Was ist die Ertüchtigungsberechnung von Stahlbetongebäuden?

Die Erdbebensicherheit eines nach TBDY 2018 ertüchtigten Gebäudes wird nach den Bewertungsgrundsätzen für bestehende Gebäude bestimmt. Die Ertüchtigungsberechnung ist also keine eigene Berechnung, sondern die erneute Durchführung derselben Vulnerabilitätsbewertung mit den ertüchtigten Bauteilen.

Die Norm definiert die Ertüchtigung auf Bauteil- und Systemebene: Umschnürung der Stützen mit faserverstärktem Kunststoff, Stahlbeton oder Stahl, Vergrößerung des Stützenquerschnitts (Ummantelung), Umschnürung der Träger, neue Stahlbetonwandscheiben und Ertüchtigung der Ausfachungswände. Jede Methode wirkt sich unterschiedlich auf Steifigkeit, Tragfähigkeit und Duktilität aus; so erhöhen Umschnürungsverfahren die Biegetragfähigkeit der Stütze nicht, die Ummantelung dagegen schon.

In StatiCAD wird die Ertüchtigung als Eigenschaft des Bauteils definiert. Ist die Option „Ertüchtigung berücksichtigen“ ausgeschaltet, berechnet das Programm den bestehenden Zustand des Gebäudes, ist sie eingeschaltet, den ertüchtigten Zustand; Steifigkeit, Tragfähigkeit, Schadensgrenzen, Gebäudeurteil und Bericht werden gemeinsam aktualisiert.

Was leistet StatiCAD bei der Stahlbeton-Ertüchtigung?

Berücksichtigung und Dokumentation der Bauteil- und Systemertüchtigung entsprechend den Vorgaben der Norm.

Stützenertüchtigung

  • Umwicklung mit faserverstärktem Kunststoff (FRP), EK 15B: Modell für umschnürten Beton, Schadensgrenzen und Querkraftbeitrag
  • Prüfung unzureichender Übergreifungslängen mit FRP (EK 15B.4) und erforderliche FRP-Dicke
  • Querschnittsvergrößerung (Ummantelung): 1–4 Seiten, Längsbewehrung und Bügel der Ummantelung; Faktor 0,9 für Steifigkeit und Tragfähigkeit
  • Erhöhung der Querkrafttragfähigkeit durch Stahlbeton- und Stahlumschnürung

Trägerertüchtigung

  • FRP-Umwicklung: Modell für umschnürten Beton und Querkraftbeitrag unter Beachtung des Bandabstands
  • Beitrag zur Querkrafttragfähigkeit durch äußere Bügel
  • Die normgemäße Regel, dass Umschnürungsverfahren die Biegetragfähigkeit der Träger nicht erhöhen, wird in der Berechnung angewendet

Wandscheiben- und Systemertüchtigung

  • Umwicklung der Randbereiche von Wandscheiben mit FRP
  • Neue Stahlbetonwandscheibe zur Ertüchtigung: vor der Ertüchtigung im Modell unberücksichtigt, danach als neues Bauteil bewertet
  • Prüfung der Anker zwischen Wandscheibe und bestehendem Rahmen auf Durchmesser, Abstand, Tiefe und Schubtragfähigkeit
  • Hinweise zu Wandscheibenrandbereich und Fundament

Ertüchtigung von Ausfachungswänden (EK 15C)

  • Ertüchtigung mit Putz mit Bewehrungsmatte und diagonalem FRP-Band
  • Modellierung mit äquivalenter diagonaler Druckstrebe (bei FRP zusätzlich Zugstrebe)
  • Schadensbereich über Querkrafttragfähigkeit und Schubwinkelgrenzen (TBDY Tabelle 15.2)
  • Die ertüchtigte Ausfachungswand geht als vertikales Bauteil in das Gebäudeurteil ein

Vorher und Nachher im selben Projekt

  • Die Ertüchtigungsdaten werden mit dem Projekt gespeichert; bei ausgeschalteter Option entsprechen die Ergebnisse denen des bestehenden Gebäudes
  • Bei eingeschalteter Option werden Steifigkeit, Tragfähigkeit, Schadensgrenzen und Gebäudeurteil für den ertüchtigten Zustand berechnet
  • Zusammenfassung Vorher → Nachher auf der ersten Berichtsseite: Leistungsniveau des Gebäudes, Prozentwerte der Kriterien nach 15.8, ertüchtigte Bauteile und Bauteile mit geändertem Schadensbereich

Normprüfungen

  • Sofortige Zusammenfassung der Normgrößen im Eigenschaftenfenster (Umschnürungsdruck, Festigkeit des umschnürten Betons, Querkraftbeiträge)
  • Eingaben, die die Bedingungen nicht erfüllen (Eckenradius des FRP, Seitenverhältnis, Umschnürungs- und Ummantelungsdicke, Anker, Putzdicke, Öffnungsverhältnis), erscheinen in der Projekt-Checkliste als Fehler oder Warnung
  • Die Steifigkeits- und Querschnittswirkung der Ertüchtigung fließt auch in die nichtlineare Pushover-Analyse ein

So funktioniert es

  1. Führen Sie die Vulnerabilitätsbewertung des bestehenden Gebäudes durch; dies ist der Zustand vor der Ertüchtigung.
  2. Geben Sie Methode und Parameter auf der Registerkarte Ertüchtigung im Eigenschaftenfenster der zu ertüchtigenden Stützen, Träger, Wandscheiben und Ausfachungswände ein. Über die Mehrfachauswahl können Sie sie auf mehrere Bauteile gleichzeitig anwenden.
  3. Aktivieren Sie in den Allgemeinen Projekteinstellungen die Option „Ertüchtigung berücksichtigen“ und führen Sie die Analyse erneut aus.
  4. Nehmen Sie mit der Option „Vergleich vor/nach der Ertüchtigung in den Bericht aufnehmen“ den Vergleich beider Zustände auf die erste Berichtsseite.

Berichte

Die Ertüchtigungsinformationen werden in den Bericht zur Vulnerabilitätsanalyse eingearbeitet:

  • Spalte „Ertüchtigung“ mit Methode und Parametern in den Stützen- und Trägertabellen
  • Ankerverhältnis und Hinweis zum Randbereich in der Zeile der neuen Wandscheibe
  • Schubwinkel, Tragfähigkeit und Schadensbereich bei ertüchtigten Ausfachungswänden
  • Vergleich des Leistungsniveaus des Gebäudes vor und nach der Ertüchtigung
  • Zeilen zu Normbedingungen in der Projekt-Checkliste

Verifizierung

Die Beziehungen des Ertüchtigungsmoduls, also das Umschnürungsmodell nach EK 15B, die Querkraftbeiträge, die Übergreifungsprüfung, die Querschnittswerte der Ummantelung und die diagonalen Streben nach EK 15C, wurden numerisch mit unabhängigen Berechnungen und Handrechnungen verglichen.

Dass die Ergebnisse bei ausgeschalteter Ertüchtigungsoption mit denen des Gebäudes ohne definierte Ertüchtigung exakt identisch bleiben, wird in jeder Version geprüft.

Details der Verifizierungsarbeiten (Wissensdatenbank)

Normen

TBDY 2018 15.9–15.10 EK 15B (faserverstärkter Kunststoff) EK 15C (Ausfachungswand) TBDY 2018 Kapitel 15 TS 500
In welcher Version? Das Modul für die Stahlbeton-Ertüchtigung ist zusammen mit der Vulnerabilitätsbewertung von Stahlbeton in den Versionen StatiCAD Ultimate, Profesyonel und Betonarme enthalten.

Häufig gestellte Fragen

Welche Ertüchtigungsmethoden können berechnet werden?

Bei Stützen Umwicklung mit faserverstärktem Kunststoff, Ummantelung (Querschnittsvergrößerung), Stahlbeton- und Stahlumschnürung; bei Trägern Umwicklung mit faserverstärktem Kunststoff und äußere Bügel; bei Wandscheiben Umwicklung des Randbereichs mit faserverstärktem Kunststoff und neue Stahlbetonwandscheibe; bei Ausfachungswänden Putz mit Bewehrungsmatte und diagonales Band aus faserverstärktem Kunststoff.

Sind für den Zustand vor und nach der Ertüchtigung zwei getrennte Projekte erforderlich?

Nein. Die Ertüchtigung wird als Eigenschaft des Bauteils im selben Projekt gespeichert. Bei ausgeschalteter Option „Ertüchtigung berücksichtigen“ wird das bestehende Gebäude berechnet, bei eingeschalteter das ertüchtigte Gebäude; der Vergleich beider Zustände kann auf die erste Berichtsseite übernommen werden.

Worin besteht der Unterschied zwischen Ummantelung und Umwicklung mit faserverstärktem Kunststoff?

Nach TBDY 2018 erhöhen Umschnürungsverfahren (faserverstärkter Kunststoff, Stahlbeton- und Stahlumschnürung) die Biegetragfähigkeit der Stütze nicht; sie erhöhen Duktilität und Querkrafttragfähigkeit. Die Ummantelung vergrößert dagegen den Querschnitt und erhöht damit Steifigkeit sowie Biege- und Querkrafttragfähigkeit gemeinsam. StatiCAD berücksichtigt jede Methode mit diesen Unterschieden.

Wird die Ertüchtigung auch in der Pushover-Analyse berücksichtigt?

Ja. Die Steifigkeits- und Querschnittswirkungen der Ertüchtigung mit faserverstärktem Kunststoff, Ummantelung, neuer Wandscheibe und Ausfachungswand fließen auch in die nichtlineare Pushover-Analyse ein. Zusätzliche Querkraftprüfungen wie Stahlumschnürung, äußere Bügel und Anker werden in der linearen Bewertung dokumentiert.

Was geschieht, wenn ich eine Ertüchtigung eingebe, die die Normbedingung nicht erfüllt?

Die Berechnung bricht nicht ab; die betreffende Bedingung erscheint in der Projekt-Checkliste als Fehler- oder Warnzeile und wird auch in der Zusammenfassung im Eigenschaftenfenster angezeigt. Die endgültige Entscheidung trifft der Ingenieur.

Gibt es eine Ertüchtigungsberechnung für Mauerwerksgebäude?

Ja. Bei Mauerwerksgebäuden kann mit Spritzbeton, vertikalen Ringankern, faserverstärktem Kunststoff und neuen Wänden ertüchtigt werden. Einzelheiten finden Sie auf der Seite Mauerwerksbau-Programm.

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