Stahl-Stützenfuß, biegesteif mit Traverse, Fußriegel

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1 36 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel Dipl.-Ing. Petra Lict Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel Leistungsbescreibung des BauStatik-Moduls S485.de Stal-Stütenfuß, Eurocode 3 Die Fußpunkte von Kragstüten oder eingespannten Ramenstüten erfordern eine möglicst große Basis in der Momentenebene, um unter Verwendung von Zugankern das Einspannmoment über den sic so ergebenden inneren Hebelarm abtragen u können. Bei oen Einspannmomenten werden kräftige Fußtraversen oder Fußriegel angeordnet, nict nur, um das Moment von der Stüte auf das Fundament abseten u können, sondern auc, um eine möglicst verformungsfreie, starre Ein spannung u realisieren, da die Voraussetungen der statiscen Berecnung eingealten sind. System Im Programm steen wei Stütenfußausbildungen ur Verfügung (Bild 1): Stütenfuß Traverse Stütenfuß Fußriegel Fußausbildungen Traverse können entweder einer durcgeenden Fußplatte oder einer geteilten Fußplatte ausgefürt werden. Mittels der Traverse oder des Riegels können große Einspannmomente und Zugkräfte aufgenommen werden. Treten Horiontalkräfte auf, ist deren Einleitung in das Fundament nacuweisen. Für die Abtragung der Horiontalkräfte bietet das Programm drei Möglickeiten: Abtragung über Scubdübel Abtragung über Reibung Abtragung über Reibung und Absceren der Ankerscrauben

2 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel 37 Bei kleineren Horiontalkräften kann die Kraft allein über Reibung wiscen Platte und Fundament übertragen werden, bei größeren Horiontalkräften sind Scubstücke anuordnen. Als Scubstücke können Flacstäle oder gewalte Doppel-T-Profile im Programm ausgewält werden. Bild 1. Kapitel System Ertlung der Druck- und Ankerkräfte Die Beansprucungsverältnisse sind von der Fußausbildung abängig. Bei einer Fußausbildung Traverse und geteilter Fußplatte sind die Beansprucungsverältnisse relativ eindeutig, denn es existieren definierte Auflagerbereice in der Fundamentfuge. Die Anname einer gleicmäßigen (getelten) Pressung ist gerectfertigt, die Lage der Druckresultierenden liegt fest. Die Druck- und Ankerkräfte werden über Gleicgewictsbedingungen wie folgt ertelt: Ankerugkraft Z d : ZZ = MM NN dd Betondruckkraft D d : DD = MM + NN dd M Ed N Ed d Bemessungswert des Einspannmomentes Bemessungswert der Stütennormalkraft, Druck ist positiv Abstand Stütenacse - Anker Abstand Stütenacse - Plattente Bei einer Fußausbildung Traverse und durcgeender Fußplatte oder Fußriegel liegt der Stütenfuß ganfläcig auf, die Beansprucungsverältnisse sind weniger eindeutig. Für diese Fälle erfolgt die Ertlung der Druckund Ankerkräfte nac Petersen, [9]. Die Fundamentfuge wird als Stalbetonquerscnitt begriffen. Es erfolgt unäcst die Ertlung der Betondruckonenöe x. Ist diese bekannt, können die Ankerugkraft und Betonpressung bw. die Druckkraft ertelt werden. Nacfolgend werden die entsprecenden Berecnungsgleicungen angegeben. Tiefe x des gedrückten Bereices: xx x xx xx 3 ( ) + xx x 6 nn n nn ( ) bb 6 nn n nn ( ) bb e A Sc b pl n E a E c Abstand von der gedrückten Kante bis um Anker (Bild 2) Lastexentriität: ee e MM NN Abstand Stütenacse - Anker Scaftquerscnitt Anker Breite der Fußplatte Verältniswert: nn n EE E-Modul Anker E-Modul Beton EE Lage der Druckkraftresultierenden: dd d d d dd d xx 3 Betonpressung: σσ x x = 2 NN ( ) bb xx x ( ) Betondruckkraft D d : DD = σσ x x xx x xxx x xx Für den Nacweis der Betonpressung wird eine recteckige Betondruckspannungsverteilung angenommen: σσ x = 0,75 σσ x x a) b) Ankerugkraft Z d : ZZ = NN (dd d dd) ( ) Δ Z Anker Z F a M d D σ D b Bild 2. Berecnungsansat nac Petersen, Bild 90, [9] Δ D

3 38 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel Aufname der Horiontalkräfte Zur Aufname von größeren Horiontalkräften steen im Programm Scubelemente (Flacstäle oder gewalte Doppel-T-Querscnitte) ur Auswal. Der Nacweis der Scubelemente erfolgt nac DIN EN , [3], die Betonpressung wird nac den Regeln der DIN EN , [5] nacgewiesen. Bei kleineren Horiontalkräften ist es ulässig die Kraft allein über die Reibung wiscen Platte und Fundament aufunemen. Der empfolene Reibbeiwert C f,d wiscen Fußplatte und Mörtelscict beträgt 0,2. Der Gleitwiderstand wird wie folgt ertelt: FF x = CC x NN x N c,ed Bemessungswert der einwirkenden Druckkraft in der Stüte. Falls die Scraubenlöcer für die Anker nict übergroß sind, können die Horiontalkräfte auc über die Abscertragfäigkeit der Ankerscrauben, usammen dem Gleitwiderstand wiscen Fußplatte und Fundament, übertragen werden. Die Abscertragfäigkeit F vb,rd wird wie folgt bestimmt: FF x = MM nn FF x x ; FF x x FF x x = 0,85 αα ff AA γγ Mx α v = 0,6 für Festigkeitsklasse 4.6; 5.6 und 8.8 α v = 0,5 für Festigkeitsklasse 4.8; 5.8; 6.8 und 10.9 Im Programm wird, auf der siceren Seite liegend, davon ausgegangen, dass der Spannungsquerscnitt in der Scerfuge liegt und dass die Anforderungen nac DIN EN 1090 nict erfüllt sind, siee ieru auc DIN EN , (3), [4]. FF x x = xx44 xxxxx3 ff ff AA γγ Mx f ub Zugfestigkeit der Ankerscraube f yb Streckgrene der Ankerscraube wobei 235NN NNNN ff 640NN NNNN Die lokale Locleibungsfestigkeit des Betons wird im Programm nac Han, Seite 303ff, [10] nacgewiesen. Die Tragfäigkeit des Betons auf Kantenpressung ertelt sic u: FF x = dd d dd ηη x ll l ll xm ee ff x ee e dd 2 + dd Mö d Durcmesser der Ankerscraube d pl Dicke der Fußplatte Dicke der Mörtelfuge d Mö Ertlung von f cd : Nac Han, [10] versagt der Dübel durc die Bildung eines Spaltrisses, wenn die Kantenpressung σ K ~2β w erreict. Mit unemendem Durcmesser wird der Wert kleiner. ff, 2 ff, 0,85 γγ 0,92 [1 (dd d dd) 0,01] 0,92 Faktor ur Umrecnung auf DIN EN , nac Betonkalender 2000, Teil 1, Seite 42, [11] [1-(d-10) 0,01] Abminderungsfaktor ur Berücksictigung großer Durcmesser, d in mm f ck,cube Würfeldruckfestigkeit 0,85 Dauerstandsfaktor Ertlung von η σ,p und η σ,m, nac Han, [10]: In Abängigkeit von λ werden die Werte aus den Tafeln bis 17, [10], für x i /l = 0 und x 0 /l = 0 entnommen. Zwiscenwerte dürfen interpoliert werden. Berecnung von λ: CC C CC λλ λ ll 4 EE II C = 400 kn/cm 3 Bettungsmodul nac Basler/Witte, [12] E a E-Modul Stal I = 0,05 d 4 l = 8 d angenommene Einspannlänge des Ankers λλ λ λλλλλ λ dd Aufname der Zugkräfte Im Programm sind Steinscrauben nac DIN 529, [6] und Hammerscrauben nac DIN 7992, [7] eingearbeitet. Für geringere Zugkräfte kommen Steinscrauben um Einsat, für öere Ankerkräfte sind Anker großem Hammerkopf erforderlic, die die Ankerkraft auf parallel liegende ][-Barren abseten. Der Nacweis der Verankerung der Steinscrauben im Beton ist nict Bestandteil des Programms, diese ist von der Art der Einbettung abängig und gesondert nacuweisen. Die Zugtragfäigkeit der Ankerscrauben wird im Programm wie folgt ertelt: FF, = 0,9 ff, AA γγ f u,b Zugfestigkeit Anker A s Spannungsquerscnitt Anker Teilsicereitsbeiwert γ M2

4 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel 39 Bei Hammerscrauben ist usätlic der Scraubenkopf nac DAST-Ri. 018, [8] nacuweisen. Die Scraubenkopftragfäigkeit berecnet sic u: F y M y F y NN H, = nn H ππ π ππ ff 4, n H d f y,d Tragfäigkeitsbeiwert für kontrollierten bw. unkontrollierten Einbau, nac DAST-Ri. 018, [8] Scaftquerscnitt der Hammerscraube Streckgrene Anker Bei Hammerscrauben erfolgt die Verankerung im Beton tels Barren aus wei [-Profilen. Die dicken Stege der [-Profile kommen der oen Scubbeansprucung in den relativ kuren Barren entgegen. Einwirkungen F M F F x y x M y F x M x y F Als Einwirkungen können projektweite Einwirkungen aus dem Modul S030.de übernommen werden. Darüber inaus bestet die Möglickeit Einwirkungstypen nac Eurocode 0, Tab. NA.A.1.1 [1], [2] manuell u definieren. Anand dieser Einwirkungstypen werden programmseitig die Kombinationsbeiwerte ugewiesen und die Kombinationen automatisc gebildet. S485.de ermöglict auc die Vorgabe von Bemessungsauflagerlasten. Diese Kombinationsuordnung (Grundkombination, außergewönlice Kombination) ist durc den Anwender vorunemen. Belastung Die Belastungen können als Lastabtrag aus einer anderen Stütenposition komfortabel eingegeben werden. In der Eingabe kann direkt auf die Auflagerreaktionen von ausgewälten BauStatik-Stütenmodulen (S404.de Stal-Stüte, S414.de Stal-Stütensystem) sowie auf MicroFe-Ergebnisse ugegriffen werden. Alternativ können die Stütenauflagerlasten manuell definiert werden. Folgende Auflagerlasten können einge geben werden: F x, Normalkraft F y, Horiontallast in y-rictung F, Horiontallast in -Rictung M y, Einspannmoment um die y-acse Bei einer Fußausbildung Traverse und durcgeender Fußplatte können usätlic Biegemomente um die -Acse abgetragen werden: M, Einspannmoment um die -Acse Die positive Wirkungsrictung ist in Bild 3 dargestellt. Lastusammenstellungen und Lastübernamen werden in der Ausgabe dokumentiert. F y Bild 3. Graf. Hilfe, Eingabe der Auflagerlasten Material/Querscnitt Im Kapitel Material/Querscnitt werden, entsprecend der gewälten Stütenfußausbildung, die erforderlicen Profile den ugeörigen Materialeigenscaften definiert. Folgende Querscnitte steen ur Verfügung: Stüte und Fußriegel: gewaltes Doppel-T-Profil gescweißtes doppelsymmetrisces T-Profil Traverse: Flacstal L-Profil [-Profil Fußplatte: durcgeende Fußplatte geteilte Fußplatte Anker: Steinscrauben (M8 bis M48) Hammerscrauben (M24 bis M52) Scubdübel: Flacstal gewaltes Doppel-T-Profil Lasteinleitungsrippen: ur Einleitung der Ankerkräfte ur Einleitung der Stütenlasten Neben der Profileingabe erfolgt im Register Material/Querscnitt auc die Definition der Scweißnatdicken.

5 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel 41 Bild 4 eigt die Fußausbildung L-Profilen als Traverse und einem HEM-Profil als Scubdübel. Nacweis der Fußplatte Die Fußplatten werden unter der Anname einer lokal konstanten Pressung nacgewiesen. Bei einer Fußausbildung Traverse get man beim recneriscen Nacweis von der Modellvorstellung eines balken förmigen Elements aus. Im Programm wird ein Einfeldbalken beidseitigen Kragarmen als stat. Modell verwendet. σσ ff /γγ σ d f y γ M0 vorandene Spannung in der Fußplatte Streckgrene Teilsicereitsbeiwert Bild 4. Fußausbildung Traverse und durcgeender Fußplatte Nacweise S485.de fürt die erforderlicen Nacweise im Grenustand der Tragfäigkeit: Nacweis der Betonpressung σσ, ff, σ cd f c,d vorandene Betonpressung Bemessungswert der Betonfestigkeit, gegebenenfalls unter Berücksictigung von Teilfläcenbelastung nac DIN EN , [5] Nacweis der Anker auf Zug FF, FF, F t,d F t,rd vorandene Zugkraft je Anker Zugtragfäigkeit der Scrauben, siee Abscnitt Aufname der Zugkräfte Nacweis des Scraubenkopfes bei Hammerscrauben FF, NN H, N H,Rd Scraubenkopftragfäigkeit, siee Abscnitt Aufname der Zugkräfte Nacweis der Horiontallastabtragung über Scubdübel Es wird die Querscnittstragfäigkeit des Scubdübels, die Pressung des Scubdübels gegen den Beton und die Beansprucung in den Ansclussnäten wiscen Scub dübel und Fußplatte bw. Fußriegel nacgewiesen. Die Nacweise erfolgen elementaren Ansäten nac DIN EN , [3] und DIN EN , [5] und werden an dieser Stelle nict weiter erläutert. Nacweis der Horiontallastabtragung über Reibung FF FF, F d F f,rd vorandene Horiontallast Gleitwiderstand, siee Abscnitt Aufname der Querkräfte Nacweis der Horiontallastabtragung über Reibung und Abscertragfäigkeit der Scrauben FF FF, FF, = FF, + 2 nn n nn FF = nn FF, ; FF, n F c,rd F vb,rd Anal der Ankerscrauben je Seite Tragfäigkeit des Betons auf Kantenpressung, siee Abscnitt Aufname der Querkräfte Tragfäigkeit des Ankers auf Absceren, siee Abscnitt Aufname der Querkräfte In Bild 5 sind beispielaft die Nacweise der Horiontallastabtragung über Reibung und Abscertragfäigkeit der Ankerscrauben dargestellt.

6 42 Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel Ausgabe Es wird eine vollständige, übersictlice und prüffäige Ausgabe ur Verfügung gestellt. Der Ausgabeumfang kann in gewonter Weise gesteuert werden. Bild 5. Ausgabe Nacweis der Horiontalkraftabtragung Nacweis der Traverse Die Traversen werden der Fußplatte verscweißt und bilden usammen der Fußplatte einen Querscnitt. Der Spannungsnacweis erfolgt am Stütenanscnitt. Die Biegespannungen im Gesamtquerscnitt sind den lokalen Spannungen in der Fußplatte u überlagern. Die Scweißnat wiscen Traverse und Fußplatte wird ebenfalls im Programm nacgewiesen. Bild 6 eigt die entsprecenden Nacweise. Bild 6. Ausgabe Nacweis der Traverse Nacweis des Fußriegels Die Querscnittstragfäigkeit des Fußriegels wird am Stüten anscnitt nacgewiesen. Neben der Biegespannung und der Scubspannung erfolgt der Nacweis der Flanscbiegung. Neben maßstabstreuen Detailskien werden die Scnittgrößen, Kombinationen und Nacweise unter Angabe der Berecnungsgrundlage und Einstellungen des Anwenders in übersictlicer tabellariscer Form ausgegeben. Dipl.-Ing. Petra Lict mb AEC Software GmbH mb-news@mbaec.de Literatur [1] DIN EN 1990: Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung, Deember 2010 [2] DIN EN 1990/NA: Nationaler Anang - national festgelegte Parameter Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung, Deember 2010 [3] DIN EN : Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stalbauten Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hocbau, Deember 2010 [4] DIN EN : Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stalbauten Teil 1-8: Bemessung von Ansclüssen, Deember 2010 [5] DIN EN : Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stalbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hocbau, Januar 2011 [6] DIN 592: Steinscrauben, September 2010 [7] DIN 7992: Hammerscrauben großem Kopf, September 2010 [8] DAST-RI 018: Hammerscrauben, Deutscer Ausscuß für Stalbau, November 2001 [9] Cristian Petersen, Stalbau: Grundlagen der Berecnung und baulicen Ausbildung von Stalbauten, 4. Auflage, Springer Verlag [10] J. Han, Durclaufträger, Ramen, Platten und Balken auf elastiscer Bettung, 13.Auflage, Werner Verlag [11] Betonkalender 2000, Teil 1, Seite 42 [12] Basler/Witte, Verbindungen in der Vorfabrikation, Beton-Verlag, Düsseldorf, 1967 Nacweis der Lasteinleitung aus der Stüte in die Traversen aus der Stüte in den Fußriegel aus der Traverse in die Ankerscrauben aus dem Fußriegel in die Ankerscrauben Die Lasteinleitung erfolgt über Scweißnäte bw. eingescweißte Lasteinleitungsrippen. Im Programm werden alle erforderlicen Nacweise gefürt.! Aktuelle Angebote S485.de Stal-Stütenfuß, biegesteif Traverse, Fußriegel EC 3, DIN EN : Leistungsbescreibung siee nebensteenden Facartikel BauStatik 5er-Paket besteend aus: 5 BauStatik-Modulen deutscer Norm nac freier Wal 390,- EUR 990,- EUR (ausgenommen: S012, S018, S030, S928, S141.de, S261.de, S410.de, S411.de, S414.de, S630.de, S853.de) Es gelten unsere Allgemeinen Gescäftsbedingungen. Änderungen und Irrtümer vorbealten. Alle Preise gl. Versand kosten und MwSt. Hardlock für Einelplatlien je Arbeits plat erforderlic (95,- EUR). Folge lien-/netwerkbedingungen auf Anfrage. Stand: Juli 2014 Unterstütte Betriebssysteme: Windows Vista, SP2 (32/64) / Windows 7 (32/64) / Windows 8 (32/64) / Windows 8.1 (32/64) Preisliste