Die Empa produziert zu Forschungszwecken Miniatur-Erdbeben
Mehrstöckige Holzbauten liegen im Trend. Damit ihnen starker Wind oder ein Erdbeben nichts anhaben können, müssen genügend Aussteifungen im Tragwerk vorhanden sein. Die Grundlagen hierzu liefern Computerberechnungen. Um diese in der Praxis zu überprüfen und die Computermodelle zu verbessern, nutzen Empa-Forschende einen zwei Tonnen schweren «Shaker».
Quelle: EMPA
Miniatur-Erdbeben: Der ≪Shaker≫ versetzt ein Tragwerkmodell in Schwingung.
Am Tag der offenen Tür der Empa in Dübendorf am 14. September 2024 wird in der Bauhalle ein Experiment mit einem sogenannten «Shaker» gezeigt. Dieses Gerät wird nicht für Cocktails, sondern für wissenschaftliche Demonstrationen genutzt. Die Empa-Bauingenieure René Steiger, Pedro Palma und Robert Widmann zeigen, wie ein Tragwerksmodell durch Schwingungen, wie sie bei Erdbeben auftreten, beeinflusst wird. Das Experiment verdeutlicht, wie sich die Verteilung von Gewicht und Steifigkeit auf das Schwingungsverhalten eines Gebäudes auswirken.
Holzbauten gewinnen in der Schweiz zunehmend an Beliebtheit, auch aufgrund der Nachhaltigkeit des Materials. Es werden bis zu 75 Meter hohe Gebäude aus Holz gebaut. Meist handelt es sich jedoch um 4- bis 5-geschossige Holzbauten in Holzrahmenbauweise. Um die nötige Steifigkeit zu gewährleisten und Schäden durch Wind oder Erdbeben zu vermeiden, greifen Ingenieure zu unterschiedlichen Lösungen, wie dickeren Bauteilen oder mehr Verbindungsmitteln. Dies führt jedoch zu höheren Kosten. In manchen Fällen ist es jedoch vorteilhafter, wenn das Bauwerk nachgiebiger reagiert, um Erdbebenstösse abzufangen.
Praxisnahe Daten zu Steifigkeit, Grundschwingzeiten und Dämpfung sind für Architekten und Ingenieure entscheidend, um optimale Lösungen zu finden. Frühere Berechnungen basierten auf Näherungswerten, aber an realen Objekten durchgeführte Experimente fehlten in der Schweiz. In anderen Ländern wurden Rütteltischversuche durchgeführt, doch sind diese Ergebnisse nicht eins zu eins auf Schweizer Verhältnisse übertragbar.
Der «Shaker», der ein Haus zum Schwingen bringt
Der «Shaker» der Empa wird für solche Experimente eingesetzt. In einem früheren Projekt wurde er in ein Holzhaus in Oberglatt gehievt, um die Schwingungen des Hauses durch Windstösse oder kleinere Erdbeben zu simulieren. Beschleunigungssensoren massen die Bewegungen und gaben Aufschluss über die Steifigkeit, Eigenfrequenz und Dämpfung des Gebäudes während verschiedener Bauphasen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Berechnungen am Modell nicht immer mit den tatsächlichen Experimenten übereinstimmten. Das Tragwerk erwies sich als steifer als erwartet. Solche Experimente helfen dabei, Normen und Modelle zu verbessern und die Planung von Holzgebäuden zu optimieren. Sie unterstützen die Holzbauweise als nachhaltige Alternative für den Bau mehrgeschossiger Gebäude. (kür)
