Untersuchung von Stahltragwerken mit Mauerwerksausfachung unter Erdbebeneinwirkung

Abstract

Ziel der Arbeit war es, zu untersuchen, welche Rolle das Mauerwerk als Ausfachung in einemStahltragwerk, bezogen auf die Standsicherheit bezüglich Erdbebeneinwirkung spielt.<br />In Kapital 2 wurde eine allgemeine Grundlagen zur Definition und Bemessung des Mauerwerksund des Erdbebens zusammengefasst. Es wurden Mauerwerkseigenschaften bzw.Druckfestigkeit, Zug- und Biegezugfestigkeit, Schubfestigkeit erwähnt und Versagensarten des Mauerwerks unter Belastung untersucht. Im weiteren Verlauf wurden verschiedene Arten von Mauerwerksausfachungen und Methoden zu Modellierung des Mauerwerks als Druckstreben erklärt sowie Methode zur Berechnung des Erdbebens ausgeführt.<br />In Kapitel 3 der Diplomarbeit erfolgte die Modellierung des Gebäudes und der Mauerwerksausfachungen, in 4. Kapitel wurden die Ergebnisse der dynamischen Analyse ermittelt und verglichen.<br />In 3.Kapitel wurde ein 4-Geschoßiges Wohn-Bürogebäude mit Stahltragwerk mit dem Programm Scia-Engineer modelliert und folgende Systeme definiert:<br /> System 1: Gebäude (Stahltragwerk) mit nicht tragenden Ziegelwänden, wobei in diesem Fall nur die Auflasten der Ziegelwände berechnet und im System eingetragen wurden. Dieses System wurde im Laufe der Arbeit als Gebäude ohne Ausfachung bezeichnet (siehe, Abb.3.1, Seite 45).<br /> System 2: Die Ziegelwände zwischen Rahmen sind tragende Bauteile und als Ausfachung angenommen. Dieses System wurde im Laufe der Arbeit als Gebäude mit Ausfachung bezeichnet (siehe, Abb.3.2, Seite 45).<br />Für die Modellierung der Ziegelwände wurde Fema 356 (FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY- Kapitel 7- (Masonry)- Abschnitt 7.5.2) verwendet.<br />Mit Fema 356 wurde die äquivalente Steifigkeit einer Ziegelwand, die in einem Rahmen liegt gerechnet und die Geometrie der diagonalen Stäbe (Dicke t =25 cm und a = 80 cm) mittels der Formel 3-1(siehe Seite 48) bestimmt. Diese Ziegelwände sind als zwei diagonale Verbände,die als Druck (zentrisch gedrückt) wirken, modelliert (siehe Abb.3.4, Seite 47).<br />Für die Definition der Ziegeleigenschaften in Scia wurde ein neues Material mit Ziegeleigenschaften wie E (Elastizitätsmodul), G (Schubmodul) und Ziegeldruckfestigkeit (fk) nach ÖNORM B 3350- Pkt.8.3.3 (Ausgabe 2006-1-1), und Eurocode 1996 definiert.<br />Nach der Modellierung und Definition der Analyseparameter wurde das Gebäude dynamisch mit der Antwortspektrum-Methode laut Eurocode 1998 analysiert.<br />In 4. Kapitel wurden Erdbebenanalyseergebnisse folgender Berechnungen ermittelt und interpretiert:<br /> Ermittlung der Gesamterdbebenkraft und größte Verschiebungen in jeder horizontalen Richtung (Richtung X und Y).<br /> Ermittlung der gegenseitigen Stockwerksverschiebungen zufolge Erdbebenkraft in jeder horizontalen Richtung (Richtung X und Y).<br />Es wurden beide Systeme dynamisch mit der Antwortspektrum-Methode für drei verschiedene Netzgenerierungen (Größe 2D-Elemente = 30 cm, 50 cm und 70 cm) analysiert und die Ergebnisse der Netzgenierung mit Elementgröße 30 cm als maßgebend angenommen.<br />Der Vergleich der Gesamterdbebenkraft in Richtung X und Y zeigt, dass das Gebäude mit Mauerwerksausfachung mehr Kraft im Vergleich zum System ohne tragende Ziegelwände anzieht, und zufolge unterschiedlicher Erdbebenkraft jedes System sein eignes Verhalten gegenüber dieser Einwirkung hat, bzw. der Vergleich der beiden Systeme zeigt, dass die größten Verschiebungen in Richtung X und Y des Gebäudes mit Ausfachung um 50 % geringer sind im Vergleich zum Gebäude ohne Ausfachung.<br />Es wurde die gegenseitige Stockwerksverschiebung in jedem System in jeder horizontalen Richtungen (Richtung X und Y) ermittelt und das Rechenprotokoll Scia-Engineer ausgewertet.<br />Der Vergleich der Verschiebungen zeigt eine größere gegenseitige Stockwerksverschiebung vom Gebäude ohne Ausfachung im Vergleich zum Gebäude mit Mauerwerksausfachung.<br />Im weiteren Verlauf wurde in Kapitel 4 untersucht welchen Einfluss der Entfall der Mauerwerkswände im Erdgeschoß auf das gesamte System hat und wie die Gesamterdbebenkraft und die Verschiebungen durch diesen Entfall beeinflusst werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Entfall von Wänden im Erdgeschoß zu einer höheren Verschiebung des Gebäudes führt.<br />Dieser Unterschied zwischen ursprünglichem Gebäude und Gebäude ohne Ausfachung im Erdgeschoß beträgt 10 % in X-Richtung (zunehmende Verschiebung in %) und 20 % in YRichtung (siehe, Tabelle 4.4 - Seite 74).<br />In diesem Fall zieht das System weniger Erdbebenkraft im Vergleich mit dem früheren System an. Aber trotzdem kann bei eventuellem Platzbedarf im Erdgeschoß auf Mauerwerkswände im Erdgeschoß verzichtet werden.<br />Der Vergleich der Ergebnisse In Kapitel 5 zeigt, dass der Zusatz von Mauerwerksfüllelementen zu einem biegesteifen Stahlrahmen-System die laterale Steifigkeit der Struktur erhöht.<br />