Effizient erdbebensicher Bauen mit Holz

22.03.2021 Ingenieur*innen sollen realistische Informationen zu den dynamischen Eigenschaften von Holzrahmenbauten besitzen, um Baumassnahmen zur Erdbebensicherheit effizienter umsetzen zu können. Die Berner Fachhochschule BFH hat zu diesem Zweck 2019 zusammen mit Partnern aus der Holzbranche baudynamische Messungen an einem vierstöckigen Holzrahmenbau durchgeführt. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts liegen nun vor.

In Chamoson (VS) wurden im Sommer bis Herbst 2019 zahlreiche Messungen und Ausschwingversuche an einem vierstöckigen Holzbau durchgeführt. Unter der Leitung und im Rahmen der Masterthesis in Wood Technology von Urs Oberbach, wissenschaftlicher Assistent am Institut für Holzbau, Tragwerke und Architektur IHTA, wurde das Testgebäude etappenweise errichtet und dynamischen Tests unterzogen. Unter anderem wurde der Holzbau bei den Ausschwingversuchen mit Stahlseilen horizontal ausgelenkt und plötzlich losgelassen. Am Schluss wurde das Gebäude bei einem eindrücklichen Test zerstört.

Klarheit über dynamische Eigenschaften bringt Sicherheit

Dynamische Eigenschaften sind im Erdbebeningenieurwesen von zentraler Bedeutung. Allerdings konnten sie bis anhin nur mit einer gewissen Unsicherheit bestimmt werden. Da die seismischen Kräfte vom dynamischen Verhalten des Tragwerks abhängen, befanden sich Ingenieur*innen daher oft in einem Spannungsfeld zwischen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit. Das Ziel des Forschungsprojekts war es, Ingenieur*innen klare Vorgaben zu liefern, mit welchen diese anschliessend realistische Aussagen über die dynamischen Eigenschaften von Holzrahmenbauten machen können. So können zukünftig beim Bau von Holzrahmengebäuden die Baumassnahmen zur Erdbebensicherheit effizienter umgesetzt werden.

Empfehlungen zur Berechnung der Steifigkeit, Grundschwingzeit und Dämpfung

Martin Geiser, Professor für Erdbebeningenieurwesen an der BFH ist mit den Ergebnissen des Forschungsprojekts zufrieden. «Die neu gewonnen Erkenntnisse erleichtern Holzbau- und Bauingenieur*innen der Schweiz zukünftig die Arbeit», sagt Geiser. So ist es nun möglich mithilfe von üblichen Methoden, wie dem Ersatzstabverfahren, eine realistische Steifigkeit von Holzrahmenwänden zu ermitteln. Vorausgesetzt die eingegebenen Parameter zur Berechnung sind korrekt. Für eine genauere Quantifizierung der Steifigkeitszunahme infolge dynamischer Beanspruchung, bedarf es noch weitere Untersuchungen. Die Forschungsergebnisse machen jedoch Hoffnung, dass für grosse Amplituden zukünftig grössere Dämpfungsmasse verwendet werden können. Doch auch hier müssen die Resultate noch konsolidiert werden.

Nachdem das Institut für Holzbau, Tragwerke und Architektur IHTA sich mit den dynamischen Eigenschaften von Holzrahmenbauten befasst hat, nimmt es nun auch andere Konstruktionsarten in Angriff: CLT (Cross Laminated Timber) und das Blockhaus. Im Dynamic Test Center AG (DTC) der BFH in Vauffelin (BE) wird ab Mai 2021 schrittweise ein Testgebäude für Brettsperrholzbauwerke bzw. mit CLT ausgesteifte Holzbauten errichtet. An etwa zehn historischen Blockhäusern wurden bereits Schwingungsmessungen durchgeführt, ein Ausschwingversuch ist für Ende März 2021 geplant.

Mehr Informationen sowie eine Zusammenfassung des Forschungsprojekts finden Sie hier (Französisch). Unterstützt wurde das Forschungsprojekt vom Bundesamt für Umwelt (BAFU) sowie diversen am Projekt beteiligten Unternehmen der Holzbranche.

Erdbebensicher Bauen BFH

Kurs Erdbebengerechte Holzbauten

Holz- und Bauingenieur*innen sind zunehmend gefordert, schon in der Planung relevante Aspekte der Erdbebensicherheit miteinzubeziehen. Der Kurs Erdbebengerechte Holzbauten bietet ihnen eine gezielte Weiterbildung. Der Kurs richtet sich an praktizierende Bau- und Holzbauingenieur*innen. Die Teilnehmenden lernen die relevanten Normen, Ordnungen und Berechnungsverfahren kennen. Sie können diese anwenden, um auch unregelmässige Holzbauwerke und solche mit Mischsystemen, z. B. Holzrahmenbau kombiniert mit Brettsperrholz und Betonbauteilen, gemäss dem Antwortspektrumverfahren zu berechnen.

Am 26. März 2021 durften 20 Absolvent*innen des Kurses Erdbebengerechte Holzbauten ihre Projektarbeiten zum Thema «Erdbebengerechter Tragwerksentwurf» präsentieren. Der nächste Kurs startet im August 2022.  
 

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