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Verträglichkeitsuntersuchungen zwischen deutschen Erdbebenregelungen und Eurocode 8. Abschlußbericht

Bauforschung, Band T 2846
Einar Keintzel
Univ. Karlsruhe, Institut für Massivbau und Baustofftechnologie, Abteilung Massivbau
1998, 148 S.
Fraunhofer IRB Verlag

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Kurzbericht [PDF] deutsche Version

Inhalt

DIN 4149-1/1981-04 »Bauten in deutschen Erdbebengebieten. Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten« entsprach nicht mehr dem heutigen Kenntnisstand zum erdbebensicheren Bauen. Außerdem harmonierte diese Norm nicht mit Eurocode 8, der unter anderem die Erdbebenzonen aufgrund probabilistischer Analysen der beobachteten Seismizität festlegt. Es liegt ein Entwurf zur neuen DIN 4149 vor, der die Vorzüge des Eurocode-8-Konzepts mit der Überschaubarkeit derzeitiger Rechenansätze vereint. Weiterhin werden die tatsächlichen Erfordernisse in Deutschland als einem Gebiet mit sehr seltenen Erdbeben geringer Intensität berücksichtigt und es wird auf vereinfachte, in Schwachbebenzonen verwendbare Bemessungen orientiert, die zu wirtschaftlichen Konstruktionen führen.

Inhaltsverzeichnis

Verträglichkeitsuntersuchungen zwischen deutschen Erdbebenregelungen und Eurocode 8. Zusammenfassung 1
1 Zielsetzung, Vorarbeiten, Empfehlungen des Lenkungsgremiums, Vorgehensweise 1
2 Überarbeitung der DIN 4149. Überarbeitungskonzept und Kommentare zu den einzelnen Normkapiteln 4
3 Zusammenfassung 7
Verträglichkeitsuntersuchungen zwischen deutschen Erdbebenregelungen und Eurocode 8. Kurzfassung 8
Research of the compatibility between German earthquake regulations and Eurocode 8. Abstract 9
Recherche de la compatibilite entre les regles parasismiques allemandes et l'Eurocode 8. Resume 10
1 Einleitung 11
1.1 Zielsetzung 11
1.2 Vorarbeiten 13
1.3 Empfehlungen des NABau-Lenkungsgremiums KOA 01 "Mechanische Festigkeit und Standsicherheit" 15
1.4 Vorgehensweise 16
2 Überarbeitung der DIN 4149 17
2.1 Überarbeitungskonzept 17
2.2 Kommentare zu den einzelnen Normkapiteln 18
2.2. 1 Kapitel 1 "Allgemeines" 18
2.2.2 Kapitel 2 "Erdbebengerechte Planung" 18
2.2.3 Kapitel 3 "Erdbebeneinwirkung" 19
2.2.4 Kapitel 4 "Tragwerksberechnung" 20
2.2.5 Kapitel 5 "Nachweise der Standsicherheit" 21
2.2.6 Kapitel 6 "Besondere Regeln für Betonbauten" 22
2.2.7 Kapitel 7 "Besondere Regeln für Stahl- und Verbundbauten 25
2.2.8 Kapitel 8 "Besondere Regeln für Holzbauten" 25
2.2.9 Kapitel 9 "Besondere Regeln für Mauerwerksbauten" 26
2.2.10 Kapitel 10 "Besondere Regeln für Gründungen und Stützbauwerke" 26
3 Zusammenfassung 26
Schrifttum 28
Anlage 1. Empfehlungen des NABau-Lenkungsgremiums KOA 01 "Mechanische Festigkeit und Standsicherheit" 35
Überarbeitung von DIN 4149 "Bauten in deutschen Erdbebengebieten - Auslegung von Hochbauten gegen Erdbeben "Kapitel 1 bis 6 39
1 Allgemeines 41
1.1 Anwendungsbereich 41
1.2 Definitionen 41
1.3 51-Einheiten 43
1.4 Formelzeichen und Kurzzeichen 43
1.4.1 Allgemeines 43
1.4.2 Weitere Zeichen, die am häufigsten in den Kapiteln 1 bis 5 verwendet werden 43
1.5 Verweis auf andere Regelwerke 44
2 Grundlagen für Entwurf und Bemessung 45
2.1 Grundlegende Anforderungen 45
2.2 Ausleungskonzepte 46
2.3 Regelmäßigkeit des Bauwerks 47
2.3.1 Allgemeines 47
2.3.2 Kriterien für die Regelmäßigkeit im Grundriss 48
2.3.3 Kriterien für die Regelmäßigkeit im Aufriss 49
3 Erdbebeneinwirkung 50
3.1 Erdbebenzonen 50
3.2 Untergrundverhältnisse: Geologie und Baugrund 52
3.2.1 Allgemeines 52
3.2.2 Klassifizierung der geologischen Untergrundverhältnisse 52
3.3 Regeldarstellung der Erdbebeneinwirkung 55
3.3.1 Allgemeines 55
3.3.2 Elastisches Antwortspektrum 56
3.3.3 Maximale Bodenverschiebung 58
3.3.4 Bemessungsspektrum für lineare Berechnung 59
3.4 Kombination der Erdbebeneinwirkung mit anderen Einwirkungen 60
4 Tragwerksberechnung 63
4.1 Modellabbildung 63
4.2 Zufällige Torsionswirkungen 64
4.3 Berechnungsverfahren 64
4.3.1 Allgemeines 64
4.3.2 Vereinfachtes Antwortspektrenverfahren 65
4.3.2.1 Allgemeines 65
4.3.2.2 Giesamterdbebenkraft 66
4.3.2.3 Verteilung der horizontalen Erdbebenkräfte 66
4.3.2.4 Torsionswirkungen 67
4.3.3 Antwortspektrenverfahren unter Berücksichtigung mehrere Schwingungsformen 68
4.3.3.1 Allgemeines 68
4.3.3.2 Kombination der modalen Schnittgröl3en und Verschiebungen 70
4.3.3.3 Torsionswirkungen 70
4.3.4 Kombination der Komponenten der Erdbebeneinwirkung 71
4.3.4.1 Horizontalkomponenten der Erdbebeneinwirkung 71
4.3.4.2 Vertikalkomponente der Erdbebeneinwirkung 73
4.4 Berechnung der Verschiebungen 73
4.5 Nichttragende Bauteile 74
4.6 Bedeutungskategorien und Bedeutungsbeiwerte 76
5 Nachweise der Standsicherheit 78
5.1 Allgemeines 78
5.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit 79
5.2.1 Allgemeines 79
5.2.2 Tragfähigkeitsbedingung 79
5.2.3 Zähigkeitsbedingung 81
5.2.4 Gleichgewichtsbedingung 81
5.2.5 Tragfähigkeit der Gründungen 81
5.2.6 Bedingungen für erdbebengerechte Fugen 82
6 Besondere Regeln für Betonbauten 83
6.1 Allgemeines 83
6.1.1 Anwendungsbereich 83
6.1.2 Zähigkeitsklassen 83
6.1.3 Sicherheitsnachweise 84
6.2 Vorschriften für Betonbauten der Zähigkeitsklasse 1 85
6.3 Vorschriften für Betonbauten der Zähigkeitsklasse 2 86
6.4 Vorschriften für Betonbauten der Zähigkeitsklasse 3 87
Anhang A (normativ). Näherungsberechnung von Torsionswirkungen 88
A.1 Allgemeines 88
A.2 Kriterium 1 88
A.3 Kriterium 2 88
A.4 Näherungsberechnung 89
Anhang B (informativ). Grundlagen der Auslegung 92
B.1 Allgemeines 92
B.2 Einfachheit des Tragwerks 92
B.3 Einheitlichkeit und Symmetrie 92
B.4 Tragfähigkeit und Steifigkeit nach zwei Richtungen 93
B.5 Tragfähigkeit und Steifigkeit gegenüber Torsionswirkungen 94
B.6 Scheibenwirkung auf Geschoßebene 94
B.7 Angemessene Gründung 94
Anhang C (informativ). Näherungsformeln für die Grundschwingzeit von Hochbauten 96
C.1 Allgemeines 96
C.2 Formel 1 96
C.3 Formel 2 97
Anhang D (normativ). Vorschriften für Betonbauten der Zähigkeitsklasse 3 98
D.1 Baustoffe 98
D.1.1 Beton 98
D.1.2 Betonstahl 98
D.2 Tragwerkstypen und Verhaltensbeiwerte 98
D.2.1 Tragwerkstypen 98
D.2.2 Verhaltensbeiwerte 100
D.2.2.1 Horizontale Erdbebeneinwirkungen 100
D.2.2.2 Vertikale Erdbebeneinwirkungen 103
D.3 Auslegungskriterien 103
D.4 Vorschriften für Verankerungen und Stöße 103
D.4.1 Umschnürungsbügel 103
D.4.2 Verankerung der Bewehrung 104
D.4.2.l Stützen 104
D.4.2.2 Balken 104
D.4.3 Stöße von Bewehrungsstäben 106
D.5 Vorschriften für Balken 108
D.5.1 Definition und Bemessungsschnittgrößen 108
D.5.2 Ermittlung und Nachweis des Bemessungswerts der Tragfähigkeit 108
D.5.3 Örtliche Zähigkeit 110
D.5.4 Besondere Regeln für Balken, die vertikale, nach unten abgefangene Bauteile tragen 111
D.6 Vorschriften für Stützen 112
D.6.1 Definition und Bemessungsschnittgrößen 112
D.6.2 Ermittlung und Nachweis des Bemessungswerts der Tragfähigkeit 112
D.6.3 Örtliche Zähigkeit 113
D.6.4 Besondere Maßnahmen 117
D.7 Vorschriften für Wände 117
D.7.1 Anwendungsbereich 117
D.7.2 Bemessungsschnittgrößen 118
D.7.2.1 Allgemeines 118
D.7.2.2 Besondere Vorschriften für in ihrer Ebene schlanke Wände 119
D.7.2.3 Besondere Vorschriften für gedrungene Wände 121
D.7.3 Ermittlung und Nachweis des Bemessungswerts der Tragfähigkeit 121
D.7.4 Koppelbauteile 122
D.7.5 Örtliche Zähigkeit 124
117.6 Besondere Maßnahmen 127
Anhang E (informativ). Vorbemessung der Randelemente von Stahlbetonwänden der Zähigkeitsklasse 3 130
Erläuterungen 132
Zu Abschnitt 2.2 Auslegungskonzepte 132
Zu Abschnitt 5.1.(3)-(4), Nachweise der Standsicherheit, Allgemeines 133
Zu Abschnitt 6.1.2 Zähigkeitskriterien 134
Zu Abschnitt 6.1.3 Sicherheitsnachweise 135
Zu Abschnitt D.3 Auslegungskriterien für Betonbauten der Zähigkeitsklasse 3 137
Kriterium der örtlichen Beanspruchbarkeit 137
Kriterium der Kapazitätsbemessung (capacity design, CD) 137
Kriterium der örtlichen Zähigkeit 138
Tragwerksredundanz 139
Sekundäre Tragwirkungen 140
Besondere Zusatzmaßnahmen 140
Zu Abschnitt D.4.2.2 Verankerung der Bewehrung bei Balken 141

Publikationslisten zum Thema:
Erdbeben, DIN 4149, Eurocode 8, Berechnung, Bemessung, Statik, Standsicherheit, Tragwerksberechnung, Betonbau, Stahlbau, Verbundbau, Holzbau, Mauerwerksbau, Gründung, Stützbauwerk, Zähigkeit, Tragfähigkeit,

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Vergleich der neuen Erdbebenkarten in Deutschland und mit den Anrainerstaaten
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2021, 71 S., 66 Abb. u. 13 Tab.,
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Im Rahmen dieses Forschungsberichts erfolgt ein Vergleich der seismischen Einwirkungen in deutschen Erdbebengebieten nach DIN En 1998-1/NA-2020 mit den Einwirkungsniveaus in den Anrainerstaaten Niederlande, Belgien, Luxemburg, Polen, Tschechien, Österreich, Schweiz, Frankreich, und Italien. Zusätzlich werden Portugal, Italien und Griechenland hinzugezogen, obwohl diese Länder nicht direkt an Deutschland grenzen. Für jedes der genannten Länder erfolgt eine Auswertung der aktuellen normativen Dokumente für die Definition der Antwortspektren und ein Vergleich mit dem neuen Nationalen Anwendungsdokument für Deutschland. Im Anschluss erfolgt die Gegenüberstellung der Erdbebeneinwirkungen in den Grenzbereichen zwischen Deutschland und den Anrainerstaaten sowie ein Vergleich der Antwortspektren im Hinblick auf die Spektralform und die Amplifikationsfaktoren. Den Abschluss des Berichts bildet eine zusammenfassende Beurteilung der Untersuchungsergebnisse.

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Ziel der Forschungsarbeiten war, den Einfluss des Zusammenwirkens von zusammengesetzten Schubwandquerschnitten auf das Trag- und Verformungsverhalten in üblichen Hochbauten für den Lastfall Erdbeben im Rahmen experimenteller Untersuchungen zu erfassen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen liegt dabei auf Gebieten geringer Seismizität wie sie in Deutschland und Mitteleuropa vorzufinden sind. Für die Versuchskörper wurden ausschließlich praxisrelevante Stein-Mörtel-Kombinationen aus Ziegel- bzw. Kalksandsteinmauerwerk mit Dünnbettfugen verwendet. Die experimentellen Untersuchungen an geschosshohen zusammengesetzten Schubwandquerschnitten umfassen zum einen statisch-zyklische und zum anderen pseudodynamische Versuche. Bei beiden Versuchsmethoden wurden die Mauerwerkskörper unter kombinierter Druck- und Schubbeanspruchung in Scheibenebene geprüft, um eine möglichst realitätsnahe Belastung (Kräfte und Verschiebungen) der Wände im Versuch zu simulieren. Als Referenzgebäude für die pseudodynamischen Versuche wurde auf Basis von Voruntersuchungen ein übliches dreigeschossiges Reihenmittelhaus in Mauerwerksbauweise mit Stahlbetongeschossdecken ausgewählt, bei dem die horizontale Lastabtragung durch quer zu den Längswänden stehende Schubwände erfolgt. Die numerische Modellierung dieser Struktur für die pseudodynamischen Versuche erfolgte dabei mit einem nichtlinearen FEM-Solver. Zur Erfassung der verschiedenen Einflüsse auf die Schubtragfähigkeit wurde bei den Versuchen neben der Variation von Steinart, Steingeometrie und Verbindungstechnik auch die Prüfkörpergeometrie in Ahnlehnung an übliche Wandabmessungen eines Reihenmittelhauses verändert. Es konnte gezeigt werden, dass die Querwände einen erheblichen Einfluss auf das Trag- und Verformungsverhalten der Schubwände haben. Die Ergebnisse werden jedoch maßgeblich von der Ausführung der Verbindung von Schub- und Querwand, der verwendeten Steinart- bzw. Steingeometrie, der Normalspannung bzw. deren Verteilung über den Wandquerschnitt, und der Prüfkörpergeometrie beeinflusst.

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