Erdbebensicheres Bauen : Erdbebensicherheit mit Betonfertigteilen: Neue Wege für ressourceneffizientes Bauen

Die Frage nach der Erdbebensicherheit stellt sich zunehmend auch in Ländern mit geringer bis mittlerer Seismizität – etwa in Österreich, wo die Normenlage (Eurocode 8) und die Urbanisierung neue Anforderungen an Tragwerksplanung und Bauausführung stellen. Besonders im mehrgeschossigen Wohnbau sind Lösungen gefragt, die nicht nur den Sicherheitsanforderungen gerecht werden, sondern auch wirtschaftlich, schnell umsetzbar und ressourcenschonend sind.

Betonfertigteile rücken dabei stärker in den Fokus. Sie bieten durch industrielle Fertigung eine gleichbleibend hohe Ausführungsqualität und ermöglichen kurze Montagezeiten. In der Praxis dominieren bislang Halbfertigteile mit durchgehender Bewehrung, da in Fachkreisen die Erdbebensicherheit der Bauweise mit im Mörtelbett versetzten Vollfertigteilwänden in Diskussion stand.

Ein von der TU Wien, der MABA Fertigteilindustrie GmbH und Mischek Systembau GmbH initiiertes Forschungsprojekt liefert nun nach 2,5 Jahren Forschung neue Erkenntnisse: Erstmals konnte gezeigt werden, dass auch im Mörtelbett versetzte Vollfertigteilwände ohne geschossübergreifende Bewehrung den Nachweis der Erdbebensicherheit erbringen – ein Ergebnis mit direkter Relevanz für die Planungs- und Baupraxis in Österreich. (Bauer, P., Doncesecs, D., Fadai, A., Schramböck, M., Tabor, M. (2022), Mischek Systembau GmbH, Maba Fertigteilindustrie GmbH; Technische Universität Wien: „Erdbebennachweis bei Vollfertigteilwänden (Push Over)“. Abschlussbericht Forschungsprojekt FFG-Nr. 4196380, Wien)

In Österreich regeln die Eurocodes, insbesondere EN 1998-1, die Bemessung von Tragwerken unter Erdbebeneinwirkung. Auch in Regionen mit geringer bis mittlerer Seismizität – wie Wien – sind Erdbebeneinwirkungen normativ zu berücksichtigen, allerdings mit gegenüber hochseismischen Gebieten reduzierten Anforderungen an die Duktilität und Aussteifung. 

In der baulichen Praxis dominieren bislang Halbfertigteile mit durchgehender Bewehrung, insbesondere im mehrgeschossigen Wohnbau. Diese Bauweise gilt als bewährt und sicher, ist jedoch mit erhöhtem Materialeinsatz, längeren Bauzeiten und einem höheren Aufwand bei Planung und Montage verbunden.

Genau an diesem Punkt setzen neue Entwicklungen im Fertigteilbau an. Gelingt der erdbebensichere Nachweis auch für Vollfertigteilwände, können Prozesse in Planung, Fertigung und Bauausführung deutlich verschlankt werden.

Industriell vorgefertigte Betonfertigteile – wie sie etwa von MABA im großvolumigen Wohnbau seit den 1990er-Jahren und von Mischek Systembau GmbH seit den 1960 eingesetzt werden – erfüllen längst hohe bauphysikalische Anforderungen. Das bisherige Hindernis: Konventionelle Rechenmodelle bilden das Tragverhalten unter Erdbebenlast nur eingeschränkt ab – und verhindern damit eine breitere Anwendung dieser effizienten Bauweise.

Im Rahmen eines von der FFG geförderten Forschungsprojekts “Erdbebennachweis bei Vollfertigteilwänden (Push Over)” wurde an der TU Wien unter Leitung von Univ.-Prof. Peter Bauer die Pushover-Analyse auf Vollfertigteilwände angewendet. Im Unterschied zu klassischen linear-elastischen Berechnungsverfahren erlaubt dieses nichtlineare, verformungsbasierte Verfahren eine realitätsnahe Abbildung plastischer Verformungen und Reibungsverbünde – ein entscheidender Faktor zur Energieumwandlung und Schadensbegrenzung bei seismischen Ereignissen.

Im Fokus der Analyse steht das Verhalten von Schubfugen im Mörtelbett – also den kraftübertragenden Verbindungen zwischen den Bauteilen, über die horizontale Erdbebenlasten aufgenommen und weitergeleitet werden. Mittels experimenteller Bauteilprüfungen wurden Kennwerte wie Gleitwiderstand, Rückstellmomente – also Drehkräfte bei Verformung – und die Fähigkeit der Bauteile, seismische Einwirkungen abzutragen, systematisch erhoben und in das Modell integriert.

Die Auswertung zeigt: Für Gebäude mit bis zu sechs oberirdischen Geschoßen lässt sich die Tragfähigkeit von im Mörtelbett versetzten Vollfertigteilwänden gemäß Eurocode 8 plausibel nachweisen – ohne zusätzliche Zugverbindungen über mehrere Geschosse hinweg.

Für Tragwerksplaner, Statiker und Architekten bietet sich damit ein verformungsbasiertes Nachweisverfahren, das speziell für die Anwendung ressourcenschonender Fertigteilbauweisen konzipiert ist. Der Ansatz erlaubt eine auf das tatsächliche Verformungsverhalten abgestimmte Bemessung – mit Potenzial zur Reduktion von Materialeinsatz und Baukosten.

Das MABA Wohnbausystem und die Mischek Systembauweise, die auf geschoßhohe Vollfertigteilwände in Kombination mit massiven Deckenplatten setzen, kommen bereits seit vielen Jahren im großvolumigen Wohnbau in Österreich zum Einsatz. Mit dem neuen Erdbeben-Nachweisverfahren erweitert sich nun das Anwendungsspektrum dieser Bauweise ohne durchgehende Bewehrung erheblich.

Das nun validierte Pushover-Verfahren bietet die Möglichkeit, bestehende Fertigteilbauweisen gezielt weiterzuentwickeln: Statt zusätzlicher Zugverbindungen und umfangreicher Armierung können statisch wirksame Schubfugen – etwa zwischen Wandfuß und Decke oder zwischen Wandelementen – durch sorgfältig bemessene Mörtelbettverbindungen hergestellt werden. Diese übertragen die Horizontalkräfte auf Basis von Reibungs- und Formschlussprinzipien und wurden im Rahmen der Bauteilprüfungen experimentell erfasst.

Die technischen Vorteile liegen in der industriellen Präzision der Fertigung: Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und geprüfte Betonfestigkeit (üblicherweise C25/30 bis C40/50 oder Ziegelit® ermöglichen schlanke, hochbelastbare Wandelemente mit Dicken zwischen 15 und 20 cm. Mechanische Zugverbindungen können, wo erforderlich, ergänzend eingesetzt werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts konnte jedoch gezeigt werden, dass sie für den statischen Nachweis in vielen Fällen nicht zwingend erforderlich sind.

Auch unter wirtschaftlichen Aspekten bietet die Fertigteilbauweise klare Vorteile: Ein hoher Vorfertigungsgrad erlaubt kurze Montagezeiten, systematisierte Abläufe verkürzen die Rohbauphase. Der geringere Bewehrungsanteil, der reduzierte Einsatz von Ortbeton sowie die schlankere Auslegung ermöglichen Materialeinsparungen von bis zu 40 % und eine Erhöhung der generierbaren Wohnnutzfläche gegenüber herkömmlichen Bauweisen (Ortbeton- und/oder Halbfertigteillösungen) – bei nachgewiesener Standsicherheit und Erdbebensicherheit.

Diese Einsparungspotenziale wirken sich nicht nur kostenmindernd aus, sondern verbessern auch die ökologische Bilanz: Weniger Material bedeutet geringere CO₂-Emissionen, verkürzte Bauzeiten senken den Energieeinsatz auf der Baustelle. Die Kombination mit Technologien wie der Bauteilaktivierung zur thermischen Nutzung von Speichermassen bietet zusätzliche Synergiepotenziale im Hinblick auf klimaneutrales Bauen.

Ing. Martin Schramböck, langjähriger Statiker und Projektleiter bei der MABA Fertigteilindustrie GmbH, war maßgeblich an der Entwicklung des neuen Nachweisverfahrens beteiligt. Mit über 30 Jahren Erfahrung im konstruktiven Ingenieurbau und 15 Jahren als Leiter der Konstruktionsabteilung bei MABA bringt er tiefes Wissen zur Verbindung von Theorie und Praxis in die Diskussion ein.

In einer gemeinsamen Presseinformation aller Projektbeteiligten zur Veröffentlichung der Forschungsergebnisse erklärt Schramböck:

„Im Gegensatz zu bisherigen in der Ingenieurspraxis angewandten linear-elastischen Berechnungsmethoden bildet die im Forschungsprojekt angewandte Pushover-Analyse das Verhalten eines Bauwerks in einer Erdbebensituation realitätsnäher ab, da auch das plastische Verhalten der Baumaterialien (in diesem Fall gering bewehrte Vollfertigteile) angemessen mitberücksichtigt wird. Zudem wurden in entsprechenden Bauteilprüfungen abgesicherte Parameter für die Analyse ermittelt. Ein Nachweis anhand derartiger verformungsbasierter Verfahren ist in den Eurocodes grundsätzlich geregelt, somit Stand der Technik und wird in Gebieten mit hoher Seismizität weltweit auch baupraktisch angewendet.“

Herr Mathias Tabor, Geschäftsführer der Mischek Systembau GmbH fügt hinzu:

„Die Forschungsergebnisse liefern Kennwerte, die den jeweiligen Projektstatikern die Möglichkeit geben, die statischen Potentiale von Vollfertigteilwänden darzustellen und damit ihren Beitrag zur Planung einer ressourcenschonenden Bauweise zu leisten. Bei Fragestellungen zu den Forschungsergebnissen bzw. zum Nachweisverfahren geben Mischek Systembau oder MABA gerne Auskunft.“

Die Ergebnisse bestätigen dabei langjährige Praxiserfahrungen mit Vollfertigteilen: geringe Wandbewehrung, effizienter Schubverbund und reduzierte Fundierungskosten gelten seit Jahren als Vorteile dieser Bauweise – nun sind sie auch durch Bauteilprüfungen und simulationsbasierte Nachweise noch besser abgesichert.

Das Projektteam legte dabei großen Wert auf eine praxisnahe Umsetzbarkeit: Die Methode ist so aufgebaut, dass sie sich mit Hilfe modellgestützter Rechenblätter oder FEM-basierter Planungstools effizient in die tägliche Tragwerksplanung integrieren lässt. Ziel war es, den Planungsaufwand gering zu halten und dennoch einen normkonformen, realitätsnahen Nachweis zu ermöglichen.

Mit Blick auf die weitere Entwicklung sieht Schramböck genügend Potenzial, die Ergebnisse in die nationale und europäische Normenarbeit einzubringen – ein Schritt, der die Akzeptanz der Vollfertigteilbauweise im erdbebensicheren Wohnbau langfristig stärken würde.

Die im Forschungsprojekt nachgewiesene Erdbebensicherheit von Vollfertigteilwänden eröffnet neue Perspektiven für den mehrgeschossigen Wohn- und Gewerbebau – insbesondere dort, wo Tragfähigkeit, kurze Bauzeiten und industrielle Präzision gefordert sind. Gebäude mit bis zu sechs oberirdischen Geschoßen lassen sich künftig auch ohne durchgehende Bewehrung normkonform auslegen – mit Potenzial zur Anwendung im Wohnbau ebenso wie bei kompakten Büro- oder Bildungseinrichtungen.

Die Projektergebnisse sollen in die nationale und europäische Normenentwicklung einfließen, womit die Anwendung auf weitere Märkte ausgedehnt werden könnte. Dies würde eine breitere Marktdurchdringung von Vollfertigteillösungen auf europäischer Ebene ermöglichen.

Darüber hinaus zeigen die gewonnenen Daten und Modellierungsansätze auch Potenzial für weiterführende Entwicklungen: Durch numerische Simulationen – etwa mit 3D-FEM-Methoden oder parametrisierten Rechenmodellen – lassen sich künftig auch komplexere Lastsituationen abbilden. So entsteht ein flexibler Planungsansatz für unterschiedliche Gebäudetypologien und Standortbedingungen.

Das Forschungsvorhaben belegt somit nicht nur die technische Machbarkeit, sondern schafft eine fundierte Grundlage für normative Weiterentwicklung, digitale Planungstools und wirtschaftlich tragfähige Baukonzepte – weit über den österreichischen Markt hinaus.