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Stahltraverse auf bestehendem Mauerwerk: Anwendungsfälle und Vorteile

Warum die Errichtung einer Stahltraverse zur Verbesserung der Festigkeit und der seismischen Reaktion eines bestehenden Mauerwerks wichtig ist


Die Errichtung einer Stahltraverse auf bestehendem Mauerwerk ist einer der effektivsten Verstärkungseingriffe, um ein Kippen der Mauern außerhalb der Ebene zu verhindern und horizontale Kräfte im Falle eines Erdbebens aufzunehmen.

In diesem Artikel werden wir sehen, welche Arten von Traversen zur Auswahl stehen, wie ein Stahltraverse errichtet wird, welche Auswirkungen es auf das Gesamtverhalten eines Mauerwerksgebäudes hat und wie es die seismische Anfälligkeit im Zusammenhang mit einem Eingriff zur Verbesserung des bestehenden Mauerwerks mithilfe einer Software zur Strukturanalyse von Mauerwerken reduziert.

Arten von Traversen zur seismischen Verbesserung von Mauerwerksgebäuden

Die Errichtung einer Traverse (Interfloor oder Deckenrand) ist oft ein notwendiger Eingriff, um ein **kastenförmiges Verhalten** bestehender Mauerwerksgebäude zu gewährleisten. Das Geländer kann mit verschiedenen Bautechniken errichtet werden. Jedes Material hat seine Vor- und Nachteile, die das Gesamtverhalten des Gebäudes beeinflussen und sogar dessen Stabilität im Falle eines Erdbebens beeinträchtigen können.

Bis in die 90er Jahre des letzten Jahrhunderts war die häufigste Interventionsart zur Sanierung historischer Mauerwerksgebäude sicherlich die Errichtung von Beton-Traverse auf der Gebäudespitze. Diese Eingriffe waren oft mit der Erneuerung der bestehenden Dachdeckung verbunden, die in vielen Fällen die Entfernung der Holzstrukturen (Balken, Sparren, Deckenbalken, Ziegel, usw.) und die Errichtung neuer Decken aus Beton beinhaltete. Das Ergebnis war sicherlich eine Zunahme der Belastung auf der bestehenden Struktur und eine Steifigkeitszunahme.

Diese weit verbreitete Technik erwies sich jedoch bald als wenig wirksam oder sogar gefährlich im Falle von Erdbebenereignissen und wurde allmählich durch andere Interventionsarten ersetzt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass Gebäude, die diese Art von Eingriffen erlebt hatten, sehr erkennbare Schäden aufwiesen: stark beschädigte Mauern (in vielen Fällen vollständig zerstört) und intakte Beton-Traverse.

Warum passiert das?

Was entsteht, ist der sogenannte „Trägereffekt„. Im Wesentlichen entlastet das Beton-Traverse, das durch eine übermäßige Steifigkeit im Vergleich zur minderwertigen Qualität des darunterliegenden Mauerwerks gekennzeichnet ist, das Gewicht der Abdeckung hauptsächlich auf den Ecken des Gebäudes. Der zentrale Teil des Mauerwerks wird daher unbelastet gelassen und ist ohne die vertikale Belastung anfälliger für Kipp- oder Zerfallsphänomene. So kann die Errichtung stark steifer Elemente an der Spitze eines minderwertigen Mauerwerks zum Zusammenbruch des Mauerwerks durch Zerfall führen. Die seismische Kraft konzentriert sich auf die Elemente mit geringerer Steifigkeit und verursacht schwerwiegende Schäden am Mauerwerk.

Eine Lösung, um diesem Phänomen entgegenzuwirken, könnte sein, verbessernde Maßnahmen an der Kohäsion, der Festigkeit und der Verankerung der Wandpaneele sowie an der Steifigkeit des Geländers vorzunehmen. Um sicherzustellen, dass das Wandpaneel auch bei einem Erdbeben seine Kohäsion behält, sollten Maßnahmen wie folgt durchgeführt werden:

  • Ausfugung der Mörtelfugen;
  • Verkleidung aus Stahlbeton;
  • Verstärkungen mit Kohlenstofffasern (FRP);
  • Mörtelinjektionen;
  • Bewehrte Nähte;
  • usw.

Um sicherzustellen, dass die Überprüfungen des bestehenden Mauerwerks und des Beton-Traverse korrekt durchgeführt werden, ist es immer ratsam, eine Software mit integriertem FEM-Löser für die Berechnung zu verwenden.

EdiLus Kippschutzband

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Zusammenfassend ist es immer ratsam, wenn Sie eine Beton-Traverse errichten möchten:

  • die Qualität des bestehenden Mauerwerks durch Verstärkungsmaßnahmen zu verbessern;
  • die Traverse ordnungsgemäß zu dimensionieren, indem Sie eine maximale Höhe zwischen 20 und 25 cm wählen;
  • Beton mit niedriger Festigkeit und niedrigem Elastizitätsmodul zu verwenden, wobei ein Leichtbeton bevorzugt wird;
  • die Traverse mit dem darunterliegenden Mauerwerk durch in die Wand eingesetzte Stahlstäbe zu verbinden.

 

Andere alternative Lösungen zum Beton-Traverse sind:

  • armiertes Mauerwerk aus Ziegeln, die durch Einsetzen einer Bewehrung mit Stahlstäben inmitten eines Geländers aus Vollziegeln hergestellt werden. Dies kann nur durchgeführt werden, wenn das darunterliegende Mauerwerk mindestens drei Ziegelköpfe dick ist. Diese Dicke ist erforderlich, um die Ziegelverkleidung um die Bewehrung herum zu bilden. Wenn das Mauerwerk eine Dicke von mindestens 30/40 cm aufweist, ist dies eine hervorragende Alternative zur Beton-Traverse. Da es eine geringere Steifigkeit aufweist, verteilt es die Lasten gleichmäßiger;
  • Stahl, geeignet auch für Mauern mit geringerer Dicke (30 cm), zeichnen sich durch Leichtigkeit und geringe Invasivität aus;
  • armiertem Mauerwerk mit GFRP-Netz, hergestellt aus Glasfasern, Kohlenstoff oder einem anderen tragefähigen Material.

Stahltraverse: Was ist das und wie wird es hergestellt?

Stahltraverse können auf zwei Arten hergestellt werden:

  • durch zwei Gitterstrukturen aus Winkeln und Blechen, die an der Innen- und Außenseite des Mauerwerks angebracht sind und durch Bewehrungsstäbe miteinander verbunden sind;
  • durch Stahlplatten oder Stahlprofile, die an den beiden Mauerwerkseiten angebracht und durch Durchgangsstäbe miteinander verbunden sind.

Die Stahltraverse muss eine Breite haben, die der Mauerwerksdicke entspricht, und einen angemessenen Querschnitt haben. Es kann aus Baustahl oder Kohlenstoffstahl hergestellt werden. Jede Konstruktionsmethode hat ihre Vor- und Nachteile.

In diesem Zusammenhang wird die Verbindung zwischen der Traverse und dem Mauerwerk durch Haftung, Eingriff und Reibung gewährleistet. Darüber hinaus sollte für die obere Traverse eine Verstärkung des oberen Mauerwerks vor der Installation der Traverse und ihre Verbindung mit dem darunterliegenden Mauerwerk durch die Herstellung von Durchgangsstäben vorgesehen werden. Hier sind einige Konstruktionsdetails, die bei der Herstellung von Stahltraversen zu beachten sind:

  • Die Mindesthöhe des Geländers muss der Deckenhöhe entsprechen;
  • Die Breite des Geländers muss mindestens der Mauerwerksbreite entsprechen;
  • Für Mauerwerke mit einer Dicke von bis zu 30 cm ist ein maximaler Rückzug des Geländers von der äußeren Kante von nicht mehr als 6 cm und 1/4 der Dicke zulässig;
  • Der Bereich der Längsbewehrung des Geländers muss mindestens 8 cm² betragen;
  • Die Bügel müssen einen Mindestdurchmesser von 6 mm und einen maximalen Abstand von 25 cm haben.

Positive Auswirkungen auf das seismische Verhalten des Gebäudes

Stahltraversen dienen dazu, die Wandpaneele miteinander zu verbinden, insbesondere die oberen, bei denen das Mauerwerk im Vergleich zu den darunter liegenden Wänden einem geringeren Druck ausgesetzt ist, da sie geringere vertikale Lasten tragen. Die Anwesenheit eines oberen Geländers verbessert die Interaktion mit den Deckenstrukturen und gewährleistet ein kastenförmiges Verhalten des Gebäudes. Darüber hinaus verhindert es ein Kippen der Wand des obersten Stocks außerhalb der Ebene, wenn das Geländer ordnungsgemäß mit dem darunter liegenden Mauerwerk verbunden ist, und trägt dazu bei, den Druck des Daches im Falle einer drückenden Abdeckung aufzunehmen.
Die Stahtraverse verbessert die Übertragung horizontaler Kräfte (Wind, Erdbeben, horizontale Komponente der durch die Abdeckung verursachten Druckkraft usw.) von den Decken auf die im Plan belasteten Mauerwände.

Aktion, bei der die Verkleidung auf das vorhandene Mauerwerk geschoben wird

Aktion, bei der die Verkleidung auf das vorhandene Mauerwerk geschoben wird

Auch auf Dachebene ermöglicht die Anwesenheit einer Traverse einen Verbindungseffekt der umlaufenden Mauerwände, was eine Neuverteilung horizontaler Kräfte auf die vertikalen Elemente ermöglicht.

Damit die Stahltraverse in der Lage ist, den horizontalen Druck des Daches aufzunehmen, muss es einen angemessenen Querschnitt und damit ein angemessenes Biegemoment haben, um übermäßige Biegeverformungen in der horizontalen Ebene zu vermeiden, die zum Kippen des Mauerwerks führen könnten. Die Fähigkeit der Stahltraverse, den Druck des Daches aufzunehmen, hängt auch vom Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Windwänden ab, an die das Geländer die Wirkung des horizontalen Drucks übertragen muss.

Wenn bei der Dimensionierung der Druck des Daches zu einem übermäßigen Querschnitt des Stahlgeländers führt, ist es ratsam, diesen Druck durch die Installation von geeigneten Strukturelementen (Ketten, Zugstangen) aufzunehmen. Die technische Norm besagt, dass Dachkonstruktionen nicht drückend sein dürfen und dass der Druck, sofern vorhanden, von geeigneten Strukturelementen (Ketten, Zugstangen) aufgenommen werden muss.

Daher ist es ratsam, falls der Eingriff am bestehenden Gebäude auch den Austausch des Daches umfasst, die Aufnahme des eventuellen Drucks durch die Verwendung von geeigneten Ketten angemessen zu planen und dem Stahlgeländer nur die Funktion der Neuverteilung horizontaler Kräfte, die durch Wind und Erdbeben verursacht werden, zuzuweisen.

Stahltraverse: Statische Schemata für Dimensionierung und Berechnung

Um den minimalen Querschnitt des Stahltraverse zu dimensionieren, muss zunächst das statische Schema zur Berechnung der Beanspruchungen und Verschiebungen definiert werden. Das anzuwendende statische Schema wird ein Balkenschema auf mehreren Stützen sein, wobei jede Stütze die Lagerwirkung repräsentiert, die von der Windwand ausgeht.

Die gleichmäßig verteilte horizontale Last auf dem Balkenschema wird durch die folgenden Aktionen erzeugt:

  • Erdbebenwirkung, die durch die Masse der Wände und der an das Geländer angeschlossenen Abdeckung erzeugt wird;
  • Windwirkung auf die Einflussbereiche der Wände, die an das Geländer angeschlossen sind;
  • Druck des Daches im Falle einer drückenden Abdeckung und im Falle von fehlenden Ketten.

Durch Kombinieren der Aktionen auf die richtige Weise, um die Belastungskombinationen am Grenzzustand (ULS) und am Gebrauchszustand (SLS) zu erhalten, unter Verwendung der in der technischen Norm vorgeschriebenen teilweisen Kombinationskoeffizienten, können die Beanspruchungen im Grenzzustand und die Verschiebungen im Gebrauchszustand für die Dimensionierung des Stahlgeländers berechnet werden. Um sicherzustellen, dass die Berechnung korrekt und unter Einhaltung der Normen durchgeführt wird, ist es immer ratsam, die Berechnung mit einer Strukturberechnungssoftware durchzuführen.

 

edilus
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