Hvordan prosjektere for Jordskjelv? Norsk Ståldag 2006 Øystein Løset Morten Rotheim, Contiga AS 1
Hvordan prosjektere for Jordskjelv? Jordskjelv generelt Presentasjon av prosjektet: Realistisk dimensjonering for jordskjelv. En veileder for prosjektering av jordskjelvsikre bygg i Norge 2
Jordskjelv i Norge De fleste skjelv i Norge rammer Vestlandet norske områder i Nordsjøen området sør-øst for Svalbard Nordland Oslo-området og deler av Østlandet Akselerasjonene i Norsk Standard tilsvarer 6-7 på Richters skala 3
Skader ved jordskjelv i Norge: Kan utløse ras Fasader kan falle ned Leiregrunn kan omdannes til flytende masser. Tunneler kan bli fylt med vann Stive og monumentale bygg kan få skader og brudd Høye bygg kan få store bevegelser Menneskeliv kan gå tapt! 4
Norsk jordskjelvstandard NS 3491-12 ble innført i desember i 2004 Er en oversettelse av lastdelen av EN 1998 Innfører en helt ukjent problemstilling ved prosjektering av bygg i Norge Det var liten kompetanse på dette i Norge 5
Brudd i knutepunkt 6
Behov for: Prosjekteringsveileder Katalog for jordskjelvsikre løsninger REALISTISK DIMENSJONERING FOR JORDSKJELV 7
REALISTISK DIMENSJONERING FOR JORDSKJELV Formål: Redusere kostnader 100-talls MNOK pr. år. Forbedre kompetansen blant rådgivere og entreprenører. Utvikle preaksepterte jordskjelvsikre løsninger 8
REALISTISK DIMENSJONERING FOR JORDSKJELV Prosjektet er delt inn i to delprosjekter Delprosjekt 1 er en veileder til å prosjektere ihht NS 3491-12 Delprosjekt 2 er en katalog med løsninger og knutepunkter og detaljer som vil gi jordskjelvsikre løsninger 9
Øystein Løset, Dr. techn Olav Olsen AS Nigel Burdon, Dr. techn Olav Olsen AS A.M. Kaynia, Norges Geotekniske Institutt Corneliu Athanasiu, Multiconsult AS Morten Gjestvang, Multiconsult AS Realistisk dimensjonering for jordskjelv Veileder til NS3491-12 Laster fra seismiske påvirkninger. Omfatter: - Duktilitet - Fundamentering - Egensvingeperioder - Utelatelseskriteriet - Symmetri i bygg Veilederen dekker alle vanlige konstruksjons-materialer som betong (plasstøpt og prefab), stål, tre og mur, samt fundamentering. Veilederen er ute til høring, utgis i november 2006. 10
Delprosjekt 1: Prosjekteringsveileder Omfatter: Duktilitet Fundamentering Egensvingeperioder Utelatelseskriteriet Symmetri i bygg Dette er de viktigste faktorene i NS 3491-12 som fastsetter påkjenningene på byggverk. Ligning for dimensjonerende seismisk akselerasjon i et bygg: S d (T) = k Q * k S * γ I * a g * S e (T) * k f,spiss 11
Hvordan kommer jordskjelvbelastningene Et tverrfaglig og sammensatt problem: Bevegelsene kommer fra grunnen. Responsen i konstruksjonen avhenger av: grunnforhold stivhet i bygg fundamentering byggets masse - I motsetning til vindlast 12
Lastkombinasjoner: Jordskjelv er en ulykkeshendelse Lastkombinasjonsfaktorer: Permanente laster Dominerende variabel last Andre variable laster Jordskjelv last 1,0 0,0 0,8 0,0 0,8 1,0 Krefter i konstruksjonen 1,0 1,0 1,0 1,0 Brudd i grunnen. Materialfaktorer: Stål Betong Tre Mur Aluminium NS 3472 NS 3473 NS 3470 NS 3475 (NS 3471) 1,0 1,2 betong 1,0 1,4 2,0 1,0 1,1 armering Armert 13
Kapittel om duktilitet inneholder: Definisjoner av typiske konstruksjoner i duktilitesnivåene: lav, middels og høy Dokumentasjon av duktilitet Modifisert elastisk respons etter NS-EN 1998 Duktilitet for ulike avstivningssystemer; veggskiver i betong og stålkryss++ N M Q e N M Q e Fagverk med sveiste knutepunkter: "Overstrength factor" γ ov = 1.25 (se NS-EN 1998-1 /4/ avsnitt 6.2 (3)) N M Q N M Q R fy Stavens kapasitet for kombinasjon M,N,Q. 14
Duktilitet, k Q Konstruksjonsfaktor k Q Metode for kapasitetsberegning 0,25 < k Q < 0,5 Plastiske deformasjoner og rotasjoner 0,5 < k Q < 0,7 Kapasitetsberegning k Q > 0,7 Elastiske metoder 15
Kapittel om fundamentering: Gir forsterkningsfaktorer for bløte leirer og løse sand og siltlag Krefter i peler Laster på kjellervegger Kvikkleire Materialfaktor Topografiske amplifikasjonsfaktorer 16
Kapittel om egenperioder: Anvisninger på beregning av egensvingeperioder for en- og flerfrihetsgradssystemer Hvordan vurdere effekten av samvirke mellom jord-fundament-konstruksjon 17
Respons diagram 3 Normalisert spektral akselerasjon, Se 2.5 2 1.5 1 0.5?= 5?= 10?= 15 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Egensvingeperiode, T (sekunder) 18
Egensvingeperiode, T T 1 = 2 π M 1 / K1 T 3 / 4 1 = Ct H 19
Kapittel om Utelatelseskriteriet Videre dimensjonering for jordskjelv er ikke nødvendig når: S d (T) = k Q * k S * γ I * a g * S e (T) * k f,spiss < 0,5 m/s 2 Kan ikke utelates for: Ikke-regulære konstruksjoner Bygninger med returperiode > 2000 år Ikke typiske bygg Gode råd: Bruk et regulært og godt fordelt avstivningssystem. Ikke altfor stivt avstivningssystem. Utfør en nøyaktig og konservativ beregning av egensvingeperioden 20
Kapittel om symmetri: Definerer komplisert konstruksjon Gir vurderinger om symmetri i planet Gir vurderinger om vertikal symmetri 21
Delprosjekt 2 Jordskjelvsikre konstruktive løsninger fundamenteringsmetoder bærekonstruksjoner Grunnlag Eurocode 8; Design of structures for earthquake resistance NS 3491-12 Tidsplan: Januar 2007 Juni 2007. Mangler finansiering. 22
Fundamenteringsmetoder Fundamenteringsprinsipper for ulike grunnforhold under jordskjelvpåkjenninger Prinsipielle løsninger for såle- og pælefundamenter. Tiltak mot omdanning til kvikkleire Duktilitet i pælefundamenter Fundamentløsninger for store horisontale krefter Setninger på grunn av jordskjelv Stabilitet og deformasjoner av skråninger Utarbeide prinsipielle løsninger i katalog. 23
Bærekonstruksjoner Tiltak for jordskjelvsikker konstruksjon og bygging av sammenføyninger lastoverføringer knutepunkter bæreelementer Typiske materialer som tre, stål, mur og betong (prefabrikkert og plasstøpt) 24
REALISTISK DIMENSJONERING FOR JORDSKJELV Produkt fra delprosjekt 2: - katalog med tegninger av typiske konstruktive løsninger. Estimert timebruk: 625+820 timer Budsjett: 500.000+650.000 NOK Tidsplan: Januar 2007 Juni 2007 25