Siguranta Structurilor La Actiuni Speciale Curs

Universitatea Politehnica Timişoara

CC 11 77

Siguranta structurilor la actiuni specialeSiguranta structurilor la actiuni speciale

Curs Curs 1 1 -- 77

Master, an I

Acţiunea vântuluiAcţiunea vântului

Acţiunea vântului Vanturile puternice - o caracteristica relativ previzibila aVanturile puternice o caracteristica relativ previzibila a

naturii Pagubele produse de vanturile puternice – printre cele g p p p

mai importante (peste 80 mld $ doar in USA si Europa) Sunt necesare masuri de reducere a efectelor

– Prevenirea populatiei (prognoze imbunatatite)– Masuri de reducere a riscului producerii de avarii asupra

constructiilorconstructiilor Trebuie gasit un nivel al riscului acceptabil din punct de

vedere economicvedere economic– Cladirile nu sunt calculate la vanturi extreme (ex.: cele produse de

tornade de gradul F5) – aici intervine robustetea structurilor si redundanta acestora)

Acţiunea vântului Direcţii de acţiune:Direcţii de acţiune:

– Cooperare interdisciplinara• Cercetători• Ingineri• Arhitecţi• AutoritatiAutoritati• Asociaţii profesionale• Constructori

I tit ii fi i i d i ă i• Instituii financiare si de asigurări– Problemele trebuie analizate la nivelul intregii cladiri (structura +

inchideri) )– Cooperare internaţionala

Citicorp Center 1977: New York 279m, 59 nivele inginer structurist: William

J. LeMessurieri ă âl i construită pe patru stâlpi

masivi de 44m + un nucleu central: urmare a înţelegeriicentral: urmare a înţelegerii cu biserica luterana:– biserica vindea terenul, dar,– vroia o noua biserica, care să

fie distinctă de clădirea multietajatămultietajată

vârful tăiat la 45, pentru dispunerea unor panouridispunerea unor panouri solare (proiect nerealizat)

Citicorp Center 1978 - pornind de la

întrebarea unui student, s-a descoperit că îmbinările cudescoperit că îmbinările cu şuruburi nu rezistau unui uragan la 45 faţă de axele u aga a 5 aţă de a e eprincipale ale clădirii

în următoarele 3 luni o echipă de sudori a întărit îmbinările folosind eclise

d tsudate clădirea este dotată astăzi

cu un amortizor TMD de 400cu un amortizor TMD de 400 tone, care reduce deplasările laterale aledeplasările laterale ale structurii cu 40%

Acţiunea vântului Actiunea vantului se manifesta prin:Actiunea vantului se manifesta prin:

– acceleraţii (confortul ocupantilor)– eforturi structurale– deplasări (degradări nestructurale)

Tendintele actuale in constructii:– Cladiri mai inalte, cu deschideri mari– Structuri mai zvelte si mai usoare

• Probleme in asigurarea cerintelor de proiectare• Desi proiectarea poate satisface cerintele SLU (eforturi) si

SLS (deplasarile de nivel), nivelul de acceleratii poate cauza disconfort ocupantilordisconfort ocupantilor

Acţiunea vântului acceleraţii (confortul uman)

– Valoarea de varf - peak accelerationRMS l f ti fi– RMS – valoare efectiva eficace

Acţiunea vântului acceleraţii (confortul uman)

Acţiunea vântului

Factori care afecteaza raspunsul oamenilor:

acceleraţii (confortul uman)

1. Perioada cladirii – toleranta creste cu cresterea perioadei cladirii.2. Femeile sunt mai sensibile decat barbatii.3. Copii sunt mai sensibili decat adultii.3. Copii sunt mai sensibili decat adultii.4. Corpul uman este mai sensibil la miscarile fata – spate decat la miscari laterale5. Pragul de detectie este mai mare daca persoanele se afla in miscare

Acţiunea vântului deplasări - degradări nestructurale asociate deformaţiilor

laterale

Efectele actiunii vantului Dr Jack E Cermak Colorado State University – “parintele”Dr. Jack E. Cermak, Colorado State University parintele

ingineriei vantului• 1959 - Fluid Dynamics Laboratory at Colorado State• Procedurile actuale de calcul la vant • Consultant sau proiectant pentru multe cladiri importante (WTC) – primul

studiu cuprinzator asupra factorilor care intervin in calculul unei cladiri p pinalte la actiunea vantului

Efectele acţiunii vântului asupra constructiilor depind de:Efectele actiunii vantului

Efectele acţiunii vântului asupra constructiilor depind de:1. Amplasament, mediu construit învecinat 2. Proprietatile vântului3. Forma, dimensiuni, orientare construcţie3. Forma, dimensiuni, orientare construcţie4. Proprietatile dinamice ale construcţiei

Proprietatile vantului Siguranta cladirilor sub incarcarea din vant – modelarea corespunzatoare

a efectelor acestuia Daca in deplasarea sa vantul nu intalneste obstacole, miscarea este

laminara Datorita frecarii de relieful neregulat de la suprafata pamantului (SLA),

viteza se reduce si energia corespunzatoare se dirijeaza in miscari turbionare care se suprapun peste miscarea generala

Miscarea este deci turbulenta si nu laminara Parametrii vantuluiParametrii vantului

1. Viteza medie a vantului, turbulenta, Spectrul de putere al turbulenţei2. Caracterul dinamic al incarcarii din vant3 Răspunsul structurii pe direcţia vântului (longitudinal)3. Răspunsul structurii pe direcţia vântului (longitudinal)4. Răspunsul structurii pe direcţia perp. pe dir. vantului (transversal)

Proprietatile vantului1 a1 a Viteza medie a vantuluiViteza medie a vantului1.a 1.a Viteza medie a vantuluiViteza medie a vantului• Viteza vantului la mare inaltime deasupra suprafetei globului este cvasi-constanta si se numeste gradientul vantului• La mica inaltime deasupra suprafetei, viteza este afectata de fortele de frecare – exista un strat in care viteza scade de la viteza gradientului la valoarea zero - strat de separatie (strat limita atmosferic SLA) sau inaltimea gradientului• Analizand diagrama variatiei in timp a componentei longitudinale a vitezei vantului, se poate observa ca aceasta poate fi descompusa in doi termeni:

• Unul constant, care reprezinta efectul mediu (termen static) • Unul variabil, care corespunde fluctuatiilor in jurul valorii medii, respectiv rafalelor (termen dinamic)p ( )

Proprietatile vantului1 a1 a Viteza medie a vantuluiViteza medie a vantului• Deoarece variatia intensitatii vitezei este neregulata in timp, intervalul de mediere influenteaza rezultatele obtinute

1.a 1.a Viteza medie a vantuluiViteza medie a vantului

• Din analiza spectrelor energetice ale vantului, rezulta ca un interval de mediere corect ar fi intre 5 si 30 de min, eventual 10-20 min.• De exemplu, in cazul inregistrarii facute pe aeroportul Le Bourget, daca medierea se face pe 17h rezultatul este de 10.3m/sec, daca medierea se face pe 30 min se obtin 20m/sec iar daca se face pe cateva secunde (pentru a evidentia rafalele) se obtin 26m/sec. • In domeniul 1 min – 1 h raportul dintre viteza mediata si viteza mediata pe o ora are o lege de variatie liniara daca se alege scara logaritmica

• Viteza vantului mediata pe o ora - Viteza medie orara a vantului Proprietatile vantului

U• Profilul vitezelor medii ale vantului pe inaltime poate fi descris printr-o lege de putere:

U - viteza medie la inaltimea zinaltimea de referinta (10m)refz - inaltimea de referinta (10m)

α - exponentul lui Davenport

• Alternativ, se poate folosi o lege logaritmica

u* = viteza de frecareK = constanta von Karman = 0.4

l i it tiiz0 = lungimea rugozitatiid = inaltimea planului zero deasupra suprafetei, in care viteza este zero (1 ÷2m sub inaltimea medie a elem ce dau2m sub inaltimea medie a elem. ce dau rugozitatea: cladiri, arbori, etc)

1.b 1.b TTurbulenţaurbulenţaProprietatile vantului Masuratorile de viteza din SLA au evidentiat caracterul fluctuant al vitezei

locale a vantului Viteza poate fi reprezentata sub forma unui vector

– u v w – componentele fluctuante ale rafalei de vant pe x y z– u, v, w – componentele fluctuante ale rafalei de vant pe x, y, z (longitudinal, lateral, vertical) – denumite si pulsatii

– u(z,t) importantă pentru clădiri înalte( t) i t tă t t t i fl ibil ti lă ( t t i– w (z,t) importantă pentru structuri flexibile pe verticală (structuri cu

deschidere mare – ex. poduri)

Variatia componentei de rafalaVariatia componentei de rafalaProprietatile vantului

• Componenta de rafala a vitezei vantului este tot o viteza medie temporala, dar pentru un interval de mediere mult mai redus

• Componenta de rafala poate fi caracterizata prin valori statistice medii pentru descrierea variabilitatii datelor

• Se poate defini varianţa componentei de rafala conform relatiei (mediaSe poate defini varianţa componentei de rafala conform relatiei (media patratica a componentei de rafala):

2 2 21 T

u dt uT

0T

Ecartul tip al Ecartul tip al componentei de rafalacomponentei de rafala

• O alta caracteristica ce caracterizează componenta de rafala este ecartul (numit si abatere medie patratica sau viteza RMS)

2 2 21 T

• Pentru componenta longitudinala a turbulentei:

2 2 2

0

1u u dtT

p g

T0 – perioada de mediere

Intensitatea adimensionala a turbulentei Intensitatea adimensionala a turbulentei Proprietatile vantului

• In vederea determinării mărimii pulsaţiilor de viteza in jurul vitezei medii temporale in raport cu viteza medie, se utilizează o mărime adimensionala numita intensitate adimensionala a turbulentei:adimensionala numita intensitate adimensionala a turbulentei:

22

0

1 T

RMS

u dtTU uI

• Pentru componenta longitudinala a turbulentei:U U U U

• Intensitatea turbulentei variaza pe altitudinet i lti t it t di• creste cu inaltimea pe un teren cu rugozitate medie

• Scade cu inaltimea pe un teren cu rugozitate redusa

1.c Spectrul de putere al turbulenţei1.c Spectrul de putere al turbulenţeiProprietatile vantului

ţţ• Caracteristicile fluctuante ale turbulentei pot fi exprimate sub forma

spectrului de putere al turbulentei, care exprima puterea sau energia cinetica pe unitatea de timp asociate cu vartejuri de diferite frecventecinetica pe unitatea de timp asociate cu vartejuri de diferite frecvente

• Se pot distinge mai multe tipuri de spectre:• Functie de componenta vitezei

F ti d di ti d l ti• Functie de directia de corelatie• Spectrul de putere al componentei longitudinale a vitezei (rel. Davenport)

24nS z n n

02 4

2 30

, 4

10 1

nS z n n

k U n

• Spectrul de putere al componentei verticale a vitezei(rel. Panofsky si McCormick):

06nS n n

02 2

010 1 4k U n

In care:n – frecventa rafalelorS(n) – densitatea spectrala de putere la frecventa n si inaltimea zn0 – frecventa adimensionala adica raportul dintre inaltimea z si lungimea de unda U(10)/n K – constanta lui Karman (0.4)

2. 2. Fortele dinamice induse de vantFortele dinamice induse de vantProprietatile vantului

• Un corp fara contur aerodinamic intr-o curgere bidimensionala este supus unei actiuni orientate in directia curgerii (forta de antrenare F ) si alteia

• Componenta datorata curgerii uniforme a vântului

unei actiuni orientate in directia curgerii (forta de antrenare FD) si alteia orientate perpendicular pe curgere (forta de ridicare FL)

• Daca rezultanta fortelor este excentrica, corpul va fi solicitat si la torsiune

• Pentru cazul curgerii uniforme, componentele fortelor si momentului pe unitatea de inaltime se determina cu relatiile:

- Viteza medie a vantului

- Densitatea aerului

- Coeficienti aerodinamici

B – lungimea caracteristica a obiectului (ex. lungimea proiectiei normalei pe directia vantului)

Caracterul dinamic al incarcarii din vantCaracterul dinamic al incarcarii din vantProprietatile vantului

• Componenta datorata curgerii uniforme a vântului

Simularea numerica a vantului in jurul unor cladiri

Proprietatile vantului• Componenta datorata curgerii uniforme a vântului

• Coeficientul aerodinamic CD este prezentat in figura, in funcţie de diferite rapoarte D/B

• Pentru corpurile alungite (rapoarte mari D/B) liniile de curent care se despart

Componenta datorata curgerii uniforme a vântului

• Pentru corpurile alungite (rapoarte mari D/B) liniile de curent care se despart la colturile din partea din fata se realipesc la suprafaţa laterala a corpului dând naştere unui siaj mai îngust. Acest lucru se datorează reducerii forţei de antrenare pentru corpurile alungite Pentru cladiri cu forma cilindricaantrenare pentru corpurile alungite. Pentru cladiri cu forma cilindrica, coeficientul de antrenare depinde de numarul Reynolds.

- densitatea aerului

- viscozitateaSiaj

viscozitatea dinamica a aerului

• Fortele de ridicare sau momentele de torsiune apar de regula doar la cladirile asimetrice sau la care vantul nu actioneaza dupa directia mediana

• In realitate aceste doua fenomene apar atat la cladirile nesimetrice cat si laIn realitate, aceste doua fenomene apar atat la cladirile nesimetrice cat si la cele simetrice, datorita formarii vârtejurilor

Proprietatile vantului• Componenta datorata curgerii uniforme a vântuluiComponenta datorata curgerii uniforme a vântului

Punct de stagnarePunct de separatie

Desprinderea vartejurilor in siajul unui corp fara forma aerodinamica

• Distributia asimetrica a presiunii induse de desprinderea vartejurilor conduce la aparitia unor forte transversale alternante (forte de ridicare).

• Frecventa de desprindere a acestor vartejuri ns (in Hz) este legata de un parametru adimensional numit numarul lui Strouhal, S, definit astfel:

• Pentru obiecte cilindrice, numarul lui Strouhal, S, variaza cu numarul Reynolds. In domeniul 4x105 < Re < 3x106 desprinderea vartejurilor este aleatorie iar in stratul de separatie de langa cilindru curgerea trece din laminara in turbulentacilindru curgerea trece din laminara in turbulenta.

•In afara acestui interval, formarea vartejurilor este regulata producand o miscare perioadica de ridicare

Proprietatile vantului• Efectul acţiunii fluctuante a vantuluiEfectul acţiunii fluctuante a vantului

Viscozitatea joaca un rol important in miscarea fluidelor (vantului). Miscarea fluidelor vascoase apare in doua moduri distincte:p

– Miscarea laminara, caracterizata prin deplasarea fluidului in straturi paralele– Miscarea turbulenta, caracterizata prin amestecarea violenta a fluidului

Modul de miscare este conditionat de marimea relativa a vitezelor si fortelorModul de miscare este conditionat de marimea relativa a vitezelor si fortelor vascoase

La valori mici ale vitezelor, fortele vascoase sunt suficient de mari pentru a mentine miscarea in straturi paralele (curgere laminara)mentine miscarea in straturi paralele (curgere laminara)

Aparitia unuia din cele doua tipuri de curgere depinde de valoarea numarului Reynolds.


Atunci cand vantul are un caracter turbulent, viteza vantului pe directia vantului este descrisa de relatia:

- Viteza medie a vantuluiu(t) – componenta fluctuanta pe directia vantului

Forta exercitata pe unitatea de inaltime se obtine din ecuatiile (1) si (2) inlocuind U cu U(t) si va avea forma:

(1)dar

Componenta medie

( )(2)

- Componenta medie

- Componenta fluctuanta


Densitatea spectrala a componentei fluctuante a fortei de antrenare se obtine din transformarea Fourier a functiei de corelare:

In practica prezenta unei structuri influenteaza miscarea turbulenta in special

- Densitatea spectrala a vitezei turbulente(1)

In practica, prezenta unei structuri influenteaza miscarea turbulenta, in special vartejurile de mica intensitate.

Pentru a lua in considerare aceste efecte, s-a introdus un factor de corectie cunoscut sub numele de functie de admitanta aerodinamicacunoscut sub numele de functie de admitanta aerodinamica

Valoarea acestei functii se poate determina cu formula empirica urmatoare:

A – aria frontala a structurii

Formula (1) devine:

A aria frontala a structurii

( )

3. 3. RRăspunsul structurii în direcţia vântuluiăspunsul structurii în direcţia vântuluiProprietatile vantului

p ţp ţ• Structurile inalte si zvelte (dimensiuni mici in plan compar. cu

inaltimea) pot fi modelate cu suficienta acuratete printr-o consolaconsola

• Daca structura este modelata ca un sistem continuu, ecuatia miscarii pentru componenta aflata pe direcţia vântului poate fi scrisa astfel:

- Componenta fluctuantam – masac – amortizareaEI, GA – rigiditatea la încovoiere si forfecare pe unitatea de lungime

C t l ă l i t t l• Componentele răspunsului structural:- componenta nerezonantă (B)- componenta rezonantă (D)

44. . RRăspunsul structurii perpendicular pe direcţia vântuluiăspunsul structurii perpendicular pe direcţia vântuluiProprietatile vantului

• Pentru structurile inalte, raspunsul perpendicular pe directia vantului este mai important decat cel pe directia vantului

• Vibratiile perpendiculare pe directia vantului sunt generate de o combinatie de factori si anume:• oscilatii datorate turbulentei (efecte reduse)• Efectele produse de desprinderea vartejurilor• oscilaţii auto-întreţinute (situatia in care frecventa vartejurilor tinde sa se

cupleze cu frecventa structurii - rezonanţă)

Fenomenul de rezonanta trebuie evitat prin controlul asupra perioadei propriiFenomenul de rezonanta trebuie evitat prin controlul asupra perioadei proprii a construcţiei

• Fenomenul de rezonanta se poate produce atunci cand structura are o rigiditate si o amortizare redusa. Daca deplasarea RMS la varful cladirii este sub o anumita valoare critica, atunci rezonanta nu se poate produce.


• Latimea benzii si concentrarea energiei depinde de geometria cladirii si modul de abordare a curgerii

Daca structura este modelata ca o consola, deplasarea transversala y(z,t) se poate exprima in functie de coordonatele normale ri(t):

In care: i(z) – modul i de vibratie in directie transversalaN – numarul de moduri considerate


• Ecuatia generala a miscarii scrisa in termeni de masa generalizata m*i, amortizare generalizata c*i si rigiditate generalizata k*i are forma:

in care:

Densitatea spectrala a fiecarei coordonate se poate determina astfel:

I Hi(n) I – functia de admitanta mecanica

Sfi* - densitatea de putere spectrala a fortei generalizate transversale

Varianta cordonatei normale ri este data de:

(1)


• De aici, varianta deplasarii transversale se obtine astfel:

• In ecuatia anterioara (1), daca se neglijeaza copntributia componentei nerezonante, atunci raspunsul RMS in termeni de deplasare se obtine cu relatia:

Pentru o interpretare mai simpla, se pot folosi valorile experimentale determinate de Kwok & Melbourne si Saunders & Melbourne, functie de raportul dimensiunilor cladirii.

Sunt doua abordari principale legate de actiunea vantuluiForma, dimensiuni, orientare construcţie

Sunt doua abordari principale legate de actiunea vantului1. Actiunea vantului asupra cladirilor rezidentiale sau cu inaltime redusa2. Actiunea vantului asupra cladirilor inalte

1. Actiunea vantului asupra cladirilor rezidentiale

- Sa admitem ca vantul sufla de la stanga la dreapta si actioneaza asupra cladirii din figura de mai jos- Viteza vantului va fi redusa de peretii verticali insa isi mareste viteza de-a lungul peretilor laterali.

P tii l t li fi i l tiPeretii laterali vor fi supusi la suctiune

1. Acţiunea vântului asupra clădirilor rezidenţialeForma, dimensiuni, orientare construcţie

– Atunci când o clădire este închisa, ea este acţionata simultan atât de presiunea interna cat si de cea externa

– Daca insa clădirea are un gol, presiunea interna se apropie de intensitatea suctiunii externe astfel ca intensitatea rezultanta a acţiunii din vânt crestesuctiunii externe, astfel ca intensitatea rezultanta a acţiunii din vânt creste

Forma, dimensiuni, orientare construcţie

Elementele structurii de rezistenta a clădirilor si îmbinările lor trebuie sa

1. Acţiunea vântului asupra clădirilor rezidenţiale

Elementele structurii de rezistenta a clădirilor si îmbinările lor trebuie sa posede suficienta rezistenta pentru a rezista acţiunii vântului.

Pot sa apara mai multe moduri de cedare:rasturnare– rasturnare

– alunecare– ridicare

2. Actiunea vantului asupra cladirilor inalteForma, dimensiuni, orientare construcţie

• Proiectarea cladirilor inalte este in multe situatii guvernata de conditiile de exploatare (deplasari de nivel, acceleratii de nivel)

I l it tii t d t i t fi i t t• In unele situatii, componenta de torsiune poate fi importanta • Probleme deosebite la elementele de inchidere, in special la colturi si in zonele de schimbare a formei • In anii ’30 primele studii in tunelul de vant - Empire State Building • Incepand cu anii ’70, studiile in tunelul de vant au cuprins si componenta fluctuanta (turbulenta) Prima aplicatie importanta - WTCfluctuanta (turbulenta). Prima aplicatie importanta - WTC

2. Actiunea vantului asupra cladirilor inalteForma, dimensiuni, orientare construcţie

• Raspunsul dinamic:• mult mai important decat la cladirile joase• vibratiile transversale mai importante decat cele pe directia vantului la• vibratiile transversale mai importante decat cele pe directia vantului la cladiri peste 100m • raspunsul este puternic influentat de forma colturilor

defle

ctio

n ei

ght

.003

.004

mot

ion

Pea

k d he

0

.001

.002

Dire

ctio

n of

• Interferenta cu mediul construit invecinat• cladirile invecinate pot influenta semnificativ raspunsul

030 50 100 500 1000

Return period/years

• Amortizarea: • contribuie la disiparea energiei• amortizarea structurala – limitata Amortizori pasivi viscoelasticiamortizarea structurala limitata• amortizare suplimentara

Amortizori pasivi viscoelasticiMase amortizoare acordateAmortizori activi acordati

Amortizori activiacordati

Mase amortizoareacordate

Amortizori pasivi viscoelastici

Yokohama Landmark Tower, 295.8 m

acordatiacordateviscoelasticiWorld Trade Center, 417 m Burj al Arab, Dubai, 321 m

Taipei 101 , 509.2 m

Reducere: 29% ÷ 39% a acceleratiilor structurii Circa 10 000 amortizori

dispusi in structura -

Vanturi cu caracter extrem– Clădirile sunt de regula proiectate sa reziste la vânturi cu viteze maxime de 140 –Clădirile sunt de regula proiectate sa reziste la vânturi cu viteze maxime de 140

240 km/h. – Printre fenomenele care conduc la vânturi extreme se număra uraganele si

tornadeleto ade e– Deşi in tara noastră producerea tornadelor este foarte rara, in ultimii ani s-au

înregistrat unele tornade de mica intensitate

Neptun, Iunie 2005

Actiunea extrema a vantului asupra cladirilor - tornade

– In Statele Unite se inregistreaza anual cele mai multe si mai puternice tornade

Scara Fujita (sau Fujita – Pearson)

U l

Actiunea extrema a vantului asupra cladirilor - uraganele Uraganele:

– Furtuni tropicale insotite de vanturi care pot depasi 120 km/h. Vanturile care insotesc uraganul se rotesc intr-o spirala in jurul unui centru relativ calm numit “ochiul uraganului”numit ochiul uraganului

– Acest “ochi” are de regula diametrul de 30 – 45 km– Pentru masurarea intensitatii uraganelor, se folosesc cele 5 clase de

intensitate ale scarii Saffir Simpsonintensitate ale scarii Saffir-Simpson

An Eveniment Pagube materiale

1992 Andrew $20.8 miliarde

Categorie Vant maxim (Km./h) Pagube

1 118 153 Minim 2004200419892004200419981965

CharleyIvan

HugoFrancesJeanne

GeorgesB t

$ 7.5 miliarde $ 7.1 miliarde $ 6.4 miliarde $ 4.6 miliarde $ 3.7 miliarde $ 3.4 miliarde $ 3 1 ili d

1 118 – 153 Minim

2 154 – 177 Moderat

3 178 – 209 Extensiv

4 210 – 250 Extrem1965199519992005

BetsyOpal

FloydKatrina

$ 3.1 miliarde $ 2.6 miliarde $ 2.2 miliarde105 miliarde

5 > 250 Catastrofic

Aplicatie 1 Date intrare

– H = 194 m– Amplasament: zona suburbanaAmplasament: zona suburbana– Deschidere B = 56 m, Lungime D = 32 m – Perioada fundamentala de vibratie – 5.15sec

Valorile vectorului propriu:– Valorile vectorului propriu:

– Masa generalizata – 18 x 106 kg– Amortizarea – 2%– Profilul vitezelor medii ale vantului - = 0.22– Perioada de revenire – 50 ani– Viteza 21 m/s la zref = 10m– Viteza de frecare – 2.96 m/sViteza de frecare 2.96 m/s– Coeficientul de antrenare CD = 1.3– Densitatea aerului

Se cer:- Deplasarea si acceleratia maxima pe directia de actiune a vantului

Aplicatie 1

Rezolvare

Inaltimea medie a cladirii:

Viteza medie la mijlocul inaltimii:

Frecventa redusa la mijlocul inaltimii:Frecventa redusa la mijlocul inaltimii:

Din ecuatia spectrului de putere:Din ecuatia spectrului de putere:

Spectrul componentei turbulente

Dar frecventa fundamentala este

Spectrul componentei turbulente

Aplicatie 1

Valoarea admitantei va fi:

Din ecuatia densitatii spectrale a fortei generalizate(1), dupa inlocuire se obtine :

(1)

Aplicatie 1

Unde coerenta s-a determinat cu formulele de mai jos:Valori recomandate

iar: Cy = 16

Cz = 10

iar:

Din ecuatiile (1) si (2), se determina varianţa deplasarii nerezonante (B) si rezonante (D) la varful cladirii

(1)(1)

(2)

Di l ti t bti f t li t di

Aplicatie 1Din relatia urmatoare se obtine forta generalizata medie:

Rigiditatea echivalenta se obtine cu relatia:

si este egala cu:

Aplicatie 1Deplasarea medie va fi egala cu:Deplasarea medie va fi egala cu:

Cu ajutorul relatiei urmatoare se obtine factorul de varf gD al raspunsului rezonant :

T 3600 secT0 = 3600 sec

= n= 3.78

Factorul de varf gB al raspunsului nerezonant este de regula egal cu 3 5

Efectele maxime (deplasari, acceleratii) se obtin cu relatia generala :

Factorul de varf gB al raspunsului nerezonant este de regula egal cu 3.5

g

si cu relatiile urmatoare:

Aplicatie 1Deplasarea maxima la varful cladirii este egala cu:

A l ti i l di ii t lAcceleratia maxima a cladirii este egala cu:

Aplicatie 2 Date intrare

– Aceeasi cladire ca in aplicatia 1– Se considera ca primul mod fundamental este dupa directie transversala peSe considera ca primul mod fundamental este dupa directie transversala pe

directia vantului T1 = 5.2sec – Amplasament: zona suburbana– Deschidere B = 56 m Lungime D = 32 m– Deschidere B = 56 m, Lungime D = 32 m – Masa generalizata – 17.5 x 106 kg– Amortizarea – 2%

P i d d i 10 i– Perioada de revenire – 10 ani– Viteza 14 m/s la zref = 10m

SSe cer:- Acceleratia maxima pe directia perpendiculara pe directia vantului

Aplicatie 2

Rezolvare

Raportul laturilor cladirii este:

Deoarece cladirea este amplasata intr-o zona suburbana forta generalizataDeoarece cladirea este amplasata intr o zona suburbana, forta generalizata transversala se determina cu ajutorul figurii de mai jos.

Viteza medie la varful cladirii este:

Aplicatie 2Viteza medie la varful cladirii este:

Frecventa redusa la mijlocul inaltimii este egala cu:

Din figura anterioara se obtine:

Din ecuatia urmatoare (1) dupa inlocuire se obtine

(1)

Aplicatie 2Luand in considerare o valoare a factorului de varf gD al raspunsului rezonant egala cu 4, se obtine acceleratia maxima transversala:

Incercari in tunelul de vant • In procesul curent de proiectare este foarte usor sa se confunde cerinteleIn procesul curent de proiectare, este foarte usor sa se confunde cerintele minime exprimate in codurile de incarcari cu incarcarile reale care solicita o structura

Incarcarile din vant prevazute in majoritatea standardelor si normelor se• Incarcarile din vant prevazute in majoritatea standardelor si normelor se bazeaza pe cercetari desfasurate in urma cu circa 40 de ani pe o serie de cladiri avand diferite forme.• In timp ce acele forme arhitecturale sunt folosite si astazi, arhitectii si inginerii recurg din ce in ce mai des la forme si solutii structural mult diferite de cele clasice• In plus, chiar si atunci cand avem cladiri cu forme cunoscute, amplasarea lor se face in zone in care cladirile invecinate sau formele de teren pot modifica semnificativ starea de incarcare, prin adapostirea cladirii sau , p pdimpotriva intensificarea turbulentelor. • Incarcarile determinate cu prevederile din norme pot sa fie in acest caz prea mici sau mult prea mari fata de cele realeprea mici sau mult prea mari fata de cele reale• Pentru depasirea acestor probleme, majoritatea normelor de calcul prevad posibilitatea estimarii incarcarii din vant pe baza incercarilor in tunelul de vanttunelul de vant.

Incercari in tunelul de vant

Incercari in tunelul de vant Cand se impune incercarea in tunelul de vant?

– Cladirea are peste 20 de etajeCl di t 10 t j d fl i t t i t i– Cladirea are peste 10 etaje dar se afla intr-o zona cu vanturi puternice

– Forme neregulate– Zone invecinate complexeZone invecinate complexe– Optimizarea costurilor si imbunatatirea sigurantei

Incercari in tunelul de vant

Procesul de modelare cuprinde:– O etapa teoretica

• Stabilirea conditiilor de similitudine• Stabilirea conditiilor de similitudine• Proiectarea modelului• Stabilirea modului de prelucrare a datelor experimentale

– O etapa tehnologico-experimentala• Construirea modelului• Realizarea masuratorilor• Realizarea masuratorilor

Teoria modelarii are la baza:– Analiza dimensionalaAnaliza dimensionala– Teoria similitudinii– Metode specifice modelarii actiunii vantului

O importanta deosebita o are stabilirea criteriilor de similitudine si verificarea compatibilitatii acestora

Incercari in tunelul de vantCriteriile si conditiile de similitudineCriteriile si conditiile de similitudine

– Trebuie respectate conditiile de similitudine pentru fenomenul din natura si fenomenul de pe model

– Conditiile de similitudine pentru doua fenomene asemenea se exprima ca relatii intre scarile marimilor fizice omoloage

– Alegand un numar de scari arbitrare, se pot obtine celelalte scari ale marimilor care asigura similitudinea

– Numarul de scari ce pot fi alese arbitrar (grade de libertate) – scari fundamentale

– Exista situatii in care nu se pot realiza practic scarile derivate: de exemplu, realizarea similitudinii aerodinamice complete presupune realizarea similitudinii geometrice si respectarea conditiilor de similitudine:g p

NMNMNMNM ShShEuEuFrFr ;;;ReRe

In care: Re – criteriul Reynolds m - modelFr – criteriul Froude n – naturaEu – criteriul EulerSh – criteriul Strouhal

Incercari in tunelul de vant Aceste conditii de similitudine pot fi exprimate ca relatii intre scarile

marimilor ce intervin2

1 1 1 1pU l U lSS S S S

– Au rezultat patru relatii intre sapte scari. Dintre acestea, 3 sunt arbitrare (fundamentale) deci nr gradelor de libertate este 3

21; 1; 1; 1;pU l U l

v g l U U tS S S S S S S

(fundamentale) deci nr. gradelor de libertate este 3.– Daca alegem Sl, Sg si S ca scari fundamentale si considerand Sg = 1

(acceleratia gravit. aceeasi pentru M si N), si S =1 (acelasi fluid in M si N), numarul de grade de libertate se reduce la 1numarul de grade de libertate se reduce la 1

Singura scara ce poate fi aleasa este scara lungimilor Sl.

– Acesta scara trebuie insa aleasa intre anumite limite (dimensiuni model, caracteristicile tunelului, etc.)

Scarile pentru viteza, presiune, timp si vascozitate se pot exprima Sca e pe t u te a, p es u e, t p s asco tate se pot e p afunctie de scara lungimilor

3/ 2S S S S S S S S 3/ 2; ; ;U l p l t l v lS S S S S S S S

Incercari in tunelul de vant De regula, aceste relatii intre scari nu pot fi respectate simultan in principal

datorita scarii vascozitatii (vM = vN)

Avem deci o incompatibilitate care a rezultat din condiţia ca atat criteriul

1 1v M N lS v v S adica modelul este la scara naturala!

Reynolds cat si cel Froude sa fie identice la cele doua fenomene. In acest caz, trebuie renunţat la unul din criterii astfel încât erorile sa fie

minimeminime

Analiza in tunelul de vânt: TCI BucurestiAplicatie

Analiza in tunelul de vânt: TCI Bucuresti – Structura: Tower Center International Bucuresti – Sistem structural: structura duala – Inaltime: 106.3 m– Număr etaje: 26

A li i t l l d â t– Analiza in tunelul de vânt:• Determinarea repartiţiei coeficienţilor de presiune pe pereţii laterali- Determinarea forţelor rezultante pe pereţii laterali- Determinarea coeficienţilor aerodinamici

1. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul cu răspuns static (rigid) Scop:p

– determinarea încărcării statice din vânt (determinarea repartiţieicoeficienţilor locali de presiune pe suprafaţa laterală a modelului)

Descrierea modelului– material plastic transparent

scara lungimilor 1001S– scara lungimilor – Modelul a fost executat din mai multe elemente demontabile îmbinate

cu şuruburi

100:1LS

– Modelul a fost prevăzută cu 114 prize de presiune situate pe suprafaţa laterală

1. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul cu răspuns static (rigid)

Realizarea profilului vertical al vitezei medii a vântului în tunel paerodinamic– distribuţiei vitezei medii cu altitudinea z printr-o lege empirică numită

l t ii l l i D tlegea puterii sau legea lui Davenport,

( ) gg

zU z G

α este exponentul lui Davenport α = 0,23

– Deoarece s-a utilizat un tunel aerodinamic cu strat limită, a fost

αδ

este exponentul lui Davenporteste grosimea stratului limită în zona de amplasament a clădirii studiate δ grosimea SLA, peste 300 m.

realizată o simulare a profilului de viteză medie din SLA la scara modelului amplasat în tunel prin instalarea pe planşeul zonei de lucru, pe o lungime foarte mare, o unor obstacole ale căror dimensiuni şi p g , şdensitate au fost astfel alese încât să se obţină rugozitatea dorită şi respectiv profilul de viteză medie a vântului propus

1.2

0 4

0.6

0.8

1

1.2

h/hm

ax

ExperimentalAlfa=0.23

Profilul vitezei medii dinzona experimentală

0

0.2

0.4

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2v/vmax

p

1. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul cu răspuns static (rigid)

Valorile unghiului de incidenţă funcţie de direcţia vântului

Direcţie vânt N NE E SE S SV V NV

Unghi incidenţă â t d l 2300 1850 1400 950 500 50 3200 2750

vânt-model

1. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul cu răspuns static (rigid) Rezultate

ipCRepartiţia coeficienţilor locali de presiune pe suprafaţa laterală a modelului rigid BTCI 1:100, pentru direcţia NE a vântului

2. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul aeroelastic Scop:p

– determinarea răspunsului dinamic al clădirii sub acţiunea vantului Descrierea modelului

– pentru ca modelul aeroelastic al clădirii să fie corect realizat, estenecesar ca fenomenul de pe model (M) să fie similar, pe cât esteposibil, cu fenomenul real, la scară naturală (N).p , , ( )

– trebuie să se determine criteriile de similitudine, condiţiile desimilitudine şi relaţiile între scările de similitudine specifice fenomenuluide încărcare din vânt a structurilor cu răspuns dinamicde încărcare din vânt a structurilor cu răspuns dinamic.

Criteriile de similitudine pentru modelarea aeroelastică

Nr. crt.

Criteriile de similitudine Notaţie Raportul forţelor sau energiilor

Forţa de inerţie a aerului 1. Numărul Reynolds //Re ss UU Forţa de vâscozitate a aerului Forţa de inerţie a structurii/ Forţa de inerţie a structurii2. Raportul densităţilor /s Forţa de inerţie a aerului Forţa elastică a structurii 3. Criteriul elasticităţii )/( 2UE Forţa de inerţie a aerului Energia disipată pe ciclu 4. Decrementul logaritmic s Energia totală a oscilaţiilorg Energia totală a oscilaţiilorForţa de inerţie a aerului 5. Numărul Froude )/(2

sgUFr Forţa de greutate a structurii

2. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul aeroelastic Descrierea modelului

Relaţiile între scări şi valorile scărilor de similitudine

Tipul scărilor Scara Simbol Relaţia Valoarea scăriiscării

Scara lungimilor sS ? 1/100

Scara densităţii aerului sS ? 1

Scara modulului de elasticitate sES ? 1 Fundamentale

Scara decrementului logaritmic sS ? 1

Scara vitezelor vântului SU 21sEU SS 1

Scara frecvenţelor structurii sfS 1 Usf SSS

100ţ fsUsf

Scara perioadelor sTS 1sfsT SS 1/100

Scara amplitudinilor dinamice sAS ssA SS 1/100

Derivate

S l ţiil t t ii S 2SSS 100Scara acceleraţiilor structurii saS 2sfsAsa SSS 100


• schema modelului aeroelastic 1:100 100/1sS• bară din oţel cu lungimea de 106 cm, pe care sunt ataşate 6 mase discrete.

Î ă il l â t d l l l ti l lădi ii f t ă î t t l li ită•Încercările la vânt pe modelul aeroelastic al clădirii se efectuează în stratul limităatmosferic simulat în vena experimentală, atât ca profil de viteză medie, cât şi castructură turbulentă.•Încercările în tunel aerodinamic privind răspunsul dinamic al structurii studiate•Încercările în tunel aerodinamic privind răspunsul dinamic al structurii studiatepresupun asigurarea unei structuri turbulente în curentul de aer din vena tuneluluiaerodinamic corespunzătoare tipului de încercări pe modele aeroelastice.•Pentru creşterea nivelului de turbulenţă din stratul limită atmosferic s-a prevazut unş ţ pgenerator de vârtejuri alcătuit dintr-un număr de cinci elemente de formă tetraedricăcu vârfuri ascuţite


Generatoarele de vârtejuri şi rugozitatea plăcii sol pentru dezvoltarea stratului limită şi pentru ridicarea nivelului de turbulenţă.ş p ţ

1000

1200

400

600

800

Cot

a [m

m] Profilul intensităţii adimensionale a

turbulenţei IT în vena tunelului aerodinamic

0

200

0 0.1 0.2 0.3

IT [-}

2. Încercări în tunel aerodinamic pe modelul aeroelastic Rezultate

Caracteristicile răspunsului dinamic la vânt al clădirii BTCI, la scară întreagă (prototip) la înălţimea de 100 mla scară întreagă (prototip), la înălţimea de 100 m

Număr Reynolds

[-]

Unghi de incidenţă [0]

Direcţie Acceleraţie

as [m/s2]

Amplitudine dinamică As [mm]

Frecvenţă fs [Hz]

Perioadă Ts [s]

s [ ]N

2300 x y

0,22 0,22

95 105

0,241 0,245

4,1 4,1

NE 1850

x y

0,20 0,23

160 173

0,184 0,184

5,4 5,4

E1400

xy

0,200,21

150160

0,1840,183

5,45,4

SE 950

x y

0,21 0,25

220 260

0,161 0,159

6,2 6,2

S x 0 21 90 0 250 4 0Re 7,8·107S

500 xy

0,210,21

9086

0,2500,249

4,04,0

SV 50

x y

0,22 0,25

80 87

0,269 0,271

3,7 3,7

V x 0,20 70 0,275 3,6V3200

xy

0,200,25

7088

0,2750,271

3,63,7

NV 2750

x y

0,23 0,23

145 135

0,201 0,205

4,9 4,9

Acţiunea zapeziiAcţiunea zapezii

Date generale

Una din cauzele principale ale avariilor suferite de acoperisurile cladirilor Una din cauzele principale ale avariilor suferite de acoperisurile cladirilor –greutatea excesiva a zapezii

Determinarea incarcarii din zapada in conformitate cu normele de calcul - in l i lt it tii t itcele mai multe situatii este acoperitoare

Pot sa apara insa probleme deosebite daca:– Incarcarea nu este evaluata corect:

• aglomerarea zapezii datorita viscolului• Zapada neuniforma (aglomerata)

– Greutatea zapezii pe acoperis depaseste valorile considerate in p p p pstandarde:

• caderi de zapada urmate de ploaie• caderi de zapada insotite de temperaturi scazutecaderi de zapada insotite de temperaturi scazute• caderi succesive de zapada a.i. se produce acumularea zapezii

Incarcarea echivalenta din zapada

50 333 917 1000Kg/mc

Gosime echivalenta (cm)

KN/mp

49 7 3 3

( )

0.3

98 15 5 5

147 22 8 7

195 29 11 10

0.5

0.7

1.0

244 37 13 121.2

Incarcarea din zapada este un factor important la proiectarea cladirilor:Incarcarea din zapada este un factor important la proiectarea cladirilor:– deschideri mari – forme deosebite ale acoperisului– cladiri invecinate de inaltimi mai reduse fata de cladirea analizata– cladiri invecinate de inaltimi mai reduse fata de cladirea analizata

In acest caz, trebuie analizat impactul cladirii noi asupra celei vechi. In multe In acest caz, trebuie analizat impactul cladirii noi asupra celei vechi. In multe siutuatii, cladirea existenta necesita lucrari de consolidaresiutuatii, cladirea existenta necesita lucrari de consolidaresiutuatii, cladirea existenta necesita lucrari de consolidare siutuatii, cladirea existenta necesita lucrari de consolidare

Incarcarea exceptionala din zapada

Exista mai multe cauze care pot sa stea la baza producerii situatiilorexceptionale:

– Dimensionarea incorecta a structurii – incarcare din zapada mai redusa (inlt it tii t d i ii di d b i t imulte situatii, se accepta reducerea incarcarii din zapada pe baza ipotezei ca

vantul spulbera o parte din zapada)– Realizarea defectuoasa a prinderilor intre elemente in noduri

Probleme legate de evacuarea apei sau de scurgere a zapezii– Probleme legate de evacuarea apei sau de scurgere a zapezii– Cresterea incarcarii permanente sau tehnologice pe parcursul utilizarii

constructieiDispunerea neechilibrata a zapezii pe acoperisul structurii– Dispunerea neechilibrata a zapezii pe acoperisul structurii


In multe situatii, structurile prezinta semne vizibile ca stabilitatea sicapacitatea portanta sunt epuizate:

– Deformatii vizibile la nivelul acoperisului (grinzi transversale, pane dei t bl t t t )acoperis, tabla cutata, etc)

– Crapaturi sau desprinderi la elemente din lemn– Usi care nu se mai pot inchide / deschide– Conducte deformate– Crapaturi in pereti, fisuri in elemente– zgomote produse de deformarea, fisurarea elementelor


Atunci cand exista riscul producerii unei situatiiexceptionale, se impune indepartarea zapezii de peacoperis

Indepartarea zapezii trebuie sa urmeze o ordine bine Indepartarea zapezii trebuie sa urmeze o ordine bine-stabilita

In situatia in care operatiunea se desfasoara incorect,exista riscul agravarii starii de solicitare (incarcarig (nesimetrice, etc)

– Zapada este indepartata incepand cu mijlocul traveiimedianeZ d i d t i lt d b l l– Zapada se indeparteaza simultan de pe ambele ape aleacoperisului

– Este interzisa aruncarea zapezii de pe acoperisul maiinalt pe cel mai jos

– Indepartarea zapezii trebuie facuta cu grija, a.i. sa nu sedistruga hidroizolatia

Prevederi din normele de calcul

f Incarcarea din zapada pe acoperis ia in considerare depunerea de zapada in functie de forma acoperisului si de redistributia zapezii cauzata de vant si de topirea zapezii.

Valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe acoperis, sk se determina astfel:

µi este coeficientul de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperis;s0,k - valoarea caracteristica a incarcarii din zapada pe sol [kN/m2], in amplasament;Ce - coeficientul de expunere al amplasamentului constructiei;C t - coeficientul termic.

Coeficienti de forma pentru incarcarea din zapada pe acoperis

Acoperisuri cu o singura panta Acoperisuri cu doua pante

Acoperisuri cu mai multe deschideri

Acoperisuri cilindrice

Acoperisuri cu denivelari bruste

Coeficienti de forma in cazul unor efecte locale

Aglomerarea de zapada la acoperisuri cu obstacole Aglomerarea de zapada la acoperisuri cu obstacole

Aglomerarea de zapada la marginea unui acoperis

Incarcarea din zapada pe panouri de protectie si alte obstacole de pe acoperisuri

• Probleme deosebite apar in cazul in care acoperisul:

Coeficienti de forma in cazul unor efecte locale

• Probleme deosebite apar in cazul in care acoperisul:• Prezinta denivelari• Are suprafata mare in planp p• Forma deosebita in plan

• In acest caz, valoarea incarcarii din zapada trebuie determinata prin alte t dmetode

• Incercari in camera rece (Cold Room Testing)• Testul cu curenti de apa (Water Flume Testing)Testul cu curenti de apa (Water Flume Testing)• Studiu in tunelul de vant (Wind Tunnel Testing / Modeling)

• Metoda elementelor finite (Finite Area Element Snow Loading ( gSimulation)

• Simularea viscolelor (VirtualDrift: Particle Drift Simulator)

• Studiul amanuntit al inzapezirii (Enhanced Snow Drifting Review)• Studiul inzapezirii (Snow Drifting Study)• Computational Fluid Dynamics (CFD) (Dinamica fluidelor modelata pe

calculator )

Testul in “camera rece”Testul in camera receCold Room Testing

Se pot efectua teste pe machete de marimi reale, pentru a identifica detaliile critice privind acumularea zapezii pe acoperisuri.

Are doua avantaje Conditiile meteo pot fi controlate p

(temperatura, etc) Evaluarea rezultatelor pe modele cu marimi

reduse

Testul cu curenti de apaTestul cu curenti de apaWater Flume Testing

Testul cu jet de apa ofera o vizualizare a aglomerarii zapezii si modul in care se depune zapada pe cladirile din jur

Animatia permite vizualizarea fenomenului prin modificarea directiei vantului

Testul in tunelul de vantTestul in tunelul de vantWind Tunnel Testing / Modeling

Tunelul de vant se foloseste pentru modelarea sau testarea cladirilor si structurilor de constructii

Testul in tunelul de vant cu strat de separatie ajuta la simularea rezistentei naturale a aerului pe suprafata pamantului. Pentru exactitate este important ca in tunel sa se simuleze viteza medie aimportant ca in tunel sa se simuleze viteza medie a vantului si efectele turbulentei

Cele mai multe coduri si standarde contin prevederi referitoare la testul in tunelul de vant

Metoda ariilor finiteFinite Area Element Snow Loading Simulation

• Metoda combina analiza pe modele la scara cu simularea numerica• Ex: in cazul acoperisurilor cu suprafata mare in plan sau cu diferente

Finite Area Element Snow Loading Simulation

Ex: in cazul acoperisurilor cu suprafata mare in plan sau cu diferente de nivel:

• Se aplica un factor de reducere asupra incarcarii din zapada, avand in vedere posibilitatea ca zapada de pe acoperis sa fieavand in vedere posibilitatea ca zapada de pe acoperis sa fie supulberata de vant – adevarat pentru acoperisurile de dimensiuni reduse

• Valorile din norme sunt general determinate pe aceste tipuri de acoperisuri

• La acoperisurile de mari deschideri pot sa apara probleme – de• La acoperisurile de mari deschideri, pot sa apara probleme – de aceea un factor de reducere subunitar poate fi neconservativ

Speak – incarcarea totala maxima din zapada pe acoperisul inferiorSpeak incarcarea totala maxima din zapada pe acoperisul inferior Ss - incarcarea din zapada pentru zona geografica considerataSr – incarcarea din ploaia cazuta peste zapadaγ densitatea zapeziiγ - densitatea zapezii hp – inaltimea parapetului zonei mai inalte a acoperisuluil* = 2w – w2 - lungimea caracteristica a acoperisului mai inalt de pe care poate sa alunece zapada pe acoperisul mai W – dimensiunea minima in plan a acoperisuluiL - dimensiunea maxima in plan a acoperisului

Simularea viscolelorSimularea viscolelorVirtualDrift: Particle Drift Simulator

Folosind tehnicile de ultima generatie de evaluare a comportarii fluidelor in regimevaluare a comportarii fluidelor in regim dinamic (CFD- computational fluid dynamics) se poate realiza o schema a zonelor de pe macheta unde se produczonelor de pe macheta unde se produc acumulari de zapada

Similar cu testul curentilor de apa, acesta ajuta la identificarea zonelor critice cu incarcari excesive din zapada si zonele in care aceste incarcari pot afecta comportarea normala a structurii

Studiul inzapeziriiStudiul inzapeziriiSnow Drifting Study

Se realizeaza modele 3D ale cladirilor si ale imprejurimii acestora la o anumita scara care se introduc intr-un bazin special cu curenti de apa

Se analizeaza efectele curentilor de apa din toate directiile in functie de datele meteorologice

Studiul detaliat al inzapeziriiE h d S D ifti R iEnhanced Snow Drifting Review

Se realizeaza un model 3D peSe realizeaza un model 3D pe computer (inclusiv mediul inconjurator

Se realizeaza o simulare numerica Se realizeaza o simulare numerica aplicand incarcarea din vant pe mai multe

Pe baza rezultatelor se poate evalua efectul potential al viscolului asupraefectul potential al viscolului asupra cladirilor sau grupurilor de cladiri

Modelarea pe calculator permite alternarea usoara a incarcarilor –alternarea usoara a incarcarilor –recomandat pentru studii parametrice

Studiu de caz: Prabusirea acoperişului Pavilionului Expoziţiei Economiei Naţionale din Bucureşti, ianuarie 1963

•Istoria recenta conţine numeroase cazuri de accidente soldate cu prabusirea parţiala sau totala a unor clădiri de mare importanta.p p ţ p•Elucidarea cauzelor producerii acestor prabusiri au permis dezvoltarea normelor de calcul si a tehnicilor de construcţie.•Unul din aceste cazuri il reprezintă prabusirea cupolei Pavilionului•Unul din aceste cazuri il reprezintă prabusirea cupolei Pavilionului Expoziţiei Economiei Naţionale din Bucureşti, in ianuarie 1963•In anul 1961 a fost construit in Bucureşti un pavilion dedicatexpoziţiilor, târgurilor si altor manifestări. Clădirea, de formacirculara, era realizata in doua elemente principale:

-inelul marginal realizat din beton armat-inelul marginal, realizat din beton armat-domul central, realizat dintr-o structura metalica reticulata,acoperita cu tabla de aluminiu.

•Pentru realizarea domului central s-a utilizat proiectul lui Lederer,proiect care a stat la baza realizării unui dom similar la Brno, inCehoslovacia Proiectul iniţial a fost verificat si adaptat la condiţiileCehoslovacia. Proiectul iniţial a fost verificat si adaptat la condiţiileclimatice si de incarcari din Bucureşti.

P ili l E iţi i E i i N ţi l di B tiPavilionul Expoziţiei Economiei Naţionale din Bucureşti

Elementele erau realizate din ţevi rotunde cu dimensiuni de la 38mm la 102mm. Sistemul structural era alcătuit din 3 straturi suprapuse, prinse in noduri prin legaturi elastice.

La proiectarea structurii au fost luate in considerare următoarele ipotezede încărcare:

- greutatea proprie a elementelor, învelitorii si izolaţiei (55 daN/m2)- greutatea proprie a unor elemente suspendate de luminator (10tf)- zăpada uniform distribuita (100daN/m2)p ( )- zăpada aglomerata

- încărcarea din vânt cos 2 1 cossp p

- încărcarea seismica, sub forma unei incarcari statice echivalente egala cu 1/20din greutatea permanenta:

sin cosp p sin coswp p

Cauzele cedării acoperişului reticulat

- In seara zilei de 30ianuarie 1963, la 17 luni după finalizarea structurii,domul a cedat datorita acumulărilor masive de zăpada si vânt puternic, incondiţiile unor temperaturi exterioare foarte scăzute.ţ p

- Conform înregistrărilor meteo, temperatura exterioara era de -13C iarviteza vântului de 16m/sec.

- După colaps acoperişul avea aspectul unui dom întors- După colaps, acoperişul avea aspectul unui dom întors.



• Conform măsurătorilor efectuate, masa totala a zăpezii care a cauzat prabusirea acoperişului a fost de circa 200 de tone actionand pe o suprafaţa de circa 1000m2 cu otone, actionand pe o suprafaţa de circa 1000m2, cu o acumulare pronunţata in zona luminatorului central si la baza domului

Vedere exterioara a domului după cedare Zonele in care s-au înregistrat deplasări ale nodurilor si deformări ale barelor

P i l l d t t l ă ii d ă d f t


•Presiunea locala datorata aglomerării de zăpada a fostaproximata la circa 350daN/m2. Deşi cele 200 de tone dezăpada reprezentau doar 30% din încărcarea totala dinzăpada reprezentau doar 30% din încărcarea totala dinzăpada uniforma luata in calcul la dimensionare, aceastaacţionat pe suprafeţe restrânse, provocând concentrări maride eforturi, peste cele care au fost luate in considerare ladimensionare.•In urma studiilor efectuate, s-a stabilit ca prabusireaacoperişului reticulat s-a produs sub acţiunea cumulata a treifactori:factori:

•factorii climatici•gradul de fixare in îmbinări•gradul de fixare in îmbinări•evaluarea realista a incarcarii critice

Concluzii

• cedarea s-a produs pierderea stabilitatii elastice datorita acumulărilor mari de zăpada• flambajul s-a propagat rapid in toata structura acoperişului datorita prinderilor flexibile din noduri• propagarea succesiva a permis formarea a 5 unde de flambaj, permitand trecerea domului din poziţia normala in cea iinversa• inelul marginal a rămas in poziţia iniţiala datorita gabaritului mare al elementelor din beton armatmare al elementelor din beton armat

Combinarea efectelor vantului si zapezii

Combinarea efectelor vantului si zapeziiAglomerarea zapeziiAglomerarea zapezii

in fata unei cladiri cu rampa la

intrare (de ex. un garaj)

in fata unei cladiri cu socluin fata unei cladiri cu soclu

Combinarea efectelor vantului si zapeziiAglomerarea zapeziiAglomerarea zapeziiAglomerarea zapeziiAglomerarea zapezii

In cazul cladirilor construite pe piloni, zapada spulberata de pe acoperis nu se aglomereaza direct langa fatada. (vantul bate predominant din dreapta)(vantul bate predominant din dreapta)

Combinarea efectelor vantului si zapeziiOrientarea cladirilor

V t l l li i l di ilVant paralel cu linia cladirilor

Vant perpendicular pe linia cladirilor

Combinarea efectelor vantului si zapeziiP i dPanouri parazapada

Combinarea efectelor vantului si zapeziiDeflector de vant

Combinarea efectelor vantului si zapezii Ecuatia de miscare pe verticala a unei particule presupusa

cvasisferica, de diametru D, masa m, greutate mg, avand la timpul t viteza v este:timpul t viteza v este:

Unde:Farh - forta de portanta (conf legii lui Arhimede) Fa - forta rezistenta aerodinamica, se poate exprima cu relatia:

In care:- densitatea aerului - A aria sectiunii corpului intr-un plan normal pe directia lui V (A = D2/4)- ca coef. aerodinamic de antrenare, depinde de forma si numar Re (Re = VD/)

Dupa un anumit drum parcurs prin aer, particulele de zapada ajung la o viteza egala cu cea finala de sedimentare. Aceasta viteza caracterizeaza miscarea uniforma (mdV/dt=0)viteza caracterizeaza miscarea uniforma (mdV/dt 0)

Combinarea efectelor vantului si zapeziiPunand conditia:

Se obtine expresia vitezei de sedimentare:Se obtine expresia vitezei de sedimentare:

- In regim laminar (1)

- In regim turbulent (2)

In care:Z densitatea zapezii

• Prima relatie (1) se mai numeste si formula lui Stokes. Aceasta prezinta interes in cazul formarii straturilor uniforme de zapada• Pentru aglomerari de zapada (in regim turbulent), se foloseste ecuatia (2)• Pentru a se evidentia posibilitatea antrenarii de catre vant a zapezii depuse, este necesar sa se determine viteza critica de antrenare Vantr. Pentru aceasta, se egaleaza forta aerodinamica de antrenare Fa cu forta rezistenta datorata frecarii:

Combinarea efectelor vantului si zapezii

In care:f coeficient de frecare

(1)

f – coeficient de frecare Fa – forta aerodinamica de antrenare

Fp – forta aerodinamica de portanta

• Din ecuatia (1) se obtine:

•Presupunand particula de forma sferica de diametru D, atunci

(2)

Relatia (2) devine:

Combinarea efectelor vantului si zapeziiDaca notam:

Vantr 4m/s zap. proaspata

• Fulgii de zapada cad vertical daca aerul este nemiscat.

• Daca vantul are viteza mai mica decat cea de sedimentare Vsed care la randul ei este mai mica decat cea de antrenare Vantr, atunci zapada se depune si formeaza un strat paralel cu forma terenului cu grosime aproape constantaformeaza un strat paralel cu forma terenului cu grosime aproape constanta

• Particulele de zapada desprinse din strat sub efectul unei rafale revin la teren daca viteza rafalelor scade sub Vsed.

• Daca insa in calea vantului se afla un obstacol (cladire), viteza sufera modificari importante in zona obstacolului, vitezele tangente la suprafata obstacolului fiind mult mai mari decat vitezele din campul exterior. Are astfel loc o eroziune a zapezii depuse pe obstacol (chiar daca vitezele in campul uniform sunt mai mici decat Vantr).

• Particulele desprinse din zapada depusa sunt antrenate de vant insaParticulele desprinse din zapada depusa sunt antrenate de vant insa deoarece au greutati specifice mai mari ele nu urmeaza traiectoria vantului ci cad in zonele mai calme.

Combinarea efectelor vantului si zapezii• Se poate deci observa ca vantul are o importanta deosebita asupra marimii si• Se poate deci observa ca vantul are o importanta deosebita asupra marimii si distributiei incarcarii din zapada

• In zonele in care curgerea este laminara si regulata, vantul spulbera zapada

• In zonele unde curgerea este turbulenta, pot aparea depozite de zapada. Aceasta aglomerare depinde de forma cladirii, a acoperisului, viteza vantului si unghiul de atac fata de cladire amplasament pozitia cladirilor invecinate etcatac fata de cladire, amplasament, pozitia cladirilor invecinate, etc.



Curs Curs 8 8 -- 99Siguranta structurilor la actiuni specialeSiguranta structurilor la actiuni speciale

Actiuni speciale asupra constructiilor

Curs Curs 8 8 99

Actiuni speciale asupra constructiilor datorate impactului si exploziilor

Master, an I

Introducere

Acţiunile accidentale pot sa conducă la colapsul t t il S t i i d ti i structurilor. Se pot enumera aici doua tipuri

principale de acţiuni: Naturale: Naturale: avalanşe erupţii vulcanice erupţii vulcanice alunecări vânturi puternice tsunami

Artificiale: foc explozii impact impact

Introducere

Actiuni specialeActiuni specialeActiuni specialeActiuni specialeExploziiExploziiAccidentaleAccidentale

ImpactImpactAccidentalAccidentalAccidentaleAccidentale

-- GazGaz-- Substante chimice, etc.Substante chimice, etc.

TerorismTerorism

-- AvioaneAvioane-- CamioaneCamioaneTerorismTerorismTerorismTerorism

-- Explozii cu masini, Explozii cu masini, camioane, etc.camioane, etc.

-- Rachete, avioane, etcRachete, avioane, etc

FocFocFocFocAsociat cu explozii Asociat cu explozii -- Foc produs de acumulari de gazFoc produs de acumulari de gaz

Foc produs de substante chimiceFoc produs de substante chimice-- Foc produs de substante chimiceFoc produs de substante chimice

Introducere

Clasificarea acţiunilor (EN 1990) Actiuni permanente, e.g. greutatea proprie a structurii

de rezistenta, a echipamentelor fixe, etc Actiuni variabile, e.g. incarcari utile pe planşee, , g p p ş ,

incarcarea din vant, incarcarea din zapada, etc. Acţiuni accidentale, e.g. explozii, impact, etc

NOTA 1: O actiune accidentala poate sa aiba consecinte dezastruoase asupra sigurantei constructiei

NOTE 2: Actiunea zapezii, a vantului sau actiunea seismica pot fi id t ti i id t l i f ti d i f tiil di ibilconsiderate actiuni accidentale, in functie de informatiile disponibile

Definirea acţiunilor accidentale (conf. EN 1990):

o acţiune de regula de scurta durata dar deo acţiune, de regula de scurta durata dar demare intensitate, care este puţin probabil saapară pe parcursul vieţii construcţieip p p ţ ţ

Introducere

Documente referitoare la actiuni accidentale EN 1991-1-7

d ( ) Approved Document A (UK) Guidance on Robustness and Provision against

Accidental Actions (UK)Accidental Actions (UK) FEMA Documents (USA): FEMA 426 FEMA 426 FEMA 427

NIST NCSTAR (USA)( )

EN 1991-1-7

Contine prevederi specifice pentru actiuni id t l t d i t i l ii i taccidentale cauzate de impact si explozii interne

Nu contine prevederi referitoare la actiuni accidentale cauzate de explozii externe atacuri accidentale cauzate de explozii externe, atacuri teroriste, etc.

In cazul cladirilor prevederile sunt menite sa In cazul cladirilor, prevederile sunt menite sa asigure evitarea colapsului progresiv, adică limitarea pagubelor si evitarea colapsului in p g pcazul producerii unor actiuni accidentale

EN 1991-1-7 Actiuni datorate impactului (ciocniri)

Domeniu de aplicare: Coliziuni cu vehicule Coliziuni cu vehicule Coliziuni cu masini de ridicat Coliziuni cu trenuri coliziuni cu vapoare Aterizari ale avioanelor si elicopterelor, etc

Dinamica impactului Dinamica impactului In conformitate cu acest cod, impactul poate fi

caracterizat in doua feluri: impact rigid, atunci cand energia este disipata in

principal de catre corpul de impact impact plastic, atunci cand structura este

i b b i d l iproiectata sa absoarba energia produsa la impact

Impactul rigid Forta maxima rezultata din interactiunea dintre

corpurile care se ciocnesc si durata impactului corpurile care se ciocnesc si durata impactului sunt date de:

rF v km vr viteza obiectului la impactK rigiditatea elastica echivalenta a obiectului

t m k K rigiditatea elastica echivalenta a obiectuluiM masa obiectului in miscare

Daca masa obiectului in miscare este podelata ca o bara de sectiune uniforma, atunci:k EA L

Fk EA Lm ALL l ngime ba a

rv km

rod:

, A, E, L

L lungime baraA aria sectiunii transversaleE modul de elasticitateΡ densitatea materialului

vr

rise time m kt

Model impact

Impactul plasticp p Daca structura are o comportare elastica iar

obiectul in miscare este rigid, atunci se pot folosi obiectul in miscare este rigid, atunci se pot folosi relatiile anterioare (k – rigiditatea structurii)

Daca structura este proiectata sa absoarba energia de impact prin deformatii plastice, atunci ductilitatea ei trebuie sa fie suficienta pentru a absorbi energia cinetica a obiectului in 21 2absorbi energia cinetica a obiectului in miscare

Cerinta anterioara este satisfacuta daca:

21 2 rmv

Cerinta anterioara este satisfacuta daca:

20 01 2 rmv F y

- Fo rezistenta plastica a structurii- yo capacitatea de deformare a structurii

Load-time history

700

Load-time history

700

400

500

600

P (M

N)

Concorde

400

500

600

P (M

N)

Concorde

200

300

400

Impa

ct lo

ad,P

Boeing 767

F4200

300

400

Impa

ct lo

ad,P

Boeing 767

F4

0

100

0 50 100 150 200 250

F4B707

HelicopterLight aircraft0

100

0 50 100 150 200 250

F4B707

HelicopterLight aircraft

0 50 100 150 200 250time (msec)

0 50 100 150 200 250time (msec)

Aircraft M (tonne) L (m) Vo (m/s) Peak Load

(MN) Duration

(ms) Aust. SUPAPUP Light Aircraft 0.34 5.7 51.3 4.6 111 Westland Sea King Helicopter 9.5 17 63.9 19.6 266

Boeing 707-320 91 40 103.6 92 386 Phantom F4 aircraft 22 19.2 210 145 91 Boeing 767-300 ER 187 54.9 140 320 362

Supersonic Concorde 138 62.2 344 568 181

EN 1991-1-7 Explozii interne Domeniu de aplicare: Explozii de gaz in camere si silozuri Explozii de gaz in camere si silozuri Explozii de gaze si vapori in camere si bazine de

colectare inchise Explozii de gaz in conducte Explozii de gaze si vapori in tuneluri

E l iil t d l i i t Exploziile cauzate de explozivi nu sunt acoperite de acest cod

Actiunea exploziilor trebuie sa fie considerata Actiunea exploziilor trebuie sa fie considerata in proiectare daca probabilitatea de producere nu este foarte redusa

Exploziile cauzate de gazele naturale – au o probabilitate de producere mare

Explozii produse de gazele naturale

Structurile sunt proiectate sa reziste o presiune t ti hi l t d t d l tistatica echivalenta data de relatia:

1.5d vp p sau 2d tot vp C m A A

pv presiunea statica uniform distribuita la care panourile de ventilare cedeaza, in kN/m²;

d v

Av aria golurilor de ventilare, in m2;Atot aria totala (pereti, tavane, pardoseli), inclusiv aria suprafetelor

de ventilare, in m2

m masa panourilor de ventilare, in kg/m3

C = 0.006 este o constanta

Valoarea maxima a presiunii luatye in calcul se poate limita la pd = 50 kN/m2poate limita la pd 50 kN/m

Documentele FEMA

Documentul FEMA 426 “Reference Manual to Mitigate Potential Terrorist Attacks to Mitigate Potential Terrorist Attacks Against Buildings”

Documentul FEMA 427 “Primer for Design of Commercial Buildings to Mitigate of Commercial Buildings to Mitigate Terrorist Attacks”

Documentul FEMA 426 “Reference Manual to Mitigate Potential Terrorist Attacks Against Buildings”Potential Terrorist Attacks Against Buildings

In ultimii ani a crescut riscul producerii unor atacuri teroriste asupra clădirilor civileunor atacuri teroriste asupra clădirilor civile

Reducerea riscurilor legate de producerea atacurilor asupra clădirilor este o sarcina atacurilor asupra clădirilor este o sarcina dificila

Este dificil de prevăzut cum, de ce si când Este dificil de prevăzut cum, de ce si când se poate produce un atac terorist

Metodologia prezentata in FEMA426 poate fi g p pfolosita atât pentru clădirile noi cat si pentru evaluarea sau reabilitarea celor

i t texistente

Documentul FEMA 427 “Primer for Design of Commercial Buildings to Mitigate Terrorist Attacks”Buildings to Mitigate Terrorist Attacks

Scopul acestui ghid il constituie introducerea conceptelor care pot sa ajute proprietarii de clădiri, proiectanţii,

t it til i d i l i lt t i autoritatile in reducerea riscului rezultat in urma atacurilor teroriste

Ghid l t ă l iil Ghidul se concentrează asupra exploziilor provocate de: A to ehic le inca cate c e plo i i Autovehicule incarcate cu explozivi Incarcaturi explozive transportate manual

Acte recente de terorism Cauze: impact, explozie + incendiu

Imminent impact of United Airlines Flight 175 with

WTC 2

Aircraft entry hole on the north side of WTC 1

Impact and explosion

Acte recente de terorism

Cauze: impact, explozie + incendiu

Plane crash on Pirelli Building in MilanA il 18 2002

U.S. Pentagon, Arlington, VAApril 18, 2002


Cauze: explozii

Murrah Federal Building, Oklahoma City, Prior to Blast

Damage to North and East Sides of Murrah Building, April 19, 1995

City, Prior to Blast


Cauze: explozii

Aerial view - Khobar Towers bombingJune 25, 1996,

Building 131 after the explosionThe crater remaining after the truck

bomb explosion Building 131 after the explosionbomb explosion


An aerial view of the U S Embassy in Nairobi An aerial view of the bomb blast area

U. S Embassy in Nairobi, Kenya, August 7, 1998

Bali bombing, October 12, 2002

Atacuri teroriste [1997-2002][ ]

Total facilities struck by Total facilities struck by international terrorist attacks in 1997-2002 and total facilities and total facilities attacked in 2002

Explozii

Exploziile – metodele preferate in atacurile t i tteroriste

Numerosi arhitecti si proiectanti nu au experienta in realizarea masurilor de reducere a efectelor in realizarea masurilor de reducere a efectelor atacurilor teroriste

Tipuri de exploziipu de e p o Explozii in spatii deschise Explozii in spatii inchise Explozivi atasati structurilor

Explozii

Explozii in spatii deschiseE l ii i Explozii aeriene

Explozii la mica inaltime Explozii la suprafata Explozii la suprafata

Explozii

Explozii in spatii inchiseE l ii i tii i hi l t Explozii in spatii inchise complet

Explozii in spatii inchise partial Explozii in spatii complet deschise Explozii in spatii complet deschise

Explozii

Efectele exploziilor Atunci cand este initiata o explozie, se produce o

reactie chimica exoterma foarte rapida Pe masura ce reactia avanseaza explozibilul solid Pe masura ce reactia avanseaza, explozibilul solid

sau lichid este transformat intr-un gaz foarte fierbinte, dens si de inalta presiune

Explozia initiala se propaga cu viteze foarte mari, producandu-se astfel o unda de soc

Efectele exploziilorp

Unda de soc = aer la presiuni ridicate,âdeplasându-se rapid dinspre sursa cu viteze

supersonice

Pe masura ce unda de soc avanseaza, presiunea scade rapid (datorita disiparii energiei prin încălzirea aerului exterior) Presiunea scade foarte repede in timp avand o durata de viata foarte redusa (de ordinul

ii il d d )miimilor de secunda)

Efectele exploziilorp Pe măsura ce frontul de unda avansează,

presiunea scade ajungând la presiunea normalapresiunea scade ajungând la presiunea normala

Typical pressure-time history


Atunci cand presiunea incidenta actioneaza i t t i t l l asupra unei structuri care nu este paralela cu

directia de propagare a undei, aceasta este reflectata si amplificata dand nastere la asa-reflectata si amplificata, dand nastere la asanumita presiune reflectata.

Presiunea reflectata: Presiunea reflectata: Intotdeauna mai mare decat presiunea incidenta Undele acustice – amplificate cu un factor egal p g

cu 2 Undele de soc – amplificate cu un factor de

pana la 13pana la 13 Variaza cu unghiul facut de presiunea incidenta


Cr = reflected pressure coefficientPr = peak reflected pressurePi = peak incident pressure

R fl t d ffi i t l f i id Reflected pressure coefficient vs. angle of incidence

Modelarea propagarii Modelarea propagarii exploziei cu ajutorul programului Air3d


EEquivalent TNT weightquivalent TNT weightssEEquivalent TNT weightquivalent TNT weightssOklahoma: 1814 kgOklahoma: 1814 kgWTC (1993): 816.5 kgWTC (1993): 816.5 kgWTC (1993): 816.5 kgWTC (1993): 816.5 kg

StandStand--off distanceoff distanceOklahoma: 1.5m Oklahoma: 1.5m

Schematizarea parametrilor care apar in cazul unei exploziiSchematizarea parametrilor care apar in cazul unei explozii

Efectele exploziilor Impulsul este o masura a energiei care

actioneaza asupra unei clădiri la producerea

p

actioneaza asupra unei clădiri la producerea unei explozii

Impulsul se obţine prin integrarea ariei pu su se obţ e p teg a ea a edescrise de curba de presiune in funcţie de timp:

I P t dt I = impuls (Mpa-ms)

I P t dt p ( p )

P = Presiune (MPa) T = timp (ms)

Atat faza pozitiva cat si cea negativa contribuie la marimea impulsuluip


Typical impulse waveform

Efectele exploziilor

In comparatie cu alte riscuri (e.g., â

p

cutremure, vânturi puternice, inundaţii) atacurile cu explozibili au următoarele t t i di ti ti trasaturi distinctive: Intensitatea presiunii care actioneaza asupra

clădirii poate sa fie de câteva ordine de mărime clădirii poate sa fie de câteva ordine de mărime mai mare decât in cazul celorlalte acţiuni accidentale (presiunea incidenta maxima de ordinul a 700 kPa)

Presiunea generata de explozii scade rapid cu distanta fata de sursadistanta fata de sursa

Durata evenimentului este foarte mica (de ordinul milisecundelor))

Avariile provocate cladirilor

A.1 Avariile clădirilor Extinderea si gravitatea avariilor si a victimelor in

cazul producerii unei explozii nu poate fi prezisa cu certitudine cu certitudine

In ciuda gradului mare de incertitudine, este posibil sa se desprinda câteva indicaţii cu privire posibil sa se desprinda câteva indicaţii cu privire la nivelul global al avariilor si al victimelor, pe baza următorilor factori: Marimea exploziei Distanta fata de sursa Conformarea clădirii

Avariile cladirilor

Distrugerile provocate de unda de soc pot fi impartite in:impartite in: Efecte directe ale undei de soc

Unda de soc este mecanismul principal care conduce la producerea de avarii producerea de avarii

Unda de soc actioneaza de asemenea pe directii pentru care elementele structurii nu ofera o rezistenta corespunzatoare (ex. forte ascendente pentru acoperisuri si l ) plansee)

colapsul progresiv In ceea ce priveste evolutia in timp, structura

t l it d d d i di t il este lovita de unda de soc iar distrugerile rezultate se produc apar in fracţiunea de timp imediat următoare (sutimi de milisecunda)imediat următoare (sutimi de milisecunda)

Daca colapsul progresiv este initiat, acesta se produce de regula in urmatoarele cateva secundesecunde

Avariile cladirilorEfectele directe ale undei de soc

Blast pressure effects on a structure

Avariile clădirilor

C l l i d l l i Colapsul progresiv Colapsul progresiv – cedarea locala a unui

element structural conduce la colapsul elementelor adiacente si in final la colapsul elementelor adiacente si in final la colapsul structurii – distrugerile finale sunt disproportionate fata de cauza initialap p

Cladirile trebuie sa fie proiectate astfel incat sa fie evitata producerea colapsului progresiv, indiferent de nivelul de proiectie

Avariile cladirilor

Proiectantii trebuie sa aiba in vedere urmatoarele aspecte: Asigurarea redundantei

l l l Folosirea unor elemente structurale si a unor imbinari ductile

Capacitate de a rezista la actiuni reversibile Capacitate de a rezista la actiuni reversibile Evitarea cedarii din forta taietoare

… pentru mai multe informatii: Approved Document A (UK) si Guidance on Robustness and Provision against Accidental Actions (UK)

Nivele de protectiep

A.2 Nivele de protectie Cantitatea de explozibil + explozia rezultata

dicteaza nivelul de protectie Nivelul de protectie poate fi corelat cu

presiunea incidenta

Correlation of level of protection to incident pressure (DoD)

Nivele de protectiep

Levels of protection for buildings (DoD)

Distanta de sigurantag

B. Distanta de siguranta, efectele exploziei Energia degajata de o explozie scade rapid

cu distanta Costul protectiei cladirii scade pe masura ce

distanta de protectie fata de sursa potentiala creste (vezi figura)creste (vezi figura)

Cresterea distantei de siguranta necesita spatii suplimentare ceea ce in final conduce spatii suplimentare ceea ce in final conduce la un cost mai ridicat al terenului


Relationship of cost to stand-off distance


Stand-off distance and its relationship to blast impact as modeled on the Khobar Towers site


Alegerea unei diatante de siguranta care sa d l it i ii t t ii conduca la evitarea avarierii grave a structurii

este destul de dificila DoD (Departamentul Apararii al USA) prescrie DoD (Departamentul Apararii al USA) prescrie

distante minime de siguranta in functie de nivelul de protectie cerut:nivelul de protectie cerut: Atunci cand aceste distante sunt asigurate,

constructiile se calculeaza si se executa in conditii normale

Atunci cand aceste distante nu sunt asigurate, structura trebuie intarita pentru a putea asigura structura trebuie intarita pentru a putea asigura gradul de protectie cerut

Evaluarea efectelor explozieip

C. Evaluarea efectelor explozieiC.1 Evaluarea incarcaturii explozive Deoarece unda de soc se propaga in mediul

inconjurator, evaluarea incarcarii date de explozie trebuie facuta in mai multe puncte

Pentru structurile complexe se pot utiliza Pentru structurile complexe, se pot utiliza metode avansate de calcul (Computational Fluid Dynamics – CFD)y )

In majoritatea cazurilor, se utilizeaza insa metode mai simple pentru evaluarea incarcaturii explozive


Incident overpressure, as a function of stand-off distance and net explosive weight


C.2 Evaluarea efectelor exploziei Dupa evaluarea incarcaturii explozive, nivelele de

distrugere pot fi evaluate prin teste sau prin alte studii (numerice analitice) studii (numerice, analitice)

Analiza trebuie sa tina cont de variatia in timp a actiunii si de caracterul neliniar actiunii si de caracterul neliniar

Analizele neliniare dinamice folosite sunt similare cu cele folosite in ingineria seismicag

Modelele de calcul: de la sisteme cu un grad de libertate la cele cu mai multe grade de libertate


E ti t f i id t t hi h d Estimates of incident pressures at which damage may occur

CONCLUZII Codurile de proiectare actuale nu contin prevederi

referitoare la actiunile accidentale cauzate de explozii referitoare la actiunile accidentale cauzate de explozii externe sau actiuni teroriste

Sunt acoperite doar cazurile de ciocniri si explozii p pinterne

In cazul unor actiuni accidentale, trebuie sa se puna t li it di t il i li accent pe limitarea distrugerilor si nu pe realizarea

unor cladiri rezistente la explozii Scopul acestor prevederi este incorporarea unor Scopul acestor prevederi este incorporarea unor

masuri rezonabile care sa duca la imbunatatirea comportarii si a sigurantei cladirii si ocupantilor dar si d f ilit f t il hi l d i t ti i l de a facilita eforturile echipelor de interventie in cazul producerii unui atac terorist



Curs Curs 1010M t IMaster, an I

Metodologia de calculObiectivele proiectării

• Este neeconomic şi greu de realizat o structură civilă astfel

p

ste eeco o c ş g eu de ea at o st uctu ă c ă ast eîncât să rămână intactă in urma unei explozii cauzate de unatac terorist. In cazul acestor clădiri, in care valorile caretrebuie protejate sunt chiar persoanele care se afla ininteriorul acestora, obiectivul principal îl constituie reducereanumărului de victime chiar in condiţiile in care clădirile nunumărului de victime, chiar in condiţiile in care clădirile numai pot fi folosite după eveniment. Aceasta abordare sebazează deci pe limitarea sau reducerea avariilor. Pentru apsalva vieţile ocupanţilor, primul obiectiv in faza de proiectareîl constituie reducerea avariilor clădirii si prevenireacolapsului progresiv.

Principii de securitate

• Este nevoie ca încă din faza de proiectare să fie definitenivele de securitate şi măsurile necesare pentru îndeplinireal i f ţi d l t l ilor, in funcţie de amploarea atacului.– prevenirea atacului: prin adoptarea unor măsuri care să îngreuneze

acţiunile teroriste (de exemplu evitarea parcărilor in apropiereaacţiunile teroriste (de exemplu evitarea parcărilor in apropiereaclădirilor). Este însă de dorit ca aceste măsuri sa nu fie prea evidente,pentru a nu stimula producerea unor atacuriî tâ i t l i d ă t t i iţi t d l d l ăt i l– întârzierea atacului: dacă un atac este iniţiat, modul de alcătuire alzonei limitrofe sau anumite trăsături arhitecturale pot să îngreunezesarcina atacatorului. Acest lucru va permite forţelor de pază sauautorităţilor să se mobilizeze şi să stopeze atacul. Acest lucru sepoate crea prin realizarea unei zone tampon intre zonele accesibilepublicului si zonele vitale ale clădiriip

– atenuarea efectelor atacului: in cazul in care atacul totuşi se produce,rezistenţa clădirii va contribui la limitarea consecinţelor atacului. Acestnivel de protecţie devine efectiv doar după ce toate celelalte eforturinivel de protecţie devine efectiv doar după ce toate celelalte eforturiau fost epuizate.

Liniile de securitate împotriva atacului

Recomandări de proiectareSelecţia amplasamentului

• Deoarece presiunile provocate de explozii scad rapid cu distanţa faţă de sursă, unul din mijloacele eficiente de protecţie îl constituie asigurarea unei distanţe cât mai mari intre clădire şi un potenţial atac terorist. Acest lucru se poate realiza prin următoarele măsuri speciale:poate realiza prin următoarele măsuri speciale:– realizarea unei linii de securitate de-a lungul perimetrului clădirii– prin menţinerea unei distanţe cât mai mari faţă de zonele de accesprin menţinerea unei distanţe cât mai mari faţă de zonele de acces

ale autovehiculelor– limitarea numărului de autovehicule care au acces in zona de

it tsecuritate– realizarea unor denivelări intre clădire si perimetrul adiacent care

să împiedice apropierea autovehiculelor p p p– folosirea unor bariere de protecţie

• Un mare rol in efortul de reducere a efectelor provocate deCerinţe arhitecturale

patacurile teroriste îl are concepţia arhitecturală a clădirii.Aceste măsuri au de regulă costuri foarte reduse dacăsunt luate în considerare încă din faza de proiectaresunt luate în considerare încă din faza de proiectare.

- Exteriorul clădirii

• In general, exteriorul clădirii reprezintă punctul sensibil incazul unei explozii– distanta minima fata de explozie– se realizează de regulă din materiale casante.

• Modul in care este amplasată clădirea poate sa aibă un rolimportant asupra vulnerabilităţii acesteia.p p ţ

• In cazul ideal, clădirea ar trebui amplasată cât mai departede limita proprietăţii

• Forma clădirii poate sa contribuie de asemenea lareducerea sau amplificarea efectelor exploziei

elevaţieplan

elevaţieProfiluri care disipează unda de soc

plan

Profiluri care accentuează unda de soc

pelevaţie

Influenţa profilului clădirii asupra ţ p pforţei de impact a exploziei

• Din punct de vedere al compartimentării- Interiorul clădirii

• Din punct de vedere al compartimentăriiinterioare, zonele nesigure cum ar fi intrările,zonele de aprovizionare garajele etc trebuie sazonele de aprovizionare, garajele, etc, trebuie safie separate de zonele sigure ale clădirii. Ideal ar fica aceste zone sa fie plasate in afara clădirii saupla exteriorul acesteia

• Soluţii de îmbunătaţire a performantelor:– zona de intrare separată

zonă de aprovizionare exterioară– zonă de aprovizionare exterioară– plasarea parcărilor in afara perimetrului clădirii– dacă aceste spaţii nu pot fi plasate la exteriorulp ţ p p

clădirii, ele trebuie plasate in deschiderile marginaleiar intre acestea şi celelalte spaţii trebuie create spaţiitampon sau linii de protecţietampon sau linii de protecţie.

Birouri

Intrare

Zona de

Spatiucomercial

Strada Etaj tehnicaprovizionare

Garaj

Etaj tehnic

Compartimentare initiala

Z dBirouriIntrare/spatiucomercial

Zona deaprovizionare

BirouriEtaj tehnic

GarajGaraj Compartimentareimbunatatita

Îmbunătăţirea compartimentării prin dispunerea judicioasă a spaţiilor securizate de cele nesecurizate

Cerinţe structurale- Colapsul progresiv

• Datorită caracterului imprevizibil al ameninţării teroriste,este practic imposibilă prezicerea cu acurateţe a naturii şi

- Colapsul progresiv

p p p ţ şintensitatii acţiunii. De aceea, ca o măsură de protecţie,este recomandată realizarea unei protecţii împotrivacolapsului progresiv datorat unor cedări locale alecolapsului progresiv datorat unor cedări locale aleelementelor structurale.

• Datorita consecinţelor catastrofale ale produceriicolapsului progresiv, trebuie acordată o mare atenţieincorporării acestor masuri in proiectarea clădirii.

• Alegerea sistemului structural trebuie sa aibă in vederetât f t l di t l l i i ât i ibilit t d

- Sistemul structural

atât efectele directe ale exploziei cât şi posibilitatea deproducere a colapsului progresiv. Pentru a putea rezistapresiunii exercitate de explozie, sunt necesare materialep p ,care sa aibă următoarele caracteristici:

• Masa: elementele din materiale uşoare nu oferă orezistenţă suficientă la acţiunea exploziei. Ex: o clădire curezistenţă suficientă la acţiunea exploziei. Ex: o clădire cuplanşee metalice neacoperite cu beton

• Rezistenţa la forfecare: elementele principale ale structuriide rezistenţă si îmbinările acestora trebuie să îşi atingăcapacitatea portanta la încovoiere înainte de cedarea dincapacitatea portanta la încovoiere înainte de cedarea dinforfecare. Prevenirea cedării fragile din forfecare sporeştesemnificativ capacitatea structurii de a absorbi energiap gdegajată de explozie.

• Rezistenţa sub încărcări reversibile: elementele principaleale structurii de rezistenţă şi îmbinările acestora trebuie săreziste presiunii orientate de jos în sus Unele sistemereziste presiunii orientate de jos în sus. Unele sistemestructurale, cum ar fi betonul precomprimat, oferă orezistenţă destul de redusă la astfel de acţiuni.ţ ţ

• Pentru îmbunătăţirea robusteţii de ansamblu a structurii

- Alcătuirea structurii

• Pentru îmbunătăţirea robusteţii de ansamblu a structurii,sunt recomandate următoarele masuri:– In cazul structurilor in cadre, trebuie limitată distanţa dintre stâlpi., ţ p

Distanţele mari dintre stâlpi conduc la scăderea capacităţii deredistribuire a eforturilor in cazul cedării unui stâlpDeschiderile marginale sunt cele mai expuse la distrugeri in special– Deschiderile marginale sunt cele mai expuse la distrugeri, in specialin cazul când se afla in apropierea străzilor - micşorarea acestordeschideri in zonele marginale.

– Folosirea unor grinzi de transfer este total nerecomandată. Cedareaunui astfel de element sau cedarea unui reazem al unui astfel deelement poate sa producă destabilizarea unei porţiuni mari dinp p p ţclădire. De regulă, aceste grinzi sunt dispuse la exteriorul clădirii,pentru realizarea unor spatii largi la intrare, ceea ce conduce lacreşterea vulnerabilităţii acestora in cazul unei exploziicreşterea vulnerabilităţii acestora in cazul unei explozii.

– In cazul sistemelor cu pereţi structurali interiori, pereţii longitudinalitrebuie fixaţi transversal pentru cresterea stabilitatii si scădereai l ă ii l t l l l iriscul propagării laterale a colapsului.

– In cazul sistemelor cu pereţi structurali exteriori, aceştia trebuielegaţi lateral pentru a reduce porţiunea liberă de perete

• Structura este proiectata sa reziste la încărcările- Proiectarea directa

pconvenţionale iar apoi este verificat răspunsul sub acţiuneaexploziei

• In final proiectantul trebuie să se asigure că sunt îndeplinite• In final, proiectantul trebuie să se asigure că sunt îndeplinitetoate cerinţele rezultate din încărcările convenţionale

• Procesul iterativ este necesar deoarece masurile dep[rotectie pot să conducă la scăderea performanţelorstructurii sub celelalte încărcări de calcul.

• Nivelul de distrugere rezultat din calcul poate fi:Nivelul de distrugere rezultat din calcul poate fi:– Minor: elementele nestructurale (ferestre, uşi, pereţi despărţitori) sunt

avariate sau distruse şi se înregistrează răniţi– Moderat: avariile structurale sunt localizate şi pot fi remediate. SuntModerat: avariile structurale sunt localizate şi pot fi remediate. Sunt

afectate elementele mai puţin importante (grinzi, planşee, pereţineportanţi). Pot sa fie înregistraţi răniţi şi chiar pierderi de vieţiomeneşti.ş

– Major: elementele structurale principale (stâlpi, grinzi de transfer) îşipierd capacitatea portanta antrenând şi cedarea elementeloradiacente. Se pot înregistra numeroase victime iar clădirea nu maip gpoate fi reparată

• Deoarece efectele directe ale exploziei scad rapid cu distanţa- Elementele structurale

• Deoarece efectele directe ale exploziei scad rapid cu distanţade la locul exploziei, preocuparea principală o constituieasigurarea răspunsului local al elementelor structurale.g p

• Proiectarea elementelor cadrelor perimetrale are la bazăA. Cadrele perimetrale

pdouă considerente principale– stâlpii exteriori trebuie proiectaţi astfel încât să reziste efectelor directe

l l i iale exploziei– trebuie să se asigure că elementele cadrelor perimetrale au suficientă

robusteţe astfel încât avariile locale să nu conducă la producereaţ pcolapsului progresiv

• Deoarece stâlpii au o suprafaţă exterioară redusă, încărcărileprovenite din acţiunea directa a exploziei (unda de şoc) suntmai reduse. Stâlpii sunt însă solicitaţi direct de undelereflectate de clădire care de regula sunt de câteva ori maireflectate de clădire, care de regula sunt de câteva ori maiputernice decât undele iniţiale datorita amplificării.

• In cazul stâlpilor aflaţi in apropierea unui automobil încărcatcu explozibil, principalele moduri de cedare sunt flambajul şiruperea din forfecare.

• Flambajul se poate produce in cazul stâlpilor aflaţi ini l bli d l iil t ăapropierea zonelor publice, deoarece exploziile pot să

distrugă legaturile laterale ale acestora stâlpii trebuie să fieastfel proiectaţi încât să rămână stabili pe două – trei niveleastfel proiectaţi încât să rămână stabili pe două trei nivele.

• In cazul stâlpilor metalici, este recomandat ca îmbinarea decontinuitate sa fie amplasată cât mai sus posibil faţă denivelul terenului.

• Structurile cu pereţi portanţi din beton pot să ofere un nivelsporit de protecţie la acţiunea exploziilor atunci cândsporit de protecţie la acţiunea exploziilor atunci cândprocentul de armare este adecvat pentru asigurarea uneicomportări ductilă se pot folosi pentru porţiunile dincomportări ductilă se pot folosi pentru porţiunile dinstructură aflate in imediata apropiere a zonei securizate.

• Peretii din zidărie au o comportare mult mai fragila fiindnerecomandaţi în cazul clădirilor noi.

• Încărcarea principală care solicită acoperişul este presiunea

B. Sistemul de acoperiş Încărcarea principală care solicită acoperişul este presiuneaexercitată pe verticală de sus în jos.

• Zonele critice sunt reprezentate de deschiderile perimetrale -d hid il i t i i ţi li it tdeschiderile interioare mai puţin solicitate.

• Incărcările suplimentare - presiunea exercitata de jos in sus,produsă prin propagarea undei de şoc prin interiorul golurilorp p p p g ş p gsi de sucţiunea produsă in timpul fazei negative.

• Protecţie ridicată - planşee de beton si grinzi de beton peambele direcţiiambele direcţii.

• Protectie mai scazuta - planseele realizate cu grinzi metalicesi placa de beton. Comportarea se poate îmbunătăţi dacăsunt realizate planşee cu conlucrare între structura metalicăşi placa de beton.

• Planseele prefabricate şi precomprimate oferă o siguranţăPlanseele prefabricate şi precomprimate oferă o siguranţămult inferioară celorlalte sisteme.

• Protecţia cea mai scăzuta o oferă sistemele realizate dinl di t llemn sau din metal.

P t ifi l l t b i l t î id t i

C. Sistemul de planşeu• Pentru verificarea planşeelor, trebuie luate în considerare trei

scenarii posibile:– explozia aerianăp– redistribuirea încărcărilor in cazul cedării stâlpilor sau pereţilor portanţi– capacitatea de reţinere a fragmentelor in cădere provenite de la

etajele superioareetajele superioare• In cazul structurilor aflate in imediata vecinătate a unor spaţii

deschise circulaţiei, presiunea verticală orientată de jos insus (explozia unei maşini) poate să conducă la prăbuşireaplanşeului pe mai multe nivele şi pe mai multe deschideriO atenţie sporită trebuie acordată clădirilor care prezintă• O atenţie sporită trebuie acordată clădirilor care prezintăretrageri sau etaje în consolă

• Trebuie de asemenea acordată o atenţie sporită planşeelorTrebuie de asemenea acordată o atenţie sporită planşeeloraflate deasupra zonelor nesecurizate: intrările, spaţiile deaprovizionare, garaje, etc.

• Protecţie scăzută - planşeele prefabricate sau precomprimate

Costurile sistemelor de protecţieCosturile iniţiale

• Costurile iniţiale ale sistemelor de protecţie se pot împărţi in:– costuri fixe: elementelor de securitate si spaţiul aferent funcţionarii

Costurile iniţiale

costuri fixe: elementelor de securitate si spaţiul aferent funcţionariiacestora; nu depind de nivel atacului

– costuri variabile - costurile pentru realizarea protecţiei structuriiîmpotriva efectelor exploziei depind direct de nivelul de ameninţarep p p ţadică de nivelul încărcăturii explozive.

• Proiectantul nu poate stabili cu exactitate valoarea maximă aîncărcăturii explozive dar poate să definească şi să realizezeîncărcăturii explozive dar poate să definească şi să realizezeun perimetru minim de securitate.

• Costurile realizării acestui perimetru minim iau in consideraretât t il il d t ţi ât i t l t l iatât costurile masurilor de protecţie cât şi costul terenului,

Chiar dacă este dificilă realizarea unei estimări precise acosturilor totale, se poate face o clasificare a acestor masuri, pîn funcţie de mărimea costurilor necesare implementării lor:– întărirea zonelor nesecurizate– masuri pentru împiedicarea colapsului progresivmasuri pentru împiedicarea colapsului progresiv– elemente de închidere exterioară cu comportare îmbunătăţită

Legătura dintre costul măsurilor de protecţie şi reducerea risculuireducerea riscului

• Atunci când costul sistemelor de protecţie rezultă prea ridicat,pot fi rmate trei căi de red cere a cost rilor

Stabilirea priorităţilor

pot fi urmate trei căi de reducere a costurilor:– reducerea ameninţării– crearea unor obstacole– acceptarea riscului

• In unele cazuri, beneficiarul poate să opteze pentru unelesau altele dintre aceste masurisau altele dintre aceste masuri

• Luarea in considerare a masurilor de protecţie încă din fazad i t d l d t ilde proiectare conduce la reducerea costurilor

• In multe situaţii probabilitatea scăzută de producere a unuiIn multe situaţii, probabilitatea scăzută de producere a unuiatentat nu constituie un motiv suficient pentru luarea decizieide realizare a unor masuri de protecţie.

• De aceea, este de înţeles de ce aceste masuri sunt de regulaadoptate doar in cazul clădirilor cu factor mare de risc inpcondiţiile in care normele nu prevăd obligativitatea acestora.

• Pe baza acestui scenariu, clădirile pot fi împărţite in douăStabilirea priorităţilor

p p ţcategorii:– clădiri care nu încorporează masuri de protecţie, eventual măsurile

minime de protecţieminime de protecţie– cladiri care încorporează măsuri ridicate de protecţie

• De aceea, in cazul clădirilor de importanţă normală,implementarea măsurilor de protecţie se limitează de regulăla adoptarea măsurilor minime.

2.1 Approved Document AppAcest document se constituie ca un ghid practic referitor la

evaluarea integritatii structurale si asigurarea unei robusteticorepunzatoare a clădirilor si tratează următoarele 3aspecte:

• A1 Incarcari• A1 - Incarcari• A2 - Mişcarea terenului• A3 - Colapsul progresivA3 Colapsul progresiv

• Scopul principal al secţiunii A3 il constituie masurile pentruScopul principal al secţiunii A3 il constituie masurile pentru evitarea colapsului progresiv printr-o conformare adecvata a structurii si printr-o robusteţe corespunzătoare a l t l d i l i d iielementelor reducerea riscului producerii unor

distrugeri disproporţionate in raport cu cauzele care au stat la baza producerii accidentuluila baza producerii accidentului

On the morning of 16th of May 1968 an explosion caused the collapse of one corner of a 23 storey block of flatscorner of a 23 storey block of flats (apartments) in Clever Road, Newham in east London.

The structure of Murrah Federal Building before and after the car bomb attack of 1995bomb attack of 1995

Metodologia de verificare presupune următorii paşi:Metodologia de verificare presupune următorii paşi:a) se determina clasa clădirii

Clasa Tipul clădirii si ocuparea1 Case cu maxim 4 etaje

C Clădiri agricole2A Clădiri de locuit cu 5 nivele

Blocuri de locuinţe cu maxim 4 etaje2 Clădiri comerciale cu maxim 3 etaje si mai puţin de 2000m2 de

planşeu pe fiecare etaj2B Hoteluri, blocuri de locuinţe sau alte clădiri rezidenţiale care au

intre 5 si 15 etajeintre 5 si 15 etaje Clădiri comerciale care au intre 3 si 15 etaje Spitale care au maxim 3 etaje Clădiri de birouri care au intre 4 si 15 etaje Clădiri de birouri care au intre 4 si 15 etaje

3 Toate clădirile apartinand claselor 2A si 2B care au un număr maimare de etaje sau suprafeţe mai mari de planşeu

Săli de sport sau spectacole cu mai mult de 5 000 de locuri Săli de sport sau spectacole cu mai mult de 5 000 de locuri Clădiri care adăpostesc activititati sau substanţe periculoase

Clasele de importanta, in conformitate cu prEN-1990

Clasa de Descriere Exemple de cladiri sau lucrari

Clasele de importanta, in conformitate cu prEN 1990

Clasa de importanta

Descriere Exemple de cladiri sau lucrari ingineresti

CC1 Consecinte reduse sau neglijabile datorate pierderilor de vieti

Cladiri agricole, care nu adapostesc decat ocazional p

omenesti, intreruperii activitatilor economice, sociale sau de protejare a mediului

poameni, etc.

CC2 Consecinte considerabile Cladiri de birouri sau deCC2 Consecinte considerabile datorate pierderilor de vieti omenesti, intreruperii activitatilor economice, sociale sau de

Cladiri de birouri sau de locuit, cladiri publice

,protejare a mediului

CC3 Consecinte grave datorate pierderilor de vieti omenesti, i t ii ti it til

Sali de sport, sali de spectacole, cu aglomerari

i dintreruperii activitatilor economice, sociale sau de protejare a mediului

mari de persoane

b) pentru clădirile din clasa 1 nu sunt necesare masurispeciale daca au fost proiectate si realizate conformp psecţiunilor A1 si A2 din prezentul document

c) pentru clădirile din clasa 2A, este necesara legarea stâlpilor fiecărui nivel după ambele direcţii si ancorarea efectiva a planşeelor suspendate (conditiile efective de realizare si modul de calcul este precizat prin normele de calcul corespunzatoare fiecarui tip de structura ex :calcul corespunzatoare fiecarui tip de structura, ex.:

BS5628: Part 1– Structural use of unreinforced masonryyBS5950: Part 1– Structural use of steelwork in buildingBS8110: Part 1– Structural use of plain, reinforced and prestressed concrete

d) pentru clădirile din clasa 2B, este necesara legareastâlpilor fiecărui nivel după ambele direcţii si ancorareap p ţefectiva a planşeelor suspendate. In plus fata de cazulclădirilor din clasa 2A, trebuie sa se asigure: legarea efectiva pe verticala a tuturor stâlpilor si pereţilor

portanţii l i t ibil li i i i tin cazul in care nu este posibila realizarea primei variante, trebuie sa se verifice ca in cazul in care se înlătura oricare dintre stâlpii structurii de rezistenta si oricare dintredintre stâlpii structurii de rezistenta si oricare dintre grinzile care susţin unul sau mai mulţi stâlpi, structura ramane stabila. Trebuie sa se asigure ca nu mai mult de 15% din suprafaţa planşeului (dar nu mai mult de 70m2) este in pericol sa se prabuseasca iar avaria nu se va extinde mai departe de nivelul adiacent superior sauextinde mai departe de nivelul adiacent superior sau inferior

a) secţiune orizontala b) secţiune verticala

At i â d t ibil i t diţii Atunci când nu este posibila asigurarea acestor condiţiielementele respective trebuie considerate elemente cheiesi trebuie proiectate in consecinţasi trebuie proiectate in consecinţa

Un element structural încadrat in clasa elementelorUn element structural încadrat in clasa „elementelorcheie”, trebuie sa fie capabil sa sustina o încărcareaccidentala de 34 kN/m2. Aceasta încărcare accidentalatrebuie luata in considerare simultan cu 1/3 din incarcarileluate in calcul la dimensionarea elementului respectiv( ă d â t i î ă til t )(zăpada, vânt, seism, încărcarea utila, etc).

) t lădi il di l 3 t le) pentru clădirile din clasa 3, este necesara evaluareariscului in cazul producerii oricăror situaţii accidentale ce pot fi prevăzute dar si in cazul unor situaţii excepţionalepot fi prevăzute dar si in cazul unor situaţii excepţionale, greu de prevăzut

Aplicatie – colaps progresivAplicatie colaps progresiv

HIGH RISE BUILDING STRUCTURES IN TAIWANSTRUCTURES IN TAIWAN

THE TAIPEI 101THE TAIPEI 101

Taipei 101

• Cladirea este impartita in 8 ptronsoane suprapuse

• Pentru prevenirea colapsului• Pentru prevenirea colapsului progresiv au fost realizate 10 l f t i t tplansee foarte rezistente

(super plansee), pentru a impiedica producerea colapsului progresivcolapsului progresiv

STRUCTURAL PLAN OF HIGHER STORIES

MECHANICAL PLAN

There are 16 outriggers, 1 vertical belt truss 11 vertical belt truss, 1 horizontal belt truss and moment connection girders to stop unexpected progressive collapse

18

Date post:	23-Oct-2015
Category:	Documents
Upload:	domnuldilema
View:	92 times
Download:	7 times