Jordskjelvsdesign etter Eurokode 8-1 for typiske norske konstruksjoner: Stålkonstruksjoner

Abstract

Vurdering av jordskjelv under prosjektering av nye konstruksjoner er relativt nytt i Norge. I 2004 ble jordskjelvstandarden NS 3491-12 utgitt som en overgangsstandard til Eurokode 8-1 som ble gjeldende fra våren 2010. Det er derfor lite erfaring i Norge når det gjelder dimensjonering grunnet seismiske laster. Flere og flere konstruksjoner faller under kategorien hvor de må dimensjoneres for seismiske laster. Per dags dato er det vanlig praksis å benytte elastiske analyser av konstruksjonen ved dimensjonering. Dette medfører unødvendig store seismiske laster. Ved å utnytte duktiliteten i en konstruksjon vil den ha evnen til å absorbere mer energi og dermed oppta høyere seismiske laster. Det er derfor viktig å utvikle metoder som kan benyttes i byggebransjen for å unngå overdimensjonering på grunn av manglende erfaring og liten tilgang til løsninger. Formålet med denne masteroppgaven er å vise metoder som kan benyttes for å unngå slik overdimensjonering. Det er etablert en modell av en standard norsk stålkonstruksjon i FEM-programmet SAP2000. Konstruksjonen har et klassisk sentrisk X-avstivningsfagverk med strekk staver. Konstruksjonen er evaluert med forskjellige metoder i Eurokode 8-1 for å påvise en konstruksjon med høy seismisk kapasitet i form av duktilitet. Masteroppgaven tar for seg to måter å påvise duktilitet på i henhold til Eurokode 8-1. Den første metoden går ut på å gi overstyrke til ikke-energiabsorberende soner slik at det sikres dannelse av plastiske ledd i prosjekterte energiabsorberende soner. Denne metoden ivaretar konstruksjonens duktilitet ved å redusere det dimensjonerende designspekteret. Den andre metoden er ved pushoveranalyse. I en pushoveranalyse er duktiliteten til konstruksjonen ivaretatt direkte i konstruksjonselementenes materialmodell.De seismiske dimensjonerende lastene er funnet med tverrkraftmetoden, modal designspektrumanalyse og pushoveranalyse. Det er også vurdert seismisk kapasitet for andre typisk norske avstivningssystemer. De andre avstivningssystemene som er blitt vurdert er momentstive rammer og eksentrisk avstivning.Masteroppgaven konkluderer med at ved prosjektering av nye konstruksjoner er det særdeles viktig å tenke enkelt og symmetrisk med tanke på masse og stivhet. Selv om kravet om regularitet i planet ikke trenger å sjekkes ved en romlig analyse eller en ikke-lineær pushoveranalyse, er det viktig med regularitet for å få en ukomplisert konstruksjon som enklere kan utnyttes ved jordskjelvsdimensjonering. Det er også særdeles viktig med regularitet i oppriss. Det er gunstig med avtrappende stivhet oppover i konstruksjonen for å oppnå en lik energiabsorberende oppførsel i alle etasjene.Hvis konstruksjonen opplever store seismiske krefter og ikke kan påvises duktil med en høyere konstruksjonsfaktor enn 1.5, anbefales det å utføre en pushoveranalyse for å utnytte konstruksjonens duktilitet direkte.Det konkluderes også med at Eurokode 8-1 gir liten begrunnelse for konstruksjonsfaktorene som er gitt i standarden. Og at det gis ingen informasjon for modellering av plastiske ledd for nye konstruksjoner ved en pushoveranalyse. Sistnevnte anses som et svært viktig tema for videre arbeid og for videreutviklingen av metoder for jordskjelvsdimensjonering i Norge.