Bemessungsmodelle für Fußplatten im Stahlbau

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1 Bemessungsmodelle für Fußplatten im Stahlbau MASTERTHESIS von Georg Fischer Matrikelnummer: Semester: MBB3 Aufgabensteller: Zweitprüfer: Prof. Dr.-Ing. Othmar Springer Prof. Dr.-Ing. Thomas Bulenda Regensburg,

2 Kurzfassung In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Bemessungsmodelle für Stützenfüße mit Fußplatten aufgezeigt. Zunächst werden konventionelle Verfahren für gelenkige und biegesteife Fußplattenanschlüsse diskutiert. Die Ergebnisse nach diesen Methoden liegen zwar teilweise deutlich auf der sicheren Seite, der Berechnungsprozess ist aber dafür meist nicht sehr aufwendig. Im weiteren Verlauf folgt das aktuelle Bemessungskonzept nach DIN EN , das auf der sogenannten Komponentenmethode beruht. Durch Ausnutzung plastischer Systemreserven sind mit der Komponentenmethode neben anderen Anschlüssen im Stahlbau auch speziell Fußplattenverbindungen wirtschaftlich nachweisbar. Nachteilig stellt sich allerdings die anspruchsvollere Handhabung des Verfahrens dar. Ein Vergleich der Ergebnisse einer händischen Berechnung nach den dargestellten Verfahren mit denen kommerzieller Bemessungsprogrammen liefert durchweg eine gute Übereinstimmung. Während die Fußplattenberechnung von Dübelbemessungssoftwares zu eher konservativen Ergebnissen führt, orientieren sich die Berechnungen allgemeiner Stützenfußprogramme sehr stark an der Handrechnung und damit an den zu Grunde liegenden Eurocodes.

3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Allgemeines Stützenfüße DIN EN Zielstellung und Gliederung der Arbeit Konstruktive Gesichtspunkte Gelenkige Verbindungen Biegesteife Verbindungen Fußplattenwerkstoff Fußplattenunterfütterung Krafteinleitung Einleitung von Druckkräften Einleitung von Schubkräften Einleitung von Zugkräften Krafteinleitung mit Dübeln (nachträglich) Aussteifung von Fußplatten Bemessung einer Fußplattenkonstruktion Grenzpressung des Betons Zentrisch belastete Fußplatten Berechnung nach der Plattentheorie Berechnung mit dem T-Stummel-Modell Fußplatten biegesteifer Stützenfüße Berechnung als elastisch gebettete Platte Modell Zuganker und Druckfläche Berechnungsmethode nach EC Nachweise der Schubkraftübertragung Schubkraftübertragung über Reibung... 46

4 3.4.2 Schubkraftübertragung über Schubdübel Nachweise der Zugkraftübertragung Die Komponentenmethode bei Fußplatten Rückblick Grundlagen der Komponentenmethode Erläuterung der Begriffe Grundsätzliches Klassifizierung eines Anschlusses Nachweisverfahren Komponenten einer Fußplattenverbindung Berechnung der Tragfähigkeit des Anschlusses Stützenfuß mit zentrischer Druckbeanspruchung Stützenfuß mit exzentrischer Druck- oder Zugbeanspruchung Berechnung der Steifigkeit des Anschlusses Gelenkige Stützenfüße Eingespannte Stützenfuße Berechnungsbeispiele Allgemeines Beispiel FP/1: gelenkiger Fußplattenanschluss Vorbemerkungen Berechnung mit dem T-Stummelmodell (EC 3) Berechnung mithilfe der Plattentheorie Beispiel FP/2: biegesteifer Fußplattenanschluss Vorbemerkungen Berechnung mithilfe der Komponentenmethode (EC 3) Berechnung mit Abschätzung der Druckzonenhöhe Vergleich der händischen Berechnungen Computerunterstützte Berechnung Allgemeines Ergebnisbeurteilung von Frilo ST Ergebnisbeurteilung von mb Baustatik... 92

5 6.4 Ergebnisbeurteilung von Hilti PROFIS Anchor Ergebnisbeurteilung von fischer C-FIX Ergebnisvergleich Zusammenfassung und Fazit Literaturverzeichnis Verwendete Normen und Richtlinien Anhang

6 Zusammenfassung und Fazit Den Ausführungen dieser Arbeit zu Folge gibt es für Fußplatten zahlreiche Modelle, das Tragverhalten zu erfassen und eine erforderliche Fußplattendicke zu bestimmen. Die Wahl des Berechnungsmodells richtet sich dabei in erster Linie nach der Art der einwirkenden Schnittgrößen, sowie der geplanten Plattengeometrie. Sämtliche dargestellten Bemessungsmodelle haben grundsätzlich ihre Daseinsberechtigung. Die Näherungsverfahren eignen sich dank des geringen Berechnungsumfangs besonders gut, im Rahmen einer Vordimensionierung die Fußplattendicke festzulegen. Die Ergebnisse liegen durchweg auf der sicheren Seite. Bei Anwendung der Komponentenmethode ist zwar mit einem deutlich höheren Aufwand bei der Planung zu rechnen, dank der geringeren Materialaufwendungen ergeben sind jedoch wirtschaftliche Fußplattenabmessungen. Die Komponentenmethode macht es grundsätzlich möglich, einer verformbaren Fußplattenverbindung zur Übertragung von Biegemomenten eine endliche Rotationssteifigkeit für die Berechnung des Gesamtsystems zuzuweisen. Um allerdings ein nicht duktiles Versagen der Verbindung auszuschließen, kann es ratsam sein den Fußplattenanschluss für die Schnittgrößen auszulegen, die auftreten, falls ein komplett starrer Anschlussknoten unterstellt wird. Diese Überlegungen schließen mit ein, dass sich der Tragwerksplaner schon bei der Modellierung des Gesamtsystems über die genaue Ausführung der Anschlüsse im Klaren sein muss. Durch den hohen Planungsaufwand ist selbst im Bereich der Fußplatten eine Berechnung mit Computerunterstützung in der Praxis nicht wegzudenken. Die untersuchten Bemessungsprogramme liefern für die behandelten Beispiele durchweg brauchbare Ergebnisse. Trotzdem ist es häufig nötig, die Berechnungsausgabe der Software durch eine handrechnerische Kontrolle, und sei es nur durch einen groben Überschlag, zu überprüfen. Insbesondere durch die Normenumstellung, die nach wie vor noch im Gange ist, kann bei den Programmen nicht immer mit Gewissheit ein richtiges Ergebnis vorausgesetzt werden.