ISO 23618:2022 en seismische isolatieapparatuur – een uitgebreide introductie

Aardbevingen behoren nog steeds tot de meest destructieve natuurlijke gevaren voor de gebouwde omgeving. De conventionele seismische ontwerpfilosofie accepteert structurele schade zolang instorting wordt voorkomen. De afgelopen decennia heeft de samenleving echter om een ​​grotere veerkracht gevraagd: gebouwen moeten niet alleen het leven beschermen, maar ook direct na aardbevingen operationeel blijven.

Om dit doel te bereiken hebben ingenieurs over de hele wereld zich ontwikkeldseismische isolatiesystemen. In plaats van elk structureel lid te versterken, heeft isolatie tot doel de structuur te ontkoppelen van grondschokken, waardoor de overgedragen krachten worden verminderd. Dit concept, ooit nieuw, is uitgegroeid tot een mondiale praktijk, waarbij duizenden gebouwen, bruggen en industriële faciliteiten zijn beschermd.

In 2022 publiceerde ISOISO 23618:2022 – Basissen voor het ontwerp van constructies- Algemene principes overseismisch geïsoleerde structuren.Deze internationale standaard consolideert decennia aan kennis in een samenhangend raamwerk, dat ontwerp, analyse, constructie en onderhoud omvat. Het benadrukt de rol vanrubberen lagers, glijinrichtingen en dempersals essentiële isolatieproducten.

Dit document biedt een gedetailleerde inleiding tot ISO 23618, met de nadruk op isolatieapparatuur zoalshoge-dempende rubberen lagers (HDRB's), loden-rubberlagers (LRB's),Enviskeuze dempers. Het plaatst ISO 23618 ook naast Europese en Amerikaanse normen, en biedt casestudies, prestatiebesprekingen en toekomstige richtingen.

ISO 23618 is van toepassing ophorizontale seismische isolatie van gebouwenen bepaalde structuren. Het sluit verticale isolatie, LNG-tanks en de meeste bruggen uit (hoewel de principes kunnen worden aangepast). De norm benadrukt dat isolatie geen toevoeging- is, maar een strategie op systeemniveau- die in de vroegste ontwerpfase moet worden geïntegreerd.

De filosofie rust op drie pijlers:
1). Verlenging van de structurele periode– het verschuiven van de natuurlijke periode naar 2 à 3 s of meer, waardoor de versnellingen worden verminderd.
2). Toenemende demping– het dissiperen van seismische energie om verplaatsing te beperken.
3). Zorgen voor her-centrering– terugkeren naar de oorspronkelijke positie na het schudden.
 

De isolatielaag ligt tussen de bovenbouw en de onderbouw en ondersteunt verticale belastingen, maakt horizontale verplaatsingen tot 600 mm mogelijk en biedt rotatieflexibiliteit. De onderbouw moet stijf en sterk zijn, de vervorming moet zich concentreren op de isolatoren en spelingsspleten (grachten) moeten beuken voorkomen. Prestaties zijn gedefinieerd voor SLS-, ULS- en MCE-voorwaarden.

ISO 23618 maakt gelijkwaardige lineaire analyse (effectieve stijfheid en demping) en niet-lineaire tijd-analyse mogelijk. Apparaateigenschappen worden gekalibreerd op basis van tests.

Apparaten omvattenelastomere lagers (HDRB's, LRB's), glijdende slingers, lineaire geleidingen, Endempers. Elk moet voldoen aan het laadvermogen, de waterverplaatsing,energie dissipatie, duurzaamheid en kwaliteitscontrole.
5.1 Hoge-dempende rubberen lagers (HDRB's)
HDRB'sbestaan ​​uit rubber- en staallamineringen. Gemodificeerde rubberverbindingen zorgen voor 15–18% demping. Ze ondersteunen verticale belastingen tot tientallen MN, laten horizontale afschuifmodulus ~0,4–1,0 MPa toe en zijn duurzaam. Vaak in scholen, kantoren en torens.
5.2 Lood-rubberlagers (LRB's)
LRB'sbevatten een centrale loden plug die een opbrengst van 10–12 MPa oplevert, waardoor energie wordt gedissipeerd. Demping bedraagt ​​10–20%. Betrouwbaar, afstembaar en breed toegepast in ziekenhuizen en alarmcentrales. Voorbeeld: Wellington Hospital, Nieuw-Zeeland.
5.3 Gebogen oppervlakglijders (pendulumsystemen)
Bolvormige schuifsystemenherstelkracht genereren via de zwaartekracht. De periode hangt af van de kromtestraal, onafhankelijk van de massa. Wrijvingscoëfficiënten 0,02–0,06 zorgen voor demping. Verplaatsingscapaciteit tot 600 mm of meer. Gebruikt op luchthavens en stadions.
5.4 Aanvullende dempers
Viskeuze dempersenergie dissiperen door snelheids-afhankelijke vloeistofweerstand.Hysteretische dempersgebruik meegevend staal.Wrijvingsdempersglijden onder gecontroleerde wrijving. Deze verbeteren de isolatie waar de demping onvoldoende is.

ISO 23618 is een aanvulling op regionale codes:
- EN 15129:2009 + AC:2010 (Europa) –Anti-seismische apparatenstandaard bekledinglagers, sliders, dempers.
- ASCE/SEI 7-22 (VS) – Ontwerpbelastingen inclusief hoofdstuk 17 over isolatie.
- Specificaties AASHTO LRFD-gids (2014, VS) –Seismische isolatieontwerp voor bruggen.
ISO sluit conceptueel aan bij beide, waarbij de nadruk ligt op prestatie-gebaseerd ontwerp.

Ziekenhuizen:Kaiser Permanente Hospital (Californië) maakt gebruik van slingerisolatie.
Bruggen:Akashi Kaikyō-brug (Japan) met stroperige dempers.
Erfenis:Salt Lake City & County Building (Utah, VS) achteraf uitgerust met isolatie.
Nucleair:Japanse fabrieken gebruiken isolatie voor kritische veiligheid.

ISO 23618 vereist typetests (cyclisch op volledige- schaal), routinematige fabriekstests, bouwtoezicht en onderhoudsinspecties. EN 15129 voegt CE-markering en fabrieksproductiecontrole toe. Amerikaanse normen vereisen kwalificatietests.

Windeffecten – isolatoren mogen zich niet verplaatsen onder gebruikswind. Brand – elastomeer heeft bescherming nodig. Isolatie van midden-verdiepingen – praktisch voor hoge gebouwen, waarbij een zorgvuldig ontwerp van diafragma's en lastpaden vereist is.

Voordelen: verminderde acceleraties (50-70%), bescherming van apparatuur, operationele continuïteit, aanpassingsvermogen achteraf.
Beperkingen: hogere kosten (5–10%), ruimtebehoefte voor gracht, onderhoud, minder effectief op zachte bodems.

Hybride systemen combineren rubber en sliders. Slimme dempers (magnetorheologische vloeistoffen) maken semi-actieve controle mogelijk. De isolatie van hoge gebouwen op de midden-verdiepingen is in opkomst. Apparaten worden ontworpen met het oog op multi-gevarenbestendigheid (aardbeving + wind + vuur).

ISO 23618:2022 codificeert wereldwijde best practices inseismische isolatie. De filosofie legt de nadruk op het verlengen van de periode, door toe te voegendempingen zorgen voor recentering. Door te koppelen met ISO 22762 voorelastomere lagersen in lijn met EN 15129 en ASCE 7 bevordert het de mondiale harmonisatie. Isolatie is niet alleen een structurele oplossing, maar een veerkrachtstrategie voor de samenleving.