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DSI-Systeme für nachträgliche Erdbebensicherung eines 7-stöckigen Laborgebäudes

DSI-Systeme für nachträgliche Erdbebensicherung eines 7-stöckigen Laborgebäudes

Barker Hall ist das 6.860 m2 große, 7-stöckige Gebäude der Biologischen Versuchsanstalt, die sich am nordwestlichen Ende des Campusgeländes der Universität Berkeley befindet. Das Gebäude wurde während des Loma Prieta Erdbebens im Jahre 1989 leicht beschädigt und im Rahmen des campusweit durchgeführten seismischen Begutachtungsprozesses der Universität, in den Jahren 1997 bis 1998, bezüglich der Erdbebensicherheit mit »sehr mangelhaft« bewertet.

Die 1960 gebaute Baker Hall ist ein altes Stahlbetonbauwerk, das sowohl Fertigteilals auch Ortbetonelemente aufweist. Die Innenstützen stehen auf einzelnen, die Fassadengrundmauern auf durchgehenden Flachgründungen. Die bestehenden Fundamente ruhen auf dichtem sandigem Lehmmaterial, das eine relativ hohe Tragfähigkeit aufweist. Die seitliche Stabilität des Gebäudes wurde ursprünglich nur durch einige schwache Kernelemente und ein ungewöhnliches und sprödes großflächiges Betonfertigteilsystem gewährleistet. Bei letzterem waren die Ober- und Seitenteile zwar mit den Fassadenträgern und -stützen verdübelt, sie waren jedoch nicht mit dem Fundament verbunden.

Im Jahr 1998 beauftragte die Universität die Firma Forell-Elsesser Engineers mit einer detaillierten Untersuchung zur Entwicklung verschiedener Methoden zur nachträglichen Sicherung des Gebäudes, wobei folgende Punkte zu beachten waren:

  1. Das Gebäude sollte mindestens teilweise benutzbar bleiben.
  2. Weder die Räume noch die Funktionen durften von der Maßnahme beeinträchtigt werden.
  3. Die Versorgungs- und die Laborservice-Systeme, die sich auf extrem geringen Raum konzentrierten, durften durch die Maßnahme nicht erheblich gestört werden.

Forell-Elsesser entwickelte mehrere mögliche Methoden, die größtenteils an den außenliegenden Bauteilen ansetzten. Schließlich entschloss man sich für ein System mit acht aussteifenden Wandscheiben (zwei pro Gebäudeseite) mit gebohrten Pfeilergründungen.

Letztendlich wurde für die Gründungskonstruktion statt der gebohrten Pfeiler und Pfeilerkappen ein einzigartiges fortlaufendes Spannbeton-Gurtbalken- System gewählt. Der 1,83 m breite und 3,35 m hohe Spannbeton-Gurtbalken ragt 3,05 m unterhalb der bestehenden Gründung direkt in den Boden hinein.

Durch diesen nahe der vorhandenen Konstruktion auszuführenden Tiefgründungsbalken musste die gesamte Fassade unterfangen werden. Diese Vorgehensweise war immer noch kostengünstiger als die konkurrierende Lösung mit gebohrter Pfeilergründung.

Die seismische Verhaltensweise des Gurtbalkens wurde mit Hilfe von nichtlinearen dynamischen 3D-Analyseverfahren ermittelt.

Wegen der geringen Breite (25,4 cm) der bestehenden Fassadenstützen und daraus resultierender Bedenken bezüglich der sicheren Abtragung der Vertikalbeanspruchung wurden zusätzlich 8 x 4" Hohl-Stahlstützen in Paaren an jeder Stütze über die gesamte Höhe des Gebäudes oberhalb der Fundamenthöhe angebracht.

Die Bauarbeiten wurden im Sommer 2002 fertiggestellt.

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