Ausfachungen aus Ziegelmauerwerk in Stahlbetonrahmentragwerken unter Erdbebenbeanspruchung

Abstract

Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus Mauerwerk weisen nach Erdbeben häufig schwere Schäden auf. Gründe hierfür sind die Beanspruchungen der Ausfachungswände durch die aufgezwungenen Rahmenverformungen in Wandebene und die gleichzeitig auftretenden Trägheitskräfte senkrecht zur Wandebene in Kombination mit der konstruktiven Ausführung des Ausfachungsmauerwerks. Die Ausfachung wird in der Regel knirsch gegen die Rahmenstützen gemauert, wobei der Verschluss der oberen Fuge mit Mörtel oder Montageschaum erfolgt. Dadurch kommt es im Erdbebenfall zu lokalen Interaktionen zwischen Ausfachung und Rahmen, die in der Folge zu einem Versagen einzelner Ausfachungswände oder zu einem sukzessiven Versagen des Gesamtgebäudes führen können. Die beobachteten Schäden waren die Motivation dafür, in dem europäischen Forschungsprojekt INSYSME für Stahlbetonrahmentragwerke mit Ausfachungen aus hochwärmedämmenden Ziegelmauerwerk innovative Lösungen zur Verbesserung des seismischen Verhaltens zu entwickeln. Der vorliegende Beitrag stellt die im Rahmen des Projekts von den deutschen Projektpartnern (Universität Kassel, SDA-engineering GmbH) entwickelten Lösungen vor und vergleicht deren seismisches Verhalten mit der traditionellen Ausführung der Ausfachungswände. Grundlage für den Vergleich sind statisch-zyklische Wandversuche und Simulationen auf Wandebene. Aus den Ergebnissen werden Empfehlungen für die erdbebensichere Auslegung von Stahlbetonrahmentragwerken mit Ausfachungen aus Ziegelmauerwerk abgeleitet.

Masonry infill walls in reinforced concrete frames under earthquake loading

Reinforced concrete frame structures with masonry infill often show severe damage after earthquakes. The reasons for this are the stresses brought to the infill walls due to the frame deformations in the wall plane and the simultaneously occurring inertial forces perpendicular to the wall plane in combination with the construction details of the masonry infills. The infill is usually rigidly connected with the mortar to the frame columns, with the upper joint being closed with mortar or polyurethane foam. In the event of an earthquake, this leads to local interactions between the infill and the frame, which can lead to the failure of individual infill walls or to the successive failure of the entire building. The observed damages were the motivation for the European research project INSYSME for reinforced concrete frame structures with infills made of high thermal insulating bricks, to develop innovative solutions for improving the seismic behaviour. This paper presents the solutions developed by the German project partners (University of Kassel, SDA-engineering GmbH) and compares their seismic behaviour with the traditional design of infill walls. Basis for the comparison are static-cyclic tests and simulations on the infilled frame level. The results are used to derive recommendations for the earthquake-proof design of reinforced concrete frames with infills made of masonry bricks.