Leitfaden zur Ermittlung der Grundschwingzeit von Holzbauten im Erdbebenfall
Auf Grundlage interpretierter Ambient Vibration Tests (AVT) unterstützt der Leitfaden Planende bei der realitätsnahen Ermittlung und Plausibilisierung der Grundschwingzeit von Holzbauten und Holz-Hybridbauten für die Erdbebenbemessung.
Steckbrief
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Beteiligte Departemente
Architektur, Holz und Bau
Architektur, Holz und Bau - Institut(e) Institut für Holzbau IHB
- Forschungseinheit(en) Fachgruppe Holztragwerke FGH
- Förderorganisation Schweizerische Eidgenossenschaft (Bundesverwaltung)
- Laufzeit (geplant) 01.08.2022 - 31.12.2026
- Projektleitung Lukas Furrer
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Projektmitarbeitende
Lukas Furrer
Urs Theodor Oberbach
Kylian Maître
Lukas Kramer -
Partner
Bundesamt für Umwelt BAFU
BBL
armasuisse
Swiss Timber Engineers STE - Schlüsselwörter Erdbebeningenieurwesen, Grundschwingszeit, Ambient Vibration Tests
Ausgangslage
Die Grundschwingzeit ist ein zentraler Parameter für die Ermittlung der Erdbebeneinwirkung. Ihre Bestimmung ist bei Holzbauten jedoch mit erheblichen Unsicherheiten verbunden. Während die Gebäudemasse vergleichsweise zuverlässig erfasst werden kann, lässt sich die effektive horizontale Steifigkeit in vereinfachten Tragwerksmodellen nur bedingt abbilden. Insbesondere nichttragende Bauteile, sekundäre seismische Bauteile und weitere Effekte können die Steifigkeit wesentlich beeinflussen. Dadurch wird die Grundschwingzeit in Berechnungsmodellen häufig überschätzt, was bei kraftbasierten Verfahren zu einer Unterschätzung der Erdbebeneinwirkung führen kann. Bestehende normative Ansätze berücksichtigen diese Problematik nur teilweise. Es besteht daher Bedarf an praxisorientierten Grundlagen für eine realitätsnahe Bestimmung und Plausibilisierung der Grundschwingzeit von Holzbauten und Holz-Hybridbauten.
Vorgehen
Die Datengrundlage bilden Ambient Vibration Tests (AVT) an einer grossen Anzahl von Holz- und Holz-Hybridbauten. Berücksichtigt werden Messungen aus dem Forschungsprojekt, aus weiteren Projekten der BFH sowie aus der internationalen Fachliteratur. Da die mittels AVT bestimmten Grundschwingzeiten nicht direkt für die Erdbebenbemessung verwendet werden können, wurden Messung und räumliches Tragwerksmodell bei 24 ausgewählten Bauwerken detailliert abgeglichen. Dabei wurden insbesondere die Unterschiede hinsichtlich Masse, Schwingungsamplitude und effektiver Steifigkeit untersucht. Aus diesem Abgleich wurden Umrechnungsfaktoren abgeleitet, mit denen weitere AVT-Messungen interpretiert und in bemessungsrelevante Grundschwingzeiten überführt werden können. Die so erhaltene Datengrundlage wird nach Aussteifungssystemen kategorisiert und mittels Regressionsanalysen ausgewertet.
Ergebnisse
Die Untersuchungen zeigen, dass vereinfachte Tragwerksmodelle die effektive horizontale Steifigkeit von Holzbauten häufig unterschätzen und dadurch zu vergleichsweise langen Grundschwingzeiten führen. Die Abgleiche zwischen Messung und Modell ermöglichen es, die Einflüsse der Masse, der Schwingungsamplitude sowie zusätzlicher Steifigkeitsbeiträge systematisch zu berücksichtigen. Auf Grundlage der interpretierten AVT-Messungen werden für unterschiedliche Aussteifungssysteme Regressionsanalysen durchgeführt. Daraus werden Näherungsbeziehungen zur Bestimmung der bemessungsrelevanten Grundschwingzeit in Abhängigkeit der Bauwerkshöhe abgeleitet. Die entsprechenden Beiwerte unterscheiden sich je nach Typ des Aussteifungssystems. Die Ergebnisse schaffen damit eine empirisch und analytisch abgestützte Grundlage zur Bestimmung und Plausibilisierung der Grundschwingzeit von Holz- und Holz-Hybridbauten.
Ausblick
Die Projektergebnisse werden in einem praxisorientierten Leitfaden zusammengeführt. Dieser soll Planenden ermöglichen, die Grundschwingzeit von Holz- und Holz-Hybridbauten mit einfachen Mitteln abzuschätzen sowie Ergebnisse aus räumlichen Tragwerksmodellen zu plausibilisieren. Damit soll insbesondere das Risiko vermieden werden, die Erdbebeneinwirkung aufgrund unrealistisch langer rechnerischer Grundschwingzeiten zu unterschätzen.
