Forstå Seismiske risikoer i skolebygninger

Jordskjelv kan forårsake katastrofale strukturelle feil, spesielt i store anlegg som gym og auditorium. Disse fasilitetene har ofte brede søylefrie interiører, tunge tak-trosses og forhøyede sitteplasser, som alle skaper unike sårbarheter under bakke risting. De primære farene inkluderer sammenbrudd av takstrukturer, bunkering av langspenningstrosseser, svikt i uforsterkede murvegger, og fallende av tunge ikke-strukturelle elementer som belysning, akustiske paneler og HVAC utstyr. I seismisk aktive regioner, skolebygninger må møte strenge byggekoder som ASCE 7 og International Building Code (IBC) med seismiske design kategorier (SDC) som dikterer lateral kraftmotstand. Lokal geologiske forhold ⁇ som jordtype, likfaction potensial og nærhet til aktive feil-furt påvirkningsrisiko. For eksempel, myke jordsamplify seismiske bølger, øker etterspørselen på strukturer. Forståelse av disse risikoene konstruksjoner er å skape alle beslutninger.

Nøkkelprinsippene for seismisk resistantdesign

Fleksible strukturer og dukilitet

Duktilitet ⁇ evnen til en struktur til å deformere uten å miste styrke ⁇ er kritisk. Stål øyeblikksrammer, for eksempel, kan gjennomgå betydelig plastdeformasjon under syklisk lasting, absorbere energi før feil. I gymnastikere og auditorium, er høyt duktile stålelementer foretrukket over sprø materialer. Tilkoblinger må være utformet for å gi på en kontrollert måte, unngå sprø frakturer ved sveiser eller bolter.

Styrkefond

Dype fundamenter (piler eller kaissoner) kan overføre belastninger gjennom ustabile jordlag til kompetent lager strata. Pile caps og klassestråler bør være forbundet for å skape en stiv base, hindre differensial avvikling. Seismisk isolasjon begynner ofte ved fundamentet: base isolatorer (elastomeriske lager eller friksjons pendeler) dekoblere superstrukturen fra bakkebevegelse, redusere akselerasjoner overført oppover.

Energidissipasjonssystemer

Supplerende dempere-viscous dempere, tuned massedempere eller metalliske utbyttedempere kan installeres i krattrammer eller mellom gulv. I store auditorium kan flere dempere skjules i vegghuler eller over tak. Disse enhetene konvertere kinetisk energi til varme, redusere drift og skade. FEMA Seismic Retrofit Technology Guide gir detaljerte eksempler.

Strukturell redundans

Flere belastningsstier sikrer at hvis en kolonne eller krage mislykkes, alternative stier fordeler krefter. For gym med langspenning tak, overflødig truss linjer og sekundære inndeling hindre progressiv sammenbrudd. Fortsatt stålforsterkning i betongrammer forbedrer også robustheten.

Ikke-strukturell sikkerhet

Ikke-strukturelle komponenter representerer den høyeste risikoen for beboere: suspendert tak, lys, scoreboards, akustiske skall, teatral rigging og setestandere må alle forankres eller festes. Avbrutt overtakselementer ved hjelp av diagonale ledninger eller stive forbindelser som i NFPA 13 og ASCE 7 kapittel 13 er obligatorisk. Tunge hengeelementer som fasematens bør sikres med seismiske restriksjoner.

Designstrategier for Gymnasium

Tak og diafragm

Gymnasiumtak er typisk langspennede strukturer ved hjelp av stål-trøye, romrammer eller glulambuer. Taket membran-ofte metalldekk med betong-trøye eller krysstre-trøye-måte overføre laterale krefter til vertikale lateral-forsterkningssystemer (LFRS). Fleksibilitet av membranen kan forårsake ujevn belastningsfordeling; ved hjelp av stive membraner (konkret eller kompositt ståldekk) reduserer deformasjon. Seismiske ledd (utvidelse eller separasjon ledder) deler lange bygninger i uavhengige bokser som beveger seg uavhengig, og hindrer pounding skade.

laterale systemvalg

  • Moment-motstandsrammer (stål eller forsterket betong) gir åpne interiører, men krever forsiktig proporsjonering for å begrense driften. Spesielle øyeblikksrammer (SMF) med forhåndskvalifiserte forbindelser er vanlige i høyseismiske soner.
  • Konsentriske eller eksentriske krattrammer tilbyr større stivhet, men må plasseres på omkretsvegger eller i lukkede rom; i treningsstudio kan de forkleddes i murvegger eller bak blekere.
  • (cast-in-place betong eller forsterket murverk) er kostnadseffektive men hindrende ⁇ de må være plassert ved grenser eller tjenestekjerner.
  • Buckling-restrained bøyede rammer (BRBF) utbytte i både spenning og kompresjon, noe som gir utmerket energiavslipning uten bøyebøye.

Kolonneankring

Kolonner som støtter gymnastak må ha baseforbindelser designet for oppløfting og overturing. Ankerbolter må være innebygd dypt nok til å utvikle full utbyttestyrke, og pedestaler bør ha tilstrekkelig inneslutningsforsterkning. I mange feil har kolonneankringsuttrekk ført til delvis sammenbrudd.

Designstrategier for Auditoriums

Auditorium design legger til kompleksitet på grunn av skråte gulv, sittedekk (fast sete), scenehus med høye proscium og flytårn. Flytårnet er en superstruktur som kan være høyere enn auditorium taket, skaper en myk-story eller vertikal uregelmessighet hvis ikke riktig integrert.

Stage og Fly Tower

Flytårnet er i det vesentlige en høy, smal ramme med en åpen flate (prosseniumåpningen). Denne åpningen skaper en membran diskontensitet. Det laterale systemet må være utformet for å overføre skjære rundt åpningen, ofte ved hjelp av tunge ståltrusses eller betong skjærevegger på siden og baksiden av scenen. Grimiron, katwalks og riggingspunkter må være seismisk forankret. Scenegulvet i seg selv er vanligvis en hevet plattform; det bør være designet som en horisontal membran eller festet til til tilstøtende vegger.

Sitteplasser

Faste seteoppganger er ofte konstruert som nivåbetonplater. Disse platene må være bundet i hovedsiden av systemet. Utvidelsesledd ved stigerpauser kan tillate uavhengig bevegelse. Inclined sete kan skape trykkkrefter som må motstås av slipestråler eller membranhandling. ASE guide på ytelsesstedet seismisk design tilbyr detaljert metode.

Akustiske og arkitektoniske elementer

Tunge akustiske paneler, skytak og dekorative funksjoner må være individuelt festet eller forankret. Lette stoffpaneler kan være designet for å falle trygt, men stive suspenderte tak (tre eller gips) krever seismiske klipp og brakktråder. Rigging for belysning og lyd bør møte ANSI E1.21 standarder for seismisk fastholdning.

Baseisolering og dempingssystemer

Baseisolasjon er spesielt effektiv for auditorium der delikat utstyr og suspendert landskap er sensitive for akselerasjon. Elastomeriske lager (lead-rubber eller høydamping gummi) plassert under søyler forlenger bygningens periode, redusere spektralakselerasjoner betydelig. Men baseisolasjon krever et kontinuerlig isolasjonsplan under hele fotavtrykket, som kan være utfordrende for skråsete. Isolering av scenen huset alene (partiell isolasjon) er mulig, men krever nøye grensesnittdesign. For gym, kan baseisolasjon være mindre vanlig på grunn av kostnader, men det brukes i høy ytelse retrofits. Supplerende viskousdempere kan installeres ved trussender eller mellom rammer for å legge demping uten å endre stivhet.

Regelmessig vedlikehold og nødforberedelse

Seismisk motstand reduseres over tid uten inspeksjon. Korrosjon av stålforbindelser, sprekking av betong, løsnende ankerbolter og oppsamling av rus på membraner reduserer alle ytelse. Et omfattende vedlikeholdsprogram bør omfatte årlig inspeksjon av kritiske forbindelser, ikke-strukturell forankring, og brannsupping røring (som kan bli projeksjonsfarer). Nødbor må være tegn på de unike evakueringsutfordringene til store gulvplater gym med flere utganger og auditorium sitteplasser med sentrum aisle. Post-jordkvale inspeksjonsprotokoller (ATC-20 eller lignende) bør være på plass, og viktige strukturelle elementer (som krøller og dempere) bør være tilgjengelig for rask vurdering. Trening custodial personale å gjenkjenne tegn på skade (leder kolonner, sprukket mury, skiftende taknett) kan hindre sekundære sammenbrudd under ettershokk.

Utførelsesbasert design og kostnadsoverveielser

Tradisjonell kodepreskriptiv design har som mål å beskytte livssikkerheten, men kan tillate betydelig skade som gjør bygningen ubrukelig i måneder. Performancebasert design (PBD) gjør det mulig for eiere å sette høyere mål, som umiddelbar beliggenhet selv etter et designnivå jordskjelv. For skolebygninger i høyseismiske soner kan PBD rettferdiggjøre ytterligere investeringer i baseisolasjon, ducile detaljering, og ikke-strukturell bracing for å holde gym og auditorium i drift for fellesskapsherberg eller responsfunksjoner. En kostnadsfordelsanalyse viser vanligvis at den integrerte kostnaden for forbedret seismisk design er 1-5 % av totale prosjektkostnader], mens kostnaden for reparasjon eller erstatning etter et stort skjelv kan være 30 ⁇ 50 % av den opprinnelige konstruksjonen.FEMA nytte-kost-verktøy kan bistå skoledistrikter i å evaluere tiltak.

Konklusjon

Design av seismiske resistente skolegymnasium og auditorium krever en flerfacettert tilnærming som adresserer strukturelle, ikke-strukturelle og operasjonelle risikoer. Ved å anvende avanserte ingeniørprinsipper ⁇ duktile laterale systemer, energidissipasjon, baseisolasjon og overflødige belastningstier ⁇ arkitekter og ingeniører kan skape rom som bevarer liv og funksjon under alvorlige jordskjelv. Lokale byggekoder gir en minimum baseline, men ytelsesbasert design og proaktiv vedlikehold kan oppnå mye høyere motstandsevne. Som seismiske forskning fremskritt og byggeteknikker forbedre, kan disse store bygningene i skolen være blant de tryggeste plassene i et samfunn, som tjener som evakueringshistoriske ly og samlingspunkter etter en katastrofe. I siste instans er hver dollar investert i seismisk sikkerhet en direkte investering i å beskytte studenter, ansatte og samfunnets fremtid.