Bemessung und Konstruktion von Kellerwänden

Transkript

1 45. Aacener Baustofftag, Bemessung und Konstruktion von Kellerwänden Dipl.-Ing. Dorotea Saenger Institut für Bauforscung der RWTH Aacen University (ibac)

2 Gliederung Einfürung Bemessungsmodell nac Mann/Bernardt Bemessung und Ausfürungsregeln nac Eurocode 6 Experimentelle Untersucungen zum Verbundveralten am Wandfußpunkt Zusammenfassung und Ausblick 2

3 Plattentragwirkung 3

4 Bemessungsmodell nac Mann/Bernardt Modell: Statisces System: Einfeldträger Ein Bogen stellt sic dem Erddruck entgegen (Bogenmodell). Der Bogen stellt sic so ein, dass an den Widerlagern eine Exzentrizität der Normalkraft in Rictung Kellerinnerem voranden ist. Voraussetzungen: Genügend Auflast aus den darüber liegenden Gescossen Ausreicende Festigkeit des Mauerwerks Die Lagerfuge darf im Gebraucszustand nict weiter als bis zur Steinmitte klaffen e 0,33 d Einacsig gespannte Kellerwand unter Erddruck 4

5 5 Bogenmodell Einacsig gespannte Kellerwand Erddruckbeiwert für nacgiebige Wand: k a 0,33 Ideelle Anscüttöe: s = e + p/ρ e Wicte der Erdanscüttung: ρ e 20 kn/m³ Exzentrizität der Normalkraft: e max = 0,33 d ungewollte Ausmitte: f = 0,04 d + ρ = k m s s s 3 s e a max an der Stelle x 1 (in alber Höe der Anscüttung) gilt: 3 d n f n 3 d n m max + d 7,52 k 2 1 d 3,76 k H d 3,76 k n erf 2 e e a 2 e 3 e a s s 3 3 s 3 e a 1 ρ ρ ρ (1) (2)

6 Vereinfactes Verfaren nac DIN EN /NA Voraussetzungen für die Anwendung: Die licte Höe der Kellerwand ist 2,6 m und die Wanddicke t 240 mm. Die Kellerdecke wirkt als aussteifende Sceibe und kann die aus dem Erddruck resultierenden Kräfte aufnemen. Die Geländeoberfläce steigt nict an, und die Anscüttöe e ist nict größer als 1,15. (a) Keine Einzellast 15 kn näer als 1,5 m an der Wand, gemessen in orizontaler Rictung Es wirkt kein ydrostatiscer Druck auf die Wand. Es darf keine Gleitfläce, z. B. infolge einer Feuctesperrscict, voranden sein. (b) Carakteristisce Verkerslast auf der Geländeoberfläce 5 kn/m 2 6

7 Anforderungen an orizontale Querscnittsabdictungen Querscnittsabdictungen müssen ausreicenden Reibungswiderstand besitzen, um eine unbeabsictigte Versciebung des darüber liegenden Mauerwerks zu verindern. Die Querscnittsabdictung muss aus besandeter Bitumendacban (R500), mineraliscer Dictungssclämme oder Material mit mindenstens gleicwertigem Reibungsveralten besteen. Vernaclässigung des Einflusses der Querscnittsabdictung auf das Verbundveralten 7

8 Vereinfactes Verfaren nac DIN EN /NA Bemessungswert der größten vertikalen Belastung der Wand in alber Höe der Anscüttung N Ed,max t b f 3 d Bemessungswert der kleinsten vertikalen Belastung der Wand in alber Höe der Anscüttung N Ed,min ρ e b β t 2 e β = 20 = b = 40 c für bc 2 für < bc < 2 für b b die Wandlänge f d der Bemessungswert der Druckfestigkeit des Mauerwerks ρ e die Wicte der Anscüttung β der Faktor zur Berücksictigung der zweiacsigen Tragwirkung c b c b c Grundriss: 0,2 Dieser Gleicung liegt der Ansatz des aktiven Erddruckes zugrunde. 8

9 Genaueres Verfaren nac DIN EN /NA Der obere Bemessungswert der Wandnormalkraft je Eineit der Wandlänge in alber Anscüttöe muss die Bedingung erfüllen: n Ed,sup n 1,Rd = fd t 3 Der untere Bemessungswert der Wandnormalkraft je Eineit der Wandlänge in alber Anscüttöe als Voraussetzung für die Gültigkeit des Bogenmodells: b 2 : n 1,Ed,inf = n 1,lim,d ki ρ 7,8 e t 2 e b : n 1,Ed,inf = 0,5 n 1,lim,d ki ρ 0,5 7,8 e t 2 e (für eine zweiacsige Lastabtragung) Nac dieser Gleicung ist es möglic, auc andere Erddruckbeiwerte k i zu berücksictigen. 9

10 Genauerer Nacweis auf Erddruck nac DIN EN Nacweis der Druck-, Scub und Biegetragfäigkeit Sicerstellung der Übertragung der orizontalen Auflagerkräfte am Wandkopf und Wandfuß über Scerspannungen in die Kellerdecke und die Fundamente Verbundkennwerte zwiscen Mauerstein und Mauermörtel: abgeminderte Haftscerfestigkeit: f vk0 = 0,18 N/mm² (M5) Reibungsbeiwert: μ = 0,6 (Plattenscub) Verbundkennwerte zwiscen Mauerwerk und angrenzenden Bauteilen auc in Kombination mit Feuctesperrscicten unbekannt! 10

11 Interaktion zwiscen Boden und Kellerwand Abängigkeit des Erddruckbeiwerts von der Nacgiebigkeit der Wand, dem Reibungswinkel ϕ und dem Wandreibungswinkel δ Für die Bemessung von Kellerwänden wird in DIN 4085 ein eröter aktiver Erddruckbeiwert vorgesclagen. Auswirkung der Wandverformung und Wandreibung auf die Verteilung des Erddrucks δ w : Wandverformung δ s : Setzung des Verfüllmaterials Quelle: Broms, B. Berecnung des Erddruckes auf Kellerwände Mauerwerk, Band 11, Heft 3,

12 Entwicklungen von Mauerwerk in den letzten Jaren Immer leicter und fragiler werdende Mauersteine Keine Stoßfugenvermörtelung Dünnere Fugen (z. B. Dünnbettmörtel bzw. Klebesysteme) Veränderung der Nacgiebigkeit der Wand Geringere ständige Auflasten aus den oberen Gescossen Zu früe Verfüllung des Arbeitsraums Verscärfte Problematik von erddruckbelasteten Mauerwerk-Kellerwänden 12

13 Scadensbild Rissbildung am Wandfuß Quelle: Ackermann, W.; Knoblauc, C.,

14 Scadensbild Rissbildung am Wandfuß 14

15 Scadensbild Rissbildung am Wandkopf 15

16 Scadensbild Rissbildung im Bereic des Kellerfensters 16

17 Scadensbild Rissbildung in Wandmitte 17

18 AiF-Forscungsvoraben Standsicereit orizontal belasteter Mauerwerkwände unter geringer Auflast 1. Untersucungen zum Verbund und Reibungsveralten Experimentelle Untersucungen an Kleinprüfkörpern Bestimmung der Stoffgesetze der Verbundfugen unter Scer- und Normalkraftbeansprucung auf Grundlage numeriscer Simulation 2. Untersucungen zum Wandtragveralten Spannungsanalyse auf Grundlage numeriscer Simulationen am Wandkopf und -fuß Experimentelle Untersucungen an gescossoen Wänden 3. Herleitung von Bemessungsansätzen Möglicst exakte Bescreibung des Spannungs- und Verformungszustands unter Plattenbeansprucung im Mauerwerk 18

19 Genormte Prüfverfaren DIN EN DIN EN

20 Entwicklung eines neuen Prüfverfarens Plattenscub Entwicklung eines Prüfverfarens zur Bestimmung der Verbundeigenscaften zwiscen Mauerwerk und Bodenplatte unter Berücksictigung von orizontalen Querscnittsabdictungen 20

21 Berücksictigung einer planmäßigen Exzentrizität e = 0 e = 0,33d 21

22 Herstellung der Verbundkörper 22

23 Ausgewälte Materialien Typ M Typ N Typ Z R B 23

24 Versucsprogramm Serie Mauerstein Trennlage Mörtel Beton Auflast Exzentrizität I II Typ Z keine R III keine IV Typ M B keine V R VI VII VIII IX Typ N Typ Z keine B keine R M5 C20/25 0,1 und 0,3 N/mm² X XI Typ N keine B e = 0,33d XII XIII Typ M keine B 24

25 Last-Versciebungskurven Scerkraft S in kn Serie I (Z-O) MW vorne/lasteinleitung MW inten/auflager Auflast: 0,3 N/mm² Auflast: 0,1 N/mm² Horizontale Versciebung Δv in mm 25

26 Last-Versciebungskurven Scerkraft S in kn Serie IX (Z-R-e) MW vorne/lasteinleitung MW inten/auflager Auflast: 0,3 N/mm² Auflast: 0,1 N/mm² Horizontale Versciebung Δv in mm 26

27 Brucbilder Verbundkörper one Trennlage Verbundversagen zwiscen Ziegel und Mörtel Verbundversagen zwiscen Mörtel und Beton Serie VI (N-O) Serie III (M-O) 27

28 Brucbilder Verbundkörper one Trennlage Miscversagen: Verbundversagen zwiscen Ziegel und Mörtel und Steinversagen Serie III (M-O) Serie VI (N-O) 28

29 Brucbilder Verbundkörper mit Feuctesperrscict Verbundversagen zwiscen Ziegel und Mörtel Verbundversagen zwiscen Mörtel und Beton Serie VII (N-B) Serie V (M-R) 29

30 Brucbilder Verbundkörper mit besandeter Bitumenban Verbundversagen zwiscen Mörtel und Bitumenban, oberalb der Bitumenban Serie V (M-R) Serie VII (N-B) 30

31 Brucbilder Verbundkörper mit besandeter Bitumenban Verbundversagen zwiscen Mörtel und Bitumenban, unteralb der Bitumenban Serie VII (N-B) 31

32 Brucbilder Verbundkörper mit Mauersperrban Miscversagen: Mörtel-Ziegel / Mörtel-Bitumenban Serie II (Z-R) Serie IX (Z-R-e) 32

33 Brucbilder Verbundkörper mit Mauersperrban Reißen der Mauersperrban Serie V (M-R) 33

34 Verbundeigenscaften am Wandfuß Ziegeltyp Z Typ Z 0,6 0,5 0,4 0,3 Scerspannung β s in N/mm² Serie I (Z-O): β s = 0,85 σ v + 0,07 Serie II (Z-R): β s = 0,92 σ v + 0,07 Serie VIII (Z-O-e): β s = 0,83 σ v + 0,05 Serie IX (Z-R-e): β s = 0,67 σ v + 0,08 0,2 0,1 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Auflast σ v in N/mm² 34

35 Fugendruckfestigkeit / Mörteldruckfestigkeit Druckfestigkeit β D /Fugendruckfestigkeit β FM,III in N/mm² Steintyp M (one R) 8,8 8,95 13,20 12,95 Druckfestigkeit Mörtelprismen oberalb der Bitumenban unteralb der Bitumenban one Trennlage 35

36 Zusammenfassung Die Belastungssituation, die Nacgiebigkeit der Mauerwerk-Kellerwand und die daraus resultierende Interaktion der Wand mit dem Boden aben sic im Laufe der Zeit geändert. Die beim Bemessungsmodell getroffenen Annamen (Reibungsbeiwert, Erddruckverteilung, usw.) sollen überprüft werden. Derzeit werden Untersucungen zum Verbundveralten zwiscen Ziegel-Mauerwerk und angrenzender Bodenplatte unter Berücksictigung versciedener Querscnittsabdictungen durcgefürt. Ein neues Prüfverfaren wurde entwickelt. Die Reibungsbeiwerte am Wandfußpunkt sind niedriger als die ursprünglic im Bemessungsmodell angenommenen (μ < 0,6). 36

37 Ausblick Bestimmung von Verbundkennwerten am Wandfuß einer Kellerwand für andere Mauerstein-Mauermörtel Kombinationen Wirklickeitsnae Erfassung des Tragund Verformungsveraltens gering belasteter Kellerwände infolge Erddrucks Bestimmung der Erddruckverteilung in Abängigkeit untersciedlicer Wandbautypen, Randbedingungen und der Interaktion zwiscen Boden und Kellerwand Herleitung von Berecnungsansätzen für die Bemessung von Kellerwänden unter realitätsnaen Lastannamen Quelle: Geotecnik im Bauwesen, RWTH Aacen 37