Überall auf der Welt sind Millionen von Menschen mit einem großen Bedarf nach bezahlbaren Häusern vorhanden. Die meisten von ihnen sind entweder zum ersten Mal Hauseigentümer oder in Folge einer Naturkatastrophe wie z.B. einem Erdbeben obdachlos. Laut Statistik befindet sich der größte Teil dieser Bevölkerungsgruppe in den Entwicklungsländern, in denen die Wahrscheinlichkeit eines Erdbebens hoch und das durchschnittliche Einkommensniveau mittel bis niedrig ist.
Neben Wohnhäusern haben auch Schulen eine große infrastrukturelle Bedeutung. Bei einem durch ein Erdbeben verursachten Einsturz sind die im Gebäude befindlichen Menschen extrem gefährdet, was darüber hinaus die Funktion solcher Gebäude als Schutzunterkünfte ausschließt.
Während mit herkömmlichen Bauweisen die starke Nachfrage nicht erfüllt werden kann, zeigen die hohen Schadenszahlen bei den Erdbeben der jüngeren Vergangenheit, dass die Gebäude in den betroffenen Regionen oftmals nicht erdbebensicher sind. Dieses hohe Niveau der Schadenpotenziale wird hauptsächlich durch falsche Konstruktions- und Designprinzipien verursacht und zeigt, dass Häuser und Schule mit einem angemessenen Niveau des Erdbebenwiderstands zu planen, zu detaillieren und zu konstruktieren sind – selbstverständlich ohne Mehrkosten im Vergleich zu althergebrachten Bauweisen.
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer vereinfachten und kostengünstigen Lösung, die das seit Jahrhunderten bekannte und sehr gut funktionierende Prinzip von Fachwerkhäusern zu Grunde legt. Aus diesem Grund werden im Rahmen dieser Arbeit die wichtigsten Eigenschaften dieser Häuser benannt, zusammengefasst und für die empfohlene Lösung, benannt als „systematically braced frames“, (elementiertes Bauen mit ausgesteiften Schweißrahmen) eingesetzt. Wegen der interdisziplinären Zusammenhänge dieses Problems wird mit Hilfe eines innovativen Einsatzes der Produktentwicklung im Bauwesen ein Fachwerk entwickelt. Anschließend wird die Lösung in vier aufeinander folgenden Phasen entwickelt:
- Aufgabenerklärung
- Konzeption der Hauptelemente
- Tragwerksentwurf der Stahlstruktur, und
- Detailkonstruktion eines Mustergebäudes einer Schule im Iran mit dem Ziel die Signifikanz und die Anwendbarkeit der Lösung zu untersuchen.
Um eine hohe Qualität des Produktes zu garantieren, wird zunächst eine industrielle Off-site Fertigbauweise der sicherheitsrelevanten Hauptelemente unter einer strikten Aufsicht durchgeführt. Anschließend kann der Rest des Bauwerkes von ortsansässigen Fach- und Hilfskräften mit den vorhandenen regionalen Materialien so fertig gestellt werden, dass eine Akzeptanz des Bauwerks unter kulturellen und finanziellen Gesichtspunkten erreicht wird. Gleichzeitig werden auf diese Weise lokale Arbeitsplätze geschaffen.
Als ein Bestandteil der Berechnung zur Standsicherheit im Erdbebenfall werden im Rahmen dieser Arbeit die horizontale Steifigkeit und Duktilität analytisch untersucht.