Bauwerke und Erdbeben - Grundlagen - Anwendung - Beispiele

5 Seismische Vulnerabilität bestehender Bauwerke (S. 349-350)

Der Begriff „Vulnerabilität" („Verletzlichkeit") wird verstanden als die mögliche Schädigung, die ein Bauwerk infolge eines Erdbebens, erleiden bzw. aushalten kann. Im Folgenden wird ein mehrstufiges Konzept zur Bestimmung der seismischen Vulnerabilität von bestehenden Bauwerken vorgestellt. Der Analyseaufwand wird hierbei durch die Bedeutung des Bauwerks, die seismische Standortgefährdung sowie durch die Ergebnisse in den aufeinander aufbauenden Untersuchungsstufen festgelegt. Das Konzept stellt für den Ingenieur in der Praxis ein Werkzeug dar, mit dem er die Vulnerabilität von Bauwerken problemorientiert und effizient bestimmen kann.

5.1 Grundlegendes Beurteilungskonzept

Für die Beurteilung der seismischen Vulnerabilität wird eine Vorgehensweise aus drei aufeinander aufbauenden Untersuchungsstufen mit steigendem Untersuchungsaufwand verwendet. Die hierarchische Abfolge der Untersuchungsstufen gewährleistet eine Minimierung des Aufwands, da das Ergebnis der jeweils niedrigeren Stufe über die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen in der nächst höheren Stufe entscheidet. In der Untersuchungsstufe I wird die seismische Vulnerabilität auf Grundlage allgemeiner Bauwerksdaten wie Baujahr, Bauwerkstyp, Material, Tragsystem usw. bestimmt. Der Zusammenhang zwischen Schädigung und Erdbebeneinwirkung wird durch Vulnerabilitätskurven beschrieben, die durch statistische Auswertung von Erdbebenschäden oder Expertenbefragungen aufgestellt werden.

In der Untersuchungsstufe II werden die vorhandenen Bauwerksunterlagen gesichtet und es wird eine Bauwerksbegehung mit Messung der Eigenfrequenzen und Aufnahme fehlender Bauteilabmessungen durchgeführt. Mit den vorhandenen Bauwerksinformationen werden dann vereinfachte dynamische Rechenmodelle zur Überprüfung des Aussteifungssystems erstellt. Ein etabliertes Berechnungsverfahren in dieser Stufe ist die in Abschnitt 3.1 ausführlich beschriebene Kapazitätsspektrumsmethode. In der Untersuchungsstufe III wird basierend auf den vorhandenen Bauwerksunterlagen und einer Bauwerksbegehung ein detailliertes Modell des Bauwerks erstellt.

Mit Hilfe dieses Modells werden die Zustandsgrößen infolge der Erdbebeneinwirkung mit dem multimodalen Antwortspektrenverfahren oder einer Zeitverlaufsberechnung bestimmt. Diese Stufe ist sehr aufwändig und wird nur durchgeführt, wenn bei den vorhergehenden Untersuchungsstufen kritische Punkte detektiert wurden. Im Folgenden werden die für die Durchführung der Beurteilung notwendigen Bausteine vorgestellt. Konkret muss die Bauwerksschädigung durch geeignete Schädigungsindikatoren beschrieben, eine sinnvolle Bauwerksklassifizierung gewählt und die seismische Standortgefährdung durch geeignete Parameter definiert werden.

5.2 Bauwerksschädigung

Die durch Erdbeben an Bauwerken hervorgerufenen Schädigungen können in vier Kategorien unterteilt werden: Strukturelle Schädigung: Diese Kategorie beinhaltet die Schädigung an Bauelementen, die von Bedeutung für die Stabilität des Bauwerks sind. Nichtstrukturelle Schädigung: Man unterscheidet bei nichtstruktureller Schädigung zwischen beschleunigungs- und verschiebungsempfindlichen Elementen des Gebäudes.

Nichtstrukturelle Schäden haben definitionsgemäß keinen Einfluss auf die Stabilität des Gebäudes. Beschleunigungsempfindliche Schäden: Dies sind größtenteils Schäden an technischen Einrichtungen wie Klimaanlagen oder Aufzügen. Verschiebungsempfindliche Schäden: Von dieser Schädigung sind vor allem allgemeine Gebäudeeinrichtungen wie Trennwände, abgehängte Decken oder Verkleidungen betroffen. Schädigung des Inventars: Diese Gruppe umfasst Schäden an beweglichen Gütern aller Art wie z.B. Computern, Büchern oder Möbeln. Betriebsunterbrechung: Diese Schädigung bezieht sich auf die Zeitspanne, während der die planmäßige Nutzung des Gebäudes nicht möglich ist. Die Betriebsunterbrechung variiert stark je nach Gebäudetyp und Nutzungsart und wird in Abhängigkeit von der strukturellen Schädigung ermittelt, die den besten Indikator für die Reparaturdauer darstellt.

5.2.1 Strukturelle Schädigungsindikatoren

Es kommen verschiedene Schädigungsindikatoren zum Einsatz, um die Gebäudeschädigung infolge seismischer Aktivität zu quantifizieren. Die auf diese Weise beschriebene strukturelle Schädigung bezieht sich nur auf die direkte Gebäudeschädigung. Inventarschäden, Betriebsunterbrechungen etc. werden dabei nicht berücksichtigt. Personenschäden finden ebenfalls keine Berücksichtigung, können aber in Abhängigkeit von der Nutzungsart und -fläche ermittelt werden.