Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Methode für die zuverlässige und einfache Bewertung der Erdbebensicherheit ein- bis viergeschossiger Holzbauten sowie einfacher Hallentragwerke in Zonen geringer und mittlerer Seismizität

Im Forschungsvorhaben „OptimberQuakeCheck“ soll eine Methode für die zuverlässige und einfache Bewertung der Erdbebensicherheit ein- bis viergeschossiger Holzbauten sowie einfacher Hallentragwerke in Zonen geringer und mittlerer Seismizität entwickelt werden. Die Methode zielt auf die Bedürfnisse kleinerer und mittlerer Ingenieurbüros und Holzbaubetriebe ab.

Die Ausgangssituation wird durch die lückenhaften normativen Regelungen für Holzbauten unter Erdbebenbeanspruchung auf der einen und den vergleichsweise hohen Stand der wissenschaftlichen Berechnungsmethoden auf der anderen Seite geprägt.

Die Ziele des Forschungsvorhabens lassen sich in fünf Punkten zusammenfassen: 1) Die Erdbebensicherheit von praxisüblichen Tragwerkslösungen im Holzbau soll zukünftig ohne dynamische Berechnung und ohne vertiefte Kenntnisse der Baudynamik und des Erdbebeningenieurwesens nachzuweisen sein. 2) Die Methode wird für Wohn- und Verwaltungsbauten mit bis zu vier Geschossen und für Hallentragwerke bis etwa 30 m Spannweite anwendbar sein. 3) Es werden die wichtigsten Aussteifungselemente für Holztragwerke berücksichtigt, das sind Holzrahmenelemente, Brettsperrholzelemente, Auskreuzungen und eingespannte Stützen. 4) Die Leistungsmerkmale unterschiedlicher Aussteifungselemente werden kategorisiert. Dadurch wird die Einführung von Äquivalenzkriterien vorbereitet mit denen auch neuartige Tragwerkslösungen schnell und zuverlässig bewertet werden können. 5) Ein Wettbewerbsnachteil gegenüber dem Mauerwerksbau, für den ein entsprechendes Verfahren in Deutschland bereits bauaufsichtlich eingeführt ist, wird beseitigt.

Der Lösungsweg umfasst in einem ersten Schritt die Auswahl und die Beschreibung der relevanten Eigenschaften von typischen Aussteifungselementen. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen werden Lücken beim grundsätzlichen Verständnis geschlossen und es werden Anschlussdetails optimiert. Reale Tragwerke werden hinsichtlich der geometrischen Bedingungen und der strukturmechanischen Eigenschaften kategorisiert. Auf der Grundlage umfassender rechnerischer Parameterstudien wird in enger Abstimmung mit dem PBA ein Leitfaden entwickelt, der die Anwendung der Bemessungsmethode vorstellt und die wesentlichen Rahmenbedingungen und Hintergründe erklärt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde eine einfache und zuverlässige Methodik entwickelt, um Gebäude

mit einem Aussteifungssystem aus Wandtafelelementen und Brettsperrholzelementen sowie einfache

Hallentragwerke in Zonen geringer und mittlerer Seismizität bewerten zu können. Diese Methodik wurde in einem

übersichtlichen und einfachen Leitfaden zusammengestellt. Um die Anwendung deutlich zu vereinfachen, wurden

zahlreiche Bemessungstabellen erstellt sowie Referenzdetails entwickelt. Dadurch ist es möglich, eine

erdbebengerechte Konstruktion mit den erforderlichen Detailanschlüssen schnell und eindeutig zu bemessen und

zu bewerten. Hinsichtlich der aktualisierten Erdbebengebiete, die sich sowohl flächenmäßig als auch im Hinblick

auf die Einwirkungen deutlich erhöht haben, kann diese Methodik für Ingenieure, die nicht täglich mit

Erdbebeneinwirkungen konfrontiert werden, einen großen Mehrwert haben.

Um die Methodik zu entwickeln, wurden zunächst in der Praxis übliche Aussteifungssysteme im Holzbau

ausgewählt und kategorisiert. Anschließend wurden anhand dieser Auswahl ergänzende experimentelle

Untersuchungen an Verankerungsdetails sowie an Wandelementen durchgeführt, um das Verhalten bei einer

Erdbebeneinwirkung zu untersuchen. Ergebnisse aus der Literatur wurden mit den neuen Erkenntnissen

verknüpft, um anschließend die entwickelte Methodik über verhaltensbasierte Bemessungsmethoden zu

überprüfen.