Méretezés földrengésre Különleges tartószerkezetek

Ajánlott irodalom Dulácska E., Joó A., Kollár L.: Tartószerkezetek Tervezése Földrengési Hatásokra, Akadémiai Kiadó, 2008. Sajtos I., Hegyi D., Sipos A.Á., Vető D.: Falazott szerkezetek méretezése – Falazott szerkezetű épületek méretezése földrengésre – Példatár. Wienerberger Téglaipari Zrt., 2010. 2

Fontosabb magyarországi földrengések Idő Hely M 456. szept. 7. Szombathely 6.1 1763.jún. 28. Komárom 6.3 1783.ápr. 22. 5.2 1810.jan. 14. Mór 5.4 1810.máj.27. 4.9 1851. júl.1. 1868.jún.21. Jászberény 1911. júl. 8. Kecskemét 5.6 1925. jan.31. Eger 5.0 1956. jan.12. Dunaharaszti 1985.aug.15. Berhida Magyarország Földrengés Információs Rendszere (FIR). www.foldrenges.hu. GEORISK KFT

Földrengés hatásának szemléltetése 0.1 g esetén

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

EC8 Alapkövetelmények az emberi élet kioltását el kell ke-rülni, még igen nagy (ritkán bekö-vetkező) földrengés esetében is, korlátozni kell a bekövetkező káro-kat (ez különösen fontos gyakran be-következő földrengések esetében), biztosítani kell, hogy létfontosságú létesítmények használhatóak maradjanak. Teherbírási követelmény (no-collapse requirement) Korlátozott károk követel-ménye (damage limitation requirement) Fontossági tényező 7

Teherbírási követelmény (no-collapse requirement) Az Eurocode-8 szerint az épület nem dőlhet össze (de károsodhat) egy olyan földrengés hatására, amelynek túllépési valószínűsége 50 év alatt 10%. Ekkor a földrengés visszatérési periódusa: 475 év Ennek a követelménynek megfelelően kell az egyes országokban meghatározni a talajgyorsulás referencia értékeit (a múltbeli földrengés statisztikai elemzése nyomán) 8

Korlátozott károk követelménye (damage limitation requirement) A szerkezet nem károsodhat jelentősen egy olyan földrengés hatására, amelynek túllépési valószínűsége 10 év alatt 10%. Ekkor földrengés visszatérési periódusa: 95 év A gyakorlati számításban úgy járhatunk el, hogy a teherbíráshoz meghatározott alapgyorsulást – az Eurocode-8 szerint – csökkentjük. Ennek mértéke függ az épület fontossági osztályától: I. és II. fontossági osztály esetén a csökkentő szorzó n=0.5; III. és IV. fontossági osztály esetén pedig n=0.4. 9

Magyarország zónatérképe (GEORISK, 475 év)

Mennyiben lehet előre jelezni? A Magyarországon kipattant földrengések összegzett energiája [Dulácska]

Földrengés hatása a szerkezetekre maximális amplitúdó, maximális gyorsulás, energiatartalom, földrengés időtartama, szerkezet rezgésideje és a földrengés domináns periódusideje, szerkezet csillapítása Merev vs. hajlékony szerkezet

A számítás módszerei A számítás lehet: statikus vagy dinamikus. Az anyagmodell lehet: lineárisan rugalmas vagy nem lineáris. Egyszerűbb estekben megengedhető a síkbeli vizsgálat, de általában térbeli vizsgálatot végzünk Síkbeli modell – Térbeli modell Statikus számítás Dinamikus számítás Lineárisan rugalmas Helyettesítő terhek módszere Modális válasz spektrum Nem lineáris Eltolásvizsgálat Időbeli viselkedés követése 13

Válaszspektrum analízis A válasz spektrum Se a rugalmas pszeudó gyorsulási válaszspektrum, ag a sziklán megadott maximális gyorsulás, agR a sziklán megadott maximális gyorsulás referenciaértéke (átlagos fontosságú szerkezetre), gI a fontossági tényező (bekövetkezés valószínűsége), S a talaj szorzó, amely azt veszi figyelembe, hogy a puha talajok felerősítik a földrengés hatását, b az ún. gyorsulásnövelő tényező, amely a szerkezet rezgésidejének (Tn) függvénye, EC8 adja meg képletszerűen 14

Helyettesítő terhek módszere Csak az első rezgés alakot vesszük figyelembe (esetleg azt is egyenessel közelítjük) , A módszer lépései: Az alapnyíróerő meghatározása (Fb=Sd m) A terhek szétosztása lineáris lengésalakot vagy az első lengésalakot feltételezve Szerkezet számítása ezekre a terhekre , Alacsony, középmagas és magas épület első lengésalakja , (l általában 1)

A duktilitás hatása Veletsos és Newmark (1960): egy szerkezet a földrengésre bekövet-kező maximális elmozdulása csak kis mértékben függ attól, hogy a szerkezet képlékenyedik-e, vagy sem. Ez az „azonos elmozdulások törvénye” (Equal displacement rule) Következmény: egy szerkezet földrengéssel szembeni biztonságát első-sorban nem a teherbírása, hanem az elmozdulási képessége szabja meg. Földrengés szempont-jából „hasonló” Duktilitás: 16

A duktilitás hatása A válasz-csökkentő tényező, R ≈ q (viselkedési tényező) q (viselkedési tényező) az Eurocodeban használt fogalom 17

Rugalmas Se(Tn) és tervezési Sd(Tn) (pszeudó) gyorsulási válasz spektrum 18

Csavarás hatása (véletlen külpontosságok) Figyelembe kell venni a tömegek pontatlan elhelyezését. Egy épület esetében a födémeket a főirányokban az adott irányba eső épületméret 5%-ának megfelelő külpontossággal kell elhelyezni 19

Szerkezeti elemek méretezése (Lényegében) rugalmas számítás (q ≤ 1.5-2.5) hagyományos méretezés (q > 1.5-2.5) Képlékeny számítás kapacitás tervezés 20

Kapacitás tervezés Földrengési igénybevételek (q>1.5-2.5) Képlékeny csuklók helyének (mozgási mechanizmus) tervezése. A képlékeny csuklók tervezése (vasbeton esetében sűrű kengyelezést és jelentős lehorgonyzási hosszakat, acél esetében zömök keresztmetszeteket tervezünk) A szerkezet képlékeny csuklókon kívüli szakaszait rugalmasnak tekintjük és a megszokott módon tervezzük, de az igénybevételeket megnöveljük a következőképpen: számításból kapott igénybevétel biztonsági tényező a képlékeny csukló tervezett és szükséges teherbírásának a hányadosa „overstrength factor”, a tényleges folyáshatár és a képlékeny csukló számításában figyelembe vett (tervezési) folyáshatárt hányadosa 21

Korlátozott károk követelménye Épületek esetében vizsgálni kell az emeletek egymásközti relatív elmozdulását, az ún. „interstory drift”-et. Az elmozdulások számításánál a q tényezőt nem szabad figyelembe venni. (Hidak esetében az Eurocode-8 szerint a teherbírásra megfelelően tervezett hidakat nem kell külön alakváltozásra ellenőrizni.) SeDL = n Se(Ti). A megengedett emeletközi relatív elmozdulás, ha a nem szerkezeti elemek ridegek: 0.005 h, ha a nem szerkezeti elemek duktilisak: 0.0075 h, ha a nem szerkezeti elemek úgy vannak csatlakoztatva a szerkezethez, hogy a szerkezet elmozdulásai nem hatnak rájuk: 0. 01 h. 22

Az Eurocodeban megfogalmazott tervezési elvek Az építményekre vonatkozó rész kiemeli: a szerkezet egyszerűségét, az „uniformitását”, szimmetriáját, kétirányú merevségét, csavarási merevségét, a födémek tárcsaszerű viselkedését és a kellő alapozás Szakkönyv vagy szabvány ??? „A szerkezeti egyszerűség, amely elsősorban a szeizmikus erők tiszta és egyértelmű levezetésében nyilvánul meg, fontos feltétel, amit követnünk kell, hiszen az egyszerű szerkezetek modellezése, számítása, méretezése, részleteinek kialakítása és építése, sokkal kevesebb bizonytalanságot tartalmaz [mint a szerkezeti egyszerűségnek eleget nem tevő szerkezeteké], és így a szeizmikus hatásokra való viselkedésük is sokkal megbízhatóbb. [...] 23

Koncepcionális tervezés Tulajdonos Építész Statikus Az építész és a statikus a tervezés kezdetétől működjön együtt! Még a legtudományosabb számítások és igen részletes statikai tervezés sem tudja ellensúlyozni a tartószerkezet szeizmikus koncepcionális tervezésének hibáit ill. hiányosságait! Azonban jól tervezett épület esetén nincs jelentős többletköltség az új módszereknek köszönhetően!

Az EC8 kiegészítő előírásai falazott szerkezetekre (9. fejezet) Falazóelem: Minimális nyomószilárdság (szabványos nyomószilárdság): fekvőhézagra merőlegesen: fb,min= 5 N/mm2 fekvőhézaggal párhuzamosan, a fal síkjában: fbh,min= 2 N/mm2 Alacsony szeizmicitás esetén nem kell betartani a fentieket (1. zóna). Habarcs: vasalatlan- , közrefogott falak: fm,min= 5 N/mm2 vasalt falak: fm,min= 10 N/mm2 Fal: kitöltött állóhézaggal, kitöltetlen állóhézaggal, kitöltetlen állóhézag mechanikus kapcsolattal

Az EC8 kiegészítő előírásai falazott szerkezetekre (9. fejezet) Vasalatlan falazott szerkezetek: Jellemző: kicsi húzószilárdság, alacsony duktilitás DCL duktilitási osztályban használható szerkesztési szabályokat ez esetben is be kell tartani (ld.: később) nem használható, ha ag S > ag, urm = 0,20g (N.A.) (hazánkban minden zónában használható lakóépülethez) Kizárólag az EC6 szerint méretezett fal csak alacsony szeizmicitású zónában használható (1. zóna).

Viselkedési tényező Szerkezettípus q viselkedési tényező Csupán az EN 1996-nak megfelelő vasalatlan falazat 1.5 Az EN 1998-1-nek megfelelő vasalatlan falazat 1.5 – 2.5 Közrefogott falazat 2.0 – 3.0 Vasalt falazat 2.5 – 3.0 Szabálytalan magassági elrendezés esetén: q = max {1,5; 0,8·q}

Szerkezet számítása Merevség: hajlítási + nyírási merevség (berepedt merevség = 0,5*repedésmentes merevség) Nyílássoros falaknál keretmodell használható. Parapet átkötésnek vehető, ha kiváltóhoz és koszorúhoz csatlakozik és kötésben van a környező falakkal. Az alapnyíróerő – az egyensúly megtartásával – átrendezhető (min: 3/4, max: 4/3 )

Részletek kialakítása Az épület összekapcsolt falakból és tárcsamerev födémekből áll. - kapcsolat: vasbeton koszorú, acél falkapcsok - bármilyen födém használható, ha a tárcsahatás és a folytonos kapcsolat biztosított Merevítőfalak: két irányban - vastagság: tef ≥ tef,min - karcsúság: hef/tef ≤ (hef/tef)max - falhossz / nyílásmagasság: l/h ≥ (l/h)min Vasalatlan falak: - max. 4,0 m - ként vízszintes koszorú kell a falba a magasság mentén, minimális vasalás As=200 mm2.

Részletek kialakítása Falazat típus tef,min (mm) (hef/tef)max (l/h)min Vasalatlan terméskő 350 10 0.5 Bármely más vasalatlan 240 15 0.4 Bármely más vasalatlan falazat kis szeizm. zónában 170 20 0.35 Közrefogott falazat 0.3 Vasalt falazat Nincs korl tef = falvastagság hef = falmagasság l = falhossz h = szomszédos nyílás magassága Ha a fal ezeknek nem tesz eleget, akkor másodlagos teher- hordó elemnek tekintendő!

Részletek kialakítása Közrefogott falak: - a közrefogó koszorúkat össze kell kötni és a fő szerkezethez kell kapcsolni. - a kibetonozást a fal építésével egy időben kell elvégezni. - méret: min. 15 x 15 cm. - függőleges koszorúk: a nyílások (> 1,5 m2) két oldalán, fal keresz- tezésnél, a fal mentén legfeljebb 5,0 m-enként. vízszintes koszorúk: födémszinten és legfeljebb 4,0 m – enként magassági értelemben minimális hosszvasalás: min{ 300 mm2; 0,01Ac } minimális kengyelezés: dk≥5 mm, sk≤150 mm (!) átfogásos toldás: min 60·d (!) acél osztály: B vagy C

Részletek kialakítása Vasalt falak: - acél B vagy C osztályú (megfelelő duktilitás biztosítására). - vízszintes vasalás: fekvőhézagban, horonyban, legfeljebb 600 mm- ként. Minimális vasalás: min 0,05%. függőleges vasalás: a szabad széleken, fal keresztezésnél, a fal mentén legfeljebb 5,0 m-enként, min 0,08%. - minimális vasalás: legalább 200 mm2 bármely faltestben! - minimális kengyelezés: dk≥5 mm, sk≤150 mm (!) - átfogásos toldás: min 60·d (!)

Falazott szerkezetű épület keretmodellje Ellenőrzés Földrengési megfelelőséget számítással kell igazolni, kivéve egyszerű épületeknél. A földrengési terheket az EC8 szerint kell meghatározni. Lehetőségek: vízszintes erők módszere modális válaszspektrum módszer push-over analízis Az ellenőrzést az EC6 szerint kell végrehajtani, úgy, hogy - a falazat biztonsági tényezője: M = max. {2/3 M; 1,5} - az acél biztonsági tényezője: s = 1,0 Falazott szerkezetű épület keretmodellje

Egyszerűsített módszer I. vagy II. fontossági osztály Közel téglalap (ki-be ugrás max. 15%) Elnyújtottság legfeljebb 1:4 Függőleges teher legalább 75%-a a falakon vasalatlan fal: fb,min= 12 N/mm2 vasalt és közrefogott fal: fb,min= 5 N/mm2

Egyszerűsített módszer Merevítőfalak: - majdnem szimmetrikus, kétirányú elrendezés - legalább két - két merevítőfal egymásra merőleges irányban, a hosszuk az adott épülethossz 30%-a - egyirányú merevítőfalak közötti távolság legalább az adott épülethossz 70%-a - a függőleges teher 75%-át a merevítőfalakra kell hárítani. a merevítőfalnak végig kell mennie az épület teljes magasságán A szintek közötti tömeg és merevítő-fal terület különbség legfeljebb 20%

Egyszerűsített módszer A merevítőfalak irányonkénti minimális összes keresztmetszeti területe a szintenkénti teljes födémterület %-ában, vasalatlan falazat S ag Szint-szám ≤0.07k g ≤0.10k g ≤0.15 k g ≤0.20k g 1 2.0% 3.5% n/a 2 2.5% 5.0% 3 3.0% 4 Ha a figyelembe vett merevítőfalak legalább 70%-a 2 m-nél hosszabb, k = 1 + (lav - 2)/4 ≤ 2, ahol lav a figyelembe vett merevítőfalak átlagos hossza m-ben. Más esetekben k = 1.

Egyszerűsített módszer A merevítőfalak irányonkénti minimális összes keresztmetszeti területe a szintenkénti teljes födémterület %-ában, közrefogott falazat S ag Szint-szám ≤0.07k g ≤0.10k g ≤0.15 k g ≤0.20k g 1 2.0% 2.5% 3.0% 3.5% 2 4.0% n/a 3 5.0% 4 6.0% Ha a figyelembe vett merevítőfalak legalább 70%-a 2 m-nél hosszabb, k = 1 + (lav - 2)/4 ≤ 2, ahol lav a figyelembe vett merevítőfalak átlagos hossza m-ben. Más esetekben k = 1.