Wenn Erdbeben unvorhergesehen auftreten, sind neben hohen wirtschaftlichen Schäden meist viele Menschenleben zu beklagen. Dabei wird der Großteil der Todesfälle durch einstürzende Häuser und Bauwerke verursacht. Wir verraten, wie das erdbebensichere Bauen mit der Basisisolierung davor schützen kann.
Erdbebenvorschriften einhalten, Auswirkungen verringern
Um die verheerenden Auswirkungen einstürzender Bauwerke zu verringern, sind die geltenden Erdbebenvorschriften einzuhalten. In diese fließen immer wieder neue Erkenntnisse aus den jüngsten Erdbeben und den damit verbundenen Forschungen ein, weshalb sie sich ständig weiterentwickeln.
So führte bereits das Erdbeben im portugiesischem Lissabon 1755 dazu, dass in der gefährdeten Region nur noch die Vorschriften einhaltende Gebäude gebaut werden dürfen. Dazu existieren zahlreiche seismische Normen, die weltweit angewandt werden müssen. Die meisten basieren auf grundlegenden Ansätzen für die erdbebensichere Gebäudeauslegung. Im Detail unterscheiden sie sich in ihren technischen Anforderungen und Formulierungen hinsichtlich der geologischen Bedingungen, regional gängigen Bauarten und historischen Aspekte.
So kommt es zu verschiedenen Entwicklungen und Systemen, die Gebäude vor den Auswirkungen von Erdbeben schützen sollen. Eines davon ist die seismische Basisisolierung, die sich wiederum in verschiedene Techniken gliedert.
Seismische Basisisolierung schon lange bekannt
Die seismische Basisisolierung beinhaltet spezielle Strukturelemente, die den Oberbau eines Bauwerks von seinem sich auf dem bewegenden Untergrund ruhenden Unterbau weitgehend entkoppeln. Das soll die Integrität während eines Erdbebens auftrecht erhalten [2].
Historisch betrachtet, existiert die Basisisolierung bereits seit 550 v. Chr. Denn beim Bau des Grabes von Kyros dem Großen in Pasargadae (Iran) wurde die Struktur auf zwei Fundamenten ausgelegt:
- Das untere Fundament besteht aus mit Kalkputz und Sandmörtel verbunden Steinen
- Das obere Fundament bildet eine große Platte aus polierten Steinen, die nicht mit dem unteren Fundament des Bauwerks verbunden sind
- Im Falle eines Erdbebens kann das obere Fundament über das untere gleiten
- Das System funktioniert: In einer der seismisch aktivsten Regionen der Erde hat sich das Grab von Kyros bis heute erhalten
Blei-Gummi-Lager als moderner Vertreter
Das Blei-Gummi-Lager ist ein moderner Technikvertreter der Basisisolierung. 1974 wurde es von Dr. Robinson in Neuseeland erfunden [3]. Es besteht aus wechselweise angeordneten Schichten von Gummi- und Stahlelementen und einem Kern aus Blei.
Das Gummi wirkt wie eine Feder, die bei vertikaler Belastung weich bleibt und sich durch ihre geringe Steifigkeit seitlich bewegen kann. In axialer Richtung ist das Gummi hingegen sehr steif ausgelegt, damit es – durch die Stahlelemente unterstützt – hohe Kräfte aufnehmen kann. Der Bleikern nimmt die bei der Verformumg auftretende Energie ebenfalls auf und wirkt als dämpfendes Element.
Um das Blei-Gummi-Lager in bereits bestehende Strukturen integrieren zu können, sind an den Enden Flansche angebracht. Somit sind die Lager sowohl für Neukonstruktionen als auch Nachrüstungen geeignet.
Reibpendel-Lager ermöglichen horizontale Verschiebung
Reibpendel-Lager basieren hingegen auf dem Pendelprinzip: Während sie die horizontale Verschiebung eines Bauwerks ermöglichen, wird die seismische Energie durch Reibung zwischen den beweglichen Teilen abgebaut. Nach dem Erdbeben führt die gekrümmte Gleitfläche der Basis dann dazu, dass das Bauwerk durch die Schwerkraft in seine ursprüngliche Lage zurückkehrt.
In Kombination mit zusätzlichen Horizontalkraftlagern oder Dämpfern fungieren Reibpendel somit als Lager, die vertikale Kräfte übertragen und Verschiebungen und Drehungen aufnehmen. Dazu sind sie ideal, um sie bei neuen Bauwerken einzusetzen oder auch, um die Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bestehender Bauwerke gegen seismische Kräfte zu verbessern.
Gebäude und Bauwerke mit Luftkissen schützen
Ein weiteres mögliches Prinzip ist es auch, die Basis von Gebäuden und Bauwerken mit einem Luftkissen vom Untergrund zu isolieren. Im von Erdbeben geplagten Japan werden z. B. Einfamilienhäuser durch eine Art Airbag geschützt.
So misst ein Sensor im Haus ständig die Erschütterungen und kommt es dabei zu einer bestimmten Stärke, pumpt ein Kompressor Luft unter die Bodenplatte. In Sekundenschnelle entsteht ein Luftpolster, welches das Haus um bis zu drei Zentimeter in die Höhe hebt und die Erdstöße effektiv abfängt.
Basisisolierung kann Gebäude effektiv schützen
Sie sehen: Die seismische Basisisolierung ist eine schon lang bekannte und heute noch eingesetzte Technik, um die verheerenden Auswirkungen von Erdbeben auf Gebäude effektiv abzumildern. Im Zusammenspiel mit einem Schwingungsdämpfungssystem stellt sie eins der leistungsstärksten Mittel der modernen Erdbebentechnik dar.
Seien Sie gespannt: Im nächsten Teil unser Beitragsserie rund um den Erdbebenschutz gehen wir im Detail auf Schwingungsdämpfungssysteme ein.
Quellen:
1.https://www.bigrentz.com/blog/earthquake-proof-buildings
2. „Basisisolierung: Videodemonstration“ – via www.youtube.com
3. Robinson-Forschungsinstitut, https://www.victoria.ac.nz/robinson/about/bill-robinson
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