Carichi sismici su edifici in Germania

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La DIN EN 1998-1/NA descrive come determinare i carichi sismici secondo DIN EN 1998-1. La normativa si applica all'ingegneria strutturale in aree sismiche.

Strutture speciali come centrali nucleari, strutture offshore e grandi dighe non sono considerate in queste normative [1] . L'obiettivo dichiarato di queste normative è di assicurare che, in caso di terremoto,

  • la vita umana è protetta,
  • il danno è limitato e
  • Le strutture importanti per la protezione civile restano operative.

Un terremoto rappresenta un'azione sulla struttura indotta dal suolo. L'azione corrisponde quindi ad un gruppo di spostamenti generalizzati o accelerazioni imposte. Per combinare questa azione con altre azioni (carico imposto, neve, ecc.) In situazioni di progettazione definita secondo la combinazione di norme DIN EN 1990, l'azione risultante dall'attività sismica è classificata come azione sismica.

Requisiti funzionali

Le strutture nelle zone sismiche devono soddisfare determinati requisiti in termini di stabilità e limitazione dei danni.

Per quanto riguarda la stabilità strutturale, è necessario garantire che il sistema strutturale resista al terremoto di progettazione definita senza collasso locale o globale, mantenendo così la sua integrità strutturale e una capacità residua di carico dopo gli eventi sismici. In questo caso, il terremoto di progetto di riferimento deve essere determinato con un periodo di ritorno di riferimento di T NCR = 475 anni [2] . Ciò corrisponde ad una probabilità di accadimento o superamento del 10% entro 50 anni.

Inoltre, per quanto riguarda la limitazione dei danni , è necessario assicurarsi che la struttura sia progettata e costruita per resistere a un'azione sismica

avere una probabilità di accadimento maggiore rispetto all'azione sismica di progetto, senza il verificarsi di un danno e le relative limitazioni di utilizzo, i cui costi sarebbero sproporzionatamente elevati rispetto ai costi della struttura stessa [1] .
Tuttavia, questo progetto è negato nell'appendice sismica nazionale tedesca.

L'affidabilità dei target per il requisito di non collasso e per il requisito di limitazione dei danni sono implementati classificando le strutture in diverse classi di importanza. Ad ogni classe di importanza è assegnato un coefficiente di importanza γI , che funge da valore di modifica dell'azione sismica di riferimento per determinare il sisma di progetto [1] . La categoria di significato II corrisponde al T NCR dell'estinzione da terremoto di riferimento.

Categoria di importanzasistema staticoSignificato γ I
i
Edifici di minore importanza per la sicurezza pubblica (ad esempio
edifici agricoli ecc.)
0.8
II
Edifici ordinari non appartenenti alle altre categorie (piccoli edifici residenziali e uffici, officine, ecc.)
1,0
IIIEdifici la cui resistenza sismica è importante in considerazione delle conseguenze associate ad un crollo (grandi edifici residenziali, scuole, aule, centri commerciali, ecc.)1.2
Iv
Edifici di cui l'integrità durante i terremoti è di vitale importanza
importanza per la protezione civile (ospedali, importanti strutture di protezione civile, vigili del fuoco, personale di sicurezza, ecc.)
1.4

Criteri di selezione - Stati limite

Per soddisfare i requisiti funzionali definiti di un edificio in una situazione sismica, è necessario verificare gli stati limite ultimi e di esercizio.

Gli stati limite ultimi descrivono possibili scenari di collasso o altri fallimenti del sistema strutturale dell'edificio considerato [1] . Per garantire la conformità, è necessario garantire la duttilità rispetto ai requisiti e la stabilità strutturale dell'intero edificio, compresi tutti i componenti di fondazione e il terreno.

Tuttavia, gli stati limite di esercizio si concentrano sul danno che limita lo stato di esercizio [1] . Per garantire una sufficiente affidabilità contro i danni, è necessario garantire i limiti di deformazione pertinenti. Inoltre, gli edifici importanti devono essere progettati come adeguatamente rigidi per proteggere la popolazione con una resistenza sufficiente per mantenere i servizi più importanti.

Duttilità

In generale, un terremoto porta alla generazione di energia in un edificio e induce vibrazioni [2] . L'oscillazione dell'edificio corrispondente e il carico sismico dipendono dalle proprietà dell'edificio. Per quanto riguarda i terremoti, gli edifici possono essere progettati in modo tale da poter sopportare forze ad azione relativamente elevata con poca deformazione elastica o forze ad azione minore con deformazioni plastiche maggiori. La seconda soluzione porta ad una dissipazione di energia significativamente più alta, che richiede un calcolo fisicamente non lineare del sistema strutturale. In pratica, l'equilibrio tra il carico e la dissipazione di energia è affrontato utilizzando un coefficiente comportamentale q secondo una certa classificazione di duttilità [1] . Maggiore è la classe di duttilità, minore è lo stress sismico equivalente. Tuttavia, maggiore è la classe di duttilità, maggiori saranno i requisiti di progettazione strutturale per garantire la duttilità.

Acceda al suo account per scaricare l'ultima versione:Classe di duttilità della strutturaFattori di comportamento q
Comportamento strutturale a bassa dissipazioneDCL (Basso)≤ 1.5
Analisi strutturale di dissipazione strutturale strutturaleDCM (media)Componenti in calcestruzzo secondo DIN EN 1998-1, capitolo 5
Strutture in acciaio secondo DIN EN 1998-1, capitolo 6
Strutture composite in acciaio e calcestruzzo secondo DIN EN 1998-1, capitolo 7
Strutture in legno secondo DIN EN 1998-1, capitolo 8
Strutture in muratura secondo DIN EN 1998-1, capitolo 9
DCH (alto)

azione sismica

La norma sui terremoti descrive il movimento del suolo che si verifica in un certo punto sulla superficie terrestre con uno spettro di risposta di accelerazione del terreno elastico (noto anche come spettro di risposta elastico). Lo spettro di risposta elastico è identico per quanto riguarda i requisiti stabiliti per la stabilità strutturale e la limitazione dei danni.

Poiché la maggior parte delle strutture supporta una reazione non lineare per ridurre l'azione sismica, per il calcolo è necessario un calcolo non lineare [1] . Per semplificare, è possibile determinare il comportamento duttile degli edifici con un calcolo lineare sulla base di uno spettro di risposta elastico modificato con il coefficiente di comportamento q. Lo spettro di risposta modificato con q è chiamato spettro di progetto [1] . Il coefficiente di comportamento q è relativo ad uno smorzamento viscoso del 5% della struttura.

Immagine 01 - Spettro di progetto

ZonaFunzione dello spettro di progetto S d (T)
0 ≤ T ≤ T Ba gR ⋅ γ I ⋅ S ⋅ [1 + T / T B ⋅ (2,5 / q - 1)]
T B ≤ T ≤ T Ca gR ⋅γ γ S ⋅ 2.5 / q
T C ≤ T ≤ T Da gR ⋅ γ I ⋅ S ⋅ 2.5 / q ⋅ T C / T
T D ≤ Ta gR ⋅γ γ S ⋅ 2.5 / q ⋅ (T C ⋅ T D ) / T2

S d (T) = ordinata dello spettro di progetto
T = durata dell'oscillazione di un vibratore lineare a singola frequenza
γ I = coefficiente di significatività
q = coefficiente di comportamento
a gR = valore di picco di riferimento dell'accelerazione del terreno
T B , T C , T D = periodi di controllo dello spettro di risposta
S = parametri dello sfondo

Il valore di riferimento massimo dell'accelerazione del terreno a gR è un valore specifico del sito. Il valore risulta da una valutazione di pericolosità sismica della Repubblica federale di Germania. A seconda del pericolo locale, il paese è raggruppato nelle zone sismiche corrispondenti, da 0 a 3. Si suppone che in ciascuna zona il rischio sia costante e memorizzato con un corrispondente valore di picco di riferimento dell'accelerazione del terreno a gR [1] .

Zona sismicaValore di picco di riferimento dell'accelerazione del terreno a gR in m / s 2
0Non specificato
10.4
20.6
30.8
n/aNon specificato

Immagine 02 - Diagramma delle zone sismiche

Anche i periodi di controllo TB , TC e TD e il coefficiente del terreno S definiti per lo spettro di progetto sono valori specifici del sito e si basano su una combinazione di classe di fondazione del terreno e classe di sottosuolo [1] presente al posto di costruzione.

condizioni del sottosuolo[THESIS.THESISTITLE]T B in sT C in sT D in s
AR1.000,010.202,0
BR1.250,010,252,0
CR1,500,010.302,0
Bt1.000,010.302,0
CT1.250,010.402,0
CS0.750,010.502,0

Il suolo, che dipende dalla velocità di taglio, è suddiviso nelle classi A, B e C [1] :

  • Grado subsound A
    • Rami rigidi non stagionati (freschi) ad alta resistenza
    • Le velocità di onda dominante sono superiori a circa 800 m / s
  • Classe di sottofondo B
    • Rocce dure moderatamente alterate o rocce dure con bassa resistenza
    • Terreno non consolidato a grana grossa (granulare) o misto-grano con elevate proprietà di attrito in una consistenza densa o solida (ad esempio, roccia allentata soggetta a debole coesione)
    • Le velocità dominanti delle onde di taglio sono comprese tra circa 350 m / se 800 m / s
  • Classe del suolo C
    • Rocce solide fortemente o completamente esposte all'aria
    • Terreno non consolidato (granulare) o misto-grano in terreno a media densità o almeno in consistenza rigida
    • Suolo a grana fine (coesivo) con una consistenza almeno rigida
    • Le velocità dominanti delle onde di taglio sono comprese tra circa 150 m / se 350 m / s

Il sottosuolo geologico mutevole tra roccia e sedimento si divide nelle classi R, T ed S [1] :

  • Classe di sottostrato R
    • Aree prevalentemente caratterizzate da rocce
  • Classe di sottostrato T
    • Zone di transizione tra il grado R del sottosuolo e la classe S del sottosuolo, nonché le aree di bacini sedimentari relativamente poco profondi
  • Classe di sottostrato S
    • Aree di strutture profonde del bacino con uno spesso strato sedimentario

Immagine 03 - Diagramma delle classi del sottosuolo

Determinazione del valore di picco di riferimento locale dell'accelerazione del terreno e della classe di fondo

Lo strumento Geo-Zone , che si trova nella pagina web di Dlubal Mappe di zonizzazione per neve, vento e sisma, include i requisiti standard e le soluzioni digitali di Internet. A seconda del tipo di carico selezionato (neve, vento, azione sismica) e della norma specifica del paese, questo strumento determina i dati corrispondenti sulla base di Google Maps. Inserisci la posizione, le coordinate geografiche o le condizioni locali nella funzione di ricerca per ottenere i dati pertinenti. Lo strumento determina quindi il carico caratteristico o l'accelerazione in questa posizione per mezzo dell'altezza esatta sul livello del mare e dei dati della zona inseriti. Se è impossibile definire la posizione tramite un indirizzo specifico, è possibile ingrandire la mappa e selezionare la posizione corretta. Con lo spostamento del marcatore, il calcolo si adegua alla nuova altitudine e mostra i carichi attuali.

Il servizio online è disponibile sul sito internet di Dlubal a Solutions → Online Services.

Definendo i parametri ...

1° Tipo di carico = terremoto
2° Normativa = EN 1998-1
3° Piano piano = zona sismica o classe di fondo geologico
4. Allegato = Germania | DIN EN 1998-1
5. Indirizzo = Domkloster 4, Colonia

... per la posizione selezionata si ottengono i seguenti risultati:

6. Zona sismica
7. Classe del sottosuolo
8. Ulteriori informazioni, se necessario
9. Il valore di picco di riferimento dell'accelerazione del terreno a gR

Immagine 04 - Servizio online Dlubal

Autore

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Ingegneria del prodotto e assistenza clienti

Mr. Niemeier è responsabile dello sviluppo di RFEM, RSTAB e dei moduli aggiuntivi per le strutture a membrana tesa. Inoltre, è responsabile dell'assicurazione della qualità e dell'assistenza clienti.

Parole chiave

Sismica Carico sismico Accelerazione di picco del terreno  Rapporto di fondo Classe del substrato Classe del terreno Zona sismica Categoria di importanza Coefficiente di comportamento Duttilità Fattore di significato

Riferimento

[1]   Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings; EN 1998‑1:2004/A1:2013
[2]   Albert, A. (2018). Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen (23rd ed.). Cologne: Bundesanzeiger.

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  • Aggiornato 4. novembre 2021

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Programma principale

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Prezzo della prima licenza
3.540,00 USD
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Programma principale

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