Projekti / Programi
VARNOST PASIVNIH HIŠ PRI POTRESU
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 5.12.01 |
Družboslovje |
Arhitektura in oblikovanje |
Arhitektura |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T240 |
Tehnološke vede |
Arhitektura, oblikovanje notranjosti |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 5.09 |
Družbene vede |
Druge družbene vede |
pasivna hiša, toplotna izolacija, potresna varnost
Raziskovalci (15)
Organizacije (3)
Povzetek
Gradnja pasivnih hiš se je v zadnjih letih ob povečani skrbi za varovanje okolja in varčevanja z energijo močno razširila tudi pri nas. Toplotni mostovi morajo biti preprečeni in toplotni ovoj mora potekati neprekinjeno okrog in okrog stavbe – tudi pod stavbo ali njenimi temelji. Praviloma se pri nas uporabljajo prenešene tehnologije gradnje pasivnih hiš in izvedbenih detajlov, ki so bili razviti v zahodni Evropi ali v skandinavskih deželah, v katerih nevarnosti močnejše potresne obtežbe ni. Konstrukcijski sistemi pasivnih hiš so bili izdelani za prevzem vertikalne obtežbe in obtežbe z vetrom, nobene garancije pa ni, da se bodo dobro in duktilno obnašali tudi pri ciklični potresni obtežbi. Zavedati se je treba tudi, da z vstavljanjem mehkejših slojev izolacije z izboljšano vertikalno nosilnostjo konstrukciji podaljšamo nihajni čas, saj konstrukcija na sloju toplotne izolacije niha počasneje kot pa na trdnih tleh. Večina tovrstnih stavb je nizkih in imajo sicer zelo kratke nihajne čase, s podaljšanjem nihajnega časa pa jih lahko premaknemo v resonančni plato spektra (območje konstantnih pospeškov), tako da lahko v nekaterih primerih bolj togih stavb na slabših tleh pričakujemo od 2 do 3,5 krat večje sile na objekt. To že ni več zanemarljivo povečanje sil in pred široko uporabo je treba varnost takšnih objektov posebej preveriti.
Dodatno se v pasivnih hišah pogosto uporablja tudi tako imenovane izolacijske podstavke, ki se jih zaradi preprečevanja toplotnih mostov vstavi med zgornjo konstrukcijo in temelje ali neogrevano klet. Pri potresu je zelo pomembna tudi strižna nosilnost sten in stebrov, ki jo lahko z vstavljanjem tovrstnih vmesnih izolacijskih nosilnih elementov, načrtovanih le za prevzem vertikalne obtežbe, zmanjšamo do te mere, da konstrukcija ni več potresno varna.
Pri raziskovalnem in strokovnem delu na FA sicer spodbujamo izgradnjo pasivnih hiš, vendar pa ugotavljamo, da je tovrsten prenos tehnologije lahko nevaren, še posebej pri večjih in težjih večetažnih objektih na področju močnejše potresne ogroženosti. Ta problem v znanstveni literaturi še ni bil obdelan, predvsem zato ker se pasivne hiše uporabljajo v hladnejših klimatskih področjih, kjer potresov praviloma ni. V tem pogledu je Slovenija in njej klimatsko in potresno ogrožene podobne dežele izjema, taka raziskovalna študija pa nujnost, ki se je zavedajo tudi nekateri investitorji in proizvajalci pasivnih hiš pri nas.
Iz tega razloga želimo raziskati, do kakšne mere in v katerih primerih je lahko uporaba pasivne hiše nevarna ter kako se tej nevarnosti izogniti z ustreznim arhitekturnim projektiranjem in uvedbo dodatnih ukrepov za zagotavljanje odpornosti na horizontalno obtežbo. Možnosti za oblikovanje tovrstnih konstrukcijskih detajlov bodo raziskane v okviru projekta. Aplikativni del projekta predvideva a) preučitev najpogosteje uporabljanih sistemov pasivne gradnje, b) analizo vseh konstrukcijskih detajlov, ki so pomembni za zagotavljanje zadostne potresne odpornosti in c) predloge za njihovo izdelavo in dimenzioniranje ter d) napotke za izdelavo potresno varne evropske pasivne hiše.
Obnašanje konstrukcij temeljenih na toplotni izolaciji je podobno kot obnašanje potresno izoliranih konstrukcij, s katerimi imamo že večletne izkušnje pri našem dosedanjem raziskovalnem delu. Sisteme izolacije in njihove uporabe smo že preučili v okviru dosedanjega raziskovalnega dela in iz tega področja objavili vrsto člankov, nekaj tudi v mednarodnih revijah iz prve skupine. Dobljeno znanje bomo lahko uporabili tudi pri tej raziskavi in je garant za uspešnost projekta. Projekt je razdeljen na 10 delovnih sklopov in ga izvajajo tri različne raziskovalne organizacije.
Pomen za razvoj znanosti
Glavni znanstveni prispevki, ki izhajajo iz v okviru projekta pridobljenih rezultatov so: i) Aktualnost obravnavane tematike: na ravni Evropske unije (EU) je najpomembnejši pravni dokument povezan z učinkovito rabo energije prenovljena Direktiva o energetski učinkovitosti stavb. Za države EU je od sprejetja direktive leta 2010 znano, da bodo morale biti vse stavbe od leta 2021 naprej skoraj nič-energijske. Po tem roku ne bo mogoče dobiti gradbenega dovoljenja, če stavba ne bo blizu nič-energijska. Ena osnovnih zahtev energijsko učinkovite stavbe je, da je toplotni ovoj zgradbe dobro toplotno izoliran, zrakotesen in neprekinjen, torej mora potekati sklenjeno – tudi pod temeljno ploščo. Za prenašanje vertikalnih obtežb mora uporabljena toplotna izolacija pod temeljno ploščo imeti ustrezno tlačno trdnost. ii) Razumevanje potresnega obnašanja stavb temeljenih na toplotnoizolacijskih (TI) slojih: TI sloji predstavljajo mehko podlago s strižno in osno (vertikalno) podajnostjo z omejeno strižno in tlačno trdnostjo. Pri potresnem vzbujanju lahko pride do zibanja stavbe, posledično se površina tlačenega dela temelja oziroma TI podlage spreminja v odvisnosti od intenzitete in frekvence vzbujanja. Zaradi velikih tlačnih obremenitev lahko pride na robovih do pogrezanja (na tlačnem robu) oziroma do odlepljanja temeljne plošče od TI podlage (na nateznem robu). Za zagotovitev varnega obnašanja pasivne hiše na sloju izolacije med potresom je potrebno zagotoviti, da te napetosti ostanejo znotraj določenih projektnih vrednosti. Ob tem pride tudi do stiskanja sloja toplotne izolacije (zmanjšanje debeline), kar ob močnejših potresih predstavlja nepovratno deformacijo, ki bi na objektu lahko ostala vidna tudi po potresu. Zaradi podajnosti TI sloja lahko poleg deformacij v samem TI sloju pride tudi do povečanja obremenitev na zgornjo konstrukcijo. Slednje je izrazitejše predvsem v primeru togih in visokih (vitkih) stavb z večjo maso in lahko pomeni večjo stopnjo poškodb nastalih med potresom. iii) Izvedena široka (parametrična) analiza seizmičnega obnašanja stavb temeljenih na mehkih TI slojih: z nelinearnimi analizami časovnega odziva (uporabljeni dejanski zapisi potresov pri različnih intenzitetah) so bili analizirani numerični modeli stavb različnih višin, tlorisnih dimenzij, mas, nosilnosti, duktilnosti, z različnim histereznim obnašanjem, temeljenih na TI slojih različnih trdnosti in debelin. Glavni opazovani parametri so bili: pomik na vrhu in zahtevana duktilnost zgornje konstrukcije, deformacije TI sloja, delež temelja v stiku s TI slojem ter zahtevan koeficient lepenja za TI sklop. Primerjani so rezultati odziva modelov z in brez TI sloja pod temelji. Dodatno je bila z detajlnimi numeričnim analizami analizirana izbrana dejanska armiranobetonska stavba temeljena na TI podlagi. Pri tem je bil upoštevan tudi vpliv podajnosti temeljnih tal in vpliv togosti temeljne plošče, ki se je izkazal kot pomemben za odziv. iv) Izvedene eksperimentalne raziskave obnašanja plošč iz ekstrudiranega polistirena XPS: pridobljene materialne karakteristike XPS plošč pri monotonih in cikličnih strižnih in tlačnih preiskavah so bistvene oz. nujne za izvedbo numeričnih simulacij potresnega odziva takšnih stavb. Le-teh do sedaj v znanstveni literaturi nismo zasledili. Dodatno so bile opravljene tudi nestandardizirane preiskave trenja na sklopih sestavljenih iz XPS plošč in betonske plošče, v izbranih primerih pa še iz hidroizolacije ali polietilenske folije. Preskušanih je bilo 9 različnih sklopov, ki se pogosto pojavljajo v praksi. Za vsak sklop je bil izmerjen odziv pri različnih stopnjah tlačne preobremenitve ter ovrednoteni koeficienti lepenja oz. trenja v primeru zaznanega zdrsa med sloji sklopa. v) Patentne prijave na osnovi raziskav v okviru projekta: vložena patentna prijava s strani sofinancerja FIBRAN NORD. Predvidena je še ena patentna prijava za tehnološko popolnejšo celostno rešitev temeljenja pasivnih hiš.
Pomen za razvoj Slovenije
Projekt je izhajal iz dveh sicer precej nesorodnih področij, tj. potresna varnost in energijska učinkovitost, ki na evropskih tleh skupaj nastopata precej redko. Ravno v Sloveniji pa se ti dve področij stikujeta, zato prepoznavanje omenjene problematike in začetek raziskav ravno v Sloveniji predstavlja unikatnost oz. specifičnost. Večina Slovenije leži namreč na območju z zmerno potresno ogroženostjo in je za zagotovitev ustrezne mehanske odpornosti in stabilnosti upoštevanje potresnih vplivov zahtevano s predpisi. Število pasivnih hiš oz. energijsko učinkovitih stavb v Sloveniji hitro narašča. Pri tem se zaenkrat uporabljajo konstrukcijske rešitve, ki so bile razvite in širše uporabljane predvsem na področjih z nizko seizmičnostjo. Z raziskavami izvedenimi v okviru projekta smo analizirali potresni odziv stavb s toplotnoizolacijskim (TI) slojem pod temelji, kar se v Sloveniji čedalje več uporablja in kar je v skladu z evropsko Direktivo o energetski učinkovitosti stavb. Opredelitev problematike potresne varnosti takšnih stavb je za Slovenijo kot potresno (zmerno) ogroženo državo ključnega pomena z vidika zagotavljanja ustrezne mehanske odpornosti in stabilnosti. Zato je ozaveščanje in izobraževanje strokovne javnosti, ki je bilo izvedeno v sklopu projekta pomemben prispevek k razvoju stroke v Sloveniji. Dodatno so bile na osnovi pridobljenih rezultatov razvite smernice za projektante konstrukcij stavb temeljenih na mehkih TI slojih. V okviru raziskav projekta je sodelovalo več mlajših slovenskih raziskovalcev, kar predstavlja razvoj potenciala visoko izobraženih kadrov. Sorodne raziskave iz tega področja uspešno nadaljuje mladi raziskovalec Boris Azinović. Kot pomemben doprinos projekta navajamo tudi tvorno sodelovanje s slovenskim proizvajalcem toplotnoizolacijskih izdelkov (sofinancer projekta FIBRAN NORD), ki je velik del rezultatov pridobljenih v okviru projekta uporabil za svoje tehnološke rešitve oz. proizvode. Glavne rezultate numeričnih simulacij je FIBRAN NORD vključil tudi v svoja tehnična gradiva.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
