Schnellbewertung der Erdbebengefährdung von Gebäuden

Sadegh-Azar, Hamid; Meskouris, Konstantin

doi:291

Schnellbewertung der Erdbebengefährdung von Gebäuden

Sadegh-Azar, Hamid (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Hamid Sadegh-Azar

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangIII, 156 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Meskouris, Konstantin (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-01-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-2919
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59825/files/Sadegh-Azar_Hamid.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Bauingenieurwesen (300000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das erste Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode, die es ermöglicht, die Erdbebengefährdung von neuen und bestehenden Gebäuden in drei verschiedenen Genauigkeitsstufen (Level I-III) einzuschätzen (Vulnerabilitätsuntersuchung). Mit der Anwendung der Methode auf ein bestimmtes Bauwerk kann eine quantitative Aussage über die zu erwartende Schädigung durch die am Standort möglichen Erdbeben gemacht werden. Das zweite Ziel ist die Entwicklung einer Methode zur Bemessung der Gebäude im Rahmen der „Funktionsorientierten seismischen Bemessung” PBSD (Performance Based Seismic Design), so dass die Bauwerke für verschiedene Gefährdungsstufen bemessen und ausgelegt werden können. Die entwickelte Methode der Vulnerabilitätsuntersuchung erfüllt die gegebenen Rahmenbedingungen im Eurocode 8. Die Untersuchungsdauer beträgt zirka eine Stunde für Level I und zirka sechs Stunden für Level II. Somit kann die entwickelte Methode in Level I und II für großräumige Vulnerabilitätsuntersuchungen eingesetzt werden. Die Resultate der Untersuchungen lassen eine quantitative Aussage über die mögliche Schädigung des Bauwerks in verschiedenen Erdbebenintensitäten zu. Es wird die mittlere Versagenswahrscheinlichkeit (Schädigung > 60%) für das Bauwerk in der entsprechenden Erdbebenzone berechnet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen einige wichtige seismisch relevante Schwachstellen des Bauwerks auf. Bauwerke mit diesen Schwachstellen können somit identifiziert und ggf. durch Sanierungsmaßnahmen/Ertüchtigungsmaßnahmen verstärkt werden. Zudem können die ökonomischen Folgen infolge Erdbeben auf die Bewohner, Stadt, Gesellschaften, Regierung usw. abgeschätzt und ggf. mit Vorsorgemaßnahmen (Versicherungen, Gewährung von günstigen Darlehen für die Bauwerksverstärkung usw.) reduziert werden. Im Zusammenhang mit einer seismischen Gefährdungsuntersuchung PSHA können die Resultate zur Ermittlung der wahrscheinlichen jährlichen Schädigung und der technischen Versicherungsprämie dienen. Zudem wird eine Methode zur Vulnerabilitätsuntersuchung in Level III und zur funktionsorientierten seismischen Bemessung vorgestellt. Die Vulnerabilitätsuntersuchung in Level III stellt eine vereinfachte aber genaue probabilistische Bauwerksanalyse dar. Somit kann der Zusammenhang zwischen der seismischen Gefährdungsuntersuchung PSHA und der dynamischen nichtlinearen Bauwerksantwort hergestellt werden. Die seismische Gefährdungsuntersuchung PSHA gibt den letzten Stand der Technik in der Seismologie wieder. Durch die Implementierung der PSHA in der Analyse kann die probabilistische Berechnung erheblich vereinfacht und sehr effizient durchgeführt werden. Die entwickelte Methode zur „Funktionsorientierten seismischen Bemessung” (PBSD) stellt eine probabilistische Bemessung für verschiedene Schädigungsstufen dar. Es können verschiedene Bemessungsziele definiert werden. Für jedes Bemessungsziel wird eine gewisse beliebig ausgewählte Schädigungsstufe mit einer beliebigen Erdbebenintensität verbunden. Z. B. kann an das Bauwerk die Anforderung gestellt werden, dass es in einem sehr seltenen Erdbeben mit einer Wiederkehrperiode von 2475 Jahren „sofort beziehbar” (Immediate Occupancy) bleibt. Die Versagenswahrscheinlichkeit dieser Anforderung wird quantifiziert, und die funktionsorientierte Bemessung ergibt die zugehörigen Spektralwerte oder Erdbebenersatzkräfte. Die entwickelte Methode eignet sich für die Bemessung von wichtigen Bauwerken, an die neben der „Sicherstellung gegen Einsturz” weitere Anforderungen gestellt werden. Zudem können die Versagenswahrscheinlichkeiten berechnet werden, was bei einer normalen Bemessung (nach z.B. EC 8, NEHRP, UBC ...) nicht möglich ist.

The first objective of this Dissertation is to develop a method for the seismic vulnerability assessment in three Levels (Level I-III) in the framework of the Eurocode 8. The application of this method to a building enables the user to quantify the expected building damage for different seismic intensities. The second objective is the development of a procedure for the "Performance Based Seismic Design". This procedure enables the designer to link different building performance objectives with different hazard levels (earthquake design levels). The developed method for the vulnerability evaluation satisfies the requirements given in Eurocode 8. The evaluation time is about one hour for Level I and 6 hours for Level II. Thereby Level I and II can be used to perform large-area vulnerability evaluations. One of the evaluation results are the expected building damage values for different seismic intensities. In addition, the probability of failure (Damage > 60%) is determined for the investigated building. The evaluation procedure also reveals some important seismic weak points. Appropriate rehabilitation/strengthening measures can eliminate the identified weak points, which in turn improve the seismic performance and reduce the expected losses. The results give the economic impact from an earthquake on a community, municipality, company or an individual building owner. Thereby, the economic losses can be reduced to a minimum by appropriate risk mitigation or risk transfer measures (favourable loans for strengthening, Insurances, etc.). The expected annual loss and the technical insurance premiums can also be determined in conjunction with a probabilistic seismic hazard analysis PSHA. In addition, a procedure for vulnerability evaluation in Level III is introduced. The vulnerability evaluation in Level III is a rigorous probabilistic building analysis. The probabilistic seismic hazard analysis PSHA represents the latest achievement in seismological hazard assessment. By implementing the PSHA into the dynamic analysis procedure the resulting evaluation procedure became very efficient and relatively convenient. The developed method for the "Performance Based Seismic Design" (PBSD) also represents a probabilistic design for different performance levels (damage states). The building owner/manager can define several design objectives in the PBSD (e.g. the building should remain operational after a very rare earthquake corresponding to a return period of 2475 years, etc.). The design process is interactive. The probability of exceedance of each requirement (design objective) is quantified and the procedure delivers the required spectral values for the initial design. Using this initial design, the probabilities of exceedance of each performance level (damage state) are calculated for the building. This calculation is done also by the effective probabilistic analysis method introduced in Level III. At the end the existing probabilities of exceedance (failure) are compared with the allowed ones given by code or building owner. If the existing values are much higher than the allowed ones the building design has to be modified using the analysis results. The developed method is suitable for the design of important buildings, which have to satisfy higher performance objectives than the traditionally based "Life Safety" objective. It is also possible to determine the failure probabilities of the design objectives using the developed procedure.

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