Robustness by design - Simplified progressive collapse assessment of building structures

This paper provides an overview of recent developments in robustness design, focussing on the mitigation of progressive collapse in multi-storey buildings. It is argued that rational robustness design should be based on realistic local damage scenarios, structural properties that are within the control of the designer, and an assessment method that establishes the effects of local damage on the specified structure, balancing accuracy, simplicity and efficiency. In this context, sudden column loss is proposed as a realistic local damage scenario for building structures, offering a realistic upper bound for design purposes compared to column damage by extreme dynamic loading such as blast. Furthermore, it is advocated that economic structural design for robustness must rely on strength and ductility, thus stretching the design envelope from the conventional strength limit state to the ductility limit state. Of course, the success of this shift in design methodology for robustness requires the designer to have additional control over the specification of ductility for individual structural components. Finally, design-oriented approaches for progressive collapse assessment are reviewed, focussing on approaches which deal with sudden column loss and ductility issues. In particular, the simplified framework recently developed at Imperial College London is shown to offer a rational multi-level approach for progressive collapse assessment, combining simplicity with accuracy, and accounting for ductility, redundancy, energy absorption and dynamic effects all within a single measure of structural robustness.

Robustes Entwerfen - Vereinfachte Bewertung von Hochbauten hinsichtlich progressivem Kollaps.
Dieser Beitrag gibt einen Überblick über aktuelle Entwicklungen im Bereich robusten Entwerfens von Tragwerken mit Schwerpunkt auf der Vermeidung eines progressiven Kollapses in mehrgeschossigen Gebäuden bzw. Hochhäusern. Ein zweckmäßiges robustes Tragwerkskonzept sollte folgende Grundlagen enthalten i) realistische Szenarien, für die Beschreibung der lokalen Schädigung, ii) vom Tragwerksplaner kontrollierbare Tragwerkseigenschaften, und iii) eine Bewertungsmethode, die einerseits die Auswirkungen lokaler Schädigung in Abhängigkeit der gegebenen Tragstruktur berücksichtigt, andererseits ausreichend genau, einfach und effizient ist. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, den plötzlichen Stützenausfall als ein realistisches Szenario lokaler Schädigung von Hochbauten zu berücksichtigen, da er verglichen mit Stützenschädigung durch hoch dynamische Belastungen wie Explosionsbeanspruchung einen oberen Grenzwert (maximale Schädigung) darstellt. Des Weiteren wird aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten empfohlen, einen robusten Tragwerksentwurf nicht nur auf Tragfähigkeit zu stützen, sondern auch auf duktiles Verhalten auszurichten, dadurch muss nicht nur der Grenzzustand der Tragfähigkeit sondern auch der Grenzzustand der maximal erforderlichen Duktilität berücksichtigt werden. Dieser veränderte Entwurfsansatz zur Erhöhung der Robustheit erfordert, dass der Tragwerksplaner zusätzliche Informationen zur Duktilität der einzelnen statisch wirksamen Komponenten hat. Abschließend werden entwurfsorientierte Ansätze zur Bewertung von progressivem Kollaps behandelt. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei auf Methoden, die einen plötzlichen Stützenausfall sowie Fragen zur Duktilität behandeln. Im Besonderen wird ein vereinfachtes Verfahren vorgestellt, das kürzlich am Imperial College London entwickelt wurde. Dieses Verfahren ermöglicht eine sinnvolle mehrstufige Vorgehensweise zur Bewertung progressiven Kollapses und vereinigt Einfachheit mit Genauigkeit: Außerdem berücksichtigt es Duktilität, Redundanz, Energieabsorption und dynamische Effekte in einem einzigen Schritt.