Seismische Tragfähigkeit eines Stahlbetongebäudes

Die Forschung in den Disziplinen der Seismologie und des Erdbebeningenieurwesens hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Die neuen Erkenntnisse sind heute in modernen Normenwerken für die Auslegung von Neubauwerken vollumfänglich implementiert und nutzbar. Für bestehende Bauwerke, die nach älteren Normengenerationen ausgelegt worden sind, ist dies nicht der Fall. Gerade für solche Bauwerke, insbesondere in Regionen mit hoher Seismizität und/oder hohem Risikopotenzial, besteht aber der Bedarf einer möglichst realistischen Ermittlung der seismischen Tragfähigkeit. Der vorliegende Aufsatz erläutert die Berechnung der seismischen Tragfähigkeit eines bestehenden Stahlbetontragwerks basierend auf dem neuesten Stand von Wissenschaft und Technik. Dazu wird zunächst mittels einer Pushover-Analyse das nichtlineare Kraft-Verformungs-Verhalten der Struktur relativ aufwendig modelliert. Die daraus ermittelte Kraft-Verformungs-Linie wird auf einen charakteristischen Einmassenschwinger appliziert. Für die Umwandlung der Tragstruktur in einen äquivalenten Einmassenschwinger mit identischen dynamischen Eigenschaften werden die weiteren modalen Parameter mithilfe von Boden-Bauwerk-Interaktionsberechnungen bestimmt. Zusätzlich wird der Einmassenschwinger auch mit einem Hysterese-Modell ausgestattet. Anschließend wird der Einmassenschwinger mit verschiedenen seismischen Beschleunigungs-Zeitverläufen beaufschlagt. Dabei wird ein Duktilitätsbedarf ermittelt. Die Beaufschlagung des Einmassenschwingers erfolgt für verschiedene skalierte Beschleunigungs-Zeitverläufe, sodass verschiedene Erdbebenintensitäten berücksichtigt werden. Da die strukturmechanischen Berechnungen auf der Widerstandsseite sowohl mit charakteristischen Werten als auch mit Mittelwerten durchgeführt wurden, eine Streuung verschiedener modaler Parameter angenommen wurde und die Streuung der seismischen Einwirkung über die verschiedenen Zeitverläufe berücksichtigt wird, kann eine Streuung der Tragfähigkeit des Bauwerkes für seismische Einwirkungen angegeben werden. Als Ergebnis werden die Parameter einer Fragility-Kurve für seismische Einwirkungen und die seismische Tragfähigkeit als ein Punkt auf der Fragility-Kurve präsentiert.