Untersuchung zum fortschreitenden Einsturz von mehrstöckigen Gebäuden aus Brettsperrholz

Ungewöhnliche Lasten, die Anfangsschäden verursachen können, lösen mitunter eine Einsturzausbreitung aus, die dazu führt, dass Gebäude mit unzureichender struktureller Belastbarkeit fortschreitend einstürzen. Um die Tragsicherheit zu gewährleisten, sind Bemessungsansätze gegen diesen katastrophalen Einsturz in den Bauvorschriften verankert. Dennoch wird die Anwendung bestehender Leitlinien zur Verhinderung von fortschreitendem Einsturz für mehrstöckige Häuser bzw. Hochhäuser im Holzbau — als neu entstehende Bauweise — unpraktisch und unwirtschaftlich; und Forschungsstudien zu diesem Thema sind rar.

Autor	Hercend Mpidi Bita
Universität	University of British Columbia, Kanada

Die vorliegende Arbeit trägt durch analytische, numerische und experimentelle Untersuchungen dazu bei, die Erkenntnisse über die statische Belastbarkeit sowie den fortschreitenden Einsturz bei mehrstöckigen Etagengebäuden aus Brettsperrholz zu erweitern. An zwölf- und neunstöckigen Gebäuden wurden nichtlineare, dynamische, numerische Analysen unter Einsatz eines speziellen Verfahrens (sudden element removal) durchgeführt, um ihre Reaktionen nach dem Auftreten von Erstschäden zu untersuchen.

Zur Berurteilung der Mindestfestigkeit, Steifigkeit und Duktilität wendet der analytische Ansatz eine linear-elastische Lagesicherheit an, um so die strukturelle Belastbarkeit sicherzustellen. Die Ergebnisse der anschließenden Zuverlässigkeitsanalyse zeigten, dass mehrstöckige Gebäude aus Brettsperrholz ohne Berücksichtigung der komplexen Gegebenheiten, die mit einem fortschreitenden Einsturz verbunden sind, eine hohe Wahrscheinlichkeit für fortschreitenden Zusammenbruch aufweisen. Im Anschluss wurde ein statisches Optimierungsverfahren vorgeschlagen, um die Zielleistung zu erreichen und die Tragsicherheit zu gewährleisten.

Ausgehend vom Worst-Case-Szenario wurde dann eine neuartige Anschlussdetailplanung vorgeschlagen, um Ketten- und Hängeaktionen als Einsturzsicherheitsmechanismen auszulösen. Die vorgeschlagenen Details mit Stahlrohren und -stäben wurde numerisch untersucht und optimiert. Die Ergebnisse der experimentellen Versuche bestätigten schließlich, dass bei einer Ausführung der Rohre und Stäbe als Geschossdeckendetaillierung das Holzdeckensystem nach dem Verlust der inneren tragenden Wand eine Kettenwirkung als Einsturzwiderstandsmechanismus auslösen kann.

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Vollständige Doktorarbeit

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