rekord MBA Bewehrungskonsole Bemessungsbeispiel

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1 rekord MBA Bewehrungskonsole Januar 2016

2 Inhalt 1 Grundlagen zur konstruktiven Ausbildung von Ringankern und Ringbalken Einführung Bewehren eines Ringbalkens mit der rekord MBA Bewehrungskonsole Bemessung von Ringankern und Ringbalken mit rekord MBA Bewehrungskonsolen gemäß DIN EN Bemessung von Ringankern und Ringbalken mit rekord MBA Bewehrungskonsolen für den Brandfall Ringanker und Ringbalken Anforderungen an Ringanker und Ringbalken [DIN EN 1996, Abschnitt ] Anschluss zwischen Wand und aussteifendem Bauteil (DIN EN 1996, Abschnitt ) Schadensbegrenzung bei außergewöhnlichen Ereignissen Beispielrechnung Allgemeines Ringbalken Beschreibung Einwirkungen Schnittgrößen Bemessung Einsatz des MBA- Elementes als Sturz Beschreibung Statisches System Schnittgrößen Bemessung Brandschutz Nachweis der Feuerwiderstandsdauer Beschreibung Nachweis der Feuerwiderstandsdauer NW Feuerwiderstand Seite: 1

3 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: rekord Ringbalken- und Sturzschalung mit MBA-Steckbügelsystem... 3 Abbildung 2: Grundriss Verbrauchermarkt Abbildung 3: Giebelansicht Verbrauchermarkt Abbildung 4: Ringbalken, System und Belastung Abbildung 5: M yd Bemessungsmoment Abbildung 6: V zd Bemessungsquerkraft Abbildung 7: Erforderliche Längsbewehrung Abbildung 8: Ansicht auf den Sturzbalken Abbildung 9: Sturz, System und Belastung (vertikal) Abbildung 10: Sturz, System und Belastung (horizontal) Abbildung 11: Bemessungsmoment M zd Abbildung 12: Bemessungsquerkraft V yd Abbildung 13: Bemessungsmoment M yd Abbildung 14: Bemessungsquerkraft V zd Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Wirksame Bügelbewehrung... 5 Tabelle 2: Ringbalken, erforderliche Bewehrung Tabelle 3: Sturz, erforderliche Bewehrung Seite: 2

4 1 Grundlagen zur konstruktiven Ausbildung von Ringankern und Ringbalken 1.1 Einführung Abbildung 1: rekord Ringbalken- und Sturzschalung mit MBA-Steckbügelsystem Ringanker und Ringbalken dienen in erster Linie dem Abtrag horizontaler Lasten infolge von Wind, zur Gebäudeaussteifung oder auch zur Begrenzung von Verformungsunterschieden. Aber auch Vertikallasten sind z. B. im Bereich von Gebäudeöffnungen durch Ringbalken abzutragen. Die konstruktive Durchbildung zur Ausbildung der Ringanker und Ringbalken sowie Angaben zur Bemessung sind in den Normen DIN EN 1992 und 1996 geregelt. Im Folgenden werden zunächst die wesentlichen Anforderungen in statischer und konstruktiver Hinsicht, die an Ringanker und Ringbalken bestehen, aufgezeigt und erläutert. In Abschnitt 2 folgt dann eine exemplarische Beispielrechnung für jeweils einen Ringbalken und einen Sturz, hergestellt mit der MBA- Systemschalung mit integriertem Steckbügelsystem der Firma rekord Holzmann. Das MBA Schalungssystem der Firma rekord Holzmann (Abbildung 1: rekord Ringbalkenund Sturzschalung mit MBA-Steckbügelsystem) zeichnet sich durch besonders einfache und praxisgerechte Anwendung aus (s. Abschnitt 1.2). Seite: 3

5 Die statisch konstruktive Durchbildung mit Hilfe der rekord MBA Schalung unterscheidet sich gegenüber herkömmlich hergestellten Stahlbetonbalken in erster Linie durch die Ausbildung des Bügelschlosses. Die konstruktive Ausbildung von Bügeln insbesondere der Verankerung ist in Abschnitt 8.5 der DIN EN 1992 geregelt. Das Schließen der Bügel durch zwei sich übergreifende Steckbügel mit verkürzter Übergreifungslänge ist derzeit normativ nicht geregelt. Um das Schalungssystem auch in standsicherheitsrelevanten Bauteilen einsetzen zu können, ist demnach eine bauaufsichtliche Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt, Berlin) erforderlich. Diese ist für das Rekord-Ringbalken- und Sturzschalung mit MBA-Steckbügelsystem im Dezember 2015 durch das DIBt beschieden worden und wird beim DIBt unter der Zulassungsnummer Z geführt. 1.2 Bewehren eines Ringbalkens mit der rekord MBA Bewehrungskonsole Durch den Einsatz der MBA Bewehrungskonsole mit integriertem Steckbügelsystem sind Ringbalken und Ringanker mit nur wenigen Handgriffen ohne den Einsatz von Hebezeugen herstellbar. Aufstellen der Schalungselemente auf die Wandkrone Einbau der Bewehrungskonsole mit den unteren Steckbügeln (bereits vormontiert) Einlegen der Längsbewehrung, Lagefixierung durch Steckbügel Einstecken der oberen Bügelkappe in die Bewehrungskonsole 1.3 Bemessung von Ringankern und Ringbalken mit rekord MBA Bewehrungskonsolen gemäß DIN EN 1992 Die Bemessung hat auf Grundlage der DIN EN 1992 und den Anforderungen der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (Z ) zu erfolgen. Die Bemessung für Biegung und Querkraft ist unter Berücksichtigung der Ersatzquerschnittswerte für die einzelnen Querschnittstypen gemäß Tabelle 3 und 4 der AbZ durchzuführen. Die gegenüber DIN EN 1992 verkürzte Übergreifungslänge der Bügelstecker führt für die einzelnen Querschnittstypen zu einer Abminderung des wirksamen Bewehrungsquerschnitt (s. nachfolgende Tabelle und Abschnitt der AbZ). Seite: 4

6 Tabelle 1: Wirksame Bügelbewehrung Balkenhöhe [cm] Bügelbewehrung 8-15,6 cm 8-15,6 cm 8-15,6 cm Abminderungsfakor 0,27 0,34 0,46 A sw,wirksam [cm²/m] 1,70 2,20 2, Bemessung von Ringankern und Ringbalken mit rekord MBA Bewehrungskonsolen für den Brandfall Die Bemessung hat auf Grundlage der DIN EN 1992 und den Anforderungen des Abschnittes 3.4 der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung (Z ) zu erfolgen. Sofern bauaufsichtliche Anforderungen an den Feuerwiderstand bestehen, müssen die unterstützenden und aussteifenden Bauteile, an denen die Stürze bzw. Ringbalken angeschlossen werden, mindestens denselben Anforderungen an den Feuerwiderstand genügen, wie die Ringbalken selbst. Alle Sturz- und Ringbalkentypen, die nach Abschnitt 3.2 und 3.3 der AbZ bemessen wurden, sind als feuerhemmend mit einer Feuerwiderstandsdauer von 30 min (F30 bzw. R30) einzustufen. Bei höheren Anforderungen an den Feuerwiderstand (F60) ist die Obergrenze der Querkrafttragfähigkeit gemäß Tabelle 6 der AbZ zu beachten. Seite: 5

7 2 Ringanker und Ringbalken 2.1 Anforderungen an Ringanker und Ringbalken [DIN EN 1996, Abschnitt ] Ringanker sind gemäß DIN EN 1996 einzusetzen, wenn folgende Gegebenheiten zutreffend sind: Wenn die Übertragung der horizontalen Lasten auf die aussteifenden Elemente durch Ringbalken oder Ringanker erfolgt, sollten diese in jeder Deckenebene oder darunter angeordnet werden. Die Ringanker können aus Stahlbeton, bewehrtem Mauerwerk, Stahl oder Holz bestehen und sollten in der Lage sein, eine Zugkraft mit einem Bemessungswert von 45 kn abzutragen. Ringanker aus Stahlbeton sollten mindestens mit 2 14 bewehrt werden. Die Stöße sollten nach DIN EN ausgeführt und nach Möglichkeit versetzt ausgebildet werden. Parallel verlaufende Bewehrung kann mit dem vollen Querschnitt angerechnet werden, vorausgesetzt, sie befindet sich in Decken oder Fensterstürzen mit einer Entfernung von nicht mehr als 0,5m von der Deckenmitte. Wenn Decken ohne ausreichende Scheibentragwirkung genutzt oder Gleitschichten unter den Deckenauflagern eingebracht werden, sollte die horizontale Steifigkeit der Wand durch Ringbalken oder statisch äquivalente Bauteile sichergestellt werden. Seite: 6

8 2.2 Anschluss zwischen Wand und aussteifendem Bauteil (DIN EN 1996, Abschnitt ) Gemäß DIN EN 1996 kann der Anschluss zwischen der Wand und dem aussteifenden Element über Reibung oder Anker erfolgen. Anker: Anker müssen in der Lage sein, die horizontalen Lasten zwischen der Wand und dem aussteifenden Bauteil zu übertragen. Wenn die Auflasten auf der Wand eine vernachlässigbare Größe haben, wie z. B. bei einer Giebelwand-Dachverbindung, muss besonders darauf geachtet werden, dass die Verbindung zwischen den Ankern und der Wand wirksam ist. Der Abstand der Anker zwischen Wänden und Decken oder Dächern sollte nicht größer als 2m, bei Gebäuden mit mehr als 4 Stockwerken jedoch nicht größer als 1,25m sein. Reibung: Wenn Betondecken, Dächer oder Ringbalken unmittelbar auf einer Wand aufliegen, muss der Reibungswiderstand in der Lage sein, die Horizontallasten zu übertragen. 2.3 Schadensbegrenzung bei außergewöhnlichen Ereignissen (DIN EN 1992, Abschnitt 9.10 Zuggliedsystem) Tragwerke, die nicht für außergewöhnliche Ereignisse bemessen sind, müssen ein geeignetes Zuggliedsystem aufweisen. Dieses soll alternative Lastpfade nach einer örtlichen Schädigung ermöglichen, so dass der Ausfall eines einzelnen Bauteils oder eines begrenzten Teiles des Tragwerks nicht zum Versagen des Gesamttragwerks führt (fortschreitendes Versagen). Die nachfolgenden einfachen Regeln erfüllen im Allgemeinen diese Anforderungen. Zuganker sind als Mindestbewehrung und nicht als zusätzliche Bewehrung zu der aus der Bemessung erforderlichen Bewehrung vorgesehen. Seite: 7

9 Ringanker (Auszüge aus DIN EN 1992, Abschnitt ) In jeder Decken- und Dachebene ist in der Regel ein wirksam durchlaufender Ringanker innerhalb eines Randabstandes von 1,2m anzuordnen. Der Ringanker darf Bewehrung einschließen, die Teil der inneren Zuganker ist. Der Ringanker muss in der Regel folgende Zugkraft aufnehmen können:, mit: die Spannweite des Endfeldes die Zugkraft des Ringankers (10kN/m) 70kN Die innen liegenden Zuganker müssen in der Regel in jeder Richtung einen Bemessungswert der Zugkraft von, (in kn/m) aufnehmen können. Bei Decken ohne Aufbeton, in denen die Zuganker über die Spannrichtung nicht verteilt werden können, dürfen die Zuganker konzentriert in den Fugen zwischen den Bauteilen angeordnet werden. In diesem Fall ist die aufzunehmende Mindestkraft in einer Fuge: 2 mit:, die Spannweiten (in m) der Deckenplatten auf beiden Seiten der Fuge 10kN/m 70kN Seite: 8

10 3 Beispielrechnung 3.1 Allgemeines In einfachen Verbrauchermärkten erfolgt die horizontale Gebäudeaussteifung in der Regel durch eine Kombination aus Ringbalken und Stützen. Die Beispielrechnung erfolgt daher an einem vergleichbaren statischen System. 3.2 Ringbalken Beschreibung Der Verbrauchermarkt wird im Grundriss durch ein regelmäßiges Stützenraster von 4,80m x 4,80m gebildet. Der Stützenzwischenraum wird kraftschlüssig ausgemauert. Die Mauerwerkswände können somit in statischer Hinsicht zum Lastabtrag angesetzt werden; sowohl in der Wandebene als auch lotrecht hierzu. Im Rahmen dieser Beispielrechnung werden ausschließlich lotrechte Beanspruchungen betrachtet und Beanspruchungen in Scheibenebene werden vernachlässigt. Abbildung 2: Isometrie Verbrauchermarkt Seite: 9

11 Abbildung 3: Grundriss Verbrauchermarkt Abbildung 4: Giebelansicht Verbrauchermarkt Seite: 10

12 3.2.2 Einwirkungen Die Bemessung des Ringbalkens b/h = 24 /30 cm erfolgt unter Ansatz der horizontalen Lasten aus eventueller Schiefstellung sowie Windlasten. Für die Schiefstellung wird eine Vertikallast aus der Dachkkonstruktion von 25 kn/m angenommen. Des Weiteren wird unterstellt, dass das Gebäude innerhalb der Windzone I gemäß DIN EN 1991 steht. Die Anströmrichtung des Windes ist auf die Traufe gerichtet. infolge Schiefstellung: a 0,008 2 k &n (,) 0,008/ 2 7,05 2,13 E-3 25*2,13E-3* 0,05 kn/m infolge Wind: c p =1,3 w q 1,3*0,5*4,30/22,80 3,2 kn/m C20/25 b/h=30/22 4,80 4,80 4,80 4,80 4, , , , , , ,40 Abbildung 5: Ringbalken, System und Belastung Seite: 11

13 3.2.3 Schnittgrößen Myd[kNm] Abbildung 6: M yd Bemessungsmoment Vzd[kN] Abbildung 7: V zd Bemessungsquerkraft Seite: 12

14 3.2.4 Bemessung As [cm2] Abbildung 8: Erforderliche Längsbewehrung Betondeckung: ,003 gemäß XC3 c 5,6 3,00,83,80cm 7 0 8,9 2 3,801,2 2 Innerer Hebelarm: Betondeckung der Längsbewehrung 4,4003 Achsabstand der Längsbewehrung 7 22;4,5017,503 Statischer Hebelarm < ~ 0,9 d 0,9 17,515,8cm max < d;2 c 89 17,5;2 3,89,9cm < d;0 89 ;3,017,5;3,8;3,0AB,CDE maßgebend F GH,I JK GH,I L 100 M 9 N IO P Q R 7 (6.2a) mit: K GH,I = 0,15 U S I 0,15 T 1,5 0,10 Seite: 13

15 L 1V 200T 7 1V200 T 175 2,07W2,0 M 9 X Y9 T QR 7 2 1,13 U 30 17,5 4,30 10 Z F GH,I J0,10 2, ,30 10 Z 20 P 0,30 0,17521,5L[/3 F GH,I \ 2 Q R 7 0,44 0,30 0,17523,3 L[/3 (6.2b) mit: \ 2 \ 2 0,0525 S I L ]N IO 0,0525 1,5 0, ,4433 1,2 0^_` a1;f GH,II F bh c 1,2 d1; 20,9 T 14,5 e ;2,72W3,0 (6.7aDE) mit: T F GH,II 0 0,48 N IO QR < V gh,ii 0,5 0,48 2,71 0,30 0,1120,9L[/3 (6.7bDE) j YR,k F bh < N lrh cot` 14,5 0,11 43,5 3,0 1,0103T 3 j YR,2 M R,2 Q R sinq 0,16 N I2 Q R 0,16 2,2 0,3 2,1 stu q N lo 1, T 3 Vorhandene wirksame Bügelbewehrung unter Berücksichtigung des Abminderungsfaktors aufgrund der verkürzten Übergreifungslänge für den 30cm hohen Balken: j YR,vwx)yz 6,41 0,462,95 03T 3 Seite: 14

16 Tabelle 2: Ringbalken, erforderliche Bewehrung Längsbewehrung außen / innen jeweils ,132,2603 {1,50j Y,k. Bügelbewehrung j YR,vwx)yz 2,95 03T 3 {2,12j Y,k. Seite: 15

17 3.3 Einsatz des MBA- Elementes als Sturz Beschreibung Der Sturz in der Außenwand wird sowohl vertikal infolge von Wand und Dachlasten als auch horizontal infolge von Wind beansprucht. Für die horizontale Beanspruchung wird eine Einflusshöhe der Windlasten von 2,00 m angesetzt. Eine Lastabminderung infolge der sich einstellenden Gewölbewirkung oberhalb der Öffnung wird im Rahmen dieser Beispielrechnung auf sicherer Seite vernachlässigt. Die Bemessung erfolgt für den Sturz unter Berücksichtigung der Doppelbiegung programmgestützt mit dem Programm B2 von Friedrich + Lochner. Abbildung 9: Ansicht auf den Sturzbalken Seite: 16

18 3.3.2 Statisches System 4,1 C20/25 b/h=22/30 2, , ,33 Abbildung 10: Sturz, System und Belastung (vertikal) 1,3 31,4 C20/25 b/h=30/22 2, , ,33 Abbildung 11: Sturz, System und Belastung (horizontal) Eigengewicht: } O 16 0,24 1,24,61L[/3 } O 0,24 0,30 251,80L[/3 } O 25L[/3 &} O 31,4L[/3 Wind: ~ O 1,3 0,500,65L[/3² ~ O 0,65 2,50/21,50/21,30L[/3 Schnee: s ) 0,8 0,650,52kN/m² Seite: 17

19 s ) 0,52 7,804,10kN/m Bemessungslasten: & H 1,35 31,41,50 4,1048,5L[/3 & Hl 1,50 1,301,95L[/ Schnittgrößen 0,3 0,6 0,9 0,98 1,2 Abbildung 12: Bemessungsmoment M zd ] -2,0-1,96-1,5-1,0-0,5 0,5 1,0 1,5 2,0 1,96 Abbildung 13: Bemessungsquerkraft V yd Seite: 18

20 , ,5 32 Abbildung 14: Bemessungsmoment M yd , , , ,8 60 Abbildung 15: Bemessungsquerkraft V zd Seite: 19

21 3.3.4 Bemessung Seite: 20

22 Tabelle 3: Sturz, erforderliche Bewehrung Längsbewehrung ,546,1603 {6,10j Y,k. Bügelbewehrung j YR,vwx)yz 2,95 03T 3 {2,52j Y,k. Seite: 21

23 3.4 Brandschutz Nachweis der Feuerwiderstandsdauer Beschreibung Sofern bauaufsichtliche Anforderungen an den Feuerwiderstand bestehen, müssen die unterstützenden und aussteifenden Bauteilen, an denen die Stürze bzw. Ringbalken angeschlossen werden, mindestens denselben Anforderungen an den Feuerwiderstand genügen, wie die Ringbalken selbst Nachweis der Feuerwiderstandsdauer Der Nachweis der Feuerwiderstandsdauer kann für die unterschiedlichen Sturz- bzw. Ringbalkentypen, die gemäß Abschnitt 3.3 der Zulassung für den Kaltfall bemessen worden sind, für die Anforderung F30 bzw. R30 als erfüllt angesehen werden. Bei höheren Anforderungen an den Feuerwiderstand als F30 bzw. R30, ist die Einhaltung von Obergrenzen für die Bemessungswerte der Querkrafttragfähigkeit unter normalen Temperaturen (Kaltfall) gemäß Tabelle 6 Zeilen 2, 4 und 6 der Zulassung nachzuweisen NW Feuerwiderstand Ringbalken gemäß Abschnitt 3.2: System: b / h = 22 / 30 Q F60 = 21,9 kn 14,5 kn = Qzd, vorh. Feuerwiderstand vorh. = F60 Sturz gemäß Abschnitt 3.3: System: b / h = 22 / 30 Q F60 = 21,9 kn 48 kn = Qzd, vorh. Feuerwiderstand vorh. = F30 Der Feuerwiderstand wird im vorliegenden Fall durch den Sturz auf F30 begrenzt. Bei höheren Anforderungen an den Brandschutz ist der Feuerwiderstand durch geeignete Brandschutzverkleidungen sicherzustellen. Seite: 22