DR. TAKÁCS LAJOS GÁBOR SZAKDOLGOZAT

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTÉSZMÉRNÖKI KAR ÉPÜLETSZERKEZETTANI TANSZÉK ÉPÜLETENERGETIKAI ÉS ÉPÜLETGÉPÉSZETI TANSZÉK

DR. TAKÁCS LAJOS GÁBOR SZAKDOLGOZAT Földrengésre méretezett épületek tűzgátló szerkezetei

Konzulens: Szikra Csaba tudományos munkatárs

Témavezető: Dr. Sajtos István tanszékvezető, egyetemi docens

Budapest, 2013.

Szerzői jog © Dr. Takács Lajos Gábor, 2013. Szerzői jog © Dr. Sajtos István, 2013. Szerzői jog © Szikra Csaba, 2013.

Név: Képzés: Szakirány: Cím:

dr. Takács Lajos Gábor Tűzvédelmi tervező

Neptun kód: Szemeszter: Nyilvánt.sz.:

Z2AA12 2012/13/2

FÖLDRENGÉSRE MÉRETEZETT ÉPÜLETEK TŰZGÁTLÓ SZERKEZETEI

A feladat leírása: Magyarországon a földrengések hatásaival szembeni védekezés az épülettervezés területén elsőként 1998. január 1-én jelent meg általános követelményként. Az Eurocode szabványsorozat, azon belül is az EN 1998:1 2011. januári bevezetése a tartószerkezetek földrengésekre megfelelő tervezésére is követelményt ad. Az általános célok megfogalmazásán túl nincsenek azonban részletes előírások a nem teherhordó szerkezetek földrengésekkel szembeni védelmére. Jelen szakdolgozat tárgya a témakörön belül is a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek földrengések hatásaira, valamint tűzállóság tekintetében egyaránt megfelelő szerkezeti kialakítása. A szakipari szerkezetek adott esetben visszahatással lehetnek a tartószerkezetek földrengések elleni méretezésére is. A téma feldolgozása számos egyéb kutatási területet körvonalaz. A diplomamunka összefoglalással zárul. A diplomamunka része egy angol nyelvű összefoglalás is.

Témavezető: Dr. Sajtos István

BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék

Konzulens(ek): Szikra Csaba Dr. Balázs L. György

BME Építőanyagok és Mérnökgeológiai Tanszék

A feladat kiadásának időpontja:

2012.10.11.

A feladat beadásának határideje:

2013.03.25.

a szakirány részéről

Dékán

NYILATKOZATOK Beadhatósági nyilatkozat A jelen tervezési feladat az elvárt szakmai színvonalnak mind tartalmilag, mind formailag megfelel, beadható. Kelt Budapest, 2013. március 25. Konzulens részéről: Dr. Sajtos István külső konzulens, témavezető Elfogadási nyilatkozat Ezen tervezési feladat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Épületenergetikai és Épületgépészeti tanszék által a Szakdolgozat feladatokra előírt valamennyi tartalmi és formai követelménynek maradéktalanul eleget tesz. E feladatot bírálatra és nyilvános előadásra alkalmasnak tartom. A beadás időpontja: 2013. március 25. Szikra Csaba témavezető, belső konzulens Nyilatkozat az önálló munkáról Alulírott, Dr. Takács Lajos Gábor (Z2AA12), a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hallgatója, büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és sajátkezű aláírásommal igazolom, hogy ezt a szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, szakdolgozat feladatomban csak a megadott forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Budapest, 2013. március 25. Dr. Takács Lajos Gábor szigorló hallgató

TARTALOMJEGYZÉK ELŐSZÓ .................................................................................................................................................viii JELÖLÉSEK JEGYZÉKE ....................................................................................................................... ix 1. BEVEZETÉS......................................................................................................................................... 1 1.1. Célkitűzések ............................................................................................................................... 1 1.2. Áttekintés ................................................................................................................................... 1 1.3. Elvek és módszerek ................................................................................................................... 2 2. SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS ........................................................................................................... 3 3. FÖLDRENGÉSEK ÉS TŰZESETEK KOCKÁZATAI ÉS VÉDELMI CÉLOK ....................................... 4 3.1. Kockázatok osztályozása .......................................................................................................... 4 3.2. Védelmi célok ............................................................................................................................. 5 3.3. A tűzgátló szerkezetek és teljesítmény-jellemzőik osztályozása........................................... 7 4. ÉPÜLETEK, ÉPÜLETSZERKEZETEK VISELKEDÉSE FÖLDRENGÉSEK HATÁSÁRA ................. 11 4.1. Szeizmikus forma és szerkezeti rendszer hatása a földrengéssel szembeni ellenállóképességre ............................................................................................................................ 11 4.2. Épületszerkezetek viselkedése földrengések hatásaira ....................................................... 14 5. TŰZGÁTLÓ SZERKEZETEK ÉS FÖLDRENGÉSRE MÉRETEZETT TARTÓSZERKEZETEK KAPCSOLATAI ...................................................................................................................................... 22 5.1. Nem teherhordó tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől 22 5.1.1. Falazott tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől ............. 22 5.1.2. Könnyű tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől ............. 28 5.2. Nem teherhordó tűzgátló falszerkezetek eldőlés elleni rögzítése ....................................... 29 5.3. Lépcsőházak szerkezeteinek földrengésekkel kapcsolatos tűzvédelmi problémái ........... 35 5.4. Egyéb, földrengésekkel kapcsolatos tűzvédelmi vonatkozások ......................................... 36 5.4.1. Tűzgátló ajtók rögzítése ................................................................................................... 36 5.4.2. Alapozások szeizmikus szigeteléseinek tűzvédelmi kérdései .......................................... 38 5.4.3. Épületgépészeti, épületvillamossági vonatkozások .......................................................... 40 6. TOVÁBBI KUTATÁSI FELADATOK .................................................................................................. 44 6.1. Tartószerkezetek tűzeseti alakváltozásának hatása nem teherhordó szerkezetekre ........ 44 6.2. Épületgépészeti és épületvillamossági rendszerek földrengések hatására megfelelő kialakítása magyarországi viszonyokra adaptálva .......................................................................... 45 6.3. Üvegezett térelhatároló szerkezetek földrengések elleni védelme ...................................... 46 7. ÖSSZEFOGLALÁS/EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE ......................................................................... 47 7.1. Eredmények ............................................................................................................................. 47 7.2. Javaslatok/Következtetések/Tanulságok ............................................................................... 48 8. FELHASZNÁLT FORRÁSOK ............................................................................................................ 51 9. SUMMARY ......................................................................................................................................... 53

ELŐSZÓ Mottó: Fire and earthquake – a bad combination… [11] A földrengések és a tűzesetek világszerte egyre több áldozatot szednek, az általuk okozott anyagi károk nemzetgazdasági jelentőségűek. Amikor földrengés és tűz egymást követően vagy egy időben következnek be, a pusztítás megállíthatatlanná válhat. A földrengés és a tűz elleni védekezés a mérnöki munka számos területére kiterjed. Szakdolgozatomban a tűzvédelem Magyarországon eddig kevés hangsúlyt kapott részterületével, a földrengésekre méretezett épületek tűzszakaszolására alkalmazott szerkezeteivel foglalkozom. Ezek jelentős része a nem teherhordó szerkezetek közé tartozik, földrengések elleni védelmükre eddig kevés figyelmet szenteltek az építészek, szerkezettervezők, kivitelezők. *** Ezúton is köszönöm témavezetőmnek, Dr. Sajtos Istvánnak a téma felvetését, napirenden tartását, a szakirodalmakat és a dolgozat összeállításában nyújtott segítségét. Köszönetemet fejezném ki ezúttal Szikra Csaba okl. gépészmérnök, tudományos munkatársnak. Köszönöm továbbá az alábbi kollégáknak a dolgozat elkészülte során nyújtott támogatását és segítségét:  Dr. Bánky Tamás, az ÉMI Kht. tudományos tanácsadója, korábban vezérigazgatója, tudományos igazgatója, a Tűzvédelmi Tudományos Osztály volt vezetője;  Borbély Attila okl. építőmérnök, statikus tervező, CÉH Zrt.  Cséfalvay Gábor okl. építőmérnök, statikus tervező  Kiss-Guczi Péter, a szakdolgozatban felhasznált egyes fényképek forrásaként megjelölt www.langlovagok.hu portál főszerkesztője;  Kulcsár Béla okl. építészmérnök, tűzvédelmi szakmérnök,  Dr. Majorosné Dr. Lublóy Éva okl. építőmérnök, egyetemi adjunktus,  Somorjay Antal tűzvédelmi mérnök, ÉMI Nonprofit Kft.  Szaniszló Gábor okl. építőmérnök, statikus tervező.

JELÖLÉSEK JEGYZÉKE A táblázatban a többször előforduló jelölések magyar és angol nyelvű elnevezése, valamint a fizikai mennyiségek esetén annak mértékegysége található. Az egyes mennyiségek jelölése – ahol lehetséges – megegyezik hazai és a nemzetközi szakirodalomban elfogadott jelölésekkel. A ritkán alkalmazott jelölések magyarázata első előfordulási helyüknél található. Latin betűk Jelölés

Megnevezés, megjegyzés, érték

Mértékegység

gravitációs gyorsulás (9,81) túllépési valószínűség visszatérési periódus teherhordó képesség (tűz esetén) integritás (tűz esetén) hőszigetelő képesség (tűz esetén) tűzvédő képesség (kapszula hatás) lehajlási korlát tartószerkezet hideg állapotban mérhető nyomott és húzott szélső szálai közötti távolság szabad fesztávolság (tűzvizsgálat során felhasznált próbatest)

m/s2 % év perc perc perc perc, ºC mm

lehajlásnövekedési korlát

mm/perc

Görög betűk Jelölés

Megnevezés, megjegyzés, érték

Mértékegység

I a

fontossági tényező a nem szerkezeti elemek fontossági tényezője

1 1

g PNCR TNCR R E I K D d L

mm mm

1. BEVEZETÉS 1.1. Célkitűzések A tartószerkezetek méretezésére az Eurocode szabványsorozat 2011. január 1. óta alkalmazandó Magyarországon az új épületek tervezésénél. Földrengésre viszont már 1998. január 1. óta kötelező ellenőrizni az épületeket, vagyis az Országos Településrendezési és Építésügyi Követelmények megjelenése óta [1]. A földrengés- hatására történő méretezésnek ennek megfelelően nincs nagy hagyománya. Még kevesebb figyelmet szentelnek a nem teherhordó szerkezetek földrengések elleni védelmére. Magyarországon nincsenek előírások, szabályok vagy szakirodalom sem földrengést követő tűzesetek elleni védekezésre, sem a földrengésre méretezett épületek nem teherhordó, tűzgátló szerkezeteinek kialakításának részleteire. A szakdolgozat célja a földrengésre méretezett épületek nem teherhordó tűzgátló szerkezeteinek megfelelő kialakítása, alapvetően nem tárgya tehát a földrengéseket követő tűzesetek elleni védelem, azonban utóbbi nem minden esetben választható el a szakdolgozatbana szükséges mértékben érintem a témát. Nem foglalkozom viszont a tartószerkezetek földrengések hatása elleni tervezésével, az messze meghaladná a szakdolgozat témaválasztását. A földrengések elleni védekezés különösen középmagas (13,65 m szintmagasság fölött) és magas (30 m szintmagasság fölött) épületek, továbbá előregyártott vasbeton szerkezetű ipari, tárolási és mezőgazdasági csarnoképületek esetén válik nagyon fontossá. Emellett a kórházak, polgári védelmi létesítmények, tűzoltóságok, erőművek is kiemelten védendők. A földrengések elleni védekezés a tartószerkezetek megfelelő méretezésével kezdődött. A mai felfogás ezzel megegyező fontosságúnak tartja a nem teherhordó szerkezetek földrengések hatásaival szembeni megfelelő kialakítását is. Ennek megfelelően a földrengésre méretezett épületek minden, teherhordásban részt nem vevő egyéb szerkezetét úgy kell kialakítani, hogy a tartószerkezetek viselkedését ne befolyásolják kedvezőtlenül egy esetleges földrengés során. Ez az alapszabály vonatkozik a tűzgátló szerkezetekre is. A téma fontosságára jellemző, hogy a FEMA 74. 2011-es kiadásának 1.1. fejezete szerint az USA-ban a földrengések által okozott kár többsége a nem teherhordó szerkezetekben következett be [2]. Jelen szakdolgozat célja, hogy részletes javaslatokat tegyen földrengésre méretezett épületekben alkalmazható, nem teherhordó tűzgátló szerkezetek kialakítására. A témaválasztást az is indokolja, hogy a nemzetközi szakirodalomban sok szó esik a földrengéseket követő tüzek elleni védekezésről, azonban sokkal kevesebb publikáció foglalkozik a földrengésre méretezett épületekben alkalmazható nem teherhordó tűzgátló szerkezetek megfelelő kialakításáról. Az eddigi publikációk elveket tartalmaznak ugyan, de a megoldások szintjén kevés konkrétumot ismertetnek.

1.2. Áttekintés Szakdolgozatomban a célkitűzések összeállítása és a szakirodalom áttekintése után a földrengések, a tüzek és ezek együttes hatásainak kockázatait és a védelmi céljait osztályozom, annak érdekében, hogy megfelelő válaszokat adhassak a téma kifejtése során. A nem teherhordó tűzgátló szerkezetek kapcsolatait a tartószerkezetekkel két körben vizsgálom: egyrészt az elválasztásukat – a hézagképzést, annak tűzgátló kitöltését – másrészt a kidőlés elleni védelmüket. A két téma szorosan összefügg, ezért részletes kialakítási javaslatokat adok a csatlakozások kialakítására, ami az áttekintett szakirodalomból pont a komplex – tartószerkezeti és épületszerkezeti – részlettervek szintjén hiányoznak.

Az összefoglalásban az eredmények ismertetése és a gyakorlat megváltoztatására szolgáló javaslatok találhatók, előtte azonban részletesen felsorolok a téma kidolgozása kapcsán felmerült további kutatási területeket, amelyek kidolgozása a nem teherhordó szerkezetek földrengések hatásaira megfelelő kialakítását segíthetik.

1.3. Elvek és módszerek A munkamódszerek között a szakirodalom áttekintése áll az első helyen; a témában a leggazdagabb az USA és Új-Zéland szakirodalma. A saját munka jelentős részét konkrét megoldások kidolgozása jelenti (5. fejezet), amelyben szerkezettervezési analógiákat és gyakorlati módszereket alkalmazok. A tűzgátló szerkezetek megfelelő tervezése során a szakdolgozatban is a védelmi síkok felületfolytonosságának elvét alkalmazom, amelyet az általános épületszerkezeti szaktervezésből a tűzgátló szerkezetekre 2010. február 19-én megvédett doktori disszertációm 3. téziseként fogalmaztam meg [3]. 4. tézisemet a Harmathy-féle szabályok [4] mai szemlélettel történő áttekintésének, felülvizsgálatának tanulsága alapján állítottam össze. Eszerint rétegekből álló épületszerkezetekben a tűzvédelmi funkciójú rétegeket nemcsak a tűzterjedést gátló funkció esetén, hanem a szerkezet tűzállósági határértékének biztosítása érdekében is felületfolytonosan szükséges kialakítani. Ez az elv is jól használható a földrengésekre méretezett épületek teherhordó szerkezeteinek és tűzgátló szerkezeteinek kapcsolatainak tervezésénél (lásd 5.2. fejezet).

2

2. SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS Földrengésekkel kapcsolatos általános követelményt Magyarországon 1998. január 1-én, a 253/1997 (XII.20.) Korm. rendelettel kiadott Országos Településrendezési és Építésügyi Követelmények adott, ezen belül is a 50.§. (4) pont b) bekezdése [1]. Földrengésekhez kapcsolódó, tűz elleni védekezési feladatokat az Országos Tűzvédelmi Szabályzat [5] nem tartalmaz. A földrengésekkel kapcsolatos legfontosabb hazai szakirodalom az EN 1998 szabványsorozat (Eurocode 8. Design of structures for earthquake resistance). Ezek között a szakdolgozat témájához a legközelebb a „Part 1. General rules, seismic actions and rules for buildings” áll [6]. Ez 2011. január 1. óta alkalmazandó Magyarországon is. A külföldi szakirodalom érthetően azon országokban a leggazdagabb, ahol a földrengések gyakoriak és a tudományos-technikai fejlettség is magas szintű. Az USA-ban a publikációk, kiadványok államilag támogatottak, így szabadon letölthetők, de gazdag szakirodalom származik Japánból és Új-Zélandból is. Ezek között nemcsak a tartószerkezetek méretezésére vonatkozó kiadványok találhatók, hanem a kifejezetten építészek számára összeállított publikációk is, amelyekben elsősorban az építészeti formák és szerkezetek hatásai szerepelnek az épületek földrengések során tanúsított viselkedésére [8], [ [9], [10]. A földrengéseket követő tűzesetek szakirodalmi feldolgozása igen gazdag [11], mivel ezen események szélsőséges esetben teljes városokat pusztíthatnak el. Ez történt San Franciscó-ban a 1906. évi földrengést követően (2.1 ábra) vagy a Japán Kanto részén 1923. szeptember 1-én. Utóbbi a déli órákban tört ki, amikor sokan az otthonukban nyílt lángon készítették ebédjüket; ez számos tűzhöz vezetett, ami az akkor japánban általánosan elterjedt éghető anyagú épületekre átterjedve tűzviharokat eredményeztek.

2.1 ábra: A San Franciscó-i 1906. évi földrengést követő tűzvész A szakipari szerkezetek földrengések során tanúsított viselkedésére szintén gazdag szakirodalom áll rendelkezésre. Ezek közül a legjelentősebb a FEMA E-74 (Reducing the Risk of Nonstructural Earthquake Damage – A Practical Guide) [2],amelyet évtizedek óta folyamatosan fejlesztenek, jelenlegi, 4. kiadása 2011-ben jelent meg. A FEMA egyébként több tucat, földrengésekkel foglalkozó kiadványt,

publikációt tesz szabadon elérhetővé a honlapján, ezek között továbbiak is vannak, amelyek szorosan kapcsolódnak szakdolgozatom tárgyához [12]. A földrengésekre méretezett épületek tűzgátló szerkezeteire vonatkozó szakirodalom jóval kisebb mennyiségben áll rendelkezésre. A nem teherhordó tűzgátló szerkezetek földrengésekkel szemben megfelelő kialakítása a szakirodalomban külön nincs részletezve, általában csak a földrengésekre vonatkozó általános alapelvek és megoldások találhatók meg bennük. Egyes publikációk foglalkoznak a könnyűszerkezetes tűzgátló falak károsodásaival, de a megfelelő megoldásokra ezekben is kevés konkrétum található [13].

3. FÖLDRENGÉSEK ÉS TŰZESETEK KOCKÁZATAI ÉS VÉDELMI CÉLOK 3.1. Kockázatok osztályozása A különféle szabályozások alapján az épületeket úgy kell megvalósítani, hogy mind földrengés, mind tűz esetén a benntartózkodók elhagyhassák őket, az önerejükből menekülni képtelenek kimentése lehetséges legyen, továbbá a mentési, tűzoltási és kárelhárítási munkákat végzők kockázata is elfogadható mértékű maradjon. Földrengések és tűzesetek az alábbiak szerint kapcsolódhatnak egymáshoz:  földrengésekre méretezett épületekben a teherhordásban részt nem vevő épületszerkezetek merevsége – akár a tűzgátló szerkezetek is – káros kihatással lehetnek a földrengések során fellépő igénybevételeket hordó teherhordó szerkezetek viselkedésére,  földrengéseket követő tűzesetek során a tűzgátló szerkezetek károsodásai miatt az épület egészére, akár több épületre is kiterjedő tűz következhet be. Földrengések során az alábbi károk lehetnek kihatással az épület tűzvédelmi viselkedésére:  földrengésre nem megfelelően méretezett teherhordó szerkezetek károsodása: o repedések miatt nem teljesül a szerkezetre vonatkozó integritási követelmény, o a sérült szerkezet hőhatásra érzékeny elemeinek védelme csökken (pl. szórt tűzvédelmi bevonat sérül, vasbeton szerkezet repedései mentén az acélbetétek betonfedése nem véd a tűzhatástól)  a nem teherhordó, de tűzvédelmi szempontból kiemelt jelentőségű szerkezetek károsodása, sérülése (pl. tűzgátló szerkezetek vagy menekülési útvonalak nem teherhordó határoló szerkezetei)  az aktív tűzvédelmi berendezések, a sprinkler rendszer működésképtelensége  a tűzoltó vagy menekülési felvonók működésképtelensége Földrengés után a sajátos tűzkeletkezési okok az alábbiak:  a közművek, jellemzően a földgázvezetékek vagy bármely egyéb éghető folyadékot vagy gázt továbbító vezetékek sérülése, a kiömlő folyadék vagy gáz érintkezése gyújtóforrással (pl. nem robbanásbiztos elektromos szerelvénnyel, vagy az elektromos hálózat földrengésben megsérült elemeivel)  épületen belüli technológiák károsodásai. A tűzgátló szerkezetek teherhordó és nem teherhordó szerkezetként egyaránt megvalósíthatók. Utóbbi esetben a földrengésre méretezett tartószerkezetek és az épület földrengéssel szembeni teherbírásá4

ban szerepet nem játszó nem teherhordó tűzgátló szerkezetek csatlakozásai döntő fontosságúak, sokat javíthatnak a szerkezet teherbírásában, ellenállásában.

3.2. Védelmi célok Sokszor elhangzik az érv, miszerint Magyarországon a földrengések szerepe csekély. Ezt számos ellenpélda cáfolja. A legsúlyosabb földrengés minden bizonnyal az 1763. évi komáromi földrengés volt (3.1 ábra), amely a Richter-skála szerinti 6,3 erősségű volt; 63 áldozattal és 120 sebesülttel járt, összedőlt 7 templom és 279 egyéb épület.

3.1 ábra: Az 1763. évi komáromi földrengés Karl Friedel festményén. Jól láthatók a teherhordó falakon a jellegzetes károsodások 1956-ban Dunaharasztiban volt 5,6 magnitúdójú és VIII. intenzitású földrengés, amelyet 31 előrengés előzött meg. A 3500 ház közül 3144 sérült meg, néhány haláleset is történt. A rengések hatásai Budapesten is éreztették hatásukat, elsősorban Soroksáron. A Generali Providencia Biztosító által támogatott kutatás során vizsgálták, hogy ha az 1956-os dunaharaszti 5,6 helyén egy 6,0 magnitúdójú földrengés következne volna be, milyen hatással járna Budapest területén belül [13]. A kutatások szerint annak ellenére, hogy Magyarország alacsony szeizmikus veszélyeztetettségű területen fekszik, módfelett indokolt a földrengések hatásaival foglalkozni. A tudomány jelenlegi állása szerint a földrengéseket nem tudjuk előre jelezni, de a földrengés- veszélyeztetettség pontosabban jelezhető. A veszélyeztetettség annak valószínűsége, hogy egy adott méretű (magnitúdójú) földrengés pattan ki egy adott helyen, egy adott időintervallumon belül [14]. A földrengések veszélye a szeizmikus veszélyeztetettség és a szeizmikus kockázat segítségével írható le, ahol a veszély egy meghaladási valószínűséggel kapcsolatos adott időbeni kitettség, míg a kockázat egy szerkezet vagy berendezés meghibásodási valószínűsége: kockázat = f(veszély; sérülékenység) [14]. A veszély – mint természeti folyamat – nem befolyásolható, az épületszerkezetek sérülékenysége azonban mérsékelhető és ezen keresztül a kockázat csökkenthető. Ennek megfelelően a helyes megközelítés az épületek megfelelő felkészítése földrengések hatásaira - nemcsak a tartószerkezetek, hanem minden egyéb épületszerkezet, de a gépészeti és a villamos rendszerek vonatkozásában egyaránt. Földrengések során az alapvető védelmi célok az EN 1998-1 [6] alapján az alábbiak:  az emberi élet védelme,  a károk korlátozása, 5



a polgári védelemnél fontos szerkezetek működőképességének megtartása.

Ennek érdekében két követelményszint létezik a szabályozásokban mindenütt, így az Eurocode 8-ban [6] is:  Az állékonyság megtartásának követelménye: a szerkezetet úgy kell megtervezni és megépíteni, hogy ellenálljon a tervezési szeizmikus hatásnak helyi vagy globális összeomlás nélkül, így megtartva szerkezeti egységét és maradék teherhordó képességét a szeizmikus esemény után. A tervezési szeizmikus hatás függ o a) a szeizmikus hatás referencia-értékétől és a PNCR túllépési valószínűség 50 éves TNCR visszatérési periódussal számolt referencia-értékétől, és o b) a I fontossági tényezőtől  A bekövetkező károk korlátozásának követelménye: a szerkezetet úgy kell megtervezni és megépíteni, hogy ellenálljon egy nagyobb előfordulási valószínűséggel fellépő szeizmikus hatásnak, mint a tervezési szeizmikus hatás, anélkül, hogy a kárelőfordulás és az ezzel járó használati korlátozás költsége aránytalanul magas lenne összehasonlítva magának a szerkezetnek a költségével. A "kárkorlátozási követelmény"-hez figyelembe veendő szeizmikus hatásnak PDLR 10 év alatti túllépési valószínűsége és TDLR visszatérési periódusa van. A fontossági tényező alapvető a védelmi célok tárgyalásánál, a megbízhatósági különbségtétel szempontjából. A megbízhatóság különböző szintjei úgy kaphatók, hogy megszorozzuk a szeizmikus hatás referencia-értékét vagy a megfelelő igénybevételt ezzel a fontossági tényezővel, amikor lineáris számítást alkalmazunk. Az EN 1998-1 4.2.5. pontja szerint [6] az épületek 4 fontossági osztályba sorolhatók (3.1 táblázat), attól függően, hogy az összeomlásnak milyen következményei lesznek az emberi életre, a közbiztonságra és a polgári védelemre, valamint az összeomlás szociális és gazdasági következményeire vonatkozóan, közvetlenül a földrengés utáni időszakban. A fontossági osztályok különböző I fontossági tényezőkkel jellemezhetők. Fontossági osztály I II III IV

Épületek A közbiztonság szempontjából kisebb jelentőségű épületek, pl. mezőgazdasági épületek, stb. Közönséges épületek, amelyek nem tartoznak más kategóriákba. Olyan épületek, amelyeknek a szeizmikus ellenállása fontos az összeomlás következményeinek szempontjából, pl. iskolák, gyűléstermek, kulturális intézmények stb. Épületek, amelyeknek az épsége a földrengés alatt életfontosságú a polgári védelem szempontjából, pl. kórházak, tűzoltóságok, erőművek, stb. 3.1. táblázat: Fontossági osztályba sorolás

Megjegyzés: A I adott országbeli használatához rendelt értékeit a Nemzeti Függelékben lehet megtalálni. A I értékei eltérőek lehetnek az ország különböző szeizmikus övezeteiben a szeizmikus veszélyeztetettségi feltételektől és a közbiztonsági megfontolásoktól függően. I ajánlott értékei az I, III és IV fontossági osztályban: 0,8; 1,2 illetőleg 1,4. Az EN 1998-1 [6] 4.3.3.5.3. fejezete szerint a nem-szerkezeti elemek közül a a fontossági tényező nem lehet kevesebb 1,5-nél:  gépek és berendezések életvédelmi rendszerű lehorgonyzó elemei; 6



tartályok és edények, amelyek a közbiztonságot veszélyeztetőnek tekintett mérgező vagy robbanó anyagokat tartalmaznak.

Minden más esetben a nem-szerkezeti elemek a fontossági tényezője 1,0-nek tételezhető fel. Megjegyzendő, hogy az USA szabályozásaiban (IBC 2009 [17], ASCE/SEI [19]) ide tartoznak a menekülő lépcsőházak nem teherhordó szerkezetei is. Mind a földrengések hatásai elleni védelem, mind a tűzesetek következményei elleni védelem alapvető célkitűzés. Ezek azonban nem egymástól független célok, hiszen a földrengések és a tűzesetek sokszor egymást követően is bekövetkezhetnek, továbbá a földrengésekre méretezett épületek nem teherhordó szerkezeteinek kialakítására vonatkozó szabályok a nem teherhordó tűzgátló szerkezetekre is érvényesek. A földrengésre méretezett épületek tűzgátló szerkezeteit tehát az alábbi alapelvek mentén kell kialakítani:  teljesítsék a tűzgátló szerkezetekre vonatkozó mindenkori tűzvédelmi követelményeket, beleértve a részletképzéseiket, földrengésre méretezett tartószerkezetekhez történő csatlakozásaikat is,  ne módosítsák a teherhordó szerkezetek viselkedését károsan egy földrengés során,  ne károsodjanak földrengés során úgy, hogy veszélyeztessék a menekülést, mentést, vagy alkalmatlanná váljanak a földrengést követő tűzesetek továbbterjedését megakadályozni. Ugyan a szakdolgozatnak nem tárgya a földrengéseket követő tűzesetek vizsgálata, de vizsgálom a földrengéseket követő tűzesetek ellen is megfelelő tűzgátló szerkezeteket. A földrengéseket követő tüzek keletkezése és kiterjedése elleni védekezés az alábbi létesítményeknél elengedhetetlen:  polgári védelmi létesítmények, kórházak, különösen azok, amelyek egy természeti katasztrófát követően kiemelt szerepet játszanak  kiemelt kárveszélyességű létesítmények, amelyek kármentessége vagy a biztonságot nem érintő mértékű kára, illetve üzemelési folytonossága egy földrengést követően is követelmény (pl. atomerőmű).

3.3. A tűzgátló szerkezetek és teljesítmény-jellemzőik osztályozása A teherhordó és a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzői az MSZ EN 13 501-2 [14] szabványban rögzítettek alapján az alábbi:  



R – teherhordó képesség: a szerkezeti elemek azon képessége, hogy egy bizonyos ideig egy vagy több oldalukon fennálló meghatározott mechanikai igénybevétel mellett ellenállnak a tűz hatásának szerkezeti stabilitásuk bármilyen vesztesége nélkül. E – integritás: elválasztó funkcióval rendelkező épületszerkezet azon képessége, hogy egyoldali tűzkitétnek ellenáll anélkül, hogy a tűz a lángok vagy a forró gázok átjutása következtében átterjedne a másik oldalra, s azok vagy a ki nem tett felületen vagy, a felülettel szomszédos bármely anyagon gyulladást okozhatnának. I – szigetelés: az épületszerkezet azon képessége, hogy ellenáll a csak egyik oldalon bekövetkező tűzkitétnek anélkül, hogy szignifikáns hőátadás eredményeként a tűz átjutása bekövetkezne a kitett felületről a ki nem tett felületre.

Fentieken kívül további tűzállósági kritériumok is léteznek, ezek közül a tartószerkezetek esetén tűzvédelmi szempontból az M – mechanikai hatás a legfontosabb: ez az épületszerkezetek ellenálló képessége oldalirányú ütközésnek abban az esetben, ha a tűzben egy másik, kisebb tűzállósági határérték7

követelményű szerkezet állékonyság-vesztése következtében az illető szerkezethez ütődik. Ennek ellenőrzése a tűzállósági vizsgálatok során egy ólomsöréttel töltött zsák kilendítésével és ütköztetésével történik (a tűzállósági vizsgálat tervezett időtartamának végén 3 alkalommal; kétszer a szerkezet hasznos terhelésével, egyszer anélkül). A szakdolgozatban megemlítésre kerül még a K – tűzvédő képesség is: fal és mennyezetburkolatok azon képessége, amely a mögöttük/fölöttük lévő anyagnak/szerkezetnek egy bizonyos ideig védelmet biztosít tűzzel, szenesedéssel és más hőkárosodással szemben. Ezt nevezik kapszula hatásnak is, és nemcsak a percben kifejezett határérték jellemzi, hanem az a hőmérséklet is, amelynél a tűztől mentett oldal hőmérsékletét a megadott időtartamon belül nem engedi növekedni. Egy épület két tűzszakasza közötti tűzterjedést gátló szerkezetek a tűzterjedés megakadályozásának módja szerint osztályozhatók [3]:  Tűzterjedést gátló alapszerkezetek o tűzgátló falak, o tűzfalak, o tűzgátló födémek  Épületen kívüli tűzterjedést gátló kiegészítő szerkezetek o Homlokzati tűzterjedés elleni gátak (függőleges, vízszintes) o Tetőszinti tűzterjedés elleni gátak (magastető, lapostető, ereszmenti)  Épületen belüli tűzterjedést gátló kiegészítő szerkezetek: o Tűzgátló ajtók, kapuk és redőnyök; o Transzparens tűzgátló szerkezetek (tűzgátló ablakok, üvegfalak, üvegajtók); o Szellőző vezetékekbe építhető tűzvédelmi csappantyúk vagy egyéb, tűzterjedést gátló szerelvények; o Épületgépészeti és technológiai vezetékáttörések tűzterjedést gátló tömítései; o Ipari, tárolási és mezőgazdasági épületek különleges technológiai vezetékeinek fal- és födémáttöréseit lezáró tűzgátló nyílászárók; o Konvejerek, szállítószalagok tűzterjedést gátló lezárásai; o Elektromos vezetékek tűzterjedést gátló tömítései. A tűzgátló alapszerkezetek az alábbiak lehetnek (3.2 ábra):  Tűzfal: A vonatkozó előírásoknak megfelelő tűzállósági határértékű, A1 tűzvédelmi osztályú térelhatároló (vagy teherhordó és térelhatároló) falszerkezet, amelyet úgy kell kialakítani, hogy az általa elválasztott tűzszakaszok vagy építmények egyikének állékonyság-vesztése, illetve az ebből adódó oldalirányú erőhatás esetén is megőrizze tűzterjedést gátló képességeit (stabilitását, integritását, hőszigetelését).  Tűzgátló fal: A vonatkozó előírásoknak megfelelő tűzállósági határértékű, A1 tűzvédelmi osztályú térelhatároló (vagy teherhordó és térelválasztó) falszerkezet, amely a tűz az épület más tűzszakaszára (esetenként az épület más funkcionális egységére) való átterjedését megakadályozza.  Tűzgátló födém: A vonatkozó előírásoknak megfelelő tűzállósági határértékű, A1 tűzvédelmi osztályú térelhatároló (vagy teherhordó és térelválasztó) födémszerkezet, amely a tűz az épület más tűzszakaszára (esetenként az épület más funkcionális egységére) való átterjedését megakadályozza.

8

Független tűzfal Tűzgátló fal

Kettős tűzfal

3.2 ábra. Egyszeres és kettős tűzfal, valamint tűzfal összehasonlítása tűzgátló fallal A fent idézett követelményeknek kétféle szerkezet felel meg:  A tartószerkezetektől elválasztott, független tűzfal, amely önmagában csak kis magasságig állékony, a szomszédos, általa elválasztandó szerkezetekhez viszont nem merevíthető, mivel azok állékonyság-vesztése esetén is meg kell őrizze állékonyságát;  Nagy épületmagasság esetén vagy zártsorú beépítésnél, telekhatárok között a kizárólag dilatációs egységhatárok mentén létesíthető kettős tűzfal, amelynél az egyes tűzfalak az egyes, elválasztásra kerülő szerkezetekhez merevítettek; ebben az esetben a tűz során a tűznek kitett oldalra eső tűzfal károsodhat a hozzá merevített tartószerkezet miatt. A tűzgátló alapszerkezetek földrengések hatásai szempontjából az alábbiak szerint osztályozhatók:  A földrengés elleni védelemben részt vevő teherhordó szerkezetek felhasználása tűzgátló szerkezetként is (a tűzgátló födémek, illetve a teherhordó tűzgátló falak és teherhordó tűzfalak tartoznak ide)  Nem teherhordó, falazott tűzgátló szerkezetek (nem teherhordó tűzgátló falak és tűzfalak), amelyek nagy tömegük révén módosíthatják egy épület teherhordó szerkezetének viselkedését földrengés során  Nem teherhordó, könnyűszerkezetű tűzgátló szerkezetek, amelyek földrengések során semmilyen kihatással nincsenek az elsődleges teherhordó szerkezetre (pl. gipszkarton tűzgátló falak).

9

4. ÉPÜLETEK, ÉPÜLETSZERKEZETEK VISELKEDÉSE FÖLDRENGÉSEK HATÁSÁRA 4.1. Szeizmikus forma és szerkezeti rendszer hatása a földrengéssel szembeni ellenállóképességre Az épületek koncepcionális tervezési elveivel az EC 8 [6] 4.2. fejezete foglalkozik. Eszerint az alapelvek – nagyon leegyszerűsítve - a következők:  szerkezeti egyszerűség;  egyenletesség, szimmetria és teherbírási tartalék;  kétirányú ellenállás és merevség („x” és „y” irányok);  csavarási ellenállás és merevség;  diafragmaszerű – a födémek tárcsahatására alapuló - viselkedés az emeleti szinteken;  megfelelő alapozás. Földrengésekkel szembeni ellenállás szempontjából az alábbi formai- és szerkezeti kialakítások kedvezőtlenek:  szabálytalan tömegformálás (L vagy T alakú épület, az emeleti szintek egymástól jelentősen eltérő kiterjedése, bonyolult, aszimmetrikus alaprajzi kialakítás)  Nem egyenletes oldalirányú ellenálló-képesség vagy merevség az egyes szinteken (az épület lábakra állítása vagy nehéz szerkezetek alkalmazása a felső szinteken  a szokványostól eltérő szerkezetek (pl. sátrak, nagy fesztávolságú héjszerkezetek). Ezzel szemben a XX. századi építészetre többé-kevésbé a fenti alapelvek tagadása jellemző; ezen elvekhez az építészek nagy része a XXI. században is tartja magát. Ezen épületek szerkezeti rendszere egyedi és ezért sajátos tartószerkezeti megoldásokat is igényelnek. Le Corbusier 1926-ban megjelentetett 5 pontja (Les 5 Points d'une architecture nouvelle) közül az első négy megvalósítása biztosan zavarokat okoz az épület szeizmikus működésében: 1. 2. 3. 4. 5.

Az épület lábakra állítása, hogy az ne vegyen el területet a természettől A pillérvázzal biztosítható a tartószerkezettől független szabad alaprajzi alakítás A teherviseléstől mentesült homlokzat szabad alakítása Szalagablakok, melyek növelik a bevilágítás mértékét és nyitnak a külső tér felé Tetőkert kialakítására lehetőséget adó lapostető

4.1. ábra: Le Corbusier - Pierre Janneret: Ville Savoye A fenti elveket reprezentáló, Le Corbusier és Pierre Janneret által tervezett Ville Savoye-t 1985-1997 között teljesen felújították, amelynek során a szerkezetét is meg kellett erősíteni számos ok, közöttük a földrengéssel szembeni érzékenysége miatt. A szerkezet megerősítése az épület megjelenésén nem látható. Ez is mutatja, hogy a 4.1. és a 4.2. fejezetben leírt általános szabályok betartása nélkül is lehet földrengésekre megfelelően méretezett épületet létesíteni, de az gazdaságtalanabb szerkezetet eredményezhet, illetve földrengések hatására az épület viselkedése nehezebben lesz kontrollálható.

12

4.2. ábra: Földrengések hatásaival szemben kedvezőtlen építészeti formák és szerkezeti rendszerek (forrás: Architectural design for Earthquake. Second Edition, 2007 [8].) Nemcsak az egyes épületek, hanem a nagyvárosok szerkezete is lehet kedvezőtlen a földrengések szempontjából. Ilyen problémák például:  a zártsorú beépítések során egymás mellé kerülő épületek különböző magasságban lévő födémei, amelyek a földrengések során különböző amplitúdóval, fáziseltéréssel kilengő épületek tűzfalaira oldalirányú erőhatást fejtenek ki (ún. kalapács-hatás), amelyet alapvetően az épületek közötti hézagok elégtelen mérete tesz lehetővé,  a zártsorú beépítésben létrejött, dilatáció nélküli, L, U alakú épületek, az épületszárnyak végén kialakított tűzfalakkal (4. 2 ábra),  a zártsorú beépítésekben egymás mellé kerülő épületek tűzfalai az általános szinteken általában teherhordó tűzfalak, a padlástérben azonban gyakran a fedélszerkezethez visszakötött, gyakran 56 m magasságú, mindössze erősítő pillérekkel falazott féltégla vastag falak (4. 3. ábra), ami különösen jelentős problémát okoz eltérő magasságú épületek esetén,  a magastetős városi épületek esetén jellemző 5-6 m magas kémények, amelyek oldalirányú megtámasztás nélküliek. 13

4.3. ábra: L alakú épület – kedvezőtlen szeizmikus forma, az L szárainak végeiben tűzfalas csatlakozással (Pannónia Középiskolás Kollégium, 1131 Bp., Pannónia u. 83.)

4.4.-4.5. ábrák: Jellemző probléma: fedélszerkezethez kihorgonyzott, fél tégla vastag tűzfal leomlása – leggyakrabban szél esetén, de földrengések hatásai esetén se számíthatunk másra… (forrás: langlovagok.hu)

4.2. Épületszerkezetek viselkedése földrengések hatásaira Az EC 1998-1 [6] szerint az épületszerkezetek az alábbiak alapján oszthatók fel:  elsődleges szeizmikus elemek: elemek, amelyeket a szerkezeti rendszer olyan részeinek kell tekinteni, amelyek ellenállnak a szeizmikus hatásnak, az adott szeizmikus tervezési helyzetre modellezve és teljesen földrengésállóra tervezve és részlettervezve, egybehangzóan az EN 1998-1 [6] szabályaival.  másodlagos szeizmikus elemek: elemek, amelyek nem vehetők figyelembe a szeizmikus hatásnak ellenálló rendszer részeiként és amelyeknek a szilárdsága és merevsége a szeizmikus hatásokkal szemben elhanyagolható.

14

A tűzgátló alapszerkezetek földrengésekkel szembeni viselkedése a 3.3. pontban foglalt felosztás alapján az alábbiak szerint jellemezhető. A tartószerkezetek részeként megvalósuló tűzgátló szerkezetek közé a teherhordó tűzfalak, a teherhordó tűzgátló falak és a tűzgátló födémek tartoznak. Ezek leggyakrabban monolit vagy előregyártott vasbeton szerkezetek vagy teherhordó falazott szerkezetek. Amennyiben a teherhordó szerkezetek földrengések hatásaira méretezettek, kijelenthető, hogy a nagyobb előfordulási valószínűséggel fellépő szeizmikus hatásnak (PDLR 10 év alatti túllépési valószínűség és TDLR visszatérési periódus) jelentős repedések kialakulása nélkül ellen kell álljon. A repedések tűzállóságot nem befolyásoló méretéhez az MSZ EN 1363-1 (Fire resistance tests – Part 1: General requirements) szabvány ad támpontot. A szerkezet elroncsolódása sebességének függvényében kell a repedések méretét értékelni, felváltva a következők szerint: a) egy 6 mm átmérőjű eszköz (rúd) át tud-e hatolni a próbatesten úgy, hogy a rúd a kemencébe hatol és a résben 150 mm-t el tud mozdulni, vagy b) egy 25 mm átmérőjű eszköz át tud-e hatolni a próbatesten úgy, hogy a rúd a kemencébe hatol. Látható tehát, hogy a teljesen repedésmentes állapot – amelyet földrengések esetén csak igen nagy erőfeszítések árán, gazdaságtalanul lehetne elérni – nem cél a földrengésekre méretezett épületek nem teherhordó tűzgátló szerkezeteinél. A teherhordó vasbeton szerkezetek közül a legkedvezőbben a monolit szerkezetek méretezhetők földrengések hatásaira. A 4.6. ábrán egy ciklikus nyírási vizsgálat során tönkrement vasbeton falat láthatunk. A földrengésre méretezett tűzgátló szerkezeteknél a tűzállósági teljesítmény-jellemzők közül az integritás megtartása a legfontosabb, ami a gyakorlatban repedésmentességet vagy a repedéstágasság korlátozását jelenti földrengések során. Természetesen mindez csak megfelelő tervezés és kivitelezés esetén érvényes, a földrengések során számos alkalommal károsodnak a vasbeton szerkezetek.

4.6.-4.7. ábrák: Vasbeton falszerkezet tönkremenetele átlós nyírásra ciklikus hatásra és vizsgálati eredményei kísérlet során (forrás: FEMA 307 [12]) A lépcsőházak mind a földrengés, mind a tűzvédelmi tervezés kitüntetett területei, hiszen minden veszélyhelyzetben a legfontosabb cél az épületben tartózkodók biztonságos szabadba jutása. A lépcső-

15

házak az épületek földrengésekkel szembeni védelmében azért érdemelnek külön figyelmet, mert legygyakrabban monolit vagy előregyártott vasbeton szerkezetek és olyan elemeket – lépcsőkarokat és közbenő pihenőket – tartalmaznak, amelyek a födémektől eltérő síkokban találhatók. Földrengés esetén ezek oldalirányú elmozdulása károsíthatja a lépcsőházat határoló szerkezeteket. Ehhez hozzájárul még, hogy különösen középmagas és magas épületekben, a lépcsőházak általában tűzszakasz-határok, így a lépcsőházak határoló szerkezetei egyben tűzgátló szerkezetek is. Jellemző problémák az alábbiak:  Előregyártott vasbeton lépcsőházi szerkezetek esetén a teljes állékonyság-vesztés sem zárható ki, a szerkezeti elemek szétcsúszása, elmozdulása miatt. Ez történt a 2011. február 22-i Christchurch-i földrengés (4.8, 4.9. ábrák) során három (17, 19 és 26 szintes) magasépületben is, ahol az épületek maguk nem omlottak össze, de a benntartózkodók nem tudtak a lépcsőházak összeomlása miatt kimenekülni (forrás: University of Canterbury, NZ)  Monolit vasbeton vázas épületeknél a lépcsőkarok és a pihenők által okozott oldalirányú erőhatás a vázkitöltő falakat károsíthatja, ami szintén lehetetlenné teheti a menekülést, illetve megszünteti a falak tűzállósági teljesítmény-jellemzőit – az 5.3. fejezetben ezzel a kérdéssel foglalkozom részletesen, mivel ez illeszkedik a szakdolgozatom tárgyához,  Végül a lépcsőházi falburkolatok és álmennyezetek károsodása szintén akadályozhatja azok használatát, veszélyeztetheti a menekülést.

4.8. ábra: Összeomlott lépcsőház a 2011. február 11-i Christchurch-i földrengés során (forrás: University of Canterbury, NZ)

4.9. ábra: Lépcsőkarok viselkedése földrengéseknél fellép mozgások esetén (forrás: University of Canterbury, NZ)

A nem teherhordó falazott falként megvalósított tűzgátló szerkezetekre a falazott, vázkitöltő falakra viselkedés jellemző, amely kétféle veszélyt hordoz magában:

16

 

a vázkitöltő falazat integritás-vesztése repedések kialakulásával (4.10. ábra), amely a tűzállósági teljesítmény-jellemzők közül az E kritériumot (integritás-vesztést) eredményezi, de ha a repedés nagy megnyílású, az I kritérium (hőszigetelő képesség) is megszűnik az érintett területen, a vázkitöltő falak merevsége káros hatással lehet a tartószerkezetek szeizmikus viselkedésére nézve.

4.10. ábra: Vázkitöltő falazat integritás-vesztéssel járó károsodása a Costa Rica-i 7.6 magnitúdójú, 2012. szeptember 5-i földrengés során, az Egyetem villamosmérnöki karának épületén (forrás: The Associated Press) A 4.11. ábrán és 4.13. ábrákon mindkét káros viselkedés együttesen tanulmányozható.

4.11. ábra: Vázkitöltő falazott szerkezet viselkedése földrengés során és hatása a tartószerkezetekre

4.12. ábra: Vázkitöltő falazott szerkezet merevsége által okozott tartószerkezeti kár közelképe a 2001-es perui földrengés során (forrás: FEMA 74 [2]))

17

4.13. ábra: Vázkitöltő falazat viselkedésének sémája földrengés során A kedvezőtlen viselkedés oka egyértelmű: a vázkitöltő falak – amennyiben a tartószerkezetekhez elválasztás nélkül kapcsolódnak – merevségük folytán kedvezőtlenül gátolják a tartószerkezetek tervezett elmozdulását, lengését (duktilitását) földrengés során, ezzel akár tönkremenetelüket is okozhatják. Különösen kedvezőtlen hatása van azon vázkitöltő falaknak, amelyekben a tartószerkezetekhez kapcsolódó nyílás is található, ahol a tervezett hossz helyett jóval rövidebb hosszon jelentős elmozdulás következhet be földrengés során (4.11., 4.12., 4.13. ábrák). A hazai gyakorlatra jellemzőek a 2009. május 21-én Jászapátiban bekövetkezett tűzeset során is napvilágra derült hiányosságok. A leégett épületet a szomszédos könnyűszerkezetű kiszolgáló épülettől egy nem teherhordó tűzfal választotta el, amely a tűz eloltását követően leomlott. A maradványok elemzésével jól látható, hogy a szerkezeten belül semmilyen merevítés nem volt. Feltehetően ugyanez történt volna már egy kis erejű földrengés esetén is (4.14.-4.15. ábrák).

4.14. – 4.15. ábrák: Jászapáti, üzemi épület tűzesete során ledőlő nem teherhordó tűzfal (fotók: Pest Megyei Katasztrófavédelmi Igazgatóság) Mindez a vasbeton szerkezetű lépcsőházakat határoló vázkitöltő falazott szerkezetekre fokozottan igaz, ahol a közbenső pihenők és a lépcsőkarok földrengés során jelentős oldalirányú erőhatást fejthetnek ki a falszerkezetekre. A lépcsőházak érzékenysége is jelentős, lévén a menekülési útvonalak részei. A vázkitöltő falak állékonyság-vesztése a menekülést is akadályozhatja (4.16. és 4.17. ábrák).

18

4.16. ábra: Lépcsőházi falazott szerkezet károsodása (Banco Central Building, Managua, Nicaragua, az 1972-es 6.2 magnitúdójú földrengést követően - forrás: FEMA 74)

4.17. ábra: Lépcsőházi üvegszerkezet károsodása (Chile, az 2010-es földrengést követően - forrás: FEMA 74)

A könnyűszerkezetként megvalósított tűzgátló szerkezetek jellemzően szendvicsszerkezetek (pl. acél fegyverzetek közötti ásványi szálas hőszigetelésből álló panelek vagy acélvázas, építőlemez fegyverzetű szerelt válaszfalak). Ezek viselkedésére a nagyfokú érzékenység jellemző, Peter Collier [13] kísérletei és kutatásai szerint a földrengések a gipszkarton válaszfalak tűzzel szembeni ellenállóképességét leíró teljesítmény-jellemzők közül az integritást nagyobb mértékben rontják, mint a hőszigetelő képességet. Az elvégzett kísérletek eredményei alapján 1 % oldalirányú elmozdulás esetén már kialakultak az integritásvesztést okozó repedések. A kísérletek a gipszkarton szerkezetek tűzállósági vizsgálataihoz készült keretben kerültek végrehajtásra, mivel a rázóasztali vizsgálatot követően elvégezték a károsodot t szerkezetek tűzkitét vizsgálatát is. A kísérletek eredményei bekövetkezett földrengések tapasztalatai igazolják. 1993-ban a Guam szigetén bekövetkezett földrengés során az egyik hotelépület könnyűszerkezetű falai súlyosan károsodtak (4.18. ábra), olyannyira, hogy a folyosói tűzgátló ajtók kidőltek a falakból, lehetetlenné téve a menekülést a folyosókról. A benntartózkodókat végül a szobaegységeket elválasztó gipszkarton falak további bontásával menekítették ki, szerencsére senki sem veszítette életét (forrás: [2]). További esetek jelzik, hogy a könnyűszerkezetek nemcsak integritásukat veszíthetik földrengések során – ezzel megszűnik a tűzgátló képességük – hanem a menekülést is korlátozhatják, gátolhatják (4.20. ábra).

19

4.18.-4.19. ábrák: Könnyű falszerkezetek viselkedése földrengés során (forrás: FEMA E-74 [2]).

4.20. ábra: Könnyű épületszerkezetek földrengés során bekövetkező károsodásukkal elzárják a menekülési útvonalat a Northridge-i (California) 1994-es földrengés során egy középületben (forrás: FEMA E-74, 1994 [2]). Megállapítható tehát, hogy a könnyű épületszerkezetek – amelyek az EC-1998 [6] felosztása szerint a másodlagos szeizmikus elemek közé tartoznak – kevéssé ellenállók a földrengések hatásaira. Az üvegezett szerkezetek földrengések hatására kifejezetten érzékenyek. Normál (nem edzett vagy nem ragasztott) üvegtáblák már kis földrengés hatására is eltörhetnek; ha menekülési útvonalak mentén találhatók vagy homlokzaton, az üvegdarabok leesése veszélyezteti a benntartózkodók menekülését. A szakdolgozat tárgyát képező nem teherhordó tűzgátló szerkezetként alkalmazva őket, törésük esetén nagy felületen teszik lehetővé a tűzterjedést.

20

Az üveg jellege meghatározza a viselkedését károsodás esetén. A normál üveg nagy, éles darabokra törik és kiesik a helyéről. Az edzett üveg kis, egyenletes méretű morzsalékokra törik, azonban maradó teherbírással nem rendelkezik. A legalább két rétegből álló ragasztott (vagy edzett és ragasztott) biztonsági üvegek szilánkmentesen törnek és maradó teherbírással is rendelkeznek, földrengések esetén tehát még sérült állapotban is nagyobb valószínűséggel maradnak a befogásukban (4.21., 4.22., 4.23.. ábrák).

Normál (float) üveg és törésképe

Edzett üveg és törésképe

Ragasztott („biztonsági”) üveg és törésképe

4.21. ábra. Üvegek fajtái és jellemző törésképük

4.22.-4.23. ábra: Üvegezett szerkezetek károsodása a chilei 2010-es földrengés során, a Conceptión repülőtéren. A bal oldali szerkezet kitört, a jobb oldali képen látható szerkezet keretrendszere sérült, de az üvegezés nem tört ki (forrás: Rodrigo Retamales, Rubén Boroschek & Associates). Pontmegfogásos üvegezésekkel kapcsolatban nem áll rendelkezésre megfelelő mennyiségű tapasztalat földrengések esetén, különös tekintettel a közelmúltban megjelent, pontmegfogásos tűzgátló üvegszerkezetekre. Ezen szerkezeteknél a rögzítés kialakítása mellett az egyes üvegtáblák közötti, tartósan rugalmas hézag mérete lehet döntő a földrengés esetén tanúsított viselkedésre.

21

5. TŰZGÁTLÓ SZERKEZETEK ÉS FÖLDRENGÉSRE MÉRETEZETT TARTÓSZERKEZETEK KAPCSOLATAI 5.1. Nem teherhordó tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől 5.1.1. Falazott tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől A falazott (vázkitöltő) szerkezetek csatlakozásaira az EN 1998-1:2004 [6] 4.3.6. pontja vonatkozik. Ezek közül a szakdolgozatom témájával kapcsolatban az alábbiak a legfontosabbak: 4.3.6.2. (4) A keret-kitöltőfal kölcsönhatásából származó lehetséges káros helyi hatásokat (pl. az oszlop nyíró tönkremenetele a kitöltőfalak átlós merevítő hatásából keletkező nyíróerők miatt) figyelembe kell venni. 4.3.6.4 (1) A 4.3.6.1 (1) bekezdésben idézett, bármely DCL, M vagy H duktilitási osztályba sorolt szerkezeti rendszernél - kivéve a nagyon alacsony szeizmicitás esetét (lásd 3.2.1(4) bekezdés) alkalmas intézkedéseket kell tenni a rideg törés elkerülésére és a kitöltő falak idő előtti szétesése (különösen a nyílásokkal vagy morzsolható anyagokból készült tégla panelek), valamint a karcsú panelek részleges vagy teljes, a síkból kilépő összeomlása ellen. Különös figyelem fordítandó olyan falpanelekre, amelyeknél a karcsúsági arány (a kisebbik hossz vagy magasság/vastagság) nagyobb mint 15. A fent idézettek fontosságát mind a kísérletek tapasztalatai [16], mind a földrengések során bekövetkező károsodások igazolják.

5.1. ábra: Vázkitöltő vasbeton falak viselkedése acélvázban, a vázzal egybeépített és a váztól 35 mm hézaggal elválasztott kivitelben (forrás: [16]) Az elválasztás ugyanakkor mind a kísérletek mintadarabjai, mind a szakirodalomban fellelhető ábrák, rajzok esetében hézaggal ugyan, de nem tűzgátló kitöltéssel készül (műanyaghab, PUR hab, gumilemez stb) – lásd az 5.1. ábrán szereplő kísérleti modellt, ahol a kitöltő fal és a teherhordó fal közé 22

extrudált polisztirolhab került, vagy az 5.2. ábrát, ahol az elválasztás gumi kitöltéssel valósulna meg. Ez nem teherhordó tűzgátló szerkezetek esetén nyilvánvalóan nem felel meg, de nem felel meg olyan falszerkezetek esetén sem, amelyek tűzeseti térelhatárolási követelménnyel rendelkeznek (az OTSZ és az MSZ EN 13501-2 jelölései szerint E vagy EI követelményű falszerkezetek).

5.2. ábra: Tartószerkezettől elválasztott vázkitöltő fal A hazai gyakorlatra két megoldás elterjedése jellemző. A hagyományos megoldás a falazott kitöltő falak és válaszfalak oldalsó kapcsolatainál a habarcshézag (válaszfalaknál a huzalozás bekötésével együtt), a felső csatlakozás pedig a kiékelés volt (5. 3 és 5. 4 ábrák). Ezek a csatlakozások elmozdulást nem engednek.

5.3. ábra: Válaszfalak kapcsolata teherhordó szerkezetekhez és a kiékelés (forrás: Dr. Gábor László: Épületszerkezettan 1.)

5.4. ábra: Vázkitöltő fal kiékelése PUR habbal (a szerző felvétele)

Napjainkban a kiékelés munkaigényessége miatt háttérbe szorult, a válaszfalak és a vázkitöltő falak felső kapcsolatát inkább poliuretánhab kitöltéssel történik, míg az oldalsó kapcsolatok maradtak habarcs hézagkitöltésűek. Ez földrengések szempontjából ugyan kedvezőbb, de a hagyományos poliuretánhab hézagkitöltés léghanggátlása gyenge, tűzállósággal nem rendelkezik és a falszerkezethez képest mozogni képes födém miatt repedések alakulhatnak ki a poliuretánhab hézagkitöltés két oldalára felhordott vakolaton. Vannak ugyan falak kiékelésére való poliuretánhabok bevizsgált nyomószilárdsággal, azonban ezek sem rendelkeznek ciklikus terheléses vizsgálati eredménnyel, tűzállósági határértékük általában nincs. A szakdolgozathoz tartozó szakirodalom feldolgozása és a konkrét tapasztalatok azt mutatják, hogy a falazott szerkezetek elválasztását a tartószerkezetektől számítással meghatározott hézagmérettel

23

kell tervezni, továbbá tűzgátló (és adott esetben más követelményeknek is megfelelő) hézagkitöltéssel kell ellátni. Az építési piacon kapható tűzgátló hézagkitöltések az alábbiak:  tűzvédelmi tömítőkittek,  tűzgátló szilikonkittek,  tűzgátló poliuretánhabok,  nagy térfogattömegű kőzetgyapot csíkok,  kétoldalt hőhatásra habosodó pasztával bevont kőzetgyapot csíkok (ún. lágyzárás),  rugalmas szilikontéglák,  hőhatásra habosodó laminátummal ellátott habszalagok. A fenti felsorolásból azokat a hézagkitöltő tűzgátló tömítéseket, amelyek földrengésre tervezett épületek tartó- és egyéb szerkezeteinek elválasztására nem alkalmasak, nem szerepeltettem (ilyenek például a tűzvédelmi habarcsok). A tűzgátló poliuretánhabok fő műszaki jellemzői az alábbiak:  egyszerű kivitelezhetőség, ezért elterjedt,  vízben nem oldódik,  a hagyományos poliuretánhabok törtfehér vagy tojáshéj színéhez képest eltérő szín (általában keki vagy rózsaszín),  20-50 mm közötti hézagszélesség esetén, legalább 100-200 mm átvezetési mélységnél alkalmazhatók, falra és födémre egyaránt minősítve,  csak állandó méretű hézag esetén alkalmazhatók, az elválaszott szerkezetek mozgását nem képesek követni. A tűzvédelmi tömítőpaszták (5.5. ábra) és szilikonkittek fő műszaki jellemzői az alábbiak:  1-2 cm nagyságrendű hézagszélesség tömítésére alkalmasak, 2x 10 mm hézagmélység esetén (180 mm hátkitöltéssel), a megfelelő falvastagság tehát legalább 200 mm,  rugalmasságukat tartósan megőrzik, azonban nincs adat a mozgást felvevő képességeikre.

5.5. ábra: Tűzvédelmi tömítőpaszta előregyártott vasbeton szerkezetek csatlakozási hézagaiban (forrás: Dunamenti Tűzvédelem Zrt., termék: Polylack K) A kőzetgyapot mag két oldalára felhordott, hőhatásra habosodó kittből álló ún. lágyzárás (5.6. ábra) Magyarországon az egyik legkedveltebb tűzvédelmi tömítés. A kőzetgyapot a tűzeseti hőszigetelő képességet, a kétoldali hőhatásra habosodó kitt pedig a térelhatárolást biztosítja. Nemcsak hézagtömítés-

24

re, hanem gépészeti és elektromos vezetékek áttöréseinek tömítésére is alkalmas. A termékek jellemzői az alábbiak:  50 és 100 mm hézagszélesség esetén, 150 és 2x60 mm hézagmélységre alkalmazhatók  nedvességre érzékenyek (emiatt sprinkler rendszerrel védett épületben történő alkalmazásuk – legalábbis vízszintes lezárásokra – megkérdőjelezhető)  a tapasztalatok alapján kismértékű alakváltozást károsodás nélkül képesek elviselni, de nincs adat ennek mértékére

5.6. ábra: Kőzetgyapot hőszigetelés két oldalára felhordott tűzgátló tömítőpaszta, balra vízszintes beépítésben, csőelzáró mandzsettával kiegészítve (forrás: Dunamenti Tűzvédelem Zrt.) Az Intumex által gyártott lágyzárások fejlettebb minősítésekkel rendelkeznek. Ezek mozgások felvételére is alkalmasak és vizsgálati eredménnyel rendelkeznek, továbbá 300 mm hézagszélességig megfelelők. A tömítések teljesítmény-jellemzőinek jelölésére saját rendszert fejlesztettek ki, amelynek általános példája: EI 120 - H - V - T - M7,5 - F - W00 - 300:  EI: tűzállósági teljesítmény-jellemzők  H - V - T: vízszintes teherhordó szerkezet - függőleges teherhordó szerkezet és függőleges fuga függőleges teherhordó szerkezet és vízszintes fuga  X: mozgás nem megengedett  Mxx: mozgás megengedett, a megadott százalékban  M - F - B: fuga típusa: M: előregyártott; F: helyszíni; B: mindkettő  W xx - xx: fuga szélessége mm-ban (-tól -ig) Az AS típusú tömítések jellemzői: EI 120 - H - M7,5 - F - W00 – 300.

5.7. ábra: Kőzetgyapot hőszigetelés két oldalára, illetve felső síkjára felhordott tűzgátló tömítőpaszta (forrás: Intumex, AN és AS típusú tömítések)

25

A szilikontégla tömítések (5.8. ábra) leggyakrabban elektromos vezetékek tűzgátló tömítéseiként alkalmazzák, azonban hézagtömítésekre is alkalmasak. Az egyes elemek a rendszerbe tartozó tömítőpasztával vannak egymáshoz és a fogadószerkezethez ragasztva. Az elemek mérete a hézagszélességet is meghatározhatja. Egyéb tulajdonságok:  pormentesen beépíthetők, az elemek rugalmasak, előkomprimáltan is elhelyezhetők  szilikontartalmúak, ezért bizonyos létesítményekben nem alkalmazhatók (pl. autógyárakban)

5.8. ábra: Szilikontégla és beépítése (forrás: Promat)

5.9. ábra: Habszalagok műszaki adatai, beépítése (forrás: Promat)

26

A hőhatásra habosodó laminátummal ellátott habszalagok (5.9. és 5.10. ábra ) a legfejlettebb tűzgátló hézagtömítések közé tartoznak. Rugalmas habszalagokból állnak, amelyeket hőhatásra habosodó laminátumokkal ragasztanak össze. A habszalagok a termék rugalmasságát, a hőhatásra habosodó lapok a tűzállóságukat biztosítják. Sajátosságaik az alábbiak:  A hézagokba előkomprimált állapotban helyezendők, a hézagba befeszülnek, ezért mindkét irányú mozgás felvételére alkalmasak,  építési nedvesség nélkül elhelyezhetők (ragasztást sem igényelnek), de beépítésükhöz háttámasztó- és kitöltő kőzetgyapot szükséges,  roncsolásmentesen bonthatók és helyreállíthatók,  a rendszerbe tartozó szilikonkittel lezárhatók kívülről,  egyéb, gépészeti és elektromos vezetékek áttöréseinek tömítésére nem alkalmasak.

5.10. ábra: Tűzvédelmi habszalagok példái (forrás: Dunamenti, Promat) A fent részletezett ismereteket az 5.1 táblázatban foglalom össze: Tömítés fajta Tűzvédelmi tömítőpaszta Tűzgátló szilikonkitt Tűzgátló poliuretánhab

Lágyzárás (Dunamenti) Lágyzárás (Intumex)

30+120 150 2x30+40

Alkalmazható falvastagság (mm, min) 200 200 100 100 110 150 200 150 120 150 100 (200) 200 (220) 150 150 100

70+2(30+10) 100+2(30+10) 120+2(30+10)

150 180 200

Résszélesség max. (mm)

Résmélység min. (mm)

20 20 20 50 50 50 50 50 100 0-300

2x10+180 2x10+180 100 100 110 150 200 150 2x60 100

Szilikontéglák 50 2x25 50 10-20 (25) Habszalag+hőhatásra haboso20-35 (47,5) dó laminátum (Promat) 35-45 (70,0) 45-55 (92,5) *: az összenyomódó képességről nincs adat Habszalag+hőhatásra habosodó laminátum (Dunamenti)

Tűzvédelmi jellemzők fal födém EI 120 EI 120 EI 120 EI 90 EI 45 EI 60 EI 60 EI 120 EI 120 EI 120 EI 120

nincs adat nincs adat nincs

EI 120

EI 120

nincs

EI 120 EI 30 EI 90 EI 120 EI 120

EI 120 EI 30 EI 90 EI 120 EI 120 EI 120

7,5 % van, de nincs adat

EI 90 EI 120 EI 180

EI 90 EI 120 EI 180

5.1. táblázat: Hézagkitöltö tűzgátló tömítések

27

Mozgási lehetőség

van, de nincs adat +15-5* +27,5-12,5* +35-25* +47,5-37,5*

A fentiekben ismertetett tűzgátló tömítések alkalmasak a nem teherhordó, falazott tűzgátló szerkezetek és a tartószerkezetek közötti hézagok tömítésére, azonban csak a szilikontéglák és a hőhatásra habosodó laminátum csíkokkal ellátott habszalagok alkalmasak mozgások felvételére, illetve földrengések során bekövetkező elmozdulások felvételére. Ezen tűzgátló tömítések ciklikus igénybevételt követő tűzkitét vizsgálati eredménnyel nem rendelkeznek, ez további kutatási feladat. 5.1.2. Könnyű tűzgátló szerkezetek csatlakozása és elválasztása tartószerkezetektől A könnyűszerkezetű falak esetén a csatlakozás célja legfeljebb az lehet, hogy földrengés esetén a szerkezet kármentes maradjon, mivel a szerkezetek jellegük miatt nem okozhatnak károkat a tartószerkezetekben földrengés esetén. A szerelt falszerkezetek fejlesztésével és gyártásával foglalkozó cégek már régóta rendszerben tartanak olyan födémcsatlakozási megoldásokat, amelyek a födémek alakváltozását repedések nélkül képesek elviselni úgy, hogy a falszerkezetek oldalirányú megtámasztását biztosítják és egyéb teljesítményjellemzőik (tűzállóság, léghanggátlás) az alapszerkezettel megegyezőek maradjanak (5.11. ábra). A mozgást biztosító hézagok azonban csak 15-20 mm nagyságrendűek, így a csatlakozások korlátozottan alkalmasak arra, hogy a falszerkezetek épségét szavatolják földrengés esetén. Ezek a hézagok általában álmennyezeti térbe kerülnek, ahol esztétikai problémát nem okoznak, de ha a kármentességi elvet következetesen érvényesíteni akarjuk, akkor a falak és a tartószerkezetek oldalsó csatlakozásainál is ilyen mozgást biztosító kapcsolatokat kellene kialakítani, amelyeket már nehéz lenne esztétikusan eltakarni.

5.11. ábra: Gipszkarton falak EI 30 és EI 90 tűzállósági határértékű, mozgásra képes födémcsatlakozásai (forrás: Knauf) A könnyűszerkezetű falak mindenképp rögzítendők a födémhez; amennyiben nem a teljes belmagasságig vezetettek, átlós merevítéssel kell őket ellátni; ezt a hazai gyakorlatban rendszerint elhagyják, ami földrengések esetén súlyos következményekkel járhat – a falak nemcsak károsodnak, de el is dőlhetnek. Ez a szakdolgozat témájába tartozó tűzgátló szerkezeteknél nem állhat fennt, ugyanis a tűzgátló falakat födémtől födémig kell vezetni, méghozzá az 5.11. ábrán látható mozgást biztosító csatlakozással, amelyek tűzállósági határértéke vizsgálati eredménnyel rendelkezik. Acélvázas szendvicspanel szerkezetek esetén szintén léteznek csúszó fal- és födémcsatlakozások, korlátozott mozgási lehetőséggel (5.12.-5.13. ábrák). További fejlesztések nélkül ezek esetében sem számíthatunk tehát a falszerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzőinek földrengést követő megtartásában.

28

5.12. – 5.13. ábrák: Acélvázas szendvicspanelek kismértékű mozgást lehetővé tevő fal- és födémcsatlakozásai (forrás: Kinsgpan alkalmazástechnika)

5.2. Nem teherhordó tűzgátló falszerkezetek eldőlés elleni rögzítése A teherhordó tűzgátló szerkezetek értelemszerűen nem képezik tárgyát jelen fejezetnek. Utalva az EN 1998-1:2004 [6] szabvány 4.3.6.4 pontjára, a falazott szerkezeteket eldőlés ellen a tartószerkezetekhez kell rögzíteni. Ezt korábban a válaszfalak huzalozásának bekötésével, vagy perforált, horganyzott szögacélokkal oldották meg, amelyek földrengésekre méretezett épületek esetén nem nyújtanak kielégítő megoldást (5.14. ábra).

5.14. ábra: Gázbeton válaszfal hagyományos rögzítése (forrás: Ytong) Az USA építési termékeinek piacán léteznek falazott szerkezeteket kihorgonyzó szerelvények, azonban ezek vagy fixek, vagy csak korlátozott elmozdulásra képesek. Előnyük viszont, hogy rejtetten, a falazóelemek fugáiban találhatók (5.15, 5.16 és 5.17. ábrák).

29

5.15. ábra: Falazott szerkezeteket tartószerkezethez rögzítő horgonyok, a jobb oldali engedi a fal és a tartószerkezet egymáshoz viszonyított elmozdulását (Forrás: Paul Curtis, Heckmann Building Products - a cég 1923 óta gyárt hasonló horgonyokat földrengésre méretezett épületekhez)

5.16. ábra: Falazott szerkezeteket tartószerkezethez rögzítő horgonyok, a jobb oldali engedi a fal és a tartószerkezet egymáshoz viszonyított függőleges elmozdulását (forrás: Hohmann & Barnard)

5.17. ábra: Korlátozott oldalirányú és függőleges elmozdulást lehetővé tevő horgonyok (forrás: Hohmann & Barnard) Jobb megoldást adnak azok a tüskék (5.18. ábra), amelyek egy vagy két irányban mozgást biztosítanak, két vagy egy irányban pedig rögzítik a szerkezeteket egymáshoz. Ezek a kötött irányokban teherátadásra is alkalmasak – ez a tervezett szerepük – de véleményem szerint alkalmasabbak a földrengésre méretezett épületek tartószerkezeteinek és nem teherhordó falazott szerkezeteinek összekötésére, 30

amennyiben a falakat vasbeton koszorúval látják el. Ekkor a tüskék vasbeton szerkezetek között létesítenek kapcsolatot. A megoldás nagy magasságú szerkezeteknél javasolható (pl. 9-12 m vagy afölötti magasságú előregyártott vasbeton vázas csarnoképület tűzgátló falai, amelyeket a magasságuk miatt egyébként is vasbeton koszorúkkal kell megosztani).

5.18. ábra: Balra egyirányú, jobbra kétirányú mozgást biztosító tüskék (forrás: Ancon) Az alábbi két komplex alaprajzi részleten keresztül mutatom be az eddig ismertetett elvek szintézisével (5.19. és 5.20. ábrák):  a falazott, nem teherhordó tűzgátló fal a tartószerkezettől méretezett hézaggal van elválasztva,  a hézag tűzgátló tömítéssel kitöltött (esetünkben mozgást biztosító habszalaggal, amely 92 mm terheletlen szélesség és B=50 mm hézagszélesség esetén ±40 mm körüli mozgást biztosít károsodás nélkül)  a falszerkezet a falazott szerkezet síkjára merőlegesen mozgást biztosító tüskékkel rögzített, míg a tüskék tartószerkezet és a falazott fal közös síkjában elmozdulást biztosítanak,  a tűzgátló tömítések mindig a tüskék két oldalán találhatók, hogy tűz esetén a tüskéket ne érje káros hőhatás, ne veszítsék el teherbíró képességüket.

(téglafal)

(vb. pillér)

(téglafal)

Mozgást biztosító és merevítő tüskék Kőzetgyapot háttámasz

Tűzgátló hézagtömítő laminátum + szilikonkitt

5.19. ábra: Falazott vázkitöltő tűzgátló fal tűzgátló elválasztása és kihorgonyzása tartószerkezethez (a vázkitöltő fal a tartószerkezet síkjában)

31

(vb. pillér) Tűzgátló hézagtömítő laminátum + szilikonkitt Kőzetgyapot háttámasz

Mozgást biztosító és merevítő kapocs

(téglafal)

5.20. ábra: Falazott vázkitöltő tűzgátló fal tűzgátló elválasztása és kihorgonyzása tartószerkezethez (a nem teherhordó tűzgátló fal a tartószerkezet síkja mellett található) A 5.20. ábrán látható megoldás – a nem teherhordó tűzgátló fal a tartószerkezet síkja mellett található – új-zélandi publikációk és előírások szerint [19] - kedvezőbb, mint amikor a falazott szerkezet vázkitöltő falként a tartószerkezet síkjában található, feltéve ha a kidőlés elleni védelem biztosított.

32

Az 5.19. és az 5.20. ábrákon látható kihorgonyzások felső lezárásait – csarnoképületek esetén - az 5.21. és az 5.22. ábrákon mutatom be. Az 5.21. ábrán a falazott nem teherhordó tűzgátló fal a pillérek síkjában található. Ekkor a falat lezáró vasbeton koszorú az előregyártott vasbeton fő- vagy fióktartó alá kerül, ahol a 4. fejezetben bemutatott, mozgást biztosító tűzgátló tömítés elhelyezhető.

Kőzetgyapot bordakitöltés trapézlemez hullámai között

Vasbeton tartó Kétoldalt tűzgátló hézagtömítő laminátum + szilikonkitt + kőzetgyapot háttámasz Mozgást biztosító és merevítő tüske nézete Vasbeton koszorú Falazott tűzgátló fal

5.21. ábra: Falazott nem teherhordó tűzgátló fal a pillérek síkjában

33

Kőzetgyapot bordakitöltés trapézlemez hullámai között

Tűzvédelmi dobozolás (acélváz, tűzvédelmi gipszkarton vagy gipszrostlemez burkolattal) Kétoldalt tűzgátló hézagtömítő laminátum + szilikonkitt + kőzetgyapot háttámasz

Vasbeton tartó

Vasbeton koszorú Mozgást biztosító és merevítő tüske nézete Falazott tűzgátló fal 5.22. ábra: Falazott nem teherhordó tűzgátló fal a pillérek síkja előtt Az 5.22. ábrán látható megoldás előnye, hogy földrengés esetén a tartószerkezetek és a falazott tűzgátló fal elválasztása kedvezőbb. Emellett a tartószerkezetek jelentős tűzeseti alakváltozása sem befolyásolja a falazott tűzgátló szerkezet tűzállósági teljesítmény-jellemzőit (lásd 6.1. fejezet). Hátránya, hogy a falazott tűzgátló szerkezet és a vasbeton tartó tűzgátlást biztosító felületfolytonosságának kialakítása segédszerkezeteket (esetünkben tűzvédelmi dobozolást) igényel.

34

Kis magasságú (3 m körüli)) tisztán falazott szerkezetek oldalirányú megtámasztását szögacélokkal is lehet biztosítani (5.22. és 5.23. ábrák).

5.23. ábra: Falazott szerkezet oldalirányú megtámasztása szögacéllal (forrás: Photo Courtesy Cynthia Perry, BFP Engineers)

5.24. ábra: Falazott szerkezet oldalirányú megtámasztásának részletrajza – a tűzgátló tömítés hiányzik a fal és a födém közül (forrás: FEMA E-74 [2])

5.3. Lépcsőházak szerkezeteinek földrengésekkel kapcsolatos tűzvédelmi problémái Földrengésekkel szembeni viselkedés szempontjából a hagyományos szerkezetű épületek lépcsőházait az alábbi kategóriákra oszthatjuk:  tégla teherhordó falas épületek vasbeton födémekkel, lépcsőkarokkal és pihenőkkel – ez nem képezi a szakdolgozatom tárgyát, de ez a szerkezeti rendszer, amely megfelelő tervezés mellett a legnagyobb biztonsági szintet eredményezheti;  monolit vasbeton szerkezetű épületek lépcsőházai, amelyek egyben merevítő magok is; ekkor a lépcsőház határoló szerkezetei is monolit vasbetonból készülnek, ami földrengések hatásaira méretezhető;  vasbeton födémes és lépcsőkarokkal rendelkező épületek lépcsőházai, amelyek határoló szerkezetei nem teherhordó, hanem vázkitöltő falak: o falazott szerkezetek o könnyűszerkezetek  előregyártott vasbeton szerkezetű épületek lépcsőházai – ekkor a lépcsőházak határoló szerkezetei szintén falazott vázkitöltő falak vagy könnyűszerkezetek. Fentiek közül a szakdolgozatom témájába falazott és a könnyű lépcsőházi vagy tűzgátló falakkal körülhatárolt lépcsőházak tartoznak. Ezek problémái azonosak az 5.1.1. pontban leírtakkal, azzal a különbséggel, hogy a nem teherhordó falakat földrengések során nem saját síkjukban érik a tartószerkezetek lengéseiből származó igénybevételek, hanem saját síkjukra merőlegesen, a háromkarú lépcsőknél a magasságuk harmadolópontjaiban, a kétkarú lépcsők esetén a magasság felezőpontjában, ami az eddig tárgyaltaknál is kedvezőtlenebb igénybevételt okoz egy földrengés során.

35

A nem teherhordó szerkezetek védelmében, de a lépcsőházak használhatóságának érdekében is meg kell akadályozni, hogy az akusztikai úsztatások miatt elválasztott lépcsőkarok leeshessenek a feltámaszkodásukról – természetesen a mozgást biztosító hézagképzés mellett.

5.25. ábra: Lépcső akusztikai úsztatása határoló falszerkezettől és pihenőktől (forrás: BME Épületszerkezettani Tanszék) A falazott lépcsőházi határoló szerkezeteket nemcsak a vasbeton vázszerkezettől, de a vasbeton közbenső pihenőktől és lépcsőkaroktól is méretezett hézagokkal kell elválasztani (5.25. ábra). Ezek nem 10-15 mm szélességű hézagok, mint a jelenlegi gyakorlatban, hanem méretezendő hézagok, amelyek inkább 35-50 mm szélességűek, amelynek építészeti következményeit dilatációs profilok beépítésével lehet javítani. Ezzel egyidejűleg alkalmazhatók korlátozott oldalirányú elmozdulást lehetővé tevő tüskézések a lépcsőkarok rögzítése érdekében. A könnyűszerkezetek oldalirányú erőhatást a falazott szerkezeteknél is kisebb mértékben viselnek el. Ennek megfelelően könnyűszerkezetes lépcsőházi falak alkalmazása nem javasolható; nem elegendő ugyanis elválasztani őket a közbenső pihenőktől és lépcsőkaroktól, károsodásuk a lépcsőházon kívülről érkező oldalirányú erőhatás esetén is bekövetkezhet.

5.4. Egyéb, földrengésekkel kapcsolatos tűzvédelmi vonatkozások 5.4.1. Tűzgátló ajtók rögzítése A tűzgátló szerkezetek között kitüntetett szerep jut a tűzgátló ajtóknak, amelyek a tűzgátló falakon és a tűzfalakon lévő nagyméretű áttöréseket védik tűzterjedés ellen (5.26. ábra). Ahogy azt a 4.2. fejezetben láttuk, a nem megfelelően rögzített ajtók hajlamosak kiesni a falakból, amellyel nemcsak funkciójukat nem látják el, de veszélyeztetik a benntartózkodókat és a menekülési lehetőséget korlátozzák.

36

5.26. ábra: Acélszerkezetű tűzgátló ajtók különböző tokszerkezetei (forrás: www.novoferm.hu) Tűzgátló ajtók tokszerkezeteinek rögzítései földrengés elleni védelem szempontjából az alábbi csoportokra oszthatók:  „kőműves” – befalazott tokok o befalazott falazókarmos rögzítés (falazással egyidejűleg beépített tokoknál) o dübelezett falazókarmos rögzítés (utólagos befalazásnál)  utólag szerelhető tokok o kétrészes tokok csavarozva o dübeles rögzítés o tűzálló poliuretánhabos rögzítés (falazókarmok nélkül) A rögzítési lehetőségek közül egyedül a falazókarmok nélküli, tisztán tűzgátló poliuretánhabos rögzítés – amely napjainkban egyszerűsége révén a legnépszerűbb – nem megfelelő földrengések hatásaira; a többi rögzítési módszer mechanikailag történik, ezért megfelelő lehet földrengések hatásaira is-feltéve ha a falszerkezet, amelybe rögzítik az ajtót, állékony marad (5.27.-5.28. ábrák).

37

5.27.-5.28. ábrák: Tűzgátló ajtó földrengés szempontjából (is) helytelen beépítése – a rögzítéshez használt poliuretán hab ráadásul nem tűzálló kivitelű (a szerző felvétele) 5.4.2. Alapozások szeizmikus szigeteléseinek tűzvédelmi kérdései A földrengésekre méretezett épületek elmozdulásai jelentős mértékben csökkenthetők, ha az épületet az alapozástól rugalmasan elválasztják (5.29. ábra).

5.29. ábra: Szeizmikus szigetelések Ezen szerkezetek általában az alapozás és az épület közötti szerelőtérben kapnak helyet, ahol tűzhatás ellen védett helyen vannak. Abban az esetben, ha a szeizmikus elválasztó elemek használati térhez csatlakoznak, azok tűzhatás elleni védelmét is meg kell oldani. Ugyanez vonatkozik az épületeken belüli nagyméretű gépészeti és technológiai berendezések, beltéri tartályok földrengéssel szembeni ellenállását biztosító rugalmas alátámasztásokra is.

38

5.30. ábra: Alapozás és felépítmény közötti szeizmikus szigetelés. Jól látható az acél felszerkezet szórt tűzvédelmi habarcs védelme – a gumielemek eközben kiegészítő védelem nélküliek… (forrás: www.jamstec.go.jp).

5.31. ábra: Különböző típusú szeizmikus szigetelésok. Mindegyik tartalmaz tűzhatásra érzékeny alkatrészeket (forrás: www.okumuragumi.co.jp, www.tecoustics.com) A szakirodalomban [18] megjelenik a szeizmikus szigetelések tűzzel szembeni védelmének követelménye, a konkrét, megfelelő megoldások azonban itt sem gyakoriak (5.30. ábra). A gyakorlatban többféle megoldás létezik:  a szigetelések tűzkitét vizsgálata és igazolása,  a szigetelések védelme tűzgátló tömítésekkel (amelyek nem lehetnek kihatással a szigetelések földrengési viselkedésére),  vagy a szigeteléseket tartalmazó tér tűzgátló szerkezetekkel történő körülhatárolása mindennemű gyújtóforrás (gépészeti vagy elektromos szerelvények) egyidejű kizárásával.

39

5.32. ábra: Szeizmikus szigetelések védelme is alkalmas rugalmas tűzgátló habszalag hézagtömítés (forrás: Promat) A szeizmikus szigetelések védelmében – amennyiben kiegészítő védelem szükséges - javaslom olyan tűzgátló tömítéseket választani, amely a tűztől mentett oldalon meghatározott ideig megvédi a hőhatásra érzékeny szerkezeti elemeket a felmelegedéstől. A kritikus hőmérsékletek az alábbiak:  acélszerkezetek: anyagminőségtől függően 350-700 ºC,  műanyag elemek: hőre lágyuló műanyagok esetén 70-90 ºC, hőre keményedő műanyagok esetén 250-300 ºC  gumielemek: 300 ºC A fenti követelményt a tűzállósági teljesítmény-jellemzők közül leginkább az ún. kapszula hatással (K kritérium) lehet pontosan körülírni. 5.4.3. Épületgépészeti, épületvillamossági vonatkozások Épületgépészeti vezetékekkel kapcsolatban földrengések során az alábbi károsodások következhetnek be (5.33.-5.34. ábrák):  eltörhetnek, különösen a merev épületszerkezetek átvezetési helyein, ami folyadékömlést, gázömlés esetén még tűzkeletkezést, illetve a tűzivízhálózat és a sprinkler rendszer működésképtelené válását is eredményezheti;  a vezetékek a könnyűszerkezetes falakat az átvezetési helyeken károsíthatják, amelynek köszönhetően a falak integritásukat is veszíthetik.

40

5.33.-5.34. ábrák: Könnyűszerkezetes födém- és faláttörések károsodása nem megfelelően átvezetett csövek miatt (forrás: FEMA E-74 [2], fotók: Mason Industries) A földrengések hatásai ellen is megfelelő megoldások rendszere az alábbi (5.35 és 5.37. ábrák):  a csővezetékeket térbeli rögzítéssel kell ellátni, a felszállóknál rugalmas alátámasztással,  a csövek faláttöréseit az alábbiak szerint lehet kialakítani: o műanyag csövezetékeknél a falátvezetéseket megfelelően nagy méretben kell készíteni, tűzszakasz-határoknál tűzgátló tömítésekkel ellátva, o fémcsöveknél a kétoldalt csatlakozó csöveket a falátvezetések előtt és után rugalmas közdarab beiktatásával kell a faláttörésben átvezetett csődarabtól megfelelően elválasztani,  az éghető anyagokat továbbító csővezetékekbe az épületbe becsatlakozás előtt a vezetéket földrengések esetén automatikusan lezáró szelepet kell építeni (Automatic Shut-off or Excess Flow Valve),  az aktív tűzvédelmi berendezések, különösen a sprinkler rendszer működőképességét földrengést követően is biztosítani kell (ezt az USA szabályozása, az NFPA 13. előírja, az európai MSZ EN 12845 nem írja elő) – különösen fontos a működőképesség, ha a sprinkler rendszerrel passzív tűzvédelmi követelmény teljesítését helyettesítik (pl. szerkezethűtés üvegfal két oldalán).

41

5.35. ábra: Épületgépészeti vezetékek átvezetései tűzszakasz-határon, térbeli rögzítéssel, a fal előtt és mögött flexibilis csatlakozásokkal, a faláttörések előtt tűzvédelmi mandzsettákkal (forrás: FEMA E-74 [2])

5.36. ábra: Sprinkler vezeték károsodása földrengés során, a csövek törése során kifolyó víz járulékos kár (forrás: Photo courtesy of Cynthia Perry, BFP Engineers)

5.37. ábra: Sprinkler vezeték és szórófej flexibilis, földrengések hatásainak ellenálló kapcsolata álmennyezeti térben (forrás: Flexhead)

A sprinkler vezetékek védelme akként kapcsolódik a szakdolgozat témájához, hogy sprinkler rendszereket vagy vízfüggönyöket gyakran alkalmaznak tűzszakasz-határokban lévő, tűzállósággal nem rendelkező szerkezetek védelmében (pl. üvegszerkezetek, vagy tűzgátló függönyök). A faláttörések és a csővezetékek megfelelő, térbeli rögzítése mellett a megfelelő védelem álmennyezetek esetén a sprinkler csővezetékek és a sprinklerfejek közötti flexibilis csőkapcsolat ad megfelelő védelmet (lásd 5.37. ábra).

42

Az alapelvek az elektromos vezetékeknél is hasonlóak, azzal, hogy az elektromos kapcsolószekrényeket – különösen a tűzeseti funkcióval rendelkezőket – eldőlés ellen is rögzíteni kell, eldőlés esetén (5.38. ábra) ugyanis működésképtelenné válnak, illetve a bekövetkező zárlatok tüzet is okozhatnak.

5.38. ábra: Rögzítetlen elektromos kapcsolószekrények felborulása a törökországi 1999. évi 7.4 magnitúdójú földrengés során (forrás: FEMA 74, fotó: NISEE Izmit Collection)

43

6. TOVÁBBI KUTATÁSI FELADATOK 6.1. Tartószerkezetek tűzeseti alakváltozásának hatása nem teherhordó szerkezetekre Az előző fejezetekben kifejtettem, miért szükséges és milyen módszerekkel lehetséges a tartószerkezeteket a falazott tűzgátló szerkezetektől elválasztani úgy, hogy a falazott szerkezetek földrengés esetén ne okozzák a tartószerkezetek károsodását. Ehhez a témához kapcsolódik egy másik lehetséges kutatási terület is, a teherhordó szerkezetek és a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek kapcsolatainak tűzeseti viselkedése. A tartószerkezetek megengedett alakváltozásai tűz esetén a normál használati korlátokhoz képest jelentősen nagyobbak. Kemencés vizsgálatoknál az MSZ EN 1363-1 előírásai alapján vízszintes szerkezetekre az alakváltozási korlátok az alábbiak:

Fentiek azt jelentik, hogy egy 4000 mm fesztávolságú, 200 mm magasságú födém vizsgálati próbatest alakváltozási korlátja 200 mm, ami a képlet alkalmazásával 6 m fesztávolságnál már 300-450 mm is lehet. Bekövetkezett tűzesetek tapasztalatai mutatják, hogy jelentős alakváltozások alakulhatnak ki állékonyság-vesztés nélkül (6.1. ábra), különösen acél- és vasbeton szerkezeteknél, a vizsgálati szabványban a fenti korlátozás tehát indokolt.

6.1. ábra: Előregyártott vasbeton szerkezetű épület tűzesete (forrás: www.langlovagok.hu) A hézagok méreteiből és a tűzgátló fugatömítések méretkorlátaiból látható, hogy 2-300 mm vagy akár nagyobb mértékű alakváltozásra a falazott és a könnyű, nem teherhordó tűzgátló szerkezetek nincsenek felkészítve. Ezek szerint a teherhordó szerkezetek tűzeseti alakváltozása jóval nagyobb mértékű, mint a földrengések során bekövetkező alakváltozásuk, ami könnyűszerkezetek esetén biztos tönkre44

menetelt jelent, falazott, nem teherhordó szerkezetek esetén pedig kérdéses, hogy a nem teherhordó szerkezet fel tudja-e venni a teherhordó szerkezetek alakváltozásából származó igénybevételeket. Ezen probléma megválaszolása túlmutat a szakdolgozat keretein, tűzkísérletekkel támogatott további kutatásokat tesz szükségessé.

6.2. Épületgépészeti és épületvillamossági rendszerek földrengések hatására megfelelő kialakítása magyarországi viszonyokra adaptálva Az 5.4.2. fejezetben ismertettem az épületgépészeti vezetékek és a tűzgátló szerkezetek megfelelő kapcsolatait földrengésekre méretezett épületek esetén. Ez azonban az épületgépészeti és épületvillamossági rendszerek földrengésekkel szembeni védelmének csak szűk területe. Ki kell dolgozni a rendszerek megfelelő védelmét hazai szempontok figyelembevételével, a nemzetközi eredmények felhasználásával, az alábbiak szerint:  melyek azok az épületek és melyek azok a gépészeti és elektromos rendszerek, amelyek üzemképességüket meg kell őrizzék földrengések során is (pl. kritikus infrastruktúrához tartozó energiaellátási és védelmi berendezések),  milyen feltételek mellett tekinthetők biztonságosnak az épületgépészeti és épületvillamossági rendszerek, különös tekintettel a biztonsági berendezésekre és a nagyméretű berendezésekre,  fel kell térképezni a hazai közművek földrengéssel szembeni helyzetét, meg kell határozni a potenciális kockázatokat, különös tekintettel a gázhálózatra és a tűzivízhálózatra, továbbá ki kell dolgozni a jövőben szükséges módosításokat a megfelelő védelmi szint elérésére,  hol szükséges alkalmazni hazai viszonyok között földrengések hatására az éghető gázok és folyadékok továbbítását automatikusan elzáró szerelvényeket (6.2. ábra).

6.2. ábra: földrengések hatására az éghető gázok és folyadékok továbbítását automatikusan elzáró szerelvény - Seismic Shut-Off Valve (forrás: Photos courtesy of Cynthia Perry, BFP Engineers).

45

6.3. Üvegezett térelhatároló szerkezetek földrengések elleni védelme Az üvegszerkezetek földrengésekkel szembeni védelmére a szakirodalomban ([7], [8], [9], [10]) kidolgozott megoldások állnak rendelkezésre:  az üvegszerkezetek csatlakozó tartószerkezetek oldalirányú elmozdulásainak korlátozása földrengés esetén,  az üvegméretek megfelelő megválasztása csökkentése - minél kisebb méretűek az üvegtáblák, fajlagosan annál kisebb mozgást kell elviselniük földrengések esetén,  illetve ezen oldalirányú elmozdulások, az üvegméretek és az üvegszerkezetek rögzítésének, illetve az üvegbefogás által biztosított mozgási lehetőségek összehangolása – itt a tartószerkezeti tervező és az üvegszerkezet szaktervezőjének a tervezés korai fázisában már szorosan együtt kell működnie,  a vonali rögzítések mellett a pontszerű rögzítések megfelelő megválasztása – a legtöbb pontmegfogás csak hőtágulásra és szélerők felvételére alkalmas, szeizmikus mozgások felvételére nem,  edzett, illetve edzett-ragasztott üvegezés alkalmazása, különösen menekülési útvonalak mentén (a fej feletti üvegezéseknél ez már elterjedt) – különösen az edzett-ragasztott üvegek kedvezőek, mivel törésük esetén is rendelkeznek maradó szilárdsággal és nem esnek ki a beépítésükből,  az üvegszerkezetektől az egyéb nem teherhordó szerkezetek megfelelő elválasztása annak érdekében, hogy földrengések során elmozdulásukkal, lengésükkel ne törjék be az üvegeket. Mindezek a tűzszakasz-határokon, illetve a menekülési útvonalakat határoló szerkezetek mentén alkalmazott, esetenként tűzgátló üvegszerkezetek esetén fokozott jelentőséggel bírnak. Kutatási feladatként javaslom az Európában kapható, műszaki engedéllyel rendelkező főbb üvegszerkezet típusok esetén a földrengések során károsodások nélkül bekövetkezhető mozgások meghatározását – amelynek tervezési értéke nyilvánvalóan az üvegméretektől is függ – annak érdekében, hogy már a tervezési fázis kezdetén összehangolható legyen a tartószerkezetek földrengések hatására bekövetkező alakváltozásával. A tartószerkezetek alakváltozása nemcsak a merevségük növelésével érhető el, hanem az 5.4.1. fejezetben ismertetett szeizmikus alapszigetelések alkalmazásával is.

46

7. ÖSSZEFOGLALÁS/EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE 7.1. Eredmények A szakirodalom feldolgozása, illetve a részletek kifejtése során nyilvánvalóvá vált, hogy a földrengések elleni védekezés nemcsak a tartószerkezet tervező hatásköre, hiszen az építészeti forma megválasztásától kezdve az épületszerkezeti részletképzésekig bezárólag az építészeti kialakítástól is erősen függ, továbbá vannak belsőépítészeti, berendezési, épületgépészeti és épületvillamossági vonatkozásai is. A szakdolgozatban számos területet érintettem, amely összefüggésben van a tűzszakasz-határokkal, de részleteiben a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek és földrengések összefüggéseit dolgoztam ki. A szakdolgozat első eredménye a földrengésekre méretezett épületek nem teherhordó szerkezeteire vonatkozó nemzetközi – főleg USA-beli és új-zélandi – szakirodalom feldolgozása, az EN 1998-1:2004 [6] előírásainak tükrében. A másik eredmény a nem teherhordó szerkezetekre vonatkozó, általános érvényű szabályok kiegészítése a tűzgátló szerkezetekre. Földrengések szempontjából a tűzgátló alapszerkezeteket az alábbi csoportokra osztottam:  tartószerkezetek részei (teherhordó tűzgátló falak, tűzfalak és tűzgátló födémek, elsősorban monolit vasbeton szerkezetek, ritkán előregyártott vasbeton szerkezetek),  falazott, nem teherhordó szerkezetek (nem teherhordó tűzgátló falak és tűzfalak),  szerelt szerkezetek (nem teherhordó tűzgátló falak). A tűzgátló szerkezetek földrengések hatásaira az alábbiak szerint tervezhetők:  a tartószerkezetek részeként megvalósuló tűzgátló szerkezetek földrengések hatásaira méretezhetők és méretezendők,  a nem teherhordó falazott szerkezeteket a tartószerkezetektől el kell választani - amennyiben tűzállósági követelmény vonatkozik rájuk, a hézagban tűzgátló tömítéssel kell ellátni – és kidőlés ellen rögzíteni kell,  a nem teherhordó könnyűszerkezetek jelenlegi rendszerekhez kifejlesztett mozgási hézagok – amelyek tűzállósággal rendelkeznek – csak korlátozott mozgás felvételére alkalmasak földrengések esetén. A tartószerkezetek és a falazott vázkitöltő tűzgátló szerkezetek egymástól méretezett hézagokkal választandók el – ezt a szabályozások és a publikációk is tartalmazzák – emellett azonban sehol sem szerepel, hogy a hézagot tűzgátló tömítéssel kell kitölteni. Az erre alkalmas tűzgátló tömítések az alábbiak szerint csoportosíthatók:  tűzvédelmi tömítőkittek,  tűzgátló szilikonkittek,  tűzgátló poliuretánhabok,  nagy térfogattömegű kőzetgyapot csíkok,  kétoldalt hőhatásra habosodó pasztával bevont kőzetgyapot csíkok (ún. lágyzárás),  szilikontéglák,  hőhatásra habosodó laminátummal ellátott habszalagok. A fenti tűzgátló tömítések alkalmasak a nem teherhordó, falazott tűzgátló szerkezetek és a tartószerkezetek közötti hézagok tömítésére, de csak egyes lágyzárások, a szilikontéglák és a hőhatásra habosodó laminátum csíkokkal ellátott habszalagok alkalmasak mozgások felvételére, illetve földrengések során

47

bekövetkező elmozdulások felvételére. Azonban ezen tűzgátló tömítések sem rendelkeznek ciklikus igénybevételt követő tűzkitét vizsgálati eredménnyel, ami további fejlesztési, kutatási feladat. Az 5. fejezetben szereplő komplex részletrajzok alapján megállapítható, hogy nagy magasságú és raszterméretű csarnoképületek esetén általában kedvezőbb a falazott tűzgátló falakat a pillérek előtti síkba építeni, mint a pillérek síkjába, mivel az előzőekben részletezett elválasztás kedvezőbben oldható meg. A szakirodalom feldolgozása és a munka során arra a következtetésre jutottam, hogy olyan tűzgátló szerkezet, amely egyaránt megfelel: • földrengésekre méretezett épületek tűzgátló szerkezeteként • és földrengéseket követő tűzesetek terjedésének megakadályozására csak az épület tartószerkezetének részét képező, földrengésekre méretezett vasbeton (inkább monolit, mint előregyárott) szerkezet lehet, amelyet úgy kell méretezni kárkorlátozásként, hogy ne alakuljon ki benne tűzeseti integritásvesztést eredményező megnyílású repedés (repedéstágasságra földrengések hatása esetén is lehet méretezni tartószerkezeteket). A teljesen repedésmentes állapot – amelyet földrengések esetén csak igen nagy erőfeszítések árán, gazdaságtalanul lehetne elérni – nem cél a földrengésekre méretezett épületek nem teherhordó tűzgátló szerkezeteinél. Mindezek a lépcsőházakat körülvevő nem teherhordó szerkezetekre fokozottan érvényesek, egyrészt a nem teherhordó falakat oldalirányban, síkjukra merőlegesen érő erőhatások, másrészt a lépcsőházak menekülésben játszott kitüntetett szerepe miatt.

7.2. Javaslatok/Következtetések/Tanulságok A hazai helyzet tanulmányozása, a bekövetkezett káresetek (általában alapvetően inkább szélkárokból és tűzkárokból levonható következtetések) és a vonatkozó szakirodalom feldolgozása alapján megállapítottam, hogy a földrengésekre méretezett épületek nem teherhordó szerkezeteinek megfelelő kialakítása (elválasztása, rögzítése) Magyarországon még a tervezési gyakorlatban sem igen jelent meg. Ez egyben azt is jelenti, hogy a magyarországi meglévő épületállomány egy 5-6 magnitúdó körüli földrengés hatásaira valószínűleg súlyos károsodásokkal reagálna. A szakdolgozat készítése során megfogalmazott legfontosabb javaslatom, hogy a nem teherhordó, falazott tűzgátló szerkezeteket a teherhordó szerkezetektől ne egyszerű (tetszőleges kitöltésű) építészeti hézaggal, hanem tűzgátló tömítéssel ellátott hézaggal legyenek elválasztva, amelyek egyben a falak oldalirányú stabilitását biztosító tüskék tűzvédelmét is biztosítják. A hézagkitöltő tűzgátló tömítések lehetnek mozgásokat felvenni nem képes és mozgások felvételére képesek is, tervezési kérdés, hogy mely esetekben melyiket alkalmazzuk. A mozgásokat követni képes tűzgátló tömítések alapvetően a földrengéseket követő tűzesetek védelmére alkalmasak. Erre vonatkozó követelmény nincs a hazai előírások szerint, ezért javaslom az alábbiakat:  Az EN 1998-2004:1 [6] szerinti 3. fontossági osztályba tartozó épületeknél – amennyiben a tűzgátló szerkezetek nem teherhordó, falazott kivitelűek – javaslom rugalmas tűzgátló hézagtömítések alkalmazását. Ezen épületeknél a könnyűszerkezetű tűzgátló szerkezeteket kerülendőnek tartom.  Az EN 1998-2004:1 [6] szerinti 4. fontossági osztályba tartozó épületeknél javaslom, hogy a tűzgátló szerkezetek csak földrengések hatására méretezett teherhordó szerkezetek részei legyenek. Ezen épületeknél a nem teherhordó falazott tűzgátló szerkezeteket és a könnyűszerkezetű tűzgátló falakat kerülendőnek tartom.

48

Lépcsőházak szerkezeti kialakítására vonatkozó javaslataim:  Előnyös, ha a lépcsőház határoló szerkezetei a merevítő mag részét képezik és a földrengések hatásai elleni védelemben szerepet játszanak (pl. monolit vasbeton lépcsőkarok, pihenők és határoló falszerkezetek együttesen).  Előregyártott vasbeton lépcsőkarokat azok felfekvésénél elmozdulást megengedő módon kell rögzíteni, de a támaszról történő lecsúszást meg kell akadályozni.  Kerülni kell a lépcsőházakat határoló falszerkezetek könnyűszerkezetekből történő kialakítását. A 4.2. és az 5.1.2. fejezetek tanulságai alapján a könnyű falszerkezetek sem a saját síkjukban, sem arra merőlegesen nem ellenállók a földrengések során bekövetkező mozgásokra, károsodásuk pedig nemcsak a tűzállóságuk megszűnését, hanem a menekülési útvonal, így a lépcsőház használhatatlanná válását is jelenti.  Falazott lépcsőházi falakat földrengések hatásaira méretezett hézagokkal kell elválasztani a lépcsőkaroktól és a közbenső pihenőktől. Ezen falakat az 5.2. fejezetben leírt módokon kell rögzíteni kidőlés ellen az elsődleges tartószerkezetekhez. Egyéb javaslataim:  Javaslom, hogy az alakváltozást károsodás nélkül felvenni képes tűzgátló tömítéseket vizsgáltassák be a gyártók ciklikus mozgásokat követő tűzteherre annak igazolására, hogyan és milyen feltétellel alkalmasak ezen tömítések földrengésekre méretezett épületek tartószerkezetei és nem teherhordó tűzgátló szerkezetei közötti hézagok tömítésére úgy, hogy földrengések után bekövetkező tűzesetek során is képesek legyenek ellátni feladatukat.  Az alapozási rendszert a felépítménytől elválasztó szeizmikus szigetelésok tűzvédelme általában külön szerkezettel oldandó meg, mivel ezek mindegyike tartalmaz tűzhatásra érzékeny alkatrészeket (acélszerkezetek, gumielemek). Kétféle megoldás lehetséges o a szeizmikus szigetelésok rugalmas tűzgátló tömítésekkel történő körülzárása (ekkor olyan tűzgátló tömítést kell választani, amely a tűztől mentett oldalon meghatározott ideig megvédi a hőhatásra érzékeny szerkezeti elemeket azok kritikus mértékű felmelegedéstől) o a szeizmikus szigetelésokat tartalmazó búvótér tűzgátló szerkezetekkel történő körülhatárolása, a tűzkeletkezési lehetőségek egyidejű kizárásával.  Az üvegezett szerkezeteket is méretezni kell földrengések hatásaira, illetve emellett a menekülési útvonalak mentén alkalmazott üvegezések – amennyiben nem rendelkeznek tűzállósági határértékkel, például kétoldali sűrített sprinklersoros vagy vízködös védelem miatt – javaslom, hogy a felületüktől függetlenül edzett és ragasztott kivitelűek legyenek, mert ezek nem esnek ki a befogásukból és még károsodásuk esetén is rendelkeznek bizonyos térelhatároló funkcióval.  Az aktív tűzvédelmi rendszerek földrengések hatásaival szembeni védelme az USA szabályozásában és irányelveiben (FEMA [2], [12], FM Global [11], IBC [18], NFPA [21] stb.) különös fontossággal bír, az európai szabályozásban azonban nem kap megfelelő hangsúlyt (a sprinkler rendszerek tervezésével, kivitelezésével és karbantartásával kapcsolatos MSZ EN 12845 szabványban például elő sem fordul a földrengés szó). Az EN 1998-2004:1 [6] szerinti a = 1,5 fontossági tényezőbe javaslom sorolni a sprinkler rendszerek elemeit, csatlakozásait és rögzítéseit, valamint szerkezeti áttöréseinek kialakítását.  Az épületgépészeti vezetékeket földrengések hatásaira méretezett rögzítéssel kell szerelni. Tűzszakasz-határon történő átvezetésüket szintén fel kell készíteni a földrengések hatásaira, megelőzendő a vezetékek törését, illetve a fogadószerkezetek károsodását. Ezt lehet megfelelő méretű és rugalmas tűzgátló tömítéssel kitöltött áttörés kialakításával, vagy a vezeték faláttörésének két oldalán alkalmazott flexibilis csatlakozásokkal kialakítani.

49

 

Az elektromos vezetékeket és a kapcsolószekrényeket, szerelvényeket is rögzíteni kell földrengések hatásai ellen, különös tekintettel tűz elleni védekezésben, vagy a tűzszakasz-határok működőképességében szerepet játszó berendezésekre. Nem teherhordó szerkezetek elválasztását biztosító mozgási hézagokat a mozgásokat nem akadályozó, de megfelelően rögzített belsőépítészeti eszközökkel kell eltakarni.

A teherhordó szerkezetek tűzeseti alakváltozása jóval nagyobb mértékű, mint a földrengések során bekövetkező alakváltozás. Ebben az összefüggésben további kutatási feladatként javaslom vizsgálni a teherhordó szerkezetek tűzeseti alakváltozásának hatását a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek tűzállósági teljesítmény-jellemzőire, beleértve a megfelelő méretezési elvek és csatlakozások kifejlesztését. Végül ahogy az USA-ban [20],Magyarországon is ki kell dolgozni a meglévő épületállomány szerkezeti jellemzői szerint csoportosított, földrengésekkel szembeni sajátosságait, kockázatait, továbbá ki kell kidolgozni a rekonstrukciók során alkalmazható, a földrengéssel szembeni érzékenységet csökkentő megoldásokat, beleértve a nem teherhordó tűzgátló szerkezetek megfelelő kialakítását is.

50

8. FELHASZNÁLT FORRÁSOK 1. A 253/1997 (XII.20.) Kormány rendelettel kiadott Országos Településrendezési és Építésügyi Követelmények, ezen belül az 50.§. (4) pont b) bekezdése 2. FEMA E-74 Reducing the Risks of Nonstructural Earthqake Damage – A Practical Guide. Federal Emergency Management Agency, 4th edition, January 2011. 3. Takács Lajos Gábor: Tűzszakaszok kialakítása és térbeli elválasztása. PhD értekezés, BME Építészmérnöki Kar, 2010. február 19. 4. Harmathy Tibor:”Ten Rules of Fire Endurance Rating”, 1965 5. Az 55/2012 (X.29.) BM rendelettel módosított, 28/2011 (IX.28.) BM rendelettel kiadott Országos Tűzvédelmi Szabályzat 6. EN 1998-1: 2004. Eurocode 8. Design of structures for earthquake resistance. Part 1. General rules, seismic actions and rules for buildings 7. G.S. Sharp, A. H. Buchanan: Earthquake damage to passive fire protection systems in tall buildings 8. Architectural design for Earthquake. Second edition, 2007. 9. Ed. Farzan Naeim: The Seismic Design Handbook, Chapman and Hall, New York, 1989. 10. Seismic Design for Architects. Andrew Charleson, Elsevier Ltd., 2008, ISBN 978-0-7506-8550-4 11. FM Global Property Loss Prevention Data Sheets: Fire Following Earthquake, 1-11, Edition May 2010. 12. FEMA 307 Evaluation of Earthqake Damaged Concrete and Masonry Wall Buildings. Federal Emergency Management Agency, 1998. 13. Do earthquakes damage fire protection walls? Peter Collier, BUILD February/March, 2008, pp. 8485. 14. Gribovszki K., Schulek-Tóth F., Varga P., 2010., Acta Gaeodaetica et Geophysika Hungarica 15. MSZ EN 13501-1. Fire classification of construction products and building elements. Part 1: Classification using data from reaction to fire tests. 16. Experimental study on separating reinforced concrete infill walls from steel moment frames. Ruey Shyang Ju, Hung-Jen Lee, Cheng-Cheng Chen, Chi-Chun Tao, Journal of Constructional Steel Research, Volume 71, April 2012, Pages 119–128, http://dx.doi.org/10.1016/j.jcsr.2011.10.004) 17. Varga Péter: Földrengés-prognózis és veszélyeztetettség. Természet Világa, 2012. december, pp. 536-539. 18. International Building Code, Chapter 7 – Fire and Smoke Protection Features 19. Critical earthquake risk detailing in New Zealand’s multi storey building stock: understanding and improving current perception (H.A. Schofield, J.M. Ingham, S. Pampanin). www.retrofitsolutions.org.nz/pdfs/NZSEE2006%20Schofield.pdf) 20. ASCE/SEI 41-06 Seismic Rehabilitation of Existing Buildings (ASCE, 2006) 21. National Fire Protection Association’s NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler Systems (2007). 22. Practice Advisory 13: Egress Stairs – Earthquake checks needed some, Ministry of Business, Innovation and Employment, Building and Housing Information, New Zealand (http://www.dbh.govt.nz/practice-advisory-13)

9. SUMMARY My thesis paper deals with non-loadbearing structures of buildings designed for earthquake resistance, and more specifically with their fire-resisting structures. In processing the literature and entering into particulars, it became obvious that it is not only the structural designer’s responsibility to protect against earthquakes, since resistance of a building strongly depends on the architectural design ranging from the selection of an architectural form to the development of structural details or even, it has relations to interior design, furnishing, building service, and building electricity. From the point of view of earthquakes, I divided fire-resisting basic structures into the groups as follows:  loadbearing fire resisting structures, (load-bearing fire-resisting walls, fire-walls and fire-resisting floors, monolithic reinforced concrete structures mainly or precast reinforced concrete structures on rare occasions),  non-loadbearing masonry constructions (non-loadbearing fire-resisting walls and fire walls),  lightweight walls (non-loadbearing fire-resistant walls) For non-loadbearing fire-resisting structures, a complex combined application of the two solutions below will give a protection of appropriate level against earthquakes:  separation of load-bearing and non-loadbearing structures, and  prevention and anchoring of non-bearing structures against tilting during earthquakes. The dimension of separation shall be matched to the calculated deformation which occurs during earthquakes and the fire-resisting structures shall be equipped with graded fire-resisting joint sealing. A part of these sealings is unable to absorb motions and the smaller part of it is elastic, however they are not tested for deformations during earthquakes. In processing the literature and doing my work, I draw the conclusion that such a fire-resisting structure that is equally suitable • as a fire-resisting structure of buildings designed for earthquake resistance and • to prevent spreading fires following earthquakes shall be only a reinforced concrete structure (being rather monolithic than precast) designed for earthquake resistance to form a part of the building structure, which shall be sized as damage limitation so as to avoid cracks resulting the loss of the resistance-to-fire integrity in it.