Lapszámok

Földrengés legtöbbször akkor keletkezik, amikor a föld szilárd köpenyében kialakult tektonikus táblák egymáshoz képest gátolt alakváltozása következtében feszültségek halmozódnak fel, és az ezek hirtelen leépülése miatt felszabaduló energia hatására talajmozgás jön létre. Földrengés szempontjából a leginkább veszélyeztetett területek a kontinentális táblák határán található törésvonalak mentén vannak. Környezetünkben az afrikai és az eurázsiai táblák ütközésénél, tőlünk délre-délnyugatra találhatók erősen földrengésveszélyes területek. Ezeken a területeken keletkeztek az utóbbi időkben, Albániában és Horvátországban is jelentős földrengések (1. ábra). Magyarország ettől a törésvonaltól messze, északra helyezkedik el, így hazánk területe mérsékelten földrengésveszélyes.

1a. ábra A 2019-es tiranai földrengésben sérült épület

A földrengés epicentrumában felszabaduló energia a talaj felszínén függőleges és vízszintes irányú hullámmozgást kelt. Egy adott terület esetén a földrengés intenzitása függ a felszabaduló energia mértékétől és a területnek a földrengés kipattanása helyétől mért távolságától. A föld felszínén okozott hatás jellemzésére leggyakrabban a 12 fokozatú Mercalli–Cancani–Sieberg intenzitásskálát használják, mely szerint az I-es fokozatú rengés csak műszerekkel mutatható ki, míg XII-es fokozat esetén az adott területen az összes épület összeomlik vagy jelentősen károsodik. Hazánk területén az eddigi tapasztalatok és az előrejelzések alapján maximálisan V–VI intenzitású földrengések alakulhatnak ki. Ezek jól megépített építmények esetén leginkább téglakémények ledőlésével, téglafalak, födémek megrepedésével járó épületkárokat okozhatnak. A múlt században a legnagyobb intenzitású földrengést 1956-ban Dunaharaszti környékén észlelték, aminek következtében a helység 3500 épületének nagy része jelentős károsodást szenvedett.

1b. ábra A 2019-es tiranai földrengésben sérült épület

Az épületek károsodása szempontjából a földfelszín vízszintes irányú mozgása a leginkább veszélyes, mert a talajmozgás következtében az épületek belengenek, és az így kialakuló dinamikus igénybevételek az egyéb vízszintes terheknek akár sokszorosát tehetik ki. Egy adott intenzitású földrengésből származó dinamikus igénybevételek mértéke elsősorban az épület szerkezeti kialakításától, tömegétől, a szerkezet saját frekvenciájától, csillapításától és az altalaj típusától függ.

Az épületek földrengésekkel szembeni megfelelő ellenállását a vonatkozó szabványok szerinti tervezéssel biztosíthatjuk. A 2000-es évek elejéig Magyarországon a paneles házakon kívül az épületeket nem kellett földrengésre tervezni. Manapság hazánkban is az EUROCODE európai szabványrendszer szerinti méretezési eljárások vannak érvényben. Az így tervezett épületek földrengés esetén nagy valószínűséggel nem szenvednek jelentős károsodásokat. A földrengés hatásának figyelembevételére fejlett számítógépes programok állnak rendelkezésre, amelyek segítségével bonyolult szerkezeti kialakítású épületek földrengésvizsgálata is elvégezhető. A programok által szolgáltatott eredmények pontossága azonban nagymértékben függ a számításhoz megadott bemenő paraméterektől. Ezek értékei viszont egy adott épület esetén általában csak meglehetősen nagy bizonytalansággal becsülhetők. Egy földrengésből származó talajgyorsulás iránya, valódi mértéke, az épület tényleges tömege, saját frekvenciája, csillapítása a legtöbb esetben csak bizonyos közelítésekkel adható meg. Márpedig ezek a paraméterek alapvetően befolyásolják a rezgések hatásából származó igénybevételeket az egyes szerkezeti elemekben. Mindezek miatt nagyon fontos szempont, hogy épületeink tartószerkezeteit az alapvető szabályok betartásával úgy tervezzük meg, hogy a fenti paraméterek értékei minél pontosabban meghatározhatók legyenek oly módon, hogy a földrengésből származó igénybevételek lehetőleg csökkenjenek.

A földrengés hatására keletkező vízszintes talajgyorsulás következtében az épület – a legegyszerűbb modell szerint – egy lengő tömegként viselkedik. Az ebből származó vízszintes irányú erőhatás nagysága a gyorsulás és a tömeg szorzatától függ. Ezek közül egy adott funkciójú épület tömegének csökkentésével módunk van a földrengés hatásának minimalizálására. Ebből a szempontból előnyösek a könnyűszerkezetes, elsősorban fa-, Távol-Keleten akár bambusz- vagy különösen sok szintes házaknál az acélszerkezetű épületek.

A falazott, beton- és vasbeton szerkezetű épületek tömege az előzőeknél általában nagyobb. Márpedig épületeink jelentős része ilyen anyagokból készül. Ezek az anyagok ráadásul általában ridegen viselkednek, a húzószilárdságuk kicsi, ezért az alternáló igénybevételekkel szembeni ellenállásuk kedvezőtlen. Ilyen épületek esetén elsősorban a szerkezet helyes, esetenként speciális kialakításával lehet a földrengéssel szembeni ellenállást kedvezően befolyásolni.

2. ábra Téglafalon keletkezett repedések, Tirana 2019 (fotó: dr. Nagy Róbert)

Egy-kétszintes falazott épületeknél fontos a szerkezet integritása. Ha az egymásra merőleges falak nincsenek megfelelő módon egymáshoz kapcsolva, akkor a földrengésből származó gyorsulás irányában jelentősen eltérő merevségű falak a csatlakozásnál szétnyílhatnak (2. ábra). A födémek síkjában kialakított és megfelelő vasalással ellátott vasbeton koszorú beépítésével az ilyen jellegű tönkremenetel a legtöbb esetben elkerülhető.

Többszintes vasbeton szerkezetű épületek esetén egyszerű tervezési szabályok betartásával elérhető, hogy földrengés hatására a viszonylag nagy tömeg ellenére se szenvedjen az épület túlzott mértékű károsodásokat.

Az alaprajz legyen egyszerű, lehetőleg derékszögű négyszög vagy kör alakú. Az „L” vagy „T” alaprajzi kialakítást kerülni kell. Ilyen alaprajz alkalmazása esetén az egyes épületszárnyakat egymástól el kell dilatálni. A dilatáció mérete olyan legyen, hogy a földrengésből keletkező mozgások következtében az egyes épületrészek ne ütközhessenek egymásnak.

Magassági értelemben a szerkezet alaprajzi kialakítása lehetőleg ne változzon, és az épület tömegeloszlása legyen egyenletes. A merevítő rendszer biztosítsa az alaprajzi főirányokban az épület megfelelő hajlító és csavaró merevségét. Ennek érdekében a merevítő falakat az alaprajz kontúrvonalai mentén célszerű elhelyezni. A függőleges szerkezeti elemek legyenek folytonosak és megfelelően lealapozottak. A földszinten kialakított eltérő funkció miatt kerülni kell a felmenő szerkezetek folytonosságának megszakítását. A másodlagos szerkezeti elemeket, például a válaszfalakat a földrengéssel szembeni ellenállás szempontjából figyelembe vett szerkezetektől a bizonytalan együttdolgozás miatt el kell választani.

3. ábra Oszlopfej tönkremenetele elégtelen nyírási vasalás miatt (fotó: dr. Joó Attila)

A hosszvasak kihajlásának megakadályozása és a földrengésből származó nyíróerők felvétele szempontjából fontos az oszlopok megfelelően erős és sűrű kengyelezése (3. ábra). Előregyártott elemekből épített vasbeton szerkezetek esetén ügyelni kell a csomópontok korrekt és megfelelő minőségű kialakítására.

A teherviselő szerkezeti elemek speciális vasalásának kialakításával növelhető a vasbeton szerkezetű épületek földrengéssel szembeni ellenállása. Célszerű a kapacitástervezés módszerét alkalmazni, aminek a lényege, hogy a szerkezet csomópontjainak ellenállását úgy alakítjuk a vasalással, hogy extrém igénybevételek hatására oly módon jöjjenek létre a képlékeny csuklók, hogy azok még ne okozzák a szerkezet teljes öszszeomlását (4. ábra). A képlékeny csuklók kialakulásával megváltoznak a szerkezet dinamikus tulajdonságai, megnövekszik a lengésideje és a -csillapítása, ami kedvezően befolyásolja a földrengés hatására keletkező igénybevételeket.

4. ábra Tervezett képlékeny csuklók helye vasbeton váz esetén

Rezgést csökkentő vagy elszigetelő rendszerek alkalmazásával a földrengésből származó igénybevételek csökkenthetők. Tarics Sándor, életének nagy részében Kaliforniában dolgozó magyar mérnök, az alapozás és a felszerkezet közötti rugók beépítésével dolgozott ki módszert a földrengés hatásának csökkentésére. Hasonló eredményt lehet elérni neoprén tömbök alkalmazásával is.

A Tajvanon épült Taipei 101 nevű 106 szintes felhőkarcoló merevítő magjának felső részén rugókkal és kötelekkel csatlakoztatva a szerkezethez egy 730 tonnás gömb alakú ingát építettek be, amely földrengés esetén a szerkezettel ellentétes irányú lengőmozgást végezve csillapítja az épület kilengéseit és ezáltal az ebből keletkező igénybevételeket is. Kiemelt fontosságú épületeknél földrengésveszélyes területeken számos hasonló megoldás alkalmazható.

Összefoglalva: hétköznapi épületeink földrengésállóságának biztosítására bonyolult számítógépes tervezőprogramok és különleges eljárások állnak rendelkezésre, azonban a tervezésnél legfontosabb az alapvető szerkezetkonstruálási szabályok betartása. A különleges építmények gyakran egyedi tartószerkezeti megoldásokat is igényelnek, hogy kedvezően viselkedjenek földrengés esetén.

Irodalom
Dulácska Endre: Földrengés elleni védelem, egyszerű tervezés az EC-8 alapján, MMK Tartószerkezeti Tagozat kiadványa
Dulácska E., Joó A., Kollár L.: Tartószerkezetek tervezése földrengési hatásokra, Akadémiai Kiadó