Fachhochschule Nordwestschweiz

Prof. Dr. Harald Schuler

Bachelorarbeit 2011 | Gebäude der UBS Zentrale in Basel

Erdbebenüberprüfung und Sanierungsmassnahmen

• Diplomand Michael Stoll
• Examinator Prof. Dr.-Ing. H. Schuler
• Experte H. Giger, Dipl. Bauing. ETH/SIA

Das Gebäude

Das Gebäude der UBS Zentrale in Basel wurde 1980/81 erbaut. Es wird hauptsächlich als Büro-gebäude und für die Kundenbetreuung genutzt. An der Aeschenvorstadtseite und am St. Alban-Graben befindet sich ein ca. 8 m breiter Altbau der das Gebäude umschliesst. Dieser musste aus Gründen des Denkmalschutzes beim Neubau bestehen bleiben. Das Gebäude besteht aus 4 Unter-geschossen und 6 Obergeschossen mit einem Mezzanin (Zwischengeschoss) im EG. In der Mitte des Gebäudes befindet sich eine Öffnung (Lichthof), die sich nach oben hin vergrössert. Die Aussteifung erfolgt durch Kerne, die an mehreren Orten im Gebäude platziert sind.

Zustandsanalyse

Klassifizierung:

• Baugrundklasse: BGK A (Fundation auf Fels)
• Bauwerksklasse: BWK I (Bürogebäude)
• Erdbebenzone: Zone 3a  agd = 1.3 m/s² Materialkennwerte:
• Beton: BS PC 350 kg/m³ = C20/25
• Stahl: Roll-S III b, fsd=435 N/mm²,
  kaltverformt -> Duktilitätsklasse A -> Verhaltensbeiwert q=1.5

Aussteifung:

Die Aussteifung erfolgt über die acht rot gekenn-zeichneten Wände. Die restlichen Wände können nicht als aussteifende Wände betrachtet werden, da sie zu klein sind, zu grosse Öffnungen haben oder nicht durchgehend vom Fundament bis ins Obergeschoss vorhanden sind. Der blau gekenn-zeichnete Altbauteil, welcher den Neubau umrandet, ist nicht sehr steif und hängt somit als weiche Masse am Neubau. Dadurch wird die Grundschwingzeit des Gebäudes erhöht.

Ersatzkraftverfahren

Vorgehen:

• Berechnen des Schubmittelpunktes
• Berechnung der Massen und Massenschwerpunkte
• Festlegen des Bemessungsspektrums Sd
• Berechnen der Ersatzlasten pro Geschoss
• Aufteilung der Lasten auf die aussteifenden Wände
• Berechnen der Schnittkräfte

Modellierung in AxisVM - Antwortspektrenverfahren

Alle nichtaussteifenden Bauteile werden als Fach-werkstab definiert, damit diese nur vertikale Kräfte aufnehmen können. Die aussteifenden Wände wer-den zur Aufnahme der Horizontalkräfte als Schale eingegeben und beim Auflager eingespannt. Bei der Netzgenerierung wurden die Wände mit einem 2m-Netz und die Decken mit einem 3.5m-Netz definiert. Der E-Modul wird auf 15‘000 N/mm² abgemindert.

Beurteilung der Resultate

Die Erfüllungsfaktoren liegen deutlich unter dem angestrebten Wert von 0.8. Dies liegt daran, dass die neue Normengeneration erhöhte Anforderungen an die Erdbebensicherheit stellt. Die vorhandenen Wände sind zu schwach bemessen und schlecht positioniert. Der Schubmittelpunkt liegt ungünstig und erzeugt eine grosse Torsion.
Die Erfüllungsfaktoren des Ersatzkraftverfahrens sind deutlich geringer als die des Antwortspektren-verfahrens. Der Unterschied kommt dadurch zu-stande, dass beim Ersatzkraftverfahren die Grund-schwingung abgeschätzt und daraus die Erdbeben-last berechnet wird. Das Antwortspektrenverfahren berücksichtigt mehrere Eigenformen und somit das reele Schwingungsverhalten des Gebäudes.

Sanierungsmassnahmen

Um die Aussteifung des Gebäudes zu verstärken können neue Wände erstellt oder CFK-Lamellen auf bestehende Wände aufgeklebt werden. Hier wird die Erstellung von vier neuen Wänden vorgeschlagen, da die bestehenden Wände deutlich zu schwach sind. Bei der Anordnung der neuen Wände wird darauf geachtet, dass der Schubmittelpunkt möglichst nahe bei den Massen-schwerpunkten liegt, um die Torsion infolge Exzentrizität so gering wie möglich zu halten. Die neuen Wände werden direkt neben bestehende Wände positioniert. Bei der Erstellung dieser Wände wird mit dem Hydrojetverfahren gearbeitet. Durch Hochdruckwasserfräsen wird ein Deckenstreifen im Bereich der neuen Wand weggefräst, ohne die bestehende Deckenbewehrung zu be-schädigen. Somit kann die neue Wand problemlos durch die bestehende Decke durch erstellt werden.