Befestigung in Erdbebenzonen - Anforderungen an Bauprojekte

Wenn die Erde sich bewegt

Erdbebenanforderungen sind in verschiedensten Regionen der Welt zu erfüllen. Dieser Artikel liefert einen Überblick über die Grundlagen zur Berücksichtigung seismischer Beanspruchungen.

In Europa gilt für den Entwurf, die Bemessung und Konstruktion von Bauwerken des Hoch- und Ingenieursbau, in Erdbebengebieten die EN 1998 - Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben. Sonderbauwerke wie z.B. Industrieanlagen mit erhöhtem Gefahrenpotential, fallen nicht in den Anwendungsbereich dieser Norm.

Für derartige Sonderbauwerke wurde im Jahr 2009 vom Verband der chemischen Industrie (VCI) in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen, in Deutschland der Leitfaden „Der Lastfall Erdbeben im Anlagenbau“ veröffentlicht. Dieser Leitfaden, in Anlehnung an die DIN EN 1998-1, mit Vorgehensweisen und Handlungsempfehlungen, soll Betreibern und Planern für den erdbebengerechten Entwurf von Anlagen in der chemischen Industrie dienen [VCI-Leitfaden zur DIN EN 1998-1: Erbeben im Anlagenbau, 10/2012, S.5]. 

Die folgenden Empfehlungen und Berechnungen von Sikla erfolgen rein auf Grundlage der ÖNORM EN 1998-1.

Bildquelle: Swiss Seismological Service

Ermittlung der Erdbebenlast

Bei rein statisch belasteten Halterungen, in der Norm auch "nichttragende Bauteile" genannt, wirken unter seismischer Beanspruchung, neben der Gewichtskraft auch horizontale Kräfte. Die Ermittlung der seismisch bedingten Last ist in der ÖNORM EN 1998-1 (Eurocode 8) definiert. Für eine detaillierte Bestimmung werden folgende Parameter benötigt:

• Zone der Erdbebengefährdung samt Referenzbodenbeschleunigung "a_gR"
• Typ des Antwortspektrums
• Baugrundklasse
• Bedeutungskategorie des Bauwerkes
• Verhaltensbeiwert "q" des Bauwerkes
• Bedeutungsbeiwert "γ_a" des nichttragenden Bauteils
• Verhaltensbeiwert "q_a" des nichttragenden Bauteils 
• Bauwerks- und Geschoßhöhen
• Art der Bauwerkskonstruktion (z.B. biegesteifer räumlicher Stahlbetonrahmen)
• ggf. Schwingzeiten / -frequenzen des Bauwerks

In der ÖNORM EN 1998-1 wird Österreich in fünf Erdbebenzonen (0 bis 4) unterteilt. Die Größe der Referenzboden-beschleunigung "a_gR" einer Zone, liegt laut Norm innerhalb eines gewissen Bereichs. Exakte Werte für einen Bezirk können den Tabellen im nationalen Anhang der ÖNORM EN 1998-1 entnommen werden. Firma Dlubal bietet zur Ermittlung der Referenzbodenbeschleunigung für eine beliebige Adresse, einen Service auf deren Homepage an. (https://www.dlubal.com/de/loesungen/online-dienste/schnee-wind-erdbeben-lastzonen).

Über den Typ des Antwortspektrums und der Baugrundklasse wird mitunter der Bodenparameter "S" ermittelt. In weiterer Folge wird über die Erdbebenzone und die Bedeutungskategorie des Bauwerks, der Bedeutungsbeiwert "γ_I" des Bauwerks ermittelt. Mit Hilfe dieses Bedeutungsbeiwertes sowie der Referenz-Bodenbeschleunigung "a_gR", kann nun die Bemessungs-Bodenbeschleunigung "a_g" ermittelt werden. Die Bemessungs-Bodenbeschleunigung sowie der Bodenparameter "S" werden unter anderem in weiterer Folge, für die Ermittlung des Erdbebenbeiwertes "S_a" für nichttragende Bauteile benötigt.

Die Formel für die Erdbebenkraft

Mithilfe der zuvor angeführten Parameter, kann die maximal zu erwartende horizontale Erdbebenkraft "F_a" in [kN], für "nichttragende Bauteile" gemäß folgender Gleichung bestimmt werden. Die ermittelte Last ist im Massenschwerpunkt anzusetzen.   

"S_a" entspricht hier dem dimensionslosen Erdbebenbeiwert für nichttragende Bauteile und "W_a" der Gewichtskraft des nichttragenden Bauteils in [kN] . "S_a" berücksichtigt hier bereits die Einbauhöhe des nichttragenden Bauteils im Bezug zur Gebäudehöhe.

In Fällen geringer Seismizität, können vereinfachte oder reduzierte Erdbebenauslegungsverfahren für gewisse Bauwerkstypen bzw. -kategorien genutzt werden. In Fällen sehr geringer Seismizität, sind die Vorschriften der ÖNORM EN 1998 nicht zu berücksichtigen. Die Definitionen der Fälle geringer bzw. sehr geringer Seismizität, sind dem nationalen Anhang der ÖNORM EN 1998-1 zu entnehmen.

Soweit alles klar?

Um mit zuvor genannten Parametern die Erdbebenlast bestimmen zu können, unterstützen wir Sie gerne. Auch wenn nicht alle Variablen bekannt sind, können wir auf geltende Standardwerte zurückgreifen. Kontaktieren Sie einfach unsere Anwendungstechniker!