მაღლივი შენობის სეისმურ ზემოქმედებაზე გაანგარიშების სპეციფიკა
ეს წიგნი დევს საინჟინრო მეცნიერებების თაროზე.
1.მაღლივი შენობის სეისმურ ზემოქმედებაზე გაანგარიშების ძირითადი მახასიათებლები
[რედაქტირება]მიწისძვრები დიდ საფრთხეს წარმოადგენს კაცობრიობისათვის. ამას ადასტურებს წინა საუკუნეში მსოფლიოში მომხდარი მიწისძვრების ანალიზი. სეისმურად აქტიურ რეგიონებში განლაგებული ქვეყნებისათვის მიწისძვრებს ყველაზე მეტი მსხვერპლი და მატერიალური ზარალი მოაქვს. მე-20 საუკუნეში მსოფლიოში მოხდა 10 მიწისძვრა, რომლის დროსაც თითოეული მიწისძვრისას დაიღუპა 50000-მდე ადამიანი და 100-ზე მეტი მიწისძვრა, რომლის დროსაც დაიღუპა 1000-ზე მეტი ადამიანი. 21-ე საუკუნეში ჰაიტის მიწისძვრამ, მაგნიტუდით 7.0, შეიწირა 250000 ადამიანის სიცოცხლე, ხოლო ჩილეს კატასტროფულმა მიწისძვრამ, მაგნიტუდით 8.8, გამოიწვია გლობალური ცვლილებები, რაც გამოიხატა დედამიწის ღერძის 8 სმ-ით გადახრაში და დღე-ღამის ხანგრძლივობის შემცირებაში.
საქართველოს მთელი ტერიტორია წარმოადგენს ალპიურ-ჰიმალაის სარტყელის ერთერთ ყველაზე აქტიურ ნაწილს, რეგიონის ტექტონიკური აგებულება განისაზღვრება ევრაზიული და არაბეთის ფილებს შორის მდებარეობით და ხასიათდება სეისმური აქტიურობის გამოვლინების მაღალი დონით. მიწისძვრების ფოკუსური მექანიზმი ძირითადად ნაწევის (გვერდული ძვრის) ბუნებისაა. მიწისძვრის კერები განლაგებულია მინიმალური სიღრმით 10-15კმ. საქართველოს მთელ ტერიტორიაზე ტექტონიკურ რღვევებს მოზაიკური სახე აქვს. საქართველოს სეიმური საფრთხის ალბათური რუკის მიხედვით მიწისძვრა შეიძლება გამოვლინდეს აჩქარებით 0.1g-დან 0.5g-მდე ფარგლებში.
ტექტონიკური რღვევა ძალიან დიდ საშიშროებას წარმოადგენს ნაგებობისათვის. ზოგიერთ ქვეყანაში, მაგ. ირანში, იკრძალება ტექტონიკურ რღვევასთან ახლოს მშენებლობა. რუსული სამშენებლო ნორმების მიხედვით თვით დამპროექტებლის გადასაწყვეტია ტექტონიკური რღვევის აქტიურობის ხარისხი. ტაივანზე უშუალოდ ტექტონიკურ რღვევაზე, რომელიც ჩათვალეს სეისმურად არააქტიურად, აგებული გრავიტაციული კაშხალი ჩი-ჩი-ის მიწისძვრის დროს (20.09.1999, M=7.6) ორად გაიხლიჩა.
საქართველოში არ არსებობს რეგიონი ტექტონიკური რღვევის გარეშე. მიუხედავად ამისა,მსოფლიოში ერთერთი ყველაზე მაღალი ენგურის თაღოვანი კაშხალი, სიმაღლით 271.5მ,დასავლეთ საქართველოში უშუალოდ ტექტონიკურ ნარღვევზე მდებარეობს. საქართველოს ტეროტორიაზე გამავალი ჯეიჰანის ნავთობსადენის და შაჰ-დენიზის გაზსადენის 248კმ-ანი მონაკვეთის 140კმ 9 ბალიან ზონაში გადის, სადაც სხვადასხვა სიდიდის ტექტონიკური რღვევიდან 4 წარმოადგენს საფრთხეს მიწისძვრის შემთხვევაში. თვით საქართველოს დედაქალაქის თბილისის ტერიტორიაზე გადის ტექტონიკური რღვევა. ქალაქში კი ინტენსიურად მიმდინარეობა მაღლივი მშენებლობები.
მაღლივმა შენობებმა ცივილიზაციის გარიჟრაჟიდანვე მოხიბლა კაცობრიობა. მაგ. ეგვიპტის პირამიდები, რომელთაგანაც ერთერთი შედის მსოფლიოს შვიდ საოცრებაში, აგებულია ჩ.წ.-მდე 2600 წლის წინ და წარმოადგენს უძველეს მაღლივ ნაგებობას. თანამედროვე მრავალსართულიანი შენობების დაკონსტრუირება და განვითარება დაიწყო მე-19 საუკუნის ბოლოდან და მათ ფართო კომერციული და საცხოვრებელი დანიშნულება მიეცათ, მაღლივი მშენებლობის განვითარება მიმდინარეობს ქალაქების ზრდასთან ერთად. ურბანიზციის პროცესი, რომელიც დაიწყო ინდუსტრიალიზაციასთან ერთად,გრძელდება განვითარებად ქვეყნებში.
მრავალსართულიანი შენობების კონსტრუქციები დამოკიდებულია ხელმისაწვდომ მასალაზე, დაკონსტრუირების ტექნოლოგიაზე და საექსპლოატაციო ვადაზე. ძველ რომში მრავალსართულიანი შენობები ხისგან შენდებოდა. რომის დიდი ხანძრის შემდეგ ნერონი იყენებდა აგურს და ბეტონის მსგავს მასალას. მაგრამ ხის სიმტკიცე ხუთ სართულზე მაღალი შენობებისათვის საკმარისი არ იყო. X1X საუკუნის ბოლოდან კი იყენებენ მაღალი სიმტკიცის და სტრუქტურულად უფრო ეფექტურ მასალას, როგორიცაა ნაწრთობი რკინა და ფოლადი. მაგ. ლონდონში 90%-ზე მეტი ახალი მრავალსართულიანი შენობა აგებულია ფოლადისაგან, ფოლად-კომპოზიტური ან ფოლად-ბეტონის კომბინირებული მასალისაგან.
სეისმურ რეგიონებში მშენებარე მაღლივი შენობების გაანგარიშება სეისმომედეგობაზე წარმოადგენს ერთერთ უმნიშვნელოვანეს საკითხს. არსებული სამშენებლო კოდების მიხედვით კონსტრუქცია მიწისძვრის ზემოქმედების შემთხვევაში უნდა აკმაყოფილებდეს შემდეგ მოთხოვნებს:
1.კონსტრუქციულმა და არაკონსტრუქციულმა ელემენტებმა დაზიანების გარეშე უნდა გაუძლოს სუსტი მიწისძვრის ზემოქმედებას, რომლის ხდომილება შენობის არსებობის მანძილზე მრავალჯერ არის მოსალოდნელი.
2.გაუძლოს იშვიათ მიწისძვრას, რომელიც შენობის არსებობის მანძილზე მხოლოდ ერთხელ არის მოსალოდნელი, კონსტრუქციული და არაკონსტრუქციული ელემენტების დაზიანებით, მაგრამ სიცოცხლის მნიშვნელოვანი დანაკარგების გარეშე (გამოწვეული დაზიანება შეიძლება ეკონომიკურად არ ექვემდებარებოდეს აღდგენას).
3.გაუძლოს უძლიერეს მოსალოდნელ მიწიძვრას ნგრევის ძალიან დაბალი ალბათობით კონსტრუქციული და არაკონსტრუქციული ელემენტების მნიშვნელოვანი დაზიანებით.
მაღლივი შენობების გაანგარიშება ზოგიერთი ქვეყნის სეისმურად აქტიურ რეგიონებში საშუალო და სუსტი მიწისძვრის ზემოქმედებაზე, რომელთა ხდომილება კონსტრუქციის საექპლოატაციო ვადაში შედარებით ხშირია, ხდება ტრადიციული ფორმით, რაც შენობის სეისმური რეაქციის ძირითადი ფორმისა და ძალის რედუქციის კოეფიციენტის გამოყენებით გაანგარიშებას გულისხმობს. ძლიერი მიწისძვრის ზემოქმედებისას კონსტრუქცია მნიშვნელოვან არადრეკად დეფორმაციას ღებულობს და მისი დინამიკური მახასიათებლები დროში ცვლილებას განიცდის. ამ თავისებურებების გასათვალისწინებლად კონსტრუქციის სეისმური ქცევის შესწავლა მოითხოვს არაწრფივი გაანგარიშების მეთოდების გამოყენებას, რაც რღვევის ფორმებისა და პროგრესირებადი ნგრევის პოტენციალის საფუძველზე კონსტრუქციის ფაქტიური ქცევის განსაზღვრის საშუალებას იძლევა.
დაპროექტება აშშ-ში, იაპონიისა და ჩინეთის ჩათვლით, ტარდება მრავალდონიანი დაპროექტების მეთოდის გამოყენებით (performance base design). ქვემოთ მოყვანილია მიწისძვრის ზემოქმედებაზე მაღლივი შენობების გაანგარიშების ძირითადი პრინციპები სეისმური საშიშროების სხვადასხვა დონისათვის, რაც დღესდღეობით მოქმედ ნორმებში ჩადებული არ არის შემდეგი მიზეზის გამო:
1.მოქმედი ნორმები შექმნილია არა თანამედროვე მაღლივი შენობებისათვის, რომელთა გლობალურ რეაქციაში შესაძლოა საკუთარი რხევის მრავალი ფორმა მონაწილეობდეს, არამედ დაბალი და საშუალო სიმაღლის შენობებისთვის (და ამ შენობებში გამოყენებული მზიდი სისტემებისთვის), რომელთა რეაქციაში ჩვეულებრივად პირველი გადატანითი ფორმა დომინირებს თითოეული ჰორიზონტალური მიმართულებით.
2.ნორმები უფლებას იძლევა 49მ-ზე მეტი სიმაღლის შენობებში გამოყენებული იქნეს მხოლოდ გარკვეული ტიპის მზიდი სისტემები (ორმაგი სისტემების ჩათვლით), რომლებიც უფრო მაღალი შენობებისთვის არც პრაქტიკულია და არც ეკონომიკური. ნორმები არ განიხილავს შესაბამის მზიდ სისტემებს მაღლივი შენობის უმეტესობისათვის. დაბალი შენობებისათვის მოცემული ნორმატული წესები ნაკლებად მისაღებია 100+მ სიმაღლის შენობებისათვის.
3.არსებული ნორმები ფაქტიურად ზღუდავს ინოვაციას, რომელიც ყოველთვის მნიშვნელოვანი ნაწილი იყო მსოფლიოს ცათამბჯენების დაპროექტებასა და გაანგარიშებაში.
4.თანამედროვე კოდები დაფუძნებულია დრეკადი გაანგარიშების მეთოდებზე და იყენებს გლობალური ძალის რედუქციის კოეფიციენტებს. ნორმებით შეუძლებელია მაღლივი შენობების მზიდ სისტემებში მნიშვნელოვანი არაწრფივი ზემოქმედებისგან გამოწვეული ძალის, სართულშუა გადახრის და აჩქარების რეაქციის სიდიდის ზუსტი ან მიახლოებითი შეფასება. ამ ეფექტების პროგნოზირებისათვის საჭიროა გამოყენებული იქნეს არაწრფივი რეაქციის დროში განსაზღვრის მეთოდები.
ამგვარი გაანგარიშება საჭიროა მაღლივი შენობების ადეკვატური ქცევის შესაფასებლად საშუალო და მაღალი საფრთხის ზონებში, სადაც არაწრფივი რეაქცია მოსალოდნელია 2%-ანი ალბათობით 50 წლის გადაჭარბებით.
მრავალდონიანი დაპროექტების მეთოდის კონცეფცია ეფუძნება საერთაშორისო პრაქტიკში მიღებულ შედეგებს. იაპონიაში ასეთი გაანგარიშება 1981 წლიდან შემოღებულია იმ შენობებისათვის, რომელთა სიმაღლე 60მ-ს აჭარბებს. ჩინეთში დიდი სეისმური საშიშროების ზონაში რკინაბეტონის ნაგებობის სიმაღლე განსაზღვრულია 80მ-ით, ხოლო ფოლადის ნაგებობისა – 180მ-ით.
მაღლივი შენობების გაანგარიშებისთვის საშუალო და ძლიერი მიწისძვრების ზემოქმედებაზე ტრადიციული საანგარიშო მეთოდების პირდაპირ გამოყენებას შეუძლია დამპროექტებელი მიიყვანოს ცუდ კონსტრუქციულ ფორმებთან, არაეკონომიურ კონსტრუქციების დაპროექტებასთან და შედეგად ისეთ შენობებთან, რომლებიც კარგად ვერ იმუშავებენ. მრავალდონიანი დაპროექტების მეთოდი დამპროექტლისაგან თხოულობს მიწისძვრის ზემოქმედებაზე შენობის ქცევის სწორ შეფასებას, რაც ხელს შეუწყობს შენობის უსაფრთხო დაპროექტებას. მრავალდონიანი დაპროექტების მეთოდით გაანგარიშებაზე დაფუძნებულია მთელი წყება დოკუმენტებისა, რომლებიც 90-ანი წლებიდან გამოჩნდა აშშ-ში: Vision 2000 (SEAOC,1005), ATC-40 (ATC,1996) და FEMA 356 (FEMA,2000). (FEMA 356) ხელახლა გამოიცა როგორც ASCE 41 (ASCE,2006).
მაღლივი შენობების მრავალდონიანი დაპროექტების მეთოდით გაანგარიშებამ სულ მცირე ქცევის ორი დონის შეფასება უნდა გაითვალისწინოს, რაშიც სრული თანხვედრაა იაპონიის მიმდინარე პრაქტიკასა, ჩინეთის (2001) და აშშ ((LATBSDC 2008, SEAONC,2007) კოდებს შორი,. სახელდობრ:
1.საექსპლოატაციო დონე – უმნიშვნელო დაზიანება, მიწისძვრის 50-წლიანი (შენობის მნიშვნელობიდან გამომდინარე 32-წლიანი ან 72-წლიანი) განმეორადობის შემთხვევაში, შენობის მთელი სისტემის ფუნქციონირების შენარჩუნებით.
2.კოლაფსის პრევენცია – დამანგრეველი მიწისძვრის ზემოქმედება, რომელიც მოსალოდნელია 2500-წლიანი განმეორადობის პერიოდით.
Eurocode 8-ში სართულიანობასთან დაკავშირებით შეზღუდვები არ არის და მაღლივი შენობის საანგარიშო მოდელები არ განსხვავდება ჩვეულებრივი შენობების საანგარიშო მოდელებისაგან.
2010 წლის იანვარში საქართველოს ეკონომიკის განვითარების სამინისტროს მიერ დამტკიცებულია კ.ზავრიევის სამშენებლო მექანიკის და სეისმომდეგობის ინსტიტუტის მიერ მომზადებული ახალი სამშენებლო ნორმები და წესები „სეისმომედეგი მშენებლობა“(პნ 01.01-09), რომელშიც მაღლივი შენობებისათვის შემოტანილია შემდეგი დამატებითი მოთხოვნები:
1.მაღლივი შენობების აგების დროს სამშენებლო უბნისათვის უნდა მოხდეს დრეკადი რეაქციის სპექტრის აგება, ახლოს და შორს განლაგებული სეისმური კერების პარამეტრების გათვალისწინებით.
2.დრეკადი რეაქციის სპექტრის დაზუსტება უნდა მოხდეს სამშენებლო უბანზე არსებული გრუნტების სეისმური თვისებების მიხედვით იდენტიფიკაციის საფუძველზე.
3.უნდა შეიქმნას საანგარიშო აქსელეროგრამების პაკეტი (არანაკლებ 7) დადგენილი საინჟინრო-გეოლოგიური და სეისმოლოგიური პარამეტრების გათვალისწინებით.
4 ნაგებობის გაანგარიშება სივრცული მოდელით უნდა მოხდეს მრავალმოდალური სპექტრული მეთოდით და პირდაპირი არაწრფივი დინამიკური გაანგარიშებით.
ქართულ ნორმებში 9 ბალიან ინტენსიურობაზე ლითონის შენობის სიმაღლე განისაზღვრება 64მ-ით, ხოლო მონოლითური რკინაბეტონის კედლებიანი შენობისთვის – 56მ-ით.
სეისმოაქტიურ რეგიონებში დასაპროექტებელ მაღლივ შენობებს აქვს განსაკუთრებული მახასიათებლები, რაც სპეციალურ შესწავლას საჭიროებს. საქართველოს მოქმედი სამშენებლო ნორმები არ შეიცავს რეკომენდაციებს ამ მახასიათებლებთან მიმართებაში და სხვადასხვა სიმაღლის შენობისათვის გამოიყენება ერთი და იგივე რეაქციის სპექტრი, ქცევის კოეფიციენტი და P- Δ ეფექტის ზღვრული მნიშვნელობები.
სეისმომედეგობაზე მრავალდონიანი დაპროექტების ძირითადი კრიტიკული პარამეტრია დეფორმაცია, რადგან შენობის ქცევა ხასიათდება დაზიანების დონით, ხოლო დაზიანება დაკავშირებულია ელემენტებისა და მთლიანად სისტემის დეფორმაციის ხარისხთან. პირველადი კონსტრუქციული ელემენტებისათვის დაზიანება დაკავშირებულია მიღებული არაწრფივი დეფორმაციის ხარისხთან, რაც თავის მხრივ დამოკიდებულია მათ სიმტკიცეზე. ელემენტებს უნდა ჰქონდეს ადეკვატური სიმტკიცე, რათა გამოირიცხოს დიდი არაწრფივი დეფორმაციები. გარდა ამისა, კონსტრუქციული ელემენტები, რომელთაც დენადობის შემდეგ არა აქვთ დეფორმირების უნარი (მაქსიმალური სიმტკიცის მიღწევის შემდეგ), დაუშვებელია ექვემდებარებოდეს არაწრფივ დეფორმაციებს, ამიტომ ასეთი ელემენტები უნდა შემოწმდეს სიმტკიცეზე. იგივე პრინციპების გამოიყენებისას არაკონსტრუქციული ელემენტებისა და სისტემების ინერციული ეფექტებისთვის გასათვალისწინებელია, რომ ისინი ამავე დროს განიცდიან პირველადი კონსტრუქციით განპირობებულ დეფორმაციებს. ამ ელემენტების ქცევა იმართება კონსტრუქციის მთლიანი დეფორმაციით, რომელთანაც არიან ისინი მიერთებული და მათი კავშირების დეფორმირების უნარით.
დეფორმაცია შეიძლება იყოს 3 ტიპის:
1.მთლიანი შენობის მოძრაობა;
2.სართულის გადახრა და სხვა შიდა ფარდობითი დეფორმაცია;
3.კონსტრუქციული კომპონენტებისა და ელემენტების არაწრფივი დეფორმაცია.
მთლიანი შენობის მოძრაობა შენობის ქცევის მხოლოდ ხარისხობრივი შეფასების საშუალებას იძლევა. თუმცა შენობის მთლიან დეფორმაციას შეუძლია განაპირობოს ეფექტის მნიშვნელოვანი გავლენა შენობის რეაქციაზე.
სართულის გადახრა, რომელიც წარმოადგენს ორ სართულს შორის ფარდობით ჰრიზონტალურ გადაადგილებას დროის მოცემულ მომენტში, არაკონსტრუქციული ელემენტების – ფასადებისა და შიდა ტიხრების –დაზიანების შესაფასებლად შეიძლება იქნეს გამოყენებული. ეს ინფორმაცია განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მაღალივ შენობებში ყოველი სართულის ფარდობითი გადაადგილების შესაფასებლად.
ფარდობითი გადაადგილებები გამოწვეულია:
1.ხისტი ტანის გადაადგილებით
2.ძვრის დეფორმაციით.
ხისტი ტანის გადაადგილება დაკავშირებულია შენობის როგორც ერთიანი ტანის “მობრუნებასთან” ზედა ნიშნულებზე, რაც გამოწვეულია სვეტებში და/ან ქვედა კედლებში ვერტიკალური დეფორმაციით და არ იწვევს დაზიანებას.
რყევით გამოწვეული ძვრის დეფორმაცია წარმოადგენს კედლის ან შემავსებელი პანელის სიბრტყეში კუთხური დეფორმაციის ზომას. ის ზოგადად შეიძლება იცვლებოდეს სართულშუა ფილის სხვადასხვა ნაწილში და ზოგიერთ შემთხვევაში შეიძლება გადააჭარბოს სართულის გადახრის კოეფიციენტს.
კონსტრუქციის ქცევის მიხედვით გაანგარიშებისთვის რაოდენობრივი კრიტერიუმების დასადგენად საჭიროა:
1.პექტრული მოთხოვნა განისაზღვროს გრუნტის ზედაპირისათვის მიღებული განმეორებადობის ინტერვალისთვის; 2.სპექტრული მოთხოვნა წარმოდგენილი იქნეს გრუნტის მოძრაობის ჩანაწერების გამოყენებით;
3.ნაგებობის გლობალური და ლოკალური რეაქციის პროგნოზირება მოხდეს გრუნტის რხევების ჩანაწერების საფუძველზე. გათვალისწინებული იქნეს: შენობის ფუძე-საძირკვლის გავლენა გრუნტის რხევაზე; არაკონსტრუქციული სისტემების, მაგ. როგორიცაა შევსების გავლენა გლობალურ რეაქციაზე; ციკლური დატვირთვის ქვეშ მყოფი ძირითადი კონსტრუქციული ელემენტების არასრულყოფილი მოდელების გამოყენება; მასალისა და კონსტრუქციის ცვალებადობა.
4.შესაბამისი ქცევის შეფასებისათვის კომპონენტის (ელემენტის) არაწრფივობაზე მოთხოვნის (მაგ. კედლებში ძვრის დეფორმაცია) გადაყვანა დაზიანების რაოდენობრივ გამოსახულებაში და დაზიანების გლობალური აღწერისათვის კომპონენტების დონეზე შეკრება.
მრავალდონიანი დაპროექტება მოიცავს:
1.განმეორებადობის ინტერვალის შერჩევას, რომლის მიხედვითაც ერთი ან მეტი ქცევის დონე უნდა დაკმაყოფილდეს;
2.კონსტრუქციის მოსალოდნელი რეაქციის გამოთვლას განმეორებადობის ინტერვალთან დაკავშირებულ მიწისძვრისაგან;
3.ელემენტისა და შენობის დეფორმაციის შეფასებას შერჩეული ქცევის დონეების შესაბამის ზღვრულ სიდიდეებთან მიმართებაში;
4.უნარის მიხედვით გაანგარიშების პრინციპების გამოყენებით კონსტრუქციის ელემენტების სიმტკიცეების შერჩევას არადამყოლი რღვევის ფორმების განვითარების პრევენციისათვის.
სეისმოაქტიურ რეგიონებში მაღალი შენობების დაპროექტებისას შემდეგი კრიტიკული პრობლემები ჩნდება:
1.დიდი გადამყირავებელი მომენტი ფუძეში და დასაძირკვლების პირობები;
2.ფუძის მიდამოებში დიდი მოთხოვნა ძვრაზე;
3.კონსტრუქციის ეკონომიური დაპროექტების მიზნით კონსტრუქციული ზომების მინიმიზაციისა და სართულშუა გადახურვის სასარგებლო ფართის მაქსიმიზაციის გამო, გრავიტაციული დატვირთვებით გამოწვეული მაღალი ძაბვების განვითარება ვერტიკალურ ელემენტებში (მაღალი სიმტკიცის მასალების გამოყენება). 4.გრავიტაციული ძალების ზემოქმედებით გამოწვეული განსხვავებული ღერძული ჯდენა გადახურვის ფილის დახრაზე გავლენის ჩათვლით.
5.დიდი მკუმშავი გრავიტაციული დატვირთვებით გამოწვეული კონსტრუქციის ძირის ელემენტებში მაღალი ძაბვების გავლენით განვითარებული დამყოლობა;
6.ისეთი დაზიანების კონტროლი, რომლიც აღდგენას ექვემდებარება;
7.სართულის გადახრის კონტროლი;
8.ენერგიის დისიპაციის მოქნილი მექანიზმის უზრუნველყოფა და მყიფე რღვევის პრევენცია;
რხევის ინტენსიურობა შეიძლება განისაზღვროს მოცემული დროის პერიოდისათვის ალბათური გადაჭარბების გამოყენებით (როგორც წესი -50 წელი) ან სპეციფიკური სცენარით, რომელიც შეესაბამება რეგიონში მაქსიმალურ მაგნიტუდიან მიწისძვრას. რეაქციის სპექტრი აიღება 5%-ანი ჩაქრობით (განმეორებადობის პერიოდი – 2475 წელი). კონსტრუქტორი პასუხისმგებელია შენობის უსაფრთხოებასა და ქცევაზე. მან უნდა გაითვალისწინოს შემდეგი საკითხები:
1.მაღლივი შენობების სეისმურ რეაქციაზე შეიძლება გავლენა მოახდინოს რხევის მაღალმა ფორმებმა, რომელიც ვლინდება მეორე ან უფრო მაღალ გადატანით ან მგრეხავ ფორმებში. სპექტრული მოთხოვნები ძირითად პერიოდზე დაბალი პერიოდებისათვის, საანგარიშო ზემოქმედებისა და დეფორმაციების პირობებისათვის შეიძლება უფრო კრიტიკული აღმოჩნდეს პირველი ფორმის მოთხოვნასთან შედარებით.
2.სამშენებლო მოედნის რეაქციის სპექტრი უნდა აიგოს რეგიონის სეისმოტექტონიკური გარემოს გათვალისწინებით, არანაკლებ 100 წლის ინსტრუმენტული ჩანაწერების გამოყენებით, ნასხლეტების ფიზიკური მდგომარეობის შემოწმებით, ნასხლეტთან ახლოს მიწისძვრის დროში განაწილების შეფასებით და ა.შ.
3.დამპროექტებელმა უნდა შეარჩიოს შენობის სიმაღლის, კონსტრუქციის ფორმის და შესაძლო რეაქციის დონის შესაბამისი ჩაქრობის სიდიდე. საანგარიშო სპექტრი ჩვეულებრივად წარმოადგენს 5%-ან კრიტიკულ ჩაქრობას.
4.გრძელპერიოდიანი შენობებისათვის მაქსიმალური სპექტრული მოთხოვნა უკავშირდება იშვიათ დიდ მაგნიტუდიან მიწისძვრებს, ხოლო მოკლე პერიოდიანისთვის - მაქსიმალური სპექტრული მოთხოვნა ხშირ მცირე მაგნიტუდიან ზედაპირთან ახლოს მომხდარ მიწისძვრებს.
მიწისძვრის დატვირთვის ციკლური მახასიათებლების მოდელირება უნდა მოხდეს გრუნტის არაწრფივი მოდელის გამოყენებით სპეციფიკური ციკლური თვისებების გათვალისწინებით. მიწისძვრის ჩანაწერების ხანგრძლივობა უნდა იყოს 4-6-ჯერ მეტი შენობის ძირითად პერიოდზე და გათვალისწინებული უნდა იქნეს 3 მდგენელი.
მაღლივი შენობების გაანგარიშების ერთ-ერთ ძირითად პარამეტრს წარმოადგენს შინაგანი ჩაქრობა. ჩაქრობის საშუალებით ხდება ნაგებობის რეზონანსული რეაქციის შემცირება. ცნობილია, რომ 1.ჩაქრობის გაზომვით მიღებული სიდიდეები იძლევა დიდ გაფანტვას; 2.ჩაქრობა მცირდება სიმაღლის ზრდასთან ერთად და 3.არ არის გამოკვეთილი განსხვავება ფოლადის, ბეტონის და კომბინირებული კონსტრუქციების ჩაქრობის სიდიდეებს შორის. რადგან ენერგიის დისიპაცია დაკავშირებულია დენადობასთან და არაწრფივი დროის ფაქტორით (აქსელეროგრამებით) გაანგარიშებები ითვალისწინებს დაზიანებას, მაღლივი შენობების პოსტ-დენადობის შემდგომ არაწრფივობაში შინაგანი ჩაქრობა არ უნდა გაიზარდოს. ჩაქრობის სიდიდე მიწისძვრის რეაქციის მნიშვნელოვანი დონისთვის შენობის ტიპის, სიმაღლის და რხევის საკუთარი პერიოდის ფუნქციას წარმოადგენს. 50მ-დან 250მ-მდე შენობებისათვის ჩაქრობის კოეფიციენტი 1%-სა და 2%-ს შორის მერყეობს.
შენობის სეისმურ რეაქციასა და ქცევაზე შეიძლება გავლენა მოახდინოს სამშენებლო მოედნის გრუნტის პირობებმა და დასაძირკვლების ტიპმა:
1.საველე პირობებში გრუნტის ზედაპირზე ან მის სიღრმეში პროგნოზირებული სეისმური მონაცემების მოდიფიკაციის გამო;
2.„ფუძე-საძირკველი-შენობა“ სისტემის დამატებითი მოქნილობისა და ჩაქრობის გამო, რაც გამოიწვევს შენობის პერიოდის გაზრდას და მოთხოვნის მოდიფიკაციას; ეს ეფექტები უფრო გამოკვეთილია სუსტი გრუნტებისთვის.
მაღლივ შენობებში მიწისძვრის დროს ჰორიზონტალური გადახრა უფრო მეტია, ვიდრე მისი საძირკვლის ჰორიზონტალური ძვრა, ამიტომ შესაძლებელია საძირკვლის ჰორიზონტალური დეფორმაციის უგულვებელყოფა. მაგრამ შენობის ძირის მცირე მობრუნებაც კი მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს შენობის წვეროს გადახრაზე, რაც გათვალისწინებული უნდა იქნეს გაანგარიშებისა და დაპროექტების დროს.
ტექტონიკურ რღვევის სიახლოვეს მდებარე მაღლივი შენობების გაანგარიშება სეისმომედეგობაზე წარმოადგენს ძალიან მნიშვნელოვან საკითხს, განსაკუთრებით ჩვენი ქვეყნისთვის, რომლის მთელ ტერიტორიაზე ტექტონიკურ რღვევებს მოზაიკური სახე აქვს.
გრუნტის სეისმური რხევა ზოგადად განისაზღვრება გრუნტის ზედაპირის სპეციფიკური სეისმური საშიშროების ანალიზის საფუძველზე შენობის ტექტონიკურ რღვევასთან ადგილმდებარეობის, რეგიონული და ლოკალური გეოლოგიური მახასიათებლებისა და შერჩეული მიწისძვრის საშიშროების დონის მიხედვით. გაანგარიშებაში გამოიყენება რეაქციის სპექტრის მომვლები, რომელის მიხედვითაც განისაზღვრება წრფივი სპექტრული აჩქარება სხვადასხვა პერიოდისა და საშიშროების დონისათვის. მაგნიტუდა დიდ გავლენას ახდენს რხევის სიხშირულ შემადგენლობასა და გრუნტის მოძრაობის ხანგრძლივობაზე. ეს უკანასკნელი შესაძლებელია განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი აღმოჩნდეს გრძელპერიოდიანი მაღლივი შენობებისათვის.
კონსტრუქციების სეისმომედეგ დაპროექტებაში წამყვანი როლი ეკისრება სამშენებლო ტერიტორიასა და მიწისძვრის წყაროს შორის მანძილს. აღნიშნული მანძილის მიხედვით კლასიფიკაცია ასეთია:
-ეპიცენტრული ტერიტორია ვრცელდება ეპიცენტრის გარშემო კერის ჩაღრმავების ტოლი რადიუსის მანძილზე;
-კერასთან ახლო ტერიტორია ვრცელდება ეპიცენტრიდან 25-30კმ-ის მანძილზე;
-საშუალო დაშორების ტერიტორია ვრცელდება ეპიცენტრიდან 150კმ-ის მანძილზე;
-კერიდან შორი ტერიტორია ვრცელდება ეპიცენტრიდან 150კმ-ზე მეტ მანძილზე.
მაღლივი შენობების სეისმური ქცევა რღვევასთან ახლოს მნიშვნელოვნად განსხვავდება შორს განლაგებული შენობების სეისმური ქცევისგან. რღვევასთან ახლოს მიწისძვრის ჩანაწერები ხასიათდება იმპულსური სახის აქსელეროგრამებით; მაღალი პიკური სიჩქარეებით; გრუნტის დიდი გადაადგილებებით.
სიჩქარის იმპულსი არის რღვევისაგან წამოსული სეისმური რადიაციის დაგროვილი ეფექტი და მიწისძვრის ჩანაწერებში მისი მოძებნა უფრო ადვილია, ვიდრე აჩქარებისა და გადაადგილების იმპულსებისა. მეცნიერების თვალსაზრისით სიჩქარის იმპულსი წარმოადგენს კონსტრუქციის დაზიანების უკეთეს მაჩვენებელს, ვიდრე აჩქარების იმპულსი. გადაადგილების იმპულსს სიჩქარის დიდი იმპულსის გარეშე არ გააჩნია დაზიანების დიდი პოტენციალი, რადგანაც კონსტრუქციას აქვს დრო გადაადგილებაზე რეაგირებისა.
-მნიშვნელოვანია განსხვავება ახლო, საშუალო და შორ მანძილებზე ჩაწერილ აჩქარებებსა და სიჩქარეებს შორის. ახლო მანძილზე ჩაწერილი აქსელეროგრამები დაბალი სიხშირის იმპულსური ხასიათისაა, ხოლო შორ მანძილზე ჩანაწერებს ციკლური ხასიათი აქვს აქსელეროგრამაზე მრავალი პიკით;
-ახლო ჩანაწერებისთვის აჩქარებისა და სიჩქარის პიკები ვერტიკალური მიმართულებით შეიძლება მეტი იყოს ჰორიზონტალურთან შედარებით, ხოლო შორისთვის უფრო მნიშვნელოვანია ჰორიზონტალური მიმართულება;
-მიწისძვრის ხანგრძლივობა ახლო ჩანაწერებისთვის უფრო მოკლეა ვიდრე შორისთვის.
ეს განსხვავებები შეიძლება პირველადი ტალღის გავრცელების ტრაექტორიით იყოს განპირობებული, რადგან ზედაპირული ფენების გავლის შედეგად ტალღის სიჩქარეების შემცირების გამო გრძივ ტალღას აქვს ტენდენცია მიიღოს ვერტიკალური მიმართულება.
ამ შემთხვევაში მოცულობითი ტალღების რხევა დომინანტურია ვერტიკალური მიმართულებით, ხოლო ტალღების რხევა - ჰორიზონტალური მიმართულებით. შორი ტერიტორიის მოძრაობა ხასიათდება მნიშვნელოვანი ჰორიზონტალური მდგენელებით და დაბალი სიხშირის ენერგიით, ხოლო ახლო ტერიტორიის მოძრაობა - მნიშვნელოვანი ვერტიკალური მდგენელებით და მაღალი სიხშირის ენერგიით.
ტალღების გავრცელებასთან დაკავშირებული კვლევები აჩვენებს, რომ მიწისძვრის დროს გრუნტის მოძრაობა ძირითადად რღვევის მიმართულებით ხდება.
რღვევასთან ახლოს ჩანაწერების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელია რღვევის მიმართულებით განპირობებული დიდი იმპულსური სიჩქარე. გრუნტის მოძრაობის ჰორიზონტალურ მდგენელში რღვევის პერპენდიკულარულად ველოსიგრამაში დომინირებს ძლიერი გრძელპერიოდიანი იმპულსები და ადგილი აქვს გრუნტის პერმანენტულ გადაადგილებებს. სიჩქარის იმპულსი დიდ პიკურ გადაადგილებასთან ერთად წარმოშობს მნიშვნელოვან დამანგრეველ პოტენციალს, რომელსაც კონსტრუქციის დიდი დაზიანების გამოწვევა შეუძლია. ამ მოვლენას ადგილი აქვს იმ შემთხვევაში თუ რღვევა ვრცელდება ტერიტორიისკენ და რღვევის სიჩქარე ახლოსაა განივი ტალღის გავრცელების სიჩქარესთან. რღვევის მიმართულების ეფექტის კლასიფიცირება შესაძლებელია შემდეგნაირად: სამშენებლო მოედნის მიმართულებით, სამშენებლო მოედნის საწინააღმდეგოდ და ნეიტრალური.
სიჩქარის იმპულსი მოთავსებულია მიწისძვრის ჩანაწერის დასაწყისში და საშუალოდ მოიცავს მოძრაობის ერთ ციკლს. პიკური სიჩქარე შეიძლება იცვლებოდეს 23 სმ/წმ-დან 174 სმ/წმ-მდე, ხოლო იმპულსის პერიოდი შეიძლება იცვლებოდეს 0.5წმ-დან 9.3წმ-მდე. 1.იმპულსის შემცველი ჩანაწერების შემთხვევაში განსაკუთრებით რღვევის ნორმალის მიმართულებით, როგორც წესი, მოთხოვნა დრეკადობაზე დიდია;
2.სპექტრის მოხაზულობა არასტანდარტულია, სპექტრული ორდინატები იმპულსის პერიოდის ფარგლებში იზრდება;
3.რადგან იმპულსის პერიოდი დაბალი სიხშირისაა (ანუ უმეტესი კონსტრუქციების სიხშირეების რიგისაა) განსაკუთრებით დიდი შეიძლება იყოს მოთხოვნა არადრეკადობაზე და განვითარდეს შედარებით მოკლე დროში. გარდა ამისა მიმართულებამ შეიძლება გავლენა იქონიოს გრუნტის მოძრაობის პიკურ აჩქარებაზე.
რღვევასთან ახლოს გრუნტის მოძრაობის ზუსტად დასახასიათებლად აუცილებელია რღვევის პარალელური და ნორმალური მდგენელებისთვის ცალცალკე განისაზღვროს რეაქციის სპექტრი და ინსტრუმენტული ჩანაწერები.
რღვევის გავრცელების მიმართულებით განპირობებული იმპულსების პრობლემა დიდიხანია ცნობილია. პირველად ეს ეფექტი შემჩნეული იყო 1971 წელს სან-ფერნანდოს მიწისძვრის დროს. სერიოზული ყურადღება მიექცა მხოლოდ 1994 წლიდან ნორთრიჯისა (ამერიკა) და 1995 წლის კობეს (იაპონია) მიწისძვრის შემდეგ.
თანამედროვე დაპროექტების პრაქტიკაში მიწისძვრის ეფექტების დახასიათება მხოლოდ ერთი პარამეტრის - პიკური აჩქარების - მიხედვით ხდება. ბოლოდროინდელი დიდი რაოდენობის ჩანაწერების ანალიზი უჩვენებს, რომ ერთი პარამეტრის გამოყენება არ არის საკმარისი. ორი ერთნაირი პიკის მქონე აქსელეროგრამა შეიძლება სრულიად განსხვავებულ რეაქციას იძლეოდეს, რადგან უგულვებელყოფილია გრუნტის პიკური სიჩქარე.
მცირე მაგნიტუდიანი მიწისძვრით გამოწვეული დაზიანება შეიძლება უფრო მნიშვნელოვანი იყოს მოკლე პერიოდიანი ნაგებობებისთვის, ვიდრე დიდ მაგნიტუდიანი მიწისძვრისგან გამოწველი დაზიანება, რადგან რღვევასთან ახლოს იმპულსის პერიოდი მცირე მაგნიტუდიანი მიწისძვრების შემთხვევაში ახლოსაა შენობების ძირითად პერიოდთან.
რღვევასთან ახლოს გრუნტის იმპულსური ხასიათის მოძრაობას შეუძლია გამოიწვიოს ნაგებობის ძლიერი რეაქცია, განსაკუთრებით ხისტად ჩამაგრებულ შენობებში. ამ შემთხვევაში მოთხოვნა შესაძლებელია გაცილებით აღემატებოდეს დამყოლი მაღლივი და ფუძის იზოლაციანი შენობების უნარს. რღვევასთან ახლოს გრუნტის მოძრაობის იმპულსი ვრცელდება შენობის მთელ სიმაღლეზე ტალღური სახით და მოდალური სუპერპოზიციისა და რეაქციის სპექტრის მეთოდების გამოყენებით შეუძლებელია ამ ეფექტის გათვალისწინება. ასეთ შემთხვევაში გამოიყენება სართულშუა გადახრის სპექტრი. რღვევასთან ახლოს იმპულსის მსგავს მოძრაობას აქვს რეაქციის სპექტრზე აჩქარების ფართო უბანი. ეს ფენომენი ზრდის ძვრას ფუძეში, სართულშუა გადახრას და მაღლივი შენობის დამყოლობაზე მოთხოვნას. გრძელ პერიოდიანი შენობის ქცევა იმპულსურ ზემოქმედებაზე განსხვავდება მოკლე პერიოდიანი შენობის ქცევისაგან. პირველი დენადობა იწყება ზედა სართულებიდან, მაგრამ მოთხოვნა მაღალ დამყოლობაზე ვრცელდება ქვედა სართულებზე გრუნტის მოძრაობის გაძლიერებისას.
შენობებისათვის, რომელთა საკუთარი რხევის ძირითადი პერიოდი 2წმ-ზე მეტია, გრუნტის მაღალსიხშირიანი რხევა არ ახდენს ნაგებობის რეაქციაზე მნიშვნელოვან გავლენას. ნაგებობის ქცევის განმსაზღვრელი ძირითადი პარამეტრია სართულშუა გადახრა, რომელიც სართულის ზედა და ქვედა ნაწილების სხვაობის სართულის სიმაღლით ნორმირებულ სიდიდეს წარმოადგენს და გასაზღვრავს ნაგებობის უნარს P-Δ ეფექტისაგან გამოწვეული არასტაბილურობისა და კოლაფსის მიმართ, მჭიდროდ არის დაკავშირებული პლასტიკური მობრუნების მოთხოვნასთან, ანუ რაც მეტი იქნება დენადობა კოჭებში, სვეტებში და კავშირებში, მით მეტი იქნება სართულშუა გადახრა, რაც ამცირებს შენობის მდგრადობას.
სართულშუა პიკური გადახრა შენობის შუა მესამედში და ქვედა მესამედში გაცილებით მეტია, ვიდრე ზედა მესამედში. ეს იმის მაჩვენებელია, რომ დაზიანება ლოკალიზებულია დაბალ სართულებზე და არსებობს პოტენციური რისკი უფრო მეტი ზედა სართულის ჩამოიშალის ცალკეული სართულის დანგრევის შემთხვევაში. რეაქციის სპექტრის გამოყენებით განისაზღვრება სეისმური ზემოქმედებით გამოწვეული ნაგებობის მთლიანი გადაადგილება და მოთხოვნა აჩქარებაზე სხვადასხვა პერიოდისა და ჩაქრობის კოეფიციენტისათვის. გადაადგილების სპექტრის ორდინატები უჩვენებს მოთხოვნას შენობის საშუალო სართულშუა გადახრაზე, რომელიც მრავალსართულიან შენობებში პრაქტიკულად არასოდეს არის თანაბრად განაწილებული.
რეაქციის სპექტრი ეფუძნება ერთი თავისუფლების ხარისხის მქონე სისტემას, ამიტომ შეუძლებელია გათვალისწინებული იქნეს მაღალი ფორმების გავლენა სართულშუა გადახრის მოთხოვნაზე. მრავალი კვლევა მიუთითებს იმაზე, რომ სართულშუა გადახრის კოეფიციენტი უკეთესად ახდენს შენობის დაზიანების კორელაციას, განსაკუთრებით იმპულსური ტიპის ტალღების ზემოქმედებისას. რეაქციის სპექტრის გამოყენება ამ შემთხვევაში შეზღუდულია, რადგანაც ის ვერ ითვალისწინებს ფორმებს შორის ფაზების სხვაობას. იმპულსი იწვევს მორბენალ ტალღას, რომელიც მიაღწევს რა შენობის წვეროს, აირეკლება უკან. ტალღის ფორმა არეკვლის პირველი მცირე ციკლების განმავლობაში ვერ აპროქსიმირდება შენობის რომელიმე ერთი ფორმით.
ამ პრობლემასთან დაკავშირებით შეთავაზებული იქნა გადახრის სპექტრის გამოყენება, რომელიც ეფუძნება არადისპერსულად ჩაქრობადი ტალღების გავრცელებას დრეკად კონტინუალურ ძვრის-კოჭის მოდელში.
რეაქციის სპექტრის ორდინატების მსგავსად, სართულშუა გადახრაზე მოთხოვნა მცირდება ჩაქრობის გაზრდასთან ერთად და მისი გავლენა იცვლება რხევის სხვადასხვა პერიოდის მიხედვით.
გამოყენებული ლიტერატურა'
1.საქართველოს სამშენებლო ნორმები და წესები.“სეისმომედეგი მშენებლობა“(პნ 01.01.09), 2010.
2.Eurocode 8. Design of Structures for Earthquake Resistance. Part 1. General rules, seismic action and rules for buildings. EN 1998 – 1:2004. November 2004. 229p.
3.Recommendations for the Seismic Design of High-rise Buildings. A Consensus Dokument- CTBUH Seismic Working Group. CTBUH Seismic Design Guide,2008.
4.NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA Publication 273). Building Seismic Council.October 1997. Washington, D.C.
5.Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings.FEMA 356, November,2000. Federal Emergency Management Agency.
6.Research & Development NeedsAs identified by the Applied Technology Council during development of the FEMA 440 Report, Improvement of Nonlinear Static Seismic Analysis Procedures (www. at council.org/pdfs/atc 55 randdneeds.pdf)
7.Seismic evaluation and retrofit of concrete buildings. ATC 40. Volume 1. Report N.SSE 96-01. November, 1996. 8.An Alternative Procedure for Seismic Anlysis and Design of Tall Building Located in the Los Angeles Region. A Consensus Dokument. 2008 Edition.
9. Michael Willford, Andrew Whittaker, Ron Klemencic. Recommendation for the Seismic Design of High-Rise Buildings. Draft for Comment-1. 21 Februari 2008.
10. Rob Smith, Michael Willford. Damped Outriggers for Tall Buildings.
11. Sam Lee. Nonlinear Dynamic Earthquake Analysis of Skyscrapers. CTBUH 8th World Congress, 2008.
12. Swaminathan Krishnan, Chen Ji, Dimitri Komatitsch, and Jeroen Tromp. Impact of a Large San Andreas as Fault Earthquake on Tall Buildings in Southern California. Proceedings of the 8th U.S. National Conference on Earthquake Engineering April 18-22, 2006, San Francisco, California, USA
13.J.P. Moehle. Performance-based Seismic Design of Tall Buildings in the U.S. The 14th World Conference on Earthquake Engineering October 12-17,2008,Beijing,China.
14.J.P.Moehle,YousefBozorgnia, T.Y.Yang. The Tall Buildings Initiative. SEAOC 2007.Convention Proceedings.
15.Eliot Bonvalot. Dynamic Response of Bridges o Near-Fault, Forward Directivity Ground Motions.
16.Miranda E. and Akkar S.D. Generalized Interstory Drift Spectrum. journel of Structural Engineering. ASCE / June, 2006. 17.Luo-Jia Wang, Qun Gu, Iwan W.D. A Collection of Processed Near-Field Earthquake Accelerograms with Response and Drift Spectra. Report No. EERL 96-05. Pasadena, California, November,1996.
18.Ching-Tung Huang, Shi-Shuenn Chen. Near-Field Characterisstics and Engineering Implications of the 1999 Chi-Chi Earthquake. J. Earthquake Engineering and Engineering Seismology. Volume 2. Number 1, March,2000.pp.23-41
19.Mollaioli F., Mura A., Decanini L.D. Assessment of the Deformation in Multi-Storey Frames. Departament of Structural and Geotechnical Engineering. Rome, Italy.
20.Iwan W. Near-field considerations in specification of seismic design motions. 10th European Conference on Earthquake Engineering. 1995 Balkema,Rotterdam.
21.Iwan W., Xiaoding Chen. Important near-field ground motion data from the Landers Earthquake. 10th European Conference on Earthquake Engineering. 1995 Balkema,Rotterdam.
22. John Hall, Thomas H.Heaton, Marvin W.Halling, David J.Wald. Near-Source Ground Motion and its Effects on Flexible Buildings. J.”Earthquake Spectra”,volume 11.No.4.November,1995.
23. Miranda E. Simplified Analysis Tools for Rapid Seismic Evalution of Existing Buildings in Urban Areas.
24.Hiep Pham Tuan. Seismic Design Considerations for Tall Buildings. The dissertation. April,2008.
25.Fardis N.Michael, Pinto Paolo Emilio. Guidelines for Displacement-based Design of Buildings and Bridges. July, 2007.
26.Chioccarelli Eugenio and Iervolino Iunio. Near-source Seismic Demand and Pulse-like Records: A Discussion for L’Aquala Earthquake. Earthquake Engng Struct. Dyn. (2010) Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI: 10.1002/eqe.987
27.Kenneth E. Cox and Scott A. Ashford. Characterization of Large Velocity Pulses for Laboratory Testing. PEER 2002/22. April 2002.
28.Somerville G. Paul. Engineering characterization of near fault ground Motions. 2005 NZSEE, Conference. 29.D.R.Gardiner, D.K. Bull and A. J. Carr. Internal forces of concrete floor diaphragms in multistorey buildings. 2008 NZSEE Conference.
30.Timothy J. Sullivan. Displacement Considerations for the SeismicDesign of Tall RC Frame-Wall Buildings. 8th Pasific Conference on Earthquake Engineering, Singopure.2007.paper N125.
31.Priestley Nigel. Seismological Information for Displacement-Based Design – a Structural Engineer’s Wish List. Europian Conference on Earthquake Engineering and Seismology. Geneva, Switzerland,3-6 September 2006. Keynote.
32.Julian J. Bommer, Peter J. Stafford • Sinan Akkar. Current empirical ground-motion prediction equations for Europe and their application to Eurocode 8. Bull Earthquake Eng. DOI 10.1007/s10518-009-9122-9. ORIGINAL RESEARCH PAPER. Received: 23 July 2008 / Accepted: 10 May 2009.
33. Reyes Garcia Lopez. Development of a Displacement Based Design Method for Steel Frame-RC Wall Buildings. May, 2007.
2.მაღლივი შენობის გაანგარიშება სეისმურ ზემოქმედებაზე "Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings" მიხედვით
[რედაქტირება]მაღლივი შენობის სტრუქტურა უნდა იყოს მარტივი, რეგულარული, ხოლო სტრუქტურულ ელემენტებს უნდა გააჩნდეთ გამოკვეთილად განსაზღვრული დატვირთვის კვალი. შეძლებისდაგვარად არ უნდა იყოს გამოყენებული სისტემის ისეთი კონფიგურაცია და გეომეტრია, რომელიც გაართულებს შენობის ქცევას და შედეგად მის გაანგარიშებას.
ფუძე-საძირკველი-ნაგებობის ურთიერთზემოქმედება
აუცილებელია მაღლივი შენობების სეისმურ ზემოქმედებაზე გაანგარიშებისას განხილული იყოს ფუძე-საძირკველი-ნაგებობის ურთიერთზემოქმედების ეფექტი. ამიტომ ანალიზური მოდელი უნდა შეიქმნას საძირკვლის დონის გათვალისწინებით. 1 ნახაზზე სქემატურად მოცემულია: ა)შენობის მოდელი მიწისქვეშა დონით, ბ) შენობის გამარტივებული საანგარიშო მოდელი, რომელშიც ფუძე-საძირკვლის ურთიერთზემოქმედება უგულებელყოფილია და გ)შენობის მოდელი საძირკვლის დონით, რომელშიც მხოლოდ გრუნტის ზამბარებია, მაგრამ გამოყენებულია ამორტიზატორებიც. საექსპლოატაციო დონის გაანგარიშებისთვის გამოყენებული უნდა იყოს ბ)მოდელი. საძირკვლის დონის გათვალისწინება საჭიროა მხოლოდ დინამიკური რეაქციის ანალიზისათვის. ამ შემთხვევაში ჩართული უნდა იქნეს შესაბამისი ელემენტების სიხისტეები და კონსტრუქციული ელემენტების, როგორიცაა კედლები, სვეტები და ფილები, უნარები. გრუნტის ზამბარების ჩართვა ამ მოდელში არ არის აუცილებელი. საექსპლოატაციო დონის შესაბამისი მოძრაობა უნდა მოედოს ნაგებობის ფუძეს. გ)მოდელი ასახავს მაქსიმალური მიწისძვრის ზემოქმედების შემთხვევას. ამ დროს გათვალისწინებული უნდა იყოს გრუნტის ზამბარები და ამორტიზატორები, რომლებიც ასახავენ საძირკველი-ფუძის ურთიერთზემოქმედებას სარდაფის კედლის გასწვრივ და ფუძის ფილის ქვემოთ. თუ ეს პროცედურა არაპრაქტიკულია, მაშინ შესაძლებელია ბ)მოდელის ვარიანტის გამოყენება გრუნტის ზამბარის გარეშე, ოღონდ საძირკვლის დონის მასის მოდიფიცირებით, რომლის ერთერთი ვარიანტია შენობის ბირთვის მასის გადატანა ნიშნულის ქვემოთ და საძირკვლის დონის სხვა გაფართოებული ელემენტების მასის გამორიცხვა.
საანგარიშო მოდელების ტიპების კონსტრუქციული ანალიზი
მოდელების არადრეკადი კონსტრუქციული კომპონენტების დიფერენცირება შესაძლებელია იმის მიხედვით, თუ როგორ ნაწილდება პლასტიურობა ელემენტის განიკვეთში და მთლიანად მის სიგრძეში. კოჭი-სვეტის არაწრფივი რეაქციის მოდელირებისათვის ქვემოთ მოყვანილია საექსპლოატაციო დონის რეაქციის გაანგარიშებისათვის გამოყენებული ხუთი იდეალიზებული მოდელის ტიპი. დინამიკური რეაქციის ანალიზისათვის გამოყენებულ კონსტრუქციულ მოდელში ჩართული უნდა იყოს საძირკვლის დონეც. შეტანილი უნდა იქნეს კონსტრუქციული ელემენტებისათვის შესაბამისი ელემენტის სიხისტე და უნარი. გრუნტის ზამბარის გათვალისწინება მოდელში არ არის საჭირო. საექსპლოატაციო დონის შესაბამისი სეისმური მოძრაობა უნდა მოედოს კონსტრუქციის ფუძეს.
აქსელეროგრამების შერჩევა და მოდიფიკაცია
კონსტრუქციის დინამიკური გაანგარიშებისათვის აქსელეროგრამების შერჩევისა და მოდიფიკაციისათვის საჭიროა შემდეგი:
1.უნდა მოხდეს მიწისძვრის იმ ტიპის იდენტიფიკაცია, რომელიც წარმოადგენს ყველაზე მეტ საშიშროებას;
2.უნდა შეირჩეს სულ მცირე შვიდი წყვილი ბოლოს მომხდარი მიწისძვრების აქსელეროგრამების ჩანაწერებისა, რომლებიც შეესაბამება სამშენებლო მოედნის მდგომარეობას და განსახილველ შემთხვევას; შერჩეული აქსელეროგრამა ძირითადად შედგება ორი ჰოროზონტალური მდგენელისაგან. იშვიათად ემატება ვერტიკალური მდგენელიც. თუ სეისმური საშიშროება, გამოწვეული ტექტონიკური რღვევით, სამშენებლო მოედანთან ახლო მანძილზე იწვევს ზომიერიდან ძლიერ მიწისძვრამდე ეფექტს, შერჩეული ჩანაწერები უნდა შეიცავდეს რღვევასთან სიახლოვისა და მიწისძვრის მიმართულების ეფექტებს, რაც გამოიხატება ჩანაწერში სიჩქარის იმპულსის გაჩენით და სპექტრული ორდინატების გაზრდით შედარებით გრძელი პერიოდის მანძილზე. ამავე დროს მოდელირების შერჩეული მეთოდი უნდა ასახავდეს ტექტონიკური რღვევის რეალისტურ მოდელს და უნდა ითვალისწინებდეს დანალექ ქანებში ტალღების გავლის ეფექტს, რაც გამოიხატება გრუნტის გრძელ-პერიოდიან მოძრაობის გაძლიერებაში.
3.უნდა მოხდეს ჩანაწერების მოდიფიცირება ისე, რომ სპექტრის შერჩევით, ან ამპლიტუდის მასშტაბირებით, მიღებული იქნეს შესაბამისი სპექტრი. მაღლივი შენობებისათვის საშუალო სპექტრების გამოყენება მხოლოდ ძირითადი პერიოდისათვის მიზანშეწონილი არ არის. აქტიურ რღვევასთან ახლოს მდებარე სამშენებლო მოედნისთვის რეაქციის სპექტრის ასაგებად განხილული უნდა იქნეს რღვევის ნორმალური და პარალელური მიმართულებები.
მაღლივი შენობების წინასწარი გაანგარიშება
კონსტრუქციის კონცეფციის დამუშავების დროს კარგად უნდა განისაზღვროს ის უბნები და ელემენტები, სადაც არაწრფივი რეაქცია არ განვითარდება. უნარზე გაანგარიშების კონცეფცია წარმოადგენს კარგ დასაწყისს შერჩეულ სისტემაზე და ელემენტზე სეისმური ზემოქმედების განხილვისათვის. პირველადი მიზანი წინასწარი გაანგარიშებისა არის საძიებო (target) დენადობის მექანიზმის შერჩევა არსებული კონსტრუქციული ელემენტების პლასტიკურობის ზღვრებში. ჩარჩოვანი ან განმბრჯენიან-ჩარჩოვანი კონსტრუქციისთვის უმჯობესია დენადობა განაწილდეს მთელ სიმაღლეზე, ვიდრე კონცენტრირებული იყოს ერთ ან რამდენიმე სართულზე. ორმაგი სისტემის მქონე კონსტრუქციისათვის მისაღები ხდება საძიებო (target) დენადობის მექანიზმი ღუნვისას, რომელიც ანაწილებს დენადობას ღუნვისას დაბალ სართულებზე პოდიუმის ზემოთ. კიდევ ერთი მიზანი წინასწარი გაანგარიშებისა არის დენადობის საძიებო (target) დადგენა იმ კომპონენტებში, რომლებსაც შეუძლიათ რეალურად პლასტიური რეაქციის განვითარება. არადრეკადი რეაქციის განხილული ფორმები შემდეგია:
- დენადობა ღუნვისას რკინაბეტონის კოჭებში, ფილებში, დიაფრაგმებში და შედარებით მცირე განივკვეთის მქონე სტანდარტულად დაარმატურებულ შეწყვილებულ კოჭებში;
- დიაგონალური არმატურის დენადობა დიაგონალურად დაარმატურებულ შეწყვილებულ კოჭებში;
- დენადობა გაჭიმვისას ფოლადის განმბრჯენებში და ფოლადის ფილებისაგან შედგენილ დიაფრაგმებში და გაჭიმვა/კუმშვით გამოწვეული დენადობა გრძივი ღუნვის შემზღუდველ განმბრჯენებში; - ღუნვის შემდგომი კუმშვა ფოლადის კონსტრუქციულ განმბრჯენებში, რომლებიც არ წარმოადგენენ არსებითად საკუთარი წონის მზიდი სისტემის ნაწილს და რომელთა გაღუნვა არ ცვლის სისტემის ქცევას;
- დენადობა ძვრაზე ფოლადის კონსტრუქციულ ელემენტებში, როგორიცაა მომენტიან ჩარჩოებში პანელური ზონები, კავშირები (ლინკები) ძვრაზე ექსცენტრულ განმბრჯენიან ჩარჩოებში და ფოლადის შეწყვილებულ კოჭებში;
- დენადობა აუტრიგერის ელემენტებში, როცა ხდება საკუთარი წონის მზიდი აუტრიგერის სვეტების ღერძული დატვირთვისადმი ამტანობის უნარის დაცვა;
- დენადობა მოქნილ დამცველებში ან ენერგიის დისიპაციის მოწყობილობაში;
- საძირკვლის მობრუნების კონტროლი.
გაანგარიშება საექსპლოატაციო დონის მიხედვით
საექსპლოატაციო დონის შესაბამისი მიწისძვრის შერჩევა უნდა მოხდეს 43-წლიანი განმეორებადობისთვის (50%-ანი ალბათური გადაჭარბებით 30 წელიწადში). ეს მიწისძვრა წარმოდგენილი უნდა იყოს 2.5%-ანი ჩაქრობის მქონე, დრეკადი აჩქარების რეაქციის სპექტრის ფორმით. მაღლივი შენობის ასეთი გაანგარიშება უშვებს შენობის მზიდი ელემენტების შეზღუდულ რაოდენობაში ბეტონში მცირე ბზარების და ფოლადში დენადობის განვითარებას. დაზიანებამ არ უნდა შეზღუდოს შენობის მთელი სისტემის ფუნქციონირება. იმის გათვალისწინებით, რომ საექსპლოატაციო დონის შემთხვევაში შენობის რეაქცია დრეკადია, შენობის საიმედობის შემოწმებისათვის გამოყენებული უნდა იქნეს მოდალური რეაქციის სპექტრი კონსტრუქციული სისტემის წრფივი მოდელისათვის. დასაშვებია აგრეთვე არაწრფივი მოდელის დინამიკური გაანგარიშება. საჭიროა გრუნტის მოძრაობის ჩანაწერების შერჩევა და მასშტაბირება შესაბამისი target რეაქციის სპექტრის მისაღებად. სამშენებლო ნორმების დებულებების შესაბამისად, შენობის მინიმალური სიმტკიცის მოთხოვნა დგინდება საანგარიშო მიწისძვრის გამოყენებით, რომლის ეფექტი შეადგენს 2/3 მაქსიმალური განხილული მიწისძვრის ეფექტიდან. მაღლივი შენობაში, რომლის გაანგარიშება ხდება წინამდებარე სახელმძღვანელოს მიხედვით საექსპლოატაციო დონის შესაბამის მიწისძვრებზე, მოსალოდნელია შეზღუდული კონსტრუქციული დაზიანებები, რომლებიც აღდგენის გარეშეც არ გამოიწვვენ კონსტრუქციის უნარის დაქვეითების ეფექტს და ის შეძლებს გაუძლოს მომავალში მაქსიმალურ განსახილველ მიწისძვრის რყევას. შესაძლებელია მხოლოდ კოსმეტიკური რემონტის ჩატარება სითხის შეღწევისა და კოროზიის თავიდან ასაცილებლად.
ანალიზის მეთოდი
საექსპლოატაციო დონის შეფასება გულისხმობს რეაქციის სპექტრით გაანგარიშების მეთოდს. თუ ამ მეთოდით გაანგარიშებული მოთხოვნა/უნარის შეფარდება აჭარბებს მოსალოდნელ უნარს, მაშინ უნდა მოხდეს კონსტრუქციის ხელახალი გადაანგარიშება ან, ალტერნატიულად, გამოყენებული უნდა იქნეს არაწრფივი აქსელეროგრამებით გაანგარიშება.
წრფივი რეაქციის სპექტრით გაანგარიშება ტარდება სამგანზომილებიან მოდელზე და მიწისძვრის ორი ჰორიზონტალური კომპონენტის გათვალისწინებით. გაანგარიშება უნდა მოიცავდეს იმდენი ფორმის მონაწილეობას, რომ სულ მცირე ნაგებობის 90% მასა მონაწილეობდეს რეაქციაში ყოველი ძირითადი ჰორიზონტალური მიმართულებით. არ უნდა მოხდეს საექსპლოატაციო დონის წრფივი რეაქციის სპექტრით გაანგარიშების შედეგების მოდიფიკაცია რეაქციის მოდიფიკაციის კოეფიციენტით, ან გადაძაბვისკ ოეფიციენტით, და არც შედეგების სკალირება უნდა მოხდეს მინიმალური ფუძე-ძვრის კრიტერიუმის მიხედვით.
კონსტრუქციის წრფივი მოდელირება
წრფივი ანალიზის შემთხვევაში სამგანზომილებიანი მათემატიკური მოდელის გამოყენება, რომელიც იძლევა მასების და სიხისტეების სივრცულ განაწილებას მთელ სიმაღლეზე, საჭიროა შენობის წრფივი დინამიკური ჰორიზონტალური რეაქციის თავისებურებების გამოსათვლელად. მოდელში წარმოდგენილი იქნება ჰორიზონტალური ძალის მიმართ მედეგი სისტემის სავარაუდო სიხისტეები და ასევე ვერტიკალური ტვირთმზიდი ელემენტები და არაკონსტრუქციული ელემენტები, რომლებიც მნიშვნელოვან ჰორიზონტალურ სიხისტეს უმატებენ ან თავისთავზე იღებენ მნიშვნელოვან ძაბვებს საექსპლოატაციო დონის შემთხვევაში.
მათემატიკურ მოდელში გათვალისწინებული უნდა იყოს კონსტრუქციის გრეხა. ჩართული უნდა იყოს მასებისა და სიხისტეების განაწილებით წარმოქმნილი ექსცენტრისიტეტი. საექსპლოატაციო დონის შეფასებისას არ განიხილება შემთხვევითი ექსცენტრისიტეტები.
მომენტ-მედეგ ჩარჩოებში კვანძების მოდელირებისას კარგად გათვალისწინებვული უნდა იყოს კვანძის სიხისტე, პანელური ზონის ჩათვლით.
გადახურვის დიაფრაგმა ჩართული უნდა იყოს მათემატიკურ მოდელში რეალური სიხისტის გამოყენებით.
ფუძე-საძირკველი-კონსტრუქციის ურთიერთზემოქმედება საექსპლოატაციო დონის შეფასებისას არ განიხილება
ნაგებობის ანალიზური მოდელისათვის საჭიროა:
1.განხილული იქნეს მთლიანი შენობა მიწისქვეშა დონის ჩართვით (გადახურვები,სვეტები,კედლები სარდაფის კედლების ჩათვლით)
2.წარმოდგენილი უნდ იყოს შესაბამისად მასები და მასების ინერციის მომენტები მიწისქვეშა დონისათვის
3.არ გაითვალისწინება მიწისქვეშა დონის გარშემო არსებული ფუძის ჰორიზონტალური ეფექტი
4.საძირკვლის ქვეშ ფუძე განხილული უნდა იქნეს ხისტად (ვერტიკალური ზამბარების გარეშე)
სვეტების ჩამაგრების წარმოდგენისათვის გამოყენებული უნდა იქნეს რეალისტური ვარაუდი. სვეტების ფუძეები მიიჩნევა ჩამაგრებულად, თუ სვეტის საძირკველთან ჩამაგრების შემთხვევაში მას შეუძლია სვეტში განვითარებული ძალები და დეფორმაციები გადასცეს საძირკველს კვანძის უმნიშვნელო ბრუნვით, როცა საძირკველი განიხილება მოქნილად.
საანგარიშო პარამეტრები და დატვირთვების კომბინაცია
უნდა შეფასდეს სახურავის გადაადგილება, სართულშუა გადახრა და ელემენტებში განვითარებული ძალები (ღერძული, ღუნვის, ძვრის და გრეხის) ყველა ელემენტისთვის, რომლებშიც მიწისძვრით გამოწვეული რეაქციის შედეგად ვითარდება მნიშვნელოვანი ძალები და მომენტები.
რეაქციის საანგარიშო სპექტრისათვის დატვირთვების კომბინაცია
შენობა უნდა შეფასდეს დატვირთვის შემდეგი კომბინაციისათვის:
1.0D + Lexp + 1.0Ex + 0.3Ey
1.0D + Lexp + 0.3Ex + 1.0Ey
სადაც Lexp არის შეუმცირებული მოძრავი დატვირთვის 25%, თუ სხვა დასაბუთება არ არსებობს.
არაწრფივი რეაქციის აქსელეროგრამებით გაანგარიშებისთვის დატვირთვების კომბინაცია
თუ გამოყენებულია საექსპლოატაციო დონისათვის არაწრფივი რეაქციის აქსელეროგრამებით გაანგარიშება, მაშინ შენობა უნდა შეფასდეს დატვირთვის შემდეგი კომბინაციისათვის:
1.0D + Lexp + 1.0E
სადაც Lexp იგივეა, რაც ზემოთ.
რეაქციის სპექტრული გაანგარიშებიდან მიღებული შედეგების ანალიზი
როდესაც საექსპლოატაციო დონისათვის გამოიყენება სპექტრული გაანგარიშება, მოთხოვნა/უნარის შეფარდება არ უნდა აჭარბებდეს 1.5. მოთხოვნის გამოანგარიშება ხდება ზემოთმოყვანილი ფორმულებით, უნარი კი იანგარიშება შემდეგნაირად:
ა)რკინაბეტონის ელემენტებისა და მათი კავშირებისათვის უნარი განისაზღვრება როგორც საანგარიშო წინაღობა, აღებული როგორც ნომინალური წინაღობა გამრავლებული შესაბამის წინაღობის შემამცირებელ კოეფიციენტზე φ-ზე ნორმებიდან;
ბ)ფოლადისა და ფოლადისა და ბეტონის კომბინირებული ელემენტებისა და მათ კავშირებისათვის უნარი განისაზღვრება როგორც არსებული წინაღობა აღებული ან დასაშვები წინაღობიდან (ნომინალური წინაღობა გაყოფილი უსაფრთხოების კოეფიციენტზე) ან საანგარიშო წინაღობა, აღებული როგორც ნომინალური წინაღობა გამრავლებული წინაღობის კოეფიციენტზე ნორმებიდან.
არაწრფივი რეაქციის აქსელეროგრამებით გაანგარიშებით მიღებული შედეგების ანალიზი
როდესაც საექსპლოატაციო დონის შეფასებისათვის გამოყენებულია არაწრფივი რეაქციის აქსელეროგრამებით გაანგარიშება, დაკმაყოფილებული უნდა იყოს შემდეგი პირობები:
ა)არაწრფივი დეფორმაციის შეზღუდვა უნდა მოხდეს დეფორმაციით კონტროლირებადი ზემოქმედებით. ძალით კონტროლირებადი ზემოქმედება არ უნდა აჭარბებდეს მოსალოდნელ წინაღობას, რომელიც დაფუძნებულია ლაბორატორიულ გამოცდებზე
ბ)დეფორმაციები ისეთი უნდა იყოს, რომ არ დასჭირდეს შენობას რემონტი წინაღობის გაუარესებისა ან ნარჩენი დეფორმაციისაგან გამოწვეული დაზიანებისაგან. რემონტისთვის არ უნდა იყოს საჭირო მონტაჟი ან დემონტაჟი ბეტონის კონსტრუქციებისა. შესაძლებელია ცალკეული არმატურის ან კონსტრუქციული ფოლადის შეცვლა.
სართულშორისი გადახრა არ უნდა აჭარბებდეს ცალკეული სართულის სიმაღლის 0.5%.
კოლაფსის დონის შეფასება (არაწრფივი დინამიკური გაანგარიშება)
კოლაფსის დონის შეფასება ითვალისწინებს ისეთ ღონისძიებებს, რომლებიც ადეკვატური იქნება კოლაფსის დონისათვის. ამის მიღწევა კი შესაძლებელია შენობის არაწრფივი რეაქციის განსაზღვრით მაქსიმალურ განხილულ მიწისძვრაზე. ასეთმა ანგარიშმა უინდა აჩვენოს, რომ შერჩეული გრუნტის მოძრაობის შემთხვევაში არ განვითარდება კოლაფსი და ძალები და დეფორმაციები მოსალოდნელ ზღვრებში დარჩება.
მაღლივი შენობების არაწრფივად სეისმომედეგობაზე გაანგარიშებისას კოლაფსის დონისათვის გრუნტის სეისმური რღევით გამოწვეული საფრთხე უნდა განისაზღვროს თვით სამშენებლო მოედნის სპეციფიკის სეისმური ანალიზის მიხედვით, რომელშიც გათვალისწინებული იქნება შენობის განლაგება მოქმედი რღვევის მიმართ, ასევე სამშენებლო მოედნის სპეციფიკური გეოლოგიური მახასიათებლები და შესაბამისად მიწისძვრით გამოწვეული საფრთხე.
არაწრფივი გაანგარიშების შემთხვევაში აუცილებელია გრუნტის მოძრაობის რეალური ჩანაწერების პაკეტის შექმნა, რომლებშიც გათვალისწინებული იქნება საძიებო მაგნიტუდა, ჩაწერის ადგილიდან მანძილი სამშენებლო მოედნამდე და ამ ადგილის გეოლოგიური პარამეტრები, რათა მოხდეს სამშენებლო მოედნის მახასიათებლების შედარება. ასეთი ჩანაწერების ბაზა გააჩნია Pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER)-ს და შესაძლებელია მისი გამოყენება.
მაგნიტუდა დიდ გავლენას ახდენს სიხშირის შემადგენლობაზე და გრუნტის მოძრაობის ხანგრძლივობაზე. ამიტომ სასურველია გამოყენებული იქნეს მაგნიტუდების 0.25 ერთეულით განსხვავებული ცვალებადობა საძიებო მაგნიტუდიდან. მაღლივი შენობების გაანგარიშებისათვის მნიშვნელოვანია აგრეთვე მიწისძვრის ხანგრძლივობაც, რადგანაც მაღლივი შენობა გრძელპერიოდიანი ნაგებობაა და მიწისძვრის ენერგიის მატება ხდება დროში. თუ სამშენებლო მოედანი ახლოსაა აქტიურ რღვევასთან, შერჩეული ჩანაწერები უნდა შეიცავდეს შესაბამისად forward, backward და neutral მიმართულების ჩანაწერებსაც.
ჩანაწერების პაკეტის შერჩევის შემდეგ უნდა განხორციელდეს საძიებო წრფივი რეაქციის სპექტრის აგება, რისთვისაც გამოიყენება მასშტაბირება ან სპექტრის მისადაგება. მიღებული მოძრაობა უნდა შედარდეს საწყის მოძრაობასთან, რათა არ მოხდეს საწყისი მოძრაობის ზედმეტად მოდიფიცირება. ჯერჯერობით მეცნიერებში არ არსებობს კონსენსუსი იმ საკითხში, რომ არაწრფივი დინამიკური გაანგარიშებისათვის აუცილებელია ასეთი მანიპულაციის განხორციელება. გრუნტის მოძრაობის ჩანაწერი შეიცავს ისეთ მახასიათებლებს, როგორიცაა პიკები და ჩავარდნები რეაქციის სპექტრში. მაღლივი შენობის ძირითადი პერიოდის შესაბამისი ჩანაწერების მოძიება რთულია გრძელი პერიოდის დოაპაზონში შესაბამისი ენერგიის მაჩვენებლით, ამისათვის კი საჭიროა მასშტაბირების დიდი კოეფიციენტი, რაც მოკლეპერიოდიანი რეაქციის შემთხვევაში არარეალისტურ შედეგს იძლევა და რაც გავლენას იქონიებს რხევის მაღალ ფორმებზე. მისადაგების შემთხვევაშიც ყოველი პერიოდისთვის შესაძლებელია გრუნტის არარეალისტური მოძრაობის მიღება. ამიტომ გრძელდება ამ საკითხის შესწავლა.
მაღლივი შენობისათვის მიწისქვეშა დონის გათვალისწინებით მნიშვნელოვანია გრუნტის მოძრაობის მოდების საკითხიც. ჩაღრმავების დონე გავლენას ახდენს ნაგებობის მოძრაობის მონაცემებზე. ასევე ფუძე-საძირკველი-ნაგებობის ურთიერთზემოქმედება ცვლის შენობის დინამიკურ მახასიათებლებს, აგრეთვე ეფექტურ ჩაქრობას, რომელიც დაკავშირებულია ფუძის არაწრფივობასთან და ენერგიის რადიაციასთან შენობის გარშემო არსებული ფუძის მეშვეობით. საბოლოოდ ფუძის დინამიკური დაწოლა შენობის მიწისქვეშა კედლებზე იძლევა მნიშვნელოვან ეფექტს, რაც გაანგარიშებისას გათვალისწინებული უნდა იქნეს.
მაღლივი შენობის გაანგარიშება არაწრფივად დონეების მიხედვით უნდა მოხდეს შენობის სამგანზომილებიანი მოდელის გამოყენებით, ხოლო შენობის ჰორიზონტალური ძალის მედეგი კომპონენტების მოდელირება უნდა მოხდეს დისკრეტული ელემენტებით შეყურსული პლასტიურობით ან მათი ფიბრული მოდელებით. ჩარჩოს წონიანი ელემენტების მოდელირება ხდება პირდაპირ. თუ მათი წილი შენობის სეისმომედეგობაში ან მათი ურთიერთმოქმედება შენობის ჰორიზონტალური ძალის მედეგ კომპონენტებთან არ გაითვალისწინება, მაშინ მათი მოდელირება არ არის საჭირო, მაგრამ ეფექტური მასა და P-დელტა ეფექტი დაკავშირებულია შენობის "არმონაწილე" ნაწილებთანაც, ამიტომ მათი ჩართვა მთლიან ანალიტიკურ მოდელში აუცილებელია.
მაღლივი შენობის კონსტრუქციული კონცეფცია ნათლად უნდა მიუთითებდეს იმ ზონებსა და ელემენტებს, სადაც არაწრფივი რეაქცია მოსალოდნელი არ არის. უნარზე გაანგარიშების კონცეფცია იდენტიფიცირებას უნდა უკეთებდეს საძიებო დენადობის მქონე ზონებსა და მექანიზმებს, რომლებიც გაანგარიშების შემდეგ დეტალურად განისაზღვრება დრეკადი რეაქციისათვის. მაღლივი შენობები კომპლექსური სისტემებია და უმეტეს შემთხვევაში შეუძლებელია მათი გაანგარიშება მხოლოდ უნარზე იმ ზონების განსასაზღვრავად, სადაც შეიძლება განვითარდეს არაწრფივი დეფორმაცია.
სეისმური ზემოქმედება
სეისმური ზემოქმედება წარმოდგენილი უნდა იყოს მინიმუმ 7 წყვილი ორთოგონალური კომპონენტის მქონე აქსელეროგრამებით, რომლებიც უნდა შეირჩეს და მოდიფიცირდეს ისე, რომ მიღებული იქნეს განხილული მიწისძვრის საძიებო მაქსიმალური რეაქციის სპექტრი. გათვალისწინებული უნდა იყოს ტექტონიკური რღვევის მიმართულების ეფექტი. ეფექტური სეისმური მასა დადგენილი უნდა იყოს მთლიანი საკუთარი წონისაგან, რომელშიც გაითვალისწინება ტიხრებისა და სხვა დროებითი დატვირთვების შესაბამისი გადანაწილება. საკუთარი წონა გამოითვლება შემდეგი ფორმულით:
1.0D + Lexp
სადაც Lexp –ს მნიშვნელობა იგივეა, რაც ზემოთ.
სართულშორისი გადახრის ზღვარი
თითოეული სართულისათვის მაქსიმალური სართულშუა გადახრის კოეფიციენტი არ უნდა აღემატებოდეს 0.03. ყოველი სართულისათვის მაქსიმალური სართულშუა გადახრის კოეფიციენტის აბსოლუტური მნიშვნელობა არ უნდა იყოს 0.045-ზე მეტი. ყოველ სართულზე ნარჩენი გადახრის კოეფიციენტის საშუალო აბსოლუტური მნიშვნელობა არ უნდა აჭარბებდეს 0.01. მაქსიმალური ნარჩენი სართულშუა გადახრის კოეფიციენტი არ უნდა აჭარბებდეს 0.015.
მაღლივი შენობის გაანგარიშება არაწრფივი სტატიკური (Pushover)-ის მეთოდით
გაანგარიშებაში არაწრფივი სტატიკური (Pushover)-ის მეთოდის გამოყენება შესაძლებელია როგორც დამხმარე მეთოდის და არა როგორც მაღლივი შენობის სეისმური რეაქციის მახასიათებლების რიცხობრივი განსაზღვრის საშუალება. ამ მეთოდით შეუძლებელია დინამიკური რეაქციის განვითარების და არადრეკადი ძალების გადანაწილების მიმდევრობის დადგენა (ძვრის ძალების გაზრდა დიაფრაგმებში კედლის საყრდენზე ღუნვის პლასტიკური სახსრის გაჩენის შედეგად). ამ მეთოდს შეუძლია ხელი შეუწყოს არაწრფივი ქცევის საწყისი ფორმების იდენტიფიკაციას რხევის პირველ ფორმებში, მაგრამ ძირითადად პრაქტიკულად ეს მეთოდი ვერ შეძლებს გრუნტის მოძრაობის სიხშირის შემადგენლობის ვარიაციების ეფექტის იდენტიფიკაციას და რხევის მაღალი ფორმების ეფექტის გათვალისწინებას.
გამოყენებული ლიტერატურა
Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings, developed by the pacific Earthquake Engineering Research Center(PEER) as part of the Tall Buildings initiative.Report N2010/05. University of California, Berkeley. November 2010.
3.მაღლივი შენობის სპექტრული გაანგარიშება Evrocode-8- ის მიხედვით
[რედაქტირება]Evrocode-8-ში სართულიანობასთან დაკავშირებით შეზღუდვები არ არის და მაღლივი შენობის საანგარიშო მოდელები არ განსხვავდება ჩვეულებრივი შენობების საანგარიშო მოდელებისაგან. მაღლივი შენობების გაანგარიშებისათვის მისაღებია როგორც სპექტრული, ასევე დროის ფაქტორით (აქსელეროგრამებით) გაანგარიშება. წრფივი გაანგარიშება გამოდგება იმ შემთხვევაში, თუ ყოველი კონსტრუქციული ელემენტის მოთხოვნა ნაკლებია მის ნომინალურ სიმტკიცეზე და გამოიყენება მხოლოდ საექპლოატაციო დონის შეფასებისათვის. არაწრფივი დროის ფაქტორით (აქსელეროგრამებით) გაანგარიშება გამოყენებული უნდა იქნეს კონსტრუქციული ელემენტებში ყველა მნიშვნელოვანი არაწრფივი რეაქციის შეფასებისათვის და ზოგადად საჭიროა კოლაფსის პრევენციის დონის შესაფასებლად. მეორადი P-delta ეფექტები შენობის საკუთარი და დროებითი დატვირთვის გათვალისწინებით შეტანილი უნდა იყოს ამ გაანგარიშებაში.
სეისმური მოძრაობა ზედაპირის მოცემულ წერტილში, წარმოდგენილია გრუნტის დრეკადი რეაქციის სპექტრის სახით (ნახ.1).
T არის წრფივი, ერთი თავისუფლების ხარისხის მქონე სისტემის რხევის პერიოდი;
TB არის სპექტრული აჩქარების მრუდის მუდმივი მონაკვეთის შესაბამისი პერიოდის ზედა ზღვარი;
Tc არის სპექტრული აჩქარების მრუდის მუდმივი მონაკვეთის შესაბამისი პერიოდის ქვედა ზღვარი;
TD განსაზღვრავს სპექტრის მუდმივი გადაადგილების რეაქციის დასაწყისის სიდიდეს;
ag არის A ტიპის გრუნტის საანგარიშო აჩქარება
S არის გრუნტის პარამეტრი;
η არის ჩაქრობის შემასწორებელი კოეფიციენტი, რომლის ბაზური მნიშვნელობა 5%-ანი ბლანტი ჩაქრობის შემთხვევისათვიის ტოლია 1,0-ს.
დრეკადი რეაქციის სპექტრის მოხაზულობა აიღება ერთიდაიგივე სეისმური ზემოქმედების ორივე დონისთვის - დაუნგრევლობის (მაქსიმალური ზღვრული მდგომარეობა - საანგარიშო სეისმური ზემოქმედება) მოთხოვნისა და დაუზიანებლობის მოთხოვნისათვის.
ნაგებობებისათვის, რომელთაც აქვთ რხევის გრძელი პერიოდი, სეისმური ზემოქმედება წარმოდგენილი უნდა იქნეს ნახ.2-ზე მოცემული გადაადგილების რეაქციის სპექტრის სახით.
მოთხოვნები, რომლებიც ჩნდება გრძელპერიოდიანი ნაგებობისთვის მიწისძვრის დროს, Evrocode-8-ში კარგად გაწერილი არ არის და მოცემულია ზოგადი რეკომენდაცია გადაადგილების სპექტრისათვის. გადაადგილება იზრდება წრფივად 0.5წმ-ის ტოლი პერიოდიდან გადაადგილების რეაქციის პიკურ მნიშვნელობამდე - TD საკონტროლო პერიოდამდე. განსახილველი პერიოდის დიაპაზონში, რომელიც არის 4წმ, გადაადგილების მოთხოვნა TD-დან TE-მდე მუდმივია. მუდმივი გადაადგილების შესაბამისი პერიოდი ინჟინრისთვის წარმოადგენს ძირითად პარამეტერს. რეაქციის ამ ნაწილის სიწრფივე ამ დიაპაზონში გამომდინარეობს ზოგადი დაშვებიდან, რომ ეს არის უბანი მუდმივი პიკური სიჩქარის რეაქციისა და ეს გადაადგილება შეიძლება გამოითვალოს აჩქარებიდან, რომელიც სინუსოიდალური ბუნებისაა. შემდეგ გადაადგილება მცირდება გრუნტის პიკურ გადაადგილებამდე კუთხის პერიოდით TF.
TD, TE და TF მნიშვნელობები დამოკიდებულია გრუნტის ტიპზე და მიწისძვრის მაგნიტუდაზე. დიდი მაგნიტუდის შემთხვევაში Evrocode-8 იძლევა რეკომენდაციას 2წმ, 6წმ და 10წმ TD, TE და TF – თვის, შესაბამისად. მეცნიერებს მიაჩნიათ, რომ Evrocode-8-ში მოცემული გადაადგილების საკონტროლო პერიოდი – 2წმ დაბალია მაღალი სეისმურობის რეგიონებისათვის. საკონტროლო პერიოდი ფუნქციაა მიწისძვრის მაგნიტუდის. დიდი პერიოდის მქონე ძლიერი მიწისძვრები ხასიათდება TD საკონტროლო პერიოდის დიდი მნიშვნელობით. საკონტროლო პერიოდის შესაბამისი გადაადგილების სიდიდე მნიშვნელოვანია და ძირითადად დამოკიდებულია მანძილზე სამშენებლო მოედნიდან მიწისძვრის ადგილამდე. საკონტროლო პერიოდის -TD-ს მნიშვნელობა ისე უნდა განისაზღვროს, რომ მან გადააჭარბოს შენობის საკუთარი რხევის პერიოდს.Evrocode-8 იძლევა საკონტროლო პერიოდის - TD-ს მნიშვნელობას, ტოლს 1.2წმ,თუ Mw ≤ 5.5 და 2წმ., თუ Mw.≥5.5.
ტრადიციულ ძალაზე დაფუძნებულ სეისმურ გაანგარიშებებში ინჟინრისთვის მნიშვნელოვან ინფორმაციას წარმოადგენს გრუნტის პიკური აჩქარება, რომლის სიდიდის ცოდნა უმნიშვნელოა გადაადგილებაზე ან ქცევაზე დაფუძნებულ სეისმურ გაანგარიშებისთვის, სადაც ძირითადია სპექტრული რეაქციის პიკური გადაადგილება და მისი შესაბამისი კუთხის პერიოდი.
კონსტრუქციის უნარი, წინაღობა გაუწიოს სეისმურ ზემოქმედებას არაწრფივ არეში, ჩვეულებრივად დასაშვებს ხდის, რომ მათი გაანგარიშება მოხდეს წრფივი დრეკადი რეაქციის შესაბამის დატვირთვებთან შედარებით ნაკლები სიდიდის ძალებზე.
იმისათვის, რომ დაპროექტების დროს თავიდან იქნეს აცილებული კონსტრუქციის სრული არაწრფივი გაანგარიშება, შესაძლებელია ჩატარდეს კონსტრუქციის წრფივი გაანგარიშება, მხოლოდ არა დრეკადი რეაქციის სპექტრზე დაყრდნობით, არამედ მისი მოდიფიკაციით მიღებულ რეაქციის სპექტრზე. ამ გზით შესაძლებელია გათვალისწინებული იქნეს კონსტრუქციის ენერგიის დისიპაციის უნარი, რომელსაც იგი ახორციელებს ან ელემენტების დამყოლობით ან სხვა მექანიზმით. ასეთ რეაქციის სპექტრის მოდიფიკაცია ხორციელდება q ქცევის კოეფიციენტის შემოტანით. q ქცევის კოეფიციენტის საშუალებით მიახლოებით შეფასება ხდება იმისა, თუ რამდენად შესაძლებელია პირობითი დრეკადი ანალიზის მოდელის გამოყენებით კონსტრუქციაზე მოქმედი სეისმური ძალების შემცირების ვარაუდი იმ მდგომარეობაში, როცა კონსტრუქცია ჯერ კიდევ ინარჩუნებს დამაკმაყოფილებლად რეაქციის უნარს.
მეორე რიგის ეფექტების (P-delta) გათვალისწინება არ არის საჭირო თუ ყველა სართულზე სრულდება შემდეგი პირობა
θ = Ptotdr/Vtoth ≤ 0.10
სადაც: θ - სართულებს შორის გადახრისადმი მგრძნობელობის კოეფიციენტია.
Ptot - ჯამური სიმძიმის ძალა განსახილველ სართულსა და მის ზევით, საანგარიშო სეისმური ზემოქმედების შემთხვევაში;
dr-სართულებს შორის საანგარიშო გადახრა, როგორც განსახილველი სართულის თავსა და ბოლოში გასაშუალებულ ჰორიზონტალურ გადაადგილებებს შორის სხვაობა;
Vtot - სართულის ჯამური სეისმური ძვრის ძალა,
h - სართულის სიმაღლე. თუ 0.1 < θ ≤ 0.20., P-delta ეფექტები შეიძლება გათვალისწინებული იქნეს მიახლოებით, სეისმური ზემოქმედების ეფექტების გამრავლებით კოეფიციენტზე 1/(1-θ). Evrocode-8-ის მიხედვით θ კოეფიციენტის მნიშვნელობა არ უნდა აღემატებოდეს 0.3-ს.
სხვადასხვა კვლევებით მტკიცდება, რომ დიდი გრავიტაციული დატვირთვის მქონე გრძელპერიოდიანი მაღლივი შენობებისათვის θ კოეფიციენტის ზღვარი მეტი უნდა იყოს 0.3-ზე. ამ ზღვარის დასაკმაყოფილებლად ყველაზე ეფექტური გზაა შენობის კონსტრუქციული კომპონენტების სიმტკიცის გაზრდა, რაც შესაბამისად იწვევს დამყოლობაზე მოთხოვნის შემცირებას.
გრძელპერიოდიანი მაღლივი შენობებისათვის, რომელთა საკუთარი რხევის პერიოდი დევს სპექტრის მუდმივი გადაადგილების დიაპაზონში, P-delta ეფექტები მნიშვნელოვანი არ არის.
გამოყენებული ლიტერატურა
1. Eurocode 8. Design of Structures for Earthquake Resistance. Part 1. General rules, seismic action and rules for buildings. EN 1998 – 1:2004. November 2004. 229p.
2. Recommendations for the Seismic Design of High-rise Buildings. A Consensus Dokument- CTBUH Seismic Working Group. CTBUH Seismic Design Guide,2008.
3. NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings (FEMA Publication 273). Building Seismic Council.October 1997. Washington, D.C.
4. Timothy J. Sullivan. Displacement Considerations for the SeismicDesign of Tall RC Frame-Wall Buildings. 8th Pasific Conference on Earthquake Engineering, Singopure.2007.paper N125.
5. Priestley Nigel. Seismological Information for Displacement-Based Design – a Structural Engineer’s Wish List. Europian Conference on Earthquake Engineering and Seismology. Geneva, Switzerland,3-6 September 2006. Keynote.
6. Julian J. Bommer, Peter J. Stafford • Sinan Akkar. Current empirical ground-motion prediction equations for Europe and their application to Eurocode 8. Bull Earthquake Eng.DOI 10.1007/s10518-009-9122-9. ORIGINAL RESEARCH PAPER. Received: 23 July 2008 / Accepted: 10 May 2009.