5 najważniejszych korzyści z projektów odpornych na trzęsienia ziemi dla nowoczesnych budynków

Projektowanie odporne sejsmicznie to coś więcej niż wymóg normowy w regionach narażonych na trzęsienia ziemi. Pomaga chronić ludzi, ograniczać uszkodzenia konstrukcyjne i szybciej przywracać funkcjonowanie ważnych obiektów po zdarzeniach sejsmicznych.

W tym artykule gbc engineers przedstawia pięć najważniejszych korzyści projektowania budynków odpornych sejsmicznie, od bezpieczeństwa życia i długoterminowych oszczędności po zgodność z przepisami, wyższą wartość nieruchomości i odporność społeczności. Nacisk położono na decyzje inżynierskie, które czynią budynki bezpieczniejszymi, trwalszymi i bardziej odporne ekonomicznie.

Czym jest projektowanie odporne sejsmicznie?

Projektowanie odporne sejsmicznie to zastosowanie zasad inżynierii sejsmicznej w celu zapewnienia, że budynki wytrzymają drgania gruntu bez zawalenia, a przy wyższych wymaganiach użytkowych także bez istotnych uszkodzeń konstrukcyjnych. Obejmuje wybór systemu konstrukcyjnego, izolację sejsmiczną, rozpraszanie energii, ciągliwe detalowanie oraz ochronę elementów niekonstrukcyjnych. Wszystko to jest regulowane przez właściwe normy projektowania sejsmicznego, takie jak Eurocode 8, ASCE 7, SNI 1726 oraz inne przepisy krajowe.

Korzyść 1: bezpieczeństwo życia i odporność sejsmiczna

Najważniejszym i niepodlegającym kompromisom celem projektowania odpornego sejsmicznie jest ochrona życia ludzkiego. Nowoczesne normy sejsmiczne oparte na wymaganiach użytkowych, takie jak Eurocode 8, ASCE 7-22 i FEMA P-58, definiują hierarchię poziomów działania, która wykracza poza bezpieczeństwo życia i uwzględnia ciągłość funkcjonowania obiektów krytycznych.

 

Kluczowe systemy bezpieczeństwa sejsmicznego w budynkach odpornych sejsmicznie

• Systemy izolacji podstawy: Łożyska gumowo-ołowiowe (LRBs) lub Friction Pendulum Systems (FPS) instalowane między fundamentem a nadbudową częściowo odsprzęgają budynek od ruchu gruntu. Zmniejszają siły sejsmiczne przenoszone na konstrukcję zazwyczaj 3 do 5 razy, w zależności od okresu izolacji, warunków gruntowych i charakterystyki częstotliwościowej trzęsienia ziemi. W Europie EN 15129 reguluje projektowanie, badania i zapewnienie jakości urządzeń antysejsmicznych.
• Tłumiki lepkościowe (FVDs): Dodatkowe urządzenia rozpraszające energię, które pochłaniają energię sejsmiczną przez przepływ lepki, zmniejszając przemieszczenia i przyspieszenia konstrukcji. Są szeroko stosowane w modernizacjach sejsmicznych budynków wysokich oraz w nowych obiektach w Japonii, Nowej Zelandii i we Włoszech.
• Buckling-restrained braces (BRBs): Stalowe stężenia z uplastyczniającym się rdzeniem stalowym zabezpieczonym przed wyboczeniem. Zapewniają stabilne histeretyczne rozpraszanie energii przy cyklicznym obciążeniu sejsmicznym i są ekonomiczną alternatywą dla tłumików lepkościowych w nowych konstrukcjach stalowych.
• Ciągliwe żelbetowe ramy momentowe i ściany: Systemy konstrukcyjne projektowane zgodnie z Eurocode 8 DCH lub wymaganiami ACI 318-19 dla special moment frames, tak aby kontrolowane przeguby plastyczne powstawały w belkach. Chroni to słupy i pomaga utrzymać globalną stateczność konstrukcji podczas silnych trzęsień ziemi.

Wartość projektowania odpornego sejsmicznie dobrze pokazują dane o zniszczeniach po trzęsieniach ziemi. Sekwencja trzęsień ziemi Kahramanmaraş w Turcji z 6 lutego 2023 r. spowodowała ponad 59 000 ofiar śmiertelnych w Turcji i Syrii. Większość zgonów była związana z zawaleniami budynków i poważnymi awariami konstrukcyjnymi. Zgodne z przepisami nowsze budynki w tym samym obszarze dotkniętym zdarzeniem generalnie zachowywały się lepiej.

Czytaj więcej: 3 kluczowe kryteria projektowania budynków odpornych na trzęsienia ziemi

Korzyść 2: długoterminowe oszczędności kosztów

Budownictwo odporne sejsmicznie oznacza mierzalną inwestycję początkową, zazwyczaj premię 3 do 15 % kosztów konstrukcji, w zależności od poziomu zagrożenia sejsmicznego, docelowego poziomu działania i wybranego systemu konstrukcyjnego. Długoterminowy argument ekonomiczny jest jednak przekonujący i dobrze udokumentowany.

• Niższe koszty napraw po trzęsieniu ziemi: Probabilistyczne oceny strat FEMA P-58 pokazują, że budynki projektowane powyżej minimalnych wymagań normowych, na przykład z celem Immediate Occupancy zamiast Life Safety, osiągają znacznie niższe wartości Expected Annual Losses (EAL) i Probable Maximum Loss (PML). Dla budynków komercyjnych w umiarkowanych strefach sejsmicznych sama redukcja EAL może uzasadnić premię inwestycyjną w ciągu 10 do 15 lat.
• Niższe straty z tytułu przerw w działalności: W obiektach krytycznych i komercyjnych przestój po trzęsieniu ziemi jest zwykle największym pojedynczym składnikiem strat ekonomicznych. Centrum danych, szpital lub sala transakcyjna zaprojektowane dla poziomu Immediate Occupancy mogą wznowić pracę w ciągu kilku godzin po trzęsieniu projektowym, zamiast po tygodniach lub miesiącach.
• Niższe składki ubezpieczeniowe: Budynki odporne sejsmicznie zwykle osiągają niższe wartości PML, standardowy wskaźnik stosowany przez ubezpieczycieli do oceny ryzyka sejsmicznego zgodnie z ASTM E2026 / E2557. Może to umożliwić niższe składki ubezpieczenia majątkowego. W rynkach o wysokim zagrożeniu sejsmicznym, takich jak Japonia, Kalifornia i Nowa Zelandia, różnicowanie składek na podstawie PML jest standardową praktyką.
• Dłuższy okres użytkowania budynku: Budynki, które przetrwają duże trzęsienia ziemi z minimalnymi uszkodzeniami konstrukcyjnymi, unikają cyklu poważnych napraw, długotrwałego zamknięcia lub rozbiórki i wymiany, z którym często mierzą się obiekty niespełniające aktualnych wymagań.

Dowody kosztów i korzyści

• World Bank (2017, "Unbreakable" report): Każdy 1 USD zainwestowany w odporną infrastrukturę pozwala zaoszczędzić około 4 USD kosztów odbudowy po katastrofie.
• FEMA (2020, "Natural Hazard Mitigation Saves" study): Każdy 1 USD wydany na sejsmiczne wzmocnienie istniejących budynków pozwala zaoszczędzić 6 USD przyszłych kosztów katastrof.
• Badania w Nowej Zelandii po trzęsieniu ziemi w Christchurch w 2011 r.: Budynki o konstrukcji nieciągliwej lub sprzed lat 70. XX wieku miały średnie koszty napraw przekraczające 50 % wartości odtworzeniowej. Doprowadziło to do rozbiórki ponad 1 000 budynków w CBD, czyli wielomiliardowej straty, którą lepsze projektowanie sejsmiczne mogłoby znacząco ograniczyć.      

Korzyść 3: zgodność z zaostrzającymi się globalnymi przepisami sejsmicznymi

• Wymagania projektowania sejsmicznego zaostrzają się na całym świecie, ponieważ rządy reagują na katastrofy sejsmiczne i korzystają z postępu wiedzy w inżynierii sejsmicznej.

• Eurocode 8 (EN 1998), nowa generacja: Druga generacja Eurokodów znajduje się już w określonym harmonogramie, a nie na nieprecyzyjnej ścieżce oczekiwanej na lata 2025 do 2026. Harmonogram JRC wskazuje Date of Publication na 30 września 2027 r. oraz Date of Withdrawal sprzecznych norm pierwszej generacji na 30 marca 2028 r.
• ASCE 7-22 (USA): Wydanie z 2022 r. aktualizuje mapy zagrożenia sejsmicznego na podstawie USGS 2018 National Seismic Hazard Model, zwiększając wymagania projektowe w częściach środkowych i wschodnich Stanów Zjednoczonych, szczególnie w New Madrid Seismic Zone oraz Pacific Northwest. Norma jest przywołana w IBC 2024.
• Japan Building Standard Law (2024 amendment): Po analizach po trzęsieniu ziemi na półwyspie Noto z 1 stycznia 2024 r., M7.6 i ponad 240 ofiar śmiertelnych, Japonia zaostrzyła wymagania modernizacji dla budynków kategorii III, takich jak szpitale, szkoły i wysokie biurowce, ustalając obowiązkowe terminy oceny sejsmicznej i zakończenia modernizacji.
• Turkey TBDY 2018 (post-2023 review): Sekwencja trzęsień ziemi Kahramanmaraş w lutym 2023 r. ponownie skierowała uwagę na zgodność z przepisami, jakość inspekcji i praktykę egzekwowania wymagań. Ważny wniosek dla czytelników jest taki, że efektywność sejsmiczna zależy nie tylko od wymagań normowych, ale także od egzekwowania, kontroli i jakości wykonania w praktyce.
• Indonesia SNI 1726:2019: Zaktualizowana norma projektowania sejsmicznego uwzględnia probabilistyczne mapy zagrożenia i współczynniki amplifikacji lokalnej. Jako istotny rynek centrów danych w Azji Południowo-Wschodniej, indonezyjskie centra danych muszą spełniać te wymagania.
• Singapore SS EN 1998:2021: Singapur przyjął Eurocode 8 jako Singapore Standard SS EN 1998 w 2021 r., wprowadzając po raz pierwszy wymagania projektowania sejsmicznego. Chociaż Singapur ma stosunkowo niskie zagrożenie sejsmiczne, bliskość strefy subdukcji Sumatry, źródła trzęsienia ziemi na Oceanie Indyjskim w 2004 r. o magnitudzie M9.1, wymaga uwzględnienia w projektowaniu, szczególnie dla obiektów essential facilities, w tym centrów danych.

Budynki, które nie spełniają aktualnych norm sejsmicznych, mogą być narażone na odpowiedzialność prawną, wyłączenia ubezpieczeniowe, obowiązkowe nakazy modernizacji lub wymagania rozbiórki po trzęsieniu ziemi. Proaktywna zgodność z przepisami jest kluczowym elementem zarządzania ryzykiem.

Korzyść 4: wyższa wartość nieruchomości i atrakcyjność rynkowa

Budynki odporne sejsmicznie osiągają mierzalne premie rynkowe w regionach aktywnych sejsmicznie, co potwierdzają badania z różnych rynków.

• Wyższe wartości transakcyjne: Badania z Nowej Zelandii, Japonii i Kalifornii konsekwentnie pokazują, że budynki z udokumentowaną wyższą efektywnością sejsmiczną osiągają wyższe ceny sprzedaży, niższe wskaźniki pustostanów i szybszą komercjalizację niż porównywalne budynki zaprojektowane wyłącznie według standardowego poziomu sejsmicznego.
• Niższe koszty ubezpieczenia: Niższe wartości PML, określane w ocenach ASTM E2026/E2557, przekładają się na niższe składki ubezpieczenia majątkowego. W Japonii, Kalifornii i Nowej Zelandii różnicowanie składek oparte na PML jest dobrze ugruntowane. Na rozwijających się rynkach centrów danych w Azji Południowo-Wschodniej ubezpieczyciele coraz częściej wymagają formalnych ocen ryzyka sejsmicznego dla obiektów o wysokiej wartości.
• Green finance i zgodność z ESG: Fizyczne ryzyko klimatyczne i sejsmiczne jest coraz częściej uznawane przez inwestorów instytucjonalnych, agencje ratingowe ESG i kredytodawców za istotny czynnik ryzyka na poziomie aktywa. Taksonomia UE dla zrównoważonej działalności uwzględnia odporność na ryzyka fizyczne jako element zasady Do No Significant Harm. Budynki z udokumentowaną odpornością sejsmiczną są lepiej przygotowane do zielonych obligacji, kredytów powiązanych ze zrównoważonym rozwojem i produktów inwestycyjnych ocenianych pod kątem ESG.
• Wymagania najemców na rynku centrów danych: Najemcy enterprise i hyperscale, szczególnie z sektorów finansowych, ochrony zdrowia i technologii, coraz częściej określają minimalne poziomy efektywności sejsmicznej jako kryterium wyboru lokalizacji dla obiektów krytycznych w regionach o wysokiej sejsmiczności, takich jak Japonia, Kalifornia, Nowa Zelandia, Turcja i Azja Południowo-Wschodnia.

Korzyść 5: odporność społeczności i szybsza odbudowa po trzęsieniu ziemi

Budynki odporne sejsmicznie są infrastrukturą społeczną, a nie tylko prywatnymi aktywami. Zdolność społeczności do funkcjonowania w trakcie i po trzęsieniu ziemi zależy od sejsmicznej efektywności jej krytycznego środowiska zabudowanego.

• Obiekty essential facilities: Szpitale, centra zarządzania kryzysowego, strażnice pożarne, szkoły, infrastruktura wytwarzania i przesyłu energii, zakłady uzdatniania wody oraz coraz częściej centra danych i obiekty telekomunikacyjne są klasyfikowane w normach sejsmicznych jako obiekty essential lub critical facilities. Eurocode 8 Importance Class III (γI = 1,2) i Class IV (γI = 1,4) stosują dla tych obiektów wyższe siły sejsmiczne. ASCE 7-22 Risk Category III i IV stosują równoważne Importance Factors.
• Przyspieszenie odbudowy gospodarczej: Trzęsienie ziemi Northridge w Kalifornii w 1994 r., M6.7, trzęsienie ziemi w Christchurch w Nowej Zelandii w 2011 r., M6.3, oraz trzęsienie ziemi Kumamoto w Japonii w 2016 r., M7.0, pokazały, że społeczności, których zasób budynków komercyjnych doznał uszkodzeń naprawialnych zamiast katastrofalnych, odbudowywały się znacznie szybciej. Ciągłość działania przekłada się bezpośrednio na utrzymanie wpływów podatkowych, miejsc pracy i odporności łańcuchów dostaw.
• Rola centrów danych dla społeczności: W gospodarce cyfrowej centra danych są dla funkcjonowania społeczności równie krytyczne jak szpitale. Usługi internetowe, przetwarzanie płatności, sieci komunikacyjne i cyfrowe usługi administracji zależą od dostępności centrów danych. Centrum danych zaprojektowane dla poziomu Immediate Occupancy po trzęsieniu ziemi, z izolacją sejsmiczną, capacity design i ochroną elementów niekonstrukcyjnych, utrzymuje te kluczowe funkcje wtedy, gdy są najbardziej potrzebne.

Czytaj więcej: Koncepcje projektowania odpornych na trzęsienia ziemi: jak pomagają chronić budynki w Azji Południowo-Wschodniej

 

Rosnące zapotrzebowanie na sejsmiczne przeglądy projektowe

Wraz z zaostrzaniem wymagań regulacyjnych i wzrostem świadomości ryzyka rośnie zapotrzebowanie na sejsmiczne przeglądy projektowe i oceny konstrukcyjne.

• Przeglądy zgodności regulacyjnej dla nowych budynków w obszarach ze zaktualizowanymi mapami zagrożenia sejsmicznego, w tym po przyjęciu ASCE 7-22 i wymagań nowej generacji EC8.
• Oceny podatności sejsmicznej, Tier 1, 2 i 3 zgodnie z ASCE 41-23, dla istniejących budynków przy zmianie sposobu użytkowania, sprzedaży lub refinansowaniu.
• Sejsmiczne przeglądy Technical Due Diligence (TDD) dla transakcji nieruchomościowych na rynkach wysokiego ryzyka, standardowa praktyka w Japonii, Kalifornii, Turcji i coraz częściej w Azji Południowo-Wschodniej.
• Oceny sejsmiczne oparte na wymaganiach użytkowych, z użyciem metodologii FEMA P-58, dla underwriting ubezpieczeniowego, emisji zielonych obligacji i raportowania inwestorskiego.
• Szybkie oceny po trzęsieniu ziemi i klasyfikacja uszkodzeń.

Jak gbc engineers wspiera potrzeby w zakresie projektowania sejsmicznego

• Zgodność regulacyjna: Utrzymujemy aktualną wiedzę o normach projektowania sejsmicznego we wszystkich rynkach, na których działamy. Obejmuje to Eurocode 8 i załączniki krajowe w Europie Środkowej i Zachodniej, SNI 1726:2019 w Indonezji, TCVN 9386:2012 w Wietnamie, SS EN 1998:2021 w Singapurze oraz ASCE 7-22 jako międzynarodowy punkt odniesienia.
• Projektowanie sejsmiczne oparte na wymaganiach użytkowych: Dla obiektów mission-critical, w tym centrów danych, stosujemy metodologie FEMA P-58 i ASCE 41-23, aby projektować konstrukcje z docelowymi poziomami Immediate Occupancy lub Operational, ograniczając przestoje po trzęsieniu ziemi i ryzyko dla aktywów.
• Izolacja sejsmiczna podstawy: Projektujemy systemy izolacji podstawy dla obiektów o wysokiej wartości lub krytycznym znaczeniu, wymagających maksymalnej ochrony konstrukcji i wyposażenia, takiego jak sprzęt IT, instrumenty laboratoryjne czy obiekty dziedzictwa kulturowego. Urządzenia są specyfikowane zgodnie z wymaganiami zapewnienia jakości EN 15129.
• Sejsmiczna ochrona elementów niekonstrukcyjnych: W projektach centrów danych projektujemy sejsmiczne kotwienie i stężenie szaf serwerowych, systemów UPS, podpór podłóg podniesionych, urządzeń chłodniczych i nadwieszonych tras kablowych zgodnie z ASCE 7-22 Chapter 13 lub Eurocode 8 cl. 4.3.5.
• Ocena ryzyka sejsmicznego i TDD: Przygotowujemy oceny ryzyka sejsmicznego zgodne z ASTM E2026/E2557 dla transakcji nieruchomościowych, underwriting ubezpieczeniowego i przeglądów portfeli inwestycyjnych.

Czytaj więcej: W jaki sposób przegląd projektu odpornego na trzęsienia ziemi zapewnia bezpieczeństwo konstrukcji

 

 

Gotowy na budowę budynku nowej generacji?
Nawiąż współpracę z gbc engineers, aby zaprojektować obiekt zapewniający wydajność, niezawodność i długoterminową wartość.
🌐 Odwiedź: www.gbc-engineers.com
🏗️ Sprawdź nasze usługi: Usługi – gbc engineers

 

Podsumowanie

Pięć korzyści projektowania odpornego sejsmicznie, bezpieczeństwo życia, długoterminowe oszczędności kosztów, zgodność regulacyjna, wyższa wartość nieruchomości i odporność społeczności, stanowi przekonujący, oparty na dowodach argument za inwestowaniem w jakość sejsmiczną. Korzyści te nie są teoretyczne. Potwierdzają je dekady danych o zachowaniu budynków po trzęsieniach ziemi, aktuarialne badania strat, badania rynku nieruchomości i analizy odbudowy gospodarczej społeczności dotkniętych trzęsieniami ziemi.

W miarę jak globalne normy projektowania sejsmicznego stają się coraz bardziej rygorystyczne, ryzyko fizyczne odgrywa większą rolę w inwestycjach nieruchomościowych i green finance, a ekonomiczne konsekwencje słabej efektywności sejsmicznej stają się bardziej widoczne dla ubezpieczycieli i inwestorów, zapotrzebowanie na wysokiej jakości wiedzę inżynierską w zakresie sejsmiki będzie nadal rosło.

Wybierz gbc engineers jako zaufanego partnera w tworzeniu budynków bezpieczniejszych, bardziej odpornych, bardziej wartościowych i w pełni zgodnych z obecnymi oraz przyszłymi normami projektowania sejsmicznego.

Najczęściej zadawane pytania

O ile projektowanie odporne sejsmicznie zwiększa koszty budowy?

Premia kosztowa dla projektowania sejsmicznego zależy od poziomu zagrożenia sejsmicznego, docelowego poziomu działania i systemu konstrukcyjnego. W strefach o niskim do umiarkowanego zagrożenia sejsmicznego projektowanie zgodne z minimum normowym zwykle zwiększa koszty konstrukcji o 1 do 5 %. W strefach wysokosejsmicznych z podwyższonym celem, takim jak Immediate Occupancy, premia może wynosić 5 do 15 % kosztów konstrukcji.

Izolacja podstawy powoduje dodatkowy koszt inwestycyjny, ale w przypadku obiektów essential facilities zwykle jest uzasadniona przez mniejsze ryzyko przerw w działalności i niższe składki ubezpieczeniowe. FEMA (2020) wykazała, że każdy 1 USD wydany na działania ograniczające ryzyko może znacząco zmniejszyć przyszłe koszty katastrof. Dokładny wskaźnik oszczędności zależy jednak od typu budynku, zagrożenia i zastosowanego środka ograniczającego ryzyko.

Jaka jest różnica między projektowaniem sejsmicznym a modernizacją sejsmiczną?

Projektowanie sejsmiczne oznacza uwzględnienie odporności na trzęsienia ziemi od samego początku projektowania i budowy nowego obiektu. Modernizacja sejsmiczna polega na wzmocnieniu istniejącego budynku, który został zaprojektowany przed obecnymi normami sejsmicznymi lub został oceniony jako mający niewystarczającą efektywność sejsmiczną. Typowe techniki modernizacji obejmują dodanie ścian ścinanych lub stężeń, płaszcze słupów, izolację podstawy, jeśli jest technicznie możliwa, oraz kotwienie elementów niekonstrukcyjnych. ASCE 41-23 jest podstawową normą oceny i modernizacji sejsmicznej istniejących budynków w USA. EN 1998-3 jest odpowiednikiem Eurokodu.

Czy centra danych potrzebują projektowania odpornego sejsmicznie?

Tak, i to według wyższego standardu niż typowe budynki komercyjne. Centra danych są klasyfikowane w większości norm sejsmicznych jako obiekty essential lub critical facilities, na przykład Eurocode 8 Importance Class III do IV oraz ASCE 7-22 Risk Category III do IV, co wymaga wyższych sił sejsmicznych w projekcie.

Poza zgodnością konstrukcyjną operatorzy centrów danych zwykle wymagają poziomu Immediate Occupancy, co oznacza, że obiekt nadal działa w trakcie i po trzęsieniu ziemi na poziomie projektowym. Wymaga to nie tylko konstrukcji odpornej sejsmicznie, ale także sejsmicznego zakotwienia sprzętu IT, systemów UPS, urządzeń chłodniczych, podłóg podniesionych i nadwieszonych tras kablowych.

 

O nas gbc engineers to międzynarodowe biuro inżynierskie z oddziałami w Niemczech, Polsce i Wietnamie, które zrealizowało ponad 10 000 projektów na całym świecie. Świadczymy usługi w zakresie inżynierii konstrukcyjnej, projektowania centrów danych, inżynierii infrastruktury i mostów, BIM & Scan-to-BIM oraz zarządzania budową. Łącząc niemiecką jakość inżynieryjną z międzynarodowym doświadczeniem, dostarczamy klientom zrównoważone, bezpieczne i efektywne rozwiązania.