Stoica Ana-Maria (cas. Ghita) - Rezumat

1

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREȘTI

Facultatea de Construcţii Civile, Industriale şi Agricole

TEZA DE DOCTORAT

CONTRIBUŢII LA PROIECTAREA

UNOR SOLUŢII STRUCTURALE ŞI

FUNCŢIONALE EFICIENTE PENTRU

CLĂDIRI DE BIROURI ETAJATE

REZUMAT

Doctorand

Asist. ing. Ana-Maria STOICA (căs. GHIŢĂ)

Conducător de doctorat

Prof. univ. emerit dr. ing. Florin Ermil DABIJA

BUCUREŞTI

2013

3

CUPRINSUL TEZEI:

CAPITOLUL 1 : Introducere 1 1.1. Tematica tezei

1.2. Date generale despre clădirile de birouri

1.3. Obiectivele tezei

1.4. Problematica abordată în teză

CAPITOLUL 2: Repere definitorii referitoare la stadiul actual şi tendinţe

în proiectarea funcţională a clădirilor etajate de birouri 4 2.1. Scurt istoric al clădirilor de birouri

2.2. Tipuri de clădiri de birouri

2.3. Volumetria clădirilor de birouri şi soluţii de organizare a spaţiului interior

2.4. Tendinţe actuale în construcţia clădirilor de birouri

CAPITOLUL 3: Tipologie şi caracteristici definitorii ale sistemelor

structurale din beton armat utilizate la clădiri civile etajate 8 3.1. Tipologie şi caracteristici definitorii ale sistemelor structurale

3.2. Performanţe potenţiale ale sistemelor structurale în raport cu expunerea la

acţiunea seismică

3.3. Soluţii reprezentative de planşee pentru structurile multietajate din beton armat

3.4. Tipuri de planşee din punct de vedere al rolului de diafragmă orizontală

CAPITOLUL 4: Concepte şi metode moderne în proiectarea structurală a

clădirilor civile etajate situate în zone seismice 11 4.1. Concepte moderne în evaluarea performanţelor structurale ale clădirilor

4.2. Conceptul proiectării capacităţii de rezistenţă

4.3. Proiectarea la acţiunea seismică a structurilor clădirilor etajate pe baza codului

românesc P100-1/2006 şi pe baza altor coduri

CAPITOLUL 5: Studii de caz asupra sistemelor structurale duale în

vederea creşterii nivelului de performanţă la acţiunea seismică 13 5.1. Structuri cu regim mic de înălţime – 5 niveluri

5.2. Structuri cu regim mediu de înălţime - 10 niveluri

5.3. Structuri cu regim mare de înălţime - 15 niveluri

CAPITOLUL 6: Concluzii 24 6.1. Concluzii şi comentarii

6.2. Contribuţii proprii

BIBLIOGRAFIE 26

Cuvinte cheie: clădiri de birouri, flexibilitate funcţională, performanţă structurală, analiză

static neliniară, structuri duale

4

CAPITOLUL 1 : Introducere

1.1. Tematica tezei

Teza de doctorat “Contribuţii la proiectarea unor soluţii funcţionale şi structurale

eficiente pentru clădiri de birouri etajate” îşi propune să studieze din punct de vedere

funcţional şi structural un tip de clădiri de o mare însemnătate din punct de vedere economic,

urbanistic şi social.

Tema tezei este de mare actualitate, având în vedere că doar în Bucureşti spaţiile de

birouri însumau la sfârşitul anului 2012 o suprafaţă de 2,2 milioane mp, iar în 2013 se

estimează că vor mai fi finalizate încă 135000 mp.

Clădirile de birouri prezintă o problematică aparte în domeniul Ingineriei Civile, având

în vedere caracteristicile lor definitorii:

- clădiri etajate, cu regim de înălţime mediu şi mare,

- clădiri cu deschideri mari pentru asigurarea flexibilităţii spaţiului,

- clădiri cu probleme funcţionale speciale pentru a permite reamenajările interioare

periodice

1.2. Date generale despre clădirile de birouri

Clădirile de birouri joacă un rol important în peisajul urban. De la prima clădire de

birouri, apărută în Florenţa în secolul al XVI-lea, şi până în zilele noastre fiecare clădire de

birouri se doreşte a fi o emblemă pentru corporaţia care îşi construieşte sediul, dar şi o

emblemă a oraşului.

În cazul României, clădirile de birouri au cunoscut o dezvoltare mai redusă faţă de

ţările cu putere economică mare. Necesitatea construirii spaţiilor de birouri a crescut în

perioada de înflorire economică şi a scăzut în perioada de recesiune. Regimul de înălţime

curent utilizat al clădirilor de birouri din România este de 10-15 niveluri, iar în cazuri rare

ajunge la 25-30 de niveluri, în timp ce în lume clădirile ajung în mod frecvent la 40-60 de

niveluri, iar în mod excepţional, clădirile ce se doresc cu caracter emblematic ajung până la

80-100 de niveluri.

Seismicitatea ridicată şi deschiderile minime de 6x6m specifice clădirilor de birouri

permit folosirea sistemelor în cadre ca soluţie pentru structură doar pentru regimuri mici de

înălţime (4-5 niveluri). Pentru regimuri mai mari de înălţime, soluţia cea mai eficientă în

acest caz este utilizarea sistemelor structurale duale sau tubulare ce combină posibilitatea

amenajărilor flexibile a spaţiului interior cu rigiditatea mare la acţiunea forţelor laterale.

Funcţiunea clădirii, de birouri, conduce la alegerea sistemului structural prin

dimensiunile spaţiilor libere şi prin necesitatea adaptabilităţii spaţiilor la cerinţele viitoare. De

aceea trebuie create spaţii mari, fără elemente verticale sau cu elemente verticale de

dimensiuni cât mai mici, care să nu conducă la perturbări ale organizării interioare a spaţiilor

de lucru, ceea ce ar însemna o scădere a eficienţei spaţiului.

1.3. Obiectivele tezei

În urma documentărilor realizate şi a analizării problematicii tezei, s-au conturat

următoarele obiective ce trebuie avute în vedere pe parcursul elaborării lucrării:

Sinteză documentară referitoare la soluţii funcţionale şi structurale pentru clădiri de

birouri moderne. Stadiu actual şi tendinţe.

Studiu privind tipologia, caracteristicile şi cerinţele funcţionale specifice clădirilor de

birouri moderne. Implicaţii asupra soluţiilor structurale.

5

Studiu privind tipologia şi performanţele potenţiale ale sistemelor structurale din

beton armat, adecvate cerinţelor funcţionale ale clădirilor de birouri moderne.

Studiu privind tipologia şi performanţele potenţiale ale planşeelor din beton armat,

adecvate cerinţelor funcţionale ale clădirilor de birouri moderne.

Sinteza unor concepte şi abordări moderne referitoare la protecţia seismică a

structurilor clădirilor etajate, reflectată în codurile de proiectare româneşti şi străine.

Studii de caz asupra unor categorii şi tipuri de sisteme structurale din beton armat,

compatibile cu cerinţele clădirilor de birouri moderne. Metodologie, selectarea

parametrilor de proiectare, analiză comparativă a rezultatelor şi a eficienţei potenţiale

a soluţiilor studiate.

Constatări, comentarii şi concluzii.

Clădirile de birouri sunt construcţii complexe, iar pentru a obţine o imagine de

ansamblu asupra problemei a fost necesară o amplă documentare în mai multe domenii:

arhitectură, instalaţii, urbanism şi construcţii.

1.4. Problematica abordată în teză

Lucrarea se desfăşoară pe 7 capitole:

Capitolul 1 se ocupă cu introducerea în problematica tezei şi cu descrierea

cercetărilor şi studiilor realizate.

Capitolul 2 cuprinde o scurtă trecere în revistă a clădirilor de birouri, începând cu

prima apărută în Florenţa renascentistă şi terminând cu evoluţia clădirilor de birouri din

secolul XX de la tipul “open-space” şi până la “clădirile inteligente” cu tehnologie

încorporată şi cu flexibilitate maximă a compartimentărilor şi a dotărilor cu instalaţii. În acest

capitol se realizează şi o clasificare a clădirilor de birouri, se analizează volumetria clădirilor

de birouri şi soluţiile adoptate în prezent pentru compartimentările interioare.

Capitolul 3 este o documentare în domeniul sistemelor structurale din beton

armat şi a soluţiilor de planşee utilizate pentru clădirile de birouri.

Capitolul 4 cuprinde o descriere a conceptelor moderne în evaluarea

performanţelor structurale ale clădirilor la acţiuni seismice, o prezentare a nivelurilor de

performanţă, o prezentare a conceptului proiectării capacităţii de rezistenţă şi o descriere

comparativă a mai multor coduri de proiectare seismică, printre care Codul P100/1-2006,

Eurocode-ul 8 şi California Building Code.

Capitolul 5 este cel mai amplu al tezei şi prezintă descrieri ale structurilor supuse

analizei în studiul de caz şi ale metodelor folosite, prezentarea rezultatelor şi concluziile ce s-

au evidenţiat. Sistemele structurale analizate au avut 3 regimuri de înălţime, de 5, 10 şi 15

niveluri, apreciate ca fiind frecvente pe teritoriul ţării noastre. Pentru acelaşi partiu au fost

adoptate mai multe structuri, în vederea evidenţierii avantajele şi dezavantajele diverselor

soluţii: structuri în cadre, structuri în cadre tip tub în tub, structuri duale cu nucleu central

pentru circulaţie, cu două nuclee la extremităţi sau fără nucleu din pereţi structurali, dar cu

pereţii dispuşi în alte poziţii convenabile pentru destinaţia clădirii. În analiza structurilor au

fost folosite două metode: metoda forţelor statice echivalente şi metoda calculului static

neliniar (pushover).

Capitolul 6 este partea din teză destinată concluziilor şi comentariilor ce au

rezultat în urma studiului de caz şi a documentărilor realizate şi direcţiilor pentru continuarea

cercetărilor şi metode de valorificare a rezultatelor obţinute.

Capitolul 7 este o listă a documentelor şi lucrărilor studiate.

Principalele etape ce au fost avute în vedere la elaborarea tezei pot fi ilustrate în

schema următoare:

6

FUNCTIUNE (CAPITOLUL 1)

CERINTE PROCES FUNCTIONAL MODERN

ORGANIZARE SPATIU

(CAPITOLUL 2)

PARTIU

UNITATI FUNCTIONALE

SPATII CIRCULATII

COMPARTIMENTARI

INCHIDERI

PROTECTIE LA FOC

CONFORT AMBIENTAL

(ACUSTIC, VIZUAL, TERMIC)

UTILITATI, SERVICII

RETELE, ECHIPAMENTE

REGIM DE INALTIME

SISTEM STRUCTURAL

(CAPITOLUL 3, 4)

CARACTERISTICI STRUCTURA

DESCHIDERI/ TRAVEI

MATERIALE

AMPLASARE ELEMENTE VERTICALE

PLANSEE

CERINTE SPECIFICE

REZISTENTA

RIGIDITATE

DUCTILITATE

STUDII DE CAZ (CAPITOLUL 5)

METODOLOGIE

PARAMETRII

ANALIZA STRUCTURALA

REZULTATE

PERFORMANTE/ EFICIENTA

COMPARATII

CONCLUZII

7

CAPITOLUL 2: Repere definitorii referitoare la

stadiul actual şi tendinţe în proiectarea funcţională a clădirilor

etajate de birouri

2.1. Scurt istoric al clădirilor de birouri

Istoria spaţiilor dedicate unui anumit tip de activităţi ce necesită un spaţiu închis, de

activitate izolată, un spaţiu de concentrare unde nu se desfăşoară activităţi fizice, începe încă

din antichitate când fiecare palat său templu avea încăperi în care existau oameni ce scriau

legi, decrete, scrisori, ţineau diverse cronici ale timpurilor sau ţineau evidenţa bunurilor.

Pe măsură ce zonele urbane s-au dezvoltat, a apărut necesitatea creării unor spaţii

administrative ale oraşului. Printre primele clădiri exclusiv de birouri se numără “Galeria

degli Uffizi” din Florenţa, construită în secolul al XVI-lea. Clădirea a fost concepută special

pentru a adăposti activităţile administrative, tribunalul şi birourile magistraţilor, la cererea

conducerii Florenţei.

Clădirile de birouri, în sensul de astăzi, au început să apară în timpul revoluţiei

industriale, secolele XVIII-XIX, când numeroase bănci, firme de asigurări, de transporturi au

avut nevoie de spaţii mari pentru evidenţe contabile, pentru tranzacţiile comerciale, pentru

elaborarea şi păstrarea documentelor şi au început să îşi construiască sau să îşi amenajeze

propriile sedii de firme.

De la începutul secolului XIX şi până în prezent s-au dezvoltat 3 tipuri de clădiri de

birouri:

Clădirile pentru schimburi comerciale sau servicii ce beneficiau de un spaţiu

liber amplu la parter, pentru public, eventual desfăşurat pe mai multe niveluri şi înconjurat la

etaje de galerii de birouri individuale sau pentru grupuri mici de persoane, spre exemplu

Palatul CEC de pe Calea Victoriei:

Fig. 1 - Interiorul Palatului CEC – Calea Victoriei,

Bucureşti - fotografie preluată de pe

www.comunicatemedia.ro

Sediile marilor companii (corporatiste) au început să fie construite în America

la debutul secolului XX când marile societăţi comerciale sau de asigurări au angajat arhitecţi

cu renume şi au cumpărat terenuri în zone cu amplasament favorabil pentru ca imobilele să

fie reprezentative pentru imaginea firmei. Tot de atunci datează şi primele clădiri de birouri

în concepţia “open-space”.

Clădirile cu birouri de închiriat datează de asemenea de la începutul secolului

XX şi au apărut prima dată tot în America. O clădire reprezentativă pentru acea perioadă,

construită în anii 1930-1931, cu scopul de a oferi spre închiriere spaţii de birouri este Empire

State Building din New York.

8

Fig. 2 - Empire State Building din New York - fotografie

preluata de pe en.wikipedia.org

În România, din secolul XIX şi până în 1990, s-au construit mai multe clădiri

reprezentative de birouri, printre care Palatul CEC, Palatul Ministerului Lucrărilor Publice (în

prezent Primăria Capitalei), Palatul Telefoanelor, Palatul Universul, Palatul CFR (în prezent

sediul Ministerului Transporturilor), Palatul Monopolurilor de Stat, sediul actual al

Televiziunii Române din Calea Dorobanţilor, etc.

După 1990 mediul de afaceri din România s-a dezvoltat şi a apărut necesitatea creări

unor noi spaţii de birouri. Majoritatea clădirilor de birouri ce au apărut în această perioadă au

fost clădiri ale unor dezvoltatori imobiliari ce au construit spaţii de închiriat. Printre primele

astfel de clădiri se numără Opera Center finalizată în anul 2000 şi Europe House din 2002.

Fig. 3 – Opera Center (stânga) şi Europe House (dreapta), Bucureşti

Un număr mare de clădiri de birouri au fost construite din anul 2000 şi până în

prezent, în special în Bucureşti, iar ultima realizare importantă în acest domeniu este clădirea

Sky Tower. Aceasta este situată în Bucureşti, pe B-dul Barbu Văcărescu, cu o înălţime de

137m, regim de înălţime 5S+P+36E, cu o suprafaţă construită de peste 50000mp. Clădirea

are în plan o formă eliptică, a fost inaugurată în 2013 şi beneficiază de toate dotările moderne

existente în prezent: lifturi de mare viteză, control automat al climatizării în toate încăperile,

geamuri cu control automat al luminii, toate birourile beneficiază de lumină naturală,

înălţimea liberă de 3.00m, pardoseli false, flexibilitate maximă a compartimentării interioare

– la fiecare 3.20m.

9

Fig. 4 – Sky Tower, Bucuresti

2.2. Tipuri de clădiri de birouri

Clădirile de birouri se pot clasifica în funcţie de diferite criterii, cele mai importante

fiind enumerate în continuare:

- În funcţie de amplasament

- În funcţie de statutul clădirii

- În funcţie de specificul activităţilor desfăşurate în clădire

- În funcţie de relaţia clădirii cu trecutul/viitorul

- În funcţie de tehnologizarea clădirii

- În funcţie de calitatea serviciilor pe care le oferă clădirea

2.3. Volumetria clădirilor de birouri şi soluţii de organizare a spaţiului

interior

Volumetria unei clădiri trebuie să ţină cont de faptul că durata ei de viaţă este de

aproximativ 50 de ani, cu reparaţii capitale după cca 25 de ani şi cu schimbarea designului

interior la 5-7 ani.

Volumetria clădirii este rezultatul îmbinării factorilor externi şi criteriilor de

proiectare interioară:

- Factorii externi impun forma clădirii prin forma terenului, prin gradul de

ocupare al terenului impus prin Planul de Urbanism, prin regimul de înălţime

maxim impus şi prin obligativitatea creării spaţiilor de acces pentru pompieri.

Învecinarea cu alte clădiri va determina de asemenea şi gradul de umbrire şi

posibilitatea iluminării naturale a spaţiilor.

- Proiectarea interioară a clădirii se face în funcţie de spaţiul necesar din punct

de vedere funcţional şi de intenţiile de viitor ale investitorului.

Spaţiul interior se organizează în funcţie de tramele clădirii. Într-o clădire de birouri

există de obicei 4 tipuri de trame suprapuse: tramă structurală, tramă constructivă, tramă de

instalaţii şi tramă de amenajare interioară.

Amenajarea interioară a spaţiilor de birouri poate fi făcută în câteva moduri

devenite clasice:

- organizarea celulară închisă, alcătuită din încăperi pentru 1 sau 2-4 persoane, înşiruite

pe un coridor; aceste încăperi sunt propice pentru activităţi de conducere şi

10

management deoarece oferă condiţii de confidenţialitate, primire şi recepţie a altor

persoane, concentrare;

Fig. 5 – Organizare celulară inchisă a spaţiilor de birouri

- organizare celulară inchisă, de grup, alcatuită din incăperi pentru 5-15

persoane ce lucrează impreună;

Fig. 6 – Organizare celulară inchisă de grup a spaţiilor de birouri

- spaţiu deschis de birouri, adecvat muncii repetitive şi unei diviziuni stricte a

muncii ce permite circulaţia rapidă a documentelor şi un control eficient.

Fig. 7 – Spaţiu deschis de birouri

În ultima perioadă volumetria nu mai ţine cont doar de spaţiul alocat fiecărui angajat,

ci şi de spaţiile anexe necesare şi obligatorii în prezent, cum ar fi spaţii pentru copiatoare,

servere, plottere, imprimante, săli de conferinţe diversificate, săli echipate multimedia, zone

cu diverse dotări, gen automate, cafenele, fast-food-uri, săli de fitness, etc.

Atunci când este gândită volumetria unei construcţii trebuie de asemenea avute în

vedere reguli de securitate în caz de incendiu. Din acest punct de vedere clădirile se împart

în:

- clădiri înalte, având pardoseala ultimului nivel folosibil situată la peste 28 m faţă de terenul

(carosabilul adiacent) accesibil autovehiculelor de intervenţie ale pompierilor

- clădiri foarte înalte, cu planşeul ultimului nivel folosibil situat la mai mult de 45m faţă de

nivelul solului.

11

Clădirile înalte şi foarte înalte trebuie să aibă cel puţin două căi de evacuare,

independente una faţă de cealaltă, poziţionate astfel încât distanţă maximă de la locul de lucru

la scara de evacuare să fie 30m, iar scara să poată fi izolată ca să se împiedice propagarea

incendiului.

Un alt criteriu ce influenţează volumetria este înălţimea liberă între planşee, ce trebuie

raţional aleasă astfel încât să permită poziţionarea tuturor traseelor de instalaţii, ce trebuie

prevăzute în proiect în detaliu.

Pentru o echipare minimă cu instalaţii, se foloseşte o înălţime de nivel de 3.00-3.10m,

iar pentru clădirile cu birouri mari, tip “open-space”, la care înălţimea liberă sub plafonul fals

este de 3.00m, înălţimea de nivel trebuie să fie aproximativ 4.20m. La aceste clădiri, din

cauza traseelor de instalaţii de ventilaţie complexe, care se intersectează, înălţimea necesară

pentru instalaţii este 80-100cm.

Fig. 8 – Alegerea înălţimii de nivel în funcţie de sistemele de instalaţii

2.4. Tendinţe actuale în construcţia clădirilor de birouri

Cele mai recente clădiri de birouri sunt construite sub forma clădirilor

“inteligente”, adică imobile precablate în care noile firme ce îşi schimbă sediul se pot muta

imediat ce construcţia a fost terminată şi dată în folosinţă deoarece dispun imediat de

conectare la reţele de comunicaţii performante.

Pentru astfel de clădiri sunt foarte importante atât dotările cu instalaţii de toate

categoriile cât şi abilitatea arhitectului de a gândi spaţiul suficient de flexibil astfel încât să

permită adaptarea lui pentru orice tip de activitate.

Cheia clădirilor inteligente este combinaţia între flexibilitate, rentabilitate,

mentenanţă, productivitate, securitate şi convivialitate.

CAPITOLUL 3: Tipologie şi caracteristici definitorii ale

sistemelor structurale din beton armat utilizate la

clădiri civile etajate

3.1. Tipologie şi caracteristici definitorii ale sistemelor structurale

Alegerea sistemului structural pentru clădirile civile etajate este influenţată într-o

foarte mare măsură de configuraţia clădirii şi de funcţionalitatea acesteia. Acest lucru

înseamnă că la alegerea sistemului structural contribuie atât inginerul de structură cât şi

arhitectul, având în vedere rezistenţa la foc, deschiderile, dimensiunile elementelor

12

structurale, încărcările, costul total al construcţiei, durata de execuţie şi costurile de

întreţinere pe durata de viaţă a construcţiei.

Betonul armat este în prezent materialul cel mai des folosit pentru realizarea

structurilor clădirilor civile. Cele mai folosite sisteme structurale din beton armat pentru

clădirile multietajate sunt:

- sisteme structurale în cadre

- sisteme structurale cu pereţi

- sisteme structurale duale

- sisteme structurale tubulare

3.3. Soluţii reprezentative de planşee pentru structurile multietajate din

beton armat

Planşeele sunt acele elemente ale unei clădiri ce au rol funcţional de compartimentare

între nivele şi de închidere la partea inferioară şi superioară şi rol structural de a prelua

încărcările verticale şi orizontale şi de a le transmite elementelor structurale verticale.

Planşeele au rolul de a uni şi rigidiza aceste elemente verticale şi de a le ajuta să conlucreze,

astfel încât să rezulte o structură unitară.

În prezent clădirile multietajate cu destinaţie de birouri au nevoie de o adaptabilitate

funcţională foarte mare, iar planşeele contribuie la aceasta prin deschiderile mari, corelate cu

structura verticală, precum şi prin configuraţia intradosului acestora.

Pentru clădirile cu structură din beton armat soluţiile cele mai utilizate de planşee sunt

din beton armat turnat monolit, în diverse configuraţii şi scheme statice sau din beton armat

integral sau parţial prefabricat.

Planşeele din beton armat turnate monolit prezintă avantajul unei mari

adaptabilităţi în ceea ce priveşte forma, în sensul că se pot folosi indiferent de forma clădirii,

atât pentru structuri cu forma apropiată de dreptunghi, dar şi pentru structuri cu forme curbe

sau poligonale ce urmăresc forma terenului.

Cele mai utilizate soluţii de planşee pentru clădirile de birouri sunt:

- Plăci rezemate pe pereţi sau grinzi

- Plăci rezemate pe grinzi late de beton dispuse pe direcţia transversală, ce se pot

folosi pentru deschideri de 6-12m, înălţimea grinzilor este relativ mică, ceea ce permite o

înălţime mai mică de nivel, o cofrare mai uşoară şi trecerea mai uşoară a traseelor de instalaţii

pe sub ele.

Fig. 10 - Planşeu din beton armat turnat monolit cu plăcile rezemate pe grinzi late, dispuse pe

o singură direcţie

13

- planşeul cu nervuri dese pe o direcţie

- planşeul cu nervuri dese pe două direcţii - planşeul dală groasă şi planşeul ciupercă este soluţia cea mai simplă de planşeu,

ce necesită manoperă scăzută pentru cofraj, oferă o mare flexibilitate şi adaptabilitate

spaţiului construit, ajută la scăderea înălţimilor de nivel, ceea ce reduce costurile construcţiei

şi nu influenţează în nici un fel traseele instalaţiilor.

O soluţie utilă atât pentru planşeele dală cât şi pentru planşeele ciupercă, mai puţin

folosită în România, dar frecvenţa în alte ţări, este post-tensionarea armăturii din planşeele

turnate monolit. Un astfel de planşeu ar putea avea deschiderile mai mari, putând astfel creşte

deschiderea plăcii până la 12m, oferind în acelaşi timp economie prin secţiunile mai reduse,

dar şi performanţe superioare în ceea ce priveşte deformabilitatea.

Post-tensionarea este o metodă de a introduce în elementul de beton armat turnat

monolit o forţă de compresiune prin intermediul barelor de armătură ce sunt tensionate cu

ajutorul dispozitivelor de ancoraj de la capete. Această post-intindere este realizată după ce

betonul a fost pus în operă şi s-a întărit, dar înainte ca acesta să fie încărcat la capacitatea

maximă la care a fost calculat. Avantajul major al acestei metode este că se pot realiza

planşee cu deschideri mai mari şi/sau cu grosime mai mică şi cu deschideri mai mici ale

fisurilor. Dezavantajul major al metodei constă în faptul că necesită manoperă foarte

calificată, utilaje şi dispozitive speciale şi bare de armătură de înaltă rezistenţă, speciale, care

nu sunt frecvent utilizate pe piaţa construcţiilor din România.

Planşeele din beton armat prefabricate au cunoscut o largă răspândire în toată

lumea, inclusiv în România, oferind o gamă largă de avantaje legate de realizarea lor în

fabrici speciale, de rapiditatea de execuţie şi de eficienţa economică.

Pentru planşeele cu deschideri mari se utilizează în general elemente prefabricate

realizate din beton precomprimat, cum ar fi:

- Fâşii cu goluri

- Elemente prefabricate precomprimate, de formă “T” sau “Π” (dublu “T”).

Comportarea planşeului realizat din fâşii cu goluri sau elemente de formă “T” său

“dublu T” este deficitară din punct de vedere al formării “diafragmei rigide” în plan orizontal,

necesară în cazul clădirilor situate în zone seismice. Pentru îmbunătăţirea acestor

inconveniente, soluţia des utilizată este de a se turna monolit pe toată suprafaţa planşeului un

strat de beton armat ce poate realiza continuitatea pe reazeme şi grinzi perimetrale, cu

armături continue pentru a prelua eforturile de încovoiere în planul diafragmei. Stratul de

suprabetonare ajută şi la o îmbunătăţire a comportării planşeului la acţiunea focului.

Planşeele parţial prefabricate cel mai des utilizate sunt:

- Predala cu suprabetonare

- Nervuri prefabricate precomprimate şi placă turnată monolit

3.4. Tipuri de planşee din punct de vedere al rolului de diafragmă

orizontală

În general, calculele structurale pleacă de la ipoteza simplificatoare că planşeele

lucrează ca nişte diafragme rigide în planul lor (“şaibe rigide”) şi că în acest mod ele leagă

toate elementele verticale cu rol în preluarea forţelor laterale, astfel încât să lucreze ca o

singură entitate, şi le impun deplasări egale. În acest fel forţele laterale sunt preluate de

planşee şi distribuite elementelor structurale verticale în mod proporţional cu rigiditatea lor.

În consecinţă, putem considera că o diafragmă este rigidă dacă este capabilă să

distribuie forţele seismice la elementele structurale verticale în mod proporţional cu

rigiditatea acestora.

14

O diafragmă este considerată flexibilă dacă nu este capabilă să transfere elementelor

structurale verticale forţele seismice în mod proporţional cu rigiditatea lor. Altfel spus, o

diafragmă flexibilă va avea o deformaţie datorată forţelor laterale la mijlocul deschiderii mai

mare decât media deformaţiilor la capetele deschiderii, atunci când este modelată ca o grindă

rezemată pe elementele verticale şi este încărcată cu forţele seismice. În cazul diafragmelor

flexibile deformaţiile planşeului în planul lui sunt comparabil mai mari decât deformaţiile

elementelor verticale.

Diafragmele flexibile se comportă ca nişte grinzi ce leagă elementele verticale şi vor

distribui forţele laterale în mod proporţional cu aria de planşeu aferentă fiecărui element

vertical cu rol în preluarea forţelor orizontale.

Fig. 16 - Schema de comportare a diafragmei flexibile

În mod normal nici un planşeu nu poate fi considerat perfect rigid său perfect flexibil

în planul lui. Diafragmele semi-rigide se referă la diafragmele a căror deformaţie datorată

forţelor seismice este comparabilă cu deformaţia elementelor verticale. Calculul structural

pentru cazurile în care planşeul se comportă ca o diafragmă semi-rigidă este mai complex şi

trebuie să ia în calcul toate rigidităţile, inclusiv ale planşeului în planul lui.

CAPITOLUL 4: Concepte şi metode moderne în proiectarea

structurală a clădirilor civile etajate situate în zone seismice

4.1. Concepte moderne în evaluarea performanţelor structurale ale

clădirilor

Cele mai multe coduri seismice, din diverse colţuri ale lumii, precizează două criterii

fundamentale de performanţă pentru structuri:

Fără colapsul structurii supuse unei acţiuni seismice de cod

Limitarea degradărilor elementelor structurale supuse unui cutremur cu o probabilitate

mai mare de a se produce decât cel de cod

Termenii de colaps şi de limitarea degradărilor sunt de obicei corelaţi cu termenii de Stare

limită ultimă ULS şi de stare limită de serviciu SLS.

15

Pentru a realiza o cuantificare a performanţelor seismice ale unei structuri este necesar

să se exprime în mod cantitativ mărimea degradării acesteia la un cutremur şi să fie

comparată cu o valoare maximă a degradării pe care structură este capabilă să o suporte.

Cele mai des folosite mărimi sunt deplasările orizontale de nivel şi deplasările relative

de nivel între două niveluri adiacente. Acestea sunt în general folosite că indici globali de

degradare. Pentru caracterizarea degradărilor locale sunt folosite în general deplasări ca

rotirile şi curburile.

Performanţele seismice ale structurilor descriu comportarea unei clădiri ce este

acţionată de un seism de o anumită intensitate. Performanţele seismice sunt corelate cu

degradările atât structurale cât şi nestructurale, suferite de o clădire expusă unui seism.

Fiecare nivel de performanţă seismică exprimă o stare de degradare limită.

În general aceste niveluri de performanţă pot fi cuantificate prin mărimea

deplasărilor laterale generate de forţele seismice. Curba forţă-deplasare arată stadiile de

comportare ale structurilor corespunzătoare diverselor mărimi ale forţelor laterale. Câteva

puncte ale acestor curbe sunt reprezentative pentru descrierea performanţelor seismice ale

clădirii.

Pentru fiecare intensitate seismică este acceptată o anumită extindere a avariilor,

luând în calcul diverşi factori: de folosinţă şi ocupare a clădirii, costurile totale de construcţie,

costurile de reparaţii şi întreţinere, costurile de reparaţie, consolidare şi reabilitare post-

seismică.

Conform unui document intitulat “Proiectarea seismică a clădirilor bazată pe

performanţă” al Asociaţiei inginerilor de structuri din California (SEAOC) trebuie realizate 4

nivele ale standardelor de performanţă:

- Complet operaţional, caz în care structura trebuie să lucreze doar în domeniul

elastic şi sunt aşteptate doar degradări minore, iar clădirea şi echipamentele aferente pot fi

utilizate imediat, în întregime, la capacitate normală, în condiţii de siguranţă. Acest nivel de

performanţă trebuie atins pentru cutremure cu probabilitate de depăşire de 50% în 30 de ani,

adică având un interval mediu de recurenţă de 43 ani.

- Operaţional, când apar avarii moderate la elemente nestructurale şi degradări

uşoare ale elementelor structurale. După cutremur clădirea poate fi utilizată, dar sunt necesare

câteva reparaţii înainte de a fi dată complet în folosinţă. Acest nivel de performanţă

corespunde unui nivel al intensităţii seismice cu perioada medie de revenire de 72 ani, adică

probabilitate de depăşire de 50% în 50 ani.

- Evitarea pierderii de vieţi omeneşti, când este posibil să apară avarii moderate ale

elementelor structurale şi nestructurale, rigiditatea structurii la acţiuni laterale şi capacitatea

de rezistenţă sunt reduse, dar încă mai există rezerve de rezistenţa până la atingerea

colapsului. Funcţionalitatea post-seismică a clădirii este nesigură. Aceste performanţe ale

clădirii trebuie atinse chiar şi în cazul cutremurelor rare, cu perioada medie de revenire de

475 ani, adică cu probabilitate de depăşire de 10% în 50 ani.

- Aproape de colaps, este performanţa ce trebuie să o îndeplinească o structură

acţionată de un cutremur extrem de rar şi care va suferi avarii severe şi îşi va reduce drastic

rezistenţa la şocuri seismice ulterioare. Utilizarea post-seismică a clădirii este imposibilă.

Decizia de consolidare şi reabilitare se poate lua doar în urma unei analize tehnice şi

economice. Aceste cutremure extrem de rare se pot întâmpla cu o perioadă medie de revenire

de 970 de ani, adică au o probabilitate de depăşire de 10% în 100 ani.

În concluzie, noua generaţie de coduri de proiectare seismică trebuie să aibă în vedere

nu doar siguranţa vieţii, ci şi minimizarea costurilor de reparaţii ce rezultă în urma avarierii

clădirilor ca efect al unor cutremure severe, dar nu excesiv de intense.

16

CAPITOLUL 5: Studii de caz asupra sistemelor structurale duale

în vederea creşterii nivelului de performanţă la acţiunea seismică

5.1. Structuri cu regim mic de înălţime – 5 niveluri

Studiul de caz a fost realizat pentru o singură categorie funcţională, respectiv pentru

clădirile de birouri. Prin alegerea partiurilor, s-a încercat obţinerea unor spaţii cu deschideri

generoase şi care să ofere posibilitatea de amenajare a spaţiului interior în cât mai multe

moduri, având în vedere că transformările spaţiului într-o clădire de birouri au loc ritmic. Fie

că este o clădire de birouri cu spaţii de închiriat sau sediul unei firme, o clădire de birouri

trebuie să fie adaptabilă la schimbările viitoare, atât ale utilizatorilor cât şi ale tehnologiei,

mijloacelor de lucru şi mijloacelor de operare.

Din acest motiv studiul de caz se bazează pe structuri dezvoltate pe un plan de

arhitectură cu trama de 6.00x9.00m şi respectiv 6.00x6.00m în zonele interioare clădirii.

Lungimea totală a clădirii este de 54.00m interax şi lăţimea de 30.00m. Înălţimea unui nivel

este de 3.50m, asigurând spaţiul necesar pentru trecerea conductelor de ventilaţie, climatizare

şi cabluri electrice şi de date şi montarea unui tavan fals pentru mascarea acestora.

Poziţia zonei de circulaţie pe verticală a clădirii poate fi centrală, eventual dublă sau

cu 2 zone de circulaţie la extremităţile clădirii. Acest nod poate conţine lifturile, case de

troliu, scările, zona grupurilor sanitare, spaţii de curăţenie diverse şi spaţii suplimentare ca

oficii.

Fig. 5.1 – Modalităţi de compartimentare a nodului de circulaţie pe verticală

Pentru regimul de înălţime de 5 niveluri au fost folosite structurile în cadre de

beton armat monolit.

Structura A1 are stâlpi centrali, stâlpi marginali şi de colţ de 80x80cm, grinzi

longitudinale (cu deschiderea de 6.00m) de 30x60cm şi grinzi transversale (cu deschiderea de

9.00m) de 30x75cm. Planşeul din beton armat monolit a fost împărţit prin grinzi secundare de

25x50cm în ochiuri de placă de 3.00x3.00m. În felul acesta grosimea plăcii a fost

dimensionată la 12cm.

17

Fig. 5.2 – Plan structura

A1 – 5 niveluri

Structura A2 a rămas identică cu structura A1, cu excepţia stâlpilor marginali care au

fost îndesiţi, dispuşi la 3.00m interax, în ideea formării unui tub exterior, păstrând la interior

tramele de 6.00x6.00m, respectiv 6.00x9.00m.

Fig. 5.8 – Plan structura A2

– 5 niveluri

Amplasarea structurilor s-a făcut în zona oraşului Bucureşti, caracterizată printr-o

acceleraţie a terenului pentru proiectare ag=0.24g, pentru evenimente seismice având

intervalul mediu de recurenţă de 100 ani, conform Codului de proiectare seismică P100-

1/2006. Clădirea de birouri a fost încadrată în clasa a II-a de importanţă, cu valoarea γI=1.2

pentru factorul de importanţă.

Materialele folosite pentru realizarea structurilor sunt utilizate în mod curent pentru

acest tip de structuri, betonul considerat fiind C35/45, iar armătura de tip PC52.

Condiţia de limitare a deplasărilor a fost cea care a impus dimensiunile secţiunilor de

beton şi nu eforturile în aceste elemente. Astfel au fost calculate dimensiunile stâlpilor şi

pentru structura A1au rezultat de 80x80cm, iar pentru structura A2 au rezultat de 60x60cm.

Se observă astfel că structura cu stâlpii îndesiţi pe contur se comportă mai bine din punct de

vedere al rigidităţii.

Structurile A1 şi A2 au fost dimensionate în urma calculului static elastic, folosind

metoda forţelor echivalente, utilizând eforturile obţinute în programul ETABS. Pe baza

dimensiunilor obţinute, s-a realizat un calcul static neliniar de tip Pushover cu programul de

18

calcul SAP2000 V15. Structură a fost încărcată cu un spectru de acceleraţie, corespunzător

zonei Bucureşti, cu acceleraţia seismică ag=0.24g şi perioada de colţ Tc=1.6sec.

Pentru beton şi pentru armătură au fost descrise legile de comportare neliniară

conform SR EN 1992-1-1/2004.

Fig. 18 – Legile de comportare neliniară pentru beton (stânga) şi pentru armătură (dreapta)

Din calculul neliniar rezultă o diagramă forţă-deplasare, căreia i se poate asocia o

ordine de apariţie a articulaţiilor plastice în grinzi şi stâlpi, precum şi o valoare a eforturilor şi

a rotirilor în articulaţiile plastice respective.

Fig. 19 – Diagrama de forţă tăietoare de bază-deplasare relativă de nivel pt. A1

Fig. 20 – Diagrama de forţă tăietoare de bază-deplasare relativă de nivel pt. A2

0

5000

10000

15000

20000

25000

0.00 10.00 20.00 30.00

DEPLASAREA RELATIVA (‰)

FORTA TAIETOAREDE BAZA (kNm)

METODAFORTELORSTATICEECHIVALENTE

0

5000

10000

15000

20000

25000

0.00 10.00 20.00 30.00



METODAFORTELOR STATICEECHIVALENTE

19

În urma calculului static neliniar se poate determina valoarea raportului αu/α1 folosit

în evaluarea factorului de comportare pentru acţiuni seismice orizontale q ce intră în expresia

forţei seismice statice echivalente. Acest raport este definit că raportul între forţă laterală

capabilă a structurii, corespunzătoare formării unui număr suficient de mare de articulaţii

plastice, care să aducă structura în pragul situaţiei de mecanism cinematic, şi forţă laterală

corespunzătoare apariţiei primei articulaţii plastice.

Pentru structura A1 se obţine:

- pe direcţie longitudinală αu/α1=23650kN/11410kN=2.07

- pe direcţie transversală αu/α1=21536kN/11955kN=1.80

Pentru structura A2 se obţine:



Se observă că la ambele structuri în cadre s-au obţinut valori superioare

raportului αu/α1 folosit în evaluarea factorului de comportare q, ce s-a luat egal cu

valoarea recomandată 1.35, iar limitarea maximă este 1.6, conform P100-1/2006.

5.2. Structuri cu regim mediu de înălţime – 10 niveluri

Studiul de caz pentru structurile cu regim mediu de înălţime s-a realizat păstrând

partiul de arhitectură ales şi pentru regimul mai mic de înălţime. Pentru clădirile cu regim

mediu de înălţime structurile în cadre de beton armat nu au mai putut să asigure condiţia de

rigiditate cerută de Codul de proiectare seismică P100-1/2006. Prin urmare s-a ales soluţia

rigidizării structurii cu ajutorul pereţilor de beton armat. Studiul de caz cuprinde mai multe

structuri cu pereţii dispuşi în diverse poziţii şi având diferite dimensiuni.

Structura B1 este similară structurii A2 (în cadre cu stâlpii îndesiţi pentru a forma un

tub exterior), dar i s-au mai adăugat între stâlpii de contur câte 4 pereţi structurali de 3,00m

lungime interax, pe fiecare latură.

Fig. 5.12 – Plan

structura B1 – 10

niveluri

Pentru această structură s-a trasat o diagramă de forţă tăietoare de bază ce arată ca în

figură următoare. Fiind o structură duală a fost interesant de văzut contribuţia subsistemului

cadre şi a subsistemului pereţi la preluarea forţei tăietoare, pe fiecare nivel în parte.

20

Fig. 21 – Diagrama de forţă tăietoare preluată de subsistemul pereţi (albastru) şi subsistemul

cadre (roşu) pe direcţie longitudinală – structura B1

Structura B2 a păstrat de la clădirea B1 conformarea cadrelor interioare şi pe contur,

iar pereţii de pe contur sunt doar în număr de 2 pe fiecare latură a clădirii în loc de 4, dar

având lungimea dublată, adică 6.00m interax.

Fig. 5.17 – Plan

structura B2 – 10

niveluri

Făcând o comparaţie între structurile similare B1 şi B2 se constată că:

- pentru aceleaşi secţiuni ale stâlpilor şi pentru pereţi având aria în plan egală pe fiecare

direcţie cu aria pereţilor de la structura B1, structura B2 este mai puţin flexibilă. Pereţii cu

lungimea de 6.00m interax au un moment de inerţie mai mare decât 2 pereţi cu lungimea

interax de 3.00m, explicându-se astfel comportarea mai bună la deplasări a structurii B2.

- la structura B2 ponderea pereţilor în preluarea forţei tăietoare la primul nivel creşte puţin

faţă de structura B1, având un rol predominant până la nivelul 6, iar ponderea cadrelor este

13937.72

13335.25

11453.18

9997.89

8584.9

7149.51

5604

3835.14

1972.08

-1737.41

4047.88

4315.18

5526.9

5976.67

6048.97

5808.5

5342.97

4765.62

3947.29

4640.23

17985.6

17650.43

16980.08

15974.56

14633.87

12958.01

10946.97

8600.76

5919.37

2902.82

-5000 0 5000 10000 15000 20000

3.5

7

10.5

14

17.5

21

24.5

28

31.5

35

FORTA TAIETOARE (kN)

INA

LT

IME

(m

)

DIAGRAMA FORTA TAIETOARE PENTRU SEISM PE DIRECTIA X IN SUBSISTEMUL PERETI SI SUBSISTEMUL CADRE

21

mai importantă pentru ultimele 4 niveluri, la ultimul existând din nou fenomenul de

supraîncărcare a cadrelor de către pereţi. Structura se comportă similar pe ambele direcţii.

Structura B3 este tot o structură cu cadre preponderente, în care subsistemul pereţi

apare doar pe conturul exterior al clădirii. Pe contur s-au dispus 2 pereţi de 9.00m interax pe

fiecare ax marginal transversal şi 3 pereţi de 6.00m interax pe fiecare ax marginal

longitudinal.

Fig. 5.21 – Plan

structura B3 – 10

niveluri

La structura B3 se constată că forţa tăietoare este preluată aproape în întregime de

pereţi (în jur de 90%) şi că aceştia asigură preluarea forţei tăietoare pe aproape întreaga

înălţime a structurii. Forţa tăietoare preluată de subsistemul cadre este aproape constantă pe

toată înălţimea structurii. În acest caz nu mai există o încărcare suplimentară a cadrelor de la

ultimul nivel de către pereţi.

În concluzie, dacă pereţii sunt foarte bine dezvoltaţi în plan, aceştia nu mai

produc acel efect de «bici» de la ultimele niveluri şi nu mai încărca suplimentar cadrele.


cadre (roşu) pe direcţie transversală – structura B3

16177.08

17283.47

15809.2

14537.36

12970.84

11190.22

9152.97

6870.64

4300.59

960.27

1668.78

229.79

1038.85

1312.89

1549

1666.61

1708.24

1662.36

1571.59

1918.49

17845.86

17513.26

16848.05

15850.25

14519.84

12856.83

10861.21

8533

5872.18

2878.76

0 5000 10000 15000 20000

3.5

7

10.5

14

17.5

21

24.5

28

31.5

35


INA

LT

IME

(m

)

DIAGRAMA FORTA TAIETOARE PENTRU SEISM PE DIRECTIA Y IN SUBSISTEMUL PERETI SI SUBSISTEMUL CADRE

22

Din calculul static neliniar au rezultat următoarele diagrame fortă-deplasare:

Fig. 23 – Diagrama de forţă tăietoare de bază-deplasare relativă de nivel pt. B1



Se observă că la toate cele 3 structuri duale analizate, raportul αu/α1 determinat

în urma calculului static neliniar a fost mai mare de 1.5. Prin urmare valoarea de 1.25

luată în considerare la calculul forţei seismice statice echivalente, conform P100-1/2006

este acoperitoare.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0.00 5.00 10.00 15.00


FORTATAIETOARE DEBAZA (kNm)


0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

0.00 5.00 10.00




0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0.00 5.00 10.00 15.00



METODA FORTELORSTATICEECHIVALENTE

23

Structura B4 păstrează tramele de 6.00x6.00m sau 6.00x9.00m şi are nodul de

circulaţie realizat din pereţi de beton armat sub formă a două tuburi deschise, legate între ele

prin 2 rigle de cuplare de 30x100cm. Pentru a anula tendinţa de torsiune din primele 2 moduri

proprii de vibraţie, s-au dispus 2 pereţi de 12.00m interax pe axele marginale transversale.

Nodul de circulaţie a fost păstrat în zona centrală a clădirii. Restul structurii a fost compus

din cadre pe două direcţii.

Fig. 5.26 – Plan

structura B4 – 10

niveluri

Din analiză comparativă a structurii B4 şi a celorlalte 3 structuri duale B1, B2, B3 se

poate observa că:

- pe ambele direcţii, structura cu nucleu central este mult mai rigidă decât structurile

fără tub central din beton armat.

- dacă pereţii sunt foarte bine dezvoltaţi în plan, aceştia nu mai produc acel efect de

« bici » de la ultimele niveluri şi nu mai încărca suplimentar cadrele

Din calculul static neliniar se obţine diagrama:


Valorile raportului αu/α1, determinate în urma calculului static neliniar, folosit în

evaluarea factorului de comportare pentru acţiuni seismice orizontale q, sunt următoarele

pentru structura B4:

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00


FORTA TAIETOARE DEBAZA (kNm)

METODA FORTELORSTATICE ECHIVALENTE

24



Structura B5 a studiului de caz a păstrat tramele de 6.00x6.00m sau 6.00x9.00m şi s-a

realizat nodul de circulaţie, dispus în zona centrală a clădirii, din pereţi de beton armat sub

formă a două tuburi deschise, legate între ele prin 2 rigle de cuplare de 30x100cm. Pentru a

anula tendinţa de torsiune din primele 2 moduri proprii de vibraţie, s-au dispus la colţuri 4

pereţi în formă de “L” având latura de 3,00m fiecare. Pe contur s-au dispus stâlpi la 3,00m

interax, în ideea de a realiza o construcţie de tip “tub în tub”.

Fig. 5.31 – Plan

structura B5 – 10

niveluri

Structura B5, pe ambele direcţii, are o rigiditate comparabilă cu structura B4, ce are

de asemenea un tub central din beton armat.

Din calculul static neliniar se obţine diagrama:







0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0.00 2.00 4.00 6.00



METODAFORTELOR STATICEECHIVALENTE

25

Structura B6, cu tramele de 6.00x6.00m şi 6.00x9.00m, are zona de circulaţie

împărţită în două. S-au creat astfel la extremităţile clădirii 2 noduri de circulaţie de

12,00x6,00m, a căror structură a fost realizată din pereţi de beton armat. Suplimentar faţă de

aceste nuclee, au fost dispuşi pe direcţie longitudinală, pe axele marginale, câte 2 pereţi de

6,00m lungime în traveile de capăt şi pe direcţie transversală 4 pereţi interiori de 6,00m

lungime.

Fig. 5.36 – Plan structura

B6 – 10 niveluri

Din calculul static elastic se observă că, pe ambele direcţii, structura B6 păstrează o

rigiditate ridicată, comparabilă cu structurile studiate anterior, B4 şi B5, ce au de asemenea

nuclee din beton armat şi pereţi cu secţiuni în plan bine dezvoltate.

Structura B6 confirmă concluzia de la structurile B4 şi B5, conform căreia dacă

pereţii sunt foarte bine dezvoltaţi în plan, aceştia nu mai produc acel efect de « bici » de la

ultimele niveluri şi nu mai încărca suplimentar cadrele.







0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0.00 1.00 2.00 3.00




26

5.3. Structuri cu regim mare de înălţime – 15 niveluri

Structurile de 15 niveluri analizate în studiul de caz au fost considerate ca fiind

structuri cu regim mare de înălţime. Pentru România această denumire poate fi una corectă,

având în vedere că nu există foarte multe clădiri care să depăşească acesta înălţime.

Studiul a fost unul mai restrâns, alcătuit doar din 2 clădiri, care au acelaşi sistem

structural ca şi clădirile B3 şi B6, cu schimbările necesare ale secţiunilor de beton, impuse de

regimul de regimul de înălţime mai mare.

Structura C1 a studiului de caz este o structură cu cadre preponderente, în care

subsistemul pereţi apare doar pe conturul exterior al clădirii, la fel ca şi structura B3.

Din calculul static elastic se poate observa că structură este mai flexibilă decât

structura B3, datorită regimului mai mare de înălţime, deşi dimensiunile stâlpilor şi grosimea

pereţilor şi a bulbilor au crescut.

Forţa tăietoare preluată de subsistemul cadre este aproape constantă pe toată înălţimea

structurii, doar la ultimul nivel aceştia sunt încărcaţi mai mult de către pereţi.

În concluzie, chiar dacă pereţii sunt foarte bine dezvoltaţi în plan, şi nu mai produc

efectul de « bici » de la ultimele niveluri pentru un regim mai mic de înălţime, pentru un

regim de înălţime mai mare situaţia se poate schimba.


cadre (roşu) pe direcţie longitudinală – structura C2

Din calculul static neliniar se observă că raportul αu/α1 a fost mai mare de 1.25. Prin

urmare valoarea de 1.25 luată în considerare la calculul forţei seismice statice echivalente,

conform P100-1/2006 este corect.

25337.57

26572.31

24918.46

23557.41

22045.87

20431.82

18692.86

16815.97

14786.73

12590.46

10210.13

7640.1

4790.64

2117.19

-3686.51

3606.38

2125.45

3286.92

3909.39

4436.16

4819.25

5081.06

5234.6

5294.3

5274.84

5193.25

5055.16

4950.31

4423.26

6780.27

28943.95

28697.76

28205.38

27466.8

26482.03

25251.07

23773.92

22050.57

20081.03

17865.3

15403.38

12695.26

9740.95

6540.45

3093.76

-10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

3.5

7

10.5

14

17.5

21

24.5

28

31.5

35

38.5

42

45.5

49

52.5


INA

LT

IME

(m

)

DIAGRAMA FORTA TAIETOARE PENTRU SEISM PE DIRECTIA X IN SUBSISTEMUL PERETI SI SUBSISTEMUL CADRE

27

Structura C2 a studiului de caz este o structură cu 2 noduri de circulaţie dispuse la

extremităţile clădirii, la fel ca şi structura B6.

Din calculul static elastic se observă că structura C2 este mai flexibilă decât structura

B6, datorită regimului mai mare de înălţime.

Se observă că raportul αu/α1 determinat în urma calculului static neliniar a fost mai

mare de 1.25. Prin urmare valoarea de 1.25 luată în considerare la calculul forţei seismice

statice echivalente, conform P100-1/2006 este corect.

CAPITOLUL 6: Concluzii

6.1. Concluzii şi comentarii

Lucrarea de doctorat a avut drept scop realizarea unui studiu pentru un anumit tip de

clădiri, respectiv clădirile de birouri. Acest tip de clădiri a fost analizat din punct de vedere

funcţional şi din punct de vedere al sistemelor structurale optime, rezultând o serie de

concluzii:

C1. Actualitatea şi oportunitatea efectuării de studii şi cercetări referitoare la

clădirile de birouri

C2. Organizarea funcţională a spaţiului în clădire asigurând maximum de

flexibilitate (iniţială şi în timp), precum şi adaptabilitate la schimbare, implicând reţea

(tramă) funcţional-spaţială mare, spaţii “deschise” de mari dimensiuni, compartimentări

uşoare amovibile, modulare convenabilă a ferestrelor şi flexibilitate a instalaţiilor.

C3. Deschideri/travei mari ale sistemelor structurale, însemnând distanţe mari

între elementele structurale verticale, cu implicaţii asupra configuraţiei şi

caracteristicilor sistemelor structurale şi ale planşeelor

C4. Asigurarea unor condiţii superioare de confort ambiental (termic, acustic,

vizual) pentru utilizatori, realizată printr-o reţea complexă de sisteme de utilităţi

(servicii), desfăşurată pe întreaga suprafaţă a fiecărui etaj, cu implicaţii asupra

soluţiilor de planşee

C.5. Influenţa şi condiţionările impuse de situaţia amplasamentului (topografică,

geotehnică, climatică, seismică), reglementările de urbanism, reglementările privind

siguranţă la foc s.a. asupra caracteristicilor şi a configuraţiei în plan şi pe înălţime a

sistemului structural al clădirii

C.6. Opţiunea în favoarea utilizării betonului ca material în structura clădirilor

de birouri cu regim de înălţime mediu/ridicat

C7. Studiu de caz pe un tip de clădire de birouri ce întruneşte toate cerinţele

funcţionale şi structurale actuale

În urma calculelor efectuate pentru clădirile în cadre de 5 niveluri, se pot trage

următoarele concluzii:

- elementele structurale se dimensionează ca secţiune de beton din condiţii de rigiditate,

în vederea reducerii deplasărilor laterale;

- structurile cu stâlpii îndesiţi pe contur, de tip tub, se comportă mai bine la acţiunea

seismului, fiind mai rigide;

- raportul αu/α1 , s-a obţinut în urma calculului static neliniar mai mare decât valoarea

maximă permisă de cod de 1,6.

28

La structurile cu regim de înălţime de 10 niveluri, sistemele în cadre nu mai

reprezentau o soluţie eficientă şi au fost folosite structuri duale cu diverse poziţionări ale

pereţilor şi cu diverse dimensiuni:

- structurile cu pereţi de dimensiuni relativ mici (B1) dispuşi pe contur, comportarea

este asemănătoare cu cea a structurilor în cadre, fiind relativ flexibile şi având o

contribuţie importantă la preluarea forţei seismice doar la primele niveluri,

- păstrând aceeaşi arie în plan a pereţilor, dar mărind dimensiunile şi micşorând

numărul lor, s-a obţinut o structură (B2) cu o comportare mai bună la deplasări

laterale, subsistemul pereţi a preluat o parte mai mare din forţa seismică la mai multe

niveluri, dar la ultimul nivel pereţii au încărcat suplimentar cadrele;

- mărind aria secţiunii pereţilor şi realizând lungimi mai mari de pereţi (6.00 şi 9.00m)

s-a obţinut o structură mai rigidă (B3), la care forţa seismică e preluată la primele

niveluri de pereţi în proporţie de 90%, iar la ultimul nivel cadrele nu mai sunt

încărcate suplimentar de pereţi;

- la toate cele 3 structuri duale cu pereţi independenţi analizate, raportul αu/α1

determinat în urma calculului static neliniar a fost mai mare de 1.5. Prin urmare,

valoarea de 1.25 luată în considerare la calculul forţei seismice statice echivalente,

conform P100-1/2006 este acoperitoare.

Pentru structurile cu nod de circulaţie realizat din beton armat s-au obţinut rezultate ce

arată că nucleele, fiind bine dezvoltate în plan, conduc la structuri foarte rigide, ce preiau

aproape în totalitate forţa seismică, la toate nivelurile, inclusiv la ultimul etaj unde preiau

aproape 40% din ea. Raportul αu/α1 determinat în urma calculului static neliniar este mai

mare de 2, deci valoarea 1.25 luată în calcul este mult acoperitoare.

Pentru structurile analizate de 15 niveluri se poate observa că datorită regimului

mai mare de înălţime au altă comportare faţă de cele cu 10 niveluri, chiar dacă structură a fost

păstrată asemănătoare. De exemplu, chiar dacă structurile analizate au pereţi bine dezvoltaţi

în plan şi care au preluat cea mai mare parte a forţelor tăietoare pe aproape toată înălţimea

construcţiei, totuşi la ultimul etaj apare “efectul de bici” prin care pereţii încarcă suplimentar

cadrele.

Din studiul de caz se pot trage următoarele concluzii generale:

pentru structurile în cadre:

- comportarea la acţiunea forţelor laterale se îmbunătăţeşte prin creşterea

rigidităţii dacă se realizează un tub exterior prin îndesirea stâlpilor pe contur;

- raportul αu/α1 determinat prin calcul static neliniar rezultă mult mai mare

decât cel indicat în Codul P100-1/2006.

pentru structurile duale:

- comportarea structurilor duale este mult influenţată de dezvoltarea în plan a

secţiunilor pereţilor şi nu neapărat de aria totală a acestora;

- în funcţie de înălţimea clădirii, de numărul de niveluri şi de dezvoltarea în

plan a secţiunii pereţilor, încărcarea suplimentară a cadrelor de către pereţi de

la ultimul etaj poate să apară sau nu;

- raportul αu/α1 determinat prin calcul static neliniar a arătat că valoarea din

cod este corectă, de fiecare dată el rezultând mai mare decât cea

reglementată.

6.2. Contribuţii proprii

Contribuţiile proprii din această teză s-au evidenţiat în două direcţii: una de

documentare şi de sinteză a informaţiilor care există în momentul actual în domeniul

29

clădirilor de birouri şi una de cercetare numerică prin realizarea unui studiu de caz referitor la

sistemele structurale specifice clădirilor de birouri.

Contribuţiile proprii aduse domeniului clădirilor civile şi în special clădirilor de

birouri pot fi considerate următoarele:

- O sinteză documentară referitoare la soluţiile funcţionale şi structurale pentru clădirile

de birouri moderne, având în vedere toate constrângerile de urbanism, de flexibilitate

funcţională, de instalaţii de ventilaţii şi climatizare, de reţele de date şi telefonie, de

realizare a condiţiilor de rigiditate şi rezistenţă impuse clădirilor amplasate în zone

seismice;

- Un studiu privind tipologia, caracteristicile şi cerinţele funcţionale specifice clădirilor

de birouri moderne şi care sunt implicaţiile acestora asupra soluţiilor structural;

- Un studiu privind tipologia şi performanţele potenţiale ale sistemelor structurale din

beton armat, adecvate cerinţelor funcţionale ale clădirilor de birouri moderne, cu

accent pe sistemele structurale în cadre şi duale;

- Un studiu privind tipologia şi performanţele potenţiale ale planşeelor din beton armat,

adecvate cerinţelor funcţionale ale clădirilor de birouri moderne;

- O sinteză documentară cu privire la concepte şi abordări moderne referitoare la

protecţia seismică a structurilor clădirilor etajate, reflectată în codurile de proiectare

româneşti şi străine;

- Studii de caz asupra unor categorii şi tipuri de sisteme structurale din beton armat,

compatibile cu cerinţele clădirilor de birouri modern, incluzând metodologia de lucru,

selectarea parametrilor de proiectare, analiză comparativă a rezultatelor şi a eficienţei

potenţiale a soluţiilor studiate

Posibilităţile de valorificare a lucrării de doctorat pot veni din sintezele documentare

realizate sau din rezultatele studiului de caz realizat. Acestea sunt:

- Îmbogăţirea şi dezvoltarea bazei de date existente actualmente.

- Elaborarea de material sau sinteze documentare, utilizabile în scop didactic

universitar (cursuri, proiecte, lucrări de licenţă, dizertaţii de master) şi pregătirea sau

actualizarea unor prescripţii specifice de proiectare pentru clădiri de birouri.

- Publicarea de articole, comunicări ştiinţifice s.a.

CAPITOLUL 7: Bibliografie

Dabija F. E., Erbasu R.: “Building Design“ (Vol. 1), Ed. Printech, 2002

Dabija F. E.: “Building Design“ (Vol. 3), Ed. Conspress, 2010

Tomasevschi A. S.: “Clădiri de birouri”, Note de curs, UAIM, 2006

Kiss Z.,Onet T.:“Proiectarea structurilor de beton după SR EN 1992-1”,Ed. Abel, 2008

Paulay T., Bachman H., Moser K.: “Proiectarea structurilor de beton armat la acţiuni

seismice” (Trad. Crainic L.), Ed. Tehnica, Bucuresti, 1997

Neufert E. and P.: “Architects’ Data”, Ed. Blackwell Science, Third Edition

Schueller W.:“High-Rise Building Structures”,Ed. John Wiley&Sons, New York, 1977

Farzad Naeim, R. Rao Boppana: “Seismic Design of Floor Diaphragms”

Sev A.,Ozgen A.:“Space Efficiency in High-Rise Office Buidings”, METU JFA 2009

Pickard J., Chilton W.: “The office Building of the Future”, 2012

http://www.csiamerica.com/sap2000/watch-and-learn#page=page-1

“Guide to Long-Span Concrete Floors”, Cement & Concrete Association of Australia,

1988

“Seismic Design of Reinforced Concrete Structures for Controlled Inelastic Response”,

Comite Euro-International du Beton, Ed. Thomas Telford, 1998

http://www.csiamerica.com/sap2000/watch-and-learn#page=page-1

Stoica Ana-Maria (cas. Ghita) - Rezumat

Documents

Transcript of Stoica Ana-Maria (cas. Ghita) - Rezumat