Ustanovení normy se nevztahují na zvláštní konstrukce, jako jsou jaderné elektrárny, plošiny v moři a velké přehrady [1] . Účelem těchto pravidel je zajistit, aby při zemětřesení
- byly uchráněny lidské životy;
- byly omezeny škody;
- konstrukce důležité pro ochranu obyvatel zůstaly schopné provozu.
Zemětřesení představuje zatížení, které se z podloží přenáší na konstrukci. Zatížení tak odpovídá souboru vynucených deformací nebo zrychlení. Pro skládání tohoto zatížení do kombinací s jinými zatíženími (užitné zatížení, sníh a podobně) v definovaných návrhových situacích podle kombinačních pravidel normy DIN EN 1990 je zatížení vyvolané zemětřesením přímo klasifikováno jako seizmické zatížení.
Požadavky na konstrukce
Konstrukce v seizmických oblastech musí splňovat s příslušným stupněm spolehlivosti požadavky ohledně vyloučení zřícení a omezeného poškození.
Z hlediska vyloučení zřícení je třeba zajistit, aby konstrukce odolala danému zemětřesení bez zřícení celku nebo její části, a zachovala si přitom konstrukční celistvost a zbytkovou únosnost. Návrhová hodnota seizmického zatížení se přitom stanoví na základě referenční doby návratu TNCR = 475 let [2]. To odpovídá pravděpodobnosti výskytu nebo překročení 10% v průběhu 50 let.
Dále musí být konstrukce navržena a provedena tak, aby vydržela seizmické zatížení o větší pravděpodobnosti výskytu, než je návrhová hodnota seizmického zatížení, beze škod a bez takových s nimi spojených omezení provozu, že by jejich cena byla neúměrně vysoká ve srovnání s cenou stavby [1]. Tento návrh ovšem německá národní příloha při posouzení seizmických zatížení opomíjí.
K rozlišení požadované spolehlivosti slouží roztřídění konstrukcí do tříd významu. Každé třídě je přiřazen součinitel významu γI, kterým se násobí referenční seizmické zatížení pro stanovení návrhového seizmického zatížení [1]. Třída významu II odpovídá TNCR referenčního seizmického zatížení.
| Třída významu | Budova | Součinitel významu γI |
|---|---|---|
| I | Pozemní stavby malého významu pro veřejnou bezpečnost a s nízkým pohybem osob (zemědělské stavby a podobně) | 0,8 |
| II | Běžné stavby, které nespadají do jiné kategorie (menší bytové stavby a administrativní budovy, dílny a podobně) | 1,0 |
| III | Stavby, jejichž odolnost vůči zemětřesení je velmi důležitá s ohledem na následky, jež by mělo jejich zřícení (rozsáhlé bytové objekty, správní budovy, školy, shromaždiště, obchodní domy a podobně) | 1,2 |
| IV | Stavby, jejichž nepoškození v případě zemětřesení je velmi důležité pro ochranu veřejnosti (nemocnice, významná zařízení civilní ochrany, objekty bezpečnostních složek, hasičské stanice a podobně) | 1,4 |
Kritéria splnění požadavků - mezní stavy
Pro splnění stanovených požadavků na konstrukci pro případ zemětřesení je třeba posoudit mezní stavy únosnosti a použitelnosti.
Mezní stavy únosnosti jsou spojeny se zřícením nebo s jinou formou porušení konstrukce [1]. Aby byly požadavky splněny, je třeba zajistit duktilitu a stabilitu celé budovy včetně všech základových prvků a podloží.
Mezní stavy použitelnosti jsou oproti tomu spojeny s takovým poškozením, které znemožňuje další používání k určitým účelům [1]. Odpovídající stupeň spolehlivosti proti nepřípustnému poškození musí být zajištěn dodržením mezních hodnot deformací. U konstrukcí důležitých pro ochranu osob musí být prokázáno, že nosný systém má dostatečnou odolnost a tuhost k tomu, aby se ve stavbách udržely funkční životně důležité provozy.
Duktilita
Zemětřesení zpravidla vnáší do konstrukce energii a vyvolává kmitání [2]. Příslušné kmitání konstrukce i seizmické zatížení závisí na vlastnostech konstrukce. Budova může být navržena na seizmické zatížení tak, že je schopna přenášet poměrně velké působící síly při malé pružné deformaci anebo menší působící síly při větších plastických deformacích. Druhé řešení vede k výrazně vyššímu rozptylu energie, což ovšem vyžaduje fyzikálně nelineární výpočet konstrukce. V praxi se rovnováha mezi zatížením a rozptylem energie řeší pomocí součinitele duktility q v závislosti na klasifikaci duktility [1]. Čím vyšší je třída duktility, tím menší je ekvivalentní seizmické zatížení. Současně však s vyšší třídou duktility rostou požadavky na konstrukční provedení pro zajištění duktility.
| Třída duktility konstrukce | Součinitel duktility q | |
|---|---|---|
| Málo disipativní chování | L (malá) | ≤ 1.5 |
| Disipativní chování | M (střední) | Betonové prvky podle DIN EN 1998-1, kap. 5 Ocelové konstrukce podle DIN EN 1998-1, kap. 6 Spřažené ocelobetonové stavby podle DIN EN 1998-1, kap. 7 Dřevěné konstrukce podle DIN EN 1998-1, kap. 8 Zděné stavby podle DIN EN 1998-1, kap. 9 |
| H (velká) |
seizmické zatížení
Norma pro navrhování konstrukcí odolných proti zemětřesení popisuje pohyby země v určitém bodě na zemském povrchu pomocí spektra pružné odezvy na zrychlení podloží (zvaného rovněž „spektrum pružné odezvy“). Spektrum pružné odezvy je s ohledem na stanovené požadavky na stabilitu konstrukce a omezené poškození stejné.
Vzhledem ke schopnosti většiny nosných systémů odolávat seizmickému zatížení přechodem do nelineární oblasti je třeba provést nelineární výpočet [1]. Duktilní chování konstrukce lze zjednodušeně určit lineárním výpočtem, kdy se spektrum pružné odezvy násobí součinitelem duktility q. Spektrum odezvy upravené součinitelem q se označuje jako „návrhové spektrum“ [1]. Součinitel duktility q je přitom vztažen k 5% viskóznímu tlumení konstrukce.
| Oblast | Funkce návrhového spektra Sd(T) |
|---|---|
| 0 ≤ T ≤ TB | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)] |
| TB ≤ T ≤ TC | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q |
| TC ≤ T ≤ TD | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T |
| TD ≤ T | agR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2 |
S d (T) = pořadnice návrhového spektra
T = perioda vlastních kmitů lineární soustavy s jedním stupněm volnosti
γI = součinitel významu
q = součinitel duktility
agR = referenční špičkové zrychlení podloží
TB, TC, TD = kontrolní periody spektra odezvy
S = součinitel podloží
Referenční špičkové zrychlení podloží agR je místě daná veličina. Hodnota vychází z vyhodnocení seizmických rizik na území Německa. V závislosti na lokálním ohrožení je země rozdělena do seizmických oblastí 0 až 3. Ohrožení uvnitř každé oblasti se považuje za konstantní a je popsáno příslušnou hodnotou referenčního špičkového zrychlení agR [1].
| Seizmická zóna | Hodnota referenčního maximálního zrychleníagR v m/s2 |
|---|---|
| 0 | není uvedeno |
| 1 | 0,4 |
| 2 | 0,6 |
| 3 | 0,8 |
| N/A | není uvedeno |
Kontrolní periody TB, TC, TD definované pro návrhové spektrum a součinitel podloží S jsou rovněž místně dané veličiny a jsou založeny na typu základové půdy a třídě geologického podkladu v místě konstrukce [1].
| podmínky podloží | S | TB v s | TC v s | TD v s |
|---|---|---|---|---|
| A-R | 1,00 | 0,01 | 0,20 | 2,0 |
| B-R | 1,25 | 0,01 | 0,25 | 2,0 |
| C-R | 1.50 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| B-T | 1,00 | 0,01 | 0,30 | 2,0 |
| C-T | 1,25 | 0,01 | 0,40 | 2,0 |
| C-S | 0,75 | 0,01 | 0,50 | 2,0 |
Základová půda závisí na rychlosti šíření smykových vln a dělí se na typy A, B a C [1]:
- Typ základové půdy A
- Nezvětralé (matečné) horniny s vysokou pevností
- Převládající rychlost šíření smykových vln přesahuje 800 m/s
- Typ základové půdy B
- Mírně zvětralé horniny nebo horniny s malou pevností
- Mírně zvětralé horniny, resp. horniny nízké pevnosti nebo hrubozrnné (sypké), příp. smíšené zeminy se značnými třecími schopnostmi s vyšším stupněm ulehlosti, příp. v tuhé konzistenci (např. nesoudržné horniny zatížené ledovcem)
- Převládající rychlost šíření smykových vln se nachází mezi 350 m/s až 800 m/s
- Typ základové půdy C
- Silně až zcela zvětralé horniny
- Hrubozrnné (sypké), příp. smíšené nesoudržné zeminy středně ulehlé, příp. alespoň v tuhé konzistenci
- Jemnozrnné (soudržné) zeminy alespoň v tuhé konzistenci
- Převládající rychlost šíření smykových vln se nachází mezi 150 m/s až 350 m/s
Geologický podklad je rozdělen do tříd R, T a S [1]:
- Třída geologického podkladu R
- Oblasti se skalním podkladem
- Třída geologického podkladu T
- Oblasti přechodu mezi oblastmi třídy R a třídy S a dále oblasti relativně mělkých se-dimentačních pánví
- Třída geologického podkladu S
- Oblasti hlubokých pánví vyplněných mocnými usazeninami
Stanovení místního referenčního špičkového zrychlení podloží a třídy geologického podkladu
Nástroj Geo-Zone Tool společnosti Dlubal Software na webové stránce Oblasti zatížení sněhem, větrem a zemětřesením propojuje ustanovení norem s digitální technologií internetu. V závislosti na zvoleném typu zatížení (sníh, vítr, zemětřesení) a vybrané národní normě nabídne tento nástroj příslušnou mapu oblastí zatížení, založenou na digitální zeměpisné Google mapě. Do vyhledávače může uživatel zadat adresu místa stavby nebo případně zeměpisné souřadnice nebo může myší kliknout na předpokládané umístění konstrukce na mapě. Nástroj pak pro určené místo stanoví na základě přesné nadmořské výšky a vstupních údajů o dané oblasti charakteristické zatížení, respektive zrychlení. Jestliže pro umístění stavby dosud nelze zadat jednoznačnou adresu, můžeme mapu přiblížit a vybrat odpovídající místo. Výpočet se pak upraví na novou nadmořskou výšku a zobrazí se příslušná zatížení.
Tato online služba společnosti Dlubal Software je k dispozici na našich webových stránkách v sekci Řešení → Online služby.
V případě zadání parametrů...
1. typ zatížení = zemětřesení
2. norma = EN 1998-1
3. mapa = seizmická oblast nebo třída geologického podkladu
4. příloha = Německo | DIN EN 1998-1
5. adresa = Domkloster 4, Kolín nad Rýnem
... získáme pro vybrané místo následující výstupní údaje:
6. seizmická oblast
7. třída geologického podkladu
8. případné doplňkové informace
9. referenční špičkové zrychlení podloží agR
