Stahlbetonbau

Elementierung eines Bürogebäudes
Elementierung eines Bürogebäudes

Entscheidend für den Einsatz eines Programmes im Massivbau ist die Umsetzung und Integration der gültigen Bemessungsnormen sowie die Nachvollziehbarkeit der Nachweise. Hierfür stehen im Programmsystem InfoCAD umfangreiche Funktionen wie z.B. die Einzelbemessung oder ausführliche Protokolle für jedes einzelne Element zur Verfügung. Unterstützt werden die aktuellen Eurocode-Normen unter Berücksichtigung der nationalen Anhänge.

Nachweise für den Stahlbetonbau:

  • Grenzzustand der Tragfähigkeit
    - Mindestbewehrung zur Sicherstellung des duktilen Bauteilverhaltens
    - Biegung mit oder ohne Längskraft und Längskraft allein
    - Querkraft unter Berücksichtigung des Mindestbewehrungsgrades
    - Reine Torsion und Torsion mit Querkraft
    - Nachweis gegen Durchstanzen
    - Nachweis gegen Ermüdung (Beton und Betonstahl)
  • Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
    - Begrenzung der Betondruckspannungen
    - Begrenzung der Betonstahlspannungen
    - Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite
    - Begrenzung der Rissbreite durch direkte Berechnung
    - Begrenzung der Verformungen

Einwirkungen und Kombinationen

Aus den Einwirkungen bildet das Programm mit den jeweiligen Sicherheits- und Kombinationsbeiwerten automatisch die Bemessungssituationen für die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit und der Tragfähigkeit. Die daraus resultierenden extremalen Bemessungswerte werden den Nachweisen zur Verfügung gestellt. Alternativ können die Nachweise statt für die Extremwerte der Beanspruchung auch für alle Kombinationen durchgeführt werden.

Grenzzustand der Tragfähigkeit

Sicherstellung des duktilen Bauteilverhaltens
Um das Versagen eines Bauteils bei Erstrissbildung ohne Vorankündigung zu vermeiden, wird eine Mindestbewehrung zur Abdeckung des Rissmomentes mit
As = Mr,ep / (fyk · zs ) angeordnet.

Biegebemessung
Im Rahmen der Biegebemessung wird der Nachweis der Tragsicherheit für Biegung mit oder ohne Längskraft und Längskraft allein für räumlich beanspruchte Stab- und Flächenquerschnitte durchgeführt. Die für jede Schnittkraftkombination erforderliche Bewehrung wird unter Beachtung der von der jeweiligen Norm vorgegebenen Grenzdehnungslinie ermittelt. Das endgültige Resultat ergibt sich aus dem Extremwert aller berechneten Bewehrungen. Bei einer Druck-gliedbemessung wird die Bewehrung symmetrisch angeordnet und zusätzlich die entsprechende Mindestbewehrung vorgesehen.

Querkraft
Die Bemessung für Querkraft umfasst die Ermittlung der Schrägzugbewehrung und den Nachweis der Betondruckstreben. Dabei wird zunächst die Notwendigkeit einer Querkraftbewehrung untersucht.
Bei Bauteilen mit erforderlicher Querkraftbewehrung wird der Bemessungswert der Betonlängsspannungen berücksichtigt und die Neigung der Druckstreben beanspruchungsabhängig begrenzt. Der erforderliche Mindestbewehrungsgrad wird ausgewiesen.
Optional wird die anrechenbare Biegezugbewehrung bis zur Vermeidung von Schubbügeln erhöht.

Torsion
Die Bemessung für Torsion beinhaltet die Ermittlung der Schrägzugbewehrung, die Ermittlung der Längsbewehrung, den Nachweis der Betondruckstreben unter maximaler Torsionsbeanspruchung sowie den Nachweis der Betondruckstreben bei gleichzeitig wirkender Querkraft.

Durchstanzen
Der Nachweis der Tragsicherheit gegenüber Durchstanzen wird interaktiv am Lager eines Flächentragwerkes durchgeführt. Dabei kann die maßgebende Durchstanzkraft der statischen Berechnung entnommen werden (z.B. aus der ständigen und vorübergehenden oder der außergewöhnlichen Bemessungssituation).
Vom Programm werden Vorschläge für die erforderliche Längs- und/oder Bügelbewehrung angeboten. Die Lage der Stütze zum Rand sowie eventuelle Öffnungen werden  berücksichtigt. Alle erforderlichen Rundschnitte sowie die Mindestbewehrung werden nachgewiesen und aufgetragen. Ein ausführliches Protokoll dokumentiert die gesamte Berechnung.

Nachweis gegen Ermüdung
Für tragende Bauteile, die nicht vorwiegend ruhenden Einwirkungen unterworfen sind, wird der Nachweis gegen Ermüdung für Beton und Stahl geführt.
Dabei wird die sich im Zustand II ergebende Spannungsschwingbreite für jede Stahllage nachgewiesen und gegebenenfalls erhöht.
Der Nachweis für Beton unter Druck wird ebenfalls am gerissenen Querschnitt geführt.

Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Begrenzung der Betondruckspannungen
Die Betondruckspannungen werden zur Vermeidung von Längsrissen unter der seltenen Einwirkungskombination begrenzt.
Falls die Gebrauchstauglichkeit, Tragfähigkeit oder Dauerhaftigkeit des Bauwerks durch das Kriechen wesentlich beeinflusst werden, sind  diese zusätzlich unter der quasi-ständigen Einwirkungskombination zu begrenzen.

Begrenzung der Betonstahlspannungen
Der Nachweis der Stahlspannungen erfolgt durch Ermittlung des Dehnungszustands am gerissenen Betonquerschnitt.
Die Zugspannungen werden dabei unter der seltenen Einwirkungskombination begrenzt. Als Bewehrung wird das Maximum aus Robust-heits-, Riss- und Biegebewehrung einschließlich einer evtl. Erhöhung aus dem Ermüdungsnachweis angenommen.

Rissbreitenbeschränkung
Rissbildung ist in Betonzugzonen nahezu unvermeidbar. Die Rissbreite ist so zu beschränken, dass die ordnungsgemäße Nutzung des Tragwerks sowie sein Erscheinungsbild und die Dauerhaftigkeit als Folge von Rissen nicht beeinträchtigt werden. Der Nachweis zur Begrenzung der Rissbreite beinhaltet den Nachweis der Mindestbewehrung und die Berechnung der Rissbreite.

Mindestbewehrung für die Begrenzung der Rissbreite
Diese wird zur Aufnahme von Zwangseinwirkungen und Eigenspannungen angeordnet und für die der Anforderungsklasse entsprechende Schnittgrößenkombination, die zur Erstrissbildung führt,  bemessen.

Nachweis der Rissbreite
Die Rissbreite wird für die endgültige Längsbewehrung (Maximum aus Robustheits-, Riss- und Biegebewehrung einschließlich einer evtl. Erhöhung aus dem Ermüdungsnachweis) ermittelt. Die Stahlspannung der Bewehrung ergibt sich mit der Nachweiskombination gemäß Anforderungsklasse im Zustand II.
Dabei wird die Bewehrung so lange erhöht, bis die geforderte Rissbreite eingehalten wird.

Begrenzung der Verformungen
Die Verformungen im Gebrauchszustand werden unter Berücksichtigung der vorhandenen Bewehrung und den daraus resultierenden Biegesteifigkeiten ermittelt.
Die Mitwirkung des Betons auf Zug zwischen den Rissen (tension stiffening) kann durch eine verbleibende Zugspannung erfasst werden.

Ermittlung der maximalen Bewehrung

Die Bemessung der extremalen Schnittgrößen aus Einwirkungskombinationen führt nicht unbedingt zur maximalen Betonstahlbewehrung. Häufig existieren Kombinationen geringerer Schnittgrößen, die zu höheren Bewehrungsgraden führen. Optional können daher im Programmsystem InfoCAD alle Schnittkraftkombinationen nachgewiesen werden.

Zustand II

Deformationen im Zustand II

Zur Durchführung eines Tragfähigkeitsnachweises am Gesamtsystem z.B. für verschiebliche Rahmen unter Berücksichtigung der effektiven Steifigkeiten oder zur Ermittlung der Verformungen im Zustand II steht die nichtlineare Systemanalyse für alle Normen und Tragwerkstypen zur Verfügung.

Literatur

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Gesetzblatt des Zentralamts für Wohnungswesen, Bauwesen und Raumordnung.
Herausgeber: Zentralamt für Wohnungswesen, Bauwesen und Raumordnung (Boverket).
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