raziskave in razvoj
UDK: 624.011.1:624.042.7
strokovni ~lanek
Izhodišča za projektiranje potresnoodpornih montažnih hiš
avtorja asist. dr. Bruno DUJIČ in izr. prof. dr. Roko ŽARNIĆ; oba univ. dipl. in‘. gradb. Fakulteta za gradbeni{tvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana
izvleček
Pri gradnji lahkih monta‘nih objektov na potresnih obmo~jih se pogosto postavlja vpra{anje o varnosti tovrstnih objektov pri potresni obte‘bi. Tudi gradbeniki oziroma konstruktorji ne znamo zanesljivo odgovoriti na to vpra{anje, ~e ne poznamo mehanskih lastnosti osnovne enote konstrukcijskega nosilnega sistema, ki jo predstavlja poln segment stene (dol‘ine okoli 240 cm in eta‘ne vi{ine). Vsak od proizvajalcev monta‘nih objektov uporablja lasten sistem za izvedbo stenskih elementov, ki se jim zaradi zelo {iroke izbire razli~nih materialov in veznih sredstev z ra~unskimi metodami ne da dolo~iti mehanskih lastnosti, ki so potrebne za dolo~itev nosilnosti in stabilnosti objekta. Eksperimentalno dolo~en odziv osnovnega stenskega elementa pri kombinirani navpi~ni in cikli~no spreminjajo~i se vodoravni obte‘bi je tako osnova za izra~un celotne konstrukcije, ki ji pri na~rtovanju, dimenzioniranju in konstruiranju zagotovimo dolo~eno potresno varnost.
Klju~ne besede: lahki monta`ni objekti, stenski elementi, potresna ob-te`ba, potresna varnost, na~rtova-nje, konstruiranje, dimenzioniranje
Uvod
V slovenskem prostoru gradimo vse ve~ monta‘nih objektov z leseno okvirno konstrukcijo predvsem zaradi ekolo{ke osve{~enosti ljudi, ekonomi~nosti gradnje pri porabi materiala in ~asa ter drugih prednosti, ki jih nudijo lahke lesene konstrukcije v primerjav s konstrukcijami iz druga~nih materialov. Proizvajalci in investitorji ‘e ka‘ejo ‘elje po graditvi ve~nadstropnih objektov in monta‘nih konstrukcij ve~jih dimenzij. Nekaj jih je bilo ‘e zgrajenih v zadnjih letih. Pri nas omejitve vi{ine oziroma {tevila eta‘ v objektih z leseno okvirno konstrukcijo ni. Ve~ina dr‘av v Evropi in Skandinaviji je to omejitev postavila na osnovi po‘arne varnosti, v potresno ogro‘enih dr-‘avah pa so omejitve v {tevilu eta‘ dolo~ene predvsem zaradi potresnega vpliva na lesene okvirne konstrukcije. Vendar je in‘enirsko znanje o obna{anju lesenih okvirnih konstrukcij na potresnih podro~jih nasproti znanju o obna{anju konstrukcij iz druga~nih materialov zelo pomanjkljivo. Pri lesenih okvirnih konstrukcijah kljub natan~nemu poznavanju lastnosti uporabljenih materialov (les, vezna sredstva in oblo‘ne plo{~e) ne poznamo lastnosti
sestavljenih elementov. Zato je treba pri lesenih okvirnih konstrukcijah natan~no poznati obna{anje stikov, sidri{~ in stenskih elementov pri cikli~no spreminjajo~i se obte‘bi, da lahko analiziramo obna{anje celotne lesene konstrukcije. V za~etku je nujno eksperimentalno raziskati sistem nosilne konstrukcije, ki jo dolo~en proizvajalec uporablja za izdelavo predizdelanih velikosten-skih elementov. Izvesti je treba naj-osnovnej{e eksperimentalne preiskave segmenta stene in tipi~nega stika, iz katerih dolo~imo mehanskih lastnosti nosilne konstrukcije.
Potresni vpliv na monta‘ne objekte
Osnovni element konstrukcije pri monta‘nih hi{ah je kompozitni stenski element – panel. Stenski element prena{a navpi~no obte‘bo (lastno te‘o konstrukcije, stalno in ob~asno obte‘bo), hkrati pa pri delovanju potresa ali vetra prevzema vodoravno obte‘bo in zagotavlja konstrukciji dolo~eno togost. Panel je sestavljen iz okvira, ki ga sestavljajo medsebojno povezani elementi iz masivnega lesa (pokon~niki in pre~-niki). Leseni okvir je ve~inoma obojestransko zaprt z razli~nimi vrstami
Les 54(2002) 1-2

raziskave in razvoj
oblo‘nih plo{~, ki so izdelane na osnovi lesa ali na osnovi druga~nih materialov, kot sta npr. mavec in cement z razli~nimi dodatki (vezane plo{~e, OSB plo{~e, mav~ne-karton-ske in mav~no-vlaknene plo{~e, cementno-iverne plo{~e ter druge). Elementi so v steno (slika 1) povezani z veznimi sredstvi (jeklene sponke, ‘eblji, vijaki ...), ki se razlikujejo od sistema do sistema.
Slika 1. Stenski element sestavljen iz lesenega okvira in z mehanskimi veznimi sredstvi nanj pritrjenih oblo‘nih plo{~
Objekti z nosilno leseno okvirno konstrukcijo, kot so monta‘ne hi{e, so te‘ko izra~unljivi zaradi velikega {tevila mehanskih veznih sredstev, ki se ‘e pri majhnih obte‘bah obna{ajo nelinearno. V ve~ini primerov se konstrukcije deformirajo in po{ko-dujejo prav zaradi podajnosti stikov med elementi. Do sedaj je slonela presoja o potresni varnosti monta‘-nih objektov predvsem na grobi oceni, da so lahki monta‘ni objekti potresno varni zaradi majhne lastne te‘e konstrukcije. Vendar je treba kljub precej manj{i lastni te‘i konstrukcije upo{tevati, da so stenski elementi monta‘nih hi{ veliko manj nosilni in precej bolj deformabilni, kot pa so masivnej{i stenski elementi, ki so izdelani iz druga~nih materialov (kamen, opeka, armirani be-

ton, jeklo). Poleg tega imajo nosilni elementi v lahki monta‘ni konstrukciji v kon~nem smislu enako vlogo v objektu pri prenosu stalne in koristne obte‘be kot v bolj masivnih konstrukcijah.
Obna{anje posameznih monta‘nih objektov med potresom je predvsem odvisno od tlorisne zasnove ter zasnove konstrukcije po vi{ini, dimenzij posameznih elementov, vrste uporabljenih materialov in veznih sredstev, konstrukcijskih detajlov, izvedbe stikov med lesenimi elementi, premi{ljenega na~rtovanja nosilne konstrukcije in od kvalitete izdelave. Hkrati pa je glede na lastno nihajno dobo konstrukcije pomemben tudi frekven~ni sestav, pospe{ek in amplitude potresnega nihanja tal. ^e primerjamo lastnosti, ki dobro in slabo vplivajo na njihov odziv, lahko povzamemo, da se v splo{nem lesene okvirne konstrukcije obna{ajo dobro pri potresni obte‘bi, ~e so pravilno na~r-tovane. Manj{a masa lesene konstrukcije povzro~i manj{e vztraj-nostne sile na nosilni konstrukciji, ki se porazdelijo na veliko {tevilo konstrukcijskih sklopov oziroma stikov. Ve~ina mehanskih stikov v lesenih konstrukcijah se obna{a duktilno in so sposobni disipirati veliko koli~ino energije prek histereznega du{enja in trenja. Meh~anje stikov povzro~i pove~anje lastne nihajne dobe konstrukcije, kar pa posredno vpliva na zmanj{anje sil v konstrukcijskih elementih. Vendar tega ne moremo posplo{iti na vse vrste lesenih konstrukcij, saj se lesene okvirne konstrukcije oziroma lahki monta‘ni objekti medsebojno mo~no razlikujejo ‘e v sami osnovi kompozitnega stenskega elementa zaradi uporabe razli~nih materialov in veznih sredstev.
Podatki iz predhodnih potresov ka-
‘ejo, da so tudi lesene konstrukcije lahko potresno ogro‘ene, ~e jim v fazi na~rtovanja ne zagotovimo ustrezne nosilnosti in togosti. To pomeni, da je treba na potresno ogro‘enih pod-ro~jih, kamor sodi tudi Slovenija, tako lesene konstrukcije kakor tudi druge konstrukcije skrbno na~rtovati ter ra~unsko izkazati njihovo potresno varnost.
Trenutno v Sloveniji nobeden od proizvajalcev lahkih monta‘nih objektov v stati~ni analizi tehni~ne dokumentacije projekta za izdajo gradbenega dovoljenja ne ovrednoti potresne odpornosti objekta. Dina-mi~na ra~unska analiza za tovrstne objekte je brez predhodnih eksperimentalnih preiskav stenskih elementov in stikov trenutno neizvedljiva. Zato sta eksperimentalni preiskavi tipskega stika in kompozitnega stenskega elementa, ki ju uporablja dolo~en proizvajalec za izdelavo nosilnih sten, nujno potrebni za mo‘-nost izra~una monta‘nih objektov razli~nih oblik na potresno obte‘bo. Iz eksperimentalno dolo~enega odziva mehanskega stika in stenskega elementa pri cikli~no spremenljivi obte‘bi izhajajo osnovni parametri, na osnovi katerih z ra~unskimi orodji izra~unamo odziv celotnega objekta na vodoravno oziroma potresno obte‘bo.
Eksperimentalne preiskave
Na Katedri za presku{anje materialov in konstrukcij na Fakulteti za gradbeni{tvo in geodezijo v Ljubljani v okviru raziskav potresne odpornosti lesenih objektov izvajamo tudi eksperimentalne preiskave stenskih elementov lesenih okvirnih konstrukcij (slika 2), mehanskih stikov (slika 3) in sidri{~ pri cikli~no spre-minjajo~i se obte‘bi. Izdelali smo
ijaLes 54(2002) 1-2
raziskave in razvoj
Slika 2. Preiskava tipskega stenskega elementa, sestavljenega iz dveh panelnih enot
Slika 3. Preiskava mehanskega stika med oblo‘no plo{~o in lesenim okvirom
univerzalno napravo, ki je potrebna za eksperimentalne preiskave osnovnih stenskih elementov monta‘nih hi{ pri kombinaciji vodoravne in navpi~ne obte‘be (slika 2). Naprava omogo~a presku{anje konzolnih sten. Razlog za izdelavo tak{ne naprave so konstantna navpi~na obte‘ba med vodoravnim obte‘evanjem in natan~-no dolo~eni robni pogoji, ki jih moramo zagotoviti preizku{ancu med preiskavo. Zagotoviti moramo odziv stenskega elementa z mo‘nostjo deformiranja tako lesenega okvira, oblo‘ne plo{~e kakor tudi mehanskih veznih sredstev. Dejanski odziv pri spremenljivi obte‘bi stenskega elementa dolo~a obna{anje mehanskih veznih sredstev, zato je izredno pomembno, da z mehanizmi vpenjanja oziroma sidranja panela v preizku-{evalno napravo ne prepre~imo mo‘-nosti deformacije veznih sredstev in disipacije vnesene energije. Pri dolo-~enih preiskavah iz literature je bilo mo~ zaslediti, da niso bili med preiskavo zagotovljeni omenjeni robni pogoji, kar je pripeljalo do napa~nih rezultatov.
Iz eksperimentalnih preiskav osnovnega stenskega elementa dolo~ene
sestave dobimo njegov odziv pri kombinaciji navpi~ne in spreminja-jo~e se vodoravne obte‘be. Iz odziva dolo~imo za~etno togost, nosilnost, duktilnost, upadanje togosti pri po-novitvenih ciklih, disipacijo energije ter mehanizem poru{itve. Iz ugotovljenih karakteristik obna{anja izdelamo matemati~ni model stika in stenskega elementa, s katerim lahko simuliramo odziv elementa in celotne konstrukcije na potresno obte‘bo.
Na~rtovanje potresnoodpornih monta‘nih objektov
Pri projektiranju monta‘nih objektov na potresnih obmo~jih je treba dolo~iti potresno obte‘bo na nosilni konstrukciji zaradi vztrajnostnih sil, ki jih povzro~i gibanje temeljnih tal med potresom. Stavbe je treba projektirati na potresno obte‘bo, ki lahko na dolo~eni lokaciji z dolo~eno verjetnostjo nastopi na konstrukciji. Pri potresih z veliko verjetnostjo, da se zgodijo v ‘ivljenjski dobi objekta, je treba dimenzionirati elemente na mejne deformacije konstrukcije, ki jih lahko dopustimo pri nadaljnji uporabi objekta glede na nastalo {kodo, ki je {e dopustna v primerjavi z vrednostjo objekta. Pri mo~nej{ih potresih pa moramo konstrukciji zagotoviti dovolj veliko nosilnost, ki ji zagotavlja varnost pred poru{itvijo (slika 4). Pri tem nastanejo dolo~ene po{kodbe v konstrukciji, ki jih lahko z nekoliko ve~jimi za~etnimi vlaganji bistveno zmanj{amo. V potresnem in‘enirstvu namre~ velja na~elo, da se obi~ajni objekti projektirajo tako, da ostanejo v glavnem nepo{ko-dovani med bolj pogostimi {ibkej{imi potresi in da se ne poru{ijo med naj-mo~nej{imi potresi. Tako je treba v fazi na~rtovanja objekta z naro~niki dolo~iti nivo za{~ite objekta. Lastniki se lahko odlo~ijo za ve~jo za{~ito od
Slika 4. Na~rtovanje odziva konstrukcije glede na stopnjo tveganja, ki temelji na verjetnosti dogodka v dolo~enem obdobju
(povzeto iz PEER Research Plan; http://peer.berkeley.edu)
Les 54(2002) 1-2

raziskave in razvoj
tiste, ki jo ponujajo predpisi, kar pomeni nekoliko ve~ja za~etna vlaganja in bistveno zmanj{anje {kode med morebitnim potresom. Vendar pa morajo izvajalci in projektanti na vsak na~in naro~niku zagotoviti predpisano varnost, ki jo je treba z veljavnimi ra~unskimi postopki do-lo~anja potresnega vpliva na posameznih objektih dokazati.
Sklep
Kot gradbeniki in konstruktorji se
moramo zavedati, da je Slovenija veliko bolj potresno ogro‘ena kakor podro~ja zahodne in severne Evrope ter Skandinavije. Zato je potrebno tudi lahke objekte z leseno nosilno konstrukcijo skrbno na~rtovati, upo-{tevajo~ potresno obte‘bo.
S ~asovno oddaljenostjo potresov v miselnosti ljudi potresna nevarnost izgublja pomen in ljudje niso pripravljeni vlagati dodatnih sredstev, ki so povezani s potresno za{~ito, vse dokler ponovno ne ob~utijo posledic
Karlov{ka 3, Ljubljana, tel.: 01/421-46-60, fax.: 01/421-46-64 el.po{ta: revija.les@siol.net, http//www.zls-zveza.si
Skladno s 14. ~lenom pravil ZLS vas vabimo na
volilni ob~ni zbor Zveze lesarjev Slovenije, ki bo
v ponedeljek, 18. marca 2002 ob 12.00 uri v Ljubljani
v prostorih GZS na Dimi~evi 13.
Dnevni red:
1.  Otvoritev ob~nega zbora in izvolitev organov zbora (delovno predsedstvo, volilno komisijo, 2 overoviteljev in zapisnikarja).
2.  Pregled zapisnika ob~nega zbora ZDIT lesarstva Slovenije z dne 21. 11. 2001.
3.  Poro~ilo o delu Zveze lesarjev Slovenije v letu 2001 in zaklju~ni ra~un za leto 2001.
4.  Poro~ilo nadzornega odbora.
5.  Obravnava in potrditev poro~il.
6.  Razre{itev upravnega odbora, nadzornega odbora in ~astnega razsodi{~a.
7.  Izvolitev upravnega odbora (predsednika Zveze in upravnega odbora, podpredsednika, blagajnika), predsednika in dveh ~lanov nadzornega odbora, podpredsednika in dveh ~lanov ~astnega razsodi{~a, dveh namestnikov ~lanov ~astnega razsodi{~a.
8.  Obravnava in potrditev programa dela za leto 2002.
9.  Obravnava in sprejem sprememb Pravil ZLS.
10.  Razno.
Predsednik Zveze lesarjev Slovenije in predsednik upravnega odbora
Asto DVORNIK, univ.dipl.ing, l.r.
mo~nej{ega potresa. Med proizvajalci monta‘nih objektov pa je preve~ opazna miselnost, ki izvira iz potresno neogro‘enih podro~ij zahodne in severne Evrope, kamor tudi najve~ na{ih proizvajalcev monta‘nih objektov prodaja svoje izdelke, da je vetrna obte‘ba prevladujo~a v primerjavi s potresno obte‘bo ter zaradi tega razloga potresne obte‘be ni treba ra~unsko preverjati. Vendar je tudi v primeru ra~unskega preverjanja lahkih lesenih objektov na vetrno obte‘bo treba poznati osnovne mehanske lastnosti tipskega stika in osnovne panelne enote, ki objektu zagotavlja togost in nosilnost na delu-jo~o vodoravno obte‘bo.
Zaradi raznolikosti sistemov gradnje in sestave monta‘nih stenskih elementov pri razli~nih proizvajalcih je treba, da vsak od proizvajalcev najprej eksperimentalno dolo~i odziv tipskega stika med oblo‘no plo{~o in lesenim okvirom ter odziv stenskega elementa v skladu z evropskimi standardi. Velikostenske elemente izdelujejo serijsko, v njih so uporabljeni tipski stiki, vsak stenski element pa je sestavljen iz enakih panel-nih enot. Enoto dolo~a {irina oblo‘ne plo{~e, ki je z dolo~eno vrsto in razporedom mehanskih veznih sredstev pritrjena na leseni okvir. V primeru lesenih okvirnih konstrukcij je stenski element osnovna enota pri konstruiranju celotne konstrukcije. Tako naj bi vsak izmed proizvajalcev z eksperimentalnimi preiskavami najprej dolo~il mehanske lastnosti svoje karakteristi~ne nosilne konstrukcije, kar je osnova za projektiranje potresnoodpornih monta‘nih objektov najrazli~nej{ih oblik.

ijaLes 54(2002) 1-2