Holzbau bietet hohe Erdbebensicherheit

Erdbebentest der Stärke 7,7 an zehnstöckigem Holzbau

Im Mai dieses Jahres wurde im Englekirk Structural Engineering Center der University of California San Diego (UCSD) an einem zehnstöckigen Holzmassivbau eine Reihe von Erdbebensimulationen durchgeführt.

Dieses Gebäude – das bisher höchste seiner Art, das getestet wurde – stand auf dem größten Freiluft-Rütteltisch Nordamerikas, der gleichzeitig einer der beiden größten Erdbebensimulatoren der Welt ist. Die seismischen Tests simulierten zwei historische Beben, das Northridge-Erdbeben 1994 der Stärke 6,7 sowie das Jiji-Erdbeben 1999 der Stärke 7,7.

Diese simulierten Beben wurden im Rahmen des TallWood-Projekts der Natural Hazards Engineering Research Infrastructure (NHERI) durchgeführt. Dabei handelt es sich um ein von der National Science Foundation und Partnern aus der Bauindustrie finanziertes Forschungsprojekt – zu Letzteren zählen auch der Verbindungsmittel-Hersteller Simpson Strong-Tie. Ziel ist, die Festigkeit und Erdbebensicherheit von Gebäuden aus massiven Holzbauteilen nachzuweisen.

Auch Gebäude haben eine Knautschzone

Eine wesentliche Rolle bei erdbebensicheren Bauten spielen mitunter Art und Anzahl der Verbindungsmittel. In erster Linie geht es darum, ein Gebäude so zu bauen, dass es Erdbeben abfangen kann ohne dabei einzustürzen. Damit dies gelingt, muss das Tragwerk die dynamische Bewegungsenergie des Bebens aufnehmen, was in hohem Maße die stählernen Verbindungsmittel leisten, zum Beispiel indem sie sich verformen, ohne dabei zu brechen. Man bezeichnet das auch als Duktilität der Verbindungsmittel. Das entspricht vom Prinzip her der Knautschzone von Fahrzeugen.

Die Summe aller duktilen Verbindungsmittel in einem mehrgeschossigen Holzbau könnte man bildhaft gesprochen als Knautschzone des Gebäudes bezeichnen. Doch auch Tragstrukturen haben ein bestimmtes Verformungsvermögen (Duktilität), das im Zusammenspiel mit den Verbindungsmitteln einem Einsturz entgegenwirkt. Trag- und Verformungsverhalten der Holzbauteile und deren Verbindungen müssen jedoch genau aufeinander abgestimmt werden, damit sich das Gesamtsystem bei Erdbeben optimal verhält.

Ein paar wenige Entwurfsgrundsätze bringen Erdbebensicherheit

Als anisotropes Material ist Holz nicht von vornherein ein erdbebengerechter Baustoff. Mehrgeschossige Gebäude in Holzbauweise lassen sich aber mit einer Handvoll einfacher Entwurfsgrundsätze erdbebensicher konstruieren. Sie zielen alle darauf ab, ein möglichst regelmäßiges Bauwerk zu erhalten. So verfügte der getestete Zehngeschosser zusätzlich zu dem seitlichen Wandsystem über vier Außenfassaden, eine Reihe von Innenwänden und einen zehnstöckigen Treppenturm.

Während der Tests maß eine Reihe von Sensoren die Auswirkung auf eine Vielzahl von Gebäudeelementen. Die vollständigen Ergebnisse der Konstruktion und Prüfung des Gebäudes werden im Laufe dieses Jahres veröffentlicht und sollen die weitere Verwendung von Massivholz als starkes und vielseitiges Baumaterial für Wohn- und Gewerbebauten in erdbebengefährdeten Gebieten unterstützen. „Als Pionier in der Entwicklung widerstandsfähigerer Verbindungssysteme freut sich Simpson Strong-Tie über die weitere Kooperation mit dem NHERI-Projektteam, um die Erforschung von Holzmassivbauten bei seismischen Ereignissen voranzutreiben“, sagt Steve Pryor, Advanced Research Manager bei Simpson Strong-Tie.

Im Video sehen Sie das Gebäude während des Erdbebentests: Zum Video

Mehr Informationen zum NHERI-Projekt: http://nheritallwood.mines.edu/

Mehr Informationen zum Tallwood-Test der University of San Diego: https://jacobsschool.ucsd.edu/news/release/3609