kérdések és építészeti vonatkozásaiszepj/_2018_osz/Tartók_tervezése/13_Tartók tervezése... · Földrengésre való tervezési kérdések és építészeti vonatkozásai

2018. 11. 01.

10. Földrengésre való tervezési kérdések és építészeti

vonatkozásai

TARTÓ(SZERKEZETE)K

TERVEZÉSE II.

Dr. Szép JánosEgyetemi docens

Földrengési méretezés Magyarországon

Magyarország jelentősebb földrengései

Földrengések keletkezése

Földrengések erőssége

Földrengések okozta károk

Földrengések hatása a tartószerkezetekre

Szerkezetek földrengésre való méretezése

Épületek helyes kialakítása

Az előadás tartalma

1998. január 1: Építési törvény: Az épületeket úgy kell megvalósítani,hogy kellő védelmet nyújtsanak a földrengés okozta ártalmak ellen.

Újabb geofizikai kutatások szerint hazánk szeizmicitása lényegesenerősebb, mint azt korábban gondolták – kb. 6-6,5 magnitúdójúlegnagyobb földrengésre lehet számítani.

MSZ EN 1998-1 Eurocode 8: Tartószerkezetek tervezése földrengésre.

Földrengési méretezés Magyarországon

Magyarország jelentősebb földrengései

Idő Hely M

456. szept. 7. Szombathely 6,1

1763. jún. 28. Komárom 6,3

1783. ápr. 22. Komárom 5,2

1810. jan. 14. Mór 5,4

1810. máj. 27. Mór 4,9

1851. júl. 1. Komárom 4,9

1868. jún. 21. Jászberény 4,9

1911. júl. 8. Kecskemét 5,6

1925. jan. 31. Eger 5,0

1956. jan. 12. Dunaharaszti 5,6

1985. aug. 15. Berhida 4,9

2006. dec. 31. Gyömrő 4,1


Földkérget alkotó kőzetekben akülönböző tektonikai és egyéb folyamatokeredményeként feszültségek lépnek fel,amelyek az alak- és méretváltozástmegakadályozni törekszenek

Deformált állapotban energia halmozódikfel – a szilárdsági határok túllépése utánaz anyag tönkremegy, eltörik – törésizónák jönnek létre

A törés következtében felszabadul afelhalmozott rugalmas energia és részbenhőenergiává, részben mozgási energiáváalakul át földrengéshullámok


A földrengéseket kiváltó törési zóna a Föld méreteihez képest kicsik

A földrengéshullámok tovaterjedését úgy foghatjuk fel,mintha azok egy pontból (=hipocentrum) indultak volna ki

h0: fészekmélység

t0: kipattanási idő

H: bemerülési mélység


Első elfogadott skála: Giuseppe MERCALLI (1902): 12 fokozatú

intenzitás skála (I) a bekövetkező kár alapján:

I=1, a rengés gyakorlatilag nem érezhető

I=12, minden emberi létesítmény összedől

Az intenzitás skálákat többször módosították, de ma már nemképezik a földrengési méretezés alapját.

Hátránya: nem arányosak a földrengések tényleges, fizikainagyságával, hanem a földrengés hatását írják le az emberiérzetek és keletkezett károk alapján.


EURÓPAI MAKROSZEIZMIKUS SKÁLA (EMS): a hatás helyén, a rengés által okozott pusztításokból vezeti le a fokozatokat:



Charles RICHTER (1920-as évek vége):

A földrengés maximális amplitúdója a földrengéstől távolodvacsökken

Két földrengés összehasonlítása: azonos távolságokhoztartozó elmozdulások aránya – a távolságtól függetlenül –majdnem azonos

A földrengés jellemezhető a maximális elmozdulásával, amitaz epicentrumtól adott távolságra mérnek – Richter (vagylokális) magnitúdó

Wood-Anderson szeizmográf


Egy földrengés magnitúdója (M) azt jelenti, hogy a földrengés epicentrumától 100 km-re, a Wood-Anderson típusú szeizmográfon a mért maximális elmozdulás 10M x 10-6 m.

100 km

hipocentrum

epicentrum

fész

ekm

ély

ség

Wood-Anderson szeizmográf

földfelszín


A földrengés erőssége a felszabadult energiától függ.

Az eddig mért maximális magnitúdó megközelítette a 9-et

A skála a nagy töréshosszakhoz tartozó földrengéseket alábecsüli, ezért M=7 felett nem célszerű alkalmazni


Földrengés okozta károk

San Franciscó-i földrengés, 1906. Niigata, 1964.


D’Alembert-elv:

F = m * a


A földrengés a talajban hullámokat indít el:

Hu

llám

te

rje

dé

se

P-hullám S-hullám

Hullám terjedése

Rayleigh-hullám

Love-hullám

A földrengést jellemezhetjük:

maximális amplitúdóval

maximális gyorsulással

energiatartalommal


Egyik mennyiség semalkalmas önmagában améretezéshez

mag k u

uug

m

Merev szerkezet Hajlékony szerkezet


EC8 Alapkövetelmények

Az emberi élet kioltását el kellkerülni,még igen nagy (ritkánbekövetkező) földrengés esetébenis

Korlátozni kell a bekövetkezőkárokat (ez különösen fontos agyakran bekövetkező földrengésekesetében)

Biztosítani kell,hogy létfontosságúlétesítmények használhatóakmaradjanak

Teherbírási követelmény (no-

collapse requirement)

Korlátozott károk következménye

(damage limitaitonrequirement)

Fontossági tényező


A számítás lehet: statikus vagy dinamikus

Az anyagmodell lehet: lineárisan rugalmas vagy nem lineáris

Egyszerűbb esetekben megengedhető a síkbeli vizsgálat,de általában térbeli vizsgálatot végzünk.

Statikus számítás Dinamikus számítás

Lineárisan rugalmasHelyettesítő vízszintes

erők módszereModális válaszspektrum

analízis

Nem lineárisEltolás vizsgálat

(„Pushover”)

Időbeli viselkedés követése („Time history

analysis”)

Csak az első rezgés alakot vesszük figyelembe (esetleg azt is egyenessel közelítjük)

Helyettesítő erők módszere

a) Alacsony b) Középmagas, és c) Magas épület első rezgésalakja

A módszer lépései:

Az alapnyíróerőmeghatározása (Fb=Sd m)

A terhek szétosztásalineáris rezgésalakot vagyaz első rezgésalakotfeltételezve

Szerkezetszámításaezekre a terhekre

Helyettesítő erők módszere

Válaszspektrum analízis

A szerkezeti méretezéshez ismernünk kell az altalajmozgását az idő függvényében és ennek alapján kellmeghatároznunk a szerkezet válaszát.


Egy szerkezet viselkedése jellemezhető a következőparaméterekkel: A szerkezet periódusideje (és a hozzá tartozó rezgésalakok)

A szerkezet csillapítása

A szerkezet duktilitása


A válaszspektrum meghatározása 4 lépésből áll:

1. Az építési terület szeizmikus zóna besorolásánakmeghatározása (szeizmikus zónatérképről)

2. A talaj típusának és talajmechanikai jellemzőinekmeghatározása

3. Szeizmikus együtthatók meghatározása

4. Válaszspektrum kiértékelése


Magyarország szeizmikus zónatérképe (www.foldrenges.hu)


Talajtípus meghatározása – talajvizsgálati jelentés

Tervezési válaszspektrum kiértékelése:



A szerkezet földrengésre való viselkedését alapvetően befolyásolja aszerkezet alakjának, merevítő rendszerének, anyagának megválasztása

Már az épület koncepcionális tervezése alatt fontos, hogy a megfelelőszerkezeti formát alakítsuk ki – a földrengésre való méretezés nemcsak a szerkezettervező feladata!


A tervezés során figyelembe veendő szempontok:

1. Egyszerűség, szimmetria és szabályosság az alaprajzban

2. Szabályosság a magasság mentén

3. Uniformitás és folytonosság

4. Kellő eltolási és csavarási merevség

5. Megfelelő tönkremeneteli mechanizmus

6. Kellő alapozás

7. Anyagválasztás

8. Merevítő elemek típusának megválasztása

1. Egyszerűség, szimmetria és szabályosság

Csavarási hatások elkerülésére: szimmetrikus alaprajznem csak az épület kontúrja, de a merevítő rendszer

és a tömegeloszlás is!

Kedvező kialakítás Kedvezőtlen kialakítás

Kerülni kell az épület alaprajzában a jelentős ki- és beugrásokat (egyenlőtlen merevségeloszlás)

L alakban kialakított épület mozgásai a földrengés hatására

a) Szétválasztott b) Összeépített épület

1. Egyszerűség, szimmetria és szabályosság

A magasság mentén kerülni kell a hirtelen ugrásokat, mind az alakban, mind pedig a merevségekben.

Ha lehet, kerülni kell a karcsú épület kialakítását.

2. Szabályosság a magasság mentén


A teherhordó (merevítő) elemeket egyenletesen kell elhelyezni

Az oszlopok és falak az alaptól a tetőig folytonosak, elhúzás nélkülkészüljenek

A gerendákat elhúzás nélkül alakítsák ki

Az oszlopok és a gerendák tengelye messe egymást

A vasbeton oszlopok és a gerendák szélessége ne térjen el jelentősenegymástól

A fő teherhordó szerkezetek ne változzanak hirtelen

A födémek (mint vízszintes síkú tartók) dolgoztassák együtt amerevítéseket

A szerkezet, amennyire lehet, folytonos, rendundáns és monolitikuslegyen




Merevítő elemek elhelyezése:



Födémtárcsa-áttörések kialakítása:



Merevítőfal magasság menti kialakítása

merevítőfalmerevítőfal

rövid oszlophosszú oszlop

4. Kellő eltolási és csavarási merevség

Az épületek kellő merevsége biztosítja, hogy az épülettartószerkezeteinek károsodásai korlátozott mértékűek legyenek

A merevség növelése azonban „káros” hatással is lehet, mivel amerevebb szerkezet rezgésideje általában közelebb van a földrengésperiódusidejéhez, így a szerkezet megmerevítésének a figyelembeveendő földrengés terhek is megnőnek

Lehetséges megoldás: energiadisszipáló elemekkel való merevítés –kismértékben növeli a szerkezetre ható terheket, és jelentősencsökkentik az elmozdulásokat

Nem kellő merevség – növekvő másodrendű igénybevételek

Az esetleges csavarólengések jelentősen túlterhelik a szélsőmerevítéseket – ezért azokat minél közelebb kell elhelyezni az épületszéléhez

5. Kellő alapozás

Az épület alapozási síkja lehetőleg egy sík legyen

Az alapozás különálló alaptesteit gerendaráccsal, ill. vasalt padlólemezzel össze kell kötni, a különálló mozgások megakadályozása céljából

Az épület felborulása szempontjából a síkalapozású épület magassága nem lehet nagyobb, mint a kisebbik épületszélesség 2-2,5-szöröse

6. Anyagválasztás

Földrengés viselkedés szempontjából optimális az az anyag, amelyik

Nem rideg és nagy a duktilitása

Kicsiny a súlya, de nagy a szilárdsága

Könnyű kialakítani a teljes értékű csomópontokat

6. Anyagválasztás

Épülettípus

Magas épületKözépmagas

épületAlacsony épület

Legjobb

Legrosszabb

AcélMonolit

vasbeton

AcélMonolit vb.

Előregyártott vb.Feszített vb.Vasalt falazat

FaMonolit vb.

AcélFeszített vb.Vasalt falazat

Előregyártott vb.

Javasolt alkalmazandó építőanyag moderált vagy nagy szeizmicitású országokban:

7. Merevítőelemek megválasztása

Legfontosabb merevítés típusok:

Nyomatékbíró keretekFöldrengéses területen egyik leggyakrabban alkalmazott szerkezettípus.Fő előnye, hogy duktilisan viselkedik, ugyanakkor viszonylag nagyalakváltozásokat szenved. Anyaga acél vagy vasbeton.

Keretből kialakított csőszerkezetSpeciális keret, ahol a keret általában az épület kontúrja mentén található. A magasépületek leggyakoribb tartószerkezete.

MerevítőfalakVasbetonból, falazatból álló síkbeli szerkezetek. Igen merevek, így a kicsi emeletközi elmozdulások miatt a bekövetkező károk is kicsinyek, ugyanakkor ez a hátrányuk is, a nagy merevség általában nagy földrengésterhet is jelent.


Merevítő magokHa a (vasbeton)falakat a sarkainál összekapcsoljuk, akkor merevítő magotkapunk. Általában liftaknák, lépcsőházak körül alakítható ki. Jelentős acsavarási merevsége.

Központos kötésekkel merevített keretekA rudak tengelyei egy pontban metszik egymást, döntően csak húzó- ésnyomóerő ébred bennük.



Központosan merevített keretek:

Külpontos kötésekkel merevített keretekA rudak tengelyei nem egy pontban metszik egymást. Fő előnye, hogy jelentősduktilitást mutat, mivel képlékeny csukló alakul ki a gerendákon, és amerevsége lényegesen nagyobb, mint a keretszerkezeteké.

Hibrid szerkezetekElőzőek vegyes alkalmazása. Leggyakoribb a merevítőfalak és a keretek,valamint a keretek és a merevített keretek együttes alkalmazása. Ezenszerkezetek alkalmazása gyakran – építészeti okokból – elkerülhetetlen, deviselkedésük kedvezőtlen lehet, mert jelentősen eltér a merevségük és így adeformált alakjuk is.



Külpontosan merevített keretek:

Köszönöm a figyelmet!

Ajánlott oldalak:

www.foldrenges.hu

www.georisk.hu

http://www.foldrenges.hu/

http://www.georisk.hu/

Documents

kérdések és építészeti vonatkozásaiszepj/_2018_osz/Tartók_tervezése/13_Tartók tervezése... · Földrengésre való tervezési kérdések és építészeti vonatkozásai