Statische Kapazitätsanalyse eines Hochhauses in Stahlbetonbauweise

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der statischen Kapazitätsanalyse eines bestehenden Hochhauses in Stahlbetonbauweise. Hintergrund ist die zunehmende Bedeutung der nachhaltigen Nutzung und Umnutzung von Bestandsgebäuden im Kontext gesellschaftlicher und ökologischer Herausforderungen, wie Urbanisierung und Klimawandel. Ziel der Arbeit ist es, die statische Kapazitätsreserve eines ausgewählten Hochhauses („Demonstrant“) zu ermitteln und zu bewerten, um eine mögliche Umnutzung nach aktuellen baurechtlichen und technischen Anforderungen zu ermöglichen.Dazu werden zunächst alle relevanten Bestandsdaten durch Akteneinsicht, Digitalisierung und Vor-Ort-Begehungen erhoben. Auf Basis dieser Daten wird ein digitales Gebäudemodell erstellt und mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) im Statikprogramm RFEM 6 analysiert. Der Lastansatz beinhaltet ständige Lasten gemäß der Bestandsstatik und veränderliche Lasten (Nutzlasten, Schnee, Wind, Erdbeben) gemäß aktueller Normen (insbesondere Eurocode). Aufgrund der Berechnungsergebnisse werden jene Bauteile ausgewählt, die maßgebend für die statische Reserve des Bauwerks sind, sämtliche Bauteilnachweise geführt und so die Bestandsauslastungen ermittelt.Die Analyse zeigt, dass die ursprüngliche Tragstruktur ohne Verstärkungsmaßnahmen keine signifikanten Kapazitätsreserven aufweist. Die statische Kapazität wird dabei vor allem durch einzelne Problemstellen der Decken und Stützen begrenzt. Im Rahmen einer iterativen Laststeigerung der Nutzlasten wird untersucht, wie sich die Auslastungen der maßgebenden Bauteile verändern. Daraus werden Empfehlungen für mögliche Verstärkungsmaßnahmen abgeleitet, um noch vorhandene statische Kapazitätsreserven zu aktivieren. Mit den diskutierten Maßnahmen können die Nutzlasten bis zum Maximalwert gemäß Eurocode gesteigert werden.Die Arbeit leistet einen Beitrag zur nachhaltigen Bestandsentwicklung und zeigt auf, wie durch gezielte statische Analyse und Nachbemessung bestehende Hochhäuser zukunftsfähig und anpassungsfähig gemacht werden können.

This thesis addresses the static capacity analysis of an existing high-rise building constructed using reinforced concrete. The background of the study lies in the growing importance of sustainable use and repurposing of existing buildings in light of societal and ecological challenges such as urbanization and climate change. The aim of the thesis is to determine and evaluate the structural capacity reserves of a selected high-rise building (referred to as the “Demonstrant”) in order to enable a potential repurposing in accordance with current legal and technical requirements.To achieve this, all relevant existing data is collected through file review, digitalization and on-site inspections. Based on this data, a digital building model is created and analyzed using the Finite Element Method (FEM) in the structural analysis software RFEM 6. The load assumptions include permanent loads according to the original structural design and variable loads (live loads, snow, wind, earthquake) in accordance with current standards, particularly Eurocode. Based on the calculation results, the structural elements critical to the building’s load-bearing capacity are identified, all component verifications are performed and the utilization of the existing structure is determined.The analysis reveals that the original load-bearing structure, without reinforcement, does not exhibit significant capacity reserves. The structural capacity is primarily limited by localized weak points in the slabs and columns. As part of an iterative increase in live loads, the changes in utilization of the critical structural elements are examined. From this, recommendations for potential reinforcement measures are derived to activate any remaining structural capacity reserves. With the measures discussed, live loads can be increased up to the maximum values permitted by Eurocode.This thesis contributes to sustainable development of the existing building stock and demonstrates how targeted structural analysis and recalculation can make existing high-rise buildings future-ready and adaptable.