Bei dem Gebäude handelt es sich um ein einstöckiges Wohnhaus mit Dachgeschoss, tragenden Mauerwerkswänden, einer von den Wänden getragenen Decke und einem Holzdach. Es ist im kommunalen Denkmalregister eingetragen und es lagen keine technischen Unterlagen oder Originalzeichnungen vor. Eine Besonderheit des Gebäudes ist eine Dachgaubenwand mit diagonalen Rissen, die im Mittelpunkt der bautechnischen Untersuchung stand. Das Gebäude befindet sich etwa 80 m von einer Woiwodschaftsstraße, 35 m von einer Schnellstraße und 15 m von einem Viadukt entfernt. Die größte bautechnische Herausforderung bestand darin, festzustellen, ob verkehrsbedingte Schwingungen für die beobachteten Risse verantwortlich waren oder ob diese auf die baulichen und fundamenttechnischen Gegebenheiten des Gebäudes zurückzuführen waren.
Da die ursprüngliche Dokumentation nicht verfügbar war, wurden die tatsächliche Geometrie und die bauliche Anordnung mithilfe eines 3D-Laserscanners vom Typ FARO Focus S70 rekonstruiert. Die daraus resultierende Punktwolke wurde zur Erstellung einer genauen 2D- und 3D-CAD-Dokumentation sowie zur anschließenden Entwicklung eines dreidimensionalen Finite-Elemente-Modells in RFEM 6.12 von Dlubal verwendet. Das Tragwerksystem wurde unter Verwendung von Trägerelementen für lineare Komponenten und Schalenelementen für Mauerwerkswände und Deckenelemente modelliert. Das Modell umfasste 1.742 Stabelemente und 17.941 Flächenelemente bei einer angestrebten Finite-Elemente-Größe von 0,25 m. Zu den Materialien zählten Lehmziegelmauerwerk, Beton und Holz, deren mechanische Eigenschaften und Masseneigenschaften entsprechend den Merkmalen des Bestandsbauwerks definiert wurden.
Eine große Schwierigkeit stellte die Ungewissheit hinsichtlich der tatsächlichen Fundament- und Bodenverhältnisse dar, da weder Bodenuntersuchungen noch Fundamentaushubarbeiten durchgeführt worden waren. Um diesem Problem Rechnung zu tragen, wurde im RFEM-Modell die Boden-Bauwerk-Interaktion mittels Translationsfedern auf Fundamentebene berücksichtigt. Es wurden drei verschiedene Steifigkeitsbedingungen des Untergrunds berücksichtigt, die von einer unendlich starren Auflagerung bis hin zu flexiblem Boden reichten. Für die flexible Auflagerung wurde zudem die Nichtlinearität des Fundamentauftriebs einbezogen. Auf diese Weise konnte die Empfindlichkeit des dynamischen und statischen Verhaltens des Gebäudes gegenüber den ungewissen Bodenverhältnissen bewertet werden.
Für die umfassende Finite-Elemente-Modellierung, die Netzgenerierung und -überprüfung, die Modalanalyse, die Boden-Bauwerk-Interaktion und die Zeitverlaufsanalyse wurde RFEM von Dlubal verwendet. Zur Ermittlung der Eigenschwingungsformen wurde das Lanczos-Verfahren angewendet, während für die dynamische Analyse das implizite Newmark-Verfahren mit einem Zeitschritt von 0,001 s zum Einsatz kam. Das Modell wurde ständigen und veränderlichen Einwirkungen sowie verkehrsbedingten dynamischen Erregungen ausgesetzt, die direkt aus Beschleunigungsmessungen vor Ort gewonnen wurden. Die gemessenen Schwingungsaufzeichnungen wurden auf Fundamentebene angesetzt, sodass das numerische Modell die tatsächlichen dynamischen Erregungen, denen das Gebäude ausgesetzt war, nachbilden konnte. Der Arbeitsablauf kombinierte somit 3D-Laserscanning, CAD-Rekonstruktion, Schwingungsmessungen vor Ort und die Analyse mit RFEM von Dlubal zu einem integrierten Diagnoseverfahren.
Die numerische Analyse zeigte, dass die angenommene Bodensteifigkeit einen wesentlich größeren Einfluss auf das Strukturverhalten hatte als die verkehrsbedingte dynamische Einwirkung selbst. Die grundlegenden Eigenfrequenzen nahmen bei nachgiebigen Bodenverhältnissen um bis zu 65 % ab, während die maximalen Schubspannungen in der analysierten Dachgaubenwand um etwa 30 % variierten. Im Gegensatz dazu führte die Einbeziehung der gemessenen verkehrsbedingten Schwingungen in die Lastkombinationen zu einer Veränderung der maximalen Schubspannungen um lediglich 0,2–3,7 %. Ein Vergleich der berechneten Hauptspannungsverläufe mit den beobachteten diagonalen Rissen deutete darauf hin, dass die Schäden in erster Linie mit den Auflagerbedingungen und dem Tragverhalten der Wand zusammenhingen und weniger mit den verkehrsbedingten Schwingungen. Das Projekt zeigt, wie RFEM von Dlubal durch die Kombination aus genauer geometrischer Rekonstruktion, gemessener dynamischer Anregung und fortschrittlicher numerischer Analyse effektiv zur Bewertung komplexer bestehender Bauwerke eingesetzt werden kann, insbesondere wenn keine Originalunterlagen vorliegen und die Bodenverhältnisse ungewiss sind.
| Ort | Warschau, Polen |
| Statische Analyse | Instytut Techniki Budowlanej |
