Erdbebenanforderungen an Bauprojekte

Erdbebenanforderungen gilt es in den verschiedensten Regionen der Welt zu erfüllen. Dieser Artikel liefert Ihnen einen  Überblick über die Grundlagen zur Berücksichtigung seismischer Beanspruchungen.

In Europa gilt für Entwurf, Bemessung und Konstruktion von Bauwerken des Hoch- und Ingenieursbau in Erdbebengebieten die EN 1998, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben. Sonderbauwerke jedoch fallen nicht in den Anwendungsbereich der Reihe EN 1998, hierzu können auch Industrieanlagen mit erhöhtem Gefahrenpotential gehören.

Aus diesem Grund wurde im Jahr 2009 vom Verband der chemischen Industrie (VCI) in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen der Leitfaden „Der Lastfall Erdbeben im Anlagenbau“ veröffentlicht. Der Leitfaden soll Betreibern und Planern, in Anlehnung an die DIN EN 1998-1, mit Vorgehensweisen und Handlungsempfehlungen für den erdbebengerechten Entwurf von Anlagen der chemischen Industrie dienen [VCI-Leitfaden zur DIN EN 1998-1: Erbeben im Anlagenbau, 10/2012, S.5]. Die unten stehende Abbildung zeigt die Erdbebengefährdung in Europa.

Die Empfehlungen und Berechnungen von Sikla erfolgen auf Grundlage der EN 1998-1 sowie unter Berücksichtigung des genannten VCI-Leitfadens.

Quelle: Swiss Seismological Service

Ermittlung der Erdbebenlast

Bei rein statisch belasteten Halterungen wirken unter seismischer Beanspruchung neben der Gewichtskraft auch horizontale Kräfte. Die Ermittlung der seismisch bedingten Last ist in der DIN EN 1998-1 (Eurocode 8) definiert. Für die Bestimmung werden folgende Parameter benötigt:

• Erdbebenzone (0, 1, 2, 3)

• Untergrundklasse (R, S, T)

• Baugrundklasse (A, B, C)

• Bedeutungsbeiwert  γ_a (1,0-1,6)

• Plateauwert S_e,max (resultiert aus den Untergrundverhältnissen)

Die DIN EN 1998-1 unterteilt Deutschland in die vier Erdbebenzonen 0 bis 3. Definitionsgemäß wird die Größe der Erdbebeneinwirkung innerhalb einer Zone als konstant angenommen. Soll die Größe der Erdbebeneinwirkung anders gewichtet werden, ist ein Bedeutungsbeiwert > 1,0 zu wählen [DIN EN 1998-1]. Für herkömmliche Bauten ohne besondere Bedeutung für die Gesamtanlage und ohne besondere Gefährdung für Mensch und Umwelt wird ein Bedeutungsbeiwert von 1,0 angenommen. Droht eine erhöhte Gefährdung im Schadensfall, muss der Bedeutungsbeiwert höher gewählt werden. Die Baugrundbeschaffenheit ist vom Auftraggeber vorzugeben. Für die Bemessung von nicht tragenden Bauteilen wird häufig eine linear höhenabhängige Berechnungsformel für die horizontale Ersatzlast angewendet. Hierbei wird eine zunehmend seismisch induzierte Horizontalbeschleunigung angenommen. Aufgrund des mitunter stark abweichenden Schwingverhaltens von Tragwerken im Anlagenbau, empfiehlt der VCI die horizontale Ersatzlast nach der Richtlinie 450 der amerikanischen Federal Emergency Management Agency zu ermitteln. Der obere Grenzwert der dort hinterlegten Formel entspricht der im VCI-Leitfaden angegebenen konstanten Formel. Diese ist gleichwertig zu der in der DIN EN 1998-1/NA, Abschnitt NA.D.7 aufgeführten Formel. Durch diesen konservativen Ansatz liegt man mit der ermittelten Ersatzlast auf der sicheren Seite [Erläuterungen zum VCI-Leitfaden zur DIN EN 1998-1: Erbeben im Anlagenbau, 10/2012, S.38].

Die Formel für die Erdbebenkraft

Mithilfe der aufgeführten Parameter kann die maximal zu erwartende horizontale Erdbebenkraft F_a gemäß folgender Gleichung bestimmt werden:   

 F_a= 1,6 ⋅ S_e,max ⋅ γ_a ⋅ m_a  [kN]

S_e,max = Plateauwert des elastischen Antwortspektrums

γ_a        = Bedeutungsbeiwert

m_a       = Masse der Komponente [t]

Die ermittelte Last ist im Massenschwerpunkt des nichttragenden Bauteils anzusetzen.

Soll zusätzlich die Einbauhöhe über Grund bei der Ermittlung der Horizontalkraft F_a berücksichtigt werden, kann dies gemäß Gleichung 6.5 der Erläuterung zum VCI-Leitfaden erfolgen.

Damit Sie mit den vorliegenden Parametern unkompliziert die Erdbebenlast bestimmen können, unterstützen wir Sie gerne mit unserer Berechnungsvorlage. Die erläuterten Eingabefelder ermöglichen eine einfache Anwendung, sodass die Daten zu Untergrundverhältnissen sowie Erdbebenzone ausreichen, um die auftretende Kraft zu berechnen. Nehmen Sie Kontakt zu unseren Mitarbeitern auf und wir helfen Ihnen gerne weiter.

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