Ganzheitliche Sicherheit für Bauwerke

Wie sicher sind Hochhäuser bei einem Flugzeugabsturz? Anhand von speziellen Verfahren lassen sich dynamische und statische Belastungen von Gebäuden exakt berechnen. Foto: Fraunhofer EMI

Am 24. Oktober 2001 kommt es im Gotthardtunnel zu einer Brandkatastrophe, elf Menschen sterben. Der wichtigste Schweizer Alpenübergang wird mehr als zwei Monate gesperrt und aufwändig saniert. Doch nicht nur Tunnelbauten sind bei schweren Unfällen in ihrer Standsicherheit bedroht. Auch Hochbauten können durch Sprengsätze oder Brände so beschädigt werden, dass sie einstürzen. Wie kann man Hochhäuser, Brücken oder Atomkraftwerke sicher machen? Forscher am Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI entwickeln zusammen mit Kollegen der Schüßler-Plan Ingenieurgesellschaft Konzepte zur ganzheitlichen Sicherheit von Bauwerken. Damit haben Bauherren künftig die Möglichkeit, schon in der Planungsphase auf das Expertenwissen der EMI-Forscher zuzugreifen. Ingenieure von Schüßler-Plan setzen die Vorgaben in einer interaktiven Zusammenarbeit um.

Bauherren erhalten Risikoanalyse

»Unsere Kooperation begleitet die Bauherren von der Planung bis zur Ausführung«, sagt Dr. Alexander Stolz vom EMI in Freiburg. »Wir bieten Sicherheit in der Planungsphase, indem wir die Lasten prüfen, die auf ein Bauwerk einwirken könnten. Dabei unterstützen wir den Bauherrn mit einer Risikoanalyse.« Ein Vorteil ist, dass die Wissenschaftler auf ihrem Institutsgelände die Wirkung einer Detonation auf bauliche Strukturen untersuchen können, entweder durch reale Sprengversuche oder mithilfe des großen Stoßrohres, mit dem stockwerkshohe Prüfkörper getestet werden. »Mit der Finite-Elemente-Methode, einem Berechnungsverfahren, überprüfen wir den Versuch auf seine Gültigkeit und können beliebige Ereignisszenarien vorhersagen. Schüßler-Plan setzt die Ergebnisse anschließend in Ingenieurmodelle um. Bauherren erhalten die Gewissheit, dass dynamische und statische Belastungen von Gebäuden exakt berechnet wurden. Zusätzlich setzen wir neueste und innovative Schutz- und Hochleistungswerkstoffe ein, die wir sowohl entwickeln als auch qualifizieren«, erläutert der Experte. Das Team kümmert sich auch um die Nachrüstung bereits bestehender Gebäude – etwa in Flughäfen, U-Bahnhöfen oder Tiefgaragen.

Die Experten helfen nicht nur, einzelne Gebäude sicherer auszugestalten, sie lassen auch sicherheitsrelevante Aspekte in die Stadtplanung einfließen. Simulationstools berechnen die sehr komplexe Ausbreitung einer Druckwelle in bebauten Stadtgebieten. So können städtebauliche Entwurfsvarianten bereits in der Planungsphase unter Sicherheitsaspekten beurteilt und verbessert werden.

Freie Rettungswege bei Flugzeugaufprall

Die Zusammenarbeit zwischen Schüßler-Plan und EMI entstand im Projekt »Sichere Hochhäuser«. Markus Nöldgen, ehemaliger Mitarbeiter von Schüßler-Plan und heutiger Professor an der Fachhochschule in Köln, nahm den Flugzeugangriff in New York zum Anlass, sich über die Statik von Hochhäusern Gedanken zu machen. Dabei entstand eine ausgeklügelte Fachwerkkonstruktion, mit einem inneren Kern aus ultrahochfestem Beton UHPC. So bleiben bei einem Flugzeugaufprall die Rettungswege frei.

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