Mauerwerksgebäude-Ertüchtigung im StatiCAD-Programm

Mauerwerksgebäude-Ertüchtigung im StatiCAD-Programm

Mögliche Ertüchtigungsarten

1-Ertüchtigung mit Spritzbeton

2-Ertüchtigung durch Hinzufügen vertikaler Ringbalken zum System

3-Ertüchtigung mit Faserverbundstoff-Ummantelung

4-Ertüchtigung durch Hinzufügen neuer Wände zum System

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Die Koeffizienten R, D und I bei Mauerwerksgebäuden sind gemäß Abschnitt 11 zu wählen. Das Programm wendet jedoch den vom Benutzer eingegebenen Wert an.

Für das Erdbebeneinwirkungsniveau DD-2 ist die Berechnung durchzuführen und das Leistungsziel „kontrollierte Beschädigung" muss nachgewiesen werden. Für Schulgebäude empfiehlt sich ein Gebäudewichtigkeitsfaktor von 1,5.

Da es sich um ein bestehendes Gebäude handelt, ist für die Wandsicherheitsbeiwerte der Wert 1 angemessen.

Die Datenerhebung am Gebäude erfolgt gemäß TBDY2018 wie nachstehend beschrieben.

15.2.10. Begrenzter Informationsstand bei Mauerwerksgebäuden

15.2.10.1 – Gebäudegeometrie: Sind Architekturpläne vorhanden, wird durch eine visuelle Inspektion des Gebäudes die Übereinstimmung der vorhandenen Geometrie mit den Plänen festgestellt. Liegen keine Architekturpläne vor, wird eine Systemaufnahme des Gebäudes erstellt. Die gewonnenen Informationen müssen Lage, Längen, Dicken, Öffnungen und Geschosshöhen der Mauerwerkswände in jedem Geschoss umfassen.

15.2.10.2 – Details: Art des Dachs und der Decken, deren Verbindungsweise mit den Wänden sowie der Zustand der Ringbalken und Stürze werden visuell festgestellt.

15.2.10.3 – Materialeigenschaften: Art der Wandmaterialien wird durch Abnahme des Putzes an einem Teil der Wandoberfläche

visuell bestimmt. Für die Tragfähigkeitsberechnung des Gebäudes werden die in Abschnitt 11 für jeden Wandtyp angegebenen Wandschertragfähigkeiten zugrunde gelegt.

15.2.11. Umfassender Informationsstand bei Mauerwerksgebäuden

15.2.11.1 – Gebäudegeometrie: Eine Systemaufnahme des Gebäudes wird erstellt. Die gewonnenen Informationen müssen Lage, Längen, Dicken, Öffnungen und Geschosshöhen der Mauerwerkswände in jedem Geschoss umfassen. Das Gründungssystem wird durch einen von außen angelegten Untersuchungsschacht ermittelt.

15.2.11.2 – Details: Art des Dachs und der Decken, deren Verbindungsweise mit den Wänden sowie der Zustand der Ringbalken und Stürze werden visuell untersucht. Auf Grundlage dieser Untersuchung wird festgestellt, ob in jedem Geschoss die Eigenschaft einer starren Scheibe erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Gebäude hinsichtlich der Erdbebesicherheit als unzureichend eingestuft.

15.2.11.3 – Materialeigenschaften: Art der Wandmaterialien wird durch Abnahme des Putzes an einem Teil der Wandoberfläche

visuell bestimmt. Zur Ermittlung der Wandmaterialeigenschaften werden mindestens zwei Wandproben aus dem Gebäude entnommen; für die Berechnungen nach Abschnitt 11 werden die aus Druckfestigkeitsversuchen dieser Proben gewonnenen mittleren Kennwerte verwendet.

Für die Tragfähigkeitsberechnung des Gebäudes werden die in Abschnitt 11 für jeden Wandtyp angegebenen Wandschertragfähigkeiten zugrunde gelegt.

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1-Ertüchtigung mit Spritzbeton

1.1 Auf einer oder beiden Seiten der Wand wird ein Stahlgitter der berechneten Klasse verlegt. Das Stahlgitter wird mit der vorhandenen Wand verdübelt, damit es zusammen mit der Wand wirkt. Die Wand wird mit Spritzbeton oder Reparaturmörtel der berechneten Dicke beschichtet, der die Projekttragfähigkeit gewährleistet.

Damit die Ertüchtigung bei den StatiCAD-Berechnungen berücksichtigt wird, muss in den allgemeinen Projekteinstellungen auf der Seite zur Normauswahl die Norm TBDY2018 gewählt sein und die Option „Dieses Projekt ist ein Bestandsgebäude-Untersuchungs- und Ertüchtigungsprojekt" muss aktiviert sein. Wird die Norm RYTEİE 2019 (Risikobauwerk) gewählt oder ist die Option „Dieses Projekt ist ein Bestandsgebäude-Untersuchungs- und Ertüchtigungsprojekt" nicht aktiviert, wird die Ertüchtigung nicht berücksichtigt.

Unter Allgemeine Projekteinstellungen > Registerkarte Ertüchtigung werden die Optionen 1, 2 und 4 ausgewählt

1. Ist Option 1 nicht aktiviert, wird die Ertüchtigung nicht berücksichtigt.

2. Option 2 bewirkt, dass der Beitrag der Ertüchtigung zur Drucktragfähigkeit berücksichtigt wird. Ist die Druckfestigkeit der Wände ausreichend, kann diese Option deaktiviert bleiben.

3. Bei Option 3 wird die Schertragfähigkeitssteigerung der Wandertüchtigung unter der Annahme berechnet, dass die Bewehrung konstruktiv eingelegt ist und die Schertragfähigkeit ausschließlich durch den Spritzbeton erzielt wird. Da dies übermäßig konservativ und unwirtschaftlich ist, wird diese Option nicht empfohlen; sie kann jedoch nach Ermessen des Ingenieurs angewendet werden.

4. Bei Auswahl von Option 4 wird die Schertragfähigkeit des Spritzbetons nicht berechnet; es wird lediglich die aus der Stahlgitterbewehrung resultierende Schertragfähigkeit berücksichtigt. Dies stellt nach unserer Einschätzung eine wirtschaftliche und sichere Lösung dar. Bei dieser Option wird die durch das Gitter erzielte zusätzliche Schertragfähigkeit (zur Vermeidung spröden Versagens) auf den Wert 0,22*fcd*Amanto begrenzt. Reicht die Schertragfähigkeit der ertüchtigten Wand weiterhin nicht aus, kann zur Erzielung einer ausreichenden Ertüchtigungsleistung gemäß der Formel die Erhöhung der Spritzbetonklasse oder der Manteldicke eine Lösung darstellen.

ERTÜCHTIGUNGSMANTEL (SPRITZBETON) – ZEICHNUNG

Damit die Verbundtragfähigkeit (Wand einschließlich Mantel) der Wände bei der Ertüchtigung berechnet werden kann, muss der Ertüchtigungsmantel auf der statischen Achse durch die Wandmitte modelliert werden. Außerdem müssen Anfangs- und Endknoten jedes Wandabschnitts und des zugehörigen Mantelabschnitts übereinstimmen. Bei dieser Ausführung übernimmt der Mantel entsprechend seiner Steifigkeit Lasten aus dem Geschoss und trägt die unzureichende Kapazität der Wand als Last ab, woraus die Bewehrungsberechnung erfolgt.

Werden Anfangs- und Endpunkt der Wand abweichend von denen des Mantels definiert, nimmt der Mantel lediglich Lasten aus dem Geschoss auf und die Bewehrung wird nur hierfür berechnet; aus der zugehörigen Wand werden keine zusätzlichen Lasten übertragen.

Der im Programm verwendete Begriff „Ertüchtigungsmantel" bezeichnet eine Stahlbetonschicht, die durch Auflegen eines Stahlgitters auf die mit Spritzbeton oder Reparaturmörtel aufgebrachte Wand und Verdübelung mit der Wand gebildet wird und die Ertüchtigung darstellt.

Um einen Ertüchtigungsmantel zeichnen zu können, wird über die Schaltfläche im Hauptbildschirm das Eingabeformular „Eigenschaften des Wandertüchtigungsmantels" aufgerufen.

Im angezeigten Formular muss der Mantelname nicht geändert werden, da er vom Programm automatisch vergeben wird. Die Dicke der zu ummantelnden Wand wird in cm eingegeben. Der Exzentrizitätswert von Wand und Mantel wird auf null belassen. Die linke/untere Mantelüberkragung gibt an, um wie viele cm der Mantel vom angeklickten Punkt nach links oder unten verlängert wird; die rechte/obere Mantelüberkragung gibt an, um wie viele cm er nach rechts oder oben verlängert wird. Die Betonmanteldicke wird eingegeben. Handelt es sich nicht um ein gestaffeltes Gebäude oder sind die Unter- und Oberkoten der Wände null, sind auch die Unter- und Oberkoten des Betonmantels auf null zu belassen.

Soll die Ober- oder linke Seite der Wand beschichtet werden, wird der Radioknopf „Ober-/linke Seite beschichten" aktiviert; soll die rechte oder untere Seite beschichtet werden, wird der Radioknopf „Unter-/rechte Seite" aktiviert.

Werden Wände durchgehend ummantelt, kann das Programm die erforderliche Mantelbewehrung berechnen. Soll ein benutzerdefinierter Wert verwendet werden, kann eines der in den Optionen angegebenen Stahlgitter gewählt werden.

Nach dem Schließen mit der Schaltfläche „OK" werden durch Anklicken des ersten und zweiten Punktes auf der Wandachse der Mantel gezeichnet.

Zeichnen von Ertüchtigungsmänteln

1-Damit die Verbundtragfähigkeit (Wand einschließlich Mantel) der Wände bei der Ertüchtigung berechnet werden kann, müssen Ertüchtigungsmäntel und Wände auf derselben Achse definiert werden.

2-Der Mantelname muss in den Eigenschaften des Wandertüchtigungsmantels nicht geändert werden. Das Programm vergibt Elementbezeichnungen automatisch; sollen in ungeordneter Reihenfolge gezeichnete Elemente neu geordnet werden, kann über die Schaltfläche „Sortieren" in der oberen Symbolleiste eine automatische Sortierung vorgenommen werden.

3- Im Feld „Dicke der zu ummantelnden Wand" wird der Wanddickenwert eingegeben.

4-Bei der linken/unteren Mantelüberkragung an Außenwandmänteln kann es sinnvoll sein, die halbe Dicke der senkrecht anstoßenden Wand anzusetzen. Die linke/untere Überkragung bestimmt, wie weit vor oder hinter der linken/unteren Achse, auf der der Mantel definiert ist, dieser gezeichnet wird. Positive oder negative Werte sind möglich.

6-Bei der linken/unteren Mantelüberkragung an Innenwandmänteln kann es sinnvoll sein, die halbe Dicke der senkrecht anstoßenden Wand mit negativem Vorzeichen anzusetzen (z. B. -10). Die linke/untere Überkragung bestimmt, wie weit vor oder hinter der linken/unteren Achse, auf der der Mantel definiert ist, dieser gezeichnet wird. Positive oder negative Werte sind möglich.

7-Für die Definition der rechten/oberen Mantelüberkragung können die Punkte (5) und (6) herangezogen werden.

8-Die Betonmanteldicke muss gemäß Erdbebenverordnung mindestens 3 cm betragen. Bei der statischen Berechnung unter Berücksichtigung der Mantelsteifigkeiten ist die Manteldicke einer der Faktoren, der den vom Mantel aufzunehmenden Erdbebenanteil bestimmt.

9- Unterkote: Handelt es sich beim modellierten Geschoss um das Kellergeschoss und ist das Gebäude gestuft, kann die Mantelunterkote gleich der Wandunterkote gesetzt werden.

10-Oberkote: Handelt es sich beim modellierten Geschoss um das oberste Geschoss und ist das Gebäude gestuft, kann die Manteloberkote gleich der Wandoberkote gesetzt werden. Wird die Mantelunter- oder -oberkote abweichend von der Wandunter- oder -oberkote eingegeben, können die Analyseergebnisse vom erwarteten Ergebnis abweichen.

11- Bei der Gebäudeanwendung kann eine abweichende Eingabe der Mantelunter- oder -oberkote gegenüber der Wandunter- oder -oberkote zu einer Verringerung der Erdbebensicherheit des Gebäudes führen.

12-Um bei vertikalen Wänden die linke Seite und bei horizontalen Wänden die Oberseite der Wand zu beschichten, kann die Option „Ober-/linke Seite beschichten" aktiviert werden.

13-Um bei vertikalen Wänden die rechte Seite und bei horizontalen Wänden die Unterseite der Wand zu beschichten, kann die Option „Unter-/rechte Seite beschichten" aktiviert werden.

14- Durch Klicken auf die Schaltfläche „OK" und anschließendes Anklicken der Achsschnittpunkte im Hauptmodellierungsbildschirm werden der erste und zweite Endpunkt des Mantels markiert. Der Mantel wird gezeichnet.

15-Sollen der Beitrag der Ertüchtigungsmäntel zu den Wanddruckspannungsnachweisen oder der Beitrag der Ertüchtigungsmäntel zur Wandschertragfähigkeit berücksichtigt werden, müssen bei Außenwandmänteln die Anfangs- und Endpunkte des Mantels gleich oder größer als die Anfangs- und Endpunkte der Wand gewählt werden. (aus der Formeldefinition)

15-Sollen der Beitrag der Ertüchtigungsmäntel zu den Wanddruckspannungsnachweisen oder der Beitrag der Ertüchtigungsmäntel zur Wandschertragfähigkeit berücksichtigt werden, müssen bei Innenwandmänteln die Anfangs- und Endpunkte des Mantels gleich oder größer als die Anfangs- und Endpunkte der Wand gewählt werden.

Da im Bildschirm und in den Zeichnungen der Mantel auch im Schnittbereich von Mantel und Wand (Überschneidungsbereich von Mantel und senkrecht anstoßender Wand) gezeichnet ist, entsteht in den Mantelsteifigkeiten eine Überhöhung um den Betrag des Wandschnittbereichs. In der Analyse wird dies jedoch berücksichtigt, indem die Mantelflächen um die Fläche des Schnittbereichs reduziert werden, sodass in den Berechnungen kein Unterschied entsteht. In den Zeichnungen empfiehlt sich ein zusätzliches Trimmen (Kürzen, Löschen) der Mantellinie im Wandschnittbereich.

16-Wird der Wandmantel so gezeichnet, dass er eine Tür- oder Fensteröffnung überdeckt, werden die Mäntel durch die Tür- oder Fensteröffnungen automatisch unterteilt und konstruktive Mäntel automatisch erzeugt.

Konstruktive Ertüchtigungsmäntel sind die Fortsetzung des Mantels in den Wandabschnitten über und unter Fensteröffnungen sowie über Türöffnungen. Die Weiterführung des Mantels in Wandöffnungen erhöht die Steifigkeit der Mäntel in den massiven Wandabschnitten und gewährleistet eine bessere Ertüchtigung des Gebäudes. Beim Zeichnen von Ertüchtigungsmänteln werden konstruktive Mäntel

im Bereich von Tür- oder Fensteröffnungen vom Programm automatisch erzeugt; ihre Eigenschaften können vom Benutzer durch Änderung der Angaben in diesem Formular angepasst werden.

Mantelbewehrung

Soll im Gebäude für alle Mäntel eine einheitliche Bewehrung verwendet werden, wird zunächst in den Manteleigenschaften auf der Registerkarte „Bewehrungsauswahl" die Option „Programm soll automatisch wählen" aktiviert und nach der Analyse die vom Programm ermittelte maximale Mantelbewehrung bestimmt. Um diese auf alle Mäntel anzuwenden, werden alle Mäntel geschossweise ausgewählt (über die Option „Eigenschaften ausgewählter Mäntel ändern") und das maximal berechnete Stahlgitter auf der Registerkarte „Bewehrungsauswahl" in den Manteleigenschaften allen Mänteln zugewiesen.

Erscheint in den Berechnungsberichten eine Bewehrungsklasse, die größer als Q785/785 ist, bedeutet dies, dass der erforderliche Bewehrungsquerschnitt nicht mit handelsüblichen Stahlgittermatten erreicht werden kann. Beispielsweise weist ein berechnetes Q1234/1234-Gitter darauf hin, dass in diesem Mantel eine horizontale und vertikale Bewehrung von 12,34 cm²/m erforderlich ist.

In einem solchen Fall können innerhalb der Manteldicke 2 Lagen Q634-Bewehrung verwendet werden (2*634>1234)

oder

soll beispielsweise einlagig ein gerippter Stab mit 12 mm Durchmesser verwendet werden, ergibt sich ein Abstand von 100/(12,34/(1,2*1,2*pi()/4) = 9 cm

oder bei zweilagiger Verwendung von gerippten Stäben mit 12 mm Durchmesser ein Abstand von 2*100/(12,34/(1,2*1,2*pi()/4) = 18 cm; die Zeichnungen werden entsprechend angepasst.

2-Ertüchtigung unzureichender Wände durch Hinzufügen vertikaler Ringbalken

Die Aktivierung der oben abgebildeten Option bewirkt, dass im Programm der nachstehende Verordnungsartikel angewendet wird.

Nachdem die Option „Vertikale Ringbalken in die Wandtragfähigkeit einbeziehen" aktiviert wurde, können unzureichende Wände durch Hinzufügen ausreichend dimensionierter vertikaler Ringbalken in die Wand auf ein ausreichendes Niveau gebracht werden.

3- Ertüchtigung mit Faserverbundstoff-Ummantelung

Die unzureichenden Wände werden ausgewählt, per Rechtsklick das Kontextmenü geöffnet und die Option „Eigenschaften ausgewählter Wände ändern" angeklickt.

In den Wandeigenschaften wird die Registerkarte „FVK-Ummantelung" aufgerufen und die Option „Applikation von Faserverbundstoff-Streifen in horizontalen Bändern" und/oder „Applikation von diagonalem Faserverbundstoff zwischen Wandecken" ausgewählt.

Die für das vorgesehene Material relevanten Werte werden in die Felder eingetragen und anschließend die Schaltfläche „OK" gedrückt.

Nach der Analyse wird geprüft, ob die Wand ausreichend geworden ist. Ist dies nicht der Fall, werden die Anzahl der FVK-Lagen auf einer Seite, die Anzahl der beschichteten Oberflächen (ob die Wand auf 1 oder 2 Seiten beschichtet wird), der Achsabstand der FVK-Streifen, die Streifenbreite oder die Materialart/-güte geändert und die Analyse wiederholt.

Die statischen Ergebnisse können dem Bericht der Wandscherspannungen entnommen werden.

In der obigen Tabelle wird die Wandschertragfähigkeit (Vrd) ermittelt, indem zum kleineren der Werte Vrd1a und Vrd1b für jede Lasteinwirkung die Werte Vfy und Vfc addiert werden.

Vrd=min(Vrd1a,Vrd1b)+Vfy+Vfc

Zeichnungen können über das Fenster zur Zeichnungsauswahl abgerufen werden.

Fundamente

Da die Verordnung für Leistungsnachweise keine Auswirkungen von Fundamentmängeln auf das Gebäude benennt, ändert das Programm den Leistungsstatus des Gebäudes bei Fundamentmängeln nicht. Bestehen jedoch Mängel an den Fundamenten (Kontrolle über die Fundamentberichte), werden Querschnittsabmessungen der Fundamente geändert und Analysen durchgeführt, bis ausreichende Werte erreicht sind; die Ertüchtigungszeichnungen für die neuen ausreichenden Fundamentabmessungen sind vom Benutzer gesondert zu erstellen. Für Hinweise zu den Zeichnungen kann das Buch „Einführung in die Erdbebeningenieurwesen" von Prof. Zekai Celep herangezogen werden.