Erdbebensicheres Bauen

Erdbebensicheres Bauen bezeichnet die gesamten Bemühungen, Bauwerke so anzulegen, auszustatten oder nachzurüsten, dass sie Erdbeben bis zu einer gewissen Stärke überstehen.

Normung

Als Bemessungregeln gelten europaweit seit ihrem erscheinen die Eurocodes. Die „Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben“ ist in der Normenreihe des Eurocode 8 (EN 1998-1 bis 6) geregelt. Die von Land zu Land unterschiedlichen Randbedingungen, wie z.B. die zu erwartenden Erdbebenintensitäten und Bodenbeschleunigungen werden in den jeweiligen Nationalen Anwenderdokumenten festgehalten.

Deutschland

Erdbebenzonen nach Eurocode 8, Teil 1, Nationales Anwenderdokument für Deutschland.

Für Deutschland gilt die übernommene Version des Eurocodes, DIN EN 1998 mit ihren 6 Teilen. Vorläufer war die DIN-Norm DIN 4149 „Bauten in deutschen Erdbebengebieten - Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten“.

Wichtiger Bestandteil der deutschen Ausgabe des Eurocodes ist ein Nationales Anwenderdokument. Der Bemessung liegt eine darin enthaltene Erdbebenzonenkarte zugrunde, die auch schon in der DIN 4149 enthalten war. Die in der Karte festgelegten Zonen richten sich nach dem 475-jährlichen Erdbeben, ein Erdbeben mit einer bestimmten Stärke, die in 50 Jahren mit einer Wahrscheinlichkeit von 10% überschritten wird.

Der Großteil des Bundesgebietes gilt als nicht erdbebengefährdet, das heißt, das im statistischen Mittel einmal in 475 Jahren auftretende Erdbeben weist eine Intensität ≤ 6 auf der Europäischen Makroseismischen Skala (EMS) auf. Die am stärksten gefährdeten Gebiete der Zone 3 (EMS-Intensität I ≥ 7,5) liegen um Basel und Aachen sowie im südlichen Württemberg. Als an sich gefährdet (einschließlich Zone 0) gelten große Gebiete beiderseits des Rheins, Südwürttemberg, das Donautal bis etwa zur Altmühlmündung sowie das Vogtland und seine weitere Umgebung bis etwa Leipzig und schließlich die Alpen und das nähere Alpenvorland.

Entscheidend für die konkrete Gefährdung am Standort ist darüber hinaus der dortige Untergrund.

Bauweise

Als förderlich gelten Bauweisen, die bei horizontaler Belastung große Verformungen zulassen und nur mit Vorankündigung (duktil, nicht spröde) versagen. Wird erdbebengerecht konstruiert und ausgeführt, können das u. a. sein:

• Stahlbauten
• Stahlbetonkonstruktionen in Ortbetonbauweise
• Stahl–Stahlbeton–Verbundbauweise
• Holzbauweise
• Fachwerk

Zudem wirken folgende Konstruktionsprinzipien günstig auf den Widerstand gegen Erdbebenbelastung:

• statisch überbestimmte Systeme,
• redundante Bauteile,
• symmetrische Grundrisse der Gebäude,
• Anordnung vertikal durchlaufender massiver Kerne,
• horizontale Aussteifungen durch z. B. Schubwände,
• duktile Materialien und Verbindungen.

Seismische Isolierung

Die Entkopplung von Bauwerken von ihrem Untergrund, um die Wirkung der Erdbebenwellen auf das Gebäude zu verringern, kann durch verschiedene Arten von Lagerungen erreicht werden. Das wesentliche Prinzip beruht auf einer Erhöhung der Eigenschwingzeit des Gebäudes gemeinsam mit der Lagerung. Die auftretenden horizontalen Kräfte werden durch Verschiebung im Antwortspektrum des Bauwerkes verringert.

Elastomerlager

Elastomerlager, wie sie auch im Brückenbau eingesetzt werden, wirken dämpfend und sind bei großer Schubverformungsfähigkeit auch zur Erdbebenisolierung geeignet.

Bleikernlager

Bleikernlager bestehen aus einem Gummilager mit einem zusätzlichen Bleikern, der durch plastische Verformung dämpfend wirkt und Energie absorbiert.

Gleitlager

Gleitlager ermöglichen die horizontale Bewegung des Bauwerks auf dem Untergrund und werden meist in Kombination mit anderen Verfahren der Absorption und Dämpfung eingesetzt.

Gleitpendellager

Diese Bauwerklager kombinieren verschieden Verfahren. Sie wurden unter anderem beim Akropolismuseum angewendet.

Weiche Bauteile wie eine schwimmende Lagerung oder die Aufhängung einer Hängebrücke sind weitere Möglichkeiten der Lagerung von Bauwerken zur Verringerung der Belastung aus Erdbeben.

Wissenschaftler an der Universität Marseille haben eine Simulation entwickelt, die nahelegt, dass Rayleigh-Wellen durch konzentrische Ringe aus ausgewählten Materialien abgeleitet werden können und so Gebäude im Zentrum der Anlage geschützt würden. Eine praktische Anwendung ist dafür aber nicht absehbar.

Besondere Gebäude

Kernkraftwerke

Die Nuklearkatastrophe von Fukushima seit März 2011 lenkte weltweit das Augenmerk darauf, das Kernkraftwerke nicht jedem Beben trotzen können und dass sie trotz ihrer teilweise massiven Bauweise von Flutwellen erheblich beschädigt werden können.

Nach dem verheerenden Erdbeben von Kōbe 1995, bei dem mehr als 6400 Menschen starben, wurden in Japan die Vorschriften verschärft. Seitdem gebaute Reaktoren müssen mindestens Erdstößen der Stärke 7,75 standhalten können; in besonders gefährdeten Regionen sogar Beben bis 8,25. Das Tōhoku-Erdbeben von 2011 hatte allerdings eine Momenten-Magnitude von 9,0.

In Kalifornien arbeiten (Stand November 2011) zwei alte Kernkraftwerke, die im Zusammenhang mit dem Thema Erdbebensicherheit oft erwähnt werden: das Kernkraftwerk San Onofre (seit 1968) und das Kernkraftwerk Diablo Canyon (seit 1984/1985). Letzteres liegt 3 km entfernt von einer Erdbebenspalte (die man während des Baus entdeckte); beide liegen in der Nähe der San-Andreas-Verwerfung.

Weblinks

• Inhaltsverzeichnis der DIN 4149-2005:04 beim Beuth-Verlag
• Bundesamt für Umwelt BAFU (Schweiz): Erdbebensicheres Bauen
• Abfrage zur Zuordnung von Orten zu Erdbebenzonen der DIN 4149