ISBN B.G. Teubner Verlag - Wiesbaden

Transkript

1 Seite 1 Inhaltsverzeichnis und Vorwort Stahlbetonbau ISBN B.G. Teubner Verlag - Wiesbaden Inhalt Abschnitte, die mit * gekennzeichnet sind, enthalten Beispiele. 1 Allgemeines 1.1 Geschichtlicher Überblick Begriffsbestimmungen Bauvorschriften Bautechnische Unterlagen Anforderungen bei Stahlbetonbauten Anforderungen an das Personal Anforderungen an die Ausstattung Baustoffe 2.1 Zemente Zementarten Eigenschaften der Zemente Anwendungsbereiche der Zemente Betonzuschläge Zuschlagarten Anforderungen an Zuschläge Kornzusammensetzung Betonzusätze Zusatzstoffe Zusatzmittel Wasser... 25

2 Seite Frischbeton Konsistenz und Verarbeitbarkeit Wasserzementwert und Betonqualität Wassergehalt Zementgehalt Nachbehandlung des Betons Festbeton Druckfestigkeit Festigkeitsklassen und Festigkeitsanforderungen Beton B I Beton B II Prüfalter des Beton Nacherhärtung Elastizitätsmodul Verschiedene Festigkeitsarten Besondere Eigenschaften Korrosionsschutz Carbonatisierung Gefrierwiderstand Betonstahl Betonstahlsorten Eigenschaften der Betonstähle Wirtschaftlichkeit verschiedener Betonstahlsorten Betonstahl-Tabellen Bewehren von Stahlbetonbauteilen 3.1 Allgemeine Bewehrungsrichtlinien Darstellung der Bewehrung Stabstahl* Betonstahlmatten* Abstände von Bewehrungen Betondeckung der Bewehrung Mindestmaße und Nennmaße der Betondeckung Verringerungen der Betondeckung Vergrößerungen der Betondeckung Andere Schutzmaßnahmen Abstandhalter Betondeckung für den Brandschutz Biegungen an Bewehrungen Biegungen an geschweißten Bewehrungen Rückbiegen von Anschlußbewehrungen Verankerung von Bewehrungen Lage der Verankerung und Verbundbereiche Grundmaß lo der Verankerungslänge Verankerung von Zug- und Druckstäben* Verankerung von Biegezugbewehrung*... 86

3 Seite Stöße von Bewehrungen Zulässiger Anteil der gestoßenen Stäbe Erforderliche Übergreifungslänge lü* Längsversatz und Querabstand Querbewehrung im Übergreifungsbereich* Stabbündel Anordnung, Abstände und Betondeckung der Bündelstäbe Hautbewehrung Verankerung und Stoß von Stabbündeln Konstruktiv erforderliche Bewehrung Montage-Bewehrung Bemessen von Stahlbetonbauteilen 4.1 Annahmen für die Berechnung Gebrauchszustand - Bruchzustand - Sicherheitsbeiwert Rechenwerte der Betondruckfestigkeit Rechenwerte der Stahlfestigkeit Spannungs-Dehnungslinien Spannungs-Dehnungslinien des Betons Spannungs-Dehnungslinien des Stahls Spannungsverteilung Spannungsverteilung und volle Ausnutzung des Querschnitts Spannungsverteilung bei verschiedenen Dehnungsbereichen Verhalten unter Gebrauchslast Beschränkung der Rißbreite Zulässige Rißbreiten Mindestbewehrung* Statisch erforderliche Bewehrung Beschränkung der Durchbiegung Biegebeanspruchte Bauteile 5.1 Schnittgrößen infolge von Zwang Schnittgrößen infolge von Lasten Schnittgrößen für statisch bestimmte Bauteile Schnittgrößen für statisch unbestimmte Bauteile Stützmomente Positive Feldmomente Negative Feldmomente Vereinfachte Berechnung der Biegemomente Vereinfachte Berechnung der Querkräfte

4 Seite Vereinfachte Berechnung der Auflagerkräfte Bemessung für reine Biegung Stahlquerschnitt Betonquerschnitt Plattendicke und statische Höhe Balkendicke und statische Höhe Bemessung für Biegung mit Längskraft Tafeln zur Bemessung für Biegung Stahlbetonquerschnitte ohne Druckbewehrung* Stahlbetonquerschnitte mit Druckbewehrung* Bemessung für Schub Rechengrößen für die Schubbemessung Schubbereiche Schubbewehrung Schubbemessung für Stahlbetonbalken* Schubbemessung für Stahlbetonplatten Zugkraftdeckung Vorhandene und zulässige Zugkräfte Zugkraftlinien Versatzmaß Zugkraft-Deckungslinie Stahlbetonplatten 6.1 Auflager von Stahlbetonplatten Stützweiten von Stahlbetonplatten Plattendicken Bewehrung für einachsig gespannte Platten Hauptbewehrung Querbewehrung Obere Einspannbewehrung (Randbewehrung) Bewehrung an freien Rändern Bewehrung für Kragplatten Bemessung für einachsig gespannte Einfeldplatten* Bemessung für einachsig gespannte Durchlaufplatten* Bemessung für Treppenplatten Quergespannte Treppenplatten* Längsgespannte Treppenplatten* Längsgespannte Treppenplatten mit quergespannten Podestplatten* Auskragende Treppen*

5 Seite Bewehrung für zweiachsig gespannte Platten Hauptbewehrung Eckbewehrung (Drillbewehrung) Obere Einspannbewehrung (Randbewehrung) Bemessung für zweiachsig gespannte Einfeldplatten* Zweiachsig gespannte Platten mit Eckbewehrung* Zweiachsig gespannte Platten ohne Eckbewehrung* Bemessung für zweiachsig gespannte Durchlaufplatten* Bemessung für dreiseitig gelagerte Platten* Stahlbetonbalken und -plattenbalken 7.1 Auflager für Balken und Plattenbalken Stützweiten für Balken und Plattenbalken Abmessungen für Balken und Plattenbalken Bewehrung für Balken und Plattenbalken Längsbewehrung Bügelbewehrung Querbewehrung Bemessung für Stahlbeton-Rechteckbalken Einfeldbalken mit freier Wahl der Balkendicke* Einfeldbalken mit Druckbewehrung* Durchlaufbalken Bemessung für Stahlbeton-Plattenbalken Mitwirkende Plattenbreite bm Plattenbalken mit gedrungenem Querschnitt bm/bo 5* Plattenbalken mit schlankem Querschnitt bm/bo > 5* Durchlauf-Plattenbalken* Deckengleiche Unterzüge* Wandartige Träger Stahlbeton-Rippendecken 8.1 Auflager für Rippendecken Längsrippen von Rippendecken Querrippen von Rippendecken Platten von Rippendecken Bemessung für Rippendecken*

6 Seite 6 9 Druckbeanspruchte Bauteile 9.1 Zulässige Druckspannungen bei Druckbeanspruchung Zulässige Pressungen bei Teilflächenbelastung Untersuchung der Knickgefahr Ermittlung der Knicklänge Bestimmung des Schlankheitsgrades Planmäßige Ausmitte e Ungewollte Ausmitte ev Berücksichtigung des Kriechens Zusätzliche Ausmitte f Nachweis der Knicksicherheit Druckglieder ohne Knickgefahr* Druckglieder mit Knickgefahr* Stützen 10.1 Mindestdicken für Stützen Unbewehrte Stützen (Betonstützen) Mittig belastete Stützen* Ausmittig belastete Stützen* Bügelbewehrte Stützen Längsbewehrung für Stützen Bügel für Stützen Stahlbetonstützen ohne Knickgefahr* Stahlbetonstützen mit Knickgefahr* Umschnürte Stützen Längsbewehrung Wendelbewehrung (Umschnürung) Tragfähigkeit umschnürter Stützen* Wände 11.1 Aussteifung tragender Wände Mindestdicken für Wände Knicksicherheit Knicklänge Ausmittigkeit des Lastangriffs Zulässige Tragkraft

7 Seite Unbewehrte Wände (Betonwände)* Bewehrte Wände (Stahlbetonwände) Hauptbewehrung für Wände Querbewehrung für Wände Haken und Bügel für Wände Stahlbetonwände mit und ohne Knickgefahr* Stützwände Hauptbewehrung für Stützwände Querbewehrung für Stützwände Bewehrung zur Beschränkung der Rißbreite Rahmen 12.1 Bemessungsregeln Bewehrungsführung Torsionsbeanspruchte Bauteile 13.1 Grundwert τ T der Torsions-Schubspannung Bemessung der Torsionsbewehrung* Fundamente 14.1 Unbewehrte Fundamente (Betonfundamente)* Bewehrte Streifenfundamente (Wandfundamente) Mittig belastete Streifenfundamente* Ausmittig belastete Streifenfundamente* Bewehrte Einzelfundamente (Stützenfundamente) Mittig belastete Einzelfundamente* Ausmittig belastete Einzelfundamente* Bewehrte Fundamentplatten (Flächengründung) Fundamentplatten mit kleinen Wandlasten* Fundamentplatten für begrenzte Bodenpressung* Bauwerke im Grundwasser* Schalung - Ausführung und Bemessung 15.1 Schalungen für verschiedene Bauteile Schalungen für Fundamente Schalungen für Wände Schalungen für Stützen Schalungen für Balken Schalungen für Decken Schalungen für Treppen Schalungen für Aussparungen Kletterschalung Gleitschalung Saugschalung

8 Seite Verlorene Schalungen Bemessung der Schalungen und Schalungsgerüste Lotrechte Verkehrslasten Waagerechte Kräfte Frischbetondruck auf lotrechte Schalungen (Schalungsdruck) Gebrauchslasten für Schalungsanker* Ausschalen des Betons Maßtoleranzen für Stahlbetonbauteile Fertigteile - Herstellung und Montage 16.1 Entwerfen und Herstellen von Fertigteilen Zeichnerische Darstellung der Ausführung Betonbauteile als standardisierte Fertigteile Pfetten T-Binder I-Binder Stützen Unterzüge und Riegel L- und Unterzüge TT-Deckenplatten Voll-Deckenplatten Wandtafeln Knotenpunkte als standardisierte Fertigteil-Verbindungen Pfetten-Auflager Binder-Auflager Unterzug-Auflager Deckenplatten-Auflager Wandtafel-Auflager Zusammenbau der Fertigteile Auflagertiefe Ausbildung von Auflagern Querverbindungen der Fertigteile Anschlüsse tragender Wandtafeln an Deckenscheiben Anschlüsse von Stützen Zusammenwirken von Fertigteilen und Ortbeton Fertigplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht Fertigwände mit statisch mitwirkender Ortbetonfüllung Maßtoleranzen für Fertigteile

9 Seite 9 17 Verformungsverhalten des Betons 17.1 Formänderungen Kriechen des Betons Relaxation des Betons Schwinden des Betons Wirksame Körperdicke Schwindverkürzung Wärmewirkungen Wärmedehnzahl des Betons Wärmebedingte Längenänderungen* Wärmebedingte Verwölbungen* Fugen - Anordnung und Konstruktion 18.1 Arbeitsfugen (Betonierfugen) Lage der Arbeitsfugen Ausbildung der Arbeitsfugen Einbau des Anschlussbetons Scheinfugen Arten der Scheinfugen Abstände der Scheinfugen Bewegungsfugen (Dehnfugen) Lage der Bewegungsfugen Abstände und Breiten der Bewegungsfugen Ausbildung von Bewegungsfugen Anhang A Stahlbetonbauteile nach europäischer Normung A 1 Normen und Richtlinien A 1.1 Eurocode EC 1 Einwirkung auf Bauwerke A l.2 Eurocode EC 2 Betonbau A l.2.1 Änderungen im Eurocode 2 gegenüber DIN A Eurocode EC 2 Teil 1 Grundlagen A Weitere Teile von Eurocode EC A Prinzipien und Anwendungsregeln A Annahmen im Eurocode EC 2 Teil A Grundlegende Anforderungen an die Tragwerksplanung A Modelle für Schnittgrößenermittlung am Gesamttragwerk A 1.3 Europäische Vornorm ENV 206 Beton A 1.4 DAStb-Richtlinien zur Anwendung der Europäischen Normen

10 Seite 10 A2 Begriffe, Formelzeichen und Kurzzeichen A2.1 Begriffe A2.2 Allgemeine Formelzeichen und Kurzzeichen A2.3 Besondere Formelzeichen und Kurzzeichen A3 Beton A 3.1 Betonzusammensetzung A 3.2 Umweltklassen A 3.3 Festigkeitsklassen A 3.4 Nachbehandlung A4 Bewehrung A4.1 Betonstahl A4.2 Betondeckung A4.3 Bewehrungsregeln A4.3.1 Stababstände A4.3.2 Zulässige Krümmungen A4.3.3 Verankerungen A Verbundbedingungen A Verbundspannungen A Grundmaß der Verankerungslänge A Erforderliche Verankerungslänge A Querbewehrung im Verankerungsbereich A Verankerung von Bügeln und Schubbewehrung A4.3.4 Übergreifungsstöße A Stöße von Stäben oder Drähte A Querbewehrung bei Übergreifungsstößen A Übergreifungslänge A Stöße bei geschweißten Betonstahlmatten A Stöße der Hauptbewehrung A Stöße der Querbewehrung A4.3.5 Stabdurchmesser über 32 mm A4.3.6 Stabbündel A5 Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit A5.1 Sicherheitskonzept A5.2 Nachweis der Tragfähigkeit A5.3 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit A5.4 Grenzzustände der Rißbildung A5.4.1 Rechnerische Ermittlung der Mindestbewehrung A5.4.2 Graphische Ermittlung der Mindestbewehrung A5.5 Grenzzustände der Verformung A5.5.1 Durchbiegungen A5.5.2 Biegeschlankheit A6 Bemessung von Stahlbetonbauteilen A6.1 Einwirkungen A6.2 Bemessungswerte A6.2.1 Bemessungswerte des Betons A Physikalische Eigenschaften A Mechanische Eigenschaften

11 Seite 11 A Bemessungswerte des Betonstahls A6.3 Bemessung für Biegung und Längskraft A6.3.1 Bemessung für überwiegende Biegung A6.3.2 Bemessung für überwiegende Längskraftbeanspruchung A6.4 Bemessung für Querkraft A6.4.1 Bemessungswert der einwirkenden Querkraft A Bauteile mit gleichbleibender Querschnittshöhe A Bauteile mit veränderlicher Querschnittshöhe A6.4.2 Bemessungswert der aufnehmbaren Querkraft A6.4.3 Bauteile ohne Schubbewehrung A6.4.4 Bauteile mit Schubbewehrung A Standardverfahren A Verfahren mit veränderlicher Druckstrebenneigung A6.5 Bemessung für Torsion A6.5.1 Bemessungswert des einwirkenden Torsionsmoments A6.5.2 Bemessung bei reiner Torsion A6.5.3 Bemessung bei Torsion mit Querkraft589 A6.6 Bemessung gegen Durchstanzen A6.6.1 Formelzeichen und Kurzzeichen A6.6.2 Bemessungsmodell A6.6.3 Lasteinleitungsfläche und kritischer Rundschnitt A6.6.4 Nachweis der Durchstanzsicherheit A Nachweis ohne Durchstanzbewehrung A Nachweis mit Durchstanzbewehrung A Mindestmomente bei ausmittiger Belastung A Bewehrungsregeln für Durchstanzbewehrung A Ablaufplan für den Regelnachweis A6.7 Bemessung gegen Knicken A6.7.1 Formelzeichen und Kurzzeichen A6.7.2 Nachweisverfahren A6.7.3 Einteilung der Tragwerke A Aussteifende Bauteile und ausgesteifte Tragwerke A Unverschieblichkeit bei ausgesteiften Tragwerken A Unverschieblichkeit bei nicht ausgesteiften Rahmen A Einzeldruckglieder A6.7.4 Nachweise für Einzeldruckglieder A Ersatzlänge A Schlankheitsgrad A Gesamtausmitte A6.7.5 Modellstützenverfahren A6.7.6 Ermittlung der erforderlichen Bewehrung A6.7.7 Nachweis der Knicksicherheit A7 Bauliche Durchbildung A7.1 Stahlbetonstützen A7.1.1 Mindestabmessungen A7.1.2 Längsbewehrung A Mindestbewehrung A Höchstbewehrung A Mindestanzahl A7.1.3 Querbewehrung A Mindestdurchmesser A Bügelabstand A7.2 Stahlbetonwände A7.2.1 Lotrechte Bewehrung

12 Seite 12 A7.2.2 Waagerechte Bewehrung A7.2.3 Querbewehrung A7.3 Stahlbetonbalken A7.3.1 Längsbewehrung A Mindestbewehrung A Höchstbewehrung A Angaben zur baulichen Durchbildung A Länge der Längszugbewehrung A Verankerung an Endauflagern A Verankerung an Zwischenauflagern A7.3.2 Schubbewehrung A Arten der Schubbewehrung A Anforderungen an die Schubbewehrung A Mindest-Schubbewehrung A Zulässige Abstände der Schubbewehrung A7.3.3 Torsionsbewehrung A7.3.4 Hautbewehrung A7.4 Stahlbetonplatten A7.4.1 Biegebewehrung A Querbewehrung A Stababstände A Bewehrung an Auflagern A Drillbewehrung in den Ecken A Bewehrung von freien Rändern A7.4.2 Schubbewehrung A Abstand der Schubbewehrung A Durchstanzbewehrung A7.5 Ringanker Verzeichnis der Tafeln Lösungen zu den Übungsbeispielen Formelzeichen und ihre Bedeutung Formelsammlung Schrifttum Vorschriften zum Stahlbetonbau Sachverzeichnis

13 Seite 13 Vorwort Ein Baustoff hat die Art des Bauens im Zuge der technischen Entwicklung und der Industrialisierung in den letzten Jahrzehnten besonders stark verändert: Stahlbeton. Kein anderer Baustoff bietet Ingenieuren und Architekten einen größeren Spielraum freier Gestaltung. Konstruktionen aus Stahlbeton ermöglichen eine früher nicht gekannte Vielfalt in Form und Struktur. Bauwerke können aber nur dann dauerhaft funktionieren, wenn sie richtig konstruiert sind und mit geeigneten Baustoffen gebaut werden. Das richtige Konstruieren mit Stahlbeton bereitet Schwierigkeiten. Stahlbeton ist ein Verbundbaustoff, dessen Tragverhalten vom Zusammenwirken des Betons mit dem Stahl abhängt. Richtiges Konstruieren mit Stahlbeton erfordert deshalb konstruktives Denken, das geschult werden muß. Gleichzeitig ist die Kenntnis der einschlägigen Vorschriften wichtig. Ein Gefühl für zweckmäßiges Konstruieren kann sich nur allmählich durch Beherrschung der Grundlagen und Vorschriften sowie durch praktische Übung entwickeln. Dieses Lehrbuch soll dem Lernenden und Studierenden ebenso wie den in Planungs- und Konstruktionsbüros, in Betonwerken und auf Baustellen tätigen Technikern und Ingenieuren als praktischer Leitfaden dienen. Es soll das Ineinandergreifen der Arbeitsvorgänge beim Bemessen, Konstruieren und Ausführen von Stahlbetonbauten verdeutlichen. Die Belange der Stahlbetonbaupraxis werden bei bewußt vereinfachter Darstellung der oft komplizierten Vorgänge in den Mittelpunkt gerückt. Schon die zweite Auflage des zunächst zweiteiligen Buches Stahlbetonbau für Techniker vereinigte den gesamten Stoff in einem einbändigen Lehrbuch unter Konzentration auf die im Untertitel genannten Schwerpunkte: Bemessung - Konstruktion - Ausführung. Der Titel des Buches erhielt von der zweiten Auflage an eine allgemeinere Fassung, da sich das Buch nicht nur in der Technikerausbildung, sondern auch im Bauingenieurstudium bewährt hat. Dieses Lehrbuch in Form eines einbändigen Leitfadens hat eine so erfreuliche Aufnahme und Verbreitung gefunden, daß schon nach kurzer Zeit eine Neuauflage notwendig geworden ist. Die vorliegende fünfte Auflage wurde neubearbeitet und inhaltlich erweitert. Der jüngste Stand der Technik und die neuesten Normen, Vorschriften, Richtlinien und Merkblätter sind berücksichtigt. Grundlage ist die DIN 1045 Beton und Stahlbeton von Einleitend werden die Eigenschaften des Stahlbetons beschrieben und die Anforderungen genannt, die bei der Herstellung und Verarbeitung zu erfüllen sind. Grundlagen für das Bewehren schließen sich an. Die nächsten Abschnitte entwickeln die Bemessung von Stahlbetonbauteilen mit erläuternden praxisgerechten Beispielen und erklären die Berechnungsverfahren für Biegung, Zugkraft- deckung, Verankerungsnachweis und Schubdeckung. Die erforderlichen Sicherheitsnachweise für Knicken, Kippen und Gleiten werden dargestellt und zusätzlich in Beispielen angewendet. Die wesentlichen Bemessungstabellen sind in den Text eingefügt; sie erlauben, die Bemessungs- aufgaben eigenständig durchzuarbeiten. Durch zahlreiche Bilder soll der Zusammenhang zwischen Berechnung und Zeichnung, also zwischen Bemessung und Konstruktion veranschaulicht werden. Den vielen Beispielen ist die Aufgabe zugedacht, Art und Gang der Bemessung zu erläutern und das Verständnis zu wecken. Niemals können diese Beispiele als Kochrezept` für alle anderen Bemessungsaufgaben dienen, wohl aber als Anhalt für die Lösung von Problemen ähnlicher Art.

14 Seite 14 Die Erklärungen sind bewußt einfach gehalten und die Beispiele praxisnah gewählt. Ohne komplizierte Ableitungen werden die benötigten Formeln entwickelt. Die Darstellung stützt sich auf die Erfahrung, daß übliche Bemessungsaufgaben auch mit geringen mathematischen Kenntnissen durchaus gelöst werden können. Zahlreiche in die Darstellung eingestreute Übungsaufgaben sollen zur selbständigen Arbeit anleiten; die Lösungen sind am Ende des Buches angegeben, so daß eine Kontrolle der eigenen Rechnung möglich ist. Nach der Bemessung der verschiedenen Bauteile wird in einem weiteren Abschnitt die Ausführung und Bemessung der Schalung behandelt. Dem Einsatz von Stahlbetonfertigteilen auf den Baustellen wendet sich ein gesonderter Abschnitt zu. Abschließend werden die Anordnung und die Konstruktion von Fugen erklärt. Im Anhang A werden die Stahlbetonbauteile nach europäischer Normung beschrieben. In einigen Beispielen sind die erforderlichen Sicherheitsnachweise nach DIN 1045 und nach Eurocode EC 2 parallel nebeneinander dargestellt, wodurch die unterschiedlichen Bemessungsverfahren besonders deutlich werden. Besonderer Dank gilt denen, die durch kritische Stellungnahme zur Gestaltung der vorliegenden Fassung dieses Lehrbuches beigetragen haben. Dem Verlag danke ich für die gute Zusammenarbeit und für die sorgfältige Ausstattung des Buches. Anregungen und Hinweise für die Weiterentwicklung des Buches sind erwünscht und werden sehr begrüßt. Hannover, September 1994 G. Lohmeyer