DE3819591A1

DE3819591A1 - Design of building such that they are secure with respect to earthquakes, by using a pendulum mounting

Info

Publication number: DE3819591A1
Application number: DE3819591A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Gallasch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-09
Filing date: 1988-06-09
Publication date: 1989-12-14

Abstract

Earthquakes effect displacements (d) in the ground. These give rise to horizontal forces (H) depending on the dimensions of the mounting, i.e. on the height (D) of the supporting body and the radius ( sigma ) of the ball sockets. The horizontal forces try to displace the building. The force of inertia ( theta ) of the building counteracts this. The value for the force of inertia taken in calculations must be the lowest natural frequency (f) of the building since this gives the most unfavourable value which, at any rate, is to be greater than the displacement force (H). Earthquakes of greater intensity, i.e. of greater frequency, effect an increase in the force of inertia, thus helping to secure the freedom from vibrations. Since, due to the pendulum movements, the horizontal vibrations are no longer transmitted onto the building, the building is secure with respect to earthquakes and no longer needs to be designed for earthquakes. It should be mentioned that, by virtue of the ball-socket type mounting of the supporting body, the latter always returns into its original vertical stable position.

Description

Die Erfindung betrifft die Abstützung eines Gebäudes oder Maschinenanlage mittels einer Pendellagerung, die im Erdbebenfall die horizontalen Bodenerschütterungen nicht auf das Gebäude überträgt.The invention relates to the support of a building or Machine system using a self-aligning bearing, in the event of an earthquake the horizontal ground vibrations are not on the Building transfers.

State of the art

In der Offenlegungsschrift 20 21 031 ist ein zwischen zwei ebene Flächen befindlicher Stützkörper vorgesehen. Die Rückstellkraft ist bestimmt durch die Radien der Kugelkalotten die größer als die halbe Stützkörperhöhe sind. Die Bemessung des Stützkörpers gemäß Anspruch 3 ist nicht unklar, denn hier wurde die Trägheitskraft nicht berücksichtigt, die beim Erdbeben maßgebend ist.In laid-open specification 20 21 031 there is one between two flat surfaces provided support body provided. The restoring force is determined by the radii of the spherical caps which are greater than half the height of the support body. The dimensioning of the support body according to claim 3 is not unclear, because here was does not take into account the inertia that occurs during the earthquake is decisive.

Die USA-Patentschrift 22 08 872 erwähnt zwei Varianten von Stützkörper. Die eine Variante ist eine auf einem Stiel ruhende, in zwei Richtungen versteifte Kugelkalotte. Die kleine Auflagefläche am unteren Ende des Stiels, sowie die Kalotte zwischen den Versteifungen sind nicht geeignet zur Aufnahme größerer Lasten. Die zweite Variante ist ein Stützkörper dessen Kalottenradien größer als die halbe Stützkörperhöhe sind. Näheres zwecks Erschütterungsfreiheit ist hier nicht gegeben.The US patent specification 22 08 872 mentions two variants of Support body. One variant is a one resting on a stem, spherical cap stiffened in two directions. The small contact area at the bottom of the stem, as well as the calotte between the stiffeners are not suitable for holding larger ones Loads. The second variant is a support body whose dome radii are greater than half the height of the support body. For more information There is no freedom from vibrations here.

In dem Prospekt "Auflager für Hoch- und Tiefbauten, von der Maschinenfabrik Esslingen, wird ein Lager mit allseitiger Beweglichkeit gegeben. Hier sind ebenfalls die Radien der Kugelkalotten größer als die halbe Stelzenhöhe. Dieses System ergibt wegen seiner gedrungenen Ausführung große Verschiebungskräfte, sowie geringe Auslenkmöglichkeit. Somit für Erdbebenfall nicht geeignet.In the brochure "Supports for buildings and civil engineering, from the Maschinenfabrik Esslingen, becomes a warehouse with all-round mobility given. Here are also the radii of the spherical caps greater than half the height of the stilts. This system results because its squat execution large displacement forces, as well little possibility of deflection. Not suitable for earthquakes.

Patentschrift Nr. 4 04 314. Verfahren bei Bodensenkungen. Hier rollt eine in einer Kugel eingeschriebene Stelze zwischen zwei ebene Flächen. Dies gilt nur für kleine Bodenverschiebungen, nicht aber für Erdbeben, da hier keine Rückstellkraft vorhanden ist. Patent Specification No. 4 04 314. Method for subsidence. Rolls here a stilt inscribed in a sphere between two levels Surfaces. This only applies to small ground shifts, not but for earthquakes, since there is no restoring force.

Zusammenfassend bei drei der obigen Vorschlägen ist ein schwingungsfähiges System dargestellt, sowie die Rückstellkraft in derselben Weise. Doch genaueres über die Auslenkung dieser Stützkörper im Erdbebenfall, sowie der Beweis der Erschütterungsfreiheit ist nicht ersichtlich.In summary, three of the above suggestions is an oscillatory one System shown, as well as the restoring force in the same Wise. But more about the deflection of these support bodies in the event of an earthquake, as well as proof of freedom from vibrations is not apparent.

Aufgabe der Erfindung ist, die Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden und eine sehr einfache Pendellagerung für die Abstützung eines Gebäudes zu finden.The object of the invention is the disadvantages of the known solutions to avoid and a very simple self-aligning for the Find a building support.

Als Vorteil gilt ein zwischen zwei Pfannen rollender kugelförmiger Stützkörper. Die Rückstellkraft wird durch den Hangabtrieb der Pfannen bewirkt. Bei den Abmessungen des Stützkörpers wird die max. registrierte Bodenamplitude berücksichtigt, sowie die Erschütterungsfreiheit eindeutig nachgewiesen.An advantage is a spherical one rolling between two pans Support body. The restoring force is due to the downward slope the pan does. With the dimensions of the support body the max. registered soil amplitude is taken into account, and the freedom from vibrations is clearly demonstrated.

Das Prinzip der Lagerung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert:
Das Pendellager besteht aus einem kugelförmigen Stützkörper 1, in Stahlguß, mit zwei Kugelkalotten 1 a, in Wälzlagerstahl, eingeschlossen in zwei Pfannen 2, in Wälzlagerstahl, die ihrerseits in einem Stahlgußbett 2 a, eingefügt sind. Unterhalb des Bettes 2 a, befindet sich eine Sohlplatte 4, und über dem oberen Bett 2 a, ist eine Kellerdecke 3, und darauf befindlich eine Gebäudestütze 5.The principle of storage is explained below with reference to the drawing:
The self-aligning bearing consists of a spherical support body 1 , in cast steel, with two spherical caps 1 a , in rolling bearing steel, enclosed in two pans 2 , in rolling bearing steel, which in turn are inserted in a cast steel bed 2 a . Below the bed 2 a , there is a sole plate 4 , and above the upper bed 2 a is a basement ceiling 3 , and there is a building support 5 .

Bei einer Bodenverschiebung d, verschieben sich die zwei Pfannen 2, gegeneinander, und der Stützkörper 1, verdreht sich, und stößt auf den unteren und oberen Hangabtrieb der Pfannen 2. Dies bewirkt ein gegenseitiges Verschieben e, der Stützendrücke G, und somit ein Rückstellmoment G · e, welches bestrebt ist den Stützkörper 1, in seine ursprüngliche vertikale Lage zurückzubringen. Zwischen dem oberen Stützendruck G, und der Gebäudeachse 5 a, ergibt sich die Exzentrizität e₀. Die Beanspruchung durch diese muß von der Kellerdecke 3, übernommen werden.In the event of a ground shift d , the two pans 2 move against one another and the support body 1 rotates and hits the lower and upper downward slope of the pans 2 . This causes a mutual displacement e , the column pressures G , and thus a restoring moment G · e , which tends to bring the support body 1 back to its original vertical position. The eccentricity e ₀ results between the upper column pressure G and the building axis 5 a . The stress caused by this must be taken from the basement ceiling 3 .

Die Bodenverschiebung d, übt eine horizontale Kraft H, aus, die abhängig von der Anschlagshöhe h, ist.The ground displacement d exerts a horizontal force H , which is dependent on the stop height h .

Diese Kraft H, wirkt oben und unten entgegengesetzt, infolge des Hangabtriebs. Die obere Kraft H, strebt das Gebäude zu verschieben. Die Trägheitskraft R, des Gebäudes wirkt dem entgegen.This force H , acts oppositely above and below, due to the downward slope. The upper force H , tends to move the building. The inertia R , of the building counteracts this.

Sie ist:She is:

Da die Trägheitskraft R von der niedrigsten Eigenfrequenz f des Gebäudes abhängt, und somit einen bestimmten Wert hat, muß daher die Kraft H entsprechend angepaßt werden. Die Stützkörperhöhe D, muß eventuell geändert werden, damit die Kraft H, kleiner als die Trägheitskraft wird. Bei der Bemessung der Sehne a, der Kugelkalotte 1 a, wird die bisher registrierte Erdbebenamplitude berücksichtigt, und diese mit dem Sicherheitsfaktor zwei genommen. Der Wert der Sehne a, soll jedoch den Wert 1.30 m nicht unterschreiten.Since the inertia force R depends on the lowest natural frequency f of the building and therefore has a certain value, the force H must therefore be adjusted accordingly. The support body height D may have to be changed so that the force H is less than the inertial force. When dimensioning the chord a , the spherical cap 1 a , the previously recorded earthquake amplitude is taken into account, and this is taken with the safety factor two. The value of the tendon a , however, should not be less than 1.30 m.

Claims

1. Self-aligning bearing, characterized in that the support body ( 1 ) is enclosed between two spatial pans ( 2 ), the pans being inserted into a bed ( 2 a ).

2. Support body according to claim 1, characterized in that the horizontal displacement force (H) at the selected support body height (D) is less than the inertial force ( R ) at the lowest natural frequency (f) of the building.

3. Support body according to claim 1 and 2, characterized in that the chord length (a) with double security than four times max. Amplitude is designed.

4. Pans according to claim 1, characterized in that their radius ( ϕ ) is at least equal to the diameter (D) of the support body ( 1 ).

5. Bed according to claim 1, characterized in that it has a horizontal delimitation sideways for attaching hoists in the event of a replacement of the support body ( 1 ).