3. Übung. Carsten Siburg. Entwerfen und Konstruieren im Massivbau. Sommersemester Institut für Massivbau RWTH Aachen

Transkript

1 1 3. Übung Carsten Siburg Sommersemester 2008

2 2 1.3 Tragsystem Hallenquerschnitt:

3 3 Horizontalschnitt

4 4 Querschnitt

5 5 Maßgebende Laststellung für das größte Feldmoment 120 kn 120 kn 120 kn 120 kn 80 kn 80 kn 80 kn 80 kn Vereinfachte Querverteilung der Radlasten mit mittragender Breite nach Heft 240 Voraussetzung: 60% Querbewehrung 1,45 2, ,00

6 6 Bemessung der Elementdecke (System Filigran) für Biegung im Feld Einwirkungen Ständige Einwirkung: Eigengewicht, h = 28 cm: 0,28 25 = 7,0 kn/m² Estrich, h = 3 cm: 0,03 20 = 0,6 ". g = 7,6 kn/m² Veränderliche Einwirkung: Lastmodell 1 Verkehrsgleichlast Spur 1: q = 9,0 kn/m² Radlast: Fahrstreifen 1: Q1 = 240/2 = 120 kn Fahrstreifen 2: Q2 = 160/2 = 80 kn Radaufstandsfläche 0,40 m x 0,40 m Mindestabstand zweier Doppelachsen 0,50 m

7 7 Lastausbreitung in Querrichtung t y = b s + h = 0, ,03 + 0,28 = 0,74 m Reduzierte mitwirkende Breite bei Lasten in Randnähe Rechnerische Lastverteilungsbreite b m, z.b. Für dasfeldmoment

8 8 Mitwirkende Plattenbreite

9 9 mittragende Breite für frei drehbare Lagerung b m = 0,74 + 2,5 1,90 (1-1,90/5,00) red b m = 2,00/2+0,90/2 = 3,69 m = 1,45 m mittragende Breite für Volleinspannung b m = 0,74 + 1,90 (1-1,90/5.00) red b m = 1,92/2 + 0,90/2 = 1,92 m = 1,41 m 120 kn kn 9.0 kn/m² 7.6 kn/m² 5.00

10 10 Feldmomente für Innenfelder nach dem Belastungsumordnungsverfahren Frei drehbare Lagerung Volleinspannung 60 kn 60 kn 60 kn 60 kn 4.5 kn/m² 4.5 kn/m² 7.6 kn/m² M Q = 4,5 5,00²/ ,90/1,45 = 14,1 + 78,6 = 92,7 knm/m M G = 7,6 5,00²/24 = 7,9 knm/m M Q = 4,5 5,00²/24 + (60 1,90²/5,00)/1,41 = 4,7 + 30,7 = 35,4 knm/m

11 11 Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung im Feld M Ed = 1,35 7,9 + 1,35 (92,7 + 35,4) = 183,6 knm/m µ Eds = 0,1836/(0,25² 0,85 30/1,5) = 0,173 ω = 0,192 a s,x = 1/434,3(0, ) = 18,8 cm²/m 60% Querbewehrung: d x /d y = 25/21 = 1,2 a s,y = 0,60 1,2 18,8 = 13,5 cm²/m Eingelegt: unten längs Ø 16/10 cm unten quer Ø 14/10 cm = 20,1 cm²/m = 15,4 cm²/m

12 12 Bemessung der Unterzüge (Halbfertigteile) Der Anschluss an die Ortbetonplatte erfolgt mit bügelartiger Verbundbewehrung. Wegen der nicht ruhenden Belastung wird die Schubbewehrung für die volle Schubkraftdeckung nach Mörsch eingelegt. Bei der Bemessung nach DIN bedeutet dies, dass beim Standardverfahren der auf den Beton entfallende Anteil der Querkrafttragfähigkeit V Rd,ct nicht in Ansatz gebracht werden kann.

13 13 Auflagerung auf den Innenstützen Die Durchlaufwirkung wird durch den Ortbetonverguss im Bereich der geschosshohen FT Stützen hergestellt:

14 14 Querkraftübertragung durch Fugenverzahnung mit Rippenstreckmetall:

15 15 Wegen der großen Querkräfte aus nicht ruhender Belastung: Profilierung der Unterzugenden und Einlegen einer Schrägbewehrung, die die Fuge kreuzt:

16 16 Auflagerung auf den Randstützen: Die zweigeschossigen FT-Randstützen erfordern eine Konsole zur Auflagerung der Unterzüge. Ein biegesteifer Anschluss ist bei durchlaufender Stütze sehr aufwendig. Es wird deshalb ein gelenkiger Anschluss durch Auflagerung auf Konsolen gewählt: Wegen der störenden Konsole wird ein ausgeklinktes Trägerende gewählt.

17 17 Bewehrungsführung: 11 Schlaufen zur Endverankerung der Biegezugbewehrung 12 Bügel zur Aufnahme der Spaltzugkräfte aus Lagerkraft F V 14 Schlaufen als Biegezugbewehrung des hochgezogenen Auflagers und zur Aufnahme der Horizontalkraft F HL 15 Bügel als Aufhängebewehrung 16 Schrägschlaufen des hochgezogenen Auflagers (können bei kleinen Lasten bei angemessener Vergrößerung der Querschnitte der Bügel 14 und 15 entfallen 17 Schlaufen zur Aufnahme der Spaltzugkräfte aus Lagerkraft F V

18 FT-Stützen Bewehrungsführung: Stützengabel am Binderauflager Fugen 1 Ausgleichsfuge mind. 20 mm 2 Ausgleichsfuge mind. 10 mm 3 Lagerfuge entspricht Lagerdicke Verbindungsmittel 4 Lager (z.b. Elastomerlager) 5 Stahldollen oder gleichwertige Verbindung 6 Stahlplatte oder Stahlwinkel 7 Kippsicherung durch Mörtelverguss oder gleichwertige Maßnahme 8 Aussparung für Stahldollen, Mörtelverguss Bewehrungsführung 9 Bügel zur Aufnahme der Zugkräfte aus Lagerkräften F V, F HL und F HQ 10 Bewehrung der Stützengabel zur Aufnahme von F HT und F HQ 11 Schlaufen zur Endverankerung der Biegezugbewehrung 12 Bügel zur Aufnahme der Spaltzugkräfte aus Lagerkraft F V

19 19 Konsole am Unterzugauflager

20 Wände zwischen den FT-Stützen Kellerwände zwischen den FT-Stützen Funktion: Aufnahme des Erddruckes Gewählt: Gitterträgerelementwände Querkraftübertragung durch Bewehrungsanschluss an die FT-Stützen in Verbindung mit profiliertem Verwahrkasten der Anschlussbewehrung.

21 21 Kellerwände zwischen den FT-Stützen im Bereich des Löschwasserbehälters Funktion: - Aufnahme des Erddruckes - Wasserundurchlässige Behälterwand im Bereich des Löschwasserbeckens Gewählt: Ortbetonwände in WU-Beton Anschluss an die FT- Stützen mit Bewehrungsanschlussschienen. Zur Gewährleistung der Dichtheit werden im Fugenbereich Verpressschläuche eingesetzt. Hierdurch können auftretende Risse nachträglich verpresst werden. Bei erhöhter Anforderung an die Wasserundurchlässigkeit werden im allgemeinen in die Arbeitsfugen Fugenbänder eingelegt. Hierbei wäre die Ausbildung von Ortbetonstützen im Kellergeschoss sinnvoller.

22 22 Aufgehende Wände oberhalb der Kellerdecke Funktion: - Raumabschluss - Aufnahme von Windkräften Gewählt: Porenbetonplatten

23 23 Aussteifende Wände im Keller- und Erdgeschoß: Funktion: - Aufnahme des Erddruckes bzw. der Windkräfte - Aussteifung in Verbindung mit der Deckenplatte Gewählt: Ortbetonwände als Wandscheiben Schubfester Anschluss an die FT-Stützen mit vorgefertigten Bewehrungsanschlüssen: -Durch Klappbewehrung durchgehende Schalung bei den Stützen möglich -Aufnahme von Schubkräften durch profilierten Verwahrkasten -Stabdurchmesser nicht größer als 14 mm -Wegen Hin- und Rückbiegung darf die Bewehrung nur zu 80 % ausgenutzt werden

24 24 2. Müllbunker 2.1 Randbedingungen - Bunker, da d > h, sonst Silo (Silodruck) - Kein Austritt umweltgefährdender Stoffe z.b. Löschwasser im unteren Gebäudeteil. - Kranbahn nach DIN 4212 (Kranbahnen aus Stahlbeton und Spannbeton): Zulässige Schwingbreiten für Beton und Bewehrung in Abhängigkeit von der Lastspielzahl für die Kranbahn und die unterstützenden Bauteile. (Braucht für die Gründung nicht berücksichtigt zu werden.) - Greiferanprall unterhalb der Kranbahn - Feuerwiderstandsklasse F 90 und Rauchabzugsöffnungen in der Dachdecke - Brandangriff von seitlichen Bühnen - Mögliche Bauverfahren: Kletterschalung oder Gleitbauweise (Hierbei sind Versprünge aufwendig)

25 25 Festlegung von Grundmaßen Der Abstand der Stützen und Binder richtet sich nach den Bindern der Entladehalle, da die Binder auf den Wandvorlagen des Bunkers aufliegen. Horizontalschnitt

26 Wahl des Tragsystems Bunkerquerschnitt

27 27 Hauptragsystem Rahmen, die in die elastisch gebettete Bodenplatte eingespannt sind. Die Binder und die Kellerdecke der Entladehalle werden auf den Stützen (Wandvorlagen) des Müllbunkers aufgelagert. Gründung Flachgründung (Bodenplatte) auf Fels Kranbahn: Hier kann die Kranbahn durchgehend als Konsolband an die Wände angeschlossen werden. Dieser Versprung ergibt jedoch einen hohen Aufwand bei der Schalung.(In der Regel Auflagerung des Kranbahnträgers auf Konsolen an den Stützen.)

28 28 Weiße Wanne im unteren Bereich Um den Austritt umweltgefährdender Stoffe z.b. Löschwasser zu verhindern: Ausbildung mit außenliegender Abdichtung oder als weiße Wanne im unteren Bereich. Bei Ausbildung als weiße Wanne: - Monolithische Bauweise ohne Fertigteile, d.h. Ortbetonbauweise sinnvoll. - Blockweise Fugeneinteilung mit Fugenbändern um Zwängungen zu vermeiden oder - Fugenlose Bauweise mit Abdeckung der auftretenden Zwangschnittkräfte durch Bewehrung. Wegen der Lastabtragung in Längsrichtung werden die Bodenplatte und die aufgehenden Wände in fugenloser Bauweise mit geringer Rissbreite (Weiße Wanne) ausgebildet. Um die Zwängungen klein zu halten: ebene Fuge zwischen Bodenplatte und Baugrund ohne Versprünge oder Einzelfundamente. Zusätzlich zur Verminderung der Reibungskräfte: doppellagige Folie zwischen ebenem Unterbeton und Bodenplatte.

29 29 Aussteifung in Hallenquerrichtung 1. Variante: Dachdecke als schubfeste Scheibe Horizontalschnitt G - G:

30 30 Die Dachscheibe wirkt als ein horizontales Auflager für die Stützen: Die Horizontalkräfte in der Dachebene werden durch die Außenwände abgetragen.

31 31 2. Variante: Da es sich bei dem Müllbunker um einen Anbau an einen bestehenden Bunker mit durchlaufender Kranbahn handelt, fehlt auf einer Stirnseite die Wand. Das Versatzmoment wird durch die schubfeste Dachscheibe aufgenommen und in die Längswände eingeleitet. Wegen der Grundrissgeometrie ergibt sich eine große Lastausmitte zur Stirnwand. Das Versatzmoment erzeugt bei dem geringen Hebelarm der Längswände eine entsprechend große Horizontalkraft in den Längswänden.

32 32 3. Variante: Ohne aussteifende Dachscheibe Einspannung in die Bodenplatte: Einspannung mit Rahmenwirkung: Die Aussteifung erfolgt durch in die Bodenplatte eingespannte Stützen. Aussteifung in Hallenlängsrichtung Die Aussteifung erfolgt durch Wandscheiben zwischen den Stützen.

33 Fertigteillösungen Fertigteile sind im Bereich oberhalb der Kranbahn möglich, da hier kein Greiferanprall auftreten kann Ausbildung der Dachdecke Wegen dem sehr hohen Schalungsaufwand der Decke in ca. 32 m Höhe wird eine FT - Decke gewählt. 1. und 2. Aussteifungsvariante: Decke als schubfeste Scheibe Schubfeste Scheibe durch Ausbildung in Halbfertigteilbauweise

34 34 mögliche Ausführungsvarianten: Elementdecke mit Aufbeton TT-Platten mit Aufbeton Spannbetonhohlplatten mit Aufbeton Öffnungen sind bei der Elementdecke (System Filigran) möglich, wenn sie kleiner als die Plattenbreite sind. Nachteilig bei der Elementdecke ist die erforderliche Unterstützung im Abstand von ca. 2,00 m. TT- Platten sind wegen der max. Länge bis zu 16 m (< erf lst = 16,50 m) hier nicht möglich.

35 35 3. Aussteifungsvariante: Decke ohne aussteifende Wirkung Ausbildung wie bei der Entladehalle mit Fertigteilelementen. Vorteile: - Es ist kein Aufbeton erforderlich. - Im Bauzustand sind die Wände auch ohne Aussteifung wegen der Einspannung in der Bodenplatte standsicher. Dieser Vorteil ist entscheidend: Andernfalls wäre eine gegenseitige Aussteifung der Wände im Bauzustand ohne Decke erforderlich (sehr aufwendig).

36 Ausbildung der Dachbinder Fertigteillösungen Bei gelenkiger Auflagerung Lagerung in Stützengabel (wie bei der Entladehalle) Binder mit T Querschnitt Für die Fertigteilbauweise ist ein gelenkiger Anschluss sinnvoller, da die Ausbildung der biegesteifen Rahmenecke durch Verguss im Kreuzungsbereich sehr aufwendig ist. Nachteil: keine Rahmenwirkung

37 37 Bei biegesteifer Auflagerung Zur Aufnahme der negativen Momente: Rechteckquerschnitt - Rahmenwirkung durch örtlichen Verguss: Übergreifungsstoß Hilfskonsole im Bauzustand Vorteil: Ausbildung der Stützen und Binder als Werksfertigteile Ortbetonverguss

38 38 - Rahmenwirkung durch vorgefertigte Teilrahmen in liegender Baustellenherstellung: Wellhüllrohre für Übergreifungsstoß Vorteil: einfache Herstellung des biegesteifen Anschlusses durch Auffädeln auf herausstehende Stützenbewehrung.

39 Anschluss der aufgehenden FT-Stützen 1. Gelenkiger Anschluss mit Stumpfstoß: Bügel oder Matten im auflagernahen Bereich Matten oder Stahlplatten an der Stützenstirnfläche h j Stützenfuß, Kraftaufnahme durch querdehnungsbehindernde Bügelkonstruktion Sinnvoll für Pendelstützen. Hier wegen der Biegemomente aus Rahmen nicht geeignet. b j Decke, Balken oder Fundament, Kraftaufnahme durch Teilflächenpressung

40 40 2. Biegesteifer Anschluss der Stützen durch Auffädeln der Bewehrung in Hüllrohre (Leerrohre): Hüllrohr in der aufgehenden Stütze mit seitlicher Vergussöffnung Querschnitt im Stoßbereich: Relativ großer Platzbedarf wegen der Übergreifung neben dem Hüllrohr 3. Schraubmuffenstoß mit geringerem Platzbedarf in Abhängigkeit von der Schlüsselgröße

41 Anschluss der Zwischendecke im Bereich der Krankanzel

42 42 Ausbildung in Ortbetonbauweise Bei nachträglichem Anschluss an die vorauseilenden Stützen oder Wände ist eine biegesteife Ausbildung mit Schraubmuffen und profilierter Arbeitsfuge leicht möglich, wenn der Unterzug örtlich betoniert wird: Schraubmuffen nachträglich anbetonierter Unterzug

43 43 Ausbildung mit Fertigteilen Biegesteife Auflagerung: Bei Verwendung von Fertigteilunterzügen ist ein solcher biegesteifer Anschluß des Unterzuges an die Stütze aufwendig:

44 44 Gelenkige Auflagerung: In der Regel erfolgt die gelenkige Auflagerung auf Betonkonsolen. Diese sind jedoch bei einer Kletterschalung oder Gleitbauweise wegen der durchgehenden Schalung störend. Mögliche Ausbildung mit durchgehender Schalung: Auflagernischen vorgefertigte Konsolen üblich bei Kernwänden und Fertigteiltreppenhäusern vorgefertigte Konsolen werden in die Kletterschalung eingesetzt

45 45 Stahlkonsolen Coupierter Träger Durchgehende Schalung durch nachträgliches Anschweißen des Konsolträgers. In Abhängigkeit von der Feuerwiderstandsklasse ist eine Ummantelung erforderlich.

46 46 3. Übersicht über die Fertigteil - Ortbeton - Mischbauweise Schnitt 2 2 (Teilgrundriss)

47 47 Längsschnitt 1 1