Erdbebenforschung im Weinberg

In den Rebhängen der Walliser Gemeinde Chamoson verbirgt sich zur Zeit ein aussergewöhnliches Gebäude: Eingehüllt in schwarze Fassadenfolie, schmiegt sich ein mehrgeschossiger Holzrahmenbau an den Fuss einer Felswand. Eine zweisprachige Informationstafel am Eingang erklärt den Zweck des Baus: Er dient der Erdbebenforschung.

Oben: Blick auf die Versuchsanlage. In zwei Richtungen und in Höhe jeder Geschossdecke wird der Versuchsbau mehrmals horizontal ausgelenkt. Dabei wird ein Seilzugsystem über die Hilfskonstruktion gespannt und schlagartig gelöst. Unten: Auf jeder Geschossdecke wird das Eigengewicht und die Nutzlast einer ausgebauten Balkendecke mit Hilfe von Beschwerungen aus Beton berücksichtigt.
Bilder BFH-AHB

 

 

Das Institut für Holzbau, Tragwerke und Architektur IHTA der Berner Fachhochschule BFH führt bis Ende September an diesem Experimentalgebäude in Chamoson Versuche zur Ermittlung der Grundschwingzeit durch. Diese ist einer der wichtigsten Parameter für die Ermittlung der Ersatzkräfte beim kraftbasierten Erdbebennachweis von Gebäuden. Unter der Leitung von Prof. Martin Geiser werden Ausschwingversuche durchgeführt. Auch können die Dämpfung und die statische Steifigkeit des Gebäudes mit Hilfe dieser Versuche ermittelt werden.

 

Bei einem Ausschwingversuch wird das Gebäude mit Hilfe eines Seilzugsystems einer horizontalen Zwangsverschiebung unterzogen. Durch ein ausgeklügeltes System wird dafür ein Seilzugsystem schlagartig gelöst. Die im Bereich der elastischen Verformung befindlichen Bauteile führen zu einem Rückschnellen des Gebäudes, über welches die Grundschwingzeit ermittelt werden kann.

 

Nach der Auswertung aller Versuche hofft das Forschungsteam bessere Aussagen über die dynamischen Eigenschaften von Holzrahmenbauten machen zu können. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen eine effiziente Ermittlung der Grundschwingzeit ermöglichen und somit die Erdbebensicherheit von Holzrahmenbauten wirtschaftlicher machen. Unterstützt wird das Forschungsprojekt vom Bundesamt für Umwelt BAFU sowie von diversen am Projekt beteiligten Unternehmen der Holzbranche.

 

Geschossweise untersuchte ‹Black Box›

 

Der Versuchsbau mit einer Grundfläche von 4 x 5 m steht auf einer massiven Bodenplatte, um Einflüsse aus dem Baugrund so gering wie möglich zu halten. Die vorangegangen Bodenuntersuchungen unter der Leitung von BFH-Dozent Rafael Häni ergaben eine Einordnung des Baugrundes in die Baugrundklasse E, wie sie im Rhonetal teilweise vorkommt.

 

Die schwarze Fassadenbahn erweckt den Eindruck eines Gebäudes ohne Öffnungen. Dem ist jedoch nicht so. In den Wandscheiben befinden sich Fenster- und Türöffnungen, um ein möglichst realistisches Gebäude abzubilden. Alle verwendeten Wandscheiben wurden vorgängig an der BFH in Biel auf ihre Steifigkeit hin untersucht. Die vom BFH-Masterstudenten und wissenschaftlichen Assistenten Urs Oberbach durchgeführten Vorversuche sind ein wichtiger Baustein für die spätere Auswertung der Versuche.

 

Denn das Besondere der Anlage in Chamoson ist, dass das Gebäude geschossweise und jeweils in zwei Richtungen untersucht wird. So wird zum Beispiel zuerst das Erdgeschoss aufgerichtet, und dieses Geschoss wird mehrmals in unterschiedlichen Intensitäten mit Hilfe des Seilzugsystems ausgelenkt. Nach und nach werden die weiteren Geschosse aufgerichtet und die weiteren Versuche durchgeführt – bis am Ende ein viergeschossiger Bau steht, welcher noch einer maximal möglichen Auslenkung (also bis zum Bruch des Tragwerkes) unterzogen wird.

 

Messen, messen, messen

 

Das entwickelte Messsystem basiert zum Teil auf einem klassischen System mit induktiven Wegaufnehmern. Dabei dienen die Deckenöffnungen nicht nur zum Erreichen des nächsthöheren Geschosses, sondern auch zur Messung der horizontalen Gebäudeauslenkung. Von aussen wird mit einem zweiten Messsystem ebenfalls die Verformung gemessen. Dazu wird das optische Messsystem DIC verwendet. Die in den Eckbereichen der Wandscheiben angebrachten Messmittel ermöglichen eine dreiaxiale Auswertung der Verschiebungen.

 

Aber auch vor der Montage der Holzrahmenbauelemente wurde schon gemessen. So wurde von sämtlichen Bauteilen das Eigengewicht bestimmt. Zusätzlich wurden auf den Geschossdecken Betonblöcke verteilt, um das Eigengewicht und Nutzlasten eines ausgebauten Gebäudes zu simulieren.

 

Besonderer Wert wurde auf eine praxisübliche Zugverankerung der Wände im Erdgeschoss und an den Geschossübergängen gelegt, um auch hier so weit wie möglich die baupraktische Realität abzubilden. Auch an der Verankerung wird mit Hilfe von Dehnmessstreifen die Verformung untersucht.

 


Link Forschungsprojekt der BFH-AHB​​​​​​​