Sondergebiete des Stahlbetonbaus

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1 Sondergebiete des Stahlbetonbaus - Entwurf - Entwurf von Stahlbetontragwerken - Inhalt Bauteile / Übersicht Balken Platten Rahmen Bögen Schalen Aussteifung Allgemeines Abtriebskräfte Steifigkeiten von Wänden und Kernen Lastabtrag Bemessung und Konstruktion Entwurf / Vordimensionierung Decken Unterzüge Stützen Gründungen 1

2 Bauteile / Übersicht Bauteile / Übersicht Balken Platten Rahmen Bögen Schalen Aussteifung Allgemeines Abtriebskräfte Steifigkeiten von Wänden und Kernen Lastabtrag Bemessung und Konstruktion Entwurf / Vordimensionierung Decken Unterzüge Stützen Gründungen Bauteile Einteilung der verschiedenen Bauteile Balken (Decken-) Platte Plattenbalken Stütze Wand / Scheibe Tragwerk (Plattenbalken auf Stützen) 2

3 Bauteile Einteilung der verschiedenen Bauteile Rahmen aus stabförmigen Bauteilen Bogen Rahmen aus flächenförmigen Bauteilen Gewölbe / Schale Bauteile - Balken Übersicht über verschiedene Balken-Baustoffe Holz Stahl Stahlbeton / Spannbeton 3

4 Bauteile - Deckentragwerke Anwendungsgebiete Deckentragwerke aus Stahl- und Spannbeton werden im üblichen Hochbau für Dachund Geschossdecken verwendet. Im Industrie- und Gewerbebau werden häufig befahrbare Decken verwendet. Hierbei müssen hohe Punktlasten aufgenommen werden, die dynamisch wirken können (z.b. bei Gabelstaplerverkehr oder Maschinenbetrieb). Bei der Lastabtragung werden grundsätzlich drei Systeme unterschieden: Einachsig gespannte Decken Die Lastabtragung erfolgt in einer Richtung (in kürzer Richtung l min für l max / l min > 2) Zweiachsig gespannte Decken Die Lastabtragung erfolgt in beiden Richtung (bevorzugt in kürzer Richtung l min für l max / l min 2) Punktförmig gestützte Decken Die Lastabtragung erfolgt in beiden Richtung entlang der Gurtstreifen zwischen den Stützen Bauteile - Deckentragwerke Anwendungsgebiete Deckenart einachsig gespannt zweiachsig gespannt punktförmig gestützt Vollplatten 1) Elementplatten 1) Vollplatten elementiert bei raumgroßen Platten in Ausnahmefällen Hohlkörperdecken 1) nicht im Durchstanzbereich Hohlplatten Rippendecken TT-Platten 1) mit Durchlaufwirkung 4

5 Bauteile - Platten Deckenplatten aus Stahl- und Spannbeton Vollplatten aus Ortbeton einachsig gespannt zweiachsig gespannt Flachdecken Hohlkörperdecke Rippendecke Balkendecke Vorgefertigte Deckensysteme Vollmontagebauweise Vollplatten, Hohlplatten TT-Platten Mischbauweise (mit Ortbetonergänzung) Elementdecken TT-Platten Bauteile - Platten Übersicht typischer Deckenplatten aus Stahl- und Spannbeton Ortbetonbauweise Vollplatte Mischbauweise Elementplatten Vollmontagebauweise Vollplatten Hohlkörperdecke mit Kugeln Rippendecke mit Zwischenbauteilen Hohlplatten Stahlbeton-Hohlplatten mit Röhren ohne Zwischenbauteile Spannbeton-Hohlplatten Rippendecke Balkendecke TT-Platten 5

6 Bauteile - Deckentragwerke Bürogebäude in Ortbetonbauweise Beispiel: Vollplatte mit Mittel- und Randunterzügen Vollplatte (h 20 cm bei 5,5 m) Hohlkörperdecke (h 22 cm bei 5,5 m) : evtl. keine Schalung erforderlich volle Durchlaufwirkung gute Scheibenwirkung Mischbauweise mit Elementplatten (h 20 cm bei 5,5 m) : keine Schalung erforderlich Bauteile - Deckentragwerke Bürogebäude in Ortbetonbauweise Beispiel: Flachdecke mit nichttragender Fassade Vollplatte (h 26 cm bis 7,5 m) Hohlkörperdecke (h 26 cm bis 7,5 m) : evtl. keine Schalung erforderlich volle Durchlaufwirkung gute Scheibenwirkung Mischbauweise mit Elementplatten (h 26 cm bis 7,5 m) : keine Schalung erforderlich 6

7 Bauteile - Deckentragwerke Bürogebäude in Fertigteilbauweise Beispiel: Voll-und Hohlpatten mit Mittelunterzug und tragender Lochfassade Mischbauweise mit Gitterträger-Elementplatten (h 22 cm bis 7,5 m): Vollmontagebauweise mit Elementplatten (h 25 cm bis 7,5 m): keine Schalung erforderlich gute Scheibenwirkung keine Unterstützung und Schalung erforderlich Vollmontagebauweise mit Stahlbeton-Hohlplatten (h 26 cm bis 7,5 m): keine Unterstützung und Schalung erforderlich Bauteile - Deckentragwerke Bürogebäude in Fertigteilbauweise Beispiel: TT-Platten ohne Mittelunterzug und Bandfassade Mischbauweise mit TT-Platten (h 60 cm bis 13 m): gute Querverteilung gute Scheibenwirkung Vollmontagebauweise mit TT-Platten (h 50 cm bis 13 m) : keine Ortbetonschicht erforderlich 7

8 Bauteile - Deckentragwerke Bürogebäude in Fertigteilbauweise Beispiel: Spannbeton-Hohlplatten ohne Mittelunterzug und nichttragender Fassade Vollmontagebauweise mit Spannbeton-Hohlplatten (h = 32 cm): bei abgehängter Decke bis 13 m Vollmontagebauweise mit Spannbeton-Hohlplatten (h = 40 cm): bei abgehängter Decke bis 15 m ohne abgehängte Decke bis 13 m Bauteile - Deckentragwerke Industriebau mit Fertigteilen Beispiel: Mischbauweise mit Elementdecken Vorteile: einachsig- oder zweiachsig gespannt mit voller Durchlaufwirkung der Deckenplatte variable Plattengeometrie gute Querverteilung mittragende Plattenbreite 8

9 Bauteile - Deckentragwerke Industriebau mit Fertigteilen Beispiel: Mischbauweise mit Elementdecken und Nebenträgern Vorteile: evtl. keine Montageabstützung einachsig- oder zweiachsig gespannt mit voller Durchlaufwirkung der Deckenplatte hohe Nutzlasten gute Querverteilung mittragende Plattenbreite Bauteile - Deckentragwerke Industriebau mit Fertigteilen Beispiel: Vollmontagebauweise mit Spannbeton-Hohlplatten Vorteile: einachsig gespannt keine Durchlaufwirkung der Deckenplatte keine Montageabstützung große Spannweiten inf. Vorspannung geringe Bauhöhen 9

10 Bauteile - Deckentragwerke Industriebau mit Fertigteilen Beispiel: Mischbauweise mit TT-Platten und Ortbetonergänzung Vorteile: einachsig gespannt ohne Durchlaufwirkung der Deckenplatte mit durchgehender Ortbetonschicht i. A. keine Montageabstützung hohe Nutzlasten große Spannweiten inf. Vorspannung Bauteile - Platten Decken in Stahlverbundbaubaueise Verbundträger Verbunddecke 10

11 Bauteile - Platten Stahlbetonrippendecken mit ganz oder teilweise vorgefertigten Rippen und mit statisch mitwirkenden oder nicht mitwirkenden Zwischenbauteilen Zwischenbauteile aus gebranntem Ton (Deckenziegel) Zwischenbauteile aus Leichtbeton (Bims-Baustoff) Zwischenbauteile aus Normalbeton Bauteile - Rahmen Einteilung verschiedener Rahmentragwerke Zweigelenkrahmen mit eingespannten Stützen Rahmen mit biegesteifen Ecken Dreigelenkrahmen geschlossener Rahmen mit biegesteifen Ecken 11

12 Bauteile - Rahmen Verformungen infolge Horizontalkraft Zweigelenkrahmen mit eingespannten Stützen Rahmen mit biegesteifen Ecken Dreigelenkrahmen geschlossener Rahmen mit biegesteifen Ecken Bauteile - Rahmen Beispiel: Zweigelenkrahmen im Fertigteilhallenbau (Sytembauweise) 12

13 Bauteile - Rahmen Beispiel: Dreigelenkrahmen im Betonfertigteilbau Bauteile - Rahmen Beispiel: geschlossener Stahlbetonrahmen im U-Bahnbau 4,50 13

14 Bauteile - Bogen Parabelbogen Stützlinie unter Gleichstreckenlast Stützlinie unter Einzellast Statisches System und Verformung unter Einzellast M = 0 M 0 Bauteile - Bogen Halbkreisbogen Baumaterialien Bruchverformung 14

15 Bauteile - Bogen Beispiel: Stahlbetonbogen im Brückenbau Bauteile - Schalen Gewölbe Schalen Membranschale Membranzustand: m = q = 0 Lastabtragung in der Schalenebene 15

16 Bauteile - Schalen Hallendächer Kugelschale Beispiel: Jahrhunderthalle, Frankfurt Hyperschale Beispiel: Eberthalle, Ludwigshafen Friesenheim Aussteifung Bauteile / Übersicht Balken Platten Rahmen Bögen Schalen Aussteifung Allgemeines Abtriebskräfte Steifigkeiten von Wänden und Kernen Lastabtrag Bemessung und Konstruktion Entwurf / Vordimensionierung Decken Unterzüge Stützen Gründungen 16

17 Aussteifung - Allgemeines Allgemeines Standsicherheit von Tragwerken gegen Horizontallasten (z.b. Wind, seitlicher Erddruck, Bremskräfte, Erdbeben oder infolge von Lotabweichungen der vertikalen Tragelemente) Möglichkeiten für Gesamtstabilität (auch Kombinationen möglich): Rahmenstabilisierung Rahmenkonstruktionen oder eingespannte Einzelstützen mit Binder (ohne zusätzliche Verbände) z.b. Industriehallen Achtung: Verschieblichkeit Aussteifung - Allgemeines Stabilisierung mit Verbänden Regel: 1 x Dachverband alle 5 Felder Abtragung von Horizontallasten nach außen Übergabe der Lasten an Wandverbände Stützen und Riegel Ober- bzw. Untergurt der Verbände geringe Querschnittsprofile Pfetten übertragen Druckkräfte Bemessung auf Knicken Diagonale: Auskreuzung mit Stäben oder Stahlseilen Ausfall bei Druckbeanspruchung Vorspannung 17

18 Aussteifung - Allgemeines Scheibenstabilisierung Aufnahme von Horizontalkräften mittels horizontalen (Decken) und vertikalen (Wänden) Scheiben. Aussteifung - Allgemeines Stabilisierung durch Kerne / Röhren Oft ist es möglich, z.b. bei Treppenhäusern, Fahrstuhloder Versorgungsschächten vier oder mehr Wände zu Kernen zu verbinden. Der so entstehende Hohlkastenquerschnitt hat eine große Biege- und Torsionssteifigkeit. Wenn er nicht durch große Türen und Öffnungen geschwächt ist. 18

19 Aussteifung - Allgemeines Vertikale Aussteifungselemente Wandscheiben, Fachwerkscheiben (Verbände), Rahmen, eingespannte Stützen. Horizontale Aussteifungselemente Deckenscheiben, Fachwerkscheiben (Verbände), Ringbalken. Die als Scheiben wirksamen Decken (Deckenscheiben) oder speziell angeordnete Scheiben (z.b. Fachwerkscheiben) sammeln die horizontalen Kräfte und leiten sie an vertikale Aussteifungselemente (Wände, Rahmen, Fachwerkscheiben, eingespannte Stützen) weiter. Es müssen mindestens 4 Aussteifungselemente angeordnet werden: eine horizontale Scheibe (z.b. Deckenscheibe), deren Auflager durch die vertikalen Aussteifungselemente gebildet werden, sowie drei vertikale Aussteifungselemente (leisten Widerstand gegen Verschiebungen in Richtung ihrer Mittelebene), deren Achsen sich nichtin einem gemeinsamen Punkt schneiden dürfen (mindestens 3 Festhaltungen im Grundriss). Aussteifung - Allgemeines Horizontale Aussteifungselemente Folgendes ist zu beachten: Jedes Einzelbauwerk muss ausgesteift sein, z.b. auch Reihenmittelhäuser, aber auch die einzelnen, voneinander durch Dehnfugen getrennten Bauabschnitte eines Bauwerks. Die Aussteifung erfolgt geschossweise. Aussteifungselemente sollten übereinander stehen. Um rissefreiekonstruktionen zu erhalten, sollte die Lage der Wände zwängungsarmeverformungen infolge von Temperaturschwankungen und Schwinden ermöglichen: Keine steifen Elemente einander gegenüberliegend anordnen, gegebenenfalls Schwindgassen freilassen! Ständig wirkende vertikale Auflasten verbessern das Tragverhalten der Wandscheiben und verringern den Aufwand für die Gründung. Öffnungen in den Wänden sind begrenzt möglich. 19

20 Aussteifung - Abtriebskräfte Vertikal aussteifende Bauteile Die einzelnen aussteifenden Bauteile sind für Schnittgrößen zu bemessen, die sich aus der Berechnung am Gesamttragwerk ergeben, wobei die Auswirkungen der Einwirkungen und Imperfektionen am Tragwerk als Ganzem einzubeziehen sind. Die Abtriebskraft im Geschoss i beträgt: Dabei ist i die Schiefstellung des Gesamtragwerks mit der Höhe L: 1 1 i 100 L 200 Sind mehrere lastabtragende Bauteile nebeneinander vorhanden, darf i mit dem Faktor α m abgemindert werden: m 05, (11 / m) mit m i n H V ij j 1 i m= 2 m= 2 m= 3 m= 3 Anzahl der vertikalen Bauteile, die zur Gesamtauswirkung beitragen Für mdürfen die vertikalen Bauteile angesetzt werden, die mindestens 70 % des Bemessungswertes der mittleren Längskraft N Ed /naufnehmen. N Ed ist die Summe der Längskräfte aller nebeneinanderliegenden lotrechten Bauteile im betrachteten Geschoss.. i i i i Aussteifung - Abtriebskräfte System(un)verschieblichkeit Nach EC 2, (6) dürfen die Auswirkungen nach Theorie II. Ordnung vernachlässigt werden, wenn sie weniger als 10 % der entsprechenden Auswirkung nach Theorie I. Ordnung betragen. Alternativ dürfen nach EC 2, Nachweise am Gesamttragwerk nach Theorie II. Ordnung vernachlässigt werden, falls bei annähernd symmetrischen Tragwerken gilt: 2 FV,Ed L ns K1 E cd I c n s 16, K 1 = 0,31 (bzw. 0,62 für wenn die Aussteifungsbauteile im GZT nicht gerissen sind) mit F V,Ed Summe der Bemessungswerte der Vertikallasten mit F = 1,0 L Gesamthöhe des Gebäudes oberhalb der Einspannung E cd Bemessungswert des Elastizätsmoduls von Beton E cd = E cm /1,5 I c Trägheitsmoment des ungerissenen Betonquerschnitts der aussteifenden Bauteile n s Anzahl der Geschosse Wenn die lotrecht aussteifenden Bauteile nicht annähernd symmetrisch angeordnet sind, muss zusätzlich die Verdrehsteifigkeit aus der Kopplung der Nennwölbsteifigkeit E cd I und Torsionssteifigkeit G cd I T folgende Bedingung erfüllen: 1 ns 031, 2 n s 16, 1 EcdI 1 GcdI T L 2 228, 2 jfv,ed,j rj jfv,ed,j r j mit r j Abstand der Stütze j vom Schubmittelpunkt des Gesamtsystems F v,ed,j Bemessungsw.der Vertikallast der aussteifenden/ausgesteiften Bauteilej mit F =1,0 20

21 Aussteifung - Aussteifungssysteme Aufteilung der Aussteifungslasten Grundriss Grundriss mit unregelmäßig angeordneten Aussteifungselementen Das System erfährt Verschiebungen und Verdrehungen. Verschiebung f z 0 Verschiebung f y 0 Verdrehung φ 0 mit M 0 Schubmittelpunkt des Gesamtsystems M j Schubmittelpunkt des Aussteifungskerns Die Koordinaten des Schubmittelpunktes betragen: n n EIyi yi EIzi zi i=1 y0 i=1 z n 0 n EIyi EIzi i=1 i=1 Betrachtet wird ein räumliches Aussteifungssystem: Die Einwirkung der einzelnen Wände ergibt sich näherungsweise entsprechend der anteiligen Biegesteifigkeit aus den Horizontallasten und deren Abstand um den Schubmittelpunkt der Wandgruppe (Versatzmoment bzw. Torsionsbeanspruchung). Aussteifung - Aussteifungssysteme Aufteilung der Aussteifungslasten Die durch Geschossdecken miteinander verbundenen, aussteifenden Bauteile (Wände) können in ihrer Gesamtheit wie ein einziger Stab (Gesamtstab) behandelt werden. Bei Verwendung der Querschnittswerte des Gesamtstabes sind dann alle aus der Balkenstatik bekannten Beziehungen gültig. Vereinfacht gilt für Aussteifungselemente, die über die Gebäudehöhe einen konstanten Querschnitt haben: Die Verteilung der Lasten erfolgt in Abhängigkeit von den Biegesteifigkeiten EI y bzw. EI z. Unter Vernachlässigung der gemischten Flächenmomente 2. Grades der Einzelelemente, der Torsions-, Schub- und der Wölbsteifigkeit ergibt sich bei Lastaufteilung für die einzelnen Wände bei Biegebeanspruchung in y- und z-richtung (Translation): qyj EIzj n EIzi i=1 qy0 EIyj qzj q n z0 EIyi i1 Torsionsbeanspruchung in y-und z-richtung (Rotation): qyj EIzj zj mt EIzj z j² EIyj y j² qzj EIyj yj mt EIzj z j² EIyj y j² 21

22 Aussteifung - Steifigkeit von Wänden und Kernen Biege- und Schubsteifigkeit Bei Wandscheiben und Kernen ist i. A. ihre Biege-undSchubsteifigkeit anzusetzen. Verformungen, Spannungen und Steifigkeiten bei einer Wand mit Biegebeanspruchung mit Schubbeanspruchung Biegesteifigkeiten: E I z, E I y Schubsteifigkeiten: G A sz, G A sy mit G A sz, A sy Schubmodul für Beton: G E/ 2,4 Schubflächen in z- und y-richtung Ermittlung der Schubsteifigkeit Aussteifung - Steifigkeit von Wänden und Kernen Die Schubspannungsverteilung ergibt sich bei einem Rechteckquerschnitt aus: ( z) V S( z) V 1 z I b 2 A h Die Schubfläche A s wird nach dem Prinzip der Gleichheit der Formänderungsenergien ermittelt: z ( ) z ( ) Die Formänderungsenergie beträgt: da da 2 2 G A A 2 V V 2 G As 22

23 Aussteifung - Steifigkeit von Wänden und Kernen Beispiel: Steifigkeit einer Aussteifungswand Eingespannte Wand, b/h = 0,25/4,00 m Wandhöhe L= 20,00 m; Beton C 25/30 Die Biegesteifigkeit beträgt: 0,25 4,0 E I MNm 12 Die Schubsteifigkeit beträgt: G A s 0,25 4, MN. 2, Die Kopfverschiebung infolge H = 1 MN ergibt sich aus beiden Anteilen zu: 1 H 3 H f L L 3E I G As , 2000, 00645, 00019, 00664m, Der Anteil der Schubverformung beträgt 2,8 %. Aussteifung - Steifigkeit von Wänden und Kernen Beispiel: Steifigkeit einer Aussteifungswand Auswertung für unterschiedliche Schlankheiten L/h Die Auswertung zeigt, dass der Anteil Schubverformung bis zur Schlankheit L/h = 5,0 auf 2,8 % abnimmt und daher bei größeren Schlankheiten ab L/h 5,0 vernachlässigt werden darf. Bei kleineren Schlankheiten als L/h = 5,0 sollte der Einfluss der Schubverformungen hingegen berücksichtigt werden. 23

24 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Allgemein TRAGWANDSYSTEME Kernbauweise RAHMENSYSTEME Außenwandröhre, Lochfassade TRAGWANDSYSTEM MIT AUSSTEIFENDEN GESCHOSSEN Outrigger Systeme Technikgeschosse als Aussteifungselemente HYBRIDSYSTEME Kombination mehrerer Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Tragwandsysteme 24

25 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Tragwandsysteme - Beispiel Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Tragwandsysteme - Kerne mit Öffnungen Bespiel: Hochhaus AFE Uni FFM Ansicht mit einseitiger Kopplung von Kernen Bespiel: Zürich Hochhaus in FFM Grundriss mit innerem Kern als gegliederter Hohlkasten (ebene Lastabtragung bei mittiger Windlast) 25

26 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Rahmensystem / Rohrsystem ( Tube - System) Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Rahmensystem / Rohrsystem ( Lochfassade ) 26

27 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Outrigger Systeme Kombination Kern-Außenstützen zur besseren Lastverteilung und Verformung ohne Kopplung Kerns: Kopplung Kerns durch steife Kopftragwerke oder Technikgeschosse: Aktivierung der Normalkraftsteifigkeit der Stützen durch steife Kopftragwerke oder Technikgeschosse. Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Qutrigger-Systeme 27

28 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen 28

29 Zusammenwirken von Wandscheiben und Rahmen Hybride Konstruktionen Verformungen und Kopplungskräfte zwischen Wandscheibe und Rahmen ohne Kopplung: Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern mit horizontaler Kopplung: freie Scheibe freier Rahmen Kombination Rahmen + Scheibe Bei der Kopplung entlastet der Rahmen bereits durch Übernahme geringer Horizontalkräfte die Wandscheibe beträchtlich. Daher hat sich bei Hochhäusern eine Kombination aus einem inneren Kern und einem Hohlkasten aus Rahmen im Fassadenbereich als günstig erwiesen. Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Typische Hochhausbauweise tube in tube Prinzip: Äußerer Hohlkasten aus Rahmen mit innerem Kern Bespiel: Hochhaus The Landmark, Hongkong (45 Geschosse) Grundriss mit gegliedertem Hohlkasten aus Rahmen im Fassadenbereich und innerem Kern 29

30 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Rahmensystem / Rohrsystem ( Tube -System) - Beispiel Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Gebündelte Röhrensysteme Bundled Tubes 30

31 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Vierendeltragwirkung Für Wände und Kerne mit regelmäßigen übereinanderliegenden Öffnungen sind die Wandteile als Riegel und Pfosten eines Vierendelträgers zu bemessen. Wand mit Öffnungen und Verformungen: Ersatzsystem und Biegemomente: MR Mo Mu 2 H h H h Mo Mu H h/ 2 H h V 2 2 L/ 2 L MR 2 H h H h Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Hybride Konstruktionen Vierendeltragwirkung Bewehrungsführung im Bereich der Rahmenknoten für wechselnde Biegemomente Rahmenknoten mit hoher Beanspruchung!M: Rahmenknoten mit geringer Beanspruchung!M: 31

32 Aussteifung Tragstrukturen zur horizontalen Aussteifung von Hochhäusern Statisches Systeme und Schnittgrößenverlauf aussteifender Kerne In die Bodenplatte eingespannter Kern Wenn der Grenzfall vorliegt, dass die Deckenscheiben keine Horizontalkräfte aufnehmen, ist eine volle Einspannung des Kerns in die Bodenplatte erforderlich. Auf der Sohle gelenkig gelagerter Kern Wenn der Grenzfall vorliegt, dass die Gründung keine Einspannmomente aufnimmt, muss die Kellerdecke in Verbindung mit Kellerwänden als aussteifende Scheibe ein horizontales Lager bilden. In die Bodenplatte eingespannter Kern mit elastischer horizontaler Lagerung Im Grenzfall einer starren Scheibe (c= ") und vollen Einspannung haben die Kernbiegemomente in Höhe der Kellerdecke u. der Sohle entgegengesetzte Vorzeichen und es ergibt sich eine hohe Querkraftbeanspruchung des Kerns im Kellerbereich. Aussteifung - Lastabtrag Einzugsfläche für ständige Vertikallasten Zur Aufnahme der Biegemomente und insbesondere bei in Fundamentplatten eingespannten Kernen wirkt sich eine ständige Vertikallast günstig bei der Fundamentexzentrizität und in der Regel auch bei der aus Biegebemessung aus. Daher ist die Lasteinzugsfläche für ständigen Vertikallasten möglichst groß zu wählen. Kleine Lasteinzugsfläche: Große Lasteinzugsfläche: Beispiel für einen Grundriss mit kleiner Lasteinzugsfläche durch unzweckmäßige Stützenordnung Beispiel für einen Grundriss mit großer Lasteinzugsfläche und mittiger Kernbelastung (unterschiedliche Geschossanzahl - links / rechts) 32

33 sd Zugkeildeckung Aussteifung Bemessung von Wänden Für Wände mit Normalkraftbeanspruchung und tief liegender Nulllinie ist der Nachweis der Zugkeildeckung wirklichkeitsnah. Die Zugkeilkraft wird hierbei auf der sicheren Seite im Zustand I ermittelt. Die Zugzonenbreite beträgt: ht h I II # c # c # I c Die Zugkeilkraft beträgt: I ht b Z # c 2 Die hierfür erforderliche Bewehrung wird entsprechend dem Verlauf der Zugkeilspannung verteilt. Im GZT wird die Bemessungsfestigkeit des Betonstahls angesetzt: Fsd As,erf fyd mit F Z Entwurf Bauteile / Übersicht Balken Platten Rahmen Bögen Schalen Aussteifung Allgemeines Abtriebskräfte Steifigkeiten von Wänden und Kernen Lastabtrag Bemessung und Konstruktion Entwurf / Vordimensionierung Decken Unterzüge Stützen Gründungen 33

34 Entwurf - Decken Allgemeines Entwurf - Decken Stahlbetonplattendecken (Vollbetondecken) 34

35 Entwurf - Decken Stahlbetonplattendecken (Vollbetondecken) Entwurf - Decken Stahlbetonplattendecken (Vollbetondecken) Stützbewehrung über punktförmigen Lagern (Stützen): A s V Ed / 4 35

36 Entwurf - Decken Flach- und Pilzdecken Entwurf - Decken Flach- und Pilzdecken 36

37 Entwurf - Decken Stahlträger-Verbunddecken Entwurf - Unterzüge / Überzüge 37

38 Entwurf - Unterzüge / Überzüge Deckengleicher Unterzug Entwurf - Stützen 38

39 Entwurf - Stützen Planungshilfen für Querschnitts- und Materialwahl von Geschossstützen Entwurf - Stützen Planungshilfen für Querschnitts- und Materialwahl von Geschossstützen 39

40 Entwurf - Gründungen Allgemein Quadratische Einzelfundamente Entwurf - Gründungen Streifenfundamente (C20/25) Plattenfundamente oder: h Geschossanzahl N x 10 cm + 10 cm Faustformel für Sohlspannungen: Bürogelände: T B Geländehöhe H x 5,0 KN/m³ Wohngelände: T B Geländehöhe H x 4,25 KN/m³ 40

41 Entwurf - Gründungen Wannengründungen Winkelstützmauern Entwurf - Praxis Decke ü. 3.OG Decke ü. 2.OG Decken Begrenzung der Biegeschlankheit Durchstanzen Staffelgeschoss eventuell Zugverankerung Staffelgeschoss eventuell Wandscheiben (Rissbildung) Staffelgeschoss: negatives Durchstanzen 41

42 Entwurf - Praxis 1. OG Decken Systemwahl: Unterzugsdecken Flachdecken π Plattendecken Hohldielendecken etc.) Berücksichtigung von: Erdgeschoss Bauteilaktivierung Abgehängten Decken Leitungsführungen Schwingungen Brandschutz Schallschutz Durchbiegungsbegrenzungen Deckendurchbrüche etc. Entwurf - Praxis Decke über EG Decke über UG Decken/Unterzüge Unterzüge Wandartiger Träger Unterzüge: Verankerungslängen Kragscheibe Nachweis der Scheibenwirkung bei Auflösung aussteifender Wände 42

43 Entwurf - Praxis Erdgeschoss Tiefgarage Decken/Stützen/Abfangungen Unterschiedliches Achsraster Abfangungen Möglichkeiten Unterzüge (auch Verbundträger und Höhenversprünge) Hammerkpfausbildung an Stützen V-Stützen Stützenanordnung Funktion der Nutzung Stützen ρ Entwurf 3 3,5 % Berücksichtigung von Brandschutz und Anprall Stützen mit hochsteifen Betonen Deckendurchdringungen Entwurf - Praxis Gründung Gründungsbauteile Bodenplatte Einzel- / Streifenfundamente abhängig von: Wasserbeanspruchung Erdbebenbeanspruchung Aushubklassen Stützraster Vertiefungen Bewehrungsführung Zwangspunkte Einzelgründungen bei Parkflächen Expositionsklassen 43