Épületek és tartószerkezetük koncepcionális kialakítása földrengésre. Dr. Sajtos István BME, Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék MMK - Budapest1

MMK - Budapest2 „A földrengések nem ölnek meg embereket, az összeomló épületek azonban igen.” Charles Richter „A földrengés nem olvas szabványt.” Paulay Tamás

Miért? az építési törvénybe bekerült, hogy tartószerkezeteink földrengéssel szemben kellő biztonsággal kell, hogy rendelkezzenek az újabb geofizikai kutatások szerint Magyarország szeizmicitása lényegesen erősebb, mint azt korábban gondolták: – körülbelül magnitúdójú földrengésre kell felkészülni életbe lépett az Eurocode MMK - Budapest3

Fontosabb magyarországi földrengések IdőHelyM 456. szept. 7.Szombathely jún. 28.Komárom ápr. 22.Komárom jan. 14.Mór máj.27.Mór júl.1.Komárom jún.21.Jászberény júl. 8.Kecskemét jan.31.Eger jan.12.Dunaharaszti aug.15.Berhida4.9 Magyarország Földrengés Információs Rendszere (FIR). GEORISK KFT

5 Földrengés van hazánkban is !!!!!! Változott a hazánkban várható földrengések geofizikai megítélése. DátumHelyMagnitúdó, M EMS intenzitás Kár mértéke Oroszlány4,7VI.1000 MFt épületkár Heves4,7VI.600 MFt épületkár Hazai földrengések TEGNAP IS VOLT!

Néhány országban a kipattanó földrengések várható gyakorisága [Georisk, Dulácska]

7 a b törésvonal R P P S P A földrengés keletkezése:

8 Rengéshullámok: Jellemzésük: - gyorsulás - sebesség - amplitúdó A talajfelszín vízszintesen és függőlegesen is mozog.

A földrengés hatásának mértéke, erőssége: Magnitúdó: pl.: Richter-féle magnitúdó: - M=log A; (A a mért amplitúdó  m-ben); - maximális értéke: M = 9. Intenzitás skála: pl.: MCS-1917; MSK-1964, 1976, 1978; újabban EMS -1992, fokozatúak; figyelembe veszik a földrengés emberre, tárgyakra természetre gyakorolt hatását és az épületekben okozott kár mértékét. Talajgyorsulás: - A méretezés alapadata; függ az iránytól és a talajtól.

Hazánk zónatérképe: A vízszintes maximális talajgyorsulás, a gR, sziklán. EC8 - NA A VESZÉLY!

Élet és vagyonvédelem: 475 évenként 100% valószínűséggel előforduló földrengés. 50 évenként 10% valószínűséggel előforduló földrengés Épületkár korlátozás: 95 évenként 100% valószínűséggel előforduló földrengés. 10 évenként 10% valószínűséggel előforduló földrengés MMK - Budapest11

12 A szeizmicitás mértéke: Ausztráliában hasonló a helyzet, de az 1989-es Newcastle- i földrengés óta része a tervezésnek a földrengésre való méretezés. ZónaSzeizmicitásMéretezés 1. zónaalacsony egyszerűsített módszer az EN 1998 szerint 2-3. zóna mérsékelt tervezés az EN 1998 szerint 4-5. zóna

A földrengés hatásának mértéke, erőssége: EMSMag/gag/g2.zóna3.zóna4-5.zóna I.0,4 II.1,5< 0,001 III.2,50,001 – 0,007 IV.3,50,006 – 0,03 V.4,40,015 – 0,06 VI.5,20,03 – 0,15 VII.6,00,07 – 0,36 VIII.6,70,15 – 0,71 IX.7,40,30 – 1,53 X.8,00,51 – 3,06 XI.8,51,53 – 3,56 XII.8,9> 2,04

Európai Makroszeizmikus Skála (EMS): Hazánkban !

A talaj hatása MMK - Budapest15 Mérőhely Gyorsulás SziklaKemény üledékPuha üledék

Szél - Földrengés MMK - Budapest16 Szél iránya Talajgyorsulás Felületarányos Széllökés: 1-2 s Tömegarányos Csúcsgyorsulás: mp töredéke Ciklikus

Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők MMK - Budapest17 Sajátlengés idő: Impulzus Gyorsulás Sajátlengés idő Idő, s Épületmagasság Tömeg Szerkezeti rendszer

Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők MMK - Budapest18 Csillapítás: Impulzus Gyorsulás Sajátlengés idő Idő, s Energia elnyelés – „Belső súrlódás” Acél-  Vasbeton-  Faszerkezet

gyorsulásmérő Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők MMK - Budapest19 Válaszspektrum: Relatív épületgyorsulás Sajátlengés idő, T; s Az épület lengésideje, csillapítása hogyan befolyásolja az épület válaszát. 10x különbség! Maximális talajgyorsulás Mért épületgyorsulás

Nagy alakváltozó képesség összeomlás nélkül, bár az anyag, szerkezet, épület károsodik  energiát disszipál. Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők MMK - Budapest20 Duktilitás: Anyag  Szerkezet  Épület Képlékeny alakváltozás Képlékeny csukló = Szerkezeti „biztosíték” Kazinczy Gábor, 1914 Csökkenthetők a szeizmikus erők.

Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők MMK - Budapest21 Duktilitás: tömegerő Gravitációs erő elmozdulás Képlékeny csukló Tönkremenetel Húzott acél

Viselkedési tényező; q Rugalmas határ Maximális ellenállásTönkremenetel FFF d Fmax Növekvő károk és elmozdulás A teljes terhelési folyamatot végig követjük. Megállapítható a tönkremenetel helye és módja is. Meghatározható a szerkezet viselkedési tényezője és duktilitása.

Viselkedési tényező: Duktilitás: Viselkedési tényező; q

Viselkedési tényező: Duktilitás: - A két szerkezetnek azonos a merevsége és így a sajátrezgés ideje is. - Használjuk az „azonos elmozdulások törvényét”. A nagyobb teherbírású szerkezethez kisebb duktilitás is elegendő. - A teherbírás csökkentése növeli a duktilitási igényt. - Rugalmas szerkezetnél nincs duktilitási igény (  =1), de nagy teherbírás szükséges. Viselkedési tényező; q Drága – kevés kár Olcsó – sok kár

Szeizmikus ellenállás MMK - Budapest25 Szilárdság: Tetszőleges irányú szeizmikus hatásra meg kell felelnie az épületnek.

Szeizmikus ellenállás MMK - Budapest26 Merevség: Merevségarányos a merevítő elemek szeizmikus terhe. Metszet Alaprajz Tömegerő (100%) 100% tömegerő Oszloperő

Szeizmikus ellenállás MMK - Budapest27 Merevség: 100% tömegerő Oszloperő 89% oszloperő Ellenállás Elmozdulás 11% oszloperő CSAVARÁS

Szeizmikus ellenállás MMK - Budapest28 Helyzeti állékonyság - felborulás: Épület súlya Tömegközéppont Tömegerők elmozdulás

Szeizmikus tervezési elvek MMK - Budapest San Francisco, USA 1923 Kanto, Japán 1925 Santa Barbara, USA 1927 UBC – Uniform Building Code 1933 Los Angeles City Code 1952 Lengésidő az előírásban 1959 Duktilitás az előírásban 1960 Új Zéland Kapacitás tervezés 1970 Kapacitás tervezés a szabványban EC8 Mérés - szeizmológia Régen: emberi élet védelme Ma:nem-szerkezeti elemek károsodásának csökkentése

Szeizmikus tervezési elvek MMK - Budapest San Fernando, USA Fontos az építészet kialakítás a szeizmikus viselkedés szempontjából. Olive Wiev Hospital, San Fernando, Merev nem-szerkezeti elemek (kitöltő falak) okozták a lifttornyok összeomlását és az épület súlyos károsodását.

Kapacitás tervezés MMK - Budapest31 Tömegerő Gravitációs teher Talajtörés Túlvasalt oszlop Nyírási törés Nyírás Beton morzsolódás Képlékeny csukló - duktilis Rideg

Kapacitás tervezés MMK - Budapest32 1.Hogyan kell a szerkezetnek elmozdulnia szeizmikus hatásra, hogy a földrengési energia nagy részét feleméssze. 2.A szerkezeti elemek között és egy elemen belül olyan ellenállási hierarchiát biztosítani, hogy a képlékeny csuklók, a károsodás ne kritikus helyen keletkezzen, hogy a rideg viselkedés elkerülhető legyen. 3.A károsodó részletek megtervezése a duktilis viselkedésre.

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest33 Keret Fal Tömegerők a homlokzatról Tömegerők a födémről Merevítő fal Alaprajz Gerenda model Elmozdulás Nyíróerő Nyomaték

A födém, mint tárcsa osztályozása: MEREV FÖDÉM: Relatív fogalom: a födém és a merevítő elemek merevségének (mozgásának) arányától függ. Mozgása: merevtestszerű eltolódás, elfordulás. Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 34 Egyszerű épületszámítási modell. Merev: Hajlékony: Fél-merev:

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 35 Könnyűszerkezet Tömegerő iránya András- kereszt Fő épület Tető födém Öv és gerenda Öv-födém kapcsolata Tömegerő iránya Vierendeel tartó Kapcsolt merev és lágy épület.

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 36 Merev csarnoktetők.

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 37 Merev: Födémáttörések.

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 38 Tömegerő Erő a felső falról Oszlopok a csavarás miatt. Tehertovábbítás. Kiváltás oszlopok helyett.

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 39 Szegélygerenda. Fal Szegélygerenda

Vízszintes szerkezeti elemek - födémek MMK - Budapest 40 Teherelosztás a födémszegélyen. Koszorúk, gyűjtő elemek.

Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek MMK - Budapest 41 Merevítő fal. Merevítő szerkezeti elemek: - merevítő fal, - merevített keret, - „merev” keret. Merevített keret. Keret. Egy fajta egy irányban!

Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek MMK - Budapest 42 Acél (4-8) Vasbeton (1-20) Vasalt falazott fal (1-6) Falazott fal (1-4) Közrefogott fal (1-6) Fa fal (1-5) Merevítő szerkezeti elemek: - merevítő fal. Nyomás. Húzás. Vb. koszorú Húzás. Kitöltő fal Tömegerő Nyomott falsáv Húzás.

Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek MMK - Budapest 43 Öv Merevítő szerkezeti elemek: - merevített keret. Rács András-kereszt Öv Rács András-kereszt V-rács Külpontos-rács Öv Rács

Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek MMK - Budapest 44 Minimális „szerkezeti lábnyom”, maximális építészeti lehetőség. Érzékeny a csomóponti kialakításra. Merevítő szerkezeti elemek: - „merev” keret.

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 45 Mennyi merevítő szerkezet kell? Nincs egyszerű ökölszabály. Függ:- az épület tömege - az épület magassága - szeizmikus zóna - talaj - szerkezeti elemek száma Párhuzamos tervezés Szétválasztott gravitációs és szeizmikus tartószerkezeti rendszer. Még a legtudományosabb számítások és igen részletes statikai tervezés sem tudja ellensúlyozni a tartószerkezet szeizmikus koncepcionális tervezésének hibáit ill. hiányosságait!

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 46 Alaprajzi kialakítás: Csavarás Keret kitöltő fallal Keret nem szerkezeti mag Keret elválasztott fal

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 47 Alaprajzi kialakítás: Negatív sarok Feszültségkoncentráció Szeizmikus dilatáció

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 48 Alaprajzi kialakítás: Födém folytonossági hiány Feszültségkoncentráció Szeizmikus dilatáció

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 49 Alaprajzi kialakítás: Kalapácshatás, szeizmikus hézag Szeizmikus hézag épületen belül Szeizmikus hézag

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 50 Függőleges kialakítás: „puha” szint Gyenge oszlop-erős gerenda Helyettesítés merevebb rendszerrel

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 51 Függőleges kialakítás: rövid, merev oszlopok Lejtős terep Nyílás csökkentés Elválasztás

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 52 Függőleges kialakítás: rövid, merev oszlopok Lejtős terep Nyílás csökkentés Elválasztás

Építészeti kialakítás MMK - Budapest 53 Függőleges kialakítás: Változó tömeg Torony merevíti a lepény részt Nyílás csökkentés Elválasztás

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 54 Válaszfalak: Hangoljuk össze a teherhordó és nem teherhordó elemeket! szintmagasság: h relatív szinteltolódás: 

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 55 Kitöltőfalak: Dilatáljuk a vázszerkezetek nem teherhordó falazatait! mm gumiszalag

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 56 Homlokzati panelek: A homlokzati elemeket rögzítsük vízszintes erők felvételére képes szerelvényekkel! jobb rögzítésnem elégséges

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 57 Álmennyezet: Rögzítsük az álmennyezetet és a világítótesteket!

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 58 Válaszfalak:

Épületszerkezeti, gépészeti szempontok MMK - Budapest 59 Gépészeti vezetékek, berendezések: Megfelelően rögzítsük a beépített berendezéseket és a szerelvényeket!

MMK - Budapest60 acél huzal

MMK - Budapest61 „A földrengések nem ölnek meg embereket, az összeomló épületek azonban igen.” Charles Richter