Vergleich von Berechnungsmethoden in Erdbebenzonen mit Duktilitätsklasse Hoch (DCH) anhand eines Projektes im Iran, Ghom

Abstract

Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit den verschiedenen Erdbebenberechnungsmethoden, und deren Anwendung auf Tragwerke in Gebieten mit einem hohen Erdbebenrisiko. Im ersten Teil der Arbeit wird ein allgemeiner Überblick über das Thema Erdbeben vermittelt. Die theoretischen Grundlagen aus seismologischer und ingenieurseismologischer Hinsicht, sowie die Grundlagen für die Erdbebenberechnung werden dargestellt. Im zweiten Teil folgt die Darstellung der wichtigsten Teile der EN 1998-1 ([1]) für aussteifende Scherwände mit hohen Duktilitätsanforderungen. Ergänzend werden auch Teile der amerikanischen Betonnorm, die ACI 318M-11 [16] und die iranische Erdbebennorm (Iranian National Standard No. 2800 ([24]) präsentiert. Diese Diplomarbeit stellt die in der neuen Europäischen Erdbebennorm, die EN 1998-1, eingeführten linearen und nichtlinearen Erdbebenberechnungsmethoden vor. Die gezeigten nichtlinearen Berechnungsmethoden werden im amerikanischen Raum schon seit einer längeren Zeit angewandt, sind aber in der Europäischen Praxis nicht so weit verbreitet. Aus diesem Anlass wird hier ein Vergleich der häufig benutzten linearen kraftbasierten Verfahren und der genaueren aber aufwändigeren nichtlinearen Verfahren ausgearbeitet. Im Rahmen dieser Arbeit werden auch Methoden für die Vereinfachung von Komplexen Gebäuden für die Erdbebenberechnung gezeigt. Die Ergebnisse des Teilmodells werden mit den Ergebnissen ermittelt an einem räumlichen 3D Modell verglichen. Die Daten für die Berechnung werden von einem Krankenhausgebäude, erbaut in einem Gebiet mit hohem Erdbebenrisiko genommen. Diese Angaben wurden von der Firma Werner Consult Ziviltechniker GmbH für die Erarbeitung dieser Masterarbeit zur Verfügung gestellt. Für die aufgezeigten Berechnungsverfahren werden die wichtigsten Kenngrößen der Erdbebenberechnung ermittelt und verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die nichtlinearen Methoden eine viel genauere Abbildung der Bauwerksverformungen ermöglichen und zu konservativeren und genaueren Gesamterdbebenlasten führen. Letztlich wird eine Überprüfung der Bewehrungsangaben - ermittelt für den Bau des Krankenhausgebäudes - durchgeführt, mit dem Fachwerkmodell für die ausgewählte Scherwand.

This master thesis deals with the different methods of earthquake calculation and their application to structures in areas with a high earthquake risk. The Introduction provides a general overview of the topic of earthquakes, examining the theoretical basics from the seismological and engineering seismological point of view, as well as the basics of earthquake calculation. The second chapter presents the most important parts of the EN 1998-1 ([1]) for shear walls with high ductility requirements. Additionally, this chapter introduces selected parts of the American concrete standard, the ACI 318M-11 ([16]) and the Iranian National Seismic Standard No. 2800 ([24]). The linear and nonlinear seismic calculation methods that were used during this study are described in the new European Earthquake Standard, EN 1998-1. While the non-linear calculation methods have been implemented in the United States for a long time, they are not yet prevalent in European practice. This thesis seeks to compare the frequently used linear force-based methods with the more precise, yet more elaborate non-linear methods. In addition, the current thesis introduces methods for the simplification of complex buildings for the earthquake calculation. The results of the partial model are then compared with the results obtained on a 3D spatial model. The calculation is based on data from a hospital building, built in an area with a high earthquake risk. The data were provided by the company Werner Consult Ziviltechniker GmbH, for the preparation of this master thesis. The most important parameters of the earthquake calculation are determined and compared in the case of each presented calculation method. The results show that the nonlinear methods allow a far more accurate mapping of the building deformations and lead to more conservative and accurate shear forces. Finally, the reinforcement details, determined for the construction of the hospital building, were verified with a strut and tie model for the selected shear wall.