Trag- und Verformungsverhalten von unbewehrten Mauerwerksscheiben unter Berücksichtigung der Interaktion mit der Gebäudestruktur

Boesen, Niklas Johann; Klinkel, Sven (Thesis advisor); Fischer, Oliver (Thesis advisor); Butenweg, Christoph (Thesis advisor)

Aachen : Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Fakultät für Bauingenieurwesen Lehrstuhl für Baustatik und Baudynamik (2021, 2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe des Lehrstuhls für Baustatik und Baudynamik der RWTH Aachen University 13 (2021)
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Die Anforderungen an modernes Ziegelmauerwerk sind in der Vergangenheit stetig gewachsen. So müssen diese, neben den architektonischen Anforderungen an Nutzerflexibilität und Ästhetik, simultan auch statisch, energetisch sowie schall- und brandschutztechnisch optimal ausgelegt sein. Das komplexe Zusammenspiel der genannten Kriterien führt häufig dazu, dass die Auslegung von Gebäuden aus Ziegelmauerwerk nur noch unter großem Aufwand bzw. mit einer Hybridbauweise möglich ist. Konservative lineare Nachweismethoden erweisen sich dabei als unfähig die vorhandenen Tragreserven auszunutzen. Als Lösung erscheint die Anwendung von modernen nichtlinearen verformungsbasierten Nachweismethoden. Diese bieten zwar eine realitätsnähere Abbildung des Tragverhaltens von Mauerwerk, stellen aber gleichzeitig erhöhte Anforderungen an das Berechnungsmodell und die mauerwerksspezifischen Bemessungsgrundlagen. In der Praxis werden die Bemessungsgrundlagen unter anderem aufgrund der stark vereinfachten Modellierungsannahmen und der damit einhergehenden unzureichenden Abbildung der Interaktionseffekte innerhalb der Gebäudestruktur bei der Schnittgrößenermittlung bemängelt. Daneben ist die Anwendung der Bemessungskonzeptes nach DIN EN 1996-1 in Verbindung mit der Gültigkeit der Schubbruchkriterien zu hinterfragen. Darüber hinaus finden wesentliche Bauwerksdetails, wie die reduzierte Deckenauflagerung am energetisch optimierten Wand-Decken-Knoten, bisher keine Berücksichtigung in der Normung. Die Erschließung der vorhandenen Tragreserven mittels der Modifikation der mauerwerksspezifischen Regeln ist von essenzieller Bedeutung für die Zukunftsfähigkeit des Baustoffs Mauerwerk. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Trag- und Verformungsverhalten von unbewehrtem Ziegelmauerwerk mit besonderem Augenmerk auf den Einfluss der Wand-Gebäude-Interaktion. Zur Untersuchung wird ein nichtlineares räumliches Mikromodell entwickelt, welches sowohl Effekte in Wandebene als auch aus der Wandebene heraus abbilden kann. Mit Hilfe des numerischen Modells erfolgt eine umfangreiche Variantenstudie unter Berücksichtigung aller wesentlichen Einflussparameter auf das Schubtragverhalten. Der Betrachtung einer variablen Momentenverteilung über die Wandhöhe sowie einer exzentrischen Vertikallasteinleitung aufgrund teilweiser Deckenauflagerung am Wandkopf kommt dabei eine besondere Bedeutung zu. Zur Untersuchung und Abgrenzung der maßgebenden Versagensmechanismen auf Wandebene werden die Spannungs- und Dehnungszustände in Fugen- und Einzelsteinebene analysiert und die Kapazitätskurven hinsichtlich Trag- und Verformungsfähigkeit ausgewertet. Als Nächstes werden die gewonnenen Erkenntnisse herangezogen und in einen verbesserten Bemessungsansatz umgesetzt, welcher die korrekte Abbildung der horizontalen Tragfähigkeit bei einem gleichzeitig übersichtlichen Berechnungsaufwand für die baupraktische Anwendung ermöglichen soll. Abschließend wird die Entwicklung eines Makromodells zur Simulation von Mauerwerksschubwänden mit und ohne exzentrische Vertikallasteinleitung am Wandkopf beschrieben.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl und Institut für Baustatik und Baudynamik [311810]