Erdbeben - Zusammenfassung

Neue Bemessungsansätze nach EC6 und EC8 – Ergebnisse des EU-Forschungsprojektes ESECMaSE
Mauerwerk unter Erdbebenbeanspruchung

Von März 2004 bis März 2008 wurde von 26 Partnern aus sieben europäischen Ländern ein umfangreiches europäisches Forschungsprojekt ESECMaSE - „Enhanced Safety and Efficient Construction of Masonry Structures in Europe“ bearbeitet, dessen nun vorliegende Ergebnisse neue Erkenntnisse zum Verhalten von Mauerwerk unter zyklischen Horizontallasten ermöglicht.

Dieses Projekt wurde im Zuge des 6. Forschungsrahmenprogramms der Europäischen Union zur Förderung der Forschung von klein- und mittelständischen Unternehmen mitfinanziert und ist – den Förderungsrichtlinien entsprechend – aus Industrieverbänden, klein- bzw. mittelständischen Unternehmen und Forschungsstellen zusammensetzt.

Für Österreich sind die Verbände VÖZ und VÖB beteiligt, als Forschungsstätte arbeitet das Ziviltechnikerbüro Dr. PECH mit den deutschen Universitäten München, Kassel, Dresden und Braunschweig sowie Instituten in Italien, den Niederlanden und Griechenland zusammen.

Im Zuge der erst in letzter Zeit ins allgemeine Bewusstsein gerückten Problematik der Erdbebengefährdung unserer Baustrukturen wurden auch durch Versuche abgesicherte Nachweisverfahren benötigt. Speziell mit den heute definierten Ansätzen der Erdbebeneinwirkungen lassen sich rechnerische Nachweise oft nicht erfolgreich führen. Aus dieser Situation resultieren wirtschaftlichen Nachteile für eine Vielzahl an Unternehmen, die mit dem Bauen von traditionellen Mauerwerksbauten befasst sind und es ist diese Situation auch technisch äußerst unbefriedigend.
Das Ziel von ESECMaSE war, das gesamte Spektrum der Thematik Mauerwerk unter Horizontalkräften zu erfassen, also sowohl die relevanten Baustoffeigenschaften als auch die notwendigen Prüfverfahren sowie das Bemessungsmodell zu beleuchten.

Wesentliche Aufgaben und deren Ergebnisse waren bzw. sind die Identifizierung und Verbesserung der relevanten Baustoffeigenschaften. Beispielsweise erhöht eine verbesserte Ziegelgeometrie die Spaltzug- und Längsdruckfestigkeit, geht geringfügig zu Lasten der Steindruckfestigkeit und bringt im zyklischen Wandversuch eine verbesserte aufnehmbare Kopfverschiebung.
Sie hat jedoch nur einen untergeordneten Einfluss auf die Schubtragfähigkeit der Wand. Der Hauptparameter in der Nachweisführung bleibt damit die Steindruckfestigkeit.

Eines der Hauptprobleme der Vergangenheit war die Verwendung von unterschiedlichen Prüfanordnungen zur Ermittlung der Schubtragfähigkeit von Mauerwerkswänden, die einen Vergleich der Ergebnisse schwierig machten. Die nun entwickelte Anordnung, die auch zu einem europäischen Normprüfverfahren führen soll, zeichnet sich durch die praktische Umsetzung der eindeutigen Definition der Momentenfreiheit in Scheibenmitte aus. Statisch-zyklische Versuche an Mauerwerksscheiben mit unterschiedlichen Materialien, Normalkraftniveaus und Wandlängen ergaben, dass die Mörtelart und in beschränktem Rahmen auch die Mörteldruckfestigkeit von untergeordnetem Einfluss auf die horizontale Wandtragfähigkeit sind und nur die Kopfverschiebung beeinflussen.

Das dominierende Versagenskriterium bei höheren Vertikallastniveaus war das Druckstrebenversagen, der zugehörige Materialparameter damit die charakteristische Mauerwerksdruckfestigkeit. Mit zunehmender Auflast nahm die Horizontalkraft-Tragfähigkeit zu, wobei die Verschiebungen abnahmen und das Bruchbild auf Druckversagen bzw. Querzugversagen in der Druckstrebe hinwies.

Basierend auf den Versuchsergebnissen wurden zwei Vorschläge zur Modellierung des Wandtragverhaltens und der Versagensformen entwickelt, die beide eine Weiterentwicklung der vorhandenen Ansätze sind. Das einfachere Modell beschränkt die Materialparameter auf die immer verfügbare charakteristische Druckfestigkeit der Wand und die schon in den Normen definierte Haftzug- und Haftscherfestigkeit sowie den Reibungbeiwert. Beide Rechenmodellvorschläge zeigen gute Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Rechenansätze eine nur geringfügige Erhöhung gegenüber den nach den bestehenden Vorgaben ermittelten Tragfähigkeiten ergaben und Verbesserungen hauptsächlich im Bereich des höheren Normalkraftniveaus liegen. Offenbar ist die Betrachtung der Einzelwand als ebene Scheibe, wie in den Versuchen geprüft, für die Wirkung in einem dreidimensional wirkenden Gebäude nicht ausreichend. Reserven aus der Verbindung mit Querwänden können derzeit noch nicht qantifiziert werden.

Zusätzlich ergab eine Auswertung der Verschiebeduktilität der einzelnen Versuchskörper, dass ein höherer Abminderungsfaktor der Einwirkungen ( „Verhaltensbeiwert“) als der bislang im Eurocode 8 angesetzte Mindestwert von 1,5 zu argumentieren wäre. Deshalb wurde eine Anhebung des Verhaltensbeiwertes auf bis zu 2,5 bei niedrigem Normalkraftniveau vorgeschlagen. Dynamische Großversuche an einem Gebäude im Maßstab 1:1 zeigen auch praktisch ausreichende Tragfähigkeitsreserven. Die durchgeführten Untersuchungen lieferten experimentelle sowie theoretische Erkenntnisse, die maßgeblich zu einer zutreffenderen Beurteilung und Beschreibung des Tragverhaltens von Mauerwerk bei Horizontalbeanspruchung aus Erdbeben (aber auch aus Wind) beitragen. Es zeigte sich, dass in den baupraktisch wichtigsten Anwendungsbereichen im Mauerwerk zwar Schubtragfähigkeitsreserven in einer Größenordnung von um 10 % vorliegen und die bisherigen Schubbemessungskonzepte des EC 6 bzw. die Hinweise des EC 8 dahingehend überdacht werden sollten, die tatsächlichen wesentlichen Reserven aber in einer besseren Berücksichtigung der energiedissipierenden Verformungen der Wandscheiben und in den somit geringeren einwirkenden Kräften liegen.

Dipl.-Ing. Paul Kubeczko
VÖB - Verband Österreichischer Beton- und Fertigteilwerke, Wien
Dipl.-Ing. Dr. Anton Pech
Ziviltechnikerbüro Dr. Pech, Wien
Dipl.-Ing. Norbert Prommer
VÖZ - Verband Österreichischer Ziegelwerke, Wien, Linz
Dipl.-Ing. Dr. Franz Zach

ESECMaSE - EU Forschungsprojekt