Răspunsul seismic în plan orizontal. Torsiunea generală

Torsiunea generală inerentă

Forţa seismică este o forţă de inerţie care acţionează asupra masei distribuite a construcţiei. Pentru calculul structural această masă distribuită se schematizează prin mase concentrate. Schematizarea maselor trebuie făcută astfel încât caracteristicile dinamice ale sistemului simplificat sa nu difere mult de cele ale construcţiei reale. Pentru clădirile obişnuite, având planşee rigide în planul lor la fiecare nivel, masele construcţiei  se pot considera concentrate în centrul de masă, CM, de la nivelul fiecărui planşeu. Ca urmare a schematizării maselor şi forţa seismică este reprezentată prin intermediul unor forţe rezultante aplicate în punctele de aşezare a maselor concentrate.

Centrul de rigiditate, CR, al unui nivel i se definește ca punctul în care dacă se aplică forţa tăietoare de nivel F_i se obţine numai o translaţie a nivelului respectiv în direcţia forţei. Dacă forţa tăietoare de nivel este aplicată în alt punct decât în CR atunci deplasarea nivelului considerat va avea două componente: translaţie în direcţia forţei F_işi rotire în jurul CR.

În mod obişnuit la un anumit nivel centrul de masă nu coincide cu centrul de rigiditate al structurii asfel că aplicarea forţei tăietoare de nivel în CM produce o rotire a nivelului în jurul CR. Acest fenomen poartă numele de torsiune generală a structurii.

Practic situaţia de încărcare cu o forţă F_i aplicată în centrul de masă poate fi echivalată cu aplicarea forţei F_­i şi a unui moment M_i în centrul de rigiditate:

unde

e                     excentricitatea centrului de masă faţă de centrul de rigiditate

M_i                       momentul de torsiune generală a structurii la nivelul i

Acest fenomen are ca  efect sporirea deformaţiilor în elementele de construcţie cu atât mai mult cu cât acestea sunt mai depărtate de centrul de rigiditate. Verificarea condiţiilor privind deplasarea laterală trebuie să aibă în vedere cumularea deformaţiilor datorate translaţiei sub forţa F cu rotirile datorate  momentului de torsiune generală, M.

Răspunsul structurii la torsiunea generală cauzată de excentricitatea centrului de masă faţă de centrul de rigiditate este dificil de estimat prin calcul mai ales în cazul utilizării unor metode simplificate de calcul structural. De aceea, în cazul proiectării structurilor noi trebuie avut în vedere ca:

Centrul de rigiditate al structurii să fie cât mai apropiat de centrul de masă. Acest lucru se poate realiza prin dispunerea convenabilă în plan a elementelor sau subansamblelor structurale ce au rolul de a prelua forţa seismică şi a o transmite la teren.

Dispunerea elementelor sau subansamblelor structurale în plan să aibă în vedere preluarea momentelor de torsiune prin încovoierea acestora. Capacitatea de rezistenţă şi rigiditatea la torsiune a elementelor de beton armat este redusă şi dificil de estimat prin calcul .

Torsiunea generală accidentală

Fenomenul de torsiune de ansamblu  a structurii poate apărea chiar şi în cazul structurilor simetrice la care centrul de rigiditate se suprapune peste centrul de masă. Acesta poate fi cauzat de:

-        variaţia caracteristicilor mecanice ale materialelor de construcţie în structură care pot influenţa rigiditatea elementelor structurale

-        anomaliile temporare ale distribuţiei masei construcţiei ce nu pot fi avute în vedere la proiectare

-        componentele de torsiune ale mişcării terenului în amplasament

-        caracterul asincron al excitaţiei seismice la baza construcţiei

Torsiune accidentală este considerată în calcul simplificat prin intermediul unui moment de torsiune determinat considerând a valoare convenţională a excentricităţii centrului de masă faţă de centrul de rigiditate:

unde

M_ti                   momentul de torsiune accidentală

 e_ai                 excentricitatea accidentală

Codul P100-1 prevede, similar altor coduri din străinătate, următoarea relație pentru determinarea excentricității accidentale:

unde L_i este dimensiunea planşeului perpendiculară pe direcţia acţiunii seismice.