Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau BACHELORARBEIT AN DER

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1 Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau BACHELORARBEIT AN DER TECHNISCHEN HOCHSCHULE FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN REGENSBURG FAKULTÄT BAUINGENIEURWESEN AUFGABENSTELLER: Prof. Dr.-Ing. Othmar Springer VORGELEGT VON Gerald Christian Heitzer MATRIKELNUMMER: SEMESTER: B7 Regensburg, den

2 Abstract In dieser Arbeit soll die historische Entwicklung der Durchstanznachweise und die Weiterentwicklung der Nachweisführung aufgezeigt und erläutert werden. Desweitern soll die Frage beantwortet werden, weshalb bei bestimmten Konstruktionen und Belastungen eine Durchstanzbewehrung nach aktuell gültiger Norm (DIN EN ; Eurocode 2) im Gegensatz zu älteren DIN- Normen erforderlich ist. Dabei wird hauptsächlich auf die Teile der Nachweisführung eingegangen, die mutmaßlich für die Erfordernis einer Schubbewehrung (ved > vrd) verantwortlich sind. In vergleichenden Berechnungen werden verschiedene Konstruktionen nach DIN 1045:88, DIN und Eurocode 2 mit Hilfe einer EDV-Software berechnet und die Ergebnisse miteinander verglichen, um eine Aussage über eventuelle Erhöhungen des Bewehrungsgrades- und Mengen treffen zu können. Abschließend werden noch Sonderfälle der Durchstanzbemessung wie z.b. eine Holorib-Decke beispielhaft untersucht. In this study the historical development of the punching evidence and the development of verification should be shown and explained. Further receiving the response to the question, why in certain constructions and loads a studrails to currently valid standards (DIN EN ; Eurocode 2) in contrast to older DIN standards is required. Attention is paid mainly to the parts of the verification, the alleged need for a shear reinforcement (ved> vrd) are responsible. In comparative calculations different constructions according to DIN , DIN and Euro code 2 are calculated using a computer software, and the results compared to a statement of any increases to meet the level of reinforcement and quantities. Finally, be special cases of tax punching such as Holorib a blanket studied as an example.

3 Gliederung Abstract Kapitel 1: Was heißt Durchstanzen? 1 Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises Beispiel 1: Pipers Row Car Park 4 Beispiel 2: Sampoong Department Store 7 DIN 1045: Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN 1045: DIN Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN DIN EN (Eurocode 2) 20 Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach Eurocode 2 22 Lasteinleitung und kritischer Rundschnitt 24 Lasterhöhungsfaktor β 27 Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente ohne Durchstanzbewehrung 29 Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente mit Durchstanzbewehrung 31 Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88 36 Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN Kapitel 4: Vergleichende Berechnungen DIN Eurocode Frage 1: Wie stark weichen die erforderlichen Bewehrungsmengen der einzelnen Normen voander ab? 41 Berechnung nach DIN 1045:88/ DIN / Eurocode 2 Deckenplatte 41 Einzelfundament 42

4 Gliederung Fundamentplatte 42 Berechnung nach DIN / Eurocode 2 Deckenplatte 43 Einzelfundament 44 Fundamentplatte 45 Auswertung 46 Frage 2: Wieso ist bei bestimmten Lasten und Konstruktionen der Durchstanznachweis nach DIN noch erfüllt aber nach DIN EN nicht mehr? 47 Beispiel 1: Durchstanznachweis für eine Innenstütze nach DIN und Eurocode 2 48 Beispiel 2: Durchstanznachweis für eine Randstütze nach DIN und Eurocode 2 49 Kapitel 5: Sonderfälle der Durchstanzbemessung Verbunddecken 51 Allgemeines, erforderliche Nachweise 52 Nachweis nach DIN Nachweis nach DIN EN bzw. DIN EN Vergleich der Rundschnitte 57 Fazit 58 Quellen 59 Abbildungsverzeichnis 60 Anhang: Berechnung Durchstanznachweise siehe beiliegende CD

5 Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises von 1988 bis heute Das Unglück zog eine Überprüfung britischer Bemessungs- und Konstruktionsregeln sowie eine kritische Untersuchung ähnlicher Parkhäuser nach sich. Zudem wurde in diesem Zusammenhang zum wiederholten Mal auf die Notwendigkeit einer Kollapsbewehrung zur Vermeidung eines progressiven Versagens hingewiesen. [1] Abbildung 4 - Pipers Row Car Park Einsturz des obersten Parkdecks am 20. März 1997 Abbildung 5 - Pipers Row Car Park - Durchstanzkegel einer Innenstütze 6 S e i t e

6 Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88 Berechnung von τr Berechnung von χ1 und χ2 Ermittlung von τ011 und τ02 des gewählten Betons Querschnitt vergrößern und/ oder Plattendicke erhöhen τr χ2 τ02 Höherfesten Beton wählen τr χ1 τ011 Nachweis erfüllt. Keine Schubbewehrung erforderlich! χ1 τ011 < τr χ2 τ02 Schubbewehrung erforderlich Konstruktionsregeln beachten 36 S e i t e

7 Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN [1] Berechnung von VEd und β Ermittlung des kritischen Rundschnittes im Abstand 1,5d vom Stützenrand Berechnung von ved und vrd,ct im kritischen Rundschnitt ved vrd,ct Nachweis erfüllt! Berechnung von vrd,max im kritischen Rundschnitt Querschnitte vergrößern oder Betonfestigkeit erhöhen oder statisches System ändern! ved vrd,max Betrachtung des ersten Nachweisschnittes im Abstand 0,5d vom Stützenrand 37 S e i t e

8 Berechnung von u für den betrachteten Nachweisschnitt Berechnung von ved für u Berechnung von Asw Nächster zu betrachtender Nachweisschnitt liegt um sw 0,75d vom vorigen Nachweisschnitt entfernt Berechnung von ua für den äußeren Rundschnitt im Abstand 1,5d vom betrachteten Schnitt Berechnung von ved und vrd,ct,a für ua ved vrd,ct,a Konstruktionsregeln beachten! Nachweis erfüllt! 38 S e i t e

9 Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN Berechnung von VEd und β Ermittlung des kritischen Rundschnittes im Abstand 2,0d vom Stützenrand Berechnung von ved und vrd,c im kritischen Rundschnitt ved vrd,c Nachweis erfüllt! Berechnung von vrd,max im kritischen Rundschnitt Querschnitte vergrößern oder Betonfestigkeit erhöhen oder statisches System ändern! ved vrd,max Betrachtung des ersten Nachweisschnittes im Abstand 0,3d bis 0,5d vom Stützenrand 39 S e i t e

10 Berechnung von u für den betrachteten Nachweisschnitt Berechnung von ved für u Berechnung von Asw Nächster zu betrachtender Nachweisschnitt liegt um sw 0,75d vom vorigen Nachweisschnitt entfernt Berechnung von uout für den äußeren Rundschnitt im Abstand 1,5d vom betrachteten Schnitt Berechnung von ved,out und vrd,c für uout ved,out vrd,c Konstruktionsregeln beachten! Nachweis erfüllt! 40 S e i t e

11 Fazit Die Einstürze verschiedener Gebäude in den letzten Jahrzenten wie z.b. das Pipers Row Parkhaus in Birmingham, England oder das Sampoong Department Store in Südkorea, deren beider Grund des Einsturzes auf ein Durchstanzversagen zurückzuführen waren, enthüllten einige Unzulänglichkeiten der damals aktuellen Normen und gaben Anlass die Regelungen bezüglich Durchstanzen zu überarbeiten. So wurde der Durchstanznachweis, der nach DIN 1045:88 noch schnell von der Hand ging, und deshalb bei den Ingenieuren beliebt war, über die DIN bis zum heute gültigen Eurocode weiterentwickelt und verschärft. Beim Nachweis nach DIN 1045:88 war nur eine errechnete Schubspannung mit einem Grundwert der Schubspannung, die vom verwendeten Beton aufgenommen werden konnte, zu vergleichen. Nach Eurocode 2 werden jetzt solange in bestimmten Abständen um die Stütze Durchstanznachweise geführt, bis die einwirkende Querkraft allein vom Beton, ohne eine zusätzliche Anordnung von Durchstanzbewehrung, aufgenommen werden kann. Die Berechnung des Durchstanznachweises nach Eurocode von Hand ist deshalb mühselig und zeitaufwendig sofern sie nicht mit entsprechender EDV- Unterstützung durchgeführt wird. Eine Verschärfung des Nachweises hat natürlich auch Auswirkungen auf die erforderlichen Bewehrungsmengen, die sich im Durchschnitt in den letzten Jahren ca. verdoppelt haben. Dies ist darauf zurück zu führen, dass der Durchstanznachweis immer mehr auf der sicheren Seite geführt wird, indem der kritische Rundschnitt um 0,5d erweitert wird und bei Innenstützen der Lasterhöhungsbeiwert von 1,05 nach DIN auf 1,15 nach Eurocode 2 (abgemindert auf 1,10 durch das Nationale Anwendungsdokument) wird. Desweitern wurde der Bemessungswiderstand vrd,c um 14,29 % verringert, da der Vorwert CRd,c von 0,21/γm auf CRd,c = 0,18/ γm abgeändert wurde. Im Zuge der Umstellung auf Eurocode wurde auch der Durchstanznachweis bei Verbundecken neu überdacht und die Querschnittsfläche des Betons in den Profilrippen wird bei der Ermittlung des kritischen Rundschnitts von der Schwerachse bis zur Oberkante des Profils mitberücksichtigt. Dadurch wird der Bemessungswert der einwirkenden Querkraft abgemindert und die Verbunddecke kann punktuell höher belastet werden als nach DIN , wo nur der Betonquerschnitt oberhalb des Profilbleches berücksichtigt und auf ein mögliches Durchstanzversagen untersucht wurde. 58 S e i t e