Erdbebensicherheit von Holzgebäuden

Ein Forschungsprojekt der Berner Fachhochschule BFH zielt darauf ab, bestehende Wissenslücken im Bereich dynamische Eigenschaften von Holzrahmenbauten zu schliessen. Mit Unterstützung des Bundesamts für Umwelt BAFU hat die BFH ein hölzernes Testgebäude entworfen. Der vierstöckige Holzrahmenbau wird von den am Projekt beteiligten Unternehmen der Holzbranche realisiert. Am Testgebäude werden unterschiedliche Tests durchgeführt, um seine dynamischen Eigenschaften zu bestimmen. Ziel ist, wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Erdbebensicherheit von Holzrahmenbauten zu gewinnen.

Steckbrief

Lead-Departement(e) Architektur, Holz und Bau
Institut(e) Institut für Holzbau IHB
Laufzeit (geplant) 01.01.2018 - 01.06.2020
Projektverantwortung Martin Geiser
Projektleitung Martin Geiser
Projektmitarbeitende Urs Oberbach
Partner BAFU

Institut für Holzbau

Ausgangslage

Dynamische Eigenschaften, insbesondere die Grundschwingzeit T₁, sind im Erdbebeningenieurwesen von zentraler Bedeutung. Die seismischen Kräfte hängen vom dynamischen Verhalten des Tragwerks ab. Jedoch können die Ergebnisse abhängig von der verwendeten Berechnungsmethode stark variieren. Ingenieurinnen und Ingenieure befinden sich daher in einem Spannungsfeld zwischen Wirtschaftlichkeit und Sicherheit.

Ziele

Die Ergebnisse der unterschiedlichen Tests am Holzrahmengebäude werden den Ingenieurinnen und Ingenieuren klare Vorgaben liefern, mit welchen sie anschliessend die dynamischen Eigenschaften realistisch bestimmen können. Die sichere Bestimmung der dynamischen Eigenschaften bedeutet, dass zuverlässige Aussagen über die Auswirkungen seismischer Einwirkungen gemacht werden können. Somit können die Ergebnisse zukünftige Holzkonstruktionen und ihre Baukosten optimieren.

Vorgehen

Der Kern des Projekts ist der Bau eines Testgebäudes in Holzrahmenbauweise. Das Gebäude wird hinsichtlich Höhe, Masse und Konstruktion im Massstab 1:1 errichtet. Nur die Grundfläche wird in reduzierter Form realisiert. Die Masse aller verwendeten Komponenten wurden im Vorfeld bestimmt. Bevor das Holz abgebunden und die Wände zusammengesetzt wurden, hat man zudem die Holzfeuchte, die Dichte und die Steifigkeit der Hauptbauteile aus Holz und OSB-Platten gemessen. Das Gebäude wird in Etappen, ein Stockwerk nach dem anderen, errichtet. Nach jeder Etappe wird die statische Steifigkeit des Gebäudes gemessen und zwei Arten von dynamischen Tests werden durchgeführt. Der erste Test ist die sogenannte «Umgebungsgeräusch»-Messung. Dabei werden mithilfe von hochempfindlichen Beschleunigungssensoren die natürlich induzierten Schwingungen, die beispielsweise durch Wind entstehen, aufgezeichnet. Für den zweiten Test mit freien Schwingungen, wird das Bauwerk viel stärkeren Amplituden ausgesetzt. Bei diesem Test wird das Gebäude seitlich mit einem Seil in eine Richtung gezogen und plötzlich losgelassen. Die entstehenden Schwingungen werden mit Hilfe von Beschleunigungssensoren gemessen. Nach Abschluss aller dynamischen Tests wird der Versagensmechanismus des Gebäudes überprüft. Mit anderen Worten wird das Gebäude mittels einer leistungsstarken Seilwinde bis zum Versagen beansprucht.