Forschung

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TOP2 – Project history

Experimental testing

 

Innovative Systeme für erdbebensichere Mauerwerk Trennwände in Stahlbetonbauten

 

Die Verwendung von Mauerwerk als Trennwand, in einem gewissen Ausmaß Verschlusswände, insbesondere in mit Stahlbeton eingerahmten Strukturen, ist in vielen Ländern weit verbreitet. Diese Praxis ergibt sich aus der natürlichen Evolution der traditionellen Bautechnik, die sich auf Mauerwerkswände basiert. Der außergewöhnlich schnelle Wachstum bei der Verwendung von Stahlbetonelementen für die Erstellung der Tragstruktur, hat diese in einem “Drahtgestell” von vernachlässigbarem Volumen, Masse und Steifigkeit, im Vergleich zum traditionellen Mauerwerk, verwandelt.

Bezüglich der strukturellen Probleme, muss betont werden, dass sie erst vor kurzem zusätzliche Aufmerksamkeit  herangezogen haben und dass noch keine geeigneten Lösungen, akzeptabel aus allen Gesichtspunkten(Übereinstimmung mit der erforderlichen Leistung aus der Norm, Sicherheit, Wirtschaftlichkeit, Ästhetik, Haltbarkeit, Angemessenheit der Entwurfsverfahren usw.), untersucht und vorgeschlagen wurden. Diese Tatsache ist besonders ausgeprägt, wenn die sogenannten nicht-strukturellen Elemente Einwirkungen ausgesetzt sind, die sie zwingen sich strukturell zu verhalten, wie im Falle von Erdbeben, starken Winden, usw.

Im Laufe der Jahre haben Erdbeben die Art und Weise, in welcher die Gebäude auf die Bodenbewegung reagieren, beeinflusst. Viele Verletzungen und Todesfälle sind vorgekommen, infolge des Zusammenbruchs von Gebäuden oder des Zusammenbruchs einiger nicht-strukturellen Elemente des Gebäudes, wie z.B. Mauerwerk Füllungswände. Leitlinien schätzen die strukturellen Interventionen für Geschäftsgebäude auf ca. 20-25% der ursprünglichen Baukosten, während die anderen Elemente die übrigen 75-80% ausmachen. Auch statistische Studien, die von Versicherungsunternehmen ausgeführt wurden, beziehen sich auf ähnliche Kosten für die Reparatur und die Rekonstruktion der nicht-strukturellen Elemente nach Erdbeben.

In diesem Zusammenhang erkennen die meisten Entwurfsnormen, dass auch die nicht-strukturellen Elemente für seismische Einwirkungen entworfen und ausgeführt sein müssen. In den europäischen Strukturdesigncodes für Stahlbeton und Mauerwerk werden keine Details angegeben, bezüglich der Leistungsanforderungen und Kriterien für die sichere Anwendung von Mauerwerksfüllwänden, noch für das Verhalten beim Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit und Grenzzustand der Tragfähigkeit. Der Mangel an klaren Leistungsanforderungen, Entwurfsmethoden und praktischen Maßnahmen kann langfristig die Weiterentwicklung der Bausysteme mit Füllwänden aus Mauerwerk verhindern, und noch schlimmer, könnte sich als unwirksam erweisen, so dass größere Schäden auf den industriellen Sektor fallen.

Der Kern des Projekts heiβt  ”Trennwand-Spezialisierung” für eine ausreichende Erdbebensicherheit und wird daraus bestehen, dass integrierte und innovative Systeme definiert werden, so dass:

  • Die Optimierung (Maximierung) der lokalen Strukturleistung erhalten wird, durch Schadenbegrenzung unter den häufigsten (und weniger intensiven) Erdbeben und durch die Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Ablösung und des Out-of-Plane- Zusammenbruchs unter dem Einfluss der intensivsten, d.h. der “Design”, Erdbeben (zur Überprüfung am Grenzzustand der Tragfähigkeit);
  • die negativen Auswirkungen, die ein unangemessener Entwurf  und die Konstruktion von Trennwänden  auf dem globalen Strukturverhalten der Stahlbeton Rahmenkonstruktion unter der Wirkung des Designs Erdbeben,( d.h. an der Grenzzustand der Tragfähigkeit) hat, verringert werden;
  • die nicht-strukturelle Leistung der Füll-/Verschlusswände verbessert und genutzt werden kann, d.h. einerseits alle Eigenschaften bezüglich Umwelt, Energieeinsparung und Komfortaspekte, und andererseits Eigenschaften zusammenhängend zur Fähigkeit der Schadenbegrenzung  bei Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit, durch den Einsatz von innovativen Lösungen.

Der Beitrag zum technologischen Fortschritt bei diesem Projekt besteht in einem gegebenen Satz von Innovationen, wie:

  • Fortgeschrittene innovative Gebäudetechnologien für Trennwände (in Bezug auf Einheiten, Bewehrung, Verbindungselementen / Konnektoren, Mörtel, und ihren Assemblagen), diversifiziert nach seismischen Risikostufen, regionalen Bautraditionen und Umweltbedingungen, so dass alle Anforderungen an Isolierung, Raumkomfort, Haltbarkeit , Nachhaltigkeit, sowie Gebrauchstauglichkeit und Grenzzustände, erfüllt werden;
  • Neue und / oder erweiterte Testverfahren für die experimentelle Bestimmung der kombinierten “in-plane”, “out-of-plane”-Verhalten des Füllungsmauerwerkes und Validierung / Qualifizierung der entwickelten Lösungen;
  • Definition der Wechselwirkung zwischen Rahmen und Füllung, im Bezug auf die seismische Energiezufuhr auf der Füllwand für verschiedene Rahmenbedingungen (Typ, elastisches oder unelastisches Verhalten, etc.), und der seismischen Risikostufe;
  • Originale und komplette Richtlinien (i) für den Entwurf von Stahlbetonstrukturen mit Trennwänden, (ii) für den Entwurf, Bearbeitung  und Ausführung von Trenn-/Füllwänden, einschließlich der Beurteilung des “in-plane-Widerstands” und des “out-of-plane-Widerstands” für unterschiedliche Niveaus des Schadens in der Ebene, als auch die Definition von relevanten Grenzzuständen für verschiedene Füllungs-/ Verschluss-  Typologien, und (iii) für die Überprüfung der Verbindungen, Verbindungselemente / Anschlüsse und anderen Komponenten in speziellen Systemen;
  • Übernahme der Richtlinien für die Planung, Bearbeitung und Ausführung in Standards;
  • Fortgeschrittene praktische Instrumente für die Analyse und Gestaltung der Trennwände (Design-Charts, Software-Paket, etc.);