Seismische Tests des NHERI TallWood Building stellen einen neuen Rekord auf

Das TallWood-Projekt der Natural Hazards Engineering Research Infrastructure (NHERI) wird die Widerstandsfähigkeit von hohen Holzgebäuden untersuchen, indem es in diesem Frühjahr eine Reihe großer Erdbeben an einem 10-stöckigen Massivholzgebäude in Originalgröße simuliert.

„Dieses Projekt ist das höchste Großprojekt, das jemals irgendwo auf einem Erdbebentisch getestet wurde“, sagte Dan Dolan, emeritierter Professor an der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen, der fast ein Jahrzehnt an dem Projekt gearbeitet hat. „Wir wollen Gebäudeentwürfe schaffen, die bei Erdbeben kaum Schaden nehmen und dennoch bewohnbar sind.“

Gebäude aus Massivholz – miteinander verbundene Holzschichten – erfreuen sich als umweltfreundlichere und schnellere Alternative zu Beton- und Stahlkonstruktionen zunehmender Beliebtheit.

Das Forschungsprojekt wird von der US-amerikanischen National Science Foundation und mehreren anderen Industrieorganisationen finanziert, um herauszufinden, wie sich solche Gebäude bei Erdbeben verhalten würden. Das Projektteam entwarf ein 10 Stockwerke hohes seitliches Schaukelwandsystem aus Massivholz, das für Regionen mit hoher Erdbebengefahr geeignet ist. Dieses neue System zielt auf eine belastbare Leistung ab, was bedeutet, dass das Gebäude nur minimale Schäden durch Erdbeben auf Auslegungsniveau erleidet und nach seltenen Erdbeben schnell repariert werden kann.

„Massivholz ist Teil eines massiven Trends in Architektur und Bauwesen, aber die seismische Leistung von hohen Gebäuden, die mit diesen neuen Systemen gebaut wurden, ist nicht so gut verstanden wie bei anderen bestehenden Bausystemen“, sagte Shiling Pei, Hauptforscher und außerordentlicher Professor für Bauwesen und Umweltingenieurwesen an der Colorado School of Mines, der das Projekt leitet. „Das Schaukelwandsystem besteht im Wesentlichen aus einer Wandplatte aus massivem Holz, die mit Stahlkabeln oder -stangen mit großen Zugkräften im Boden verankert ist. Wenn sie seitlichen Kräften ausgesetzt werden, schaukeln die Wandplatten aus Holz hin und her – was die Auswirkungen von Erdbeben verringert. und dann werden die Stahlstangen das Gebäude wieder in Lot bringen, sobald das Erdbeben vorüber ist.“

Aufgrund dieser seismischen Bewegung, die durch das Schaukelsystem verursacht wird, sind Bauteile wie Außenfassade, Innenwände und Treppen stark beansprucht.

„Bei der widerstandsfähigen Gestaltung müssen auch die nichttragenden Systeme des Gebäudes berücksichtigt werden, die nicht Teil des strukturellen Lastwiderstandssystems sind, aber eine wichtige Rolle für die Funktion des Gebäudes und seine Fähigkeit, sich nach dem Erdbeben zu erholen, spielen“, sagte Keri Ryan, Projektleiterin -Forscher und Ingenieurprofessor an der University of Nevada, Reno.

Die Tests sollen diesen Monat am Außenschütteltisch der University of California in San Diego beginnen – einem der beiden größten Erdbebensimulatoren der Welt. Die Anlage befindet sich im Englekirk Structural Engineering Center der University of California San Diego und ist Teil der Forschungsinfrastruktur für Naturgefahrentechnik der NSF. Der Rütteltisch verfügt über die größte Nutzlastkapazität der Welt. Es ist in der Lage, Strukturen mit einem Gewicht von bis zu 2000 Tonnen oder 4,5 Millionen Pfund zu tragen und zu schütteln.

Bei den Tests werden Erdbebenbewegungen simuliert, die bei früheren Erdbeben aufgezeichnet wurden und einen Bereich von Erdbebenstärken auf der Richterskala abdecken, von Magnitude 4 bis Magnitude 8. Dies wird durch die Beschleunigung des Tisches auf mindestens 1 g erreicht, wodurch die Oberseite des Gebäudes auf etwa 50 g beschleunigt werden könnte bis zu 3 g. Als Referenz: Kampfpiloten erleben im Flug eine Beschleunigung von bis zu 9 g.

Im Jahr 2017 führte das Projektteam einen Test an einem zweistöckigen Massivholzgebäude durch, indem es die Erschütterungen des Northridge-Erdbebens simulierte, einem Erdbeben der Stärke 6,7, das Los Angeles im Jahr 1994 erschütterte. Das Gebäude wurde 13 Erdbebentests unterzogen und blieb strukturell beschädigt. frei. Diese Tests zeigten nicht nur, dass Gebäudesysteme aus massivem Holz erdbebensicher sein können, sondern halfen dem Forschungsteam auch bei der Entwicklung der Entwurfs- und Analysemethoden, die für das zehnstöckige Gebäude verwendet wurden.

Die Informationen aus den Tests werden genutzt, um Designrichtlinien für solche Schaukelstrukturen in Holzgebäuden zu entwickeln, die deren Bau einfacher und wirtschaftlicher machen, sagte Dolan. Er leitet einen Unterausschuss des Building Seismic Safety Council, der an der Entwicklung von Richtlinien für alle Arten von Schaukelkonstruktionen arbeitet.

Das Projekt wird von der National Science Foundation unterstützt. Ein Konsortium von Universitäten arbeitet mit NSF-Unterstützung am NHERI TallWood-Projekt zusammen, darunter die Colorado School of Mines (Leitung), die University of Nevada, Reno, die Colorado State University, die University of Washington, die Washington State University, die University of California San Diego und der Bundesstaat Oregon Universität und Lehigh University. Das Projekt erhielt auch Unterstützung vom US Forest Service, dem Forest Products Laboratory und einer Reihe von Industriepartnern. Die Schütteltischanlage von NHERI wird mit NSF-Unterstützung im Rahmen der Kooperationsvereinbarung 2227407 betrieben und wurde kürzlich im Rahmen der Kooperationsvereinbarung 1840870 modernisiert.