Erdbebensicher Bauen - bei der Schweizerischen Bauschule Aarau ...

Erdbebensicher Bauen
Ist diese Zerstörung zu verhindern?
Bauführertagung 2011
Schweizerische Bauschule Aarau
Suhrenmattstrasse 48
5035 Unterentfelden
Datum
22. Juni 2011

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Quelle: Web
Erdbebensicher Bauen
Yves Mondet, Basler & Hofmann Zürich
Bauführertagung 2011 | 22.06.2011 | YM
Ist das zu verhindern?
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Naturereignis Erdbeben
_ Was ist ein Erdbeben?
_ plötzlicher Spannungsabbau entlang von
Brüchen in der Erdkruste
_ freigesetzte Energie läuft in Form von
Erdbebenwellen durch die Erde
_ Erschütterungen an der Erdoberfläche
_ Magnitude – "Richterskala"
_ 1 Wert pro Erdbeben, Mass für freigesetzte
Energie, exponentiell
_ Intensitätsskala EMS
_ n Werte pro Erdbeben, Mass für Schaden,
abhängig u.a. vom Abstand zum Erdbebenherd
Erdbeben in der Schweiz
Erdbeben-Gefährdungs-Karte Europa
Deckeneinsturz Kirche von Chippis
Quelle: Web
_ Mittlere Gefährdung in Europa
_ Ereignisse in der Schweiz (Bsp.)
_ Basel 1356, Magnitude 6,5 bis 7,0
_ Visp 1855, Magnitude 6,4
_ Sierre 1946, Magnitude 6,1
_ Statistik für die Schweiz
_ 500 Beben pro Jahr, 2% wahrgenommen
_ alle 10 Jahre 1 Beben der Magnitude 5
_ alle 100 Jahre 1 Beben der Magnitude 6
Quelle: BGR
Quelle: Web
Quelle: Crealp
_ alle 1'000 Jahre 1 Beben der Magnitude 6,5 - 7,0
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Erdbebengefährdung in der Schweiz
_ Grosser Erdbeben-Katalog
_ aus historischen und heutigen Quellen
_ Erhöhte Gefährdung
_ Zentralschweiz, Graubünden
_ Wallis, Basel
Erdbebengefährdung in der Schweiz.
Abgebildet sind Erdbeben aus dem
Zeitraum von 250 bis 2003 n. Chr. mit
einer Magnitude grösser als 2,5. Die
Daten für Beben bis Anfang des 20.
Jahrhunderts sind aus Chroniken
abgeleitet.
Quelle: Nagra
Erdbeben, das grösste naturbedingte Risiko der Schweiz
_ Risiko = Gefährdung × Verletzbarkeit × Wert
_ Über 80% der Bauten in der Schweiz weisen eine unbekannte und oft
ungenügende Erdbebensicherheit auf!
_ Relevante Vorschriften für erdbebensicheres Bauen erst seit 1989 in den
CH-Baunormen verankert, wurden aber beim Bau häufig missachtet;
heute gültige moderne Vorschriften sind aus dem Jahr 2003
_ Gebäudewerte CH: Total ca. CHF 2'000 Mia.
Erdbeben
_ Schadenpotential
_ Erdbeben gehören für die
Schweiz zu den grössten Risiken
_ Basler-Beben 1356 heute
Epidemie
Migration
KKW-Störfall
_ Tote in den Tausenden, CHF 50 bis 100 Mia. Sachschäden
Trockenheit/Hitze
Hochwasser
Kältewelle
Gewitter
LawineSturm
Quelle: Katarisk 2003
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Erdbeben, was ist zu tun?
_ "Verlassen wir uns nicht
auf Superman!"
_ Risiko = Gefährdung × Verletzbarkeit × Wert
_ Gefährdung nicht beeinflussbar
_ Verletzbarkeit senken, d.h. Bauten erdbebensicher bauen/verstärken
_ Werte kaum beeinflussbar, hohe Bevölkerungsdichte und Lebensstandard
_ Erdbebenrisiko kann durch erdbebensicheres Bauen massiv
gesenkt werden.
_ "... earthquakes do not kill people, poorly designed
structures do ..." (Professor C. Christopoulos', Toronto)
Was bedeutet ein Erdbeben für ein Gebäude?
Zeichnung: E. Rosales
_ Normalerweise ruht ein Gebäude bzw. Tragwerk, ist unbewegt und auf die
zeitlich relativ konstanten vertikalen Schwerelasten bemessen,
z.B. Gewicht, Schnee, Nutzlasten
Baustatik: Stabilität ruhender, unbewegter Systeme
_ Erdbeben ist eine zeitlich veränderliche dynamische vertikale und
horizontale Einwirkung auf das Gebäude bzw. Tragwerk
Baudynamik: Stabilität schwingender, sich bewegender Systeme
_ Baustatik und Baudynamik erfordern unterschiedliches Wissen und
unterschiedliche Berechnungsmethoden
_ Ein Gebäude muss ein Tragwerk für vertikale und horizontale Einwirkungen
aufweisen!
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Worauf ist bei Neubauten zu achten?
_ Bewusstsein und Wille
_ Aller Beteiligter (Bauherr, Betreiber,
GU, Architekt, Ingenieur, Baumeister, …)
_ Erdbeben ist ein grosses Risiko!
_ Erdbebensicheres Bauen verringert
das Risiko massiv
_ Mehrkosten für erdbebensicheres Bauen nur 0 bis 1 % der Baukosten
_ Frühzeitige Zusammenarbeit aller Beteiligter
_ insbesondere die Zusammenarbeit von Architekt und Ingenieur ist zentral
_ Schnittstellen klären, regeln und fixieren (z.B. HT-Aussparungen, ...)
_ führt zu ganzheitlich optimaler Lösung für die Erdbebensicherung
Worauf ist bei Neubauten zu achten?
_ Ingenieur mit Fachkompetenz
Erdbebeningenieurwesen
_ vertiefte Ausbildung, Know-how, Erfahrung
_ Anwendung modernster Berechnungsmethoden
_ optimales Erdbebenkonzept gewährleistet optimalen Mitteleinsatz
_ Erdbebenkonzept erarbeiten und schriftlich festhalten
Zeichnung: E. Rosales
_ Anforderungen an die Erdbebensicherheit in der Nutzungsvereinbarung
(Bauherr – Ingenieur) festhalten
_ Tragsicherheit (Normanforderung), inwieweit Gebrauchstauglichkeit?
_ Umsetzung des Erdbebenkonzepts kontrollieren
_ Erläuterung und Sensibilisierung Baumeister, Handwerker
Tragwerksmodell und
Eigenschwingung
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Zentrale technische Aspekte
Ausknicken der
Längsbewehrung
infolge ungenügender
Verbügelung und deren
Verankerung (90°-Haken
anstatt 135°-Haken)
Soft Story Versagen
_ Tragwerk für horizontale Kräfte
(horizontal aussteifende Elemente, meist Wände)
_ Wände vertikal kontinuierlich bis ins UG durchlaufend (kein Soft Story)
_ Wände möglichst symmetrisch im Grundriss angeordnet (keine Torsion)
_ Stahlbetonwände besser geeignet als Mauerwerkswände
_ Konstruktive Details und genaue Bauausführung sind mitentscheidend
_ Nichttragende Bauteile am Tragwerk befestigen/halten
_ Nichttragende Wände/Trennwände, heruntergehängte Decken,
Doppelböden, Fassade, Brüstungen, Giebelwände, ...
Erdbebenverhalten Beispiel
schlechtes Gebäudeverhalten,
ungenügende Erdbebensicherheit
_ Erdbebeneinwirkung: 475 jährliches Erdbeben
BS/VS, Magnitude ≈ 6 bis 6,5
_ Verstärkung einer unsymmetrischen Aussteifung
_ Reduktion der Gebäudeverformungen um 50 %
Quellen: BWG, Web
besseres Gebäudeverhalten,
erdbebensicher dank Verstärkung
X-Richtung Auslenkung [cm]
10
5
0
-5
-10
0 5 10 15 20 25 30
Zeit [s]
Schwach
Verstärkt
6

Wie?
Was?
Wann?
Wer?
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Überprüfung bestehender Gebäude
_ Einzelobjekt: Überprüfung nach SIA Merkblatt 2018 (2004)
_ Bauwerksbestände: risikobasierte Inventarisierungsverfahren
_ grundsätzlich alle Gebäude
_ aus wirtschaftlicher und risikotechnischer Sicht jedoch v.a. Gebäude mit
- wichtiger Funktion (Spitäler, Feuerwehr, Polizei, Verwaltung, ...)
- vielen Menschen (Schulen, Kino, Einkaufszentren, ...)
- Gefahren für Umwelt (Chemieanlagen, Labore, ...)
- verlustreichen Betriebsausfällen (Fabrikation, Banken, ...)
- gefährlichen Konstruktionsweisen (Soft Story, Mauerwerk, ...)
_ wichtige Gebäude raschmöglichst, alle anderen Gebäude vor dem
Beginn des nächsten Umbaus oder Sanierung
_ Überprüfung / Sanierung sind anspruchsvolle Aufgaben, erfordern
Spezialwissen, d.h. einen spezialisierten Erdbebeningenieur
Überprüfung und Sanierung bestehender Gebäude
Wieviel?
Wann
sanieren?
Wie
sanieren?
Erdbebenertüchtigung durch
aussenseitige Verstärkung mit
vorgespannten CFK-Lamellen
Eigenschwingung
am Modell
_ Aufwand der Überprüfung hängt von vielen
Einflüssen ab (Gebäudetyp, Material, ...)
_ Kosten für eine Erdbebenertüchtigung sind i.a.
etwa 1 bis 10 % der Gesamtsanierungskosten
_ wenn die Kosten der Sanierung gem. SIA 2018
verhältnismässig / zumutbar sind
_ bei höheren Ansprüchen des Eigentümers
_ Synergien von Umbau/Sanierung nutzen
_ Beheben von (lokalen) Schwachstellen
_ Regularität verbessern (Torsion minimieren)
_ Erstellen von neuen zusätzlichen aussteifenden
Elementen (Wände, Fachwerke, Rahmen)
_ Erhöhen der Flexibilität / Duktilität
_ Seismische Isolation / Dämpfung (CH selten)
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Beispiele von Sanierungen bestehender Gebäude
Quelle: BAFU
Erdbebenertüchtigung durch Schliessen einer
Dilatationsfuge (Verbessern der Regularität)
Erdbebenertüchtigung,
SIA Merkblatt 2018
Erfüllungsfaktor � � [-]
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
10
keine Massnahmen
Beurteilung der
Verhältnismässigkeit
Massnahmen erforderlich
20 40 60
Restnutzungsdauer [Jahre]
Erdbebenverstärkung
durch Aussteifung
mittels
Stahlbetonwand
oder
Stahlfachwerk
Erdbebensicherheit im
IST-Zustand
(Erfüllungsfaktor)
Personenrisiko &
Gebäudebedeutung
Quelle: web
Erdbebenertüchtigung durch
Erhöhen der Duktilität mittels
aufgeklebten CFK-Lamellen
SIA 2018
verhältnismässig ?
zumutbar ?
_ SIA 2018: Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erdbeben
100
Konzept & Kosten
der Massnahmen
Entscheid
verstärken
ja / nein
_ Heutiger normgemässer Zustand anstreben, unter Wahrung der Verhältnismässigkeit
/ Zumutbarkeit (wirtschaftliche und risikotechnische Überlegungen)
_ Erfüllungsfaktor, d.h. wie hoch ist die Erdbebensicherheit des Gebäudes.
Erfüllungsfaktor � = 1 bedeutet einen heutigen normgemässen Zustand
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Fragen und Informationen
Faltblätter
BAFU
Stiftung für Baudynamik und Erdbebensicherheit
Yves Mondet, Erdbebenexperte, Basler & Hofmann
yves.mondet@baslerhofmann.ch, +41 44 387 13 63
Vielen Dank!
Basler & Hofmann Zürich
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Erdbebensicheres Bauen
Spezialisten für Erdbebensicherheit
Dienstleistungen
Grundlagen erarbeiten
Praxisorientierte Richtlinien und
Massnahmenkonzepte erarbeiten,
Wissen entwickeln in Forschungsprojekten
Beraten
Beratung in Erdbebenfragen: Von
den Sicherheitsbedürfnissen und
dem optimalen Vorgehen über die
Überprüfung der Erdbebensicherheit
bis zur Ausführung von
Erdbebenverstärkungen
Erdbebensichere Neubauten
Erdbebengerechte Tragwerkskonzepte,
Bemessung und Konstruktion
nach den aktuellsten
Baunormen
Überprüfen und Ertüchtigen
Überprüfen der Erdbebensicherheit,
Erarbeiten von Ertüchtigungskonzepten
und Projektieren
der Ertüchtigungsmassnahmen
www.baslerhofmann.ch
Links: SIA-Haus, Zürich. Überhöhte Tragwerksverformung bei Erdbebeneinwirkung Mitte: Wohnüberbauung
Zürich. Aussenseitige Erdbebenertüchtigung von Mauerwerkswänden mit vorgespannten CFK-
Lamellen. Rechts: Hörsaalgebäude HPH der ETH. Erdbebenverstärkung mit schrägen Stahlstützen.
Mit dem Schutz unserer Gebäude und Infrastrukturanlagen
gegen die Naturgefahr Erdbeben
vermeiden wir schwerwiegende Folgen
wie Tote und Verletzte sowie Schäden im
Ereignisfall:
"... earthquakes do not kill people, poorly designed
structures do ..." (Prof. Christopoulos', Toronto)
Grundlagen und Wissen entwickeln
Im interdisziplinären Feld der Erdbebenvorsorge
erarbeiten wir praxisorientierte Richtlinien
und Massnahmenkonzepte für Bauherrschaften,
Planer und Behörden. Durch die Mitwirkung
an internationalen Forschungsprojekten
entwickeln wir Wissen und nehmen aktiv am
internationalen Wissenstransfer teil.
Beratung in Erdbebenfragen
Wir beraten die Bauherrschaft, Planer und
Behörden in Erdbebenfragen und vermitteln
nötiges Wissen für den Umgang mit dieser
Naturgefahr. Abgestimmt auf die jeweiligen
Bedürfnisse entwickeln wir Lösungen und
Vorgehenskonzepte für spezifische Fragestellungen.
Erdbebensichere Neubauten erstellen
Durch die frühe, aktive Mitarbeit im Planerteam
sorgen wir für die Erdbebensicherheit
bei Neubauten. Durch erdbebengerechte
Tragwerkskonzepte sowie die Bemessung und
Konstruktion nach den neusten Methoden des
erdbebensicheren Bauens erfüllen wir die
Anforderungen der aktuellen Normen.
Erdbebensicherheit überprüfen
Als Erdbebenspezialisten verfügen wir über
Spezialwissen und viel Erfahrung mit Erdbebensimulationen
und der Anwendung modernster
Berechnungsmethoden wie dem verformungsbasierten
Verfahren. Damit können wir
die Erdbebensicherheit bestehender Bauwerke
zuverlässig bestimmen. Handelt es sich dabei
um ein Einzelobjekt, ist die Erdbebenüberprüfung
nach Merkblatt SIA 2018 sinnvoll. Bei
Gebäudebeständen kommen mehrstufige
Inventarisierungsverfahren zum Einsatz, um
kritische Gebäude zu eruieren.
Ertüchtigungskonzepte erarbeiten
In interdisziplinären Teams unter Einbezug
der Bauherrschaft erarbeiten wir Erdbebenertüchtigungskonzepte
und erstellen Kostenschätzungen,
die als Entscheidungsgrundlage
für das weitere Vorgehen dienen. Dabei suchen
wir nach betrieblich und sicherheitstechnisch
optimalen, wirtschaftlichen Lösungen.
Erdbebenertüchtigung umsetzen
Erdbebenertüchtigungen lassen sich intelligent
mit Gebäudesanierungen kombinieren. Wir
sorgen in der Ausführungsprojektierung für
optimale und wirtschaftliche Lösungen und
kontrollieren die erdbebengerechte Ausführung
auf der Baustelle.

www.baslerhofmann.ch