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

Az előadások a következő témára: "Épületek és tartószerkezetük koncepcionális kialakítása földrengésre. Dr. Sajtos István BME, Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék."— Előadás másolata:

1 Épületek és tartószerkezetük koncepcionális kialakítása földrengésre. Dr. Sajtos István BME, Építészmérnöki Kar Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék 2016.10.12.MMK - Budapest1

2 2016.10.12.MMK - Budapest2 „A földrengések nem ölnek meg embereket, az összeomló épületek azonban igen.” Charles Richter „A földrengés nem olvas szabványt.” Paulay Tamás

3 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 6-6.5 magnitúdójú földrengésre kell felkészülni életbe lépett az Eurocode-8 2016.10.12.MMK - Budapest3

4 Fontosabb magyarországi földrengések IdőHelyM 456. szept. 7.Szombathely6.1 1763.jún. 28.Komárom6.3 1783.ápr. 22.Komárom5.2 1810.jan. 14.Mór5.4 1810.máj.27.Mór4.9 1851. júl.1.Komárom4.9 1868.jún.21.Jászberény4.9 1911. júl. 8.Kecskemét5.6 1925. jan.31.Eger5.0 1956. jan.12.Dunaharaszti5.6 1985.aug.15.Berhida4.9 Magyarország Földrengés Információs Rendszere (FIR). www.foldrenges.huwww.foldrenges.hu. GEORISK KFT

5 5 Földrengés van hazánkban is !!!!!! Változott a hazánkban várható földrengések geofizikai megítélése. DátumHelyMagnitúdó, M EMS intenzitás Kár mértéke 2011 01. 29.Oroszlány4,7VI.1000 MFt épületkár 2013 05. 22.Heves4,7VI.600 MFt épületkár Hazai földrengések TEGNAP IS VOLT!

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

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

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

9 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, 1998 - 12 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.

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

11 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. 2016.10.12.MMK - Budapest11

12 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

13 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

14 Európai Makroszeizmikus Skála (EMS): Hazánkban !

15 A talaj hatása 2016.10.12.MMK - Budapest15 Mérőhely Gyorsulás SziklaKemény üledékPuha üledék

16 Szél - Földrengés 2016.10.12.MMK - Budapest16 Szél iránya Talajgyorsulás Felületarányos Széllökés: 1-2 s Tömegarányos Csúcsgyorsulás: mp töredéke Ciklikus

17 Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők 2016.10.12.MMK - Budapest17 Sajátlengés idő: Impulzus Gyorsulás Sajátlengés idő Idő, s Épületmagasság Tömeg Szerkezeti rendszer

18 Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők 2016.10.12.MMK - Budapest18 Csillapítás: Impulzus Gyorsulás Sajátlengés idő Idő, s Energia elnyelés – „Belső súrlódás” Acél-  Vasbeton-  Faszerkezet

19 gyorsulásmérő Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők 2016.10.12.MMK - Budapest19 Válaszspektrum: Relatív épületgyorsulás Sajátlengés idő, T; s Az épület lengésideje, csillapítása hogyan befolyásolja az épület válaszát. 10x különbség! Maximális talajgyorsulás Mért épületgyorsulás

20 Nagy alakváltozó képesség összeomlás nélkül, bár az anyag, szerkezet, épület károsodik  energiát disszipál. Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők 2016.10.12.MMK - Budapest20 Duktilitás: Anyag  Szerkezet  Épület Képlékeny alakváltozás Képlékeny csukló = Szerkezeti „biztosíték” Kazinczy Gábor, 1914 Csökkenthetők a szeizmikus erők.

21 Szeizmikus erőket befolyásoló tényezők 2016.10.12.MMK - Budapest21 Duktilitás: tömegerő Gravitációs erő elmozdulás Képlékeny csukló Tönkremenetel Húzott acél

22 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.

23 Viselkedési tényező: Duktilitás: Viselkedési tényező; q

24 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

25 Szeizmikus ellenállás 2016.10.12.MMK - Budapest25 Szilárdság: Tetszőleges irányú szeizmikus hatásra meg kell felelnie az épületnek.

26 Szeizmikus ellenállás 2016.10.12.MMK - Budapest26 Merevség: Merevségarányos a merevítő elemek szeizmikus terhe. Metszet Alaprajz Tömegerő (100%) 100% tömegerő Oszloperő

27 Szeizmikus ellenállás 2016.10.12.MMK - Budapest27 Merevség: 100% tömegerő Oszloperő 89% oszloperő Ellenállás Elmozdulás 11% oszloperő CSAVARÁS

28 Szeizmikus ellenállás 2016.10.12.MMK - Budapest28 Helyzeti állékonyság - felborulás: Épület súlya Tömegközéppont Tömegerők elmozdulás

29 Szeizmikus tervezési elvek 2016.10.12.MMK - Budapest29 1906 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

30 Szeizmikus tervezési elvek 2016.10.12.MMK - Budapest30 1971 San Fernando, USA Fontos az építészet kialakítás a szeizmikus viselkedés szempontjából. Olive Wiev Hospital, San Fernando, 1971. Merev nem-szerkezeti elemek (kitöltő falak) okozták a lifttornyok összeomlását és az épület súlyos károsodását.

31 Kapacitás tervezés 2016.10.12.MMK - Budapest31 Tömegerő Gravitációs teher Talajtörés Túlvasalt oszlop Nyírási törés Nyírás Beton morzsolódás Képlékeny csukló - duktilis Rideg

32 Kapacitás tervezés 2016.10.12.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.

33 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12.MMK - Budapest33 Keret Fal Tömegerők a homlokzatról Tömegerők a födémről Merevítő fal Alaprajz Gerenda model Elmozdulás Nyíróerő Nyomaték

34 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 2016.10.12. MMK - Budapest 34 Egyszerű épületszámítási modell. Merev: Hajlékony: Fél-merev:

35 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. 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.

36 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. MMK - Budapest 36 Merev csarnoktetők.

37 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. MMK - Budapest 37 Merev: Födémáttörések.

38 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. MMK - Budapest 38 Tömegerő Erő a felső falról Oszlopok a csavarás miatt. Tehertovábbítás. Kiváltás oszlopok helyett.

39 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. MMK - Budapest 39 Szegélygerenda. Fal Szegélygerenda

40 Vízszintes szerkezeti elemek - födémek 2016.10.12. MMK - Budapest 40 Teherelosztás a födémszegélyen. Koszorúk, gyűjtő elemek.

41 Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek 2016.10.12. MMK - Budapest 41 Merevítő fal. Merevítő szerkezeti elemek: - merevítő fal, - merevített keret, - „merev” keret. Merevített keret. Keret. Egy fajta egy irányban!

42 Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek 2016.10.12. 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.

43 Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek 2016.10.12. MMK - Budapest 43 Öv Merevítő szerkezeti elemek: - merevített keret. Rács András-kereszt Öv Rács András-kereszt V-rács Külpontos-rács Öv Rács

44 Függőleges szerkezeti elemek – merevítő elemek 2016.10.12. MMK - Budapest 44 Minimális „szerkezeti lábnyom”, maximális építészeti lehetőség. Érzékeny a csomóponti kialakításra. Merevítő szerkezeti elemek: - „merev” keret.

45 Építészeti kialakítás 2016.10.12. 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!

46 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 46 Alaprajzi kialakítás: Csavarás Keret kitöltő fallal Keret nem szerkezeti mag Keret elválasztott fal

47 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 47 Alaprajzi kialakítás: Negatív sarok Feszültségkoncentráció Szeizmikus dilatáció

48 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 48 Alaprajzi kialakítás: Födém folytonossági hiány Feszültségkoncentráció Szeizmikus dilatáció

49 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 49 Alaprajzi kialakítás: Kalapácshatás, szeizmikus hézag Szeizmikus hézag épületen belül Szeizmikus hézag

50 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 50 Függőleges kialakítás: „puha” szint Gyenge oszlop-erős gerenda Helyettesítés merevebb rendszerrel

51 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 51 Függőleges kialakítás: rövid, merev oszlopok Lejtős terep Nyílás csökkentés Elválasztás

52 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 52 Függőleges kialakítás: rövid, merev oszlopok Lejtős terep Nyílás csökkentés Elválasztás

53 Építészeti kialakítás 2016.10.12. MMK - Budapest 53 Függőleges kialakítás: Változó tömeg Torony merevíti a lepény részt Nyílás csökkentés Elválasztás

54 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 54 Válaszfalak: Hangoljuk össze a teherhordó és nem teherhordó elemeket! szintmagasság: h relatív szinteltolódás: 

55 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 55 Kitöltőfalak: Dilatáljuk a vázszerkezetek nem teherhordó falazatait! 10-40 mm gumiszalag

56 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 56 Homlokzati panelek: A homlokzati elemeket rögzítsük vízszintes erők felvételére képes szerelvényekkel! jobb rögzítésnem elégséges

57 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 57 Álmennyezet: Rögzítsük az álmennyezetet és a világítótesteket!

58 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 58 Válaszfalak:

59 Épületszerkezeti, gépészeti szempontok 2016.10.12. MMK - Budapest 59 Gépészeti vezetékek, berendezések: Megfelelően rögzítsük a beépített berendezéseket és a szerelvényeket!

60 2016.10.12.MMK - Budapest60 acél huzal

61 2016.10.12.MMK - Budapest61 „A földrengések nem ölnek meg embereket, az összeomló épületek azonban igen.” Charles Richter