Statische Berechnung (Umrechnung DIN auf EC) - Gleichstellungsdokument -

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1 Statische Berechnung (Umrechnung DIN auf EC) - Gleichstellungsdokument - Bauherr: Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen- Anhalt Vorhaben: Hochwasserschutz Schafstädt Hochwasserrückhaltebecken an Laucha und Springbach Objekt: Tragwerksplanung Einlaufbauwerk & Schieberschacht Phase: Genehmigungsplanung INROS LACKNER SE Niederlassung Dresden Schweizer Str.3b Dresden Auftrags-Nr.: (alt) Bearbeiter Unterschrift Datum Seiten Dipl.-Ing. Dennis Wiebusch (Projektingenieur)

2 1 Inhaltsverzeichnis 1 Inhaltsverzeichnis Veranlassung Arbeitsunterlagen Änderungen der Normen und Richtlinien Aussagen zum Baugrund bezüglich Normumstellung Änderungen und Auswirkungen in der Bemessung Aktuelle Dokumente Schlussblatt Anlagen Anlage A - Ergänzung Baugrundgutachten Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 2

3 2 Veranlassung Der Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt plant westlich der Ortschaft Schafstädt zur Vermeidung von Hochwasser die Errichtung von Hochwasserrückhaltebecken an den Bachläufen des Springbaches und der Laucha. Die Becken werden talseitig durch Dammbauwerke abgeriegelt. Im Zuge des Deiches werden verschließbare Gewässerdurchlässe erforderlich. Dieses Dokument befasst sich mit den Massivbauwerken, speziell den Ein- und Auslaufbauwerken sowie Schieberschächten. Für das Vorhaben liegt bereits eine statische Berechnung vor, siehe [4]. Ein Prüfbericht zur statischen Berechnung liegt nicht vor. Die erwähnte statische Berechnung bezieht sich auf Grund der langen Planung- und Genehmigungsphase und der Einführung der Normungsgeneration Eurocode auf einen abgelaufenen Normungsstand. An Stelle einer neuen statischen Berechnung, wird hiermit ein Gleichstellungsdokument erstellt, welches die Ergebnisse der bisherigen statischen Berechnung [4] bestätigt bzw. Abweichungen aufzeigt und konstruktiv bewertet. Gegebenenfalls werden ergänzende Nachweise nach der aktuellen Norm (Eurocode) über alle Bauwerke bzw. Bauteile geführt. Dieses Dokument ist nur im Zusammenhang mit der vorhandenen statischen Berechnung [4] zu verwenden. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 3

4 3 Arbeitsunterlagen Planungsunterlagen [1] Geotechnischer Bericht zum Hochwasserschutz Schafstädt Hochwasserrückhaltebecken Springbach und Laucha, Bericht 11/08, INROS LACKNER AG, NL Rostock, [2] Ergänzung 21/15 zu den Geotechnischen Bericht 20/08 Gewässerausbau Springbach und Lauch und 11/08 Hochwasserschutz Schafstädt Hochwasserrückhaltebecken Springbach und Laucha, INROS LACKNER SE, NL Rostock, [3] Hochwasserschutz Schafstädt Hochwasserrückhaltebecken an Laucha und Springbach Pläne der Objektplanung Lph. 3 (WD40001 & WD40002), INROS LACKNER AG, NL Dresden, [4] Statische Berechnung zum Hochwasserschutz Schafstädt Hochwasserrückhaltebecken an Laucha und Springbach, Tragwerksplanung Einlaufbauwerk & Schieberschacht, INROS LACKNER AG, aktuelle Normen und Richtlinien [5] DIN 19702:2013 Massivbauwerke im Wasserbau: Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit, 2013 [6] ZTV-W LB 215 Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen Wasserbau für Wasserbauwerke aus Beton und Stahlbeton (Leistungsbereich 215), Ausgabe 2012 [7] DIN EN NA Eurocode 7: Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik inklusive nationaler Anhänge, 2014 [8] DIN 1054:2010 Baugrund Sicherheitsnachweise in Erd-und Grundbau, Ergänzenmde Regelungen zu DIN EN inklusive Änderungen, 2010 [9] Handbuch EC 7 Handbuch Eurocode 7: Geotechnische Bemessung Band 1, 1. Auflage 2011, Beuth Verlag GmbH [10] DIN 4085:2011 Baugrund Berechnung des Erddruckes, 2011 [11] DIN EN NA Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken inklusive nationaler Anhänge und Änderungen, [12] Kommentar zum Eurocode 2, 1. Auflage 2012, Beuth Verlag GmbH [13] DAfStb Heft 600 Erläuterungen zu DIN EN und DIN EN /NA [14] DIN :2008 NA zu DIN EN [15] DIN :2012 NA zu DIN EN [16] DIN 488:2009 Betonstahl, 2009 Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 4

5 abgelöste Normen und Richtlinien - DIN , Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1: Bemessung und Konstruktion, August 2008, Beuth DIN 19702, Massivbauwerke im Wasserbau Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit, Juni ZTV-W LB 215, Zusätzliche Technische Vertragsbedingungen für Wasserbauwerke aus Beton und Stahlbeton (Leistungsbereich 215), Ausgabe DIN 1054, Baugrund Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau, Januar 2005, Beuth DIN 4085, Baugrund Berechnung des Erddrucks, Oktober 2007, Beuth Änderungen der Normen und Richtlinien Neben einigen Änderungen in den Bezeichnungen und Formelzeichen haben sich folgende inhaltliche Änderungen ergeben, welche die Bauwerke aus statischer Hinsicht beeinflussen können: Übersicht Norm alt und neu In der folgenden Übersicht sind die Regelwerke, welche der Planung zu Grunde gelegt wurden, tabellarisch dargestellt. Es wird der Hinweis gegeben, welche aktuelle Norm als Ersatz gilt. Norm alt Norm neu DIN 1054 DIN EN 1997 [7] + DIN 1054 [8] DIN 4085 DIN 4085 [10] ZTV-W LB 215 ZTV-W LB 215 [6] + DIN [5] DIN DIN [5] DIN 1045 DIN EN 1992 [11] Die Anforderungen an die Standsicherheit sowie Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit wurden durch die neue Normengeneration teilweise neu aufgeteilt oder ergänzt. Dies betrifft insbesondere den Inhalt der DIN 1054 sowie der ZTV-W LB 215 und DIN Im Folgenden wird auf die Änderungen der Bemessung sowie die zu Grunde gelegten Randbedingungen im Einzelnen eingegangen. Eine Bewertung der Nachweise und der Nachweisführung erfolgt in den Folgeabschnitten. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 5

6 Anforderung an Expositionsklassen und Mindestfestigkeitsklassen des Betons Es bestehen keine Änderungen. Es kann von den gleichen Expositionsklassen und Betonfestigkeitsklasse ausgegangen werden. Betondeckung Die Betondeckung wird weiterhin durch ZTV-W LB 215 geregelt und durch DIN in den Anforderung zur Einhaltung der Betondeckung ergänzt. Der Bemessung zu Grunde gelegte Betondeckung bleibt unverändert und beträgt: cmin = 50 mm, Δcdev = 10 mm cnom cmin + Δcdev = 50 mm + 10 mm = 60 mm (keine Änderung) Betoneigenschaften bzgl. der statischen Berechnung Die anzusetzenden Betoneigenschaften für die statische Berechnung sind nach DIN EN 1992 anzunehmen. Dabei sind folgende Änderungen hinsichtlich DIN 1045 zu beachten: - Für den Tangentenmodul Ecm sind nach DIN EN 1992 nun größere Werte anzusetzen. - Für die Spannungs-Dehnungs-Linie für nicht-lineare Betrachtungen und die vereinfachte Spannungs-Dehnungs-Linie (Bilinearer Spannungsblock) hat sich die Bezugsdehnung für die Druckfestigkeit geändert. - Für Betonfestigkeitsklassen C25/30 ergeben sich etwas geringere Kriechzahlen als nach DIN Bei Betonfestigkeitsklassen C30/37 treten keine Abweichung auf. - Das Schwindmaß beträgt je nach wirksamer Dicke, Zementart und Betonfestigkeitsklasse nur 65 95% der Werte nach DIN Durch eine Vergleichsrechnung betragen diesen in diesem Fall ca. 70%. Eigenschaften der Bewehrung Für den Betonstahl wird nun die Stahlsorte B500B nach DIN 488 festgelegt. Die Eigenschaften der (Streckgrenze, Streckgrenze und rechnerische Bruchdehnung) bleiben unverändert. Diese Änderung hat keine Auswirkungen auf die Standsicherheit oder Dauerhaftigkeit und wird daher nicht weiter betrachtet. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 6

7 konstruktive Mindestbewehrung Die konstruktive Mindestbewehrung wird nun durch DIN geregelt. Dabei gelten die gleichen Anforderungen wie nach der alten ZTV-W LB 215: - Bei Bauteilen mit Anforderungen an eine Wasserundurchlässigkeit ein Stahlquerschnitt von 0,1 % der Betonquerschnittsfläche je Seite und Verlegerichtung (maximal 25 cm²/m] anzuordnen. - Für Bauteile ohne die Anforderung der Wasserundurchlässigkeit ist ein Stahlquerschnitt von 0,06 % der Betonquerschnittsfläche je Seite und Verlegerichtung, (maximal 15 cm²/m) einzulegen. Die konstruktive Mindestbewehrung ist mit einem Mindestdurchmesser von 10 mm und einem Stababstand von höchstens s = 15 cm je Seite und Verlegerichtung einzuhalten. Auf eine Robustheitsbewehrung nach DIN EN kann ebenfalls verzichtet werden. Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite Für massige Bauteile wird die Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite nach ZTV- W LB 215 geregelt. Für Bauteile mit Bauteildicken < 80 cm ist die Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite nach DIN EN 1992 zu bestimmen. Dabei beträgt die Bezugswert der Betonzugfestigkeit fct,0 = 2,90 statt bisher bei DIN 1045 mit fct,0 = 3,00 Erddruckansatz und Belastungen Der Erddruckansatz nach DIN 4085 ergibt keine Abweichungen. Annahmen zur Hinterfüllung erhalten weiterhin Gültigkeit. Die äußeren Einwirkungen bleiben ebenfalls unverändert und wird mit einer Oberflächenlast von 10 angesetzt. Auf weitere Abweichungen, Parallelitäten und deren Auswirkungen in den Einzelnen Nachweisen wird in den Folgeabschnitten eingegangen. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 7

8 5 Aussagen zum Baugrund bezüglich Normumstellung Gemäß der Ergänzung zum Baugrundgutachten [2] bestehen gegenüber dem Baugrund und deren Kennwerte (charakteristische Werte) für diese Konstruktion (Flachgründung) keine Änderungen. Daher haben die Annahmen der zu Grunde gelegten zulässigen Bodenpressungen weiterhin Gültigkeit. 6 Änderungen und Auswirkungen in der Bemessung Folgende Nachweise wurden im Einzelfall geführt: Äußere Standsicherheit: - Auftriebsnachweis - Nachweis der zulässigen Bodenpressung - Nachweis der 1. und 2. Kernweite (Kippen) - Grundbruch - Gleiten Innere Standsicherheit: - Biegebemessung (GZT) - Querkraftbemessung (GZT) - Spannungsnachweise (Beton, Betonstahl GZG) - Rissbreitennachweis (GZG) - Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite - konstruktive Mindestbewehrung Im Folgenden wird auf die einzelnen Nachweise, die Änderungen und deren Auswirkungen eingegangen. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 8

9 Äußere Standsicherheit - Auftriebsnachweis: Der Auftriebsnachweis ist nach den aktuellen Regeln ebenfalls mit einer Wichte für Beton von 24 kn/m³ zu führen. Eine Änderung in den Teilsicherheitsbeiwerten für günstige und ungünstige Einwirkungen besteht nicht. Es gilt nach wie vor: γg,stb = 0,95 und γg,dst = 1,05 Damit erhalten die Aussagen zum Auftriebsnachweis weiterhin Gültigkeit. Die Auslastung des Auftriebsnachweises beträgt η = 71,5/130,2 = 0,55 1,0. - zulässige Bodenpressung: Der Nachweis der zulässigen Bodenpressung (Sohlwiderstand) wird nach aktueller Norm nun an Stelle der charakteristischen Werte mit Bemessungswerten geführt. Die Ermittlung der Bodenspannung bleibt von der Normänderung unberührt. Jedoch sind nach DIN EN 1997 bzw. DIN 1054:2010 die Bemessungswerte der zulässigen Bodenpressung ca. 40% höher als die charakteristischen zulässigen Bodenpressungen nach DIN 1054:2005. Dies entspricht in etwa der Kombination der Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungsseite bzw. dem Verhältnis der Bemessungswerte zu charakteristischen Werte auf der Einwirkungsseite. Somit ergibt sich für den Nachweis keine Änderung und die Bemessungswerte des Sohlwiderstandes können durch den Faktor von 1,40 in die charakteristischen zulässigen Werte überführt werden. Damit besitzen die Aussagen zum Sohlwiderstand weiterhin Gültigkeit. Die maximale charakteristische Bodenpressung beträgt 81,9 kn/m² und wird aufgrund der Einbindetiefe als unbedenklich eingestuft. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 9

10 Äußere Standsicherheit - Kippen: Nach DIN EN 1997 bzw. DIN 1054:2010 ist nun ein Kippnachweis mit Bemessungswerten (GZT) um eine fiktive Kippkante (Bemessungsmoment des treibendes Momentes Bemessungswert des haltendes Moment) zu führen. Da es sich bei der Konstruktion um keine Kippgefährdende Konstruktion handelt, kann auf einen Kippnachweis nach DIN EN 1997 verzichtet werden. Der Nachweis der zulässigen Ausmitte bzw. Kernweite bleibt unverändert und wird mit den charakteristischen Werten der Einwirkungen geführt. Dies entspricht nach DIN EN 1997 dem Nachweis der Gebrauchstauglichkeit. Die Nachweise sind bei allen Bauteilen erfüllt und die Gründungssohlen alle unter den ständigen Einwirkungen überdrückt. Damit wird der Nachweis gegen Kippen im GZT sowie GZG auch nach DIN EN 1997 als erfüllt angesehen und auf eine erneute Nachweisführung verzichtet. Grundbruch: Auf Grund der geringen Bodenpressungen sowie der Einbindetiefe wird ein Grundbruch ausgeschlossen. Des Weiteren ist der Nachweis gegen Grundbruch nach wie vor nach DIN 4017:2006 zu führen und unterliegt somit keinen Änderungen. Daraus folgt, dass die Aussagen zum Grundbruchverhalten weiterhin Gültigkeit behalten. Gleiten: Die Teilsicherheitsbeiwerte für den Gleitwiderstand bzw. des Erdwiderstands haben sich nicht geändert. Es gilt nach wie vor: γgl = 1,10 und γep = 1,40 Die Nachweisführung bleibt unverändert. Damit erhalten die Aussagen zum Gleitwiderstand weiterhin Gültigkeit. Mit den zuvor aufgeführt Begründungen wird die äußere Standsicherheit für alle Bauteile auch nach DIN EN 1997 und DIN 1054:2010 mit ausreichender Sicherheit als gegeben betrachtet und auf weitere Nachweise verzichtet. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 10

11 Innere Standsicherheit - Nachweise des GZT: Bei den geplanten Bauteilen handelt es sich vorwiegend um biegebeanspruchte Bauteile. Daher gehören zu den Nachweisen des GZT vornehmlich die Biege- und Querkraftbemessung. Die Biegebemessung erfolgte mit der Spannungs-Dehnungs-Linie des Parabel-Rechteck-Diagramms. Damit haben die aufgeführten Änderungen in Abschnitt 4 ausschließlich Auswirkungen auf die Nachweise der Gebrauchstauglichkeit (GZG). Die Eingangswerte für die Bemessung (Teilsicherheitsbeiwerte, Betondeckung sowie Betondruckfestigkeit) sind unverändert und haben auf die Bemessung im GZT keine Auswirkungen. Das Modell der Biegebemessung nach DIN EN 1992 ist gegenüber DIN 1045 unverändert. Damit bleiben die Ergebnisse der Biegebemessung gültig. Für die Querkraftbemessung ergaben sich nur geringe Änderungen, welche jedoch nur Auswirkungen auf den Mindestquerkraftwiderstand haben. Der Querkraftwiderstand des Betons liegt für alle Bauteile über den Beanspruchungen. Damit ist für alle Bauteile keine Querkraftbewehrung erforderlich. Damit werden mit der gewählten Bewehrung alle Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit nach DIN EN 1992 als erfüllt angesehen und auf weitere Nachweise verzichtet. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 11

12 Innere Standsicherheit - Spannungsnachweise: Die Modelle zur Ermittlung der Beton- und Stahlspannungen bleiben unverändert. Lediglich die Änderungen der Kriechzahl, des Schwindmaßes sowie die Änderung des Tangentenmodul Ecm wirken sich auf die Ergebnisse aus. Da es sich weitestgehend um statisch bestimmte Bauteile (Winkelstützwand bzw. Trog) handelt, sind die Auswirkungen der Kriechzahl und des Schwindmaßes bzgl. der Schnittgrößen und Spannungen gering und können toleriert bzw. ignoriert werden. Der Einfluss des Tangentenmodul Ecm ist von größerer Bedeutung. Dieser bewirkt gegenüber DIN 1045 eine größere Spannungsumlagerung auf den Beton, nach dem Prinzip: Steifigkeit zieht Kräfte an. Das bedeutet, dass für die Betonspannungen nach DIN EN 1992 ein größer Wert und für die Stahlspannung ein kleiner Wert ermittelt wird. Für die Stahlspannung bedeutet dies eine günstigere Wirkung und es kann damit auf weitere Nachweise verzichtet werden. Für die Betonspannungen bedeutet dies eine ungünstige Wirkung. Aus Erfahrung und anhand von Vergleichsrechnungen liegt der Zuwachs der Betonspannung zwischen %. Da die Auslastung der Betondruckspannung bei maximal η = 0,36 liegt und damit sehr gering ist, kann der Nachweis der Betondruckspannung ohne weiteren Nachweis als erfüllt angesehen werden. Damit wird der Spannungsnachweis für Beton und Stahl nach DIN EN 1992 als erbracht angesehen. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 12

13 Innere Standsicherheit - Rissbreitennachweis: Bei der rechnerischen Ermittlung der Rissbreite bzw. dem Nachweis der indirekten Methode (Nachweis über Grenzdurchmesser) bestehen keine Änderungen. Durch die zuvor beschriebenen Zusammenhänge zwischen E-Modul des Betons und der daraus resultierenden Spannungsverteilung haben die Änderungen nach DIN EN 1992 gegenüber DIN 1045 günstige Auswirkungen auf den Rissbreitennachweis. Die risserzeugende Stahlspannung verringert sich und dadurch vergrößert sich der Grenzdurchmesser bzw. die rechnerische Rissbreite verkleinert sich. Das Risspotential wird damit etwas verringert. Damit wird der Rissbreitennachweis ohne weiteren Nachweis als erbracht angesehen. - Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite: Die horizontale Bewehrung wird für alle Bauteile für den frühen Zwang ausgelegt. Alle Bauteile haben eine Bauteildicke < 80 cm. Demnach ist die Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite nach DIN EN 1992 zu bestimmen. An dem Modell bzw. den Gleichungen zur Ermittlung der Mindestbewehrung bestehen keine Abweichungen. Jedoch besteht gegenüber DIN 1045 (fct,0 = 3,00 ) eine Abweichung bezüglich dem Bezugswert der Betonzugfestigkeit. Dieser beträgt nach DIN EN 1992 fct,0 = 2,90. Dadurch wird eine etwas geringere Betonstahlspannung und damit eine etwas geringere Mindestbewehrung ermittelt. Die Abweichung ist sehr klein und vernachlässigbar. Damit erhalten die Ergebnisse für die Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite weiterhin Gültigkeit. - Konstruktive Mindestbewehrung: Die Bauteildicke beträgt bei allen Bauteilen maximal 30 cm. Damit beträgt die konstruktive Mindestbewehrung nach DIN 19702: as,min = 0,1% Ac = 3,0 Ø10-15 = 5,24 (maßgebend) Die gewählte Bewehrung ist mit Ø12-15 größer als die konstruktive Mindestbewehrung. Damit erfolgen keine weiteren Nachweis. Damit wird die innere Standsicherheit für alle Bauteile mit der gewählten Bewehrung auch nach ZTV-W LB 215, DIN und DIN EN 1992 mit ausreichender Sicherheit als gegeben betrachtet und auf weitere Nachweise verzichtet. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 13

14 7 Fazit und aktuelle Dokumente In den Abschnitten zuvor wurde nachgewiesen, dass die bisher geplante Konstruktion auch nach DIN EN 1997 und DIN 1054:2010 bzw. ZTV-W LB 215, DIN und DIN EN 1992 ohne weitere Berechnungen ausreichend standsicher ist. Es können alle Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) und im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erbracht werden. Damit können die Bauteile mit der gewählten Bewehrung entsprechend der statischen Berechnung [4] und den aktuell gültigen Normen und Richtlinien gemäß Abschnitt 3 durchgebildet werden, siehe auch Bewehrungsskizzen der statischen Berechnung [4]. Die Ausführungsplanung kann damit auf Grundlage der aktuellen Normen und Richtlinien und ohne weitere Änderungen erfolgen. Dabei sind die geplanten Abmessungen der Bauteile, Expositionsklassen und Betonfestigkeitsklassen, die Betondeckung sowie die gewählte Bewehrung umzusetzen. Es ist ein Betonstahl B500B nach DIN 488 zu verwenden. Die bisher aufgestellte statische Berechnung [4] hat nur im Zusammenhang mit diesem Dokument weiterhin Gültigkeit. Hinweis: Durch die statische Berechnung wurden die Abmessungen der Flügelwand des Einlaufbauwerkes Laucha gegenüber der Skizze auf Seite 39 der statischen Berechnung [4] geändert. Dies wurde in der Berechnung bereits berücksichtigt. Dabei wurde die Länge des erdseitigen Sporns von 1,20 m auf 1,40 m geändert. Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 14

15 Schlussblatt i. A. Dennis Wiebusch Aufgestellt am in Cottbus Vorgang: Schieberschacht und Einlaufbauwerk Seite: 15

16 Anlage A

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