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Stahlbetonrahmentragwerke mit Mauerwerksausfachungen weisen nach Erdbebenereignissen häufig schwere Schäden auf, da die Ausfachungen ohne weitere konstruktive Maßnahmen mit vollem Kontakt zum Stahlbetonrahmen eingemauert werden. Durch die unplanmäßige Beteiligung am horizontalen Lastabtrag erfahren die Ausfachungen Belastungen in Wandebene und beeinflussen das globale Schwingungsverhalten der Rahmentragwerke. In Kombination mit den gleichzeitig auftretenden seismischen Trägheitskräften senkrecht zur Wand führt dies in vielen Fällen zu einem Versagen der mit niedrigen Festigkeiten ausgeführten Ausfachungen. Dies war der Anlass in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME ein Entkopplungssystem zu entwickeln, mit dem Rahmen und Ausfachung durch ein spezielles Profil aus Elastomeren entkoppelt werden.
Das Profil ermöglicht Relativverschiebungen zwischen Rahmen und Ausfachung und stellt gleichzeitig die Aufnahme von Belastungen senkrecht zur Wand sicher. Der Beitrag erläutert zunächst den Aufbau des Systems und gibt einen Überblick über die in Kleinbauteilversuchen ermittelten Tragfähigkeiten. Zudem werden experimentelle Untersuchungen an mit hochwärmedämmenden Mauerziegeln ausgefachten Stahlbetonrahmen mit und ohne Entkopplungssystem für getrennte und kombinierte Belastungen in und senkrecht zur Wandebene vorgestellt. Auf Grundlage einer Versuchsauswertung und eines Ergebnisvergleichs werden Wirkungsweise und Effektivität des entwickelten Entkopplungssystems demonstriert.
EU-Projekt INSYSME : innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk
(2014)
Am 1. Oktober 2013 ist das auf drei Jahre angelegte EU-Forschungsprojekt INSYSME – Innovative Systeme für erdbebentaugliche Ausfachungswände aus Ziegelmauerwerk in Stahlbetonrahmentragwerken – gestartet. Unter der Koordination der Universität Padua beteiligen sich 16 Partner aus sechs europäischen Ländern (Deutschland, Griechenland, Italien, Portugal, Rumänien, Türkei). Als deutsche Partner nehmen die Arbeitsgemeinschaft Mauerziegel aus Bonn, die Universität Kassel sowie das Ingenieurbüro SDA-engineering GmbH aus Herzogenrath, teil. Ziel der deutschen Partner ist die Entwicklung von innovativen Ausfachungssystemen aus monolithischem wärmedämmenden Ziegelmauerwerk, mit denen nicht nur eine erhöhte Erdbebensicherheit, sondern auch die sichere Erfüllung der steigenden Anforderungen aus Windbeanspruchungen gewährleistet werden können. Die Forschungsergebnisse sollen vom Partner SDA-engineering GmbH in die bereits seit einigen Jahren verfügbare Softwarelösung MINEA [1] integriert werden. Weitere Informationen stehen auf den Websites des Projektes [2] zur Verfügung. Im vorliegenden Beitrag werden nach einer kurzen thematischen Einführung die Ergebnisse von Tastversuchen an senkrecht zur Ebene belasteten Ausfachungswänden aus Planziegelmauerwerk vorgestellt. Im Anschluss wird das geplante Arbeitsprogramm der deutschen Partner im Projekt INSYSME beschrieben.
Because of simple construction process, high energy efficiency, significant fire resistance and excellent sound isolation, masonry infilled reinforced concrete (RC) frame structures are very popular in most of the countries in the world, as well as in seismic active areas. However, many RC frame structures with masonry infills were seriously damaged during earthquake events, as the traditional infills are generally constructed with direct contact to the RC frame which brings undesirable infill/frame interaction. This interaction leads to the activation of the equivalent diagonal strut in the infill panel, due to the RC frame deformation, and combined with seismically induced loads perpendicular to the infill panel often causes total collapses of the masonry infills and heavy damages to the RC frames. This fact was the motivation for developing different approaches for improving the behaviour of masonry infills, where infill isolation (decoupling) from the frame has been more intensively studied in the last decade. In-plane isolation of the infill wall reduces infill activation, but causes the need for additional measures to restrain out-of-plane movements. This can be provided by installing steel anchors, as proposed by some researchers. Within the framework of European research project INSYSME (Innovative Systems for Earthquake Resistant Masonry Enclosures in Reinforced Concrete Buildings) the system based on a use of elastomers for in-plane decoupling and steel anchors for out-of-plane restrain was tested. This constructive solution was tested and deeply investigated during the experimental campaign where traditional and decoupled masonry infilled RC frames with anchors were subjected to separate and combined in-plane and out-of-plane loading. Based on a detailed evaluation and comparison of the test results, the performance and effectiveness of the developed system are illustrated.
Bei der Ausarbeitung des nationalen Anwendungsdokumentes zur DIN EN 1998-1 waren die in der ENV-Fassung enthaltenen vereinfachten Regeln im Lichte aktueller Forschungsergebnisse zu überprüfen und zu überarbeiten. Die gleiche Aufgabe stellte sich auch für die Neufassung der DIN 4149. In beiden Fällen sind neben konstruktiven Regeln für die Art und Anordnung der zur Gebäudeaussteifung heranzuziehenden Wände im Grundriss Tabellen enthalten, die unter bestimmten Bedingungen den Entfall eines rechnerischen Nachweises der Tragwände im Erdbebenfall ermöglichen. Dies ist für Schwachbebengebiete, wie sie in Deutschland und anderen Ländern Mitteleuropas anzutreffen sind, sinnvoll, um unnötigen Rechenaufwand sowie Probleme mit der Führbarkeit von Nachweisen so weit wie möglich auszuschalten. Im vorliegenden Beitrag werden die Hintergründe der vereinfachten Regeln diskutiert und die Ergebnisse der Anwendung mit verschiedenen Rechenverfahren verglichen und bewertet.
Influence of slab deflection on the out-of-plane capacity of unreinforced masonry partition walls
(2023)
Severe damage of non-structural elements is noticed in previous earthquakes, causing high economic losses and posing a life threat for the people. Masonry partition walls are one of the most commonly used non-structural elements. Therefore, their behaviour under earthquake loading in out-of-plane (OOP) direction is investigated by several researches in the past years. However, none of the existing experimental campaigns or analytical approaches consider the influence of prior slab deflection on OOP response of partition walls. Moreover, none of the existing construction techniques for the connection of partition walls with surrounding reinforced concrete (RC) is investigated for the combined slab deflection and OOP loading. However, the inevitable time-dependent behaviour of RC slabs leads to high values of final slab deflections which can further influence boundary conditions of partition walls. Therefore, a comprehensive study on the influence of slab deflection on the OOP capacity of masonry partitions is conducted. In the first step, experimental tests are carried out. Results of experimental tests are further used for the calibration of the numerical model employed for a parametric study. Based on the results, behaviour under combined loading for different construction techniques is explained. The results show that slab deflection leads either to severe damage or to a high reduction of OOP capacity. Existing practical solutions do not account for these effects. In this contribution, recommendations to overcome the problems of combined slab deflection and OOP loading on masonry partition walls are given. Possible interaction of in-plane (IP) loading, with the combined slab deflection and OOP loading on partition walls, is not investigated in this study.
Moderne Mauerwerksbauten müssen nach heutigen Anforderungen architektonisch, statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Aufgrund der Komplexität und engen Verzahnung der einzelnen Anforderungen ist eine integrale Gebäudeplanung zur Erzielung einer qualitativ hochwertigen Bauwerkslösung unbedingt notwendig. Diese erfordert von den Fachplanern vertieftes Spezialwissen in den verschiedenen Bereichen, um insbesondere die Schnittstellen und Bauwerksdetails korrekt zu planen und auszuführen. Der Beitrag stellt die integrale Gebäudeplanung am Beispiel eines Geschossbaus in Ziegelbauweise mit Lösungen für wesentliche Detailpunkte vor
The sandfish (Scincus scincus) is a lizard having the remarkable ability to move through desert sand for significant distances. It is well adapted to living in loose sand by virtue of a combination of morphological and behavioural specializations. We investigated the bodyform of the sandfish using 3D-laserscanning and explored its locomotion in loose desert sand using fast nuclear magnetic resonance (NMR) imaging. The sandfish exhibits an in-plane meandering motion with a frequency of about 3 Hz and an amplitude of about half its body length accompanied by swimming-like (or trotting) movements of its limbs. No torsion of the body was observed, a movement required for a digging-behaviour. Simple calculations based on the Janssen model for granular material related to our findings on bodyform and locomotor behaviour render a local decompaction of the sand surrounding the moving sandfish very likely. Thus the sand locally behaves as a viscous fluid and not as a solid material. In this fluidised sand the sandfish is able to “swim” using its limbs.
The article presents the investigation of the seismic behaviour of a modern URM building located in the municipality of Finale Emilia in province of Modena, Northern Italy. The building is situated in the centre of the series of the 2012 Northern Italy earthquakes and has not suffered any damage during the earthquake series in 2012. The observed earthquake resistance of the building is compared with predicted resistances based on linear and nonlinear design approaches according to Eurocode. Furthermore, probabilistic analyses based on nonlinear calculation models taking into account scattering of the most relevant input parameters are carried out to identify their influence to the results and to derive fragility curves.
Im Norden von Serbien erfolgt in Novi Sad der Neubau eines modernen Forschungsgebäudes für das BioSense-Institut mit finanzieller Unterstützung durch die Eu-ropäische Union. Der Gebäudeteil mit Laboren wird zum Schutz und zur Sicherstellung des reibungslosen Betriebs der sensiblen und kapitalintensiven technischen Einbauten mit ei-ner Erdbebenisolierung mit integrierter Körperschallisolation versehen. Zusätzlich wird der entkoppelte Laborteil des For-schungsgebäudes mit einem BIM-basierten Bauwerksmonito-ring versehen, um Änderungen des Gebäudezustands jederzeit abfragen und beurteilen zu können.
Recent earthquakes as the 2012 Emilia earthquake sequence showed that recently built unreinforced masonry (URM) buildings behaved much better than expected and sustained, despite the maximum PGA values ranged between 0.20–0.30 g, either minor damage or structural damage that is deemed repairable. Especially low-rise residential and commercial masonry buildings with a code-conforming seismic design and detailing behaved in general very well without substantial damages. The low damage grades of modern masonry buildings that was observed during this earthquake series highlighted again that codified design procedures based on linear analysis can be rather conservative. Although advances in simulation tools make nonlinear calculation methods more readily accessible to designers, linear analyses will still be the standard design method for years to come. The present paper aims to improve the linear seismic design method by providing a proper definition of the q-factor of URM buildings. These q-factors are derived for low-rise URM buildings with rigid diaphragms which represent recent construction practise in low to moderate seismic areas of Italy and Germany. The behaviour factor components for deformation and energy dissipation capacity and for overstrength due to the redistribution of forces are derived by means of pushover analyses. Furthermore, considerations on the behaviour factor component due to other sources of overstrength in masonry buildings are presented. As a result of the investigations, rationally based values of the behaviour factor q to be used in linear analyses in the range of 2.0–3.0 are proposed.
The behaviour of infilled reinforced concrete frames under horizontal load has been widely investigated, both experimentally and numerically. Since experimental tests represent large investments, numerical simulations offer an efficient approach for a more comprehensive analysis. When RC frames with masonry infill walls are subjected to horizontal loading, their behaviour is highly non-linear after a certain limit, which makes their analysis quite difficult. The non-linear behaviour results from the complex inelastic material properties of the concrete, infill wall and conditions at the wall-frame interface. In order to investigate this non-linear behaviour in detail, a finite element model using a micro modelling approach is developed, which is able to predict the complex non-linear behaviour resulting from the different materials and their interaction. Concrete and bricks are represented by a non-linear material model, while each reinforcement bar is represented as an individual part installed in the concrete part and behaving elasto-plastically. Each brick is modelled individually and connected taking into account the non-linearity of a brick mortar interface. The same approach is followed using two finite element software packages and the results are compared with the experimental results. The numerical models show a good agreement with the experiments in predicting the overall behaviour, but also very good matching for strength capacity and drift. The results emphasize the quality and the valuable contribution of the numerical models for use in parametric studies, which are needed for the derivation of design recommendations for infilled frame structures.