שיפור עמידותם של בניינים עם גרעין מרכזי ברעידת אדמה ומניעת התמוטטותם ...

• מבנים בישראל ובעולם חשופים לאפשרות עומסים קיצוניים:‏רעידת אדמה חזקהפיצוץ באירועי מלחמה,‏ פח"ע או תאונה‏)גז(‏••• איתור סוגי בניינים רגישים להתמוטטות בשרשרת עקב הרסמוגבל של אלמנטים נושאים בפיצוץ• שיפור מערכת קונסטרוקטיביתמניעת התמוטטות בשרשרת עקב הרס עמוד/קיר נושאשיפור היעילות של מערכת ההקשחה לרעידת אדמה••כלכליות‏)הקטנת עלות השלד(‏•2

מבנה נפוץ משרדים/ מסחר / ציבורי•לא מתוכנן כמבנה מוגןתקרות בטון שטוחות ללא קורותעמודים נושאים במפתחים גדולים•••מערכת הקשחהגרעין מרכזי‏)ממ"ק(‏-•• חזיתות קלות3

התמוטטות בשרשרתרעידת אדמהפיצוץ מכונית תופתגזמערכת הקשחה- גרעין מרכזי•/ טיל /•) בפיצוץנטרול‏)הרס(‏ עמוד)‏ םי• רמת יתירות נמוכה•••••••••••••תקרות שטוחות במפתח כפול‏)יותר?(‏- חלוקה מחדש של עומסעומס עילוי מפיצוץכשל אפשרי של מערכת נושאתכשל בכפיפה ?כשל בחדירה ?גורםלהתמוטטות בשרשרת ?פלסטיות מרוכזת בבסיס הגרעיןכשל בקיר עלול להפחית משמעותיתחוזק גזירה קומתימשיכותספיגת אנרגיהתסבולת שיורית4

מ~‏33.4 x 33.4 מ'‏ 1,115( מ"ר(‏•• מפתח מרבי 7.4 מ'‏'• מפתח שקיל קבוע 4.532 עמודים•• גרעין מרכזי 10 x 10 מ'‏21 ס"מ• תקרות שטוחות -7

73.4 x 73.4 מ'‏ 5,400( מ"ר(‏•• מפתח מרבי 11.4 מ'‏עמודי מגדל וגרעין ממשיכיםעד ליסודותקירות בהיקף••30 ס"מ• תקרת קומת קרקע -• תקרות מרתף - 25 ס"מ8

• אנליזה סיסמית – ETABS• אנליזה לכשל בשרשרת – SAP2000תקרות טיפוסיות:‏ רצועות‏)אלמנטי קורה עם פרקים פלסטיים(‏•תקרות מרתף:‏טבלה‏)פלטה(‏•גרעין:‏• קליפה דקה9

• אנליזה סיסמית – ETABS• אנליזת כשל בשרשרת – SAP2000תקרות טיפוסיות:‏ רצועות‏)אלמנטי קורה עם פרקים פלסטיים(‏•קורות מסגרת:‏עםפרקים פלסטיים•תקרות מרתף:‏טבלה‏)פלטה(‏•גרעין:‏• קליפה דקה10

Progressive Collapse •כשל לא פרופורציונאלי של המבנה כולו או חלק גדול ממנו.‏נגרם כתוצאה מהרס מקומי מוגבל של אלמנטים נושאים••התפשטות ההרס כלפי מעלהו/אולצדדים עקב איבוד השענה,‏•כשל בכפיפה ובחדירה.‏התפשטותכלפי מטה כתוצאה מתוספת משקלונגיפה.‏•‏)עומס דינמי(‏ בשלנפילת חלקי מבנה.‏11

• בניין פדראלי בן 22 קומותפיצוץ משאית תופת בחזית הרס עמודהתמוטטות של חלק גדול מהבניין••168 הרוגים,‏ 680 פצועים,‏ נזק $658M•12

נהרס עמוד אחד בחזית בקומת קרקעכשל של קורת מעבר(transfer girder)אבדן סמך של תקרות שטוחות בחזיתעומס עילוי על תקרות קרובות לפיצוץכשל תקרות שטוחות בכפיפה וחדירההתפתחות הרס כלפי מעלה ופנימהקריסת עמודים כתוצאה מאובדן•••••••סמכים אופקיים13

כשל לא פרופורציונאלי של המבנה כולו או חלק גדול ממנונגרם כתוצאה מהרס מקומי מוגבל של אלמנטים נושאים••‏)בעקבות פיצוץ – פח"ע,‏גז...(‏התפשטות ההרס כלפי מעלהו/אולצדדים עקב איבוד•היציבות.‏התפשטותכלפי מטה כתוצאה מתוספת משקלונגיפה•‏)עומס דינמי(‏ בשלנפילת חלקי מבנה.‏14

• ת"י 466 דורש תכן לצמצום סכנת התמוטטות בשרשרתהקניית המשכיות סטרוקטורלית ומשיכותמניעת החלשות פתאומית של רכיבים נושאים••דרכים• מוצעות 3 לפעולה:‏חיזוק בחגורות בטון שתי וערב אופקיות ואנכיות;‏ אותכן של מערכת סטטית חלופית;‏ או••חיזוק רכיבים‏)כאשר הנ"ל לא אפשרי(‏•אין קריטריונים מפורשיםלאנליזה ותכן ישיר של מערכת•סטטית חלופית במבנים למניעת להתמוטטות בשרשרת15

בדיקה להתמוטטות בשרשרת לפיUFC 4-023-03 (2009)(ASCE 41: Seismic Rehabilitationof Existing Buildings)שיטות התכן‏)קטגוריית חשיבות(‏תכן ישירקטגורית חשיבותקבוצת חשיבותמקבילהדרישות לתכן למניעת התמוטטותבשרשרתב-ת"י 413UFC 4-023-03•שיטת הנתיב החלופיאין דרישה מיוחדת-OC Iשיטת החיזוק המקומיגחלופה 1: חגורות המשכיות,‏ או2: חלופהנתיב חלופיOC IIOC IIIתכן עקיףבנתיב חלופיחיזוק מקומי בקומת הקרקע•OC IVחגורות המשכיותאנתיב חלופיחיזוק מקומי בקומת הקרקע ובקומה א'‏•16

שיטת הנתיב החלופינטרול עמודים/‏ קירות לפי חשיבות הבנייןפרקים פלסטיים בקורות ועמודיםמנגנוני כשל מחולקים לשני סוגים•••(Force Controlled Actions) משיכים (Deformation Controlled Actions) פריכים Force Controlled ActionDeformation Controlled Action) ( V) ( P ,V1VP) ( MM---V ,Mאנליזה מבנית להתמוטטות בשרשרת סטטית לינארית•---PPM ,PM ,V ,PP------V2 M ,V ,Pאנליזה סטטית לא-לינאריתאנליזה דינמית לא-לינארית17

אנליזה דינמית לא לינאריתהשיטה המדויקת ביותר,‏ מיושמת ללא הגבלותמודל אנליטי מרחבי••אי-לינאריות חומרית‏)אלסטו-פלסטיות(‏•• לינאריות ‏)אי גיאומטרית )P-מצב לא מופר משמש תנאי התחלה לפתרון(Stage Construction(•18

פרקים פלסטייםממוקמים ברצועות‏)סמך ושדה(‏•מומנט נזילה:‏ עקום מומנט-עקמומיות שלחתךעקומי מומנט-סיבוב אלסטו-פלסטיים••אופני כשל:‏כפיפה;‏ חדירה;‏ חפיה או עיגון•• ערכי הפרמטרים ,a ,b c תלויים ב-‏קיום זיון המשכיות תחתון בצומת קורה-עמודVg V0/ יחס כוח חדירה לתסבולת19

V g /V 0 0.4קריטריון קבלה לתכן בתקרה Criteria) )Acceptanceסיבוב פלסטי גבוליתקרה כאלמנט ראשיV‏)יחס g V/ 0 כוח גזירה לתסבולת בעמוד קריטי(‏•כשל בחדירה pl =0V g /V 0 0.4•כשל בכפיפה pl =0.05 RadV g /V 0 0.2•Vg/V0 0.2שונה עבור / משנירכיב ראשיתקרה כאלמנט ראשי•מאחר וכאן מבוצעת בדיקה ולא תכןנשתמש בעקום עבור כשל בכפיפהתוך בדיקת החדירה בעמוד קריטי•20

קריטריון קבלה לתכן בקורה ותקרה כאלמנט משניסיבוב פלסטי גבוליתקרה כאלמנט משני V g /V 0 0.4קורת מסגרת– מנגנון כשל בכפיפה21

BIOLSCPCDEIO –Immediate OccupancyLS - Life SafetyCP – Collapse PreventionC – CollapseD – Drop in capacityE – End point (displacement limit reached)23

ASCE 7 – 2010תקןעומסים המבוסס על ידע עדכני ביותר,‏וכולל:‏קטגוריית תכן סיסמיA-F ‏)תלויה בקבוצת אכלוס ותאוצה ספקטרלית(‏•רמות משיכות:‏ קירות –רמות;‏ מסגרות –3 רמות2•)=1.3 (יתירות על ‏"קנס"‏נמוכה של מערכת הקשחה•• מקדם הקטנת כוח (R) תלוי במערכת נושאת,‏ מערכת הקשחה ורמת משיכותעבור מערכת נושאת של מסגרת מרחבית‏)עמודים/קורות או תקרות(‏•קירות הקשחה משיכיםR=6מערכת דואלית7=R ‏)מסגרות מקבלות 25% מכוח הגזירה(‏• הגבלות לקטגורה D: אסורה רמת משיכות נמוכה;‏ הגבלה על גובה המבנה27

כשל ראשון בכפיפהRemovedcolumnכשל ראשון – מתרחש בשדהt = 0.28 sec; δ = 24.7 cm29

התפתחות כשל בשרשרת בכפיפה לכל גובה הבניין30

כשל בחדירה בעמודי החזיתעלול לגרום להתפשטות אופקית של ההרסעמוד חזיתעמוד פנימיt = 0.24 sec; δ = 20 cm31

LSבתזוזה מרבית- פרקים פלסטיים בקורה ותקרה ברמת תכןRemovedcolumnt = 0.28 sec; δ = 24.7 cm32

שקיעה מתרסנת )12.5 ס"מ(‏ –ללא התמוטטות בשרשרת33

פרמטרים לתכן בשני הבנייניםבניין א'‏ ‏)גרעין(‏בניין ב'‏ ‏)גרעין ומסגרת(‏יתירות 1.3=נמוכהיתירות גבוהה1.0= ‏)כולל לפיתול(‏••מקדם הפחתת עומס 6=K• מקדם הפחתת עומס 7=K•‏)מסגרת 25%(גרעין נושא 100% מהעומס• גרעין נושא 75% מהעומס•• עומס תכן אופקי – 50% מבניין א'‏T = 2.38 sec•T = 2.01 sec•)7.3%G( V = 25,870 kN•)12.2%G( V = 44,000 kN•34

בניין ב'‏ - חלוקת עומסים בין גרעין למסגרת% כוח הגזירה במסגרת לגובה הבניין כוחות הגזירה באלמני ההקשחה לגובה הבנייןבנייןקומת קרקעמסגרתגרעיןקומת קרקע35

השוואת כמויות בטון ופלדת זיוןבניין א'‏ ‏)גרעין(‏בניין ב'‏ ‏)גרעין ומסגרת(‏850 מ"ק1,700 מ"קבטון בגרעין –• בטון בגרעין –•43 טון )0.65%(133 טון )1%( •זיון ראשי בגרעין –זיון ראשי בגרעין –•585 מ"ק• תוספת בטון במסגרות –50 טון• זיון נוסף במסגרות –• סה"כ חיסכון בבטון - 265 מ"ק• סה"כ חיסכון בפלדת זיון - 40 טון• חיסכון משמעותי ביסודות הגרעין36

• נבחנו 2 תצורות של מערכת הקשחה של בניין עם תקרות שטוחותבניין א':‏גרעין מרכזי•בניין ב':‏גרעין מרכזיעם מסגרות היקפיות‏)מערכת דואלית(‏•למערכת דואליתיש ‏)בניין ב'(‏יתרונות משמעותיים•מניעת התמוטטות בשרשרת עקב הרס עמודיתירות גבוהה:‏ מערכת יעילה,‏ אמינה ובטוחה יותר לעומס סיסמיכוח תכן סיסמי קטן יותר באופן משמעותי מאשר גרעין בלבדחיסכון בכמויות הבטון,‏ פלדת הזיון בשלד ובכמות היסודות••••• מענה משולב לשני סיכונים משמעותיים הקיימים בישראל:‏רעידתאדמהופעילות עוינת37