Erdbebengerechte mehrgeschossige Holzbauten(261.38)derNormSIA261(2003),mitwelcherdie...

SIA SGEB usic HEV Schweiz Lignum

Technische Dokumentation der Lignum

ErdbebengerechtemehrgeschossigeHolzbauten

001-03_1_UG und Vorsatz_D.qxp:Lignatec 27.7.2010 7:25 Uhr Seite 1

2 Erdbebengerechte mehrgeschossige Holzbauten

Diese Publikation entstand mit Unter-stützung des Fonds zur Förderung derWald- und Holzforschung sowie desBundesamts für Umwelt (BAFU) imRahmen des Aktionsplans Holz.

Projektpartner

SIA Schweizerischer Ingenieur- undArchitektenvereinSGEB Schweizer Gesellschaft fürErdbebeningenieurwesen undBaudynamikusic Schweizerische VereinigungBeratender IngenieurunternehmungenHEV Hauseigentümerverband Schweiz

Autoren

Roland Brunner, LignumPirmin Jung, Pirmin Jung Ingenieurefür Holzbau AGRené Steiger, Empa, Abteilung HolzThomas Wenk, WenkErdbebeningenieurwesen undBaudynamik GmbHNiklaus Wirz, Pirmin Jung Ingenieurefür Holzbau AG

Fachlektoren

Andrea Bernasconi, heig-vd/HES-SOAlessandro Dazio, ZürichKonrad Merz, merz kley partner

Titelbild

Im Hintergrund ist die Erdbeben-zonenkarte der Norm SIA 261 (2003)mit den vier Erdbebenzonen derSchweiz über den Kantonsgrenzendargestellt [nach 6]. Die Überlagerungzeigt die Absolutbeschleunigung derAntwortspektren der N-S-Kompo-nente des Friaul-Erdbebens in Italien(1976) in Funktion der Periode T[nach 12].

Seite 3 1 Einleitung4 2 Grundlagen

2.1 Entstehung und Auswirkungen von Erdbeben2.2 Gefährdung2.3 Antwortspektren2.4 Reduktion des Erdbebenrisikos durch bauliche Massnahmen

13 3 Tragwerksanalyse und Bemessung3.1 Tragwerksanalyse3.2 Bemessung3.3 Verankerungskräfte für nicht tragende Bauteile3.4 Fugen und Gebäudeabstände

30 4 Erdbebengerechtes Entwerfen und Konstruieren4.1 Prinzipien des erdbebengerechten Entwurfs4.2 Eigenschaften des Baustoffs Holz4.3 Verbindungen4.4 Anschlüsse und Verankerungen4.5 Aussteifende Wandsysteme im Holzbau4.6 Steifigkeit unterschiedlicher Holzbausysteme

47 5 Anwendungsbeispiel5.1 Berechnungsgrundlagen5.2 Vorbemessung der horizontalen Aussteifung5.3 Aufgrund der Vorbemessung gewählte Konstruktion5.4 Horizontale Steifigkeit des Tragwerks5.5 Grundschwingzeit der Gesamtstruktur5.6 Berechnung der Schnittkräfte je Tragwand5.7 Antwortspektrenverfahren5.8 Nachweise5.9 Folgerungen

103 6 Bemessungshilfen6.1 Steifigkeit von Holzrahmenbauteilen6.2 Vorbemessung von Holztragwänden6.3 Berechnung der Stockwerkauslenkungen

122 7 Informationsquellen7.1 Verwendete Literatur und Normen7.2 Weiterführende Literatur7.3 Informationsquellen in der Schweiz zu Erdbeben7.4 Projektträger

Inhalt


1 Einleitung


Mit dem Vordringen in den Bereich mehrgeschossi-ger Bauten und den aktuellen Erdbebenbestimmun-gen in den SIA-Tragwerksnormen stellt sich für denHolzbau die Frage der Erdbebensicherheit (Figuren1–4). Die vorliegende Publikation bietet dem Inge-nieur Einstieg und Unterstützung bei der Planungvon erdbebengerechten Holzbauten. Die Trag-werksnormen SIA 260–267 aus dem Jahr 2003 ba-sieren auf den Eurocodes und setzen diese praxisge-recht für die Schweiz um. Diese Normen bilden dieBasis der Dokumentation bezüglich Inhalt, Strukturund Fachbegriffen [1].Die beiden einführenden Kapitel Grundlagen sowieTragwerksanalyse und Bemessung geben einenÜberblick über die Thematik Erdbeben und derenUmsetzung in den SIA-Tragwerksnormen. Im an-schliessenden vierten Kapitel ErdbebengerechtesEntwerfen und Konstruierenwerden die wichtigstenGrundsätze, die es zu beachten gilt, um ein robustesund zugleichwirtschaftliches Bauwerk zu entwerfen,spezifisch für mehrgeschossige Holzbauten erarbei-tet. Werden bei Neubauten die Regeln des erdbe-bengerechten Entwurfs eingehalten, gelingen dierechnerischen Nachweise der Erdbebensicherheitmeist ohne Mehraufwand. Bei bestehenden Gebäu-den sind zudem die risikobasierten Beurteilungs-kriterien des Merkblatts SIA 2018 (2004) zu berück-sichtigen.Zentraler Teil der Dokumentation ist das KapitelAnwendungsbeispiel, wo die einzelnen Entwurfs-,Berechnungs- und Bemessungsschritte bei einemviergeschossigen Holzbau exemplarisch dargestelltwerden. Für das Tragwerk im Anwendungsbeispielwurde der besonders duktile Tragwerkstyp D ge-wählt, der in den SIA-Tragwerksnormen zusammenmit dem Konzept des duktilen Tragwerksverhaltensdargestellt wird. Ein einfaches Vorgehen beim Trag-werksentwurf und bei der Vorbemessung auf dieGe-

brauchstauglichkeitsanforderungen bezüglich Windwird vorgeschlagen. Die einzelnen Schritte der Trag-werksanalyse und der Bemessung sind systematischund vollständig dargestellt, jeweils zuerst formal undanschliessend numerisch.Das Kapitel Bemessungshilfen erklärt abschlies-send, wie die massgebende Gesamtsteifigkeit vonHolzrahmenbauteilen effizient mit der Schubfeld-theorie berechnet werden kann, und gibt Bemes-sungshilfen für typische Anwendungsfälle in derPraxis.Eine zentrale Rolle bei der Abtragung der Erdbeben-kräfte spielen die mechanischen Verbindungenzwischen Beplankung und Rippen – im Anwen-dungsbeispiel die Verklammerung der Tragwandin Holzrahmenbauweise – bezüglich Steifigkeit,Tragwiderstand und Duktilität. Beim Konzept desduktilen Tragwerksverhaltens sind die Regeln derKapazitätsbemessung zu beachten. Für die Holz-rahmenbauweise bedeutet dies, dass die mechani-schen Verbindungen zwischen Beplankung und Rip-pen als duktile Bereiche unter Erdbebeneinwirkunggeplant, konzipiert und bemessen werden müssen.Alle übrigen Tragwerksteile (Rippen, Beplankungen,Anschlüsse usw.) müssen so überbemessen werden,dass sie bei Erdbebenbeanspruchung die zyklischePlastifizierung der duktilen Bereiche gewährleistenkönnen und kein frühzeitiges sprödes Versagen aus-serhalb dieser Bereiche hervorrufen.Das Anwendungsbeispiel zeigt, dass die Erdbeben-einwirkung für neu zu erstellende, mehrgeschossigeHolzbauten in der Schweiz weder überzubewer-ten noch zu unterschätzen ist. Mit Hilfe der Doku-mentation kann rasch ein erdbebengerechtes undgünstiges Tragwerkskonzept gefunden werden, daszugleich auf die Anforderungen bezüglich Wind ab-gestimmt ist.Figur 1: 2010 eröffnetes

Hotel in Zug. Architekten:EM2N Architekten AG,Zürich. Bild: City Garden,Zug.

Figur 2: 2010 fertigge-stellte Wohnüberbauung inLausanne. Architektur undVisualisierung: Bonhôte-Zapata architectes, Genf.

Figur 3: 2006 erstellteWohnüberbauung inDavos. Architektur: Giub-bini Architekten ETH SIA,Bonaduz.

Figur 4: 2005 erstellteMehrfamilienhäuser inButtisholz. Architektur: A6Architekten AG, Buttisholz.

Figur 3

Figur 4

Figur 1

Figur 2



3 Tragwerksanalyse und Bemessung

3.1 Tragwerksanalyse

Im Rahmen der Tragwerksanalyse werden anhandeines Tragwerksmodells die massgebenden Auswir-kungen (Schnittkräfte und Verformungen) infolgeder Bemessungssituation Erdbeben ermittelt. Mitden Auswirkungen werden sodann sämtliche kriti-schen Schnitte durch Nachweise der Tragsicherheitund bei Bauwerken der Klasse BWK III zusätzlich derGebrauchstauglichkeit bemessen. Tragwerksanalyseund Bemessung haben nach den massgebendenBaunormen zu erfolgen, die ein in sich geschlosse-nes, konsistentes Bemessungskonzept darstellen.Neben allgemeingültigen Aussagen, z.B. zur Mo-dellbildung, beziehen sich die nachfolgenden Aus-führungen auf die in der Schweiz geltenden Trag-

werksnormen des SIA (insbesondere Normen SIA260 (2003), Grundlagen der Projektierung vonTragwerken [15], SIA 261 (2003), Einwirkungen aufTragwerke [6], SIA 265 (2003), Holzbau [13]) undauf die zugehörigen einführenden Hintergrund-dokumente [16] und [17].

Die Tragwerksanalyse und die Ermittlung der Aus-wirkungen haben in der Regel an einem linearelastischen Berechnungsmodell unter Annahmemittlerer Steifigkeitswerte bis zum Beginn der Plas-tifizierung zu erfolgen. Das plastische Verformungs-vermögen bei zyklischer Beanspruchung wird be-reits über den Verhaltensbeiwert q in Form einergegenüber rein elastischem Verhalten reduziertenErdbebeneinwirkung mittels der Bemessungsspek-tren berücksichtigt (siehe Kapitel 3.2) und darfnicht ein zweites Mal zur plastischen Umverteilungder elastischen Schnittkräfte in Anspruch genom-men werden.Die Erdbebeneinwirkung bewirkt horizontale undvertikale dynamische Beanspruchungen in einemGesamtsystem aus Baugrund, Fundationskörper,Tragwerk und nicht tragenden Bauteilen. DasSchwingungsverhalten kann mit statischen Model-len oder mit dynamischen Ein- oder Mehrmassen-schwingermodellen beschrieben werden. EinzelneModelle berücksichtigen Nicht-Linearitäten in Ma-terial- und Dämpfungsansätzen (siehe Figur 17).Für die Berechnung der Schnittkräfte und Verfor-mungen bei neuen Bauwerken darf das einfachereErsatzkraftverfahren verwendet werden, falls dieRegularitätskriterien im Grundriss und Aufriss ge-mäss Norm SIA 261, Ziffern 16.5.1.3 und 16.5.1.4erfüllt sind. Andernfalls ist das Antwortspektren-verfahren anzuwenden. In Spezialfällen könnendie aufwendigeren nicht linearen Berechnungenzweckmässig sein. Dabei ist zwischen nicht linearer

statischer und nicht linearer dynamischer Berech-nung zu unterscheiden. Für Bemessungszweckesind nicht lineare Verfahren direkt nicht geeignet,weil für deren Anwendung das Tragwerk bereitsbekannt sein muss. Die Norm SIA 261 (2003) be-schränkt sich auf Anwendungsregeln für die beidenam weitesten verbreiteten linearen Berechnungs-verfahren: Ersatzkraftverfahren und Antwortspek-trenverfahren.Die nicht lineare statische Berechnung hat in denletzten Jahren bei der Überprüfung der Erdbeben-sicherheit von bestehenden Bauten an Bedeutunggewonnen. Sie wird auch als ‹Push-Over-Ver-fahren› bezeichnet, da dabei das inelastische Ver-schiebungsvermögen unter horizontaler Einwir-kung berechnet und dem Verschiebungsbedarf ausdem Bemessungsspektrum gegenübergestellt wird(Merkblatt SIA 2018 (2004) [18]).

013_29_3_Tragwerkanalyse_D.qxp:Lignatec 27.7.2010 14:26 Uhr Seite 13


3.1.1 ErsatzkraftverfahrenBeim Ersatzkraftverfahren wird die dynamischeProblemstellung auf eine statische Berechnung zu-rückgeführt. Die Erdbebeneinwirkung wird durchstatische ‹Ersatzkräfte› dargestellt. Als einzige dyna-mische Grösse benötigt man die Grundschwingzeitdes Bauwerks. Diese kann am Tragwerksmodell be-rechnet oder mit Näherungsverfahren abgeschätztwerden.

AnwendungsbereichDas Ersatzkraftverfahren führt nur zu befriedigen-den Resultaten, wenn beim Schwingungsverhaltendes Bauwerks die Grundschwingung dominiert undhöhere Eigenschwingungsformen vernachlässigtwerden können, was bei regelmässigen Bauwerkenmit Grundschwingzeiten bis zu 2 s der Fall ist. DieNorm SIA 261 (2003) schränkt daher in Ziffer16.5.2.1 die Anwendung des Ersatzkraftverfahrensauf solche Tragwerke ein. Die Regelmässigkeitskri-terien in Grund- und Aufriss sind in den Ziffern16.5.1.3 und 16.5.1.4 (siehe Kapitel 4) der NormSIA 261 (2003) festgehalten. MehrgeschossigeHolzbauten weisen meist eine wesentlich kleinerehorizontale Steifigkeit im Vergleich zu Massivbau-

ten auf mit der Folge, dass die Grundschwingzeitenüber 2 s ansteigen können und das Ersatzkraftver-fahren nicht mehr angewandt werden darf.

Modellbildung und Ermittlung der ErsatzkraftBeim Ersatzkraftverfahren wird das Tragwerk desGebäudes vorerst auf einen kragarmfömigen Mehr-massenschwinger vereinfacht, mit den Massen kon-zentriert auf einzelne Massenpunkte jeweils aufHöhe der Geschossdecken. Dieser Mehrmassen-schwinger wird durch einen Einmassenschwingerersetzt, der dynamisch äquivalent zu dessen Grund-schwingungsform ist (Figur 18, Nr. 4). Der Einmas-senschwinger wird in der Regel in der Bodendeckedes Erdgeschosses als voll eingespannt angenom-men. Bei der Ermittlung der Steifigkeit k sind nebenden Steifigkeiten der Tragelemente auch diejenigender Verbindungen (siehe Figuren 27 bis 29) zu be-rücksichtigen.Mit Hilfe der Grundschwingzeit T1 des Schwingerswird aus dem Bemessungsspektrum (Norm SIA 261(2003), Ziffer 16.2.4) der entsprechende Spektral-wert Sd(T1) der Erdbebeneinwirkung ermittelt. DieBerechnung erfolgt unabhängig in beiden Haupt-richtungen des Bauwerks. Die Ersatzkraft Fd wird

Figur 17:Vergleich von vierBerechnungsverfahren imRahmen der Tragwerks-analyse.EMS= EinmassenschwingerMMS=Mehrmassen-schwinger

Eigenschaft Ersatzkraft- Antwortspektren- nicht lineare nicht lineareverfahren verfahren statische dynamische

Berechnung BerechnungDynamisches Modell linearer EMS linearer MMS nicht linearer EMS nicht linearer

MMSGeometrisches Modell 2D 2D oder 3D 2D 2D oder 3DMaterialmodell linear linear nicht linear nicht linearDämpfungsmodell viskos viskos viskos beliebigberücksichtigte 1. EF alle 1. EF nicht relevantEigenformen EFBerücksichtigung Zuschlag linear Zuschlag nicht linearder TorsionPlastische Verformungen Verhaltens- Verhaltens- nicht lineares nicht lineares

beiwert q beiwert q Materialmodell MaterialmodellErdbebenanregung Bemessungs- Bemessungs- Bemessungs- Zeitverlauf

spektrum spektrum spektrumResultatgrössen Schnittkräfte und Schnittkräfte und lokaler lokaler

Verformungen Verformungen Duktilitätsbedarf, Duktilitätsbedarf,Schnittkräfte und Schnittkräfte undVerformungen Verformungen

Bedingung für regelmässig keine regelmässig keinedie AnwendbarkeitEinsatzbereich neue Bauten neue Bauten bestehende Spezialfälle

BautenBerechnungsaufwand klein mittel mittel gross



auf Basis der Beziehung ‹Masse ∙ Beschleunigung›ermittelt. Dabei sind neben den ständigen Einwir-kungen (Eigenlast und Auflast) Gk auch die quasi-ständigen Anteile von veränderlichen Einwirkungenψ2Qk zu berücksichtigen: (2)Als Vereinfachung wurde in der Norm SIA 261(2003) der Korrekturfaktor λweggelassen, wie er imEurocode 8 zur Berücksichtigung des Unterschiedszwischen der effektiven Modalmasse in der Grund-schwingungsform und der totalen Masse verwen-det wird (λ=1).Abschätzung der GrundschwingzeitGrundsätzlich soll die Grundschwingzeit an einemTragwerksmodell mit realistischen Steifigkeitsan-nahmen für die Tragelemente, die Verbindungenund die Verankerungen berechnet werden. Der Be-rechnungsaufwand soll jedoch auf den Einfluss derGrundschwingzeit bei der Bestimmung der Erdbe-beneinwirkung im konkreten Einzelfall abgestimmtsein. Bei niedrigen, horizontal steifen Gebäudenfällt die Grundschwingzeit meist in den Bereich kon-stanter Beschleunigung der Bemessungsspektren

21

(Figur 16), womit sich eine genaue Berechnung er-übrigt. Erst bei mehrgeschossigen Bauten fällt dieGrundschwingzeit in den abfallenden Ast der Be-messungsspektren über etwa 0,4 bis 0,8 s, je nachBaugrundklasse. Dort lohnt sich eine genauere Be-rechnung unter Annahme einer mittleren Biege-und Schubsteifigkeit im Verformungsbereich vonnull bis zum Fliessbeginn. Bei weichem Baugrundkann auch die Nachgiebigkeit des Baugrunds be-rücksichtigt werden (Figur 18).Für Holzbauten soll die einfache Schätzformel(261.38) der Norm SIA 261(2003), mit welcher dieGrundschwingzeit lediglich in Abhängigkeit derGebäudehöhe berechnet wird, nicht verwendetwerden. Sie unterschätzt in der Regel (siehe Kapitel5) die Grundschwingzeit beträchtlich und ergibtfolglich meist zu hohe Erdbebenbeanspruchungen.Dagegen liefert die auf dem Rayleigh-Quotientenbasierende Schätzformel (261.39) (3)auch für Holzbauten zumindest für die Vorbemes-sung brauchbare Resultate und leistet gute Dienstebei der Kontrolle von Computerresultaten. Wichtigdabei ist, dass die Auslenkung u der Gebäudeober-kante infolge horizontal angesetzter ständiger und

2√1

Figur 18:Modellbildung beim Er-satzkraftverfahren.1 Mehrgeschossiger Holz-

bau mit Kellergeschoss,Baugrund und Stock-werkslasten

2 Modell eingespannterMehrmassenschwingerab Einbindungshorizont(gestrichelte Linie)

3 Modell Mehrmassen-schwinger in nachgiebi-gem Baugrund

4 Modell Einmassen-schwinger mit Grund-schwingzeit T1

₁

₄

₃

₂

₁

₄

₃

₂

ξ viskoses Dämpfungsmassagd horizontale Bodenbeschleunigungm Massemi Stockwerksmassenk Federsteifigkeitx(t) Relativverschiebungxa(t) absolute Verschiebungxg(t) Bodenverschiebung

1 2 3 4



Fi Ersatzkräftemi Stockwerksmassenzi Abstand der Stockwerksmassen vom Einbindungshorizont

quasi-ständiger Lasten mit realistischen Steifigkei-ten bestimmt wird. Empfohlen wird jedoch eine Be-rechnung nach Rayleigh (siehe Kapitel 5) oder miteinem Computerprogramm. Da die Grundschwing-zeit ein wichtiger Parameter der Erdbebenberech-nung eines Tragwerks ist, sollte sie mit zwei unter-schiedlichen Verfahren bestimmt bzw. überprüftwerden.

Verteilung der Ersatzkraft über die GebäudehöheDie totale Ersatzkraft Fd , welche auf das Tragwerkwirkt, muss für die weitere Berechnung über dieGebäudehöhe verteilt werden (Figur 19). Die Stock-werk-Ersatzkräfte greifen bei den Massenpunktendes Tragwerksmodells auf Höhe der Decken (zi)und im Massenschwerpunkt des Deckengrundrissesan. Für die Verteilung der totalen Ersatzkraft ge-mäss Formel (261.41) der Norm SIA 261 (2003)wird eine nach oben linear zunehmende horizontaleBeschleunigung angenommen. Bei gleichen Stock-werksmassen resultiert eine dreieckförmige Vertei-lung der Ersatzkräfte. (4)∑∑ ∑ ·2

2

Berücksichtigung der TorsionDie Torsionswirkung aus zufälliger und planmässigerExzentrizität der Massenschwerpunkte gegenüberdem Steifigkeitszentrum der einzelnen Geschossekann beim Ersatzkraftverfahren nur approximativberücksichtigt werden, da es sich um eine zweidi-mensionale Berechnung handelt. Für eine korrekteBerechnung der Torsion ist ein räumliches Trag-werksmodell erforderlich (siehe Antwortspektren-verfahren). Beim Ersatzkraftverfahren erfolgt die Be-rücksichtigung der Torsion durch eine Vergrösserungbzw. Verkleinerung der planmässigen Exzentrizität(Norm SIA 261 (2003), Ziffer 16.5.2.7):

oberer Wert: (5)unterer Wert: (6)b Gebäudebreite senkrecht zur betrachteten Erd-bebeneinwirkunge Exzentrizität der resultierenden Stockwerkquerkraftaus den Ersatzkräften der oben liegenden Geschossegegenüber dem Steifigkeitszentrum des betrachtetenGeschossesDas resultierende Torsionsmoment ist in jedemStockwerk unter Berücksichtigung der Gleichge-wichts- und Verträglichkeitsbedingung auf die ein-zelnen horizontal tragenden Bauteile zu verteilen.Die dazu erforderlichen Berechnungsschritte wer-den beim Anwendungsbeispiel im Kapitel 5.6.3 imDetail erklärt.

, 0,5 0,05, 1,5 0,05

Figur 19:Ersatzstab mit der Vertei-lung der Ersatzkraft überdie Gebäudehöhe.1 Mehrgeschossiger Holz-

bau mit Kellergeschoss,Baugrund, Stockwerks-lasten und mit den Hö-henlagen der Geschoss-decken über demEinbindungshorizont(gestrichelte Linie)

2 Grundschwingform desErsatzstabes mit Punkt-massen

3 Verteilung der Ersatz-kraft

₁

₄

₃

₂

₁

₄

₃

₂

₁ ₄₃₂

1 2 3



EinbindungshorizontDer Einbindungshorizont des Ersatzstabes kannmeist auf der Bodenebene des Erdgeschosses ange-nommen werden, falls steife Untergeschosse vor-handen sind. Grundsätzlich liegt der Einbindungs-horizont dort, wo von oben her betrachtet erstmalseine relativ starre horizontale Lagerung der vertika-len Tragelemente (z.B. eine Geschossdecke) vor-handen ist. Voraussetzung dafür ist, dass die betref-fende Geschossdecke durch sehr steife Wände, wiez.B. Aussenwände der Untergeschosse, in horizon-taler Richtung auf die Fundation oder den seitlichenBaugrund abgestützt wird. Bei einem Holzbau, derauf Geschossen in wesentlich steiferer Bauweise(z.B. Stahlbeton) aufgesetzt ist, darf die Schnittstellenicht als Einbindungshorizont angesehen werden.Solche Konstruktionen erfüllen die Regularitäts-kriterien im Aufriss nicht, womit das Ersatzkraft-verfahren nicht anwendbar ist. Es muss z.B. dasAntwortspektrenverfahren auf das Gesamtsystem,bestehend aus Holz- und Massivbau, angewandtwerden.Zu beachten ist zudem, dass die Erdbebenkräfte auchin den Tragwerksteilen unterhalb des Einbindungs-horizontes bis in den Baugrund weiterfolgt werdenmüssen und die Fundation korrekt zu bemessen ist.

3.1.2 AntwortspektrenverfahrenDas Antwortspektrenverfahren basiert auf dem line-aren Mehrmassenschwinger. Es erlaubt, die maxima-len Antworten des Tragwerks infolge einer Anregungin der Form von Antwortspektren zu berechnen.Dazu wird das Tragwerksmodell in Eigenformen zer-legt, die Maximalantwort jeder Eigenform bestimmtund anschliessend zur maximalen Gesamtantwortüberlagert. Die Berechnung erfolgt praktisch immermit Hilfe eines Computerprogramms.Als Erdbebeneinwirkung wird das Bemessungsspek-trum verwendet (Figur 16 bzw. Norm SIA 261[2003], Figur 14). Da es sich beim Antwortspek-trenverfahren um ein lineares Verfahren handelt,können nicht lineare Effekte wie plastische Verfor-mungen nur approximativ erfasst werden. Gleichwie beim Ersatzkraftverfahren erfolgt dies über denVerhaltensbeiwert q im Bemessungsspektrum.Im allgemeinen ist ein räumliches Tragwerksmodellzu verwenden. Falls die Regularitätskriterien imGrundriss gemäss Norm SIA 261 (2003), Ziffer16.5.1.3 erfüllt sind, darf auch je ein ebenes Modellfür die beiden Hauptrichtungen verwendet werden.

Die Torsionswirkung aus zufälliger und planmässi-ger Exzentrizität der Massenschwerpunkte der ein-zelnen Geschosse muss berücksichtigt werden(Norm SIA 261 (2003), Ziffer 16.5.3.4 für räumlicheModelle bzw. Ziffer 16.5.2.7 für ebene Tragsystemein den Hauptrichtungen). Wird ein räumliches Trag-werksmodell beim Antwortspektrenverfahren ver-wendet, so muss die tatsächlich vorhandene Exzen-trizität zwischen Massen- und Steifigkeitszentrumnicht mit den Faktoren 1,5 bzw. 0,5 multipliziertwerden, damit die Torsionsschwingungen korrekterfasst werden (Norm SIA 261 [2003], Ziffer16.5.3.4):

oberer Wert: (7)unterer Wert: (8)b Gebäudebreite senkrecht zur betrachteten Erd-bebeneinwirkunge Exzentrizität des Massenschwerpunkts gegenüberdem Steifigkeitszentrum des betrachtetenGeschossesNach Norm SIA 261 (2003), Ziffer 16.5.3.5 sinddie Schnittgrössen und Verschiebungen aus allenSchwingungsformen, die wesentlich zum globalenSchwingungsverhalten beitragen, zu berücksichti-gen. Die Summe der effektiven modalen Massender berücksichtigen Schwingungsformen soll in derRegel mindestens 90% der Gesamtmasse des Trag-werks erreichen.Eine Musteranwendung des Antwortspektrenver-fahrens bei einem viergeschossigen Gebäude ist in[12] beschrieben.

3.1.3 Effekte 2. OrdnungBei im Vergleich zur Knicklast Ncr von Stützen oderWänden massgeblichen Normalkräften aus Schwe-relasten oder bei bezüglich horizontaler Verfor-mung weichen Tragwerken muss der Vergrösserungder Biegemomente durch die exzentrisch wirkendenNormalkräfte (Effekte 2. Ordnung, N-Δ-Effekt) undder daraus resultierenden möglichen Reduktion derSteifigkeit Beachtung geschenkt werden.

, 0,05, 0,05



Laut Eurocode 8 [14] müssen Einflüsse nach Theorie2. Ordnung nicht berücksichtigt werden, wenn fol-gende Bedingung in allen Geschossen erfüllt ist:

(9)Ѳ Empfindlichkeitswert der gegenseitigen Stockwerks-verschiebungdr Bemessungswert der gegenseitigen Stockwerks-verschiebung, ermittelt als Differenz der mittlerenhorizontalen Verschiebung ds oben und unten im be-trachteten Geschoss. Für ds gilt: (10)de Verschiebung eines bestimmten Punktes des Trag-werks aufgrund einer linearen Berechnung mit demBemessungsspektrum als Anregungq Verhaltensbeiwerth GeschosshöheNtot Gesamtgewichtskraft im betrachteten Geschoss beider Bemessungssituation ErdbebenVtot Gesamtquerkraft im betrachteten Geschoss bei derBemessungssituation ErdbebenIn Fällen, wo 0,1 < Ѳ ≤ 0,2 gilt, dürfen die Effektenach Theorie 2. Ordnung näherungsweise berück-sichtigt werden, indem die entsprechenden Bean-spruchungsgrössen 1. Ordnung mit dem Faktor1/(1-Ѳ) multipliziert werden [14]. Für Ѳ > 0,2 isteine Berechnung 2. Ordnung erforderlich. Fälle mitѲ> 0,3 sind durch besser aufeinander abgestimmteGeschosssteifigkeiten zu vermeiden.Als Anfangsauslenkung in der Berechnung 2. Ord-nung ist der Bemessungswert der relativen Ver-schiebung ud gegenüber der Fundation infolge Erd-bebenwirkung gemäss Norm SIA 261, Ziffer16.5.5.1 mit (11)

(11a)zu berücksichtigen. Dabei bezeichnet uel den auf-grund des Bemessungsspektruns ermittelten elasti-schen Anteil der Verschiebung.Neben der Anfangsauslenkung ud nach Formel 11ist gemäss Norm SIA 265 (2003), Ziffer 5.8.3.2 einezusätzliche spannungslose Vorverformung zu be-rücksichtigen, dies mit einem Schrägstellungswinkelφ im Bogenmass von:

(12)h Tragwerkshöhe bzw. Stablänge in [m]

12·

0,005 5

·

·· 0,10N

Bei Stabtragwerken, Fachwerken, Bogen und Rah-men ist die laut Norm SIA 265 (2003), Ziffer 5.8.3.2anzusetzende Vorverformung von e/l ≥ 0,0025ebenfalls in Rechnung zu stellen. Sie resultiert ausden in Ziffer 8.2.5 formulierten Anforderungen derNorm SIA 265 (2003) an die Produktion von Druck-stäben aus Vollholz oder Brettschichtholz sowie vonBiegeträgern, Bogen und Rahmen.Die Steifigkeiten (Elastizitätsmoduln, Schubmodulnsowie Verschiebungsmoduln von Verbindungen)haben starken Einfluss auf die Berechnungen 2.Ordnung, aber auch auf die Grundschwingzeit desTragwerks. Ohne genauere Kenntnisse ist bei derTragwerksanalyse von Mittelwerten der Steifigkei-ten auszugehen. Diese Betrachtungsweise ist ad-äquat für Bauwerke, deren HaupttragelementePlatten und Scheiben sind. Demgegenüber ist beiStabtragwerken, Fachwerken, Bogen und Rahmendem Gedanken der Robustheit dadurch Rechnungzu tragen, dass die Tragsicherheitsnachweise 2.Ordnung mit reduzierten Steifigkeiten geführt wer-den, wie dies die Norm SIA 265 (2003) in Ziffer5.8.3 vorschreibt, d.h. indem die Elastizitätsmo-duln, Schubmoduln und Verschiebungsmoduln derVerbindungen mit γM/ηM-Werten gemäss Tabelle 1der Norm SIA 265 (2003) abgemindert werden:

(13)(14)(15)(16)

E ElastizitätsmodulEm,mean charakteristischer Wert (Mittelwert) des Biege-ElastizitätsmodulsG SchubmodulGmean charakteristischer Wert (Mittelwert) des Schub-modulsK VerschiebungsmodulKu Verschiebungsmodul für den Nachweis der Trag-sicherheitKser Verschiebungsmodul für den Nachweis derGebrauchstauglichkeitγM WiderstandsbeiwertηM Umrechnungsfaktor für den Tragwiderstand

2 3⁄⁄⁄,⁄



3.2 Bemessung

3.1.4 DämpfungDie Dämpfung eines Tragwerks beeinflusst dessenSchwingungsverhalten und damit auch die im Erd-bebenfall auftretenden Bewegungsgrössen. Daselastische Antwortspektrum gemäss Norm SIA 261(2003) (siehe Figur 16) gilt für ein viskoses Dämp-fungsmass von ξ=0,05. Davon abweichendeWerte können über einen Korrekturbeiwert η ge-mäss Formel (261.29) der Norm SIA 261 (2003) be-rücksichtigt werden:

(17)10,5 10 0,55

Im Bemessungsspektrum ist eine von ξ=0,05 ab-weichende Dämpfung bereits durch den Verhal-tensbeiwert q approximativ berücksichtigt.

Im Rahmen der Bemessung sind im allgemeinen dieTragsicherheit und die Gebrauchstauglichkeit nach-zuweisen [15]. Die Erdbebeneinwirkung wird inden SIA-Tragwerksnormen als aussergewöhnlicheEinwirkung behandelt. Der Nachweis der Tragsi-cherheit ist für alle Bauwerksklassen zu erbringen,der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit nur fürBauwerke der Klasse BWK III, bei denen die Funkti-onstüchtigkeit nach einem Erdbeben sichergestelltbleiben soll. Der Nachweis der Gebrauchstauglich-keit wird bei Bauwerken der Klassen BWK I undBWK II im Sinne einer Vereinfachung vernachläs-sigt, da er häufig nicht massgebend wird. Er wirdimplizit durch den Tragsicherheitsnachweis und dieEinhaltung der konstruktiven und konzeptionellenMassnahmen als erfüllt betrachtet.Die allgemeinen Gleichungen zur Bestimmung derBemessungswerte der Auswirkungen befinden sichin der Norm SIA 260 (2003): Gleichung (260.17)für die Tragsicherheit und Gleichung (260.23) fürdie Gebrauchstauglichkeit. Der Nachweis der Ge-brauchstauglichkeit in der Bemessungssituation Erd-beben ist nicht für den gleichen Bemessungswertwie bei der Tragsicherheit zu führen, sondern fürden halben Wert. Dabei ist zu beachten, dass sichdie erwähnte Halbierung auf die 1,4-fachen Refe-

renzwerte bezieht, da bei BWK III ein Bedeutungs-faktor von γf=1,4 zu berücksichtigen ist (sieheKapitel 2.4). Gesamthaft gesehen ergibt sich imEinklang mit dem Eurocode 8 eine Reduktion derWiederkehrperiode des Gebrauchstauglichkeitserd-bebens bei BWK III auf etwa 200 Jahre gegenüberder Wiederkehrperiode des Tragsicherheitserdbe-bens von 1200 Jahren.Der Nachweis der Gebrauchstauglichkeit erfordertdie Berechnung der Verschiebungen infolge Erd-beben. Dazu befinden sich in der Norm SIA 261(2003), Ziffer 16.5.5 einige Hinweise zur Vorge-hensweise, insbesondere zu den Annahmen für dieSteifigkeit der Tragelemente. Die Gebrauchsgren-zen für Gebäude sind in der Norm SIA 260 (2003),Ziffer 4.4.4.5 festgehalten. Die relativen horizon-talen Stockwerksverschiebungen sind auf 1/500bei spröden und auf 1/200 bei duktilen Einbautenzu begrenzen. Für sämtliche technischen Anlagen(z.B. Elektroinstallationen, Heizung, Lüftung, Klima)ist sicherzustellen, dass sie funktionstüchtig bleiben.



3.2.1 Konzepte für Tragwerksverhalten undTragsicherheitsnachweis

Gemäss Norm SIA 261 (2003) stehen grundsätzlichzwei Konzepte der Erdbebenbemessung zur Verfü-gung: das Konzept des nicht duktilen Tragwerksver-haltens und das Konzept des duktilen Tragwerks-verhaltens. Letzteres beruht auf den Erkenntnissendes modernen Erdbebeningenieurwesens (Kapazi-tätsbemessung). Im allgemeinen ist das Konzeptdes nicht duktilen Tragwerksverhaltens nur bei klei-nen Erdbebenschnittkräften zu empfehlen, wenndiese gegenüber Wind nicht massgebend werden,d.h. für leichte Bauwerke in den niedrigen Erdbe-benzonen und bei günstigen Baugrundverhältnis-sen. In den übrigen Fällen kann das nicht duktileTragwerksverhalten zu unwirtschaftlichen Lösun-gen führen, und es sollte das duktile Tragwerksver-halten gewählt werden.Für Bauwerke in Holzbauweise muss die Wahl desBemessungskonzeptes nach differenzierten Überle-gungen erfolgen. Die beim Konzept des duktilenTragverhaltens mögliche Reduktion der massgeben-den Bemessungsschnittkräfte steht einer aufwendi-geren Konzeption, Bemessung und Konstruktionder Anschlüsse gegenüber. Es ist häufig möglich,durch die Wahl eines leichten und weniger steifenHolztragwerks die Erdbebenkräfte soweit zu redu-zieren, dass die Bemessung nach dem einfacherennicht duktilen Tragwerksverhalten erfolgen kannund somit keine erdbebenbedingte Erhöhung derBeanspruchung des Tragwerks resultiert.

Zusammenspiel von Tragwiderstand und DuktilitätDas Verhalten eines Tragwerks im Erdbebenfallkann approximativ durch folgende Beziehung be-schrieben werden [12]:

(18)Die Duktilität ist neben dem Tragwiderstand derwichtigste Kennwert des Erdbebenverhaltens vonTragwerken. Unter Duktilität versteht man dasdurch irreversible Verformungen und Energiedis-sipation charakterisierte plastische Verformungs-vermögen [15]. Um ein genügendes Erdbebenver-halten für ein bestimmtes Bemessungsbeben zuerzielen, kann für ein Tragwerk entweder ein hoherTragwiderstand mit kleiner Duktilität, ein niedrigerTragwiderstand mit hoher Duktilität oder auch einmittlerer Tragwiderstand mit einer mittleren Duktili-tät gewählt werden (Figur 20).Das Konzept mit hoher Duktilität, verbunden mitniedrigem Tragwiderstand, empfiehlt sich bei hoherErdbebenbeanspruchung und bei Tragwerken mitgeringer Steifigkeit und Festigkeit, da damit dieQuerschnittsabmessungen im üblichen Rahmen ge-halten werden können und gleichzeitig ein erdbe-bengerechtes Tragwerk entsteht. Ist dies nicht derFall, wie z.B. bei kleinen Erdbebenkräften oderwenn der Wind massgebend ist, genügt meist dasKonzept mit der kleinen Duktilität, für das eine ein-fachere konventionelle Bemessung ausreichend ist.

Güte des Erdbebenverhaltens Tragwiderstand · Duktilität

Figur 20:Horizontale Beanspru-chung in Funktion derhorizontalen Verschiebungfür unterschiedliche Trag-werksausbildungen beigleichem Bemessungs-beben entlang der Bedarfs-linie aus dem Bemessungs-spektrum [nach 12].

1

2

3

1 ‹Elastischer›, sehr hoher Tragwiderstand: Bemessungsbeben erfordert keine plastische Verformungen.2 Mittlerer Tragwiderstand: Bemessungsbeben erfordert mässige plastische Verformungen.3 Tiefer Tragwiderstand: Bemessungsbeben erfordert grosse plastische Verformungen.F horizontale BeanspruchungΔ globale horizontale Verschiebung



Globale und lokale DuktilitätAls Duktilität μ (Figur 21) bezeichnet man allgemeindas Verhältnis (wtot/wy) zwischen der totalen Ver-formung wtot beim Versagen und der Verformungwy bei Beginn der Plastifizierung [12]. Das wirklicheMaterialverhalten wird meistens in zwei Abschnit-ten linearisiert.

(19)

Figur 22:Beziehung zwischenglobaler (µΔ) und lokaler(µ ) Duktilität am Beispieleines Kragarms [nach 12].1 Kragarm2 Biegemomente3 Querschnitts-

verformungen4 Verformung des ganzen

Tragwerks

Figur 21:Allgemeine Definitionder Duktilität [nach 12].

Bean

spruchun

g

Verformung

Verform

ung

beiFliessbe

ginn

totale

Verform

ung

Tragwiderstand wirkliches Verhalten

idealisiertes Verhalten

ℎℎ

1 2 3 4

Zu beachten ist der Unterschied zwischen globalerund lokaler Duktilität. Die globale Duktilität beziehtsich auf die Verformungen des gesamten Trag-werks. Sie ist die Basis für die Bestimmung des Ver-haltensbeiwertes q. Um eine grosse globale oderSystem-Duktilität μΔ zu erhalten, muss eine grosselokale oder Querschnitts-Duktilität μ (Rotations-duktilität, Krümmungsduktilität, Dehnungsduktilitätund Verzerrungsduktilität in Tragwerkselementenund Verbindungen) sichergestellt werden. Figur 22zeigt am Beispiel eines Kragarms den Unterschiedzwischen globaler und lokaler Duktilität: Die globaleDuktilität μΔ (Figur 22, Nr. 4) kennzeichnet das Ver-hältnis der horizontalen Verschiebungen Δu und Δyam Ende des Kragarms und schliesst die Verformun-gen des ganzen Tragwerks ein. Die lokale Duktilitätμ (Figur 22, Nr. 3) entspricht dem Verhältnis derQuerschnittsverformungen u und y.

(20)ΔΔ



3.2.2 Bemessung mit dem Konzept des nichtduktilen Tragwerkverhaltens

Beim Konzept des nicht duktilen Tragwerksverhal-tens erfolgt die Bemessung für Erdbeben konven-tionell wie für Schwerelasten oder Wind. Es sindkeine besonderen Bemessungsregeln ausser denkonzeptionellen und konstruktiven Massnahmengemäss Norm SIA 261 (2003), Tabelle 27 zu be-rücksichtigen. Die zu ergreifenden Massnahmensind abhängig von der Bauwerksklasse und von derErdbebenzone, in welcher sich das Bauwerk befin-det. Bei der Wahl eines nicht duktilen Tragwerks-verhaltens muss damit gerechnet werden, dass un-ter zyklischer Erdbebenbeanspruchung nur ein sehrkleines plastisches Verformungs- und Energiedissi-pationsvermögen des Tragwerks erreicht werdenkann. Nach Überschreiten der Elastizitätsgrenzekann das Tragwerk spröd versagen. Der Verhaltens-beiwert q muss deshalb vorsichtig angesetzt wer-den. Für Tragwerke ohne bzw. mit kleiner Duktilitätaus Holz (Tragwerkstyp A) beträgt er gemäss Ta-belle 10 in der Norm SIA 265 (2003) q=1,5 undberücksichtigt im wesentlichen nur die Überfestig-keit. Mit Überfestigkeit bezeichnet man den effekti-ven Tragwiderstand der Bauteile, welcher höher istals der gemäss Berechnung vorhandene Widerstandauf Bemessungsniveau [12].Bei Wahl des nicht duktilen Tragwerksverhaltens fürdie Erdbebenbemessung von Holzbauten müssenalle Bauteile und ihre Verbindungen so ausgebildetwerden, dass sie unter der Erdbebeneinwirkungnicht versagen. Bei allfälliger Lastumkehr muss dieLage der Bauteile gesichert bleiben.

3.2.3 Bemessung mit dem Konzept des duktilenTragwerksverhaltens

Beim Konzept des duktilen Tragwerksverhaltens er-folgt die Bemessung nach der Methode der Kapazi-tätsbemessung [12]. Darunter versteht man im we-sentlichen die Wahl eines geeigneten plastischenMechanismus (Figur 23) und die Aufteilung desTragwerks in elastisch bleibende und in plastifizie-

rende Bereiche. Letztere sind im Tragwerk so fest-zulegen und auszubilden, dass ein geeigneter plasti-scher Mechanismus unter Erdbebeneinwirkung ent-steht. Die plastifizierenden Bereiche sind für einausreichendes Verformungs- und Energiedissipa-tionsvermögen unter zyklischer Beanspruchungkonstruktiv zu gestalten und die übrigen Bereichedes Tragwerks vor einem vorzeitigen spröden Ver-sagen zu schützen, wenn die plastifizierenden Be-reiche ihre Überfestigkeit entwickeln [12].Falls eine grössere als die erwartete Verformung desTragwerks auftritt, entstehen keine neuen Fliesszo-nen, sondern die bereits plastifizierten Teile verfor-men sich etwas mehr. Die plastischen Zonen be-grenzen also die Beanspruchung des Tragwerks,und es ist gewährleistet, dass die elastisch bleiben-den, spröden Elemente des Tragwerks nicht überbe-ansprucht werden. Illustriert werden kann dies mit-tels der in Figur 24 gezeigten Kette [19]. Einsehr duktiles Glied mit dem effektiven Tragwider-stand Ry,eff schützt die übrigen spröden Kettenglie-der mit einem garantierten minimalen Tragwider-stand Rt,min, falls gilt: Ry,eff< Rt,min.Das duktile Glied der Kette weist den geringstenTragwiderstand, aber das grösste Verformungsver-mögen aller Kettenglieder auf, womit die Kraft inden spröden Kettengliedern im Rahmen der Dehn-fähigkeit des duktilen Gliedes für beliebige Dehnun-gen auf Ry,eff < Rt,min beschränkt bleibt. Der Trag-widerstand des einen duktilen Gliedes ist also fürdiejenige des Gesamtsystems massgebend. Dieplastische Verformung der Kette entspricht derjeni-gen des einzelnen duktilen Gliedes. Zur Ermittlungder Duktilität der gesamten Kette wird die Verfor-mung des duktilen Gliedes auf die gesamte elasti-sche Verformung nach Formel 21 bezogen.

(21)Δ ΔΔ Δ1 2

1 2

Figur 23:Plastische Mechanismeneines Rahmens bei Erdbe-beneinwirkung: ungeeig-neter Stützenmechanismus(rechts) und besser geeig-neter Riegelmechanismus(links) [nach 12].



Das Verhältnis µΔ ist geringer als die Duktilität deseinen duktilen Gliedes nach Formel 22. (22)Unter der Annahme, dass (Δ1≈Δ1′ ≈ Δ2′ )=Δ3 undΔ2=9Δ2′ , ergibt sich für die abgebildete Kettevon acht spröden und einem duktilen Glied eineGesamtduktilität von µΔ=17Δ3/9Δ3=1,9.Eine Kette aus spröden Gliedern kann somit dankeinem kapazitätsbemessenen duktilen Glied in eineduktile Kette umgewandelt werden.Übertragen auf den Holzbau bedeutet dies, dass esgenügt, die mechanischen Verbindungsmittel mitder Methode der Kapzitätsbemessung als plastifizie-rende Bereiche auszulegen, um ein duktiles Gesamt-system zu erreichen.Die entsprechenden holzbauspezifischen Regelnbefinden sich im Kapitel Erdbeben der Norm SIA265 (2003). Diese Regeln wurden aus dem Euro-code 8 übernommen, für niedrige bis mittlereSeismizität vereinfacht und in die übrigen Bemes-sungsregeln dieser Holzbaunorm integriert. Bei der

2

22

Erdbebenbemessung gemäss Norm SIA 265 (2003)handelt es sich gewissermassen um eine ‹Light-Version› der Kapazitätsbemessung. Die effektivenKapazitäten der plastifizierenden Bereiche und dieim Erdbebenfall tatsächlich eintretenden Mechanis-men können bei Holztragwerken aufgrund derStreuung der Baustoff- und Verbindungseigen-schaften nur schwer vorausgesagt werden. DieEnergiedissipation wird daher nicht einem konkre-ten Mechanismus, sondern sämtlichen im Tragwerkvorhandenen duktilen Bereichen zugewiesen.Der Vorteil des duktilen Tragwerksverhaltens ist derwesentlich grössere Verhaltensbeiwert q, der zurReduktion der elastischen Erdbebeneinwirkung inRechnung gestellt werden darf (Figur 16). Die Ver-haltensbeiwerte q wurden mit Bauteilversuchenund nicht linearen Berechnungen unter Beachtungder globalen und lokalen Duktilität unterschiedli-cher Tragwerkstypen ermittelt. Für nach dem dukti-len Tragwerkskonzept zu bemessende Holzbautenbetragen die q-Werte gemäss Norm SIA 265

Figur 24:Prinzip der Begrenzungder Beanspruchung mitHilfe duktiler Elemente[nach 19].

1 Die abgebildete Kette besteht aus acht sprödenGliedern mit je einem Tragwiderstand von Rt,minsowie einem duktilen Glied mit einem Tragwiderstandvon Ry,eff.

2 Das Kraft-Verformungsverhalten gilt für jedes der nspröden Glieder.

∙ +

= ∙ +

1

2 3 4

sprödspröd duktil

3 Das Diagramm zeigt das Kraft-Verformungsverhaltendes einen duktilen Gliedes.

4 Das Kraft-Verformungsverhalten der Kette ergibt sichaus der Summe der n spröden Glieder und des dukti-len Gliedes.



(2003), Tabelle 10 je nach Duktilität des Trag-werks q=2,0 (geringe Duktilität, Tragwerkstyp B),q=2,5 (mittlere Duktilität, Typ C) und q=3,0(hohe Duktilität, Typ D). Noch höhere q-Werte sindlaut experimentellen Untersuchungen (z.B. [20])auch für Holzbauten realisierbar, unter Fachleutenjedoch umstritten. Mit Blick auf die niedrige bismittlere Seismizität in der Schweiz, die keine hohenq-Werte erfordert, wurden die q-Werte durch diezuständige SIA-Normenkommission vorsichtig fest-gelegt. Dieses Vorgehen trägt auch den gegenüberder Kapazitätsbemessung stark vereinfachten Be-messungsregeln in der Norm SIA 265 (2003) Rech-nung. Ausserdem wurden im Vergleich zum Euro-code 8 (2004) [14] die Regeln zur Ausbildung derduktilen Zonen pauschalisiert, und der Faktor 0,8zur Reduktion des Verhaltensbeiwerts q von in Auf-riss oder Grundriss unregelmässigen Tragwerken

muss nicht zusätzlich angesetzt werden. Die Tabelle10 der Norm SIA 265 (2003) gibt Beispiele mögli-cher Einstufungen von Tragwerken in die TypologieA bis D an (Figur 25).Bei einem duktilen Tragwerksverhalten können so-mit die Erdbebenbeanspruchungen für Tragwerkeaus Holz auf bis zu 50% der entsprechendenWerte für nicht duktiles Verhalten reduziert wer-den. Voraussetzung dafür sind der Nachweis einerausreichenden Duktilität des Tragwerks und eineentsprechende Bemessung.Für vertikale Erdbebeneinwirkung ist der Verhal-tensbeiwert q=1,5 unabhängig von Tragwerksver-halten und Bauweise (Norm SIA 261 (2003), Ziffer16.2.4.2).

Figur 25:Duktilität: Verhaltensbei-werte und Zuordnungnach Norm SIA 265(2003). Für Tragwerksver-halten mit unterschiedli-cher Duktilität bezüglichder beiden horizontalenHauptrichtungen ist einerichtungsabhängige Be-trachtung zulässig.

Typ Duktilität Verhaltensbeiwert q Zuordnung in Funktion von Beispiele der Zuordnung 1)

Wirksamkeit, Anzahl undVerteilung der duktilenVerbindungsbereiche

A klein 1,5 alle Tragwerke, die sich nicht • Bogentragwerkeden Typen B, C oder Dzuordnen lassen

• Rahmentragwerke mit geklebten Rahmenecken

• Tragwerke mit steifen Stützeneinspannungen in denFundamenten

• Tragwerke mit Wandscheiben zur Abtragung von Horizontal-kräften ohne mechanische Verbindungen

B gering 2,0 Tragwerke mit vereinzelten • Tragwerke mit wenigen, aber wirksamen duktilen Bereichenduktilen Verbindungsbereichen

• eingeschossige Tragwerke mit Stützen mit halbsteifenAnschlüssen am Fundament

C mittel 2,5 Tragwerke mit verschiedenen • Rahmen- oder Stütze-Riegel-Tragwerke mit halbsteifenhoch wirksamen duktilen Verbindungen (Anschlüsse am Fundament könnenVerbindungsbereichen halbsteif oder gelenkig sein)

• Rahmen- und Fachwerktragwerke mit mechanischenVerbindungsmitteln in den Rahmenknoten bzw. in denVerbindungen der Fachwerkbauteile

• Tragwerke mit Wandscheibenelementen mit aufgeleimterBeplankung, sofern sie untereinander mechanisch verbunden sind

• Mischbauweise, bestehend aus skelettartigen, tragendenHolzrahmen mit nicht tragender Ausfachung

D hoch 3,0 Tragwerke mit vielen • Tragwerke mit Wandscheiben:gleichmässig verteilten,

•• Beplankung mit Rahmen mechanisch verbundenhoch wirksamen duktilenVerbindungsbereichen •• Scheibenelemente untereinander mechanisch verbunden

•• mechanische Verbindungen mit DuktilitätsmassDs > 3 gemäss Ziffer 6.1.2 der Norm SIA 265 (2003)bzw. Figur 28

1) Entscheidend für die Zuordnung ist das Verhalten bezüglich vertikaler Abtragung von Horizontalkräften. Die Ausbildung der horizontalen Scheiben bleibt dabei unberücksichtigt.



Damit eine zyklische Plastifizierung in den dafür vor-gesehenen Tragwerksteilen (duktilen Verbindungs-bereichen) stattfinden kann, müssen gemäss NormSIA 265 (2003), Ziffer 4.6.3.1 alle übrigen Trag-werksteile einen ausreichend höheren Tragwider-stand aufweisen, d.h. in der Regel 20% überbemes-sen sein. Insbesondere von Bedeutung ist dies beider Fundation, bei Verankerungen und sonstigennicht duktilen Verbindungen zu massiven Teilen undbei Verbindungen zwischen Deckenscheiben undHorizontallast abtragenden Wandscheiben.‹Überbemessen› (Md

+) bedeutet dabei nicht Bemes-sung auf den 1,2-fachen Bemessungswert der Aus-wirkung (Schnittkraft) Md infolge der Bemessungssi-tuation Erdbeben, sondern auf den 1,2-fachen Wertdes Tragwiderstandes der anschliessenden plastifi-zierenden Bereiche MRd, d.h. der duktilen Verbin-dungsbereiche (Figur 26): (23)

bzw. (24)ΥM Widerstandsbeiwertηt Beiwert zur Berücksichtigung der Zeitdauer derEinwirkungηw Beiwert zur Erfassung des Einflusses der HolzfeuchteηM Umrechnungsfaktor für den Tragwiderstand(Umrechnung auf für Bauteile und Verbindungengeltende Bedingungen)ηmod Beiwert zur Erfassung des Einflusses der Dauer derEinwirkung und des Feuchtegehalts bei der Bemes-sung von Bauteilen aus Holzwerkstoffen gemässNorm SIA 265/1 (2009)

·⁄ ··1,2 ·

Damit die an die plastifizierenden Bereiche angren-zenden Bauteile einen ausreichenden Schubwider-stand Vd+ aufweisen, müssen sie ebenfalls ‹überbe-messen› sein. Der Grad der Überbemessung richtetsich nach dem effektiven Biegetragwiderstand MRd

des plastifizierenden Bereichs und kann mit folgen-dem Ansatz (Norm SIA 262 (2003) [21], Ziffer4.3.9.4.4), welcher neben den Überfestigkeitenauch mögliche höhere Eigenschwingungsformen(Vergrösserungsfaktor κ) in Abhängigkeit der An-zahl Geschosse berücksichtigt, ermittelt werden:(25)Der Faktor κ beträgt in Abhängigkeit von der An-zahl Geschosse n:

für n≤ 5: (26)für n> 5: (27)Das Verhältnis ΥM/ηM für die Bemessung von Bau-teilen und Verbindungen gemäss Norm SIA 265(2003) findet man dort in der Tabelle 1. Bauteile ausHolzwerkstoffen und Verbindungen zu Vollholz,Brettschichtholz und Holzwerkstoffen sind gemässNorm SIA 265/1 (2009) [36] zu bemessen, wobeidie Widerstandsbeiwerte ΥM dort in der Tabelle 13festgelegt sind (siehe auch [37]).In Tragsicherheitsnachweisen für die aussergewöhn-liche Bemessungssituation Erdbeben sind dieselbenΥM -Werte wie für andauernde und vorübergehendeBemessungssituationen anzusetzen. Die Erhöhungdes Tragwiderstandes für die aussergewöhnlicheBemessungssituation Erdbeben ist bereits bei derFestlegung der Verhaltensbeiwerte q eingeflossen[9], und zwar durch eine angepasste Berücksichti-gung der Überfestigkeit der Baustoffe.

1,50,9 10

· ·

Figur 26:Massgebende SchnittkräfteMd

+ und Vd+ für die Bemes-sung von duktilen undnicht duktilen Bereichen inHolztragwerken am Bei-spiel des Ersatzstabes vonFigur 19.

1

111 Formel 23-24

12,52,251,75

₁

₄

₃

₂

₁ ₄₃₂₁ 0,25₄ 1₃ 0,75₂ 0,5

7,552,751 Formel 25-27

1 Mehrgeschossiger Holzbau mit Kellergeschoss, Baugrund, Stockwerkslasten und mitden Höhenlagen der Geschossdecken über dem Einbindungshorizont (gestrichelte Linie)

2 Modell eingespannter Mehrmassenschwinger ab Einbindungshorizont3 Verteilung der Ersatzkraft4 Schnittkräfte Md und Md

+

5 Schnittkräfte Vd und Vd+

1 2 3 4 5


3.2.4 Voraussetzungen für den Tragsicherheits-nachweis von Holztragwerken mit demKonzept des duktilen Tragwerksverhaltens[13]

In Holztragwerken können im allgemeinen nur dieVerbindungen ein duktiles Verhalten aufweisen. Diehölzernen Tragelemente selbst und auch Verklebun-gen sind immer als nicht duktil zu betrachten. Beider Planung von duktilen Bereichen muss daraufgeachtet werden, dass plastische Verformungen,örtliche Instabilitäten sowie durch Lastumkehr be-dingte Erscheinungen die Gesamtstabilität des Trag-werks nicht beeinträchtigen (Norm SIA 265 (2003)),Ziffer 4.6.1.4). Zur Gewährleistung ausreichenderRobustheit (siehe Kapitel 4.1.2) sind daher gemässNorm SIA 265 (2003), Ziffer 4.6.3.1 Verankerungenund sonstige Verbindungen zu massiven Teilensowie Verbindungen zwischen Deckenscheiben undHorizontallast abtragenden Wandscheiben auf den1,2-fachen Wert des Tragwiderstands der duktilenBereiche auszulegen. Druckbeanspruchte Bauteileund Verbindungen müssen so ausgebildet werden,dass sie bei Erdbebeneinwirkung nicht versagenund dass bei allfälliger Lastumkehr die Lage derBauteile gesichert bleibt. Ausreichende Duktilitätkann ausserdem nur erzielt werden, wenn im Ver-bindungsbereich kein frühzeitiges Aufspalten auf-tritt. Besonders zu beachten sind in diesem Zu-sammenhang rahmenartige Konstruktionen undgenerell Verbindungen mit Momentenbeanspru-chung, da in diesen Fällen lokal grössere Schub-und Querzugbeanspruchungen auftreten können,welche zu einem spröden Versagen führen können.Die gemäss Norm SIA 265 (2003), Tabelle 10 gefor-derte Duktilität wird durch Verbindungsarten mitstiftförmigen, querbelasteten metallischen Verbin-dungsmitteln erreicht, falls die Bedingungen bezüg-lich Holzdicken und Abständen gemäss Norm SIA265 (2003), Tabelle 11 erfüllt sind. Bei zyklischerBeanspruchung besteht die Gefahr, dass Verbin-dungsteile auseinanderwandern. Dies muss verhin-dert werden, indem z.B. bei Holz–Holz-Stabdübel-verbindungen zusätzlich Bauschrauben angeordnetwerden und bei Nagel- oder Schraubenverbindun-gen eine vergrösserte Einschlag- bzw. Einschraub-tiefe vorgesehen wird. Nägel mit profilierter Ober-fläche sind glattschäftigen Nägeln grundsätzlichvorzuziehen. Letztere dürfen laut Norm SIA 265(2003) nur für die Verbindung zwischen Beplankun-gen und Rahmen eingesetzt werden. BeplankteWandscheiben können nur dann ohne besonderenNachweis als duktil betrachtet werden, wenn derDurchmesser der verwendeten Verbindungsmittel

nicht grösser ist als 3mm, wenn ausserdem dieDicke der Beplankung mindestens dem 4-fachenVerbindungsmitteldurchmesser entspricht und dieVerbindungsmittel bestimmte minimale Duktilitäts-masse aufweisen (siehe Kapitel 3.2.6). Die Duktilitätvon Wandscheiben anderer Konfiguration ist imDetail nachzuweisen.

3.2.5 Festlegung der Festigkeiten undSteifigkeiten

Die Festigkeiten und Steifigkeiten von Holz und vonVerbindungen im Holzbau sind bekannterweiseabhängig von der Dauer der Einwirkung. Die cha-rakteristischen Werte der Festigkeiten und Steifig-keiten werden daher in normierten Versuchen miteiner Einwirkungsdauer von 300±120 s bestimmt[22, 23]. Die Dauer von Erdbebenstössen ist deut-lich geringer. Gemäss Norm SIA 265 (2003), Ziffer2.2.6 [13] dürfen für stossartige Einwirkungen dieBemessungswerte der Festigkeit fd von Bauteilenaus Vollholz, Brettschichtholz und vollholzähnlichenHolzwerkstoffen mit dem Beiwert ηt=1,4 erhöhtwerden. Dies gilt auch für die Tragwiderstände Rdvon Verbindungen. Bei der Bemessung von Bautei-len aus Holzwerkstoffen ist die aussergewöhnlicheEinwirkung von Erdbeben der Klasse die Lasteinwir-kungsdauer ‹sehr kurz› zuzuweisen (siehe Norm SIA265/1 (2009), Tabelle 15).Gebrauchstauglichkeitsnachweise werden mit denMittelwerten der Elastizitäts- und Schubmoduln ge-führt. In den Feuchteklassen 2 und 3 sind zudemdie Beiwerte ηw zur Erfassung des Einflusses derHolzfeuchte gemäss Tabelle 4 der Norm SIA 265(2003) anzusetzen beziehungsweise bei der Bemes-sung von Bauteilen aus Holzwerkstoffen entspre-chende ηmod-Werte (Norm SIA 265/1 (2009), Ta-belle 16). Wenn Verformungen auch in Nachweisender Tragsicherheit zu berücksichtigen sind, wie diesz.B. bei Problemen 2. Ordnung der Fall ist, müssennach Norm SIA 265 (2003), Ziffer 5.8.3.2 reduzierteSteifigkeitsparameter (E-, G- und K-Modulen) ange-setzt werden (siehe 3.1.3). Trotzdem werden fürden Erdbebennachweis auch bei der Wahl desKonzeptes des duktilen Tragwerksverhaltens dieMittelwerte der Steifigkeitsparameter verwendet,da gemäss Norm SIA 261 (2003), Ziffer 16.5.1 dieAuswirkungen mit einem linear elastischen Berech-nungsmodell zu ermitteln sind. Die Annahme einergrösseren Steifigkeit ist bezüglich der resultierendenKräfte auf der sicheren Seite, da die Bemessungs-werte der Erdbebeneinwirkung dann höher sind(Plateauwert statt abfallender Ast im Bemessungs-spektrum, siehe Figur 16).




Figur 27:Unterschiedliche Last-Verformungsverhalten vonVerbindungen.1 Das Kraft-Verformungs-

verhalten einer Verbin-dung unterscheidet sichje nach Konzeption(Modus 1, 2, 3) [nach30, 31].

2 Modus 1: sprödesVersagen durch Holz-bruch im Zugstab

3 Modus 3: duktilesVerhalten einerStahl–Holz-Stabdübel-verbindung

1

2 3

Modus 1

Modus 2

Modus 33.2.6 Duktilitätsmass und Verschiebungsmodul

von VerbindungenDas Last-Verformungsverhalten von Verbindungenunter monoton ansteigender und unter zyklischerBelastung wird in der Regel anhand normierter Ver-suche bestimmt, z.B. gemäss [24, 25]. Dieses Vor-gehen ist insbesondere dann angezeigt, wenn An-gaben in den Bemessungsnormen fehlen oder wennunterschiedliche Kombinationen von Beplankungs-werkstoffen und Verbindungsmitteln beurteilt wer-den sollen. In Figur 27 sind die Grenzfälle sprödesVersagen und duktiles Versagen am Beispiel einerStahl–Holz-Stabdübelverbindung einander gegen-übergestellt.Die Norm SIA 265 (2003) verlangt keinen explizitenNachweis der Duktilität, sondern stellt lediglichgewisse Anforderungen an die duktilen Bereiche(Ziffer 4.6.2). Wenn es jedoch darum geht, einTragwerk in die Duktilitätsklassen gemäss Tabelle10 der Norm SIA 265 (2003) (siehe Figur 25) einzu-teilen, muss beurteilt werden, ob die vorgesehenenduktilen Bereiche ‹normal› duktil oder ‹hoch wirksam›duktil sind. Diese Beurteilung kann z.B. anhand desDuktilitätsmasses einer Verbindung erfolgen. Diesesist gemäss Figur 26 der Norm SIA 265 (2003) defi-niert (siehe Figur 28 und Formeln 28, 29).

(28)(29)tg β = ⁄6 tg α0,4

0,8β

α

Figur 28:Verschiebungsmodul undDuktilität von Verbindun-gen [nach 13].

Figur 29:Verbindungssteifigkeitenauf Niveau Gebrauchs-lasten und auf NiveauTragwiderstand sowieverminderte Verbin-dungssteifigkeiten zurErfassung des Schlupfsvon Verbindungen[nach 13].

,φ0,4

αα ,φα α Schlupf

= arc tg α = arc tg α



Figur 30:Duktilitätsmass von Holz-verbindungen [nach 13].

Verbindungsart• Kontaktstösse Holz–Holz sowie Holz–andere Baustoffe• Scherverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln und Holzdicken kleiner alsgemäss Tabelle 19 der Norm SIA 265 (2003)

• auf Ausziehen beanspruchte Nägel, Schrauben und eingeklebte Stäbe• Ringdübel• einseitige und beidseitige Einpressdübel• Nagelplatten• Klebeverbindungen• Scherverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln und Holzdicken gemässTabelle 19 der Norm SIA 265 (2003)

• Nagelverbindungen mit einer Einschlagtiefe s≥ 8 d 1)

• Klammerverbindungen mit Mindestholzdicken gemäss Ziffer 6.6.1 der NormSIA 265 (2003)

• Schraubenverbindungen mit einer Einschraubtiefe s≥ 8 d

Duktilitätsmass DsDs= 1 … 2

Ds> 3

3.3 Verankerungskräfte für nicht tragende Bauteile

Nicht tragende Bauteile können im Falle des Ver-sagens Personen gefährden, das Tragwerk beschä-digen oder den Betrieb wichtiger technischer An-lagen beeinträchtigen. Solche Bauteile und auchderen Verbindungen, Befestigungen und Veranke-rungen müssen in die Erdbebenbemessung einbe-zogen werden. Dabei sind die Höhenlage und dieResonanzanfälligkeit des nicht tragenden Bauteilsvon Bedeutung.Die Norm SIA 261 (2003) gibt in Ziffer 16.7 einenentsprechenden Ansatz zur Ermittlung der im Mas-senschwerpunkt des nicht tragenden Bauteils in un-günstiger Richtung wirkenden Horizontalkraft Faaus Erdbebeneinwirkung.

(30)Es bedeuten: Ga, Ta und za die Eigenlast, die Grund-schwingzeit und die Höhe des nicht tragenden Bau-teils über dem Fundament des Tragwerks. T1 ist dieGrundschwingzeit des Bauwerks in die massge-bende Richtung und h die Höhe des Bauwerks. agd

2 1 ⁄1 1 ⁄ 1

ist der Bemessungswert der Bodenbeschleunigung,g die Erdbeschleunigung, γf der Bedeutungsfaktor, Sein von der Baugrundklasse abhängiger Parameterzur Bestimmung des Antwortspektrums (SIA 261(2003), Tabelle 25) und qa der Verhaltensbeiwertfür nicht tragende Bauteile. Dieser beträgt für dieim Holzbau relevanten nicht tragenden Bauteile(Zwischenwände, Fassaden, technische Installatio-nen, Einbauten und schwere Möbel sowie Regale)qa=2,0 (SIA 261 (2003)), Tabelle 29). Zur Berech-nung der Grundschwingzeit Ta des nicht tragendenBauteils empfiehlt sich die Rayleigh-Methode [12].Wenn auf die Schwingzeitenberechnung verzichtetwird, ist der ungünstigste Fall mit Ta =T1 anzuneh-men, d.h. Resonanz zwischen nicht tragendemBauteil und Tragwerk.Für das Beispiel eines Turngerätes, das am Dacheiner Sporthalle (BWK II) in Baugrundklasse C undErdbebenzone Z1 befestigt ist, kann im ungünstig-sten Fall eine Horizontalkraft Fa von 17% des Ge-wichts des Turngeräts resultieren. Die Verankerungdes Turngeräts ist auf die Horizontalkraft Fa auf Zugund Druck in beiden horizontalen Richtungen aus-zulegen.

1) Falls die relativen Holzdicken für vorgebohrte Nagelverbindungen gemäss Tabelle 28 der Norm SIA 265 (2003) nicht eingehalten werden, ist mit einemDuktilitätsmass Ds < 3 zu rechnen.

Die Duktilitätsmasse üblicher Holzverbindungenkann man der Tabelle 16 der Norm SIA 265 (2003)entnehmen (siehe Figur 30).Was die Verbindungssteifigkeiten betrifft, wäre beiWahl des Konzeptes des duktilen Tragwerksverhal-tens im Grenzzustand der Tragsicherheit eigentlichder Verschiebungsmodul Ku massgebend. Dieserkann entweder versuchsmässig bestimmt oder mit-tels der Nährungsformel Ku=2/3 Kser aus dem Ver-schiebungsmodul auf Niveau Gebrauchslasten Kser

abgeleitet werden [26]. Im Rahmen der Erdbeben-bemessung wird allerdings, analog zu den Steifig-keiten der Bauteile (siehe Kapitel 3.2.5), der Ver-schiebungsmodul Kser (siehe Figur 28) verwendet,d.h., die Schwingzeiten und Auswirkungen werdenanhand eines linear elastischen Berechnungsmo-dells unter Annahme mittlerer Steifigkeitswerte er-mittelt. Schlupf in Verbindungen kann mittels ver-minderter Verbindungssteifigkeiten Kser, red erfasstwerden (Figur 29).



3.4 Fugen und Gebäudeabstände

Durch einen Zusammenprall von Gebäuden oderGebäudeteilen während eines Erdbebens könnenkatastrophale Schäden entstehen, die unter Um-ständen zum Einsturz führen können. Es sind daherausreichend grosse Abstände bzw. Fugen vorzuse-hen. Massgebend für die Dimensionierung dieserFugen ist die durch das Erdbeben verursachte Hori-zontalverschiebung (SIA 261 (2003), Ziffer 16.5.5).Nach Ziffer 16.6.1 sollte jedoch mindestens einWert von 40 mm eingehalten werden. Andernfallsist nach Ziffer 16.6.2 der Norm SIA 261 (2003) si-cherzustellen, dass ein Zusammenprallen von fürsich schwingenden Gebäuden oder Gebäudeteilendie Tragsicherheit nicht beeinträchtigt (z.B. An-schlüsse, knickgefährdete Stützen usw.).Verformungsberechnungen erfolgen gemäss Ziffer16.5.5 der Norm SIA 261 (2003). Bei der Ermittlungdes Bemessungswertes einer relativen Verschiebungud bezüglich des Fundaments ist auch der inelasti-sche Anteil zu berücksichtigen: (31)Die Verschiebung uel stellt den elastischen Anteilder gesamten Verschiebung dar. Die Verschiebunguelwird aufgrund des Bemessungsspektrums ermit-telt (SIA 261 (2003), Ziffer 16.2.4). Die Multiplika-tion mit dem Verhaltensbeiwert q ergibt die ge-samte Verschiebung einschliesslich des inelastischenAnteils. Sie beruht auf dem Prinzip der gleichen ma-

·

ximalen Verschiebungen eines linear elastischenEinmassenschwingers und eines elastoplastischenEinmassenschwingers [12].In Figur 31 ist ein Vergleich von zwei Gebäuden derBauwerksklasse BWK I an den beiden extremenStandorten bezüglich Erdbebenzone und Baugrund-klasse gezeigt. Die relativen Verschiebungen wur-den dabei nach dem in [27] gezeigten Verfahrenberechnet. Des weiteren wurde davon ausgegan-gen, dass die beiden benachbarten Gebäude asyn-chron schwingen, dass die Masse des dynamischäquivalenten Einmassenschwingers bei einem mehr-geschossigen Bauwerk auf 2⁄3 der Gesamthöhe desGebäudes wirkend anzunehmen ist (Figur 19) unddass die Verschiebungen an der Gebäudeoberkantedas 1,5-Fache der Auslenkung des Einmassen-schwingers betragen.Der Vergleich zeigt, dass die erforderlichen Abständezwischen benachbarten Gebäuden der BWK I mini-mal wenige Millimeter (Fall 1) und maximal 650 mm(Fall 2) betragen.

Figur 31:Vergleich bezüglich deserforderlichen Gebäude-abstandes von zweiGebäuden der Bauwerks-klasse BWK I an den bei-den extremen Standortenbezüglich Erdbebenzoneund Baugrundklasse.

Grundschwingzeit Fall 1: Erdbebenzone Z1, Baugrundklasse A Fall 2: Erdbebenzone Z3b, Baugrundklasse DAuslenkung an der erforderlicher Auslenkung an der erforderlicherGebäudeoberkante Gebäudeabstand Gebäudeoberkante Gebäudeabstand

T = 0,5 s 11 mm 23 mm 50 mm 100 mmT = 1 s 23 mm 45 mm 160 mm 330 mmT ≥ 2 s 45 mm 91 mm 330 mm 650 mm



7 Informationsquellen

7.1 Verwendete Literatur und Normen

[1] Dokumentation SIA D 0180 (2004): Fachausdrücke der Trag-werksnormen – Terminologie und Definitionen. Schweizeri-scher Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[2] Weidmann M. (2002): Erdbeben in der Schweiz. VerlagDesertina, Chur.

[3] Amerikanischer Geologischer Dienst USGS: NEIC/PDE Kata-log. (http://earthquake.usgs.gov)

[4] Schweizerischer Erdbebendienst SED: Seismic Network Ope-ration at the SED. (http://www.seismo.ethz.ch)

[5] Geoforschungszentrum Potsdam (1998): European Macro-seismic Scale. (http://www.gfz-potsdam.de)

[6] Norm SIA 261 (2003): Einwirkungen auf Tragwerke. Schwei-zerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[7] Schweizerischer Erdbebendienst SED (2002): Swiss HazardMap. (http://www.earthquake.ethz.ch)

[8] Giardini M., Jiménez J., Grünthal G. (2003): European-Medi-terranean Seismic Hazard Map SESAME. (http://www.gfz-potsdam.de)

[9] Wenk T., Lestuzzi P. (2003): Erdbeben. In: Dokumentation SIAD 0181, Grundlagen der Projektierung von Tragwerken –Einwirkungen auf Tragwerke – Einführung in die NormenSIA 260 und 261. S. 59–66. Schweizerischer Ingenieur- undArchitektenverein, Zürich.

[10] Bundesamt für Umwelt BAFU (2004): Erdbebengefährdungder Schweiz, Geologische Standorteffekte (Mikrozonierung).(http://www.bafu.admin.ch)

[11] Smit P. (2004): Entstehung und Auswirkungen von Erdbeben.Forum 4/2004. Bundesamt für Bevölkerungsschutz, Bern.

[12] Bachmann H. (2002): Erdbebensicherung von Bauwerken.Birkhäuser Verlag, Basel.

[13] Norm SIA 265 (2003): Holzbau. Schweizerischer Ingenieur-und Architektenverein, Zürich.

[14] Norm SIA 260.801 (2004) EN 1998-1: Eurocode 8 – Ausle-gung von Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 1, Grundlagen,Erdbebeneinwirkungen und Regeln für Hochbauten. Schwei-zerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[15] Norm SIA 260 (2003): Grundlagen der Projektierung vonTragwerken. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenver-ein, Zürich.

[16] Dokumentation SIA D 0181 (2003): Grundlagen der Projek-tierung von Tragwerken – Einwirkungen auf Tragwerke – Ein-führung in die Normen SIA 260 und 261. SchweizerischerIngenieur- und Architektenverein, Zürich.

[17] Dokumentation SIA D 0185 (2003): Holzbau – Einführung indie Norm SIA 265. Schweizerischer Ingenieur- und Architek-tenverein, Zürich.

[18] Merkblatt SIA 2018 (2004): Überprüfung bestehender Ge-bäude bezüglich Erdbeben. Schweizerischer Ingenieur- undArchitektenverein, Zürich.

[19] Paulay T., Bachmann H., Moser K. (1990): Erdbebenbemes-sung von Stahlbetonhochbauten. Birkhäuser Verlag, Basel.

[20] Blass H. J. (1990): Erdbebenaussteifung von mehrgeschossi-gen Holzskelettbauten. Bautechnik 67(5). S. 171–175. Ernst& Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaf-ten GmbH & Co. KG, Berlin.

[21] Norm SIA 262 (2003): Betonbau. Schweizerischer Ingenieur-und Architektenverein, Zürich.

[22] Norm SIA 164.117 (2003) EN 408: Holzbauwerke – Bauholzfür tragende Zwecke und Brettschichtholz – Bestimmungeiniger physikalischer und mechanischer Eigenschaften.Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[23] Norm SIA 164.111 (2004) EN 384: Bauholz für tragendeZwecke – Bestimmung charakteristischer Werte für mechani-sche Eigenschaften und Rohdichte. Schweizerischer Inge-nieur- und Architektenverein, Zürich.

[24] Norm SIA 164.127 (1991) EN 26891: Holzbauwerke – Ver-bindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln – Allge-meine Grundsätze für die Ermittlung der Tragfähigkeit unddes Verformungsverhaltens (ISO 6891:1983). Schweizeri-scher Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[25] Norm SIA 164.160 (2001) EN 12512: Holzbauwerke – Prüf-verfahren – Zyklische Prüfungen von Anschlüssen mitmechanischen Verbindungsmitteln. Schweizerischer Inge-nieur- und Architektenverein, Zürich.

[26] Norm SIA 265.001 (2004) EN 1995-1-1: Eurocode 5: Bemes-sung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemei-nes – Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau.Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[27] Wenk T. (2005): Erdbebeneinwirkung. In: Dokumenation SIAD 0211, Überprüfung bestehender Gebäude bezüglich Erd-beben – Einführung in das Merkblatt SIA 2018. S. 9–16.Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[28] Bachmann H. (2002): Erdbebengerechter Entwurf von Hoch-bauten – Grundsätze für Ingenieure, Architekten, Bauherrnund Behörden. Bundesamt für Wasser und Geologie BWG,Bern.

[29] Stiftung für Baudynamik und Erdbebeningenieurwesen sowieBundesamt für Wasser und Geologie BWG (2005): Erdbe-bensicheres Bauen in der Schweiz – Worauf es ankommt undwarum. Zürich.

[30] Bernasconi A. (2007): Cours postgrade de génie parasis-mique, Module 2, Dimensionnement, structures neuves etméthodes spécifiques – Constructions en bois. heig-vd/HES-SO, Yverdon.

[31] Piazza M., Tomais R., Modena R. (2005): Strutture in legno –Materiale, calcolo e progetto secondo le nuove normativeeuropee. Biblioteca Tecnica Hoepli, Mailand.

[32] Becker K., Zeitter H. (1995): Sammlung und Entwicklung vonkonstruktiven Regeln für Rahmen und Rahmentragwerke ausHolz unter erdbebentechnischen Gesichtspunkten zur Ratio-nalisierung des Planungsaufwandes sowie zur Senkung derBaukosten. Abschlussbericht für das Vorhaben, Vol. F 2273,1 Band (mehrere Zählungen). IRB Verlag, Stuttgart.

[33] Hilson B. O. (1995): Verbindungen mit stiftförmigen Verbin-dungsmitteln – Theorie. In: Holzbauwerke, STEP 3. S. C3/1–C3/12. Informationsdienst Holz, Fachverlag Holz der Arbeits-gemeinschaft Holz e.V., Düsseldorf.

[34] Kessel M. H. (2002): Tafeln – Eine elastische, geometrischlineare Beschreibung. In: Holzbaukalender 2003. S. 599–632.Bruder Verlag, Karlsruhe.

[35] Blass H. J., Ehlbeck J., Kreuzinger H., Steck G. (2005): Erläu-terungen zur DIN 1052. Informationsdienst Holz, DeutscheGesellschaft für Holzforschung DGfH, München.

[36] NormSIA 265/1 (2009): Holzbau – Ergänzende Festlegungen.Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

[37] Steiger R. (2010): Konzept der Bemessung von Bauteilen ausHolzwerkstoffen gemäss Norm SIA 265/1. In: Dokumen-tation SIA D 0235, Holzbau – Ergänzende Festlegungen.S. 21–36. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein,Zürich.

122-126_7_Schluss UG 4_Erdbebengerecht_D.qxp:Lignatec 27.7.2010 14:33 Uhr Seite 122


7.2 Weiterführende Literatur

Dokumentation SIA D 0227 (2008): Erdbebensicherheit von Ge-bäuden – Rechts- und Haftungsfragen. Schweizerischer Ingenieur-und Architektenverein, Zürich.

Lignatec 23/2008. Erdbebengerechtes Entwerfen und Konstruie-ren von mehrgeschossigen Holzbauten. Lignum, Zürich.

Norm SIA 260.803 (2005) EN 1998-3: Eurocode 8 – Auslegungvon Bauwerken gegen Erdbeben – Teil 3, Beurteilung und Ertüchti-gung von Gebäuden. Schweizerischer Ingenieur- und Architekten-verein, Zürich.

Dokumentation SIA D 0211 (2005): Überprüfung bestehenderGebäude bezüglich Erdbeben – Einführung in das Merkblatt SIA2018. Schweizerischer Ingenieur- und Architektenverein, Zürich.

Dokumentation SIA D 0191 (2004): Grundlagen der Projektierungvon Tragwerken – Einwirkungen auf Tragwerke – Bemessungsbei-spiele zu den Normen SIA 260 und 261. Schweizerischer Ingenieur-und Architektenverein, Zürich.

Bachmann H. (1994): Die Methode der Kapazitätsbemessung.Schweizer Ingenieur und Architekt 112 (45). S. 942–946.

Becker K., Zeitter H. (1994): Untersuchung der dynamischen Ei-genschaften von Detailkonstruktionen aus dem Holzhausbau unterzyklischen Lasten mit grossen Amplituden und ihrer Ausführung imHinblick auf die Anwendung. Vol. T 2650. IRB Verlag, Stuttgart.

Becker K., Zeitter H. (1993): Untersuchung der dynamischen undduktilen Eigenschaften von mechanischen Verbindungsmitteln imHinblick auf die Beschreibung der Eigenschaften in den europäi-schen Regelwerken – EC 8. Vol. T 2616. IRB Verlag, Stuttgart.

Becker K., Zeitter H. (1993): Erarbeitung spezifischer Konstruk-tionsregeln für verschiedene Holzbauweisen und Tragsystemeaus dem Holzbau für den Entwurf des EC 8, Teil 1.3, Kap. 5.Vol. T 2615. IRB Verlag, Stuttgart.

Becker K., Zeitter H. (1992): Harmonisierung europäischer Baube-stimmungen – Bauwerke in Erdbebengebieten. Holzbau – theoreti-sche und experimentelle Untersuchungen für die Anwendung desEC 8. Vol. T 2451. IRB Verlag, Stuttgart.

Blass H. J. et al (1994): Timber structures in seismic regions –RILEM State-of-the-art Report. In: Materials and Structures 27,S. 157–184. Springer Netherlands.

Ceccotti A. (1995): Design of timber structures in seismic regions.In: Holzbauwerke nach Eurocode 5, STEP 3: Grundlagen, Entwick-lungen, Ergänzungen. S. 16/1–16/9. Informationsdienst Holz,Fachverlag Holz der Arbeitsgemeinschaft Holz e.V., Düsseldorf.

Ceccotti A. (1995): Holzverbindungen unter Erdbebenbeanspru-chungen. In: Holzbauwerke nach Eurocode 5, STEP 1: Bemessungund Baustoffe. S. C17/1–C17/10. Informationsdienst Holz, Fach-verlag Holz der Arbeitsgemeinschaft Holz e.V., Düsseldorf.

Ceccotti A., Follesa M., Lauriola M.P. (2005): Le strutture di legnoin zona sismica – criteri e regole per la progettazione ed il restauro.Edizioni C.L.U.T., Torino.

Ceccotti A., Touliatos P. (1995): Holzkonstruktionen in Erdbeben-gebieten – Details. In: Holzbauwerke nach Eurocode 5, STEP 2:Bauteile, Konstruktionen, Details. S. D10/1–C10/11. Informations-dienst Holz, Fachverlag Holz der Arbeitsgemeinschaft Holz e.V.,Düsseldorf.

Filiatrault A., Isoda H., Bolz F. (2003): Hysteretic damping of woodframed buildings. Engineering Structures 25. S. 461–471.

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Paulay T., Priestley M. J. N. (1992): Seismic design of reinforcedconcrete and masonry buildings. John Wiley & Sons, New York.

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PriestleyM. J. N., Calvi G.M., KowalskyM. J. (2007): Displacement-based seismic design of structures. IUSS Press, Pavia.

Schneider J., Schlatter H. P. (1996): Sicherheit und Zuverlässigkeitim Bauwesen. vdf Hochschulverlag AG, Zürich.

Wirz N. (2007): Erdbebenbemessung und Aussteifung mehrge-schossiger Gebäude in Holzbauweise. Diplomarbeit Nr. F/4/D/531/07/5 mit Sperrfrist bis März 2012. Berner FachhochschuleAHB, Biel.

Wolf L. (2008): Vereinfachung und Standardisierung der Analysedes Lastfalles Erdbeben in der Planung und Bemessung von mehr-geschossigen Holzbauten. Diplomarbeit Nr. F/4/D/551/08/5 mitSperrfrist bis Februar 2013. Berner Fachhochschule AHB, Biel.

Wolf J. P. (1995): Feder – Dämpfer – Massen-Modelle. SchweizerIngenieur und Architekt 113(22). S. 518–525.

Yasumura M., Yasui S. (2006): Pseudodynamic tests and earth-quake response analysis of timber structures I: plywood-sheathedconventional wooden walls with opening. Journal of Wood Science52 (1). S. 63–68.

Yasumura M., Kamada T., Imura Y., Uesugi M., Daudeville L.(2006): Pseudodynamic tests and earthquake response analysis oftimber structures II: two-level conventional wooden structureswith plywood sheathed shear walls. Journal of Wood Science 52(1). S. 69–74.



Nachfolgend sind die wichtigsten Institutionen zu-sammengestellt, welche sich in Forschung und Ver-waltung in der Schweiz mit dem Thema Erdbeben

Forschung

CENATKompetenzzentrum Naturgefahren (ETHZ, EPFL, WSL, SLF,Universitäten)www.cenat.chDas CENAT am Eidgenössischen Institut für Schnee- und Lawinen-forschung SLF in Davos initiiert und fördert die inter- und transdis-ziplinäre Forschung, Aus- und Weiterbildung im Bereich Natur-gefahren. Das CENAT ist ausserdem Anlaufstelle für Behörden,Verbände, Firmen und die breitere Öffentlichkeit für Fragen imUmgang mit Naturgefahren.

CREALPZentrum für alpine Umweltforschungwww.crealp.chCREALP ist eine Stiftung, welche durch den Kanton Wallis und dieStadt Sitten 1968 gegründet wurde. Sie verpflichtet sich der ange-wandten Forschung im Bereich Naturgefahren, wobei sie unteranderem die regionale Kartographierung der Erdbebenrisiken vor-nehmen lässt.

EPFL, ENACInstitut de Structures IShttp://is.epfl.chDas IS betreibt Forschung im Bereich Erdbebeningenieurwesenund Erdbebenrisikomanagement.

EmpaAbteilung Ingenieurstrukturenwww.empa.ch/abt116Die Abteilung Ingenieurstrukturen der Empa forscht und bietetDienstleistungen an zu den Themen Baudynamik, Schwingungs-dämpfung und Erdbebennachrüstung.

7.3 Informationsquellen in der Schweiz zu Erdbeben

Dachorganisationen

PLANATNationale Plattform Naturgefahrenwww.planat.chPLANAT ist eine vom Bundesrat eingesetzte ausserparlamentari-sche Kommission. Fachstellen des Bundes und der Kantone sind inder PLANAT ebenso vertreten wie die Forschung, Berufsverbände,die Wirtschaft und die Versicherungen.

SGEBSchweizer Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen undBaudynamikwww.sgeb.chDie SGEB vertritt als Fachgesellschaft des SIA die fachlichen Inter-essen der Erdbebeningenieure und Spezialisten für Baudynamik.

SEDSchweizerischer Erdbebendienstwww.seismo.ethz.chDer SED ist im Institut für Geophysik der ETH Zürich integriert. Seit1878 wird systematisch über die Erdbebenaktivität in der Schweizberichtet. Unter anderem erfolgte 2004 die Veröffentlichung derneuen Erdbebengefährdungskarte der Schweiz.

Bundesämter

BAFUBundesamt für Umweltwww.bafu.admin.ch/erdbebenDas BAFU betreibt eine Koordinationsstelle Erdbebenvorsorge inder Abteilung Naturgefahren. Als verantwortliches Amt für die Erd-bebenvorsorge beim Bund hat das BAFU ein siebenteiliges Mass-nahmenprogramm lanciert. Teil davon ist das Einsatzkonzept Erd-beben, das den Schutz und die Versorgung der Bevölkerung nacheinem Erdbebenereignis regelt.

BABSBundesamt für Bevölkerungsschutzwww.bevoelkerungsschutz.chDas BABS im Departement für Verteidigung, Bevölkerungsschutzund Sport VBS ist auf Stufe Bund grundsätzlich für den Bevölke-rungsschutz zuständig. Das BABS analysiert zum Beispiel dieAuswirkungen von Erdbeben und stellt diese Grundlagen seinenverschiedenen Partnerorganisationen und den Kantonen zur Verfü-gung. Ausserdem stellt es über die Nationale Alarmzentrale (NAZ,www.naz.ch) die unverzügliche Alarmierung aller notwendigenOrgane sicher.

befassen. Ausführliche Angaben zu den einzelnenInstitutionen sind im Internet zu finden.



Aktionsplan Holz undFonds zur Förderung der Wald- und HolzforschungBAFUAbteilung Wald3003 Bernwww.bafu.admin.ch

HEV SchweizSeefeldstrasse 60Postfach8032 Zürichwww.hev-schweiz.ch

SGEBSchweizer Gesellschaft für Erdbebeningenieur-wesen und BaudynamikPostfach 2128093 Zürichwww.sgeb.ch

SIASchweizerischer Ingenieur- und ArchitektenvereinSelnaustrasse 16Postfach8027 Zürichwww.sia.ch

usicSchweizerische Vereinigung Beratender Ingenieur-unternehmungenAarbergergasse 16/183011 Bernwww.usic.ch

7.4 Projektträger



Impressum

HerausgeberLignum, Holzwirtschaft Schweiz, ZürichChristoph Starck, Direktor

Massgebliche UnterstützungFonds zur Förderung der Wald- und HolzforschungAktionsplan Holz, Bundesamt für Umwelt (BAFU)

AutorenRoland Brunner, dipl. Ing. HTL, Lignum, ZürichPirmin Jung, dipl. Ing. FH, Pirmin Jung Ingenieure fürHolzbau AG, RainRené Steiger, Dr. sc. techn., Empa, Abteilung Holz, DübendorfThomas Wenk, Dr. sc. techn., Wenk Erdbebeningenieurwesenund Baudynamik GmbH, ZürichNiklaus Wirz, dipl. Ing. FH, Pirmin Jung Ingenieure fürHolzbau AG, Rain

FachlektorenAndrea Bernasconi, Prof. Dr. sc. techn., Professur für Holzbauund Holztechnologie, heig-vd/HES-SO, Yverdon-les-BainsAlessandro Dazio, Dr. sc. techn., ZürichKonrad Merz, dipl. Ing. HTL, merz kley partner, Altenrhein

GestaltungSchwabe AG, Muttenz

DruckSchwabe AG, Muttenz

BildnachweisDie Quellen der Figuren oder der Vorlagen, nach denen sie neuerstellt wurden, sind in den Legenden angegeben. Wo kein Hin-weis aufscheint, stammen die Bilder und Zeichnungen von denAutoren.

Das Copyright dieser Publikation liegt bei Lignum, HolzwirtschaftSchweiz, Zürich. Eine Vervielfältigung ist nur mit ausdrücklicherschriftlicher Genehmigung des Herausgebers zulässig.

HaftungsausschlussDie vorliegende Publikation wurde mit grösster Sorgfalt und nachbestem Wissen und Gewissen erstellt. Die Herausgeber und Auto-ren haften nicht für Schäden, die durch die Benützung und An-wendung der vorliegenden Publikation entstehen können.

LIGNUMHolzwirtschaft SchweizFalkenstrasse 26, 8008 ZürichTel. 044 267 47 77, Fax 044 267 47 [email protected]

Erdbebengerechte mehrgeschossige HolzbautenJuni 2010


Erdbebengerechte mehrgeschossige Holzbauten(261.38)derNormSIA261(2003),mitwelcherdie...

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