Oliver Kübler, Markus Knobloch, Mario Fontana (mit einem Stück verbogenem Stahl aus dem World Trade Center) und Michael Faber (v. l.) entwickelten aufgrund der Ereignisse des 11. September im IBK neue Methoden zur Abschätzung von Sicherheit und Konsequenzen bei ausserordentlichen Ereignissen. gross

Faber bringt es auf einen Nenner: "Die Auswertungen beinhalten Kosten auf einer sozialen Basis, die den Verlust von Menschenleben, den Verlust der Firmen und materielle Verluste berücksichtigt. Auf diesen Erkenntnissen basierend wird ein optimaler Sicherheitsgrad für solche Strukturen in Studien durchgeführt." Entwickelt wurde ein Grundgerüst zur Beurteilung der Akzeptanzkriterien, dessen Ziel es ist, den Nutzen während eines Lebenszyklus der Struktur zu maximieren, wobei alle potentiellen Konsequenzen berücksichtigt werden.

Feuer bricht Widerstand

Eine zur Zeit am IBK unter der Leitung von Mario Fontana laufende Studie untersucht das strukturelle Verhalten und die Entwicklung von Methoden zur Berechnung des Feuerwiderstandes von Stahlstützen unter Beachtung des stellenweisen Verlustes der Brandschutzisolation - ebenfalls durch den 11. September angestossen. Fontana erklärt: "Wir haben festgestellt, dass schon ein teilweiser Verlust der Brandschutzisolation - und wenn es nur eine geringe Fläche betrifft - den Widerstand von geschützten Stahlstützen merklich verringert." Übliche Berechnungsmethoden berücksichtigen den teilweisen Verlust von vor Feuer schützendem Material nicht, der beispielsweise nach einem Anprall, versehentlicher Beschädigung, falscher Anwendung, Entfernung in der Nähe von Leitungen und Installationen entsteht... Die ersten Ergebnisse der Studie zum strukturellen Verhalten und zum Feuerwiderstand von Stahlstützen - unter Berücksichtigung des lokalen Verlustes von Brandschutzisolationen in einem kleinem Gebiet - würden zeigen, dass das Feuer zwar nur zu einer lokalen Erhöhung der Stahltemperatur im Bereich der beschädigten Brandschutzisolation führt, jedoch den Feuerwiderstand für Stützen beachtlich reduziert. Deshalb sei ein besseres Verständnis des Verhaltens von Stützen bei lokalem Verlust des Feuerschutzes wichtig, um die Verlässlichkeit von vor Feuer geschützten Stahlstrukturen zu beurteilen - dies besonders unter Berücksichtigung grossstädtischer Standorte und Infrastrukturen.

Design und Analyse

Unglückliche Ereignisse, wie Erdbeben, Explosionen, Feuer oder Einschlägen können den Zusammenbruch von einer oder mehreren Etagen in einem mehrstöckigem Gebäude verursachen. Wenn das passiert, entwickelt der obere Teil des Gebäudes eine enorme kinetische Energie. Wenn der untere Teil dieser Energie nicht standhält, resultiert daraus ein fortschreitender und vollständiger Zusammenbruch des Gebäudes. Mögliche Massnahmen zur Verhinderung eines derartigen Zusammenbruchs sieht Fontana, der für diesen Bereich mit Professor Dazio vom IBK zusammenarbeitet, in der Verstärkung der Struktur oder in Installationen eines abfedernden Systems: "Die Ergebnisse der Analysen zeigen auf, dass, sobald der Zusammenbruch einer Etage auftritt, die Installation eines abfedernden Systems ganz klar die kostengünstigste Strategie ist, den völligen Zusammenbruch eines Gebäudes zu verhindern." Auf der anderen Seite bewirkt die Verstärkungsstrategie, die nicht so kostengünstig ist, eine positive Veränderung der Struktur des Gebäudes. Sie verringert die Wahrscheinlichkeit des Zusammenbruches einer Etage und damit auch die Wahrscheinlichkeit eines völligen Zusammenbruches eines Gebäudes.

Um praktische und anwendbare Werkzeuge für Ingenieure und Architekten zu schaffen, werden die Baunormen auf normale Strukturen ausgerichtet. Dies zum Beispiel derart, dass Gebäude für normale Zwecke in gewöhnlichen Dimensionen und gewöhnlichem Design mit gut bekannten Materialien errichtet werden und so instand gehalten werden, dass ein adäquater und homogener Grad von Zuverlässigkeit mit akzeptablen Investitionen erreicht wird. Für aussergewöhnliche Gebäude und Infrastrukturbauten mit enormen Konsequenzen im Versagensfall sind darüber hinausgehende Überlegungen und Analysen erforderlich, welche in den Design einfliessen müssen. Die Studie des Instituts für Baustatik und Konstruktion der ETH schafft dazu wichtige Grundlagen für die Fachleute.