Osnove seizmičkog planiranja i projektovanja za inženjere arhitekture i građevine - Prof. Dr Srđan Janković, dipl.inž.građ.

Namera autora je bila da ovom knjigom pruži čitljivo i atraktivno štivo iz oblasti seizmičkog planiranja i projektovanja i to kako za arhitekte koji nemaju širu tehničku podlogu iz oblasti zemljotresnog inženjerstva i seizmologije, tako i za građevinske inženjere kao uvodno štivo neophodno za eventualno kasniju detaljniju primjenu u projektovanju i proračunu seizmički otpornih objekata. Na ovaj način je napravljen pokušaj popune dela praznine koja evidentno postoji u našoj stručnoj literaturi iz ove oblasti.

Imajući u vidu generalni značaj Eurokodova i njihovo planirano prihvatanje i primenu i u našoj zemlji, kroz čitavu knjigu je napravljena konekcija između pojedinih segmenata seizmičkog projektovanja i odgovarajućih odredbi pravilnika Eurokod 8 koje tretiraju taj dio projektovanja objekata visokogradnje u seizmičkim područjima. Da bi se olakšalo razumevanje izloženog teksta, svuda gde je to bilo moguće dati su kraći računski primeri iz pojedinih oblasti.

Pošto se u vezi sa predmetnom materijom ove knjige danas često postavlja osnovno pitanje: "Zašto je potrebno arhitekti da zna osnove seizmičkog planiranja i projektovanja?" - neophodno je odmah odgovoriti na njega. Iako još uvek nedovoljno potencirana, uloga arhitekte pri seizmičkom planiranju i projektovanju je svakako veoma velika i značajna i ogleda se kroz dva segmenta: pri prostornom i urbanističkom planiranju i pri projektovanju individualnih objekata.

Sva dosadašnja iskustva u planiranju, projektovanju i građenju u seizmički aktivnim područjima, pokazuju da se preventivom protiv štetnog uticaja zemljotresa mora početi već u fazi izrade prostornih i urbanističkih planova. Stradanja ljudi, objekata i infrastrukture su se masovno dešavala u prošlosti kao posledica loše sprovedenog prostornog planiranja. Negativni primjeri, kao što su: građenje objekata na tlu neujednačenog geološkog sastava, na klizištima (prirodnim ili onim koja su postala nestabilna tokom gradnje objekata na njima), zatim na nevezanim nanosima, muljevitom tlu, močvarnim i vodom zasićenim terenima, nemogućnost pristupa ugroženim područjima zbog lošeg rješenja saobraćajnica, sudaranje i rušenje objekata pri dejstvu zemljotresa zbog nedovoljnog rastojanja između njih, oštećenja vodovodne, kanalizacione, plinske i elektro mreže i slično, su samo neki slučajevi koji su se mogli spriječiti dobrim prostornim planiranjem, u okviru kojeg bi se razmatralo i realno postojanje seizmičkog rizika. Kao što se dobrim seizmičkim projektovanjem smanjuje povredljivost same zgrade, tako se i kvalitetnim seizmičkim planiranjem smanjuje povredljivost društva u cjelosti. Prema samoj prirodi stvari uloga arhitekata u ovoj fazi je od presudnog značaja.

Što se tiče individualnih objekata, smatra se da glavnu ulogu u obezbeđivanju seizmički sigurnog objekta imaju seizmolozi i građevinski inženjeri. Prvi - da obezbede pouzdane i kvalitetne ulazne podatke za proračun konstrukcije - kroz pouzdano definisanje seizmičkog hazarda lokacije objekata, a drugi - da na osnovu ovih podataka analiziraju, proračunaju i projektuju seizmički siguran objekat. Međutim, mnogi iskusni inženjeri iz oblasti zemljotresnog inženjerstva su mišljenja (na prvi pogled iznenađujućeg) da su u stvari arhitekti ti koji su najvažniji da prilikom dejstva zemljotresa projektovani objekat ima zadovoljavajuće ponašanje. Zašto? Kada su u pitanju objekti visokogradnje, arhitekti su po pravilu vodeći projektanti koji koordiniraju cjelokupni proces projektovanja i oni donose odluke koje u velikoj mjeri utiču na seizmičko ponašanje objekata. Uticaj arhitekte na seizmičku sigurnost objekta se može vezati za sljedeća tri elementa: konfiguraciju objekta, koja se može definisati kao veličina, oblik i dimenzije trodimenzionalne forme objekta, arhitektonske detalje, kojima se utiče na dimenzije nosećih elemanata kao što su grede, stubovi ili zidovi i nekonstruktivne komponente, čije seizmičko ponašanje (koje može biti i opasno po ljudske živote) u većini slučajeva se može smatrati da je u ingerenciji arhitekte. Građevinski inženjeri, kao i arhitekte, mogu prihvatiti ovu knjigu kao štivo koje je poželjno, čak i neophodno pročitati i razumeti pre nego što se upuste u detaljnije seizmičke analize i proračune objekata. Veoma je važno da se već i u početnim fazama projektovanja (to jest pri izradi idejnih rešenja i idejnih projekata) objekata u seizmičkim područjima, što pre uključi građevinski inženjer, kako bi se seizmička pitanja uskladila sa arhitektonskim zahtjevima. Da bi ova saradnja između arhitekte i građevinskog inženjera bila uspešna, neophodno je međusobno razumijevanje o osnovnim principima njihovih disciplina. Prema tome, koliko građevinski inženjer mora shvatiti arhitektonske estetske i funkcionalne zahtjeve, toliko i arhitekta mora imati osnovno razumevanje o osnovnim principima seizmičkog projektovanja. Naravno, pri tome se ne očekuje da arhitekta preuzme ulogu građevinskog inženjera i sprovodi seizmičku analizu i proračun konstrukcije. Zbog toga su u knjizi prikazani prije svega osnovni principi i koncepti prilikom seizmičkog projektovanja, a tek ponegdje i konkretni zahtjevi i odredbe date u seizmičkim pravilnicima. Upravo je i namera bila da se pomogne da arhitekti i inženjeri postanu još uspešniji partneri, da bolje razumeju stručni jezik one druge profesije i da se ohrabri uspostavljanje višeg nivoa njih ove saradnje od one koja obično postoji pri uobičajenom, "neseizmičkom" projektovanju.

Ova knjiga je, kao dopunski oblik udžbenika, primarno namenjena studentima građevinskih i arhitektonskih fakulteta, ali i kao podsetnik i diplomiranim inženjerima arhitekture i građevine. Zbog korišćenog pristupa koji tehnički, odnosno matematički, nije previše zahtevan - ova knjiga može biti upotrebljiva i za druge učesnike u kompleksnom procesu planiranja, projektovanja, izgradnje i održavanja objekata visokogradnje u seizmičkim uslovima, kao što su: investitori, vlasnici objekata, stručnjaci koji rade u državnoj upravi i inženjeri na izvođenju. Verovatno svi oni mogu naći neku interesantnu oblast u ovoj knjizi.

Knjiga je organizovana u pet poglavlja:

1. Zemljotresi i seizmički hazard,
2. Zemljotresna zaštita i upravljanje seizmičkim rizikom,
3. Zemljotresno inženjerstvo - uloga seizmičkog projektovanja,
4. Idejno projektovanje seizmički otpornih objekata i
5. Seizmičko projektovanje nekonstruktivnih komponenti.

Prvo poglavlje se bavi generalno zemljotresima i definisanjem seizmičkog hazarda. U uvodnom delu prvog poglavlja dati su podaci koji ukazuju na stepen ugroženosti od zemljotresa danas, kao i značaj borbe protiv ove prirodne nepogode. Nakon toga date su neke osnovne definicije iz oblasti inženjerske seizmologije u smislu kako, gdje i kada se javljaju zemljotresi, vrste seizmičkih talasa, merenja vibracija i slično. Opisani su različiti načini izražavanja jačine zemljotresa i to preko magnitude i preko intenziteta, pri čemu je dat detaljan opis evropske makroseizmičke skale intenziteta iz 1998. godine koja je danas u Evropi u zvaničnoj upotrebi. Posebno su obrađeni najčešće primjenjivani parametri oscilacija tla, pomoću kojih se danas sve više izražava intenzitet zemljotresa. Ukazano je na razliku između determinističkog (dominantnog u prošlosti) i probabilističkog (danas dominantnog) pristupa pri definisanju seizmičkog hazarda. Poglavlje završava opisom različitih efekata zemljotresa: vibracije tla, likvefakcije, klizišta, aktivOsnove ne rasedne zone i cunami talasi, sa akcentom na značaj njihove analize prilikom prostornog i urbanističkog planiranja.

U drugom poglavlju su opisani načini zaštite od zemljotresa. Prvo je dat način utvrđivanja seizmičkog rizika preko seizmičkog hazarda i povredljivosti. Nakon toga opisani su i različiti programi aktivnosti i mjera preko kojih je moguće ublažiti seizmički rizik. Objašnjeni su i drugi aspekti zemljotresne zaštite, kao što su pripremljenost na zemljotres, urgentni odgovor i oporavak nakon zemljotresa. Drugo poglavlje se završava opisom neophodnosti uspostavljanja visokog stepena profesionalne saradnje između investitora, arhitekte i građevinskog inženjera, kao još jedne mogućnosti za smanjenje seizmičkog rizika. Da bi arhitekte i građevinski inženjeri mogli dati svoj doprinos u smanjenju seizmičkog rizika, neophodno je da poznaju osnove zemljotresnog inženjerstva, što je predmet trećeg poglavlja. U okviru ovog poglavlja prvo je prikazana analiza ponašanja objekata na dejstvo zemljotresa i ukazano na specifičnosti seizmičkog dejstva u odnosu na druge tipove opterećenja; zatim je objašnjen koncept spektra odgovora koji je veoma važan pri definisanju seizmičkog opterećenja, kao i uloga međuspratne tavanice u prenosu opterećenja na vertikalne sisteme. Takođe, analiziran je odgovor objekta u osnovi sa davanjem definicija za centar masa i centar krutosti. Potom su date osnovne konstruktivne karakteristike koje utiču na seizmičko ponašanje: krutost, nosivost i duktilnost. Opisane su osnovne metode seizmičke analize. Istorijski razvoj seizmičkog projektovanja, njegov značaj, projektni ciljevi seizmičkog projektovanja kao i osnovne postavke metode programiranog ponašanja su date u okviru dela "Osnovni principi seizmičkog projektovanja". Poglavlje 3 završava opisom nekih novih pristupa u projektovanju i izvođenju objekata u seizmičkim područjima. Četvrto poglavlje se bavi idejnim projektovanjem seizmički otpornih objekata. Predmet prvog dijela ovog poglavlja je izbor vertikalne i horizontalne konfiguracije objekta sa ukazivanjem na nepoželjne konfiguracije sa seizmičkog aspekta, koje u velikoj meri otežavaju, a ponekad i onemogućuju obezbeđenje seizmičke sigurnosti objekta. Nakon toga, opisani su osnovni konstruktivni sistemi sa svim svojim prednostima i manama. Analizirana je takođe i seizmička sigurnost objekata koji su se gradili u okviru pojedinih arhitektonskih stilova u prošlosti. Kako se veliki deo ovog poglavlja odnosi na projektovanje novih objekata, principi poboljšanja seizmičke sigurnosti postojećih objekata su tretirani u posebnom dijelu. Najzad, poglavlje 5 tretira seizmičko projektovanje nekonstruktivnih komponenti, pitanje koje je u svetu svakim danom sve aktuelnije. Izložen je značaj razmatranja nekonstruktivnih komponenti i dati su uzroci njihovih oštećenja. Posebno su razmatrani nekonstruktivni elementi koji utiču, a posebno koji ne utiču na seizmičko ponašanje objekata.

Recenzenti
Prof. dr Mladen Ulićević, dipl.inž.građ.,
Prof. dr Branislav Glavatović dipl.inž.geol. i
Doc.dr Veljko Radulović, dipl.inž.arh. na

SADRŽAJ
PREDGOVOR
1 ZEMLJOTRESI I SEIZMIČKI HAZARD
1.1 Ugroženost od zemljotresa i opšti aspekti seizmičkog rizika
1.2 Zemljotresi i seizmički talasi
1.3 Veličina zemljotresa
Primjer 1.1
1.4 Parametri oscilacija tla kao mjere intenziteta zemljotresa

Primjer 1.2
Primjer 1.3
Primjer 1.4
Primjer 1.5
1.6 Efekti zemljotresa
2 ZEMLJOTRESNA ZAŠTITA I UPRAVLJANJE SEIZMIČKIM RIZIKOM
2.1 Utvrđivanje seizmičkog rizika
2.2 Ublažavanje seizmičkog rizika
2.3 Pripremljenost na zemljotres
2.4 Urgentni odgovor
2.5 Oporavak nakon zemljotresa (obnova i rekonstrukcija)
2.6 Osvrt na stanje u zemljama u razvoju
2.7 Profesionalna saradnja i komunikacija
3 ZEMLJOTRESNO INŽENJERSTVO - ULOGA SEIZMIČKOG PROJEKTOVANJA
3.1 Analiza ponašanja objekata pri seizmičkim dejstvima

Primjer 3.1
Primjer 3.2
Primjer 3.3
Primjer 3.4
Primjer 3.5
3.2 Osnovne konstruktivne karakteristike

Primjer 3.6
3.3 Metode seizmičke analize

Primjer 3.7
3.4 Osnovni principi seizmičkog projektovanja
3.5 Novi trendovi u zemljotresnom inženjerstvu
4 IDEJNO PROJEKTOVANJE SEIZMIČKI OTPORNIH OBJEKATA
4.1 Izbor konfiguracije objekata

Primjer 4.1
4.2 Izbor konstruktivnog sistema i materijala
4.3 Arhitektonske forme kroz vrijeme - seizmički aspekt
4.4 Osnovni principi poboljšanja seizmičke sigurnosti (ojačanja) postojećih objekata
5 SEIZMIČKO PROJEKTOVANJE NEKONSTRUKTIVNIH KOMPONENTI
5.1 Uvodna razmatranja

Primjer 5.1
5.2 Nekonstruktivni elementi koji utiču na seizmičko ponašanje objekta
5.3 Nekonstruktivni elementi koji ne utiču na seizmičko ponašanje objekta
LITERATURA