ISO 23618:2022 und seismische Isolationsgeräte – eine umfassende Einführung

Erdbeben gehören nach wie vor zu den zerstörerischsten Naturgefahren für gebaute Umwelt. Herkömmliche seismische Entwurfsphilosophien akzeptieren Strukturschäden, solange ein Einsturz verhindert wird. Doch in den letzten Jahrzehnten hat die Gesellschaft eine bessere Widerstandsfähigkeit gefordert: Gebäude sollen nicht nur Leben schützen, sondern auch unmittelbar nach Erdbeben betriebsbereit bleiben.

Um dieses Ziel zu erreichen, haben Ingenieure weltweit Entwicklungen entwickeltseismische Isolationssysteme. Anstatt jedes Strukturelement zu verstärken, zielt die Isolierung darauf ab, die Struktur von Bodenerschütterungen zu entkoppeln und die übertragenen Kräfte zu reduzieren. Dieses einst neuartige Konzept hat sich zu einer weltweiten Praxis entwickelt, bei der Tausende von Gebäuden, Brücken und Industrieanlagen geschützt wurden.

Im Jahr 2022 veröffentlichte ISOISO 23618:2022 – Grundlagen für die Gestaltung von Bauwerken- Allgemeine Grundsätze zuseismisch isolierte Strukturen.Dieser internationale Standard bündelt jahrzehntelanges Wissen in einem kohärenten Rahmen, der Design, Analyse, Konstruktion und Wartung umfasst. Es unterstreicht die Rolle vonGummilager, Gleitvorrichtungen und Dämpferals wesentliche Isolationsprodukte.

Dieses Dokument bietet eine detaillierte Einführung in ISO 23618, mit Schwerpunkt auf Isolationsgeräten wie zHoch-Dämpfungsgummilager (HDRBs), Blei-Gummilager (LRBs),UndViskose Dämpfer. Außerdem stellt es ISO 23618 neben europäischen und amerikanischen Standards dar und bietet Fallstudien, Leistungsdiskussionen und zukünftige Richtungen.

Es gilt ISO 23618horizontale seismische Isolierung von Gebäudenund bestimmte Strukturen. Vertikale Isolierung, LNG-Tanks und die meisten Brücken sind davon ausgenommen (die Grundsätze können jedoch angepasst werden). Der Standard betont, dass Isolation kein Add-on ist, sondern eine Strategie auf Systemebene, die bereits in der frühesten Entwurfsphase integriert werden muss.

Die Philosophie ruht auf drei Säulen:
1). Verlängerung der Strukturperiode– Verschiebung der natürlichen Periode auf 2–3 s oder mehr, wodurch Beschleunigungen reduziert werden.
2). Zunehmende Dämpfung– Zerstreuung seismischer Energie, um Verschiebungen zu begrenzen.
3). Sicherstellen einer erneuten-Zentrierung– Rückkehr in die ursprüngliche Position nach dem Schütteln.
 

Die Isolationsschicht liegt zwischen Ober- und Unterkonstruktion, nimmt vertikale Belastungen auf, ermöglicht eine horizontale Verschiebung bis zu 600 mm und sorgt für Rotationsflexibilität. Der Unterbau muss steif und stabil sein, die Verformung soll sich auf die Isolatoren konzentrieren und Freiräume (Gräben) müssen Stöße verhindern. Die Leistung ist für SLS-, ULS- und MCE-Bedingungen definiert.

ISO 23618 ermöglicht eine äquivalente lineare Analyse (effektive Steifigkeit und Dämpfung) und eine nichtlineare Zeitverlaufsanalyse. Geräteeigenschaften werden anhand von Tests kalibriert.

Zu den Geräten gehörenElastomerlager (HDRBs, LRBs), Gleitpendel, Linearführungen, UndDämpfer. Jedes muss die Anforderungen an Tragfähigkeit, Verschiebung,Energiedissipation, Haltbarkeit und Qualitätskontrolle.
5.1 Hoch-Dämpfungsgummilager (HDRBs)
HDRBsbestehen aus Gummi- und Stahllamellen. Modifizierte Gummimischungen sorgen für eine Dämpfung von 15–18 %. Sie halten vertikalen Belastungen bis zu mehreren zehn MN stand, ermöglichen einen horizontalen Schubmodul von ~0,4–1,0 MPa und sind langlebig. Häufig in Schulen, Büros und Hochhäusern.
5.2 Blei-Gummilager (LRBs)
LRBsSie verfügen über einen zentralen Anschlussstecker, der bei 10–12 MPa nachgibt und Energie ableitet. Die Dämpfung beträgt 10–20 %. Zuverlässig, anpassbar und weit verbreitet in Krankenhäusern und Notfallzentren. Beispiel: Wellington Hospital, Neuseeland.
5.3 Gebogene Oberflächenschieber (Pendelsysteme)
Kugelförmige Schiebesystemeerzeugen über die Schwerkraft eine Rückstellkraft. Die Periode hängt vom Krümmungsradius ab, unabhängig von der Masse. Reibungskoeffizienten von 0,02–0,06 sorgen für Dämpfung. Verdrängungskapazität bis 600 mm oder mehr. Wird in Flughäfen und Stadien verwendet.
5.4 Zusätzliche Dämpfer
Viskose DämpferEnergie durch geschwindigkeitsabhängigen Flüssigkeitswiderstand zerstreuen.HysteresedämpferVerwenden Sie nachgiebigen Stahl.Reibungsdämpfergleiten unter kontrollierter Reibung. Diese verbessern die Isolierung dort, wo die Dämpfung nicht ausreicht.

ISO 23618 ergänzt regionale Codes:
- EN 15129:2009 + AC:2010 (Europa) –Anti--seismische GeräteStandardbelagLager, Schieber, Dämpfer.
- ASCE/SEI 7-22 (USA) – Entwurfslasten einschließlich Kapitel 17 zur Isolierung.
- AASHTO LRFD Guide Specifications (2014, USA) –Seismische IsolierungEntwurf für Brücken.
ISO orientiert sich konzeptionell an beiden und konzentriert sich auf leistungsbasiertes Design.

Krankenhäuser:Das Kaiser Permanente Hospital (Kalifornien) verwendet die Pendelisolierung.
Brücken:Akashi-Kaikyō-Brücke (Japan) mit Viskosedämpfern.
Erbe:Salt Lake City & County Building (Utah, USA) mit Isolierung nachgerüstet.
Nuklear:Japanische Fabriken nutzen Isolierung für entscheidende Sicherheit.

ISO 23618 erfordert Typprüfungen (zyklische Vollmaßstabsprüfungen), routinemäßige Werksprüfungen, Bauüberwachung und Wartungsinspektionen. EN 15129 fügt die CE-Kennzeichnung und die werkseigene Produktionskontrolle hinzu. US-Normen erfordern Qualifikationstests.

Windeinflüsse – Isolatoren dürfen sich bei Betriebswind nicht verschieben. Feuer – Elastomer braucht Schutz. Isolierung im mittleren -Geschoss – praktisch für hohe Gebäude, die eine sorgfältige Membran- und Lastpfadkonstruktion erfordern.

Vorteile: Reduzierte Beschleunigungen (50–70 %), Schutz der Ausrüstung, Betriebskontinuität, Nachrüstbarkeit.
Einschränkungen: Höhere Kosten (5–10 %), Platzbedarf für den Graben, Wartung, weniger wirksam auf weichen Böden.

Hybridsysteme kombinieren Gummi und Schieber. Intelligente Dämpfer (magnetorheologische Flüssigkeiten) ermöglichen eine semi-aktive Steuerung. Es zeichnet sich eine Isolierung im mittleren -Geschoss eines hohen Gebäudes ab. Die Geräte werden für die Widerstandsfähigkeit gegenüber mehreren Gefahren (Erdbeben + Wind + Feuer) konzipiert.

ISO 23618:2022 kodifiziert globale Best Practicesseismische Isolation. Seine Philosophie betont die Verlängerung des Zeitraums und fügt hinzuDämpfungund Sicherstellung der Neuzentrierung. Durch die Verknüpfung mit ISO 22762 fürElastomerlagerund in Anlehnung an EN 15129 und ASCE 7 fördert es die globale Harmonisierung. Isolation ist nicht nur eine strukturelle Lösung, sondern eine Resilienzstrategie für die Gesellschaft.