D-A-CH TAGUNG 2011 - SGEB

1 EINLEITUNGBei der seismischen Auslegung massiger Gebäude auf weichem Untergrund spielt die Boden-Bauwerk-Wechselwirkungeine wichtige Rolle. Stehen zwei Gebäude in unmittelbarerNachbarschaft, beeinflussen sie sich bei Anregung durch Erdbeben gegenseitig in ihremSchwingverhalten. Obwohl enge benachbarte Bebauung in der Baupraxis keine Seltenheit ist,wird in der Praxis die gegenseitige Bauwerk-Boden-Bauwerk-Wechselwirkung jedoch meistvernachlässigt.Die Fragestellung, welchen Einfluss das Schwingen eines seismisch angeregten Gebäudesauf seine Nachbargebäude hat, soll in diesem Beitrag anhand einer numerischen Untersuchungbeleuchtet werden. Dazu werden dynamischen Berechnungen im Frequenzbereich mit 3D-Modellen der Gebäude sowie des Bodens durchgeführt. Es werden die Impedanzen benachbarterGründungen für starre Fundamente im geschichteten Boden berechnet. Der Boden wird dabeials horizontal geschichtetes, seitlich unendlich ausgedehntes Medium mit linearem, viskoelastischemMaterialverhalten aufgefasst. An den Modellberandungen werden mögliche Wellenreflexionenverhindert. Durch dieses Berechnungsverfahren werden die Abstrahldämpfungund die Wechselwirkung der über den Baugrund gekoppelten Bauwerke realitätsnah erfasst.Das Berechnungsverfahren wird zunächst erläutert.Mit dem beschriebenen Berechnungsverfahren wird dann in einer Fallstudie der Einfluss derBauwerk-Boden-Bauwerk-Wechselwirkung benachbarter Gebäude untersucht. Hierzu werdenanhand einiger Beispielprojekte aus der Praxis die Auswirkungen der Wechselwirkung auf dieanzusetzenden Erdbebenlasten sowie die Bauwerksantwortspektren (Etagenantwortspektren)untersucht. Gegenstand dieser Untersuchung sind benachbarte Bauwerke wie sie im IndustrieundKraftwerksbau typischerweise anzutreffen sind. Die Auswirkungen von Bauwerksmasse,Konstellation der Bauwerke und Bodensteifigkeit werden in der Fallstudie variiert.2 BERECHNUNGSVERFAHRENFür die dynamischen Berechnungen benachbarter Bauwerke wird die dynamische Wechselwirkungüber den Baugrund im Rahmen der Rechenannahmen mit einem 3D-Modell vollständigerfasst. Als Gründungen der Bauwerke werden jeweils starre Sohlplatten mit ihren vorhandenenAbmessungen angenommen. Für die Bauwerke selbst werden Balkenmodelle verwendet,mit welchen das globale Schwingverhalten auf dem Baugrund hinreichend genau erfasst werdenkann. Die Berechnungen zur Erfassung des seismischen Schwingverhaltens werden imFrequenzbereich durchgeführt. Auf diese Weise kann die frequenzabhängige Abstrahlungsdämpfungim Baugrund realitätsnah erfasst werden.2.1 Methode der Berechnung im FrequenzbereichZur Berechnung der Baustrukturen im 3D-Modell wird das Programm SAPC verwendet.Das Programm SAPC ist eine komplexe, im Frequenzbereich formulierte Version von SAP-IV*[1]. Der Steifigkeitsmodul E geht über in die komplexe Steifigkeit E E (1 i 2D)mitdem hysteretischen Dämpfungsmaß D . Es gelten ansonsten dieselben Annahmen wie inSAP-IV. Als Berechnungsergebnisse liefert SAPC komplexe Beschleunigungen als Funktioneiner harmonischen Basisbeschleunigung. Über die Anregungsfrequenzen geordnet können dieErgebnisse als Übertragungsfunktionen interpretiert werden.3242