefter føres inn i de avstivede sjaktene. Søylene modelleres som leddet i begge ender, alt. lages så smale at de ikke overfører skjærkrefter. Søyler som er i nærheten av en sjaktvegg bør fjernes for å unngå at disse overfører trykkrefter som igjen reduserer momentet vi leser ut i sjakten. Jordskjelvsspekteret påføres kun i horisontalretningene. Reduseres skivens utbredelse reduseres momentet men samtidig momentarmen slik at strekket ikke nødvendigvis blir mindre. Modellering Produsentene ønsker ofte ukoblede sjaktvegger (ikke fortanning). For å modellere dette er det viktig at veggene modelleres med en viss avstand i fra hverandre eller en lager et hull i skiven rundt hjørnet av veggene. Horisontalskiven vil overføre skjær i mellom veggene om ikke andre tiltak er innført, dette er ikke ønskelig. Et bygg med selvstendige skiver gir: Lavere fundamentkrefter grunnet lengre svingeperiode Enklere bygg å oppføre da fortanning unngås Lett å ta ut krefter og god kontroll på det statiske systemet. Av og til trenger vi selvsagt fortanning for å ta opp både seismiske krefter og vindlaster.

5 Modellering Horisontale fagverk gjør det vanskelig å ha en modell både for horisontale og vertikale påvirkninger. Resultater Benyttes vindkryss som avstivende lementer leses de maksimale kreftene i stavene direkte ut i fra programmet. For sjakter og dekker kan kreftene finnes ved å integrere kreftene over en den aktuelle bredden. En del programmer gjør dette automatisk, ellers må dette gjøres manuelt. Det må gjøres kontroll av at kreftene i søyler som ikke er ment å bidra til stabiliteten er små nok til å kunne neglisjeres.

6 Resultater Påvirkning på dimensjoneringen Det tillates 50% høyere utnyttelse for skjær i planet for hulldekker under seismiske laster enn vi tillater i vind. Klarer ikke hulldekkene å oppta skjærkreftene som skjærfriksjon i fugen må det gjøres kostbare tiltak for å øke denne kapasiteten. Store skjærkrefter gir også stort randstrekk i bygget. Seismiske laster gir store horisontale krefter i planet for de øverste etasjene ved høyere bygg. Medfører ofte kostbare tiltak.

7 Påvirkning på dimensjoneringen Regnes det duktilt må det være en sammenheng i mellom vindlasten og seismisk last. Vi kan ikke samtidig ha en duktil konstruksjon under jordskjelv mens den er elastisk under vind hvis kreftene er tilnærmet like store. Veldig store jordskjelvskrefter tyder ting på at bygget er for stivt. I betongelementer kan dette justeres ved å velge om en skal ha koblede hjørner eller ikke, vegginndeling med eller uten fortanning etc. Grensen for hvor mykt bygget kan være er at det er stivt nok under vindpåvirkning. Betongelementer generelt Opptak av krefter Er seismiske kreftene dimensjonerende blir de normalt så store at betydelige beløp må brukes til tiltak. Store skjærkrefter i hulldekkene kan krave påstøp min. 70mm. Dette påfører i tillegg så mye egenvekt at analysen må utføres på nytt. Tiltak for randstrekk. Flattstål på hulldekkene, ekstra armering/sveiseplater i mellom søyler. Ekstra tiltak/massivplater for kobling inn mot sjakter.

8 Eksempel 1 Eksempel 1

9 Eksempel 1 Eksempel 1 Effektiv masse i x-reting (91%)

10 Eksempel 1 Effektiv masse i y-reting (94%) Integrasjon av spenninger Eksempel 1

11 Eksempel 1 Krefter i sjakter, pos fortegn Momentvariasjon Eksempel 1

12 Eksempel 1 Momentvariasjon Resultater Beregnede forskyvninger må skaleres med duktilitetsfaktoren q for å få reelle forskyvninger. Dette vil igjen gi større P-D effekter

13 Eksempel 2 Eksempel 2

14 Eksempel 2 Eksempel 2

15 Visma Total masse er 18.3e6 kg. Summen av modale effektive masser utgjør 93% i x- retning og 90% i y-retning. Visma Fordeling av krefter, F i (y-retning) inn i etasjene etter formelen C.5 i NS (tidligere standard, nå EC8 (4.10).

16 Eksempel 3 Eksempel 3

17 Eksempel 3 Eksempel 4

18 Eksempel 4 Eksempel 4

19 Betongelementer generelt Erfaringer i fra andre land viser svært få skader med prefabrikkerte betongbygg med skjærvegger. Byggene er ofte regulære og har god betongkvalitet. Av og til blir seismiske krefter veldig store selv om ingeniøren gjør alt rett.