BERECHNUNG...39 AUSWERTUNG DER ERGEBNISSE UND INTERPRETATION...44 STRATEGIEN ZUR ERTÜCHTIGUNG GEGEN ERDBEBEN...51

Transkript

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2 INHALT EINLEITUNG...5 BEISPIELGEBÄUDE UND GRUNDLAGEN...6 Einsatzgebiet von 3muri...6 Grundlagen für eine Berechnung mit 3muri...6 Generelle Angaben zum Projekt...6 Geometrie...7 Materialkennwerte...7 Grundlegende Arbeitsweise...8 Wände...8 Tragwerk...8 Eingabe- und Berechnungsmodell...9 Dateiverwaltung...9 Beschrieb des Beispielgebäudes...10 Grundsätzliche Angaben zum Beispiel...10 Lasten...11 ERSTELLEN EINES NEUEN PROJEKTS...14 Projekt erstellen und Modell-Parameter...14 Einheiten und Formate...14 Ansicht ändern...14 EINGABE WÄNDE...15 DXF-Grundlage...15 Eingabe Wände...16 Knotentypen...17 EINGABE TRAGWERK...18 Ebene Mauerscheibe...18 Wandscheibe STB...20 Visuelle Kontrolle des Modells...21 Öffnungen...22 Abgestufter Einspannhorizont...23 Geschossdecke...24 Ebene Wandsegmente Ändern...25 Wandscheibe STB...28 Öffnungen...28 Träger STB...29 Balkon...31 Geschossdecke...32 Ebene Mauerscheibe...33 Öffnungen...33 Stütze...34 Träger STB...35 Geschossdecke...36 Eingegebenes Modell...36 Weitere Hinweise zur Eingabe...37 Dach...37 Deckenabsätze und -Aussparungen...37 Ersatzbalken...37 Kontrolle des Modells und automatische Korrekturen...37 Manuelle Überprüfung des Modells...38 BERECHNUNG...39 Grundprinzip PushOver...39 Berechnungsablauf...39 Fallunterscheidung...39 Beurteilung der Erdbebensicherheit...40 Mesh...40 Mesh einzelner Wände...41 Mesh des Gesamtmodells...41 Seismische Belastung...41 Berechnung...42 Auswahl der Analysen...42 Kontrollknoten...42 Berechnungsparameter...43 Auswahl der Analysen...43 AUSWERTUNG DER ERGEBNISSE UND INTERPRETATION...44 Auswahl der Analysen...44 Ergebnisskomponenten...44 PushOver-Kurve...45 Beschädigungsdiagramm...47 Grundriss...48 Ergebnis-Abfrage...48 Nachweis-Details...48 Vorgehen bei der Auswerung...49 Schrittweise Kontrolle der Beschädigung...49 Iteratives Vorgehen...49 Zusammenstellung der Ergebnisse und Auswertung...50 STRATEGIEN ZUR ERTÜCHTIGUNG GEGEN ERDBEBEN...51 Verstärkung des Tragwerks...51 Erhöhen der Duktilität...51 Reduktion der Masse...51 Weitere Strategien...51 INDEX...52 WEITERE HINWEISE UND INFORMATIONEN ZU 3MURI...55 Weitere Aspekte der Erdbebensicherheit...55 Verhalten von Mauerwerk aus der Ebene...55 Nichttragende Bauteile...55 Konstruktive Aspekte...55 Materialuntersuchung...55 Forum...55 Online-Hilfe...55 Hilfsmittel und Berichterstellung Copyright by IngWare GmbH

3 LASTEN Statische Lasten Ständige Lasten auf Geschossdecken Gk = 5.00 kn/m² Veränderliche Lasten auf Geschossdecken Qk = 2.00 kn/m², Kombinationsbeiwert ψ 2 = 0.30 Erdbebeneinwirkung Zone Z3a Baugrundklasse D a gd = 1.30 m/s² S = 1.35, T B = 0.2 s, T C = 0.8 s, T D = 2.0 s Bauwerksklasse 1 γ f = 1.0 Die Definition eines Verhaltensbeiwerts analog wie bei Anwendung des Antwortspektren-Verfahrens (oder bei der Ersatzkraft-Methode) ist nicht erforderlich, da dieser Wert eine Spezialität von kraftbasierten Berechnungsverfahren darstellt (vgl. 'Grundprinzip PushOver', S. 39). Bild - Bild - Copyright by IngWare GmbH 11 BEISPIELGEBÄUDE UND GRUNDLAGEN

4 ABGESTUFTER EINSPANNHORIZONT In viele Fällen wird ein horizontaler Einspannhorizont angenommen (z.b. OK Decke über UG). Die Modellierung des Einspannhorizonts erfolgt nahezu automatisch, durch die Option "Gründung", welche für alle Wandsegmente als Vorgabe in der untersten Ebene aktiv ist. Liegt ein Gebäude jedoch am Hang, kann es notwendig werden, den Einspannhorizont auf verschiedenen Koten abzubilden. in 3muri kann dies durch das Setzen, resp. Ausschalten der Option "Gründung" grundsätzlich abgebildet werden. Einspannhorizonte mit veränderlicher Kote innerhalb eines Geschosses erfordern, dass die Höhe der Wandsegemente entsprechend angepasst wird. Dabei ist eine abschnittsweise konstante Kote des Einspannhorizonts anzunehmen. Die Eigenschaft "Höhe" der Wandsegmente (vgl. 'Mauerscheibe', S. 18 / 'Wandscheibe STB.', S. 20) ändert die Lage der Unterkante der Bauteile, die Oberkante bleibt unverändert. Um Bauteile zu ändern, kann die Funktion "Segmentattribute Wand" (analog der Definition der Elemente) verwendet werden, oder der Befehl "Ändern" aus dem Kontextmenü (rechte Maustaste auf das zu bearbeitende Wandsegment, "Ändern"). Um die Abstufung des Einspannhorizonts gemäss der obigen Abbildung vorzunehmen, müssen die bereits eingegebenen Wandsegmente zusätzlich unterteilt werden (rechte Maustaste, "Teilen"). Am Punkt 1 gemäss der nebenstehenden Abbildung kann der Mittelpunkt des Wandsegments direkt mit der Maus gefunden werden (Cursor-Icon ). Für die Unterteilung in den Drittelspunkten 2 bis 5, kann die Funktion "Abstand eingeben", wie unten beschrieben eingesetzt werden. Die Anpassung der jeweiligen Kote des Einspannhorizonts erfolgt durch Änderung der Höhe der einzelnen Wandsegmente (rechte Maustaste / "Ändern") gemäss der nebenstehenden Abbildung. Für die Wandsegmente 1 bis 3 soll die Höhe auf 200 cm, für die Wandsegmente 4 bis 9 auf 100 cm geändert werden. Die Änderung der Option "Gründung" ist in diesem Fall nicht notwendig, da die Gründung in der ersten Ebene ohnehin als Vorgabe aktiv ist. Abstand eingeben / Distanz Durch das setzen eines Knotens auf ein bestehendes Wandsegment wird dieses geteilt (analog der bisher verwendeten Vorgehensweise, rechte Maustaste / "Teilen"). Über das Auswahlmenü der Funktion "Knoten" kann der Distanz-Dialog aufgerufen werden. Nachdem der gewünschte Abstand eingegeben wurde kann das zu teilende Wandsegment angeklickt werden. Der Abstand wird immer ausgehend vom Endpunkt des Wandsegments gemessen, welches näher am Mausklick liegt. Copyright by IngWare GmbH 23 EINGABE TRAGWERK

5 BERECHNUNG GRUNDPRINZIP PUSHOVER Das PushOver-Verfahren ist ein nichtlineares statisches Berechnungsverfahren. Das heisst, dass die Erdbebeneinwirkung durch eine statische Ersatzlast abgebildet wird. Das PushOver- Verfahren wird als 'verformungsbasiertes' Berechnungsverfahren bezeichnet, da die Erdbebenersatzlasten nicht konstant angesetzt werden (wie bei kraftbasierten Verfahren, z.b. Antwortspektren-Verfahren), sondern so variiert werden, das bestimmte Verformungszustände erreicht werden. Der Zusammenhang zwischen Kraft und Verformung wird in der PushOver-Kurve (siehe nebenstehende Abbildung) dargestellt. BERECHNUNGSABLAUF Währen der Berechnung wird die Ersatzlast so festgelegt, dass ein bestimmter Punkt des Gebäudes (siehe 'Kontrollknoten', S. 42) in konstanten Inkrementen verschoben wird. Dabei wird für jeden Berechnungsschritt der Zustand aller Bauteile (vgl. 'Beschädigungsdiagramm', S. 47) bestimmt und das statische System für den nächsten Berechnungsschritt entsprechend angepasst (Plastifizierung, Versagen von Bauteilen). FALLUNTERSCHEIDUNG Bei der Anwendung des PushOver-Verfahren ist die Berücksichtigung mehrerer Fälle erforderlich. Diese unterscheiden sich durch folgende Kriterien. Die Kombination dieser Kriterien (4 Richtungen 2 Lastverteilungen 3 Exzentrizitätszustände) ergeben die in 3muri abgebildeten 24 Analysen (vgl. 'Auswahl der Analysen', S. 42). Richtung der Ersatzlast Die Lasten wirken innerhalb einer Analyse immer in die selbe Richtung. Um das gesamte Verhalten des Gebäudes zu erfassen ist die Untersuchung von vier Richtungen (X+, X-, Y+, Y-) erforderlich. Verteilung der Ersatzlast Für die Ersatzlasten muss eine bestimmte Verteilung angenommen werden. Für das PushOver-Verfahren werden üblicherweise zwei Verteilungen berücksichtigt. Die Verteilung proportional zur linearisierten ersten Eigenform entspricht der Lastverteilung, wie sie bei Anwendung der Ersatzkraft-Methode üblicherweise verwendet wird. Sie berücksichtigt einen vergleichsweise hoch liegenden Schwerpunkt der angesetzten Lasten und bildet so ein Kippen des Gebäudes ab. F d, i 1 Mode = F d j z i G k 2 Q k i z j G k 2 Q k j Die Lastverteilung proportional zu den angesetzten Massen führt in den meisten Fällen zu einer maximalen totalen Horizontalkraft. Schubprobleme, wie der Soft-Storey-Effekt (Versagen eines weichen Geschosses) können durch diese Lastverteilung berücksichtigt werden. F d, i Massen = F d G k 2 Q k i G k 2 Q k j Exzentrizität Die 'zufällige' (oder unplanmässige) Exzentrizität berücksichtigt sowohl Bau- und Modellungenauigkeiten, als auch eine ungleichmässige Verteilung der Nutzlasten im Gebäude. Sie verursacht einen zusäztlichen Torsionseffekt. Dabei wird zwischen drei Verschiedenen Zuständen (positive und negative Exzentrizität, ohne Exzentrizität) unterschieden. j Copyright by IngWare GmbH 39 BERECHNUNG