EN
Cum modelează normele seismice reziliența caselor prefabricate
Cerințele IBC și ASCE 7 pentru zonele cu risc seismic ridicat (SDC D–F)
Cele mai recente norme seismice privind construcțiile, cum ar fi IBC și ASCE 7, stabilesc standarde destul de riguroase pentru clădirile prefabricate construite în regiunile predispuse la cutremure. Clădirile care se încadrează în categoriile de proiectare seismică D până la F trebuie să reziste forțelor laterale de 1,5 până la 2 ori mai mari decât cele cerute în zonele cu un risc mai scăzut. Aceasta înseamnă că echipele de construcții trebuie să consolideze toate conexiunile dintre componente, să creeze trasee neîntrerupte pentru transmiterea încărcărilor pe întreaga structură și să utilizeze materiale capabile să se deformeze fără a se rupe. Conform standardului ASCE 7-22, structurile amplasate pe terenuri din categoria SDC F trebuie să îndeplinească coeficienți de forță tăietoare de bază cuprinși între 0,5g și 1,0g, ceea ce explică de ce mulți ingineri integrează acum în proiectele lor sisteme de contravântuire din oțel sau cadre rigide. Scopul final este ca aceste unități prefabricate să absoarbă șocul prin deformare controlată, nu prin cedare bruscă. Am observat acest lucru în practică în timpul puternicului cutremur din Chile din 2010, de magnitudine 8,8 pe scara Richter. Clădirile modulare care au respectat normele actualizate au înregistrat, în ansamblu, sub 10% daune, demonstrând eficacitatea remarcabilă a acestor cerințe moderne, atunci când sunt aplicate corect.
De ce proiectele moderne de case prefabricate depășesc adesea cerințele minime ale normelor
Producătorii lideri depășesc în mod curent cerințele de bază privind rezistența la cutremure — nu doar pentru a îndeplini obligațiile legale, ci și pentru a consolida reziliența, a reduce riscurile pe întreaga durată de viață și a consolida poziționarea pe piață. Această tendință este determinată de trei factori interconectați:
- Incentive asigurătorice : Proiectele care demonstrează o performanță cu 25% superioară cerințelor minime ale IBC califică pentru reduceri ale primelor până la 30%, conform FEMA P-2078 (2023).
- Durabilitatea lanțului de aprovizionare : Pereții structurali suplimentari și ancorările robuste ale fundației minimizează necesitatea intervențiilor ulterioare după un eveniment seismic, menținând productivitatea fabricii și respectarea termenelor de livrare.
- Proiectare bazată pe performanță : Modelarea avansată permite o optimizare precisă a distribuției greutății și a detaliilor de racordare — reducând consumul de materiale, dar extinzând în același timp marjele de siguranță. Ca urmare, casele prefabricate din Japonia ating acum frecvent 150% din limitele de deformație impuse de norme, facilitând reocuparea rapidă după evenimente seismice majore.
Sisteme structurale cheie care asigură performanța caselor prefabricate la magnitudinea M8
Structură din oțel, continuitate a diafragmei și trasee de încărcare redundante
Performanța ridicată în ceea ce privește rezistența la cutremure în casele prefabricate se bazează pe trei sisteme principale care lucrează împreună: structura din oțel, diafragmele continue și acele căi redundante de transmitere a încărcărilor despre care auzim în mod repetat. Structurile din oțel dispun de o flexibilitate integrată care le permite să suporte zguduituri destul de intense. Acestea pot chiar suferi o deplasare laterală de aproximativ 3% între niveluri fără a ceda în timpul unor cutremure majore. Apoi există aceste diafragme continue care transformă, de fapt, planșeele și acoperișurile în suprafețe plane mari. Aceste suprafețe distribuie forțele generate de zguduire, astfel încât niciun punct individual să nu fie supus unei solicitări excesive. Și să nu uităm nici de acele căi redundante de transmitere a încărcărilor: ele creează trasee alternative prin care forțele pot circula în cadrul structurii. Dacă un element cedează sau se deformează, părțile învecinate preiau automat sarcina. În comparație cu structurile obișnuite din lemn, aceste sisteme oferă o performanță cu aproximativ 40 % superioară în ceea ce privește gradul de deplasare în timpul cutremurelor, chiar și atunci când sunt supuse impulsurilor periculoase din apropierea epicentrului cutremurelor de magnitudine 8. În plus, deoarece toate componentele sunt fabricate în uzine, nu pe șantier, variația calității este mult mai redusă. Nu mai trebuie să vă faceți griji legate de neuniformitatea calității execuției datorită echipelor diferite sau problemelor legate de condițiile meteo în timpul construcției.
Detaliere avansată a conexiunilor: şuruburi, suduri și îmbinări rezistente la moment
Modul în care sunt proiectate conexiunile joacă un rol esențial în capacitatea clădirilor prefabricate de a rezista cutremurelor. Șuruburile de înaltă rezistență, împreună cu acele şaibe Belleville, contribuie la menținerea unei conexiuni strânse chiar și după mai multe cutremure care le scutură. Îmbinările din oțel sudate pe toată grosimea reduc riscul apariției bruscă a fisurilor atunci când se acumulează eforturi. Cadrele rezistente la moment (MRF) au îmbinări concepute special în acest scop, incluzând adesea elemente care cedează intenționat în timpul evenimentelor seismice. Aceste îmbinări speciale absorb șocul prin deformare controlată, în loc să cedeze complet. Protocoalele de testare cer ca aceste conexiuni să reziste la peste douăzeci de cicluri la o derivație de aproximativ 2,5 % între etaje. Analiza ceea ce s-a întâmplat în timpul marele cutremur din Chile din 2010 oferă, de asemenea, dovezi din lumea reală. Clădirile construite cu aceste tehnici avansate de conectare au înregistrat cu 85 % mai puține defecțiuni ale îmbinărilor comparativ cu construcțiile obișnuite din imediata apropiere. O bună proiectare a conexiunilor transformă structurile rigide, care ar fi altfel, în elemente capabile să se miște împreună cu forțele seismice, în loc să le reziste și să cedeze sub presiune.
Dovezi din lumea reală: Ce relevă studiile de teren post-M8 despre supraviețuirea caselor prefabricate
Studii de caz privind unitățile intacte versus cele avariate ale caselor prefabricate din Japonia și Chile
Analiza ceea ce se întâmplă pe teren după cutremure majore de magnitudine superioară lui 8 evidențiază cât de importantă este proiectarea clădirilor atunci când sunt în joc vieți umane. Luați, de exemplu, cutremurul major din Chile din 2010 (magnitudine 8,8): clădirile din oțel, realizate cu căi adecvate de transmitere a încărcărilor, au înregistrat mai puțin de 18% defecțiuni în total. În schimb, clădirile cu conexiuni necorespunzătoare sau diafragme rupte s-au prăbușit de trei ori mai des. Aceeași situație s-a repetat și în Japonia în timpul cutremurului masiv din Tohoku din 2011 (magnitudine 9,0): clădirile cu noduri rezistente au funcționat corespunzător, în timp ce cele cu suduri slabe s-au prăbușit parțial. Ce a făcut întreaga diferență? Capacitatea acestor structuri de a absorbi și distribui energia în timpul zguduierii. Clădirile construite din materiale flexibile și cu noduri proiectate pentru a suporta solicitările mecanice au supraviețuit mai bine decât omologii lor rigizi în ambele dezastre.
Modele de deteriorare nestructurale și impactul lor asupra reluării ocupării
Capacitatea de a reveni după dezastre depinde în aceeași măsură de modul în care funcționează elementele nonstructurale, precum și de faptul că clădirile rămân stabile. Analiza datelor privind clădirile prefabricate după cutremure de magnitudine 8 evidențiază un aspect interesant: aproximativ 70% dintre locuințe considerate temporar nehabitabile nu prezentau, de fapt, probleme structurale grave. Ce le-a făcut să devină nesigure? În principal, lucruri precum pereții despărțitori care s-au deplasat din poziția lor (în jur de 42 de cazuri), linii de utilități deteriorate care trec prin pereți (observate în aproximativ o treime dintre cazuri) și mobilier care s-a prăbușit de pe rafturi (în jur de 25 de cazuri). Când constructorii au inclus acele dispozitive speciale de fixare antiseismică pentru conducte, canale de ventilare, grile de tavan și chiar pentru dulapuri încorporate, oamenii au putut reveni în locuințe cu 65% mai repede decât în mod obișnuit. Acest lucru este perfect logic. O atenție corespunzătoare acordată tuturor acestor sisteme secundare situate în spatele pereților reduce uneori timpul de așteptare după cutremure cu aproape o lună. În loc să se limiteze la respectarea doar a cerințelor minime prevăzute de norme, această abordare transformă clădirile obișnuite, dar conforme, în spații în care oamenii pot reveni acasă în câteva zile, nu în săptămâni.
