VORLESUNG MASSIVBAU III

Transkript

1 1 Flachgründungen und Tiefgründungen Prof. Dr.-Ing. J. Hegger Wintersemester 2010/2011

2 2 Bodenplatten eine Bodenplatte wird in folgeneden Fällen notwendig: hohe Bauwerkslast schlechter Baugrund das Bauwerk ist gegen Grundwasser abzudichten es sind größere Horizontallasten in der Gründungssohle zu übertragen

3 3 Bodenplatten Vor- u. Nachteile + einfacherer Bauablauf + Überbrückung von evtl. Fehlstellen im Baugrund + ca. 30% kleinere Setzungsunterschiede als bei Einzelfundamenten + Ableitung von größeren Horizontalkräften über flächige Sohlenreibungskräfte - großer Beton- und Betonstahlverbrauch

4 4 Bodenplatten Schnittgrößen-Ermittlung Modell FE-Modelle Bettungsmodulverfahren Steifemodulverfahren

5 5 Bodenplatten Bettungsmodulverfahren analytische Lösung linearelastisches Materialgesetz em von Federn ohne gegenseitige Wechselwirkung Biegelinie = Setzungslinie

6 6 Bodenplatten Bettungsmodulverfahren analytische Lösung ﾶ4 s ( x ) EI = q ( x ) σ( x ) 4 ﾶ x Biegelinie = Setzungslinie: mit σ(x) = ks s(x) ergibt sich: 4 ﾶ s( x) EI + k s s( x) = q( x) 4 ﾶ x σ(x)/s(x) ist der Bettungsmodul - kein Bodenkennwert! tungsfläche, -Stelle und -Höhe ab

7 7 Bodenplatten Bettungsmodulverfahren analytische Lösung ks = Es f A elasteten Bodens es Bodens (Werte im Betonkalender) ie Plattengeometrie aschenbuch Teil 2: Anwendungen, Ernst & Sohn 1982) Beispiel: für ein Qudrat daher: A = b 2ist f : 0,5 ks ; 2 Es / b

8 8 Bodenplatten Bettungsmodulverfahren analytische Lösung Durch das Auflösen der Diff.-Gl. ﾶ4 s ( x ) EI +k s s( x) = q( x) 4 ﾶ x ergeben sich die Schnittgrößen für s(x) in geschlossener Form zu: ﾶ M( x ) = - Eb I ﾶsﾶ ( x) ﾶ ﾶ Q( x) = - Eb I ﾶ sﾶ ( x) Eb I Biegesteifigkeit des Balkens (Plattenstreifens) ggf. die Bodenplattenspannungen und Verdrehungen: σ( x ) = k s ﾶ s( x) ϕ( x) = sﾶ ( x)

9 9 Bodenplatten Einfluss der Bodensteifigkeit bau Stützenkräfte als Einzellasten gemomente der Bodenplatte ohne Einfluss von m Materialverhalten

10 10 Bodenplatten Einfluss der Überbausteifigkeit es stellt sich eine Setzungsmulde ein gemomente der Bodenplatte ohne Einfluss von m Materialverhalten

11 11 Bodenplatten Zeitabhängiges Verhalten ngen indirekter Zwang (Stützensenkungen) te erfahren eine zeitabhängige Änderung etzungslinie ist affin zu der Kriechzahl

12 12 Bodenplatten abfließende Hydratationswärme - direkter Zwang

13 13 Bodenplatten Bewehrung C2 (XC4 im Grundwasser) /30 ggf. WU 5-30 cm cm über den Außenwandrand hinaus ttenbewehrung vollflächig erschnitt = 0,08Ac ür die Begrenzung der Rissbreite: Zwangspannungen indirekte (Versprünge, Reibung) direkte (Hydratationswärme)

14 14 Bodenplatten Bewehrungsdetails Anschluss Außenwand-Bodenplatte nach DIN (2008), Vieweg+Teubner Deckschalung!

15 15 Bodenplatten Bewehrungsdetails Anschluss Außenwand-Bodenplatte Deckschalung!

16 16 Bodenplatten Bewehrungsdetails Anschluss Außenwand-Bodenplatte

17 17 Bodenplatten Bewehrung von Botenplattenversprüngen

18 18 Tiefgründungen

19 19 Tiefgründungen Tiefgründungen sind sinnvoll, wenn: der Baugrund unmittelbar unter dem Bauwerk wenig tragfähig ist zu große Setzungen ungleichmäßige Setzungen Platzmängel bestehen und eine Baugrube mit Erdaushub und Abböschung nicht ausführbar ist die Baugrube steht unter Wasser

20 20 Tiefgründungen Tiefgründungsarten Pfeilergründungen (Fundamenttieferführungen) Brunnengründungen, Senkkäten (Caissons) Pfähle (Bohr- oder Rammpfähle)

21 21 Tiefgründungen Pfeilergründungen (Fundamenttieferführungen) kleinere Bauvorhaben gute Baugrundqulität wenige Meter tief Pfeiler meist aus unbewehrtem Beton (o. Mauerwerk) < 1m Tiefe: Fundamenttieferführungen > 1m Tiefe: Pfeilergründungen

22 22 Tiefgründungen Brunnengründungen, Senkkästen (Caissons) Senkkasten, Brunnengründung: - ein Hohlkasten ohne Bodenplatte - Aushub des innen anstehenden Bodens - Absinken infolge Eigengewicht (ggf. mit Hilfe von zusätzlichem Balast oder verankerten Zugstangen).

23 23 Tiefgründungen Brunnengründungen, Senkkästen (Caissons) Druckluft-Senkkästen (Caissons): - Druckkammer im Sohlenbereich - der Boden wird im Trockenen gelöst

24 24 Tiefgründungen Brunnengründungen, Senkkästen (Caissons) Vorteile: + tiefliegende Flächengründung ohne Baugrubenverbau + Gründung unter GW-Spiegel ohne GW-Absenkung möglich + Verfahren für offenes Wasser geeignet + große Horizontalkräfte werden Verformungsarm übertragen

25 25 Tiefgründungen Brunnengründungen, Senkkästen (Caissons) Nachteile: - Setzungen in der unmittelbaren Nähe der Senkkästen - Herstelltoleranzen von 10cm in der Höhe, 1% Lotabweichung -konstanter Querschnitt über die Höhe - beim Absenken am Hang hat der Kasten die Tendenz, in der Richtung des Böschungsschubes auszuwandern

26 26 Tiefgründungen Brunnengründungen, Senkkästen (Caissons) Schneide: - Schneide mit innerer Schräge - gepanzert durch eine Profilstahl-Vorschneide - 3 cm bis 5 cm breiter Überstand außen in etwa 3 m Höhe, um zunächst eine Führung im Boden sicherzustellen, dann die Mantelreibung zu begrenzen - Bemessung als horizontal tragender Balken (Druckring bei rundem Profil)

27 27 Tiefgründungen Pfähle Pfähle dienen dazu, weiche Bodenschichten unter der Fundamentsohle zu durchdringen, um festen Boden zu erreichen. sie werden durch Rammen oder Drücken als Fertigteile in den Boden gebracht oder im erzeugten Hohlraum vor Ort hergestellt

28 28 Tiefgründungen Pfähle - Bemessung und Nachweis DIN 1054 (zul. Belastung, Sicherheit) DIN 4014 (Bohrpfähle), DIN 4026 (Rammpfähle) DIN 4128 (Verpreßpfähle mit kleinem Durchmesser) äußere Tragfähigkeit Mantelreibung + Spitzendruck > axiale Belastung: DIN 1054 innere Tragfähigkeit von Stahlbetonpfählen: DIN

29 29 Tiefgründungen Pfähle Anordnung Ausnutzung der Tragfähigkeit der Pfähle steife Abstützung der Konstruktion Belastung soll axiale Kräfte bewirken - Querkräfte erzeugen große Verformungen - Biegerisse sind wegen GW ungünstig Gleichmäßige Kräfteverteilung auf alle Pfähle Einzelpfähle vermeiden Zugkräfte in Pfählen vermeiden

30 30 Tiefgründungen Pfähle Anordnung Einzelpfahl (Bettungsmodulverfahren): wv = 2Ve / L2 k s d wh = 2 H / Lk s d mit d = 30 cm; L = 9,0 d; e = 5 cm; ks = 2,0 MN/m3; V = 300 kn; H = 0,05V ergibt sich wv = 0,7 cm und wh = 1,9 cm nach den Erläuterungen zu DIN 1054 soll H max. 0,03-0,05V betragen Pfahlachse möglichst in Richtung Kraftresultierende ausrichten

31 31 Tiefgründungen nordnung Silo mit Pfahlgründung falsche Pfahlstellung System verschieblich!

32 32 Tiefgründungen Pfähle Bemessung nach DIN Bemessung von Pfählen nach DIN ; Je nach planmäßiger Belastung sind die Pfähle als Druckglieder, auf Biegung mit Längskraft (elastisch gebettet, gelenkig gelagert), als Zugstäbe zu bemessen. Nach DIN 1054 braucht bei vollständig im Boden eingebetteten Pfählen kein Knicknachweis geführt zu werden.

33 33 Tiefgründungen Pfähle - Bewehrung