DEVICE FOR DAMPING OSCILLATIONS AND ENERGY ABSORPTION

Abstract: 1. An oscillation-damping supporting bearing for buildings, which is built in between a foundation (A) and a wall structure (B) and comprises a spring system, which includes a movement damping member and an energy absorption member, the movement damping member being of sandwich-type construction (5, 6), which is made up as a layer structure composed of rubber plates (5) and steel plates (6) disposed therebetween, and the energy absorption member extending into the opposing surfaces of the foundation (A) and the wall structure (B) and encompassing a number of steel mandrels (3), characterized in that said mandrels (3) extend freely through said sandwich-type structure (5, 6) and are unsuited for receiving loads greater than those of the maximum load due to wind pressure.

Description: Einsatzkonstruktion zur Schwingungsdämpfung Das Patent ist eine Einnatzkonstruktion eur Schwingungsdämp- fung fUr die Verringerung seismischer Kräfte und Beanspruch- ungen, die in Gebäuden auftreten. Die Einsatzkonstruktion dient der Eliminierung der Weitergabe von Bodenbewegungen, zumindest aber ihrer Verringerung, und sie ist zwischen Fundament und Wandkonstruktion eingebaut. Bauten haben seismische Kräfte in solchen Fällen zu ertragen, wenn sie dem ursprUnglichen Ruhezustand entgegen infolge von Erdstössen beschleunigte Bewegungen ausführen. Die Grösse der seismischen Kräfte ist laut Satz von Newton und D'Alembert mit der Masse des Baus und der auftretenden Beschleunigung direkt proportional. Aus der Sicht der Verringerung seismischer Kräfte te ist Jede solche Bestrebung von Bedeutung, die die Verringerung der Masse von Bauten zum Ziel hat. Mit der Entwicklung der Architektur hat sich die Masse von Bauten auch schon bis jetzt in bedeutendem Masse verringert, und dieser Prozess wird sich wahrscheinlich auch in der Zukunft fortsetzen. Auf diese Art kann man aber nur das Eigengewicht von Bauten verringern, denn die Nutzlast hängt mit der Funktion des Gebäudes zusammen, ihre Verringerung kann also nur in bestimmten Fällen erreicht werden. Zur wenigstens teilweise Eliminierung beschleunigter Bewegungen infolge von Erdstdssen gibt es eine andere mögliche Methode, vrobei zwischen Fundament und Wandkonstruktion des Baus irgend eine Zwischenkonstruktion eingebaut wird, die geeignet ist, Energie zu verbrauchen. In Jugoslawien ist zum Beispiel eine solche Lösung ausgearbeitet werden. Nach dem Vorschlag werden zwischen Fundament und Wandkonstruk- tion etwa 1 m hohe Wände eingebaut, die bei Erdbeben bersten. Durch die entstandenen Formknderungen wird ein Teil der Energie wirklich verbraucht0 Nach dem Erdbeben können die beschE- digten Wände abschnittsweise erneuert werden. Die Fähigkeit des Energieverbrauchs der Wand wird dadurch erreicht, dass beim Mäuern der Wand solcher Mörtel verwendet wird, der fähig ist, grosse Formänderungen auszuhalten. Um ein ähnliches Ziel zu erreichen und-um Energie zu absorbieren, ist in den USA eine Lösung entstanden, bei der zwischen Fun- dament und Wandkonstruktion sovrie zwischen Fundament und Boden Einlagen zur Absorption von Energie eingebaut werden. An der ersteren Stelle sind die Einlagen Rollen mit begrenzter Bewe- gung, an der letzteren Stelle sind sie Gleitplatten aus Eunst- stoff. In den Vereinigten Staaten wurde eine solche Art der Energieabsorption vorgeschlagen, bei der Stahlplatten zwischen Boden und Bau untergebracht werden werden, die Torsion und longitudinale Formveränderung ebenfalls ertragen können. Ebenfalls in den USA wurde der Gedanke publiziert, wonach zwischen Fundament und Wandkonstruktion Gummifeder eingebaut werden0 Der Binbau der Gummiblöcke zwischen Fundament und Wandkonstruktion ist in Ju goslawien auch in der Praxis verwirklicht worden. In Skopje wur- de nach dem Erdbeben 1963 - nach Plänen aus der Schweiz - eine solche Schule gebaut, die tatsächlich auf Gummiblöcken steht. Sowohl in Japan als auch in der Sovrietunion vitirden solche Methoden zur Schwingungsdämpfung ausgearbeitet, bei denen die Absorption der Energie mit Hilfe der Formveränderung von Stahlbetonsäulen erfolgt. Nach dem Japanischen Vorschlag sind etwa 1,5 m hohe Stahlbetonsäulen zwischen Fundament und Wandkonstruktion unterzubringen. Sie werden no bemesnen, da ihre Energie der plastischen Formveränderung mit der kinotischen Energie, die bei Erdstössen auftritt, Gleichgewicht hält. Ähnlich wird der Bau nach dem sowietischen Vorschlag auf ein Geschoss hohe Säulen errichtet, ihre elastisch-plastische Formveränderung bewirkt eine Verringerung der nach oben geleiteten kinetischen Energie. In der Sowietunion ist auch eine solche Lösung ausgearbeitet worden, bei der ebenfalls am Erdgeschoss sogenannte "auslösbare" Verbindungen eingebaut werden. Ihre Eigenart besteht darin, dass sie beim Auftreten von Kräften, die eine gewisse Grenze Uberschreiten, zugrunde gehen. So wird verhidnert, dass Beschleunigungen in waagerechter Richtung in übermässig hohem lEMe auftreten und auf die Wandkonstruktion weitergegeben-werden. Für diesen Zweck werden Gitterkonsolen und zum Teil senkrechte Säulen vorgeschlagen. Eine eigenartige Lösung enthält das schweizerische Patent Nr. 584.333 fUr die Verringerung der Wirkung von seismischen Kräf- ten. Dabei handelt es sich um die Unterstützung von Tanks in Kugelform für die Speicherung von Flüssigkeit. Die Tanks sind auf Gelenkstützen gestelllt, die aus ihrer Symmetriebene etwa ausgehen. Die untere Tangente des Tanks befindet sich ungefähr ein Meter über dem Boden. Zum Tank ist von unten ein starrer Ring geschweisst der von drei waagerechten Stahlstäben, die untereinander 1200 einschliessen, zum Fundament verbunden ist. Die Enden der Stäbe sind sowohl zum Ring als auch zum Fundament durch Kugelgelenke verbunden. Btna in der Mitte der Stäbe sind Kolben für die Schwingungsdämpfung untergebracht. Der Vorschlag in der schweizerischen Beechreibung enthält gute Gedanken, tn Wirklichkeit kann er aber nur auf eehr begrenzten Gebieten angewendet werden, bei Gebäuden kann er nicht in Fra- ge kommen. Auch die Kompliziertheit und die Kosten der Struktur sind nachteilig, ihre Instandhaltung bedarf ein bedeutendes Mass an lebendiger Arbeit mach anderen Prinzipien, aber mit der Anwendung bekannter Sitze der technischen Schwingungslehre, entstand die Lösung, die das Patent Nr. 3.940.895 in den USA enthält. Das wenentliche besteht darin, dass zu einer schwingenden Masse - z.B. zum Gebäude ober einem Teil davon - mit Hilfe eines starren Stabes sowie einer Stützung eine kleinere Masse 80 verbunden wird, dass bei Beschleunigung der grösseren Masse die kleiner in entgegenge eetzter Richtung beschleunigt wird. Mit Hilfe der geometrischen Verhältnisse der starren Verbindung zwischen den beiden Massen kann das Mass der Dämpfung eingestellt werden. Der physikalische Hintergrund der Lösung ist reell und liegt an der Hand, die wirkliche Lösung ist jedoch einerseite kostenaufwendig, andersets ist die Dämpfung nur in einer Ebene, in der Ebene der Stützung, wirksam, in andere Richtungen auszudehnen ist es kopmliziert und schwierig möglich, z.B. durch die Anwendung von Kugelgelenken und Stützung in mehreren Richtungen. Am zweckmässigsten von den bekannten Lösungen erscheint die, die in der US-Patentbeschreibung Nr. 4.121.393 zu finden ist. Bei dieser sind zwischen Pundament und Wandkonstruktion elastische Elemente eingebaut, wodurch die Weitergabe von Erdbewegungen verringert wird. Einige Teile der Elemente bestehen aus Broneb-, Kupfer itan- und sonstigen Platten, zwischen denen infolge der senkrechten Belastung Reibung auftritt. Die Reibungskraft dient zur Schwingungsdämpfung, Trotz der Ori;i- nalit@t ist es nicht zu erwarten, dass sich die Lösung weit verbreitern wird, da die Reibung bei wiederholten Beben nicht als konstant angesehen werden kann. Das Mass der Dämpfung kann darilber hinaus rechnerisch nicht verfolgt werden, einerseits wegen der Formveränderung der einzelnen Elemente, anderseits wegen der Veränderung der Eigenschaften der Rauheit an den Flächen, die sich berühren. Keine der in den obigen Ausführungen dargelegten Verfahren ist geeignet da8 Problem zufriedenstellend zu lösen. Ihr wichtigster Mangel besteht darin, dass die Konstruktionselemente im Falle ihrer Beschadigung nicht in der Lage sind, die senkrechte Belastung mit Sicherheit zu tragen. Wegen der grossen Formveränderungen, hauptsächlich wegen der in waagerechter Richtung, entstehen schwerwiegende Stabilitätsprobleme. Deshalb, wenn auch die oberen Teile des Baus infolge der seis- mischen Beanspruchung nicht beschädigt werden, fallen die Ge bäume wegen der Unzulänglichkeiteii der Stabilität der Säulen oft ein. Eine grosse Sorge bereitet - und sie ist bisher ungelöst - die Tatsache bei den bekannten Konstruktionen, dass die Richtung der Erdstösse und die daraus resultierenden seismischen Kräfte, völlig beliebig ist. Die Konstruktionslösungen machen nämlich die Anpassung an die Beliebigkeit nicht möglich, das heisst, dass die Starrheit in der waagerechten Ebene in Jeder Richtung nSIe- zu die gleiche ist. Es wurde versucht, daran mit Federn, die aus Gummiblöcken gebildet wurden, zu helfen, die Methode erwies sich jedoch wegen der lediglich elastischen Formverände- rung nicht geeignet, genügend Energie zu absorbieren. Bei den bekannten Lösungen sind die aufgetauchten Schwierig- keiten van ökonomischer Natur. Die Kosten der lasttragenden. Konstruktionen bei durchschnittlichen Gebäuden machen etwa 40 % der vollen Investitionskosten aus, während die restlichen 60 % für sonstige Konstruktionen wie zum Beispiel für Türen, Fenster, Raumteilerwände, Beläge, installationstechnische Ausrüstungen und für sonstige Anlagen verwedet wird, die mit dem Gebäude im allgemeinen im Zusammenhang stehen. Ein bedeutender Teil von ihnen wird bei Erdstössen grösserer Intensität auch dann unbrauchbar, wenn die lasttragenden Konstruktionen nicht kaputt gehen. Die grössere Sorge wird aber jedoch wegen der Reparatur und der Verstärkung lasttragender Konstruktionen bereitet, in den meisten Fällen ist es aber unmöglich zu erreichen, dass die beschädigte lasttragende Konstruktion bei Wiederholung der Erdstösse die ursprüngliche Eigenschaften hinsichtlich der Belast- berkett besitzt. Grundlage des Patentes ist die Erkenntnis, dass eine solche Einlagekonstruktion verwendet werden soll, wobei die Vorteile der am weitesten entwickelten beibehalten werden, aber die Mängel auszumerzen sind. Sie soll dann zwischen Fundament und Wandkonstruktion eingebaut werden. Das Fundament "lebt" zu sarirnen mit dem Boden infolge der seismischen Kräfte, womit sind dafür die gleichen Bewegungscharakteristika - Geschwindigkeit, Beschleuniginig, Amplitude - giiltig wie für den Boden selbst, während sich in der Wandkonstruktion nur solche Bewe- gungen vor sich gehen, deren Ausbildung die zwischengebauten elastisch-plastische Einlagekonstruktionen zulassen. Mit anderen Worten, durch die Wahl der Einlagekonstruktion für Dämpfung können wir steuern, welche waagerechte Belastung die Wandkonstruktion maximal bekommen soll. Das kann dadurch erreicht werden, dass zwischen Fundament und Wandkonstruktion ein solches Pedersystem eingebaut wird, das höchstens solche seis- mische Kräfte zulässt, die sich aus der Blindlast waagerecht entstehen würden, während das System beim Auftreten höherer Kräfte "fliesst", und deshalb es wegen seiner plastischen Formveränd- derung fiir die Weiterleitung grösserer Kräfte automatisch ungeeignet wird. Zum Patentgedanken gehört such, dass die Einlagekonstruktion für die Dämpfung aus einem Dämpfungsteil mit grosser Fähigkeit der elastischen Formveränderung, sowie aus einem Energie-Absorptionsteil (plaetischer Teil) mit grosser Effektivität zusammenzusetzen ist. Der Teil für die Bewegungsdämpfung kann als eine Konstruktion bestehend aus abwechselnd übereinander gelegten Gummischichten und Stahlplatten leicht und gut aufgebaut wer- den. Der Energie-Absorptionsteil kann aus solchen, zweckmässig- erweise senkrechten Stahldornen beziehungsweise aus einem Satz von Stahldornen bestehen, der sowohl ins Fundament als auch in die Wandkonstruktion hineinreicht. Die Abmessungen der Dornen sind so gewählt, dass sie bei grösseren waagerechten Belastungen als die Windlast in den Fliessbereich kommen. Dem gesteckten Ziel entsprechend dient die Einlagekonstruktion für Dämpfung laut Patent der Verringerung seismischer Kräfte und Beanspruchungen an Gebäuden - die der Weiterleitung von Bodenbewegungen auschaltet, oder zumindest verringert, und zwischen Fundament und Wandkonstruktion eingebaut iot ausgebildet, dass die die Beständigkeit steigernde Einlage- konstruktion von einem elastisch- plastischen Federnsystem gebildet wird, das Pedernsystem enthält einen Teil der Bewegungs- dämpfung mit hoher Fähigkeit der elastischen Formveränderung, sowie einen Energie-Absorptlonoteil (plastlscher Teil) mit grosser Effektivität, der Teil für Bewegungsdämpfung besteht aus über einander gelegten Gummischichten1 die von Stahlplatten umgeben werden, der Teil für Energie-Absorption besteht aus Reihen von Stahldornen, die in die einander gegenüber liegenden Machen des Fundaments und der Wandkonstruktion hineinreichen und bei grösseren Beanspruchungen ale diejenige, die sich aus der maximalen Windlast resultieren, ftlr die Aufnahme der Beanspruchung ungeeignet sind. Ein weiteres Kennzeichen der Einlagekonstruktion für Dämpfung laut Patent kann sein, dass der Teil für Bewegungsdämpfung mindestens aus zwei Schichten an Hertgummiplatten und mindestens aus drei Schichten an Stahlplatten zusammengesetzt ist, die so entwickelte Schichtkonstruktion besitzt vorteilhaft sowohl an der Seite des Grundkörpers als auch an der Seite der Wand- konstruktion Je eine Unterlage für die Lastverteilung. Sowohl der Grundkörper als auch die Wandkonstruktion sind für die Aufnahme der Stahldornen für die Ehergrc-Abeoprtion geeignet, zweckmässigerweise verfügen sie huber Büchsen, die aus Stahlrohren ausgebildet sind. Die Büchsen sind sowohl in den Grundkörper als auch in die Wandkonstruktion ohne Bewegungsmöglich keit eingelassen, vorteilhaft, sie sind einbetoniert. Die Buchsen reichen iii einer Tiefe ins Innere des Grundkörpers und der Wandkonstruktion, die mindestens das Vierfache, vorteilhaft aber mindestens das Sechsfache des Durchnessers der ihrer Durchmesser ausmachen. Die Stahldornen reichen in einer Tiefe ins Innere der Buchaen, die mindestens das Breifache, vorteilhaft aber mindestens das Fünffache ihres Durchmessers ausmacht. Zwischen den Enden der Stahldornen und dem Unterteil der Buchsen ist ein Liftikssen freigelassen. Die Stahldornen sind durch die Schichtkonstruktionen, ule aun Gummiplatten und Stahlplatten zusammengesetzt sind, beim Freilassen eines Luftkissens vorteilhaft locker durchzogen. Zwischen die äussere Mantelfläche der Stahldornen und die innere Mantelfläche der Buchsen ist zweckmässig ein Schmierstoff in filmartig dünnen Schichten aufgetragen für die Verringerung der Reibung. Sowohl der Grundkörper als auch die Wandkonstruktion verfügen in der Nähe der Buchsen zweckmässig in der Form räumlicher 3ugel über Verstärkungseinlagen Bei der zweckmässigen Ausführungsform der Einlagekonstruktion für Dämpfung ist das elastioch- plastische Federnsystem zwischen den Grundkörper und die Wandkonstruktion abschnittsweise eingebaut, und Jeder Abschnitt enthält sowohl einen Teil für Be- wegungsdämpfung als auch einen Teil für Energieabsorption. Das ganze Federnsystom, odor gegebenfalls einige seiner teile, haben entlang der Ränder anstelle der Stahldornen Buchsen mit kleinerer Steifheit, Die zusätzlichen Buchsen nind in einen elastischen Füllstoff eingebettet. Der grösste Vorteil der Einlagekonstruktion für Dämpfung laut Patent besteht darin, dass der Energie-Absorptionsteil in Falle von Beben infolge von Kräften, die die Beanspruchung aus der Wind last überschreiten, in den Fliessbereich kommt, so kann er vom Fundament, das sich mit dem Boden zusainmen bewegt, keine weiteren, grösseren Kräfte an die Wandkonstruktion weiterleiten. Der Teil für Bewegungsdämpfung mit dem geschichteten Charakter ist in der Lage, senkrechte Kräfte zu tragen, weiterhin, dass er sich infolge von wiederholten Beben in senkrechter Ebene als elastische Stützung verhält, die waagerechten Bewegungen werden durch ihn gedämpft. Der Energie-Absorptionsteil der Einlagekonstruktion, der die ocnkrechten Stahldornen enthalt, kann - wegen seines Charakters - nur Kräfte in waagerechter Richtung aufnehmen, auf Kosten der plastischon Formveränderung der Dornen kann er die Energien aboorbioren, die während dc,r Beben entstanden. Die Einlagekonstruktion funktioniert nach den Berechnungen auf Grund der sogenannten "progressiven Federung". Es kann deshalb mit grosser Genauigkeit bestimmt werden, dass neue Federelemente nur nach dem Zustandekommen von Formveränderungen mit einem gewissen ass ins Kräftespiel eintreten, die nur noch elastische Formveränderungenerfahren k'Unnen. Infolge denen entstehen in den Teilen, die nur elastische Formveränderung crfahren haben, solche elastische Rückwirkkräfte, die ver'lindern, dass die Wandkonstruktion des Baus in waagerechter Richtung über eine gewisse Grenze hinaus verschoben wird. Es ist ebonfalls günstig, dass infolge der geometrischen und strukturellen Ausbildung des Energie-Absorptionsteiles er in der waagerechter Ebene in jeder Richtung genauso funktioniert. Auf diene Weise, ganz gleich, in welcher Richtung der Erdstoss entsteht, verhält sich der Bau dem gegenüber immer auf die gleiche Art und Weise. Dank der Einlagekonstruktion laut Patent werden auch die Investitionskosten des Baus geringer, da die lasttragende Ronstruktion nur für die Windlast, das Fundament und das Kellergeschoss für die Beben mit der vorgeschrie- benen Intensität zu bemessen sind. Wegen des Ausschliessens der Weiterleitung einer grösseren Kraft als die Windlast werden im Falle eines Bebens weder die lasttragende Konstruktion, noch die eonstigen Einrichtungsgegenstände und zusätzlichen Konstruk- tionen des Baus beschädigt. Das Patent wird im Zusammenhang eines Beispiels anhand von Zeich nuagen näher erläutert. Auf den beigefügten Anlagen sind auf Bild 1 schematische Anordnung der Einlagekonstruktion in senk rechtem Schnitt. Bild 2 die Anordnung laut Bild 1 in Daraufsicht, Bild 3 der Stahldorn und seine Umgebung in vergrössertem Mass stab im Vergleich zu Bild 1 Bild 4 Ausbildung kleinerer Steifdornen an den Rändern der Einlagekonstruktion. zum Bild . ist ein Abschnitt des Grundrisses h, darüber der Wandkonstruktion B zu schen. Zwischen sie ist die Einlagekonstruktion für Dämpfung eingebaut, die aus dem plastischen Teil für Energieabsorption und dem elastischen Teil für Bewegungsdämpfungs besteht. Letzterer ist eine solche Schichtkonstruktioh, die aus den über einander angeordneten 5 Gummiplatten, sowie den 6 dazwischen liegenden und umgebenden Stahlplatten zusammengesetzt ist. Die aus Hartgummi hergestellten 5 Gummiplatten und die 6 Stahl platten können in einer Stärke zusammengesetzt werden, die dem Bedarf entspreicht. Für die Stahldornen (3), die den Teil für Energiabsorption bilden, sind nach der auf Bild 2 angeführten Teilung Öffnungen untergebracht, durch die die 3 Dornen hin durch gelangen kennen. Auf Bild 1 ist ersichtlich, dass unter- und oberhalb der ochicht- konstruktion, die den Teil der Bewegungsdämpfung bildet, je eine 4 Unterlage für Lastverteilung angebracht ist, an denen die Wandkonstruktion B an den Teil für Bewegungsdämpfung, letzterer auf den Grundkörper gestützt ist. Die 3 Stahldornen gelangen nicht unmittelbar in die für sie ausbebildeten Öffnungen zwischen Grundkörper A und Wandkonstruktion B, sondern sie reichon ins Innere der Buchsen 1 hinein, die zweckmässigerweise aus Stahlrohr gefertigt sind. Die Buchsen 1 sind von starken, räumlichen Bügeln 7 in mindestons 2 Richtungen umgeben, durch die sie in ihrer Lage stabilisiert werden, darüber hinaus wird der Teil des Grundkörpers A und der Wandkonstruktion B in der Umgebung der Buchsen 1 grössere Festigkeit besitzen. Die Buchsen 1 sind deshalb sowohl in den Grunkörper A als auch in die Wandkonstruktion B starr eingebettet. Nach unseren Verauchserfahrungen ist es zweckmässig, wenn die Buchsen 1 mindestens 6-mal so tief in den Betonkörper des Grundkörpers A und der Wandkonstruktion B hineinreichen. wie ihr eigener Durcmesser ist. Bild 3 zeigt, dass die Stahldornen 3 nicht entlang des Innenteilos der Buchsen 1 reichen, aber sie reichen in sie mindenstens in einer Länge ein, die das Fünffache ihres Durchmessers mindestens ausmacht. Auf diese Weise entsteht zwischen dem Unterteil la der Buchse 1 und den Enden 3a der Stahldornen 3 ein Luftkissen, das sich infolge der senkrechten Lasten und /oder Beben in kleinerem oder grösserem Masse schliessen kann, aber gleichzeitig dio Mög- lichkeit für die Fortbewegung in axialer Richtung zwischen dem Stahldorn 3 und der Buchse 1 zulässt. Ähnlich dient der Möglichkeit der Bewegung,zwischen dem Teil für Bewegungsdämpfung und den Teil für Energieabsorption die Tatsache, dass die Stahldornen 3 durch die Gummiplatten 5, durch die sie umgebenden Stahlplatten 6 locker durchzogcn sind, somit bleibt zwischen ihren Mantelflächen die Luftspalte 8 frei. Schliesslich, abcr nicht zuletzt, kann die leichto, teleskop- artige Bewegung der Stahldornen 3 innerhalb der Buchsen 1 dass durch erleichtert werden wenn zwischen die äussere Mantel- fläche der Stahldornen 3 und dic innere Mantelfläche der Buchse 1 solcher Schmierstoff 9 hineingebracht wird, der der Verringerung der Reibung zwischen ihnen dient. Auf Bild 4 wird die Möglichkeit gezeigt, dass die Stahloornen 3 entlang der Ränder der Einlagekonstruktion für Dämpfung durch die zusätzlichen Dornen 10 mit kleinerer Steifheit ersetzt werden können. In diesem Fall wird natürlich der Luftspalt 8 und das Auftragen des Schmierstoffes 9 nicht benötigt, es ist aber zweckmässig, den zusätzlichen Dorn 10 mit kleinerem durch messer in irgend ein Füllmaterial einzubetten. Letzteres kann zum Beispiel aus Gummi gefertigt werden. Die Büchsen 1 werden zweckmässig im voraus sowohl in den Grund körper A als nuch in die Wandkonstruktion 13 hineinbeteniert, und zur gleichen Zeit werden die räumlichen Verstärkungsbügel 7 in der Umgebung der Buchsen 1 fortiggemacht. Sowohl auf Bild 3 als auch auf Bild 4 ist es ersichtlich, dass die Gummiplatten 5 und die Stahlplatten 6 zweckmässig mittels Kleben miteinander verbunden worden. Auf Bild 3 sind der Stahldorn 3, sowie in der Schichtkonstruk- tion bestehend aus den Gummiplatten 5 und den Stahlplatten 6 ein dünnwändiges Futterrohr 2 für den Stahldorn untergebracht. Durch das Futterrohr 2 wird verhindert, dass schädliche Sin- fräsungen im Teil für Energieabsorption infolge der Bewegungen auftreten können. Aus der auf Bild 1 dargestellten Einlagekonstruktion für Dämpfung kann natürlich nicht nur einem sondern bei Bedarf auch mehrere zwischen den Grundkörper A und die Wandkonstruktion B untergebracht werden. Die Gruppen der so angelogten Einlage- konstruktionen für Dämpfung ergänzen ihre Wirkung unter einander, beziehungsweise, orzohl ihre V;irkung der Bewegungsdämpfung als auch ihre Wirkung der Energieabsorption werden superponiert, das heisst, sie funktionieren als parallel geschaltete Federn- systeme. Die Einalgekonstruktion für Dämpfung laut Patent dient den Schutz von Gebäuden an beliebigen Orten, die seismischen Bewe- gungen ausgesetzt sind. Sie kann auch bei besonderen Bauten zum Beispiel bei Kraftwerden, Hütten, Reaktoren usw. angewendet werden aber dort sind nicht die Horizontalkräfte, die der Windlast entsprechen, zu berücksichtigen, beziehungsweise auch nicht die Beschleunigungswerte, die diesen Horizontalkräften entsprechen. Heute sind die Bauwerke im allgemeinen an Beanspruchungen von horizontalen Kräften des Windes und Erdbebens geplant und berechnet. Unter Berücksichtigung der grossen Wahrscheinlichkeit der maximalen Windlast, werden Bauwerke so geplant und berechnet, dass bei Windlastbeanspruchungen alle Konstruktionselemente während der ganzen Lebensdauer der Bauwerke unbeschädigt bleiben. Gegen überdimensionale Erdbebenkräfte werden Bauwerke so geplant und bemessen, dass die Konstruktionselemente unter seismischen Beanspruchungen nicht zerstört werden können. Man muss allerdings mit dem Auftritt von schweren Konstruktionsschäden rechnen. Die Hauptursache der Beschädigungen ist der Vorgang von Energieabsorbtionen, die das Gleichgewicht der kinetischen und potentiellen Energie im Konstruktionssystem während der ganzen Dauer des Erdbebens gewährleisten. Die Kosten zur Vermeidung von Konstruktionsschäden belaufen sich im Weltdurchschnitt auf ca. 4-6 % der gesamten Baukosten. Demgegenüber vervielfachen sich die Kosten nach seismischen Schäden bei Wiederherstellungen des Bauwerkes bzw. bei Verstärkungen. Das kann in schweren Fällen 40-60 % der gesamten Baukosten betragen. Das hier betrachtete elasoplastische Federsystem, das zwischen dem Fundament und dem Untergeschoss von Bauwerken eingebaut wird, ist von folgenden Eigenschaften gekennzeichnet: 1. Die horizontale Federsteifigkeit des Federsystems muss man so planen und bemessen, dass die bei einem Erdbeben auf tretenden horizontalen Kräftelund Beanspruchungen, an den Konstruktionen keine grösseren Werte als die,'die bei- maxi- mÅa-ee¯WindeffeRten-auftretenden, erreichen. Das kann ereicht werden, dass bei grösseren Windlasten die horizontalen Kräfte die Federelemente im plastischen Zu stand belasten, wodurch an den Konstruktionen nur solche Beschläunigungen entstehen, zu welchem nach Newtonsches Gesetz und d'Alembert's PrizipgIdi' seismische Kräfte und Beanspruchungen von Windkräften und Beanspruchungen gehören. 2. So ist der ganze Vorgang von Energieabsorbtionen des Kon struktionssystems unabhängig, da sich die Belastung der Bau körper in den Federelementen verläuft. 3. Entsprechende Versuche haben erwiesen, dass die Feder elemente zwei aufeinander folgenden Erdbeben der In tensität MSK VIII - IX standhielten, das heisst, die Federelemente besassen nach einer ersten Belastung noch genügend Festigkeit um bei einem zweiten Belastungsfall die auftretende Energie zu absorptieren. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, Federelemente für Erdbebenstärke MKS IX - X einzusetzen. 4. Im Batquerschnitt werden die Federelemente so verteilt, dass der Massen- und Steifigkeitsschwerpunkt sowie die Haupt inertia und Hauptsteifigkeitsachse zusammenfallen. So können die Torsionsschwingungen ausgeschlossen werden. 5. In speziellen Fällen, wie z.B. bei Kernkraftwerken etc., kann die Federsteifigkeit so bemessen werden, dass keine über dem zugelassenen Mass hinausgehenden seismischen Be anspruchungen auftreten können. 6. Allgemein zu den Kosten: Die Kosten,die beim Einsatz der Federelemente zu verzeichnen sind, erreichen in keinem Falle die Kosten für die mit den bisher bekannten Methoden durchgeführten Verhütungsmassnahmen. Bei einem Einsatz von Federelementen entfällt eine Kalku lation mit eventuellen Wiederherstellungs- oder Sanierungs kosten gänzlich, da die auf den Baukörper wirkenden Kräfte die Belastungswerte einer maximalen Windlast nicht ereichen können. Definition des;Systems Das System besteht aus: a) zwischen dem Fundament und dem Bau körper einzulegenden Sandwich-Elementen, die sich ihrerseits aus Stahlplatten und dazwischen eingeklebten oder ein vulkanisierten Gummilagen zusammensetzen. b) zu der Flächeder Sandwich-Elementen senk recht eingesetzten Stahldornen. Die letzteren werden durch die Baukörpergrundplatte bzw. durch die Bohrungen der Sandwich-Elemente in das Fundament eingeführt. Die Führung der Stahldornen wird mit Hilfe von eingesetzten Rohrbuchsen gewährleistet. Die Stahl-Dornen können bei Bedarf ausgewechselt werden. Zusammenfassend ist zu erklären, dass die vertikalen Belastungen durch die Sandwich-Elemente, und die horizontalen Belastungen durch die Stahlfederelemente und auch durch die Sandwich-Elemente aufgefangen werden.

Claims: Anspruchspunkte des Patentes 1 Einlagekonstruktion für Schwingungsdämpfung zur Verringerung seismischer Kräfte und Reanspruchungen, die en Gebäuden entstehen, sie dient der Verhinderung aber zumindest der Verringerung der Weiterleitung von Fodenbewegungen, und sie ist zwischen Fundament und Wandkonstruktion eingebaut, charakterisiert dadurch, dass die Einlegekonstruktion zur Steigerung der beständigkeit von einem elastisch- plastischen Federnsystem gebildet wird, das Federnsystem enthält einen Teil für Bewegungsdämpfung mit grosser Fähigkeit der elastischen Formveränderung, sowie einen plastischen Teil für die Energieabsorption mit grosser Effektivität, der Teil für Bewegungsdämpfung besteht aus übereinandergelegten Gummiplatten (5), die von Stahlplatten (6) umgeben sind und eine Schichtkonstruktion bilden, der Teil ar Energieabsorption reicht in die einander gegenüber liegenden Flächen des Fundamentes (A) und der Wandkonstruktion (B) hinein, er ist als eine Reihe von Stahldornen (3) aufgebaut, die für die Aufnahme von Relastungen, die grösser als die aus der maximalen Windlast resultierenden Belastungen sind, ungeeignet ist. 2 Ausführungsform der Einlagekonstrukltion laut Anspruchspunkt 1, damit charakterisiert, dass der Teil für Bewegungsdämpfung aus mindestens zwei Hartgummiplatten (5) und aus mindestens drei Schichten Stahlplatten (6) zusammengesetzt ist, sowohl an der Seite des Fundamentes (A) -, auch an der Seite der Wandkonstruktion (B) der so gebildeten Schichtkonstruktion ist je eine Unterlage für Lastverteilung (4) angebracht. 3 Ausführungsform der Einlagekonstruktion laut Anspruchspunkt 1, damit charakterisiert, dass sowohl das Fundament (A) als auc die Wandkonstruktion (B) für die Ausnahme der Stahldor nen (3) des Teiles für Energieabsorption geeignet sind, sie verfügen zweckmässig über Buchsen (1), die aus Stahlrohr hergestellt sind. 4 Ausführungsform der Einlagekonstruktion laut Anspruchspunkt 3, damit charakterisiert, dass die Buchsen (1) r.o;;ohl ins Fundament (A) als auch in die Wandkonstruktion (B) bewegungsfrei eingefasst sind, vorteilhaft sind die einbetoniert. 5 Ausführungsform der Einlagekonstruktion laut Anspruchspunkte 3 oder 4, damit charakterisiert, dass die Buchsen (1) in einer Tiefe ins Fundament (A) und in die Wandkonstruktion (B) hineinreichen, die mindestens das Vierfache, vorteilhaft mindestens des Sechsfache ihres Durchmessers ist. 6 Ausführungsform der Einlagekonstruktion laut Anspruchspunkte 3 oder 4 oder 5 - beliebig -, damit charakterisiert, dass Cit Stahldornen (3) in einer Tiefe ins Innere der Buchsen (1) Eineinreichen, die mindestens das Dreifache, vorteilhaft das fünffache ihres eigenen Durchmessers ausmachen. 7 Ausführungsform der Einlagekonstruktion laut Ansüruchspunkt 5 oder 6, damit charakterisiert, dass zwischen den Enden der Stahldornen (3) und dem Unterteil (1@) der Duchach (1) ein Luft kissen (12) freigelassen ist. 8 Ausführungsform der Einlagekonstruktion beliebig nach einem der Anspruchapunkte 1-7, damit charakterisiert, dass die Stahldornen (3) durch Freilassung eines vorteilhaften Luftspaltes (8) in der Schichtkonstruktion, bestehend aus Gummiplatten (5) und Stahlplatten (6), locker durchzogen sind. 9 Ausführungsform der Einlagekonstruktion beliebig nach einem der Anspruchspunkte 1-8, damit charakterisiert, dass zwischen die äussere Mantelfläche der Stahldornen und die innere Mantelfläche der Buchsen (1) vorteilhaft ein Schmierstoff (9) filmartig dünnschichtig aufgetragen zur Verringerung der Reibung eingebracht wird. 10 Ausführungsform der Einlagekonstruktion beliebig nach einem der Anspruchspunkte 1-9, damit charakterisiert, dass sowohl das Fundament (A) als auch die Wandkonstruktion (D) in der Nähe der einbetoniorten Buchsen (1) in der Forrn. einen räumlichen Bügels (7) über Verstärkungseinlangen verfügt. 11 Ausführungsform der Einlagenkonstruktion beliebig nach einem der Anspruchspunkte 1-10, damit charakterisiert, dass das elastisch- plastische Federnsystem zwischen Fundament (A) und Wandkonstruktion (B) abschnittsweise eingebaut ist, und jeder Abschnitt enthält gleichermassen einen Teil für Bewegungsdämpfung und einen Teil für Energieabsorption. 12 Ausführungsform der Einlegekonstruktion beliebig nach einem der Anspruchspunkte 1-11, damit charakterisiert, dass an den Rändern des gesamten Federnsystems oder gegebenfalls an dessen Teilen die Stähldornen (3) durch zusätzliche Buchsen (1a) mit kleinerer Steifheit ersetzt sind. 13 Ausführungsform der Einlagekonstruktion nach Anspruchspunkt 12, damit charakterisiert, dass die zusätzlichen Buchsen (1a) in ein elastisches Füllmaterial (11) eingebettet sind.

Inventors: CSAK, BELA, DR., Csák, Béla, Dr.
Applicants: TECHNISCHE UNIVERSITAT BUDAPEST
Application year: 1982
Main classification: E04H9
IPC codes: E04H9