Wie erfolgt die Ertüchtigung von Stahlbetongebäuden?
Dieser Artikel beschreibt die Anwendung des Ertüchtigungsmoduls von StatiCAD nach TBDY 2018 (Turkish Building Earthquake Code 2018) Kapitel 15.10, ANHANG 15B und ANHANG 15C. Das Modul baut auf der Kette der Leistungsbewertung bestehender Gebäude auf: Die Ertüchtigung ist eine Eigenschaft des Bauteils, und eine einzige Hauptoption legt fest, ob sie in die Berechnung eingeht. Zum theoretischen Hintergrund siehe den Artikel Theoretische Grundlagen der Stahlbeton-Ertüchtigung, zu den Validierungsstudien den Artikel Validierungsstudien zur Stahlbeton-Ertüchtigung.
In welchen Editionen? Die Leistungsbewertung von Stahlbetongebäuden und die Ertüchtigung sind in den Editionen Ultimate, Profesyonel und Betonarme enthalten. In den übrigen Editionen bleiben die Ertüchtigungsdaten im Projekt erhalten, werden in der Oberfläche jedoch nicht angezeigt und gehen nicht in die Berechnung ein.
1. Allgemeiner Ablauf: Vorher und Nachher in derselben Datei
- Modellieren Sie das bestehende Gebäude; aktivieren Sie unter Allgemeine Projekteinstellungen → Normenauswahl → Gruppe Leistung B.15 die Leistungsbewertung für Stahlbeton, führen Sie die Analyse durch und erstellen Sie den Bericht. Dies ist der Zustand vor der Ertüchtigung.
- Geben Sie im Fenster Eigenschaften der zu ertüchtigenden Bauteile (Rechtsklick → Eigenschaften) auf der Registerkarte Ertüchtigung das Verfahren und die Parameter ein (siehe Abschnitt 2). Diese Angaben werden mit dem Projekt gespeichert.
- Setzen Sie in der Gruppe Leistung B.15 der Allgemeinen Projekteinstellungen das Kontrollkästchen „Ertüchtigung berücksichtigen“ und führen Sie die Analyse erneut aus. Nun berechnet die gesamte Kette (Steifigkeit, Tragfähigkeit, Schadensgrenzen, Gebäudeentscheidung, Bericht) den ertüchtigten Zustand.
- Optional können Sie mit dem Kontrollkästchen „Vergleich vor/nach der Ertüchtigung in den Bericht aufnehmen“ eine Zusammenfassung beider Zustände nebeneinander auf der ersten Seite des Berichts ausgeben (siehe Abschnitt 4).
Ist das Kontrollkästchen deaktiviert, berechnet das Programm das Gebäude im Zustand vor der Ertüchtigung; die Ergebnisse sind identisch mit denen eines Gebäudes, für das keine Ertüchtigungsdaten eingegeben wurden.
2. Registerkarte Ertüchtigung
Die Registerkarte befindet sich in den Fenstern für Stützen (Eigenschaften vertikaler Ringanker), Träger (Ringbalken-Eigenschaften) und Wände/Wandscheiben (Wandeigenschaften). Die drei Optionen oben verhindern, dass bei Mehrfachauswahl versehentlich etwas angewendet wird:
| Option | Bedeutung |
|---|---|
| Keine (erscheint nur bei Mehrfachauswahl) | Beim Klicken auf OK bleibt die Ertüchtigungseinstellung der ausgewählten Bauteile unberührt. Bei Mehrfachauswahl ist dies die Vorgabe. |
| Nicht anwenden | Bei den ausgewählten Bauteilen wird die Ertüchtigungskennzeichnung entfernt. Bei einem einzelnen Bauteil ist dies die Vorgabe. |
| Anwenden | Das unten gewählte Verfahren und die Parameter werden in die ausgewählten Bauteile geschrieben. |
Änderungen werden nur mit OK gespeichert; Abbrechen verwirft alles. Das Zusammenfassungsfeld unterhalb der Registerkarte zeigt die normativen Größen zu den eingegebenen Werten sofort an (Umschnürungswirksamkeitsbeiwert, LP-Verhältnis, Querdruck, Druckfestigkeit und Dehnung des umschnürten Betons, Querkraftbeiträge, Verankerungstragfähigkeit usw.) und gibt Hinweise zur Anwendbarkeit aus.
2.1 Ertüchtigung von Stützen
| Verfahren | Norm | Eingaben | Auswirkung auf die Berechnung |
|---|---|---|---|
| Faserverbundkunststoff-Umwicklung (FVK, im Programm LP) | 15.10.1.3 / ANHANG 15B | Lagenanzahl und Dicke, Elastizitätsmodul, Bruchdehnung, Eckradius, durchgehende oder streifenweise Umwicklung (Streifenbreite und -abstand); optional vorhandene Übergreifungslänge | Modell für umschnürten Beton, Schadensgrenzen (GÖ = εcc, KH = 0,75εcc, SH = 0,004) und Querkraftbeitrag Vf. Die Biegetragfähigkeit nimmt nicht zu. Wird die Übergreifungslänge eingegeben, wird die erforderliche LP-Dicke nach ANHANG 15B.4 berechnet und mit der vorhandenen verglichen; das Ergebnis wird der Ertüchtigungskennzeichnung als „bind OK / YETERSİZ / UYGULANAMAZ“ (OK / unzureichend / nicht anwendbar) angehängt. |
| Querschnittsvergrößerung (Stahlbetonmantel) | 15.10.2 | Manteldicke (≥ 10 cm), Betonklasse des Mantels, Anzahl der Seiten (1–4); Längsbewehrung des Mantels (Anzahl, Durchmesser, Betondeckung); Bügel des Mantels (Durchmesser, Abstand); Rechenmodell: Verbund (Vorgabe), Normbuchstabe oder Nur Mantel | Steifigkeit und Tragfähigkeit aus dem ummantelten Querschnitt, mit dem Faktor 0,9. Die Längsbewehrung des Mantels geht in die Biegetragfähigkeit ein; die Bügel des Mantels werden zur Querkrafttragfähigkeit addiert. Bei Mänteln auf 1, 2 und 3 Seiten wird der Querschnitt mit seiner tatsächlichen einseitigen Geometrie berechnet und der kleinere Wert der ± Tragfähigkeiten angesetzt. |
| Stahlbeton-Umschnürung (Querkraft) | 15.10.1.1 | Dicke, Betonklasse, Anzahl der Seiten | Nur Querkraft und Normalkraft: Die Querkrafttragfähigkeit wird am umschlossenen Bruttoquerschnitt mit dem Faktor 0,9 berechnet. Biegung und Steifigkeit bleiben unverändert. |
| Stahlummantelung | 15.10.1.2, Gl. 15.3 | Plattendicke, -breite, -abstand, Streckgrenze | Zur Querkrafttragfähigkeit wird Vj addiert. Duktilität und Biegung bleiben unverändert. |
Die Durchgängigkeit des Mantels über die Geschosse und die Bügelbedingungen liegen in der Verantwortung des Anwenders; im Zusammenfassungsfeld wird darauf hingewiesen.
2.2 Ertüchtigung von Trägern
| Verfahren | Norm | Eingaben | Auswirkung auf die Berechnung |
|---|---|---|---|
| LP-Umwicklung | 15.10.3.2 / ANHANG 15B | LP-Parameter, Streifenbreite und -abstand | Modell für umschnürten Beton und Vf. Wird bei streifenweiser Umwicklung die Streifenabstandsbedingung (sf ≤ wf + d/4) nicht erfüllt, wird kein Querkraftbeitrag angesetzt und eine Warnung ausgegeben. |
| Außen angebrachte Bügel | 15.10.3.1 | Durchmesser, Abstand, Schnittigkeit, Streckgrenze | Nur zur Querkrafttragfähigkeit wird der Bügelbeitrag nach TS 500 addiert; es gibt keine Umschnürungswirkung, die Duktilitätsgrenzen ändern sich nicht. |
2.3 Ertüchtigung von Wandscheiben und Ausfachungswänden
| Verfahren | Bauteil | Eingaben | Auswirkung auf die Berechnung |
|---|---|---|---|
| LP-Umschnürung des Randbereichs | Stahlbeton-Wandscheibe | LP-Parameter | Modell für umschnürten Beton im Randbereich und Vf. |
| Neue Ertüchtigungs-Wandscheibe | Stahlbeton-Wandscheibe (15.10.5) | Beton- und Bewehrungsklasse der Wandscheibe, innerhalb des Rahmens / angrenzend, Durchmesser des Ankers (≥ 16 mm), Abstand (≤ 400 mm), Tiefe (≥ 10Ø), Reibungsbeiwert, Anzahl der Reihen | Bei deaktivierter Option ist die Wandscheibe im Modell nicht vorhanden (Zustand vor der Ertüchtigung). Bei aktivierter Option wird sie als neues Bauteil (Kenntnisstandbeiwert 1) bewertet; es werden Verankerungsnachweis, Hinweis zum Randbereich und Gründungshinweis ausgegeben. |
| Putz mit Stahlmattenbewehrung | Ausfachungswand (ANHANG 15C) | Wandmaterial (aus der Normtabelle oder benutzerdefinierte Werte), Putzdicke (≥ 30 mm) und Anzahl der Seiten, Bewehrungsgrad der Matte, Öffnungsanteil | Im Modell äquivalente Diagonalstreben; Querkrafttragfähigkeit; Leistung nach dem Schubwinkel (TBDY Tabelle 15.2). |
| LP-Diagonalstreifen | Ausfachungswand (ANHANG 15C) | Wandmaterial und LP-Parameter, Streifenbreite | Druck- und Zugstäbe. |
Im Wandfenster werden die Verfahrensoptionen je nach Bauteiltyp aktiviert: bei der Stahlbeton-Wandscheibe LP und neue Wandscheibe, bei der Ausfachungswand die Verfahren nach ANHANG 15C. Die neue Ertüchtigungs-Wandscheibe wird im Modell wie eine normale Stahlbeton-Wandscheibe gezeichnet; als „neu“ wird sie nur auf dieser Registerkarte gekennzeichnet.
3. Ergebnisse lesen
- Bericht: In den Tabellen für Querschnitte und Umschnürung von Stützen und Trägern gibt es die Spalte „Ertüchtigung“ (zum Beispiel „LP nf=2 tf=0.17“, „Manto t=10“, „Celik sargi“, „Yeni perde ank 1Ø16/200 r=0.91 OK“, „Dolgu hasir siva“). Ist die Hauptoption deaktiviert, wird der Kennzeichnung „(kapali)“ (deaktiviert) angehängt.
- Neue Wandscheibe: Bei deaktivierter Option ist ihre Zeile mit dem Vermerk „öncesi modelinde yok“ (im Modell vor der Ertüchtigung nicht vorhanden) von der Bewertung ausgenommen; bei aktivierter Option stehen Verankerungsverhältnis und Hinweis zur Randstütze in der Kennzeichnung.
- Ertüchtigte Ausfachungswand: Sie zählt als vertikales Bauteil; der Schadensbereich wird nach dem Schubwinkel bestimmt (TBDY Tabelle 15.2: SH 0,003 / KH 0,005 / GÖ 0,010). Die horizontale Komponente der Diagonalstabkräfte wird mit der Querkrafttragfähigkeit verglichen; bei Überschreitung gilt das Bauteil als spröde.
4. Vergleich vorher / nachher
Ist in der Gruppe Leistung B.15 das Kontrollkästchen „Vergleich vor/nach der Ertüchtigung in den Bericht aufnehmen“ gesetzt, wird bei der Berichtserstellung je nach Zustand der Hauptoption eine Momentaufnahme gespeichert. Liegen Aufzeichnungen beider Zustände vor, wird auf der ersten Berichtsseite folgender Block ausgegeben: Leistungsniveau des Gebäudes X/Y (vorher → nachher), Kriterienprozentsätze nach 15.8, Liste der ertüchtigten Bauteile, Schadensverteilung und Bauteile mit geändertem Schadensbereich.
Richtige Reihenfolge:
- Hauptoption deaktiviert → Analyse → Bericht (Aufzeichnung „vorher“)
- Hauptoption aktiviert → Analyse → Bericht („nachher“ und Vergleich)
Beide Läufe können in derselben Sitzung nacheinander durchgeführt werden.
5. Bemessungsberichte im Leistungsmodus
Ist die lineare Leistungsanalyse gewählt (Ra = 1), werden die Bemessungsberichte für Stützen, Träger und Wandscheiben mit unreduzierten Erdbebenkräften erstellt: Den Abschnittsüberschriften wird „(Ra=1 - bilgi amaçlıdır)“ (nur zur Information) angehängt, Zeilen vom Typ Fehler werden als „Bilgi (Ra=1)“ (Information) ausgegeben. In diesem Modus sind Meldungen über Tragfähigkeitsüberschreitungen keine Bemessungsfehler; die Bewertung erfolgt anhand des Leistungsberichts nach Kapitel 15.
6. Wo erscheinen die Normbedingungen?
Ertüchtigungseingaben, die die Normbedingungen nicht erfüllen, erscheinen nach der Analyse in der Liste Projektfehlerprüfung (im Programm „Proje Hata Kontrolleri“) als Zeile „Hata: TBDY2018 M.…“ (Fehler) oder „Uyarı: TBDY2018 …“ (Warnung). Die wichtigsten geprüften Bedingungen:
- Bei LP Eckradius < 30 mm und Seitenverhältnis des Querschnitts > 2,5 (es wird keine Umschnürungszunahme angesetzt),
- bei Ertüchtigung von Übergreifungsstößen Querschnittsverhältnis > 2, Bewehrung mit glatter Oberfläche oder unzureichende LP-Dicke,
- Dicke von Umschnürung und Mantel < 10 cm,
- bei der Verankerung der neuen Wandscheibe Durchmesser, Abstand, Tiefe und Schubtragfähigkeit,
- bei der Ausfachungswand Putzdicke < 30 mm, Öffnungsanteil > 10 %, Diagonale/Dicke ≥ 30, bei LP Verhältnis Länge/Höhe außerhalb von 0,5–2, Geschossgrenze nach 15.10.4,
- Überschreitung der Tragfähigkeit durch die Querkraftbeanspruchung (sprödes Verhalten).
Verstöße gegen die Regeln halten die Berechnung nicht an; die Entscheidung trifft der Ingenieur.
7. Häufig gestellte Fragen
Ich habe eine Ertüchtigung eingegeben, aber das Ergebnis hat sich nicht geändert. Ist in den Allgemeinen Projekteinstellungen „Ertüchtigung berücksichtigen“ gesetzt, und haben Sie die Analyse erneut ausgeführt? Bei einer Stütze mit einem Seitenverhältnis über 2,5 bei LP oder einem Eckradius unter 30 mm wird die Umschnürungszunahme normgemäß nicht angesetzt (im Zusammenfassungsfeld erscheint eine Warnung).
Wird die Masse der neuen Wandscheibe auch im Modell vor der Ertüchtigung berücksichtigt? Nein. Bei deaktivierter Option werden das Eigengewicht der Wandscheibe und die ihr zugewiesenen Zusatzlasten auf null gesetzt; Geschossgewichte, Massenschwerpunkt und Massen der finiten Elemente werden ohne die Wandscheibe berechnet. Die Wandscheibe gilt auch nicht als Auflager der Decke (die Deckenlast wird auf die verbleibenden Auflager verteilt). Das Gebäude „vorher“ hat keine Wandscheibe.
Bei der Ausfachungswand sehe ich den Hinweis „EK 15C çubuğu oluşmadı“ (ANHANG-15C-Stab wurde nicht gebildet). An beiden Wandenden wurde keine vorhandene Stütze gefunden, oder die Materialeingaben sind unvollständig. Die Diagonalstäbe werden zwischen den Knoten der Endstützen der Wand aufgebaut.
Gilt die Ertüchtigung auch in der Pushover-Analyse (nichtlinear)? Ja. Steifigkeits- und Querschnittsänderungen durch LP-Umschnürung, Mantel, neue Wandscheibe und Ausfachungsstäbe wirken sich auch auf die Pushover-Analyse aus. Zusätzliche Querkraftnachweise wie Stahlummantelung, außen angebrachte Bügel und Verankerung werden in der linearen Bewertung ausgewiesen.