德国建筑结构地震作用

关于结构分析和 Dlubal 软件应用的技术文章

  • 知识库

技术文章

欧洲规范 DIN EN 1998-1和国家附录 DIN EN 1998-1 / NA 规定了如何计算地震作用。 该规范用于建筑结构的抗震设计。

Besondere Bauwerke wie Kernkraftwerke, Off-Shore-Bauwerke und große Talsperren werden mit diesen Regelungen nicht abgedeckt [1]. Erklärtes Ziel dieser Vorschriften ist es, dass bei einem Erdbeben

  • Menschliches Leben geschützt ist,
  • Schäden begrenzt und
  • Wichtige Bauwerke zum Schutz der Bevölkerung funktionstüchtig bleiben.

Naturgemäß stellt ein Erdbeben eine vom Baugrund induzierte Einwirkung auf den Baukörper dar. Die Einwirkung entspricht daher einer Gruppe von aufgezwungenen Verformungen oder Beschleunigungen. Um diese Einwirkung mit anderen Einwirkungen (Nutzlast, Schnee et cetera) in definierten Bemessungssituationen nach der Kombinationsnorm DIN EN 1990 zu kombinieren, ist die Einwirkung aus Erdbeben direkt als Erdbebeneinwirkung eingestuft.

Funktionsanforderungen

Tragwerke in Erdbebengebieten müssen bestimmten Anforderungen an die Standsicherheit und Schadensbegrenzung mit einer bestimmten Zuverlässigkeit erfüllen.

Dabei ist hinsichtlich der Standsicherheit sicherzustellen, dass das Tragwerk das definierte Bemessungserdbeben ohne örtliches und globales Versagen übersteht und dabei seinen inneren Zusammenhalt und Resttragfähigkeit aufrechterhält. Das bezogene Bemessungserdbeben ist in diesem Fall mit einer Referenz-Wiederkehrperiode von TNCR = 475 Jahre zu ermitteln [2]. Dies entspricht einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens oder Überschreitens von 10 % innerhalb von 50 Jahren.

Zusätzlich ist hinsichtlich der Schadensbegrenzung sicherzustellen, dass das Gebäude auch Erdbeben mit einer höheren Auftretenswahrscheinlichkeit als das Bemessungserdbeben übersteht, ohne dass Schäden oder damit verbundene Nutzungsbeschränkungen, deren Kosten im Vergleich zu den Baukosten unverhältnismäßig hoch wären, auftreten [1]. Dieser Nachweis wird jedoch im deutschen nationalen Erdbebenanhang negiert.

Die angestrebte Zuverlässigkeit hinsichtlich der Standsicherheit und Schadensbegrenzung wird über eine Einteilung des betrachteten Gebäudes in eine Bedeutungskategorie erreicht. Mit dieser Bedeutungskategorie ergibt sich ein entsprechender Bedeutungsbeiwert γI, der als Modifikationswert der Referenz-Erdbebeneinwirkung zur Ermittlung des Bemessungserdbebens dient [1]. Die Bedeutungskategorie II entspricht der TNCR des Referenzerdbebens.

重要性分类建筑结构Bedeutungsbeiwert γI
iBauwerke ohne Bedeutung für den Schutz der Allgemeinheit mit geringem Personenverkehr (Scheunen, Kulturgewächshäuser usw.)0,8
IIBauwerke, die nicht zu den anderen Kategorien gehören (kleinere Wohn- und Bürogebäude, Werkstätten usw.)1.0
IIIBauwerke, von deren Versagen bei Erdbeben eine große Zahl von Personen betroffen ist (große Wohnanlagen, Schulen, Versammlungsräume, Kaufhäuser usw.)1.2
IVBauwerke, deren Unversehrtheit im Erdbebenfall von hoher Bedeutung für den Schutz der Allgemeinheit ist (Krankenhäuser, wichtige Einrichtungen des Katastrophenschutzes, der Feuerwehr, der Sicherheitskräfte usw.)1.4

Übereinstimmungskriterien - Grenzzustände

Um die definierten Funktionsanforderungen eines Gebäudes im Erdbebenfall zu erfüllen, sind die Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit zu überprüfen.

Grenzzustände der Tragfähigkeit beschreiben für das betrachtete Gebäude mögliche Einsturzszenarien oder anderes Tragwerksversagen [1]. Zur Einhaltung ist die Duktilität hinsichtlich der Anforderungen und die Standsicherheit des Gesamtgebäudes inklusive aller Gründungsbauteile und des Baugrunds sicherzustellen.

Die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit beschäftigen sich hingegen mit Schäden, die die Gebrauchstauglichkeit einschränken [1]. Für eine ausreichende Zuverlässigkeit gegen Schäden sind die einschlägigen Verformungsgrenzen sicherzustellen. Zusätzlich sind wichtige Gebäude zum Schutz der Bevölkerung entsprechend steif mit ausreichend Beanspruchbarkeit zur Aufrechterhaltung der wichtigsten Dienste auszuführen.

延展性

Generell führt ein Erdbeben einem Gebäude Energie zu und regt es zu Schwingungen an [2]. Die entsprechende Gebäudeschwingung sowie die Erdbebenlast hängen von den Gebäudeeigenschaften ab. Ein Gebäude kann hinsichtlich Erdbeben so ausgelegt werden, dass es vergleichsweise hohe einwirkende Kräfte mit einer geringen elastischen Verformung oder geringere einwirkende Kräfte mit größeren plastischen Verformungen abtragen kann. Die zweite Lösung führt zu einer wesentlich höheren Energiedissipation, was aber eine physikalisch nichtlineare Berechnung des Tragwerks erfordert. In der Praxis wird die Ausgewogenheit zwischen Beanspruchung und Energiedissipation über einen Verhaltensbeiwert q abhängig von einer bestimmten Duktilitätsklassifikation abgehandelt [1]. Je höher die Duktilitätsklasse, desto geringer wird die Erdbebenersatzbeanspruchung. Gleichzeitig steigt mit einer höheren Duktilitätsklasse jedoch die Anforderungen an die konstruktive Ausbildung zur Sicherstellung der Duktilität.

 Duktilitätsklasse des TragwerksVerhaltensbeiwerte q
Niedrig-dissipatives TragwerksverhaltenDCL (Niedrig)≤ 1.5
Dissipatives TragwerksverhaltenDCM (Mittel)Betonbauteile nach DIN EN 1998-1, Kapitel 5
Stahlbauten nach DIN EN 1998-1, Kapitel 6
Verbundbauten aus Stahl und Beton nach DIN EN 1998-1, Kapitel 7
Holzbauten nach DIN EN 1998-1, Kapitel 8
Mauerwerksbauten nach DIN EN 1998-1, Kapitel 9
DCH (Hoch)

地震作用

Die Erdbebennorm beschreibt die auftretenden Erdbewegungen an einem bestimmten Punkt auf der Erdoberfläche mit einem elastischen Bodenbeschleunigungs-Antwortspektrum (auch elastisches Antwortspektrum genannt). Das elastische Antwortspektrum ist bezüglich der aufgestellten Anforderungen zur Standsicherheit und Schadensbegrenzung identisch.

Da bei den meisten Tragwerken die seismische Einwirkung über eine nichtlineare Reaktion reduziert wird, ist zur Erfassung eine nichtlineare Berechnung notwendig [1]. Zur Vereinfachung kann man mit einer linearen Berechnung auf Basis eines mit dem Verhaltensbeiwert q modifizierten elastischen Antwortspektrums das duktile Verhalten der Gebäude erfassen. Das mit q modifizierte Antwortspektrum wird Bemessungsspektrum genannt [1]. Hierbei ist der Verhaltensbeiwert q auf eine 5 % viskose Dämpfung des Bauwerks bezogen.

图片 01 - 设计反应谱

面积Funktion des Bemessungsspektrums Sd(T)
0 ≤ T ≤ TBagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ [1 + T/TB ⋅ (2,5/q - 1)]
TB ≤ T ≤ TCagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q
TC ≤ T ≤ TDagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ TC/T
TD ≤ TagR ⋅ γI ⋅ S ⋅ 2,5/q ⋅ (TC ⋅ TD)/T2

Sd(T) = Ordinate des Bemessungsspektrums
T = Schwingungsdauer eines linearen Einmassenschwingers
γI = Bedeutungsbeiwert
q = Verhaltensbeiwert
agR = Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung
TB, TC, TD = Kontrollperioden des Antwortspektrums
S = Untergrundparameter

Der Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung agR ist eine ortsspezifische Größe. Der Wert ergibt sich aus einer seismischen Gefährdungsbeurteilung der Bundesrepublik Deutschland. Zur Festlegung ist das Land abhängig von der örtlichen Gefährdung in entsprechende Erdbebenzonen 0 bis 3 unterteilt. In jeder Zone wird die Gefährdung konstant angenommen und mit einem entsprechenden Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung agR hinterlegt [1].

地震分区Referenz-Spitzenwert der Bodenbeschleunigung agR in m/s2
0未指定
10.4
20.6
30,8
n/a未指定

图片 02 - 地震分区图

Die für das Bemessungsspektrum definierten Kontrollperioden TB, TC, TD und der Untergrundbeiwert S sind ebenfalls ortsspezifische Größen und basieren auf einer am Bauort vorliegenden Kombination aus Baugrundklasse und geologischer Untergrundklasse [1].

Untergrundverhältnisse[THESIS.THESISTITLE]TB in sTC in sTD in s
A-R1.000.010.202.0
B-R1.250.010,252.0
C-R1.500.010.302.0
B-T1.000.010.302.0
C-T1.250.010.402.0
C-S0.750.010.502.0

Der von der Scherwellengeschwindigkeit abhängige Baugrund ist in die Klassen A, B und C unterteilt [1]:

  • Baugrundklasse A
    • Unverwitterte (bergfrische) Festgesteine mit hoher Festigkeit
    • Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen höher als etwa 800 m/s
  • Baugrundklasse B
    • Mäßig verwitterte Festgesteine oder Festgesteine mit geringer Festigkeit
    • Grobkörnige (rollige) oder gemischtkörnige Lockergesteine mit hohen Reibungseigenschaften in Dichter Lagerung oder fester Konsistenz (zum Beispiel glazial vorbelastete Lockergesteine)
    • Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen etwa zwischen 350 m/s und 800 m/s
  • Baugrundklasse C
    • Stark bis völlig verwitterte Festgesteine
    • Grobkörnige (rollige) oder gemischtkörnige Lockergesteine in mitteldichter Lagerung oder in mindestens steifer Konsistenz
    • Feinkörnige (bindige) Lockergesteine in mindestens steifer Konsistenz
    • Dominierende Scherwellengeschwindigkeiten liegen etwa zwischen 150 m/s und 350 m/s

Der zwischen Fels und Sediment wechselnde geologische Untergrund ist in Untergrundklassen R, T und S unterteilt [1]:

  • Untergrundklasse R
    • Gebiete mit felsartigem Gesteinsuntergrund
  • Untergrundklasse T
    • Übergangsbereiche zwischen den Gebieten der Untergrundklasse R und der Untergrundklasse S sowie Gebiete relativ flachgründiger Sedimentbecken
  • Untergrundklasse S
    • Gebiete tiefer Beckenstrukturen mit mächtiger Sedimentfüllung

图片 03 - 地基分类图

Ermittlung des örtlichen Referenzspitzenwerts der Bodenbeschleunigung und der Untergrundklasse

雪荷载分区,风荷载分区和地震荷载分区网页Geo-Zonen-Tool不仅查询了规范要求以及互联网数字化解决方案, Dieses Tool legt abhängig von der gewählten Lastart (Schnee, Wind, Erdbeben) und der landesspezifischen Normung die jeweilige Zonenkarte über die digitale Google-Maps-Landkarte. Über die Suche kann der Anwender mit Angabe der Bauortadresse, der Geokoordinaten oder der örtlichen Gegebenheiten einen Marker auf den geplanten Bauort setzen. Die Anwendung ermittelt dann über die exakte Höhe über Meeresniveau und die gegebenen Zonendaten die charakteristische Last beziehungsweise Beschleunigung an dieser Stelle. 如果新的施工地点无法通过简单含糊的地址定义,则可以放大地图并将焦点移动到正确的位置。 当标记偏移到新的高度时,就会重新计算,并输出当前的荷载。

在线服务可以在 Dlubal 网页中的“解决方法 → 在线服务”中找到。

参数默认值...

1. Lastart = Erdbeben
2. Norm = EN 1998-1
3. Kartenebene = Erdbebenzone oder geologische Untergrundklasse
4. Anhang = Deutschland | DIN EN 1998-1
5. Adresse = Domkloster 4, Köln

…可以得出该选定地址的:

6 Die Erdbebenzone
第 7 个自由度 Die geologische Untergrundklasse
8. 如果有必要,请提供附加信息
9. Den Referenzspitzenwert der Bodenbeschleunigung agR

图片 04

作者

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Niemeier, M.Eng.

Niemeier先生负责RFEM,RSTAB的开发以及用于张拉膜结构的附加模块。 此外,他还负责质量保证和客户支持。

关键词

地震 地震荷载 地面加速度 Untergrundverhältnis Untergrundklasse 场地分类 地震分区 重要性分类 性态系数 延展性 结构重要性系数

参考文献

[1]   Eurocode 8: Design of structures for earthquake resistance - Part 1: General rules, seismic actions and rules for buildings; EN 1998‑1:2004/A1:2013
[2]   Albert, A. (2018). Schneider - Bautabellen für Ingenieure mit Berechnungshinweisen und Beispielen (23rd ed.). Cologne: Bundesanzeiger.

下载

链接

写评论...

写评论...

  • 浏览 21001x
  • 更新 2023年01月11日

联系我们

联系Dlubal

你有问题或需要咨询吗? 请通过表格、电邮、电话、微信、QQ等方式联系我们,您也可以查看我们网页的常见问题(FAQ)。

+86 183 8935 6559 (微信同号)

(微信同号)

[email protected]

RFEM 6 中圆形空心截面的连接模块

RFEM 6 中圆形空心截面的连接模块

网络课堂 2024年02月29日 14:00 - 15:00 CET

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计 | 2024 年 3 月

网络课堂 2024年03月21日 14:00 - 14:30 CEST

RFEM 6 | 高校学生 | 杆件设计简介

在线培训 2024年04月10日 16:00 - 19:00 CEST

RSECTION 1 | 高校学生 | 材料强度简介

在线培训 2024年04月17日 16:00 - 17:00 CEST

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计 | 2024 年 4 月

网络课堂 2024年04月18日 14:00 - 14:30 CEST

RFEM 6 | 高校学生 | 有限元简介

在线培训 2024年04月24日 16:00 - 19:00 CEST

RFEM 6 | 高校学生 | 木结构设计导论

在线培训 2024年04月30日 16:00 - 17:00 CEST

RFEM 6 | 高校学生 | 钢筋混凝土设计简介

在线培训 2024年05月8日 16:00 - 17:00 CEST

RFEM 6 | 高校学生 | 钢结构设计简介

在线培训 2024年05月15日 16:00 - 17:00 CEST

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计 | 2024 年 5 月

网络课堂 2024年05月23日 14:00 - 14:30 CEST

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计

RFEM 6 - 国标铝合金结构设计 | 2024 年 6 月

网络课堂 2024年06月20日 14:00 - 14:30 CEST

RFEM6 中的木楼板\n计算

RFEM 6 中的木楼板计算

网络课堂 2024年02月8日 14:00 - 15:00 CET

RFEM 5
RFEM

主程序

用于对包含板、墙、壳、杆件(梁)、实体和接触单元的平面和空间结构体系进行有限元分析的结构工程分析软件

第一个许可证价格
4,550.00 EUR

RSTAB 8

主程序

空间杆件结构计算, 桁架结构计算, 以及线性和非线性计算, 内力, 变形, 支座反力计算等

第一个许可证价格
3,150.00 EUR