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Novel braced frame for earthquake resilience

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Diese Stahl-Sanduhr kann von Erdbeben betroffenen Gebäuden mehr Zeit geben

Selbst geringe strukturelle Schäden können dazu führen, dass ein Gebäude schließlich von Planierraupen abgerissen werden muss. Ein architektonischer Sicherheitsstift könnte sie über Jahrzehnte hinweg aufrecht erhalten.

Industrielle Technologien
Sicherheit

Wenn es zu einem Erdbeben kommt, sind die meisten Menschen einfach erleichtert, wenn ihr Zuhause oder Büro danach noch steht. Doch meistens können sie nicht zu diesen Gebäuden zurückkehren, die nun zum Abriss bestimmt sind. „Wenn ein Erdbeben vorbei ist und sich das Gebäude nicht in seiner ursprünglichen Position befindet, ist es verformt“, erklärt George Vasdravellis, außerordentlicher Professor an der Heriot-Watt University und leitender Forscher beim Projekt CBF-EQRES. Diese sogenannte bleibende Verformung ist mit herkömmlichen Techniken nur sehr schwer zu reparieren. Wenn die Säulen, die ein Gebäude tragen, vertikal um nur 0,5 % geneigt sind, ist der Wiederaufbau in der Regel günstiger als die Reparatur. Dieser Wiederaufbau braucht Zeit, wodurch die Menschen obdachlos werden und die Infrastruktur für Monate oder Jahre nach dem letzten Beben beeinträchtigt wird. Vasdravellis arbeitet an einer neuartigen Art der Aussteifung, mit der Gebäude intakt bleiben und Städte sich nach Erdbeben schneller erholen können. Sein Team an der Heriot-Watt University in Großbritannien entwickelte mit Unterstützung der EU im Rahmen des Projekts CBF-EQRES eine Technik mit sanduhrförmigen Edelstahlstiften. Diese sind mit den Querstreben verbunden, welche die Metalltragrahmen moderner Gebäude versteifen. Diese Edelstahlstifte bleiben steif und sind bruchsicher, selbst wenn sie Kräften ausgesetzt sind, die stark genug für eine Verformung sind. Dadurch können sie sich während eines Erdbebens biegen und Energie abführen, die sonst auf den Stahlrahmen selbst ausgeübt würde. Noch wichtiger ist jedoch, dass sie die bleibenden Verformungen des Gebäudes vermindern und den Reparaturprozess erheblich vereinfachen. Nach einem Erdbeben können die Opferstifte leicht ausgetauscht werden, um das Gebäude auf zukünftige Erdbeben vorzubereiten. „Der Reparaturprozess ist sehr einfach. Da sie zylinderförmig sind, kann man sie ganz einfach durch Löcher in der Wand herausziehen und neue einsetzen“, sagt Vasdravellis. Vasdravellis testete gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen verschiedene Formen für die Stifte im Labor, bevor sie sich für das Sanduhr-Design entschieden. Er hofft, dass die Stifte in die EU-Bauvorschriften für seismisch aktive Gebiete aufgenommen werden. Etwa ein Drittel Europas ist von zerstörerischen Erdbeben bedroht, die im Südosten Europas, im Balkan sowie in Griechenland und Italien konzentriert sind. Obwohl die Vorschriften in der EU nur alle zehn Jahre aktualisiert werden, beschleunigen einige erdbebengefährdete Länder wie Neuseeland innovative Designs. Diese im Rahmen des Projekts CBF-EQRES durchgeführte Forschung wurde vom Marie-Skłodowska-Curie-Programm unterstützt. „Durch dieses Stipendium habe ich zwei Jahre lang mit dem sehr guten Postdoktoranden Guido Bregoli zusammengearbeitet, der hervorragende Arbeit geleistet hat“, sagt Vasdravellis. „Ein bedeutender Beitrag kam auch von Marco Baiguera.“ Er fügt hinzu, dass das Programm auch wesentliche Laborgeräte bereitstellte. Durch den Zuschuss konnte Vasdravellis auch ein ähnliches Gerät entwickeln, welches das Risiko eines Einsturzes von Gebäuden verringert, die plötzlichen akuten Schäden ausgesetzt sind, wie dem Verlust von Stützsäulen bei einem Bombenangriff. Vasdravellis sagt, dass er sich für das Problem der bleibenden Verformung interessierte, da es „ein offenes Problem“ bei der erdbebenbeständigen Konstruktion war. Er fügt hinzu: „Ich selbst komme aus Griechenland, daher habe ich persönliches Interesse daran, erdbebensichere Gebäude zu verbessern.“

Schlüsselbegriffe

CBF-EQRES, Gebäude, Einsturz, Erdbeben, seismisch, bleibend, Verformung, Aussteifung, Griechenland, Opfer, Sanduhr, Stahl

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