Ertüchtigungsmassnahmen in Stahl für ein historisches Mauerwerksgebäude

Projektaufgabe
Bachelorarbeit
Ort
Zürich
Studierende
Herr Lämmler Pascal | Herr Hagmann Michael
Betreuung
Dimitrios Piskas
Fachhochschule/Uni
ZHAW
Semester
Frühlingssemester 2024
Fachrichtung
Bauingenieurwesen

Beim fiktiven Projekt für die Bachelorarbeit 2024 von Pascal Lämmler und Michael Hagmann handelt es sich um ein historisches, deckmalgeschütztes Gebäude aus dem Jahr 1890 im Raum Zürich. Das Gebäude beinhaltet ein Kellergeschoss, ein Erdgeschoss, zwei Obergeschosse sowie einen Dachstuhl. Die Grundfläche beträgt ca. 2000 m2. Für die Bearbeitung der Arbeit wurden vom Dozenten Architektenpläne mit Grundrissen und Fassadendarstellungen sowie die Ingenieurpläne von den ersten beiden Stockwerken zur Verfügung gestellt. Für andere benötigte Angaben wurde in diversen Quellen (Internet und Fachbücher) recherchiert und entsprechend plausible Annahmen getroffen. Zusätzlich waren die Studierenden im Austausch mit dem Dozenten, um verschiedene Sondagen anzuordnen und daraus Resultate zu generieren. Aus der Aufgabenstellung wird hauptsächlich gefordert, dass im Rahmen einer Modernisierung und Umnutzung die Obergeschosse zukünftig als Büro- und das Erdgeschoss als Verkaufsfläche genutzt werden können. Dazu ist der Einbau einer Zwischendecke im 1. Stock vorgesehen. Diese soll in Stahlbauweise mit einem Brandwiderstand von R60 ausgeführt werden. Zusätzlich soll die Auslastung des Bestandes Allgemein sowie die Erdbebensicherheit überprüft werden. Allfällige Verstärkungsmassnahmen müssen dimensioniert werden, damit die Sicherheit des Gebäudes gewährleistet ist. Dies mit der Bedingung, dass der Bestand möglichst wenig tangiert wird und die Massnahmen demontierbar sind.

Die Arbeit wurde in Form eines technischen Berichts verfasst. Dieser dient dazu, das Projekt in seiner technischen Machbarkeit zu beschreiben und die dabei gemachten Arbeitsschritte und Vorgehensweisen zu dokumentieren. Allfällige Plausibilisierungen, getätigte Annahmen und Schwierigkeiten wurden aufgeführt und sind ersichtlich.

Bei der Untersuchung des Gebäudes wurde in einem ersten Schritt recherchiert, wie zu dieser Zeit gebaut wurde und welche Materialien und Verfahren angewendet wurden. Zusätzlich konnten Pläne aus umliegenden Gebäuden, die im selben Zeitraum gebaut wurden, studiert und mit dem zu bearbeitenden Projekt verglichen werden. Für Sondageuntersuchungen wurde vom Dozenten ein Budget festgelegt. Die Studierenden konnten anhand dieses Budgets selbst entscheiden, welche Angaben sie für die weitere Bearbeitung des Projekts benötigen. Die entsprechenden Informationen wurden dann vom Dozenten gegeben (falls vorhanden). Anschliessend wurde das gesamte Gebäude analysiert und das Tragwerk genauer untersucht. Die Funktionsweise des Lastabtrags war dabei ein zentraler Punkt und wurde in neuen Plänen festgehalten. Da nicht alle Trägerdimensionen anhand der Pläne bekannt waren, wurden die Dimensionen mit Handrechnungen plausibilisiert und festgehalten. Anhand dieser Angaben konnten die bestehenden Träger und Wände auf ihre derzeitige Ausnutzung überprüft werden. Zusätzlich wurde berechnet, ob allenfalls Nutzungseinschränkungen oder nötige Verstärkungsmassnahmen daraus resultieren. Die Nachrechnung ergab, dass bei einer Beschränkung der Nutzlast auf 2 kN/m2 keine Verstärkungsmassnahmen am Bestand nötig sind.

Der Einbau einer Zwischendecke wurde auf Stufe Vorprojekt dimensioniert und dokumentiert. Dabei wurde besonders auf das Bauen im Bestand und seiner Realisierbarkeit geachtet. Die gewählte Variante soll in der Praxis umsetzbar sein und eingebaut werden können. Als Variante wurde eine erneute Hourdisdecke wie im Bestand betrachtet sowie eine Verbundkonstruktion mit Stahl und Stahlbeton. Anhand eines Variantenstudiums mit verschiedenen Kriterien wie Nachhaltigkeit, Montierbarkeit, Konstruktionsaufwand und Eingliederung in den Bestand wurde die für dieses Projekt beste Variante gewählt. Es handelt sich dabei um eine Stahlkonstruktion mit eingelegten Hourdiselementen. Der Lastabtrag funktioniert über die beiden Aussenwände, damit das Erdgeschoss weiterhin stützenfrei bleibt.

Die Einwirkungen bei einem Erdbeben wurden anhand eines Modells in einem FEM-Programm und Handrechnungen gemäss der Norm SIA 261 berechnet und verglichen. Um für das Gebäude eine längere Nutzungsdauer zu er-reichen und die Anforderungen gemäss Norm zu erfüllen, wurden entsprechende Verstärkungsmassnahmen vor-geschlagen. Dabei ist zu beachten, dass die Kosten verhältnismässig sein müssen. Dies wird anhand der Norm 269/8 gemacht. Das Gebäude hat im Bestand eine Sicherheit gegen Erdbeben von 0.17. Aufgrund der Bauwerksklasse muss das Gebäude gemäss Norm auf eine Erdbebensicherheit von 0.25 erhöht werden. Gemäss Berechnung wären anschliessend Investitionen von 789'000 CHF verhältnismässig, um den Sicherheitsfaktor auf 0.3 zu steigern.