A3 Seismische Bauphysik

Thema

Moderne seismische Bemessung basiert auf einem Antwortspektrum: Für jedes Gebäude ergibt sich, abhängig von der natürlichen Schwingungsdauer, eine zu erwartende Bemessungsbeschleunigung bei einem Erdbeben. Diese Beschleunigung hängt auch von der charakteristischen Beschleunigung des Gebiets und deren Verstärkung oder Dämpfung durch die Bodenbeschaffenheit ab. Aus dieser Beschleunigung wird die äquivalente, auf das Gebäude wirkende Seitenkraft abgeleitet, die proportional zu seiner Masse ist. Die relative Verschiebung jedes Geschosses zum darunterliegenden hängt von dieser Kraft und der Seitensteifigkeit dieses Geschosses ab – jener Steifigkeit, deren Bedeutung für das strukturelle Gleichgewicht bereits im ersten Modul dieses Katalogs erläutert wurde.

Der zentrale Gedanke der modernen seismischen Bemessung ist, dass es bei einem starken Erdbeben akzeptabel ist, wenn das Gebäude in einen nicht-elastischen Zustand eintritt – sich also über den rein elastischen Bereich hinaus verformt –, solange ein Einsturz nicht gewährleistet ist. Dies erfordert Duktilität des Tragwerks: die Fähigkeit, sich weit über den Punkt hinaus zu verformen, an dem es dauerhaft verformt wird, ohne seine Tragfähigkeit zu verlieren. Diese Fähigkeit zur Verformung ohne Versagen ermöglicht die Dissipation von Erdbebenenergie durch zyklische Belastung und Entlastung des Baumaterials, anstatt dass sich diese Energie bis zum Bruch des Bauteils ansammelt.

Basisdämpfungssysteme gehen noch einen Schritt weiter: Anstatt die seismische Energie vom Bauwerk absorbieren und dissipieren zu lassen, entkoppeln sie das Gebäude teilweise von der Bodenbewegung. Diese Entkopplung kann die auf das Bauwerk einwirkenden seismischen Kräfte um ein Vielfaches reduzieren.

Deshalb zeigt dieses Modul, dessen Beschleunigung von der Schwingungsdauer des Gebäudes abhängt, dass seismische Sicherheit nicht durch die Verhinderung von Verformungen erreicht wird, sondern durch die gezielte Gestaltung der Verformung: entweder durch Energiedissipation mittels kontrollierter Duktilität oder durch direkte Verhinderung des Eindringens dieser Energie in das Bauwerk durch Basisdämpfung.

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