Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines wirklichkeitsnahen Bemessungskonzepts der „out-of-plane“-Tragfähigkeit von unbewehrten Mauerwerkswänden zur Reduktion von Konservativitäten

Seit Einführung der Erdbebennorm (DIN 4149) im Jahre 2005 und ihre Übernahme in die Liste der Technischen Baubestimmungen sind Erdbebennachweise in vielen Regionen Deutschlands zwingend erforderlich. Die Tragfähigkeit von tragendem und nichttragen-dem Mauerwerk muss dabei auch unter Erdbebenbelastungen gewährleistet sein. Maßgeb-lich hierbei ist oft die Tragfähigkeit Quer zur Ebene („out-of-plane“-Tragfähig-keit,kurz oopT).

In aktuellen Bemessungsmodellen zur „oopT“-Tragfähigkeit von Mauerwerkswänden wird die Belastung für gewöhnlich quasi-statisch mit der maximalen Erdbebenbeschleuni-gung ermittelt, wodurch sehr konservative Tragfähigkeiten ermittelt werden. Höher-wertige statische Modelle liefern etwas bessere, aber dennoch zu konservative Trag-fähigkeiten, insbesondere bei geringer Auflast. In der Praxis können somit viele Mauerwerkswände nicht für das „oopT“-Verhalten nachgewiesen werden, was zu unnöti-gen Ertüchtigungen, oder Rückbau und Ersatz durch andere Wandarten führt.

Ziel des Vorhabens, das ein Gemeinschaftsprojekt der TU Kaiserslautern (Fst.2) und dem IZF Essen (Fst.1) darstellt, ist die Entwicklung eines wirtschaftlichen Bemes-sungskonzepts zur „oopT“ von Mauerwerkswänden unter Erdbebenlasten. Im Vordergrund stehen dabei der Abbau von Konservativitäten bei der Bemessung, sowie die wirklich-keitsnahe Beurteilung von Mauerwerk im Bestand bzgl. der „oopT“-Tragfähigkeit.

Hierzu werden durch das IZF die erforderlichen praxisrelevanten Versuche an Einzel-steinen und Mauerwerkswänden durchgeführt. Durch die TU KL werden Mauerwerkswände mit realistischen Abmessungen und Randbedingungen durch Anregung mit Erdbebenzeit-verläufen auf einem Shaking-Table untersucht. Das auf Basis der Versuchsergebnisse und aus Simulationen gewonnene Bemessungskonzept soll in die Normungsgremien eingebracht werden und letztlich als Normeninhalte für die KMUs wirkungsvoll nutz-bar sein. Die Vielfalt ihrer Produkte ist zielorientierter einsetzbar.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Forschungsvorhaben wurde das nichtlineare out-of-plane Verhalten von einachsig spannenden unbewehrten Mauerwerkswänden unter seismischer Einwirkung untersucht.

Es wurde ein realitätsnahes Modell zur Ermittlung der statischen Kraftverformungslinie von unbewehrten Mauerwerkswänden unter Berücksichtigung aller wesentlichen Einflussfaktoren entwickelt. Hierbei wurden neben der vertikalen Steifigkeit am Wandkopf weitere Einflussgrößen wie die Knickhöhe, die Drehpunkte der Scheiben, die Auflast und weitere, berücksichtigt. Im entwickelten Modell kann zudem der Schädigungsgrad über die eingeführte Kontaktsteifigkeit berücksichtigt werden. Anschließend wurde das Modell weiterentwickelt, um das komplexe dynamische Verhalten der Wände nachvollziehen zu können. Hierzu wurde die Idealisierung zu einem Einmassenschwinger hergeleitet. Mithilfe von Versuchen wurde das analytische Modell verifiziert.

Mit dem neu entwickelten Modell kann eine realitätsnahe Bemessung von einachsig spannenden unbewehrten Mauerwerkswänden erfolgen. Hierbei sind allerdings für zwei Werte Annahmen zu treffen: die Dämpfung und die Kontaktsteifigkeit. Die Werte sollten dabei konservativ gewählt werden, damit die Tragfähigkeit nicht überschätzt wird. Zur genaueren Quantifizierung dieser Werte sind für verschiedene Stein-Mörtel-Kombinationen Versuche notwendig. Für nichttragende innere Trennwände wurde für die DIN EN 1998-1/NA:2021-07 ein Formulierungsvorschlag erstellt, welcher im Wesentlichen auf den Ergebnissen des Forschungsprojektes basiert. Die unmittelbare Umsetzung der Forschungsergebnisse in der Norm spiegelt die Bedeutung und Notwendigkeit der durchgeführten Forschung wieder. KMU profitieren direkt von den neuen Regeln in der Norm, da hiermit der Einsatz von Mauerwerk für nichttragende Trennwände sichergestellt wird.