Baudynamische Betrachtung von zentrischen und exzentrischen Massenverteilungen im Industrieanlagenbau

Abstract

Erdbeben, auch wenn diese im zentraleuropäischen Raum selten auftreten, können eine beachtliche Gefahr für Hochbauten, insbesondere für kapitalintensive und hochtechnische Industrieanlagen, darstellen. Die erdbebengerechte, konstruktive Durchbildung von Tragwerken stellt die wesentliche Grundlage für die erdbebensichere Auslegung von Hochbauten dar. Bei der erdbebenspezifischen Auslegung von Bauwerken sind sowohl das Haupttragwerk (Primärstruktur) als auch die nichttragenden Bauteile (Sekundärstruktur) zu berücksichtigen. Die durch Erdbeben induzierten Schäden können unter Umständen bei einer nicht erdbebengerechten Auslegung von Bauwerken zu hohen wirtschaftlichen und ökologischen Schäden und Folgeschäden führen. Vor allem kommt der Auslegung nichttragender Bauelemente bei hochtechnischen Anlagen, wie es der Anlagenbau wiedergeben würde, besondere Bedeutung zu. Um schadensintensive und weiträumige Auswirkungen im Erdbebenfall entgegen zu wirken, muss eine erdbebengerechte Bemessung des Haupttragwerkes sowie der im Anlagenbau bedeutenden nichttragenden Bauteile durchgeführt werden. Die zur Verfügung stehenden Erdbebenbemessungsansätze der heute gültigen Normenwerke (Eurocode 8, ASCE u. dgl.) stellen eine in der Regel ausreichende konstruktive Auslegung des Haupttragwerkes im herkömmlichen Hochbau gegenüber seismischen Einwirkungen dar. Die erdbebengerechte Bemessung der restlichen Bauwerksteile, wie den nichttragenden Gebäudeteilen, nimmt dabei einen weniger wichtigen Aspekt in den normativ geregelten Bemessungsansätzen ein. Im Zuge dieser Arbeit wird das Augenmerk auf die Bemessung von nichttragenden Bauteilen gelegt, unter Berücksichtigung des Einflusses unregelmäßiger Massenverteilungen auf die Beschleunigungsverstärkung. Vor allem der Industrieanlagenbau besitzt, aufgrund der Situierung seiner nichttragenden Bauelemente, eine oftmals stark unregelmäßige Massenverteilung. Im Rahmen der Arbeit werden die normativen analytischen Bemessungsansätze für nichttragende Bauteile analysiert und für die Verwendbarkeit unter besonderen Bauwerksgegebenheiten, wie es der Anlagenbau darstellen würde, gegenübergestellt. Speziell wird nachgewiesen, welchen Effekt eine unregelmäßige Massenverteilung auf die Stockwerksbeschleunigungsantworten hat. Bevor sich die vorliegende Arbeit mit der numerischen Simulation des Einflusses unregelmäßiger Massenverteilungen auf die Stockwerksbeschleunigungsverstärkung im Anlagenbau befasst, werden die wesentlichsten Grundlagen seismischer Phänomene und die wichtigsten baudynamischen Instrumente, soweit sie für die ingenieurmäßige Beurteilung von seismischen Einwirkungen und der konstruktiven Bauwerksauslegungen erforderlich sind, zusammengefasst.

Even though earthquakes are rare in Central Europe, they can pose a significant threat to building construction, especially for capital-intensive and high-tech industrial plants. The earthquake-resistant and constructive design of structures represents the fundamental basis for the earthquake-resistent design of buildings. In the earthquake-resistant design of structures, both the main structure (primary structure) and the non-structural elements (secondary structure) have to be considered. The damage caused by earthquakes in non-earthquake-resistant designed buildings may lead to high economic and ecological damage and also to swhich damages. Above all, the design of non-structural components is of special importance in high-tech constructions, such as plant engineering. To prevent damage-intensive and long-range effects in the event of an earthquake, an earthquakecompatible design of the main supporting structure as well as of the non-structural elements must be carried out. The available earthquake design approaches of the currently valid standards (Eurocode 8, ASCE etc.) generally represent a sufficient structural design of the main supporting structure. The seismic design of the remaining building parts, such as the non-load-bearing building parts, takes up a less important aspect in the normatively regulated design approaches. In the course of this work, attention is paid to the design of non-structural components, taking into account the influence of irregular mass distributions on the acceleration gain. Due to its often highly irregular location of its non-structural components, plant construction represents a promising comparison with the proposed design approaches for non-structural components. Within the scope of this work, the normative analytical design approaches for non-structural components are analyzed and compared for their applicability under special structural conditions, as would be represented by plant construction. In particular, the effect of an irregular mass distribution on the floor acceleration responses is demonstrated. In summary the present work covers the most important fundamentals in earthquake engineering, the seismic design according to the state of the art, the numerical FE-Simulation and the conclusion.