Скалите се најопасното место во зградата при земјотрес? Архитектонскиот мит што има само половина вистина

Па, дали скалите први паѓаат?

Постои една реченица која со години се повторува секогаш кога се зборува за земјотреси: „Скалите први паѓаат.“ Звучи логично, особено затоа што скалиштето е еден од највидливите елементи во зградата и често е цврсто поврзано со катните плочи, греди и ѕидови.

Но инженерската вистина е поинаква.

Скалите не се по дефиниција првиот елемент што откажува при земјотрес. Сепак, тие можат да бидат меѓу најранливите делови на една зграда и токму затоа современото сеизмичко проектирање им посветува многу поголемо внимание отколку што би претпоставиле од нивната навидум едноставна функција.

Причината е во едно движење што човечкото око речиси и не го забележува: катовите за време на силен земјотрес не се движат апсолутно исто еден со друг.

Зградата се ниша, секој кат може да се помести хоризонтално во однос на соседниот, а скалиштето ако е круто прицврстено може да се најде во ситуација во која горниот и долниот крај буквално „се борат“ со различни движења.

Токму тука започнува вистинскиот проблем.

Скалиштето може да стане „несакана дијагонала“ на зградата

Кај одредени армирано-бетонски конструкции, скалиштето е круто поврзано со конструктивниот систем. Во нормални услови тоа може да изгледа како предност: скалите се масивни, стабилни и цврсти.

Но при земјотрес, таа крутост може да стане проблем.

Истражувањата и теренските набљудувања покажуваат дека цврсто поврзаните скали можат да почнат да функционираат како дијагонална потпора во конструкцијата. Наместо едноставно да „патуваат“ заедно со зградата, тие можат да го ограничуваат нејзиното хоризонтално поместување и да привлечат значителни сили во сопствените врски. Последиците може да бидат пукнатини, кршење на потпорите, оштетување на врските, па дури и локален колапс на делови од скалиштето.

Токму вакви оштетувања се документирани и во анализите на зградите погодени од земјотресите во областа Кахраманмараш во Турција во 2023 година. Една понова студија, базирана на теренски набљудувања на 91 оштетена зграда, покажува дека скалите често претрпеле умерено до тешко оштетување, при што круто поврзаните скалишни системи можеле да дејствуваат како непланирани дијагонални елементи.

Но токму овој податок треба правилно да се разбере: не значи дека секое бетонско скалиште е опасно, ниту дека секоја челична конструкција автоматски е безбедна.

Клучот е во проектирањето.

Значи, кои скали се „најдобри“ за земјотрес?

Одговорот не е бетонски, челични или дрвени.

Најдобри се оние скали што се правилно сеизмички проектирани.

Материјалот сам по себе не го одредува сеизмичкото однесување. Многу поважно е како скалиштето е конструирано, како е потпрено и како е поврзано со остатокот од зградата.

Современото сеизмичко проектирање настојува да овозможи скалиштето да го следи движењето на конструкцијата, наместо круто да се спротивставува на него. Затоа се користат решенија како лизгачки или деформациски врски, кои дозволуваат одредено релативно поместување меѓу скалите и конструкцијата.

Токму одделувањето или „декаплирањето“ на скалиштето од главната конструкција се покажало како едно од решенијата што може да ги намали концентрациите на напрегање и оштетувањето.

Но, понекогаш посигурното скалиште не е она што е најцврсто „заковано“ за зградата, туку она што е внимателно проектирано да може контролирано да се помести.

Челикот има предност, но само ако деталите се добри

Челичните скали често се сметаат за поволни поради нивната релативно мала маса и можноста за флексибилни конструктивни решенија. Но и тука постои важна замка: врските се критични.

Една современа научна ревија на сеизмичкото однесување на скалиштата покажува дека челичните скали можат да бидат многу чувствителни на хоризонталните поместувања, особено ако двата краја на скалишниот крак се круто фиксирани.

Затоа не е доволно архитектот да каже „ќе ставиме челични скали“.

Потребно е конструктивниот инженер да го реши начинот на потпирање, сидрење, врските, деформациите и однесувањето на целиот систем при сеизмичко дејство.

А што е со армирано-бетонските скали?

Тие не се автоматски „лош избор“.

Не, армирано-бетонските скали можат да бидат исклучително стабилни и издржливи. Проблемот настанува кога нивната конструктивна врска со зградата не е усогласена со очекуваните сеизмички поместувања.

Кај монолитни бетонски скали, на пример, начинот на кој се поврзани со катните плочи и греди може значително да влијае врз целокупното однесување на зградата. Истражувањата покажуваат дека присуството на скалите може да влијае врз периодот на осцилација, распределбата на силите и меѓукатните поместувања на конструкцијата.

Затоа скалиштето не треба да се третира како декоративен архитектонски додаток кој инженерот ќе го „реши подоцна“.

Тоа е дел од сеизмичката приказна на зградата.

Најголемиот проблем не е скалата туку врската

Ова е можеби најважната лекција од современото сеизмичко проектирање.

Кога се зборува за земјотрес и скали, јавноста најчесто прашува:

„Дали се бетонски или метални?“

Инженерот би поставил многу поважно прашање:

„Како се поврзани?“

Токму врските меѓу скалиштето и катната конструкција се едни од критичните точки. Ако зградата се помести, скалиштето мора да има доволно капацитет да ги прими тие поместувања без губење на потпората.

Американските сеизмички прописи, на пример, експлицитно бараат евакуациските скали да бидат детално проектирани за релативните поместувања меѓу катовите. FEMA исто така нагласува дека скалите мора да останат достапни и функционални по земјотрес, бидејќи се неопходни за евакуација и за пристап на спасувачките екипи.

Европа има своја логика: конструкцијата мора да „дише“

Во европскиот контекст особено е важно што Еврокод 8 го препознава сеизмичкото влијание врз елементите кои не се примарниот систем за носење хоризонтални сили и бара тие да не ја загрозуваат безбедноста при земјотрес.

За Македонија ова не е само теоретска тема. Институтот за стандардизација на Република Македонија го има објавено МКС EN 1998-1 – Еврокод 8, како и националниот анекс МКС EN 1998-1/НА:2020, кој се однесува на проектирањето конструкции отпорни на земјотрес.

Во суштина, современиот пристап не бара зградата да биде апсолутно неподвижна, нешто што при силен земјотрес практично не е возможно.

Целта е таа контролирано да се деформира, да ја дисипира енергијата и да избегне кршливи откажувања.

А тоа важи и за скалиштето.

Па, дали скалите први паѓаат?

Не. Тоа е мит ако се каже како универзално правило.

Но митот има зрно вистина, скалиштата навистина можат да бидат меѓу најранливите елементи при силен земјотрес, особено кога се круто поврзани со конструкцијата без доволен капацитет за меѓукатни поместувања.

Скалите се направени за да нè изведат од зградата кога сè друго ќе биде нарушено, а токму затоа мора да бидат меѓу највнимателно проектираните елементи во неа.

Добро проектираното скалиште не е само прашање на удобен наклон, ширина на газиштата, ограда и естетика.

Во сеизмички активен регион, тоа е дел од системот за преживување на зградата.