Erdbebenbemessung mit den neuen SIA-Tragwerksnormen: SGEB-Fortbildungskurs vom 7.10.2004

Research Collection

Educational Material

Erdbebenbemessung mit den neuen SIA-Tragwerksnormen SGEB-Fortbildungskurs vom 7.10.2004

Author(s):

Wenk, Thomas; Dazio, Alessandro; Kölz, Ehrfried; Lestuzzi, Pierino Publication Date:

2004

Permanent Link:

https://doi.org/10.3929/ethz-a-007135120

Rights / License:

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Erdbebenbemessung mit den neuen SIA-Tragwerksnormen

SGEB-Fortbildungskurs vom 7.10.2004

Thomas Wenk

Alessandro Dazio Ehrfried Kölz Pierino Lestuzzi

schweizerischer ingenieur- und architektenverein société suisse des ingénieurs et

des architectes società svizzera degli ingegneri e degli architetti swiss society of engineers and architects

selnaustrasse 16 ch-8027 zürich www.sia.ch

Autoren:

Thomas Wenk, Alessandro Dazio, Ehrfried Kölz, Pierino Lestuzzi Zitiervorschlag:

Wenk T., Dazio A., Kölz E., Lestuzzi P.:

Erdbebenbemessung mit den neuen SIA-Tragwerksnormen. SGEB-Fortbildungskurs vom 7.10.2004, Zürich, 50 p.

Umschlagsphoto:

Erdbeben vom 21.05.2003 in Boumerdès, Algerien, Thomas Wenk, Zürich Auflage: 100 Exemplare

Copyright © 2004 by SGEB Zurich Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe (Fotokopie, Mikrokopie, CD-ROM usw.), der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und das der Übersetzung, sind vorbehalten.

Herausgeber

Wenk Thomas Dr. sc. techn., Präsident der Schweizer Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik (SGEB), www.sgeb.ch, 8055 Zürich.

SGEB-Fortbildungskurs

Mit den neuen SIA-Tragwerksnormen (Swisscodes) ist die Erdbebeneinwirkung grösser und gleichzeitig die Erdbebenbemessung anspruchsvoller geworden. Der Kurs richtet sich an die in der Praxis tätigen Ingenieure.

Wichtige Grundlagen und Bemessungsregeln für das duktile und nicht duktile Tragwerksverhalten werden ver- mittelt. Die Behandlung der Bauwerksklasse III sowie nicht tragender Bauteile und Anlagen wird besprochen.

Zum Schluss wird das Merkblatt „Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben“ vorgestellt, das kurz vor der Veröffentlichung steht.

Kursprogramm

Donnerstag, 7. Oktober 2004

08:30 Öffnung Kurssekretariat, Bezug der Unterlagen

09:15 Einführung T. Wenk

10:00 Antwortspektren A. Dazio

10:45 Kaffeepause

11:10 Tragwerksanalyse P. Lestuzzi

11:55 Stahlbeton A. Dazio

12:40 Mittagessen

14:00 Stahl, Verbund, Holz und Mauerwerk P. Lestuzzi

14:45 Bauwerksklasse III, nicht tragende Bauteile und Anlagen T. Wenk 15:30 Kaffeepause

15:50 Merkblatt SIA 2018 E. Kölz

“Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben”

16:35 Gemeinsame Diskussion mit den Referenten Alle

Referenten

Dazio Alessandro Prof. Dr. sc. techn., Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK), ETH Zürich, CH-8093 Zürich.

Kölz Ehrfried Dipl. Ing., Risk&Safety AG, Ingenieure in Gemeinschaft, Hofstrasse 17, 5073 Gipf-Oberfrick

Lestuzzi Pierino Dr. sc.techn., Laboratoire d'informatique et de mécanique appliquées à la construc- tion, EPF Lausanne, 1015 Lausanne

Wenk Thomas Dr. sc. techn., Präsident der Schweizer Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik (SGEB), Wenk Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik GmbH, CH - 8055 Zürich.

Inhalt

T. Wenk

...

Einführung in die Erdbebenbemessung mit den neuen Tragwerksnormen 1

A. Dazio

...

Antwortspektren 7

P. Lestuzzi

...

Tragwerksanalyse 17

A. Dazio

...

Stahlbeton 23

P. Lestuzzi

...

Stahlbau, Stahl-Beton-Verbundbau, Holzbau und Mauerwerk. 31

T. Wenk

...

Bauwerksklasse III, nicht tragende Bauteile und Anlagen 37

E. Kölz

...

Merkblatt SIA 2018 "Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben" 41

Einführung in die Erdbebenbemessung mit den neuen Tragwerksnormen

Thomas Wenk

Wenk Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik GmbH, Zürich

1 EINLEITUNG

Nach Ablauf der Übergangsfrist von 18 Mona- ten sind die neuen Tragwerksnormen SIA 260 bis SIA 267 (Swisscodes) am 1. Juli 2004 defi- nitiv in Kraft getreten. Die Erdbebeneinwirkung hat gegenüber den früheren Normengeneratio- nen generell zugenommen. Dank neuen Be- messungsmethoden können Neubauten trotz- dem meist ohne Mehraufwand bei den Bauma- terialien auf die grössere Erdbebeneinwirkun- gen ausgelegt werden. Voraussetzung dafür ist zumindest in der Einführungsphase ein gewis- ser Mehraufwand in der Planung sowie eine entsprechende Weiterbildung.

Die Schweizer Gesellschaft für Erdbeben- ingenieurwesen und Baudynamik (SGEB) be- absichtigt, in den kommenden Jahren eine Reihe von SGEB-Fortbildungskursen zum Thema Erdbebenbemessung für in der Praxis tätige Ingenieure anzubieten. Im SGEB- Fortbildungskurs vom 7. Oktober 2004, dem ersten in dieser Reihe, werden Grundlagen und Anwendungsregeln für die Erdbebenbe- messung neuer Bauwerke vermittelt. Der Kurs ist auf die in den neuen Tragwerksnormen beschriebenen kräftebasierten Verfahren zur Berechnung der Erdbebensicherheit fokussiert.

Der nächste SGEB-Fortbildungskurs ist im März 2005 zur Einführung des Merkblatts SIA 2018 Überprüfung bestehender Gebäude be- züglich Erdbeben vorgesehen. Darin soll als Schwerpunkt das verformungsbasierte Verfah- ren erläutert werden. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Überprüfung der Erdbe- bensicherheit von bestehenden Bauten. In den folgenden Jahren ab 2006 sind weitere SGEB- Fortbildungskurse zu den folgenden Themen geplant: bestehende Brücken, Kulturgüter, störfallrelevante Bauten und Anlagen sowie Grundbau.

2 SCHUTZZIEL UND BAUWERKSKLASSEN

Das angestrebte Schutzziel mit der Erdbeben- sicherung besteht primär im Personenschutz, ferner in der Schadensbegrenzung und in der Sicherstellung der Funktionstüchtigkeit beson- ders wichtiger Bauwerke unter der Einwirkung des Bemessungsbebens. Beim Schutzgrad wird eine Differenzierung nach Bauwerksklas- sen mit verschiedenen Kriterien vorgenommen.

Jedes Bauwerk wird aufgrund der mittleren Personenbelegung, des Schadenpotenzials, der Gefährdung der Umwelt sowie der Bedeu- tung für die Katastrophenbewältigung unmittel- bar nach einem Erdbeben in eine von drei Bauwerksklassen (BWK) eingeteilt. Beispiele für die Einteilung in die Bauwerksklassen be- finden sich in Tabelle 26 der Norm SIA 261.

Je nach Bauwerksklasse erfolgt eine Diffe- renzierung der verlangten rechnerischen Nachweise und der Stärke des Bemessungs- erdbebens. Dazu dient der Bedeutungsfaktor

!f, der im Bemessungsspektrum und im Be- messungswert der Bodenverschiebung als Multiplikationsfaktor erscheint. Der BWK I, der Bauwerksklasse der normalen Wohn- und Ge- schäftsgebäude, ist ein Bedeutungsfaktor von

!f = 1,0 als Referenzwert zugeordnet. Für BWK II gilt !f = 1,2 und für BWK III !f = 1,4. Für stör- fallrelevante Bauwerke kann in besonderen Fällen auch ein Bedeutungsfaktor !f grösser als 1,4, d.h. grösser als bei BWK III, erforderlich werden. Die Skalierung der Erdbebeneinwir- kung über den Bedeutungsfaktor entspricht einer Verlängerung der Wiederkehrperiode des Bemessungserdbebens für den Nachweis der Tragsicherheit vom Referenzwert von 475 Jah- ren bei BWK I auf etwa 800 Jahre bei BWK II und 1200 Jahre bei BWK III.

Einführung

Bild 1 Erdbebenzonenkarte der Schweiz aus dem Anhang F der Norm SIA 261 (Ausgabe 2003) mit den vier Erdbebenzonen Z1, Z2, Z3a und Z3b

Eine weitere Abhängigkeit von der Bau- werksklasse besteht beim Grad der Verbind- lichkeit der konzeptionellen und konstruktiven Massnahmen gemäss Tabellen 27 und 28 der Norm SIA 261. Je höher die Bauwerksklasse desto strenger sind im Allgemeinen die Anfor- derungen an die Einhaltung der Massnahmen.

3 ERFORDERLICHE NACHWEISE

Gemäss Norm SIA 260 ist die Erdbebeneinwir- kung eine aussergewöhnlichen Einwirkung. Für aussergewöhnliche Einwirkungen entfällt im Allgemeinen der Nachweis der Gebrauchs- tauglichkeit und es ist einzig die Tragsicherheit nachzuweisen. Eine Ausnahme besteht bei der Erdbebeneinwirkung für die BWK III. In diesem Fall ist auch die Gebrauchstauglichkeit nach- zuweisen. Um dem besonderen Schutzziel der BWK III, der Sicherstellung der Funktionstüch- tigkeit nach einem Erdbeben, gerecht zu wer- den, wird die Gebrauchstauglichkeit nachge- wiesen, die auch die Funktionstüchtigkeit um- fasst. In Übereinstimmung mit dem Eurocode 8 darf die Erdbebeneinwirkung für den Ge- brauchstauglichkeitsnachweis verglichen mit dem Tragsicherheitsnachweis halbiert werden.

Unter Berücksichtigung des Bedeutungsfaktors von !f = 1,4 bei BWK III ergibt dies eine Reduk-

tion der Wiederkehrperiode des Gebrauchs- tauglichkeitserdbebens auf etwa 200 Jahre.

Bei BWK I und BWK II wird der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit implizit als erfüllt betrachtet durch den Tragsicherheitsnachweis sowie durch die Einhaltung der konstruktiven und konzeptionellen Massnahmen. Im Sinne einer Vereinfachung wird der Gebrauchstaug- lichkeitsnachweis nicht explizit vorgeschrieben, da er insbesondere in den niedrigen Erdbe- benzonen häufig nicht massgebend wird.

4 ERDBEBENGEFÄHRDUNG

Mit der Einführung der neuen Tragwerks- normen wurde die Erdbebenzonenkarte neue- ren Erkenntnissen der Seismologie und dem Sicherheitsniveau des Eurocodes 8 anpasst (Bild 6.1). Der Eurocode 8 schreibt als Bemes- sungswert der horizontalen Bodenbeschleuni- gung den Maximalwert bei einer Wiederkehr- periode von 475 Jahren vor. Die bisherige Zo- nenkarte der Norm SIA 160 aus dem Jahre 1989 beruhte auf sogenannten effektiven Bo- denbeschleunigungswerten bei einer etwas kleineren Wiederkehrperiode von 400 Jahren.

Einführung

Bild 2 Karte der Baugrundklassen der Norm SIA 261 (Mikrozonierung) für die Region Martigny [BWG 2004]

Da auch die neuen Bodenbeschleuni- gungswerte für die Schweiz ungefähr in den gleichen quantitativen Bereich fielen wie die bisherigen, wurde die Einteilung in vier Zonen Z1, Z2, Z3a und Z3b mit den zugehörigen Be- schleunigungswerten von 0,6 m/s², 1,0 m/s², 1,3 m/s² und 1,6 m/s² beibehalten. Einzig die geographische Ausdehnung der höheren Zo- nen musste leicht ausgedehnt werden, wobei die um eine Zone höhere Einstufung der Nordwestschweiz, der Kantone Glarus, Schwyz und Graubünden sowie des Unterwal- lis zu erwähnen ist. Mit der neuen Zonenkarte konnte auch die Abstimmung auf die Nachbar- länder verbessert werden.

5 BAUGRUNDKLASSEN

Die Baugrundklassen erhielten in der Norm SIA 261 eine viel grössere Bedeutung für die Bestimmung der Erdbebeneinwirkung gegen- über früher. Damit wird der Erkenntnis der letzten 10 Jahre Rechnung getragen, dass die lokalen Baugrundverhältnisse einen entschei- denden Einfluss auf Stärke und Frequenzge- halt der Erdbebenanregung haben. Die Norm SIA 261 unterscheidet die sechs Baugrund- klassen A bis F, um die Form des elastischen Antwortspektrums festzulegen. Für die Bau- grundklassen A bis E sind die Parameterwerte

des elastischen Antwortspektrums in Tabelle 25 der Norm SIA 261 gegeben. Für die Bau- grundklasse F (strukturempfindliche und orga- nische Ablagerungen z.B. Torf, Seekreide, Rutschmassen mit einer Mächtigkeit über 10 m) sowie für Standorte, deren Baugrund- verhältnisse nicht in die Baugrundklassen A bis E eingeordnet werden können, sind besondere bodendynamische Untersuchungen zur Be- stimmung des elastischen Antwortspektrums erforderlich.

Zur Bedeutung der Baugrundklassen ist zu beachten, dass das maximale Verhältnis der Erdbebeneinwirkung von Standorten in der gleichen Zone (Faktor 2,70 zwischen Bau- grundklassen A und D) das maximale Verhält- nis zwischen den Zonen (Faktor 2,66 zwischen Z1 und Z3b) knapp übertrifft. Die Differenzie- rung aufgrund der lokalen Baugrundverhältnis- se kann folglich einen Unterschied von bis zu 3 Zonen erreichen und ist mindestens so wichtig geworden wie die regionale Erdbebengefähr- dung.

Die Koordinationsstelle für Erdbebenvor- sorge des Bundesamts für Wasser und Geolo- gie (BWG) hat Karten der Baugrundklassen im Massstab 1:25'000 publiziert, um die Einstu- fung in die korrekte Baugrundklasse zu erleich- tern. Beginnend bei den höheren Erdbebenzo-

Einführung

nen soll nach und nach das gesamte Sied- lungsgebiet der Schweiz kartiert werden. Es handelt sich dabei um einen wichtigen ersten Schritt zur seismischen Mikrozonierung mit standortspezifischen Antwortspektren, d.h. zu einer Zonierung, die auch lokal unterschiedli- che Parameterwerte des elastischen Antwort- spektrums als Ersatz für die pauschalen Normwerte in Tabelle 25 der Norm SIA 261 enthalten wird. Bild 2 zeigt als Beispiel eine Karte der Baugrundklassen für einen Aus- schnitt des Rhonetals bei Martigny [BWG 2004]. In Bild 2 wurde die Baugrundklasse F unterteilt durch die Klassen F1 (strukturemp- findliche und organische Ablagerungen z.B.

Torf, Seekreide mit einer Mächtigkeit über 10 m) und F2 (aktive Rutschungen oder Rut- schungen, die reaktiviert werden könnten).

Weitere Karten können interaktiv unter fol- gender WWW-Adresse heruntergeladen wer- den:

http://www.bwg.admin.ch/themen/natur/d/index .htm anschliessend unter der Rubrik „Erdbe- ben“ auf den Link „Karte der Baugrundklassen nach SIA 261".

6 ANTWORTSPEKTREN

Die Norm SIA 261 definiert zwei Arten von Antwortspektren: das elastische Antwortspek- trum und das Bemessungsspektrum. Das ela- stische Antwortspektrum wird nur in Spezialfäl- len zur Erdbebenbemessung verwendet. Es dient primär als Schnittstelle zwischen seismo- logischen oder bodendynamischen Untersu- chungen und Erdbebenbemessung.

Das Bemessungsspektrum wird zur Erdbe- benbemessung von normalen Bauwerken ver- wendet. Es ist dimensionslos und berücksich- tigt den Bedeutungsfaktor !f sowie den vom Tragwerk abhängigen Verhaltensbeiwert q. Je nach Fähigkeit des Tragwerkes, der Erdbe- beneinwirkung im nicht-linearen Bereich mit Überfestigkeit zu widerstehen, darf das elasti- sche Antwortspektrum für 5% Dämpfung durch einen Verhaltensbeiwert q im Bereich von 1,5 bis 5,0 dividiert werden. Ferner wird der von der Bauwerksklasse abhängige Bedeutungs- faktor !f in das Bemessungsspektrum einge- rechnet.

Bild 3 Vergleich der Bemessungsspektren für q = 1,5 und q = 5,0 mit dem elastischen Ant- wortspektrum für Bauwerksklasse I bei Baugrundklasse B in Erdbebenzone Z2

In Bild 3 werden die Bemessungsspektren für q = 1,5 und q = 5,0, den beiden Extremwer- ten des Verhaltensbeiwerts über alle Bauwei- sen, dem entsprechenden elastischen Ant- wortspektrum gegenübergestellt. Der Vergleich in Bild 3 erfolgt für Baugrundklasse B, Erdbe- benzone 2 und einen Bedeutungsfaktor !f = 1,0 (BWK I). Auffällig ist das Zusammentreffen der beiden dargestellten Bemessungsspektren bei extremalen Schwingzeiten. Bei sehr kleinen Schwingzeiten, d.h. bei ganz steifen Tragwer- ken, resultiert für alle q-Werte die gleiche Re- duktion des elastischen Antwortspektrums von q = 1,5. Dies entspricht dem Anteil der Überfe- stigkeit im Verhaltensbeiwert, da bei ganz stei- fen Tragwerken keine Reduktion dank Duktilität mehr erfolgt. Bei sehr grossen Schwingzeiten, d.h. bei sehr weichen Tragwerken, darf die Spektralbeschleunigung nicht unter den Mini- malwert von 0,1!fa_gd fallen.

7 DUKTILES UND NICHT-DUKTILES TRAGWERKSVERHALTEN

Für die Erdbebenbemessung stehen zwei Konzepte der Erdbebenbemessung zur Verfü- gung. Das nicht-duktile Tragwerksverhalten entspricht der konventionellen Bemessung, wie z.B. für Wind oder Schwerelasten. Es sind keine besonderen Bemessungsregeln mit Aus- nahme der konzeptionellen und konstruktiven Massnahmen in den Tabellen 27 und 28 der Norm SIA 261 zu berücksichtigen. Der Verhal- tensbeiwert beträgt q = 1,5 für alle Bauweisen

Einführung

mit Ausnahme von Stahlbetontragwerken mit Bewehrung aus den duktileren Betonstählen der Klassen B und C, für die q = 2,0 angesetzt werden darf (Tabelle 1). Der Verhaltensbeiwert von q = 1,5 berücksichtigt im Wesentlichen nur die Überfestigkeit und praktisch keine Duktili- tät.

Bauweise Verhaltens-

beiwert q Betonbau mit Betonstahl A oder

Spannstahl

Betonbau mit Betonstahl B oder C

1,5 2,0

Stahlbau 1,5

Stahl-Beton-Verbundbau 1,5

Holzbau 1,5

Mauerwerk 1,5

Tabelle 1 Verhaltensbeiwerte q für die horizontale Erdbebeneinwirkung bei nicht-duktilem Tragwerksverhalten

Als Alternative bietet sich das duktile Trag- werksverhalten als Bemessungsmethode an, das auf den Erkenntnissen des modernen Erd- bebeningenieurwesen wie der Methode der Kapazitätsbemessung beruht. Die entspre- chenden baustoffspezifischen Regeln befinden sich in den Kapiteln Erdbeben der Normen 262 bis 266. Sie wurden aus dem Eurocode 8 übernommen, für niedrige bis mittlere Seismizi- tät vereinfacht und in die übrigen Bemessungs- regeln dieser Normen integriert. Das duktile Tragwerksverhalten erlaubt, einen grösseren Verhaltensbeiwert q in Rechnung zu stellen und führt zu wirtschaftlicheren Konstruktionen, wenn immer das Erdbeben für die Bemessung massgebend wird. Die Verhaltensbeiwerte q für das duktile Tragwerksverhalten sind jeweils am Anfang der Kapitel Erdbeben in den Nor- men SIA 262 bis 266 aufgeführt. In Abhängig- keit von Tragsystem und baustoffspezifischen Kriterien (z.B. Stahlqualität des Bewehrungs- stahls oder Querschnittsklasse des Stahlpro- fils) variiert q im Bereich von 2,0 bis 5,0 (Tabel- le 2). Für vertikale Erdbebeneinwirkung ist q = 1,5 unabhängig von Tragwerksverhalten und Bauweise (Norm SIA 261 Ziffer 16.2.4.2).

Bauweise Verhaltens-

beiwert q

Betonbau 3,0 – 4,0

Stahlbau 2,0 – 5,0

Stahl-Beton-Verbundbau 2,0 – 5,0

Holzbau 2,0 – 3,0

bewehrtes Mauerwerk 2,5

Tabelle 2 Verhaltensbeiwerte q für die horizontale Erdbebeneinwirkung bei duktilem Trag- werksverhalten

8 TRAGWERKSANALYSE

Die Tragwerksanalyse hat in der Regel an einem linear elastischen Berechnungsmodell zu erfolgen. Das plastische Verformungsver- mögen wird bereits über den Verhaltensbeiwert q in Form einer gegenüber rein elastischem Verhalten reduzierten Erdbebeneinwirkung berücksichtigt und darf nicht ein zweites Mal zur plastischen Umverteilung der elastischen Schnittkräfte in Anspruch genommen werden.

Für Spezialfälle können nicht-lineare Be- rechnungen durchgeführt werden. Dabei ist zwischen nichtlinearer statischer und nichtli- nearer dynamischer Berechnung zu unter- scheiden. Die nicht nichtlineare statische Be- rechnung gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Beurteilung der Erdbebensicherheit von bestehenden Bauten. Sie wird im Merkblatt SIA 2018 normiert. Die nichtlineare dynamische Berechnung dürfte nur in Spezialfällen gerecht- fertigt sein, da der Mehraufwand gegenüber den übrigen Berechnungsmethoden sehr gross ist. Die Norm SIA 261 beschränkt sich auf Anwendungsregeln für die beiden am wei- testen verbreiteten linearen Berechnungsver- fahren: dem Ersatzkraftverfahren und dem Antwortspektrenverfahren. Tabelle 3 vergleicht Eigenschaften und Einsatzbereiche der vier erwähnten Berechnungsverfahren.

Für die Erdbebenbemessung von neuen Bauwerken sollte wenn möglich das Ersatz- kraftverfahren verwendet werden. Als Voraus- setzung dafür müssen jedoch die Regulari- tätskriterien im Grundriss und Aufriss gemäss Ziffern 16.5.1.3 und 16.5.1.4 der Norm SIA 261 erfüllt sein.

Einführung

Eigenschaft Ersatzkraft- verfahren

Antwortspekten- verfahren

Nichtlineare statische Berechnung

Nichtlineare dynamische Berechnung Dynamisches Modell linearer EMS linearer MMS nichtlinearer EMS nichtlinearer MMS

Geometrisches Modell 2D 2D oder 3D 2D 2D oder 3D

Materialmodell linear linear nichtlinear nichtlinear

Dämpfungsmodell viskos viskos viskos beliebig

Berücksichtigte Eigenformen 1. EF alle 1. EF nicht relevant

Berücksichtigung der Torsion Zuschlag linear Zuschlag nichtlinear

Plastische Verformungen q-Faktor q-Faktor nichtlineares Materialmodell

nichtlineares Materialmodell

Erdbebenanregung Bemessungs-

spektrum

Bemessungs- spektrum

Bemessungs-

spektrum Zeitverlauf

Bedingung für Anwendbarkeit regelmässig keine regelmässig keine

Einsatzbereich neue Bauten neue Bauten bestehende

Bauten Spezialfälle

Berechnungaufwand klein mittel mittel gross

Tabelle 3 Vergleich von vier Berechnungsverfahren für die Tragwerksanalyse

Die Torsion wird beim Ersatzkraftverfahren mit ei- nem Zuschlag berücksichtigt, doch sollte bereits durch die Beachtung der Regeln des erdbebengerechten Entwurfs die Torsion möglichst klein gehalten werden.

Wenn die Regularitätskriterien nicht erfüllt sind, darf das einfachere Ersatzkraftverfahren nicht mehr ver- wendet werden und es ist auf das etwas komplizierte- re Antwortspektrenverfahren auszuweichen. Im All- gemeinen ist dazu ein räumliches Tragwerksmodell erforderlich.

Falls wenigstens die Regularitätskriterien im Grundriss erfüllt sind, genügt je eine Antwortspektren- berechnung an einem ebenen Modell in den beiden Hauptrichtungen. Als Erdbebeneinwirkung für das Antwortspektrenverfahren ist das Bemessungsspek- trum in allen massgebenden Richtungen zu berück- sichtigen.

9 MASSNAHMEN

Neben rechnerischen Nachweisen schreibt die Norm SIA 261 in Tabellen 27 und 28 konzeptionelle und konstruktive Massnahmen vor. Es handelt sich dabei um die fundamentale Regeln des erdbebengerechten Entwurfs, die das Erdbebenverhalten entscheidend verbessern können. Dabei ist zu bedenken, dass auch stärkere Erdbeben als das Bemessungsbeben auftre- ten können und die Einhaltung der Massnahmen eine

gewisse Reserve über den rechnerischen Tragwider- stand hinaus garantiert. Der Grad der Verbindlichkeit der konzeptionellen und konstruktiven Massnahmen ist abhängig von der Kombination Bauwerksklas- se/Erdbebenzone. Auch von zwingend verlangten Massnahmen darf abgewichen werden, wenn dies durch Berechnungen begründet werden kann.

10 LITERATUR

Bachmann, H. (2002), Erdbebensicherung von Bauwerken.

Birkhäuser-Verlag, Basel.

BWG (2004), Karten der Baugrundklassen für die Norm SIA 261. http://www.bwg.admin.ch/themen/natur/d/index.htm Bundesamt für Wasser und Geologie, Biel.

SIA 160 (1989), Norm SIA 160: Einwirkungen auf Tragwer- ke. Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich.

SIA 261 (2003), Norm SIA 261: Einwirkungen auf Tragwer- ke. Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich.

SIA MB 2018 (2004), Merkblatt SIA 2018: Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben. Schweizeri- scher Ingenieur- und Architekten-Verein, Zürich.

Wenk T. & Lestuzzi P. (2003), Erdbeben. Grundlagen der Projektierung von Tragwerken, Einwirkungen auf Tragwerk.

Dokumentation D 0181: Einführung in die Normen SIA 260 und 261. Schweizerischer Ingenieur- und Architekten- Verein, Zürich.

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