Ein Seismograph zeichnet die Ausschläge eines Erdbebens auf. Bild: zVg
1000 bis 1500 Erdbeben werden in der Schweiz pro Jahr gemessen. Alle 8 bis 15 Jahre findet ein Erdbeben mit einer Magnitude von etwa 5 statt. Alle 50 bis 150 Jahre ist mit einem Erdbeben in einer Stärke von 6 oder mehr zu rechnen. Das letzte Mal war dies im Jahr 1946 bei Sierre im Wallis der Fall. Zum Vergleich: Das katastrophale Erdbeben in Marokko vom 8. September 2023 erreichte eine Magnitude von 6,8, die noch verheerenderen Beben in der Türkei und Syrien im Februar 2023 wiesen gar eine Magnitude von 7,5 bis 7,8 auf.
Was sich hinter diesen Zahlen und Wahrscheinlichkeiten des Schweizerischen Erdbebendienstes verbirgt, ist klar: Auch wenn es sich nüchtern betrachtet «nur» um eine mittlere Gefährdung handelt, ist die Schweiz zweifellos Erdbebenland. Damit ist gemäss dem Schweizerischen Ingenieur- und Architektenverein (SIA) «in der Schweiz (…) jedes Gebäude einer Erdbebengefährdung ausgesetzt».
Das wirft für alle am Bau beteiligten Partner Fragen auf: Wie muss ich planen und bauen, dass mein Gebäude sicher ist und vor allem keine Menschen durch Einstürze oder Ähnliches gefährdet werden? Eigentlich ist das keine Frage, sondern eine Anforderung, die inzwischen in immer mehr Ausschreibungen explizit gestellt wird. Oder: Was bedeutet «sicher» im Falle von Erdbeben überhaupt? Wer ist verantwortlich? Und auch: Ist erdbebensicheres Bauen überhaupt bezahlbar? Dieser Beitrag soll auf diese grundlegenden Fragen Antworten für den Bereich Trockenbau liefern (es geht also nicht um massive, tragende Bauteile wie Wände oder Decken). Die Antworten können in diesem Rahmen nicht erschöpfend und abschliessend sein, sollen aber eine gute erste Orientierung in diesem immer wichtiger werdenden Thema bieten.
Im zweiten Teil des Artikels folgen Einblicke in das erdbebensichere Bauen mit Trockenbausystemen als Sekundärbauteile. Grundlage dafür sind die Erfahrung des Schreibenden und seiner Kollegen in der Beratung für erdbebensicheres Bauen und dessen Umsetzung in Projekten wie beispielsweise dem Kinderspital Zürich oder dem Kantonsspital Baden AG.
«In der Schweiz ist jedes Gebäude einer Gefährdung ausgesetzt.»
Im Falle eines Erdbebens bringen die Bodenbewegungen Gebäude zum Schwingen. Daraus entstehen horizontale Kräfte und Verschiebungen, die vom Tragwerk der Gebäude, den primären Bauteilen, aufgenommen und abgetragen (in das Fundament abgeleitet) werden müssen. Auch erdbebensicher realisierte Gebäude weisen nach Auftreten von Erdbeben kleine bis mittlere Schäden auf, die meist repariert werden können. Auch bei grösseren Erdbeben bleibt die Einsturzgefahr meist klein. Die Auswirkungen nehmen aber mit der Stärke des Bebens progressiv zu, bis hin zu irreparablen Schäden am Gebäude.
Neubauten in der Schweiz sind seit 2003 «erdbebengerecht» gemäss den geltenden SIA-Normen zu erstellen. Ihre Standsicherheit muss gewährleistet sein. Das bedeutet beispielsweise, dass bei schweren Beben Fluchtwege intakt und passierbar bleiben müssen. Dazu müssen die Aussteifungsbauteile (Primärbauteile) vom Gründungsniveau ab über die gesamte Höhe des Gebäudes durchgängig verlaufen und möglichst symmetrisch angeordnet sein. Sie dürfen nicht durch Aussparungen für Installationen geschwächt werden. Auch sekundäre Bauteile wie die Trockenbaukonstruktionen sind erdbebensicher zu befestigen.
Bauwerke mit lebenswichtigen Funktionen wie beispielsweise Spitäler müssen in der Lage sein, ihre Aufgabe auch unmittelbar nach einem Erdbeben zu erfüllen. Kurz: Ihre Funktionstüchtigkeit muss gewährleistet sein. In diesem Bereich gelten besondere normative Anforderungen an die Erdbebensicherheit.
In der Schweiz sind die zentralen Anforderungen an das erdbebensichere Bauen in den SIA-Normen geregelt. Zusätzlich sind in einigen Kantonen erdbebenspezifische Auflagen im Rahmen von Baubewilligungsverfahren zu berücksichtigen. Die SIA-Normen verlangen: Das Bauwerk muss genügend standfest gegenüber den in der Norm SIA 261 definierten Erdbebeneinwirkungen sein. Grosse Schäden am Tragwerk, vor allem ein Einsturz, müssen ausgeschlossen werden können. Oberstes Ziel ist die Sicherheit von Personen.
Die Bauwerke müssen für die an ihrem Standort geltende Gefährdung und entsprechend ihrer Bedeutung entworfen, berechnet, bemessen und konstruktiv begleitet werden. Für die Definition der standortgemässen Erdbebengefährdung und der Bedeutung des Bauwerks sind drei Parameter der Norm SIA 261 massgeblich:
Die Norm SIA 260 legt Anforderungen bezüglich Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeit des Gebäudes sowie der Sicherung sekundärer Bauteile, insbesondere Installationen und Einrichtungen, fest. Sekundäre Bauteile sind zum Beispiel Fassadenelemente und Wände, die weder der vertikalen Lastabtragung noch der horizontalen Aussteifung des Tragwerks dienen, Trennwände und Verkleidungen, Deckenbekleidungen usw.
Die Anforderungen an sekundäre Bauteile, die mit Trockenbau ausgeführt werden, sind in der Vergangenheit zunehmend verschärft worden. Zunehmend werden in Projekten erdbebensichere Trockenbaukonstruktionen gefordert.
Die Erdbebenrisikokarte basiert auf einem Index, der die zu erwartende Anzahl Todesopfer mit den geschätzten finanziellen Verlusten aufgrund von Gebäudeschäden kombiniert.
Die Erdbebengefährdungskarte zeigt die horizontale Beschleunigung bei 5 Hertz, die ein Gebäude auf felsigem Untergrund mit einer Wahrscheinlichkeit von 10 Prozent innerhalb von 50 Jahren erfährt.
In der SIA 261 sind die Einwirkungen auf Tragwerke definiert. In den meisten Fällen ermittelt der Bauingenieur die zu erwartende Erdbebenbelastung. Konsollasten (ruhend oder dynamische) sind durch die Planung zu definieren und den Wandtypen im Projekt zuzuteilen. Zusatzgewichte müssen berücksichtig und eingerechnet werden. Die Planung muss diese angeben und den Wandtypen zuordnen. Diese Vorbemessungen haben je nach Projektumfang eine entsprechende Kostenfolge.
In diesem Prozess müssen einige wichtige Schritte beachtet werden. Siehe dazu die Checkliste «Erdbebensicherheit: Deckensystem».
Mit dem oben grob erläuterten Normenwerk vor Augen dürften sich Verarbeiter jetzt fragen, wo ihre Verantwortung für erdbebensicheres Bauen beginnt und wo sie endet. Grundsätzlich gilt: Verantwortlich für die Sicherheit von Gebäuden ist die Eigentümerschaft/Bauherrschaft.
Daneben kommen aber allen am Bau beteiligten Partnern – von Planer und Architektin bis zu ausführendem Unternehmen – Schlüsselfunktionen zu. Im Folgenden eine grobe Übersicht mit Empfehlungen für die Praxis in jeder Planungs- und Bauphase.
Die erste Empfehlung lautet: Das Thema Erdbebensicherheit ist schon für die Ausschreibung zu berücksichtigen inklusive aller erforderlichen Berechnungen. Spätere Anpassungen und Nachbesserungen kosten Zeit und Geld! Hersteller wie die Knauf AG unterstützen Planerinnen und Planer bei der Erdbebenberechnung für Ausschreibungen.
Geht es an die Ausführungsplanung, ist eine enge Abstimmung zwischen Bauherrschaft, Bauingenieur/Tragwerksplaner und Architekt über die vorgesehenen Massnahmen zur erdbebensicheren Bauweise sinnvoll.
Bauingenieure und Architekten sind für die Einhaltung der SIA-Normen in Bezug auf die Erdbebensicherheit zuständig. Der Architekt ist laut Norm SIA 261 verantwortlich dafür, frühzeitig mit dem Bauingenieur erdbebensichere Massnahmen in der Planung zu erörtern. Beide führen gemeinsam die nötigen Kontrollen der Umsetzung auf der Baustelle durch. Planänderungen, insbesondere Aussparungen im Tragwerk, sind mit dem Bauingenieur abzustimmen.
Während der Bauphase ist die Bauherrschaft über die konkrete Umsetzung der Massnahmen auf der Baustelle zu informieren. Zusätzlich sind diese Massnahmen in den zu archivierenden Bauakten angemessen zu dokumentieren.
Beim Erstellen von Trockenbaukonstruktionen ist neben der Planung und Ingenieurleistung das ausführende Trockenbau-Unternehmen gefordert. Denn in der Umsetzung müssen einige Zusatzpunkte über den klassischen Aufbau hinaus mitberücksichtigt werden. So ist speziell bei Deckenkonstruktionen darauf zu achten, dass alle Konstruktionsteile miteinander verbunden werden. Hinweise dazu finden sich im Knauf-Datenblatt Erd01.ch.
Verarbeitern sei wärmstens ans Herz gelegt, die Verarbeitungs- und Montagehinweise zu den verwendeten Produkten in den Datenblättern der Hersteller aufmerksam durchzulesen – und ganz genau zu befolgen. Die Verarbeitung exakt nach Vorgabe der Hersteller ist eine wichtige Absicherung für den Handwerker, wenn es zu Reklamationen oder Schadensfällen kommen sollte.
Im Zweifelsfall ist es ratsam, beim Hersteller direkt nachzufragen und einen konkreten Einzelfall vorab zu besprechen, bevor abweichend von den Hersteller-Richtlinien gearbeitet wird.
Trockenbausysteme gewährleisten grundsätzlich die Sicherheit der Nutzer eines Gebäudes. Zentrale Anforderung dafür ist die Standsicherheit für definierte Lastfälle. Damit sind Trockenbausysteme dank ihrer weichen Struktur/Duktilität per se auch hervorragend geeignet für erdbebensicheres Bauen. Der Ausdruck Duktilität bezeichnet die Eigenschaft eines Werkstoffs, sich plastisch verformen zu können, bevor er bricht.
Beim Einbau von Trockenbausystemen sind einige Punkte zu beachten. Neben den Befestigungsmitteln und der Unterkonstruktion sind die gewählten Beplankungen und das System auf die Anforderungen abzustimmen.
Der Vorteil des Einsatzes von Wandsystemen zum Beispiel von Knauf als nichttragende Trennwände liegt vor allem in der Massenreduzierung sowie dem Verformungsverhalten (Duktilität). Die Reduzierung des Gewichtes nichttragender Elemente durch Trockenbau führt zu deutlich geringeren Belastungen des Tragwerks im Erdbebenfall.
Eine ideale Einsatzmöglichkeit solcher Wandsysteme bietet sich im Bereich der erdbebensicheren Sanierung als Ausfachung von StahlbetonskelettBauwerken. Das für gewöhnlich an solchen Stellen eingesetzte Füllmauerwerk ist spröde und verhältnismässig steif. Deshalb kommt es im Erdbebenfall zu ungewollten Lastumlagerungen mit plötzlichem und gefährlichem Versagen, was nicht selten zum Gesamtversagen des Tragwerks führt. Trockenbauwände hingegen behalten selbst unter grossen Verformungen ihre raumabschliessende Funktion bei und versagen nicht komplett.
Decken müssen als horizontales Bauteil im Erdbebenfall Lasten in vertikaler und horizontaler Richtung abtragen. Der vertikale Anteil, der quer zur Bauteilebene wirkt, führt bei Unterdecken und Deckenbekleidungen zu einer höheren Last auf die Unterkonstruktion. Diese muss bei der Bemessung der Abstände von Profilen und Abhängern von abgehängten Unterdecken und Deckenbekleidungen beziehungsweise der maximalen Spannweiten von freitragenden Unterdecken berücksichtigt werden.
Dabei sind eventuelle Zusatzlasten wie Dämmstoffe oder Einbauteile, welche die Deckenbekleidung oder Unterdecke zusätzlich zum Eigengewicht belasten, einzubeziehen. Mit der Last aus Eigengewicht (Konstruktion und Zusatzlasten) plus der Erdbebenlast lässt sich die entsprechende Lastklasse für die weitere Bemessung der Decke ermitteln.
Im Folgenden weitere Anwendungen von Trockenbausystemen im Zusammenhang mit Erdbebensicherheit. Die Aufzählung ist nicht abschliessend.
Holztafelwände sind Wände, die planmässig eine aussteifende Funktion für horizontale und teilweise auch vertikale Lasten in der Wandebene besitzen. Dabei steift die Gipsplatten-Beplankung die Tafel für horizontale Lasten aus; die vertikalen Lasten werden allein von der Unterkonstruktion abgetragen.
Die Stahlleichtbauweise ähnelt der Holztafelbauweise. Gebäude aus Stahlleichtbau bestehen aus einem Stahlskelett zur Abtragung vertikaler Lasten sowie aussteifenden Wand- und Deckentafeln, die horizontale Kräfte ableiten.
Diese Wand- und Deckentafeln bestehen aus dünnwandigen Stahlblechprofilen und einer aussteifenden Beplankung aus Gips- oder Gipsfaserplatten. Dabei macht man sich zunutze, dass die stabilitätsgefährdeten dünnwandigen Stahlblechprofile durch die Beplankung gegen Stabilitätsversagen gehalten werden.
Auch im Bereich der Gebäudehülle können Leichtbaukonstruktionen die massive Bauweise effektiv und sicher ersetzen. Natürlich sind hier die klimatischen Bedingungen und Beanspruchungen, die auf die Bauteile einwirken, anspruchsvoller als im Innenbereich. Der Einsatz von Gipsplatten im Aussenbereich ist daher nur sehr beschränkt möglich.
In einigen Ländern werden zwar spezielle Gipsplatten für Aussenwände eingesetzt. Deutlich günstiger ist es jedoch, Zementbauplatten wie Aquapanel Cement Board Outdoor anzubringen
Bodenkonstruktionen aus Gipsplatten können in drei unterschiedlichen Varianten ausgeführt werden: Fertigteilestrich, Hohlboden und Doppelboden.
Während Fertigteilestrich als trockener Fussbodenaufbau mit oder ohne Dämmung oder als Heizestrich ausgeführt wird, stellen Hohl- und Doppelböden eine zusätzliche Installationsebene zur Verfügung. Doppelböden sind für den Einsatz in Erdbebengebieten individuell zu bemessen und Konstruktionsdetails speziell zur Lastableitung zu planen.
Text: Daniel Amsler
Bilder: zVg
Autor Daniel Amsler ist Leiter Technik und Schulungen Trockenbausysteme der Knauf AG Schweiz
Im Rahmen von Elissa (Energy Efficient LIghtweight-Sustainable-SAfe-Steel Construction) haben sich Partner aus Forschung und Industrie über drei Jahre mit der Weiterentwicklung der Stahl-leichtbauweise beschäftigt, unter anderem auch im Hinblick auf die Erdbebensicherheit.
Getestet wurde neben einzelnen Wand- und Deckenaufbauten auch das als Gesamtkonzept angelegte «Elissa-Haus» – ein zweistöckiges Gebäude in Stahlleichtbaukonstruktion mit einer aus Gründen der Versuchsanordnung beschränkten Grundfläche von 11 Quadratmetern.
Zur Bewertung der dynamischen Eigenschaften wie Grundschwingungsdauer und Dämpfungsverhältnis wurden dazu an der darauf spezialisierten Universität Neapel (IT) verschiedene Prüfverfahren auf einem Rütteltisch durchgeführt. Neben dynamischen Identifikationstests wurden dabei reale Erdbeben mit natürlicher Bodenbewegung simuliert. Das Ergebnis: Die Konstruktionen halten selbst Erschütterungen der Stärke 6 stand.
Auf der Knauf-Website können Checklisten heruntergeladen werden, die einen guten ersten Überblick über die wichtigsten Massnahmen in den Phasen Planung, Umsetzung und Kontrolle bieten. Für detailliertere Informationen ist das Knauf-Datenblatt Erd01.ch – «Erdbebensicheres Bauen mit Trockenbausystemen» zu empfehlen. Dieses findet sich wie alle im Beitrag aufgeführten Datenblätter im Downloadcenter. Weitere nützliche, im Internet zu findende Informationen bieten:
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