kérdések és építészeti vonatkozásaiszepj/_2018_osz/tartók_tervezése/13_tartók...
Post on 13-Feb-2020
4 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
Földrengések keletkezése
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
Földrengések keletkezése
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
Földrengések erőssége
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.
Földrengések erőssége
EURÓPAI MAKROSZEIZMIKUS SKÁLA (EMS): a hatás helyén, a rengés által okozott pusztításokból vezeti le a fokozatokat:
Földrengések erőssége
Földrengések erőssége
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
Földrengések erőssége
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
Földrengések erőssége
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
Földrengések erőssége
Földrengés okozta károk
San Franciscó-i földrengés, 1906. Niigata, 1964.
Földrengések hatása a tartószerkezetekre
D’Alembert-elv:
F = m * a
Földrengések hatása a tartószerkezetekre
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
Földrengések hatása a tartószerkezetekre
Egyik mennyiség semalkalmas önmagában améretezéshez
mag k u
uug
m
Merev szerkezet Hajlékony szerkezet
Szerkezetek földrengésre való méretezése
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
Szerkezetek földrengésre való méretezése
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.
Válaszspektrum analízis
Egy szerkezet viselkedése jellemezhető a következőparaméterekkel: A szerkezet periódusideje (és a hozzá tartozó rezgésalakok)
A szerkezet csillapítása
A szerkezet duktilitása
Válaszspektrum analízis
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
Válaszspektrum analízis
Magyarország szeizmikus zónatérképe (www.foldrenges.hu)
Válaszspektrum analízis
Talajtípus meghatározása – talajvizsgálati jelentés
Tervezési válaszspektrum kiértékelése:
Válaszspektrum analízis
Épületek helyes kialakítása
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!
Épületek helyes kialakítása
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
Kedvező kialakítás Kedvezőtlen kialakítás
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
3. Uniformitás és folytonosság
3. Uniformitás és folytonosság
Kedvező kialakítás Kedvezőtlen kialakítás
Merevítő elemek elhelyezése:
3. Uniformitás és folytonosság
Kedvező kialakítás Kedvezőtlen kialakítás
Födémtárcsa-áttörések kialakítása:
3. Uniformitás és folytonosság
Kedvező kialakítás Kedvezőtlen kialakítás
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.
7. Merevítőelemek megválasztása
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.
7. Merevítőelemek megválasztása
7. Merevítőelemek megválasztása
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.
7. Merevítőelemek megválasztása
7. Merevítőelemek megválasztása
Külpontosan merevített keretek:
Köszönöm a figyelmet!
Ajánlott oldalak:
www.foldrenges.hu
www.georisk.hu
top related