Tech-News Nr. 2012/05. DIN EN (EC2) Massivbau Verbundfuge in abschnittsweise hergestellten Unterzügen

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1 Tech-News Nr. 2012/05 (Stand: ) Massivbau Dr.-Ing. Petra Höß Beratende Ingenieurin IngK BW Prüfingenieurin für Bautechnik VPI Basler Str Freiburg DIN EN (EC2) Massivbau Verbundfuge in abschnittsweise hergestellten Unterzügen 1. Allgemeines Die Schubkraftübertragung in Fugen wird in der DIN EN im Abschnitt geregelt. Die dort beschriebenen Nachweise werden dann erforderlich, wenn zum Beispiel Unterzüge / Überzüge abschnittsweise hergestellt werden. In der täglichen Baupraxis ist es üblich, die Unterzüge bis Unterkante Decke vorzubetonieren. Bei der Bemessung der Unterzüge wird jedoch im Vorfeld der Nachweis zur Verbundfuge selten geführt. Dies kann dann zu Problemen auf der Baustelle führen. Oftmals reicht vor Ort die Bügelbewehrung und/oder die Oberflächenbeschaffenheit der Fuge nicht aus oder kann nur mit erheblichem Aufwand hergestellt werden. 2. Neue Regelungen in DIN EN : Schon in der Neuauflage zur DIN : wurden die Bemessungsregeln für Verbundfugen nach DIN : überarbeitet und an DIN EN angepasst, da sie sich sowohl in formaler Hinsicht als auch bei den Bemessungsergebnissen deutlich von den Regelungen der DIN EN unterscheiden. Die bisherigen Regelungen nach DIN : im Vergleich zu DIN : sind in der Tech-News Nr. 2009/2 finden. In den folgenden Abschnitten sind nun ergänzend die wesentlichen Nachweise für bewehrte Verbundfugen unter Längsschubbeanspruchung nach DIN EN : zusammengestellt. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 1

2 3 Nachweis nach DIN EN : Fugenausbildung Die Anforderungen an die Fugenausbildung sind analog zu DIN : geregelt. Die Fugenbeschaffenheit wird folgendermaßen definiert (s. DIN EN : , und DAfStb-Heft 600): sehr glatt: - Oberfläche gegen Stahl, Kunststoff, oder glatte Holzschalung betoniert - unbehandelte Fugenoberfläche bei Verwendung von Beton im ersten Betonierabschnitt mit fließfähiger bzw. sehr fließfähiger Konsistenz glatt: - Oberfläche abgezogen - Oberfläche im Gleit- bzw. Extruderverfahren hergestellt - Oberfläche blieb nach dem Verdichten ohne weitere Behandlung rau: - Oberfläche mit mindestens 3 mm durch Rechen erzeugte Rauigkeit mit ca. 40 mm Abstand bzw. entsprechendes Freilegen von Gesteinskörnung bzw. andere Methoden, die ein äquivalentes Tragverhalten herbeiführen - Oberfläche mit definierter Rauigkeit verzahnt: - Geometrie der Verzahnung nach Bild 6.9 nach DIN EN : Bemessungswert der einwirkenden Schubkraft nach DIN EN : Der Bemessungswert der Schubkraft in der Fuge wird ermittelt durch: ν Edi = β V Ed / (z b i ) gemäß DIN EN : , Bedingung (6.24) mit: β das Verhältnis der Normalkraft in der Betonergänzung und der Gesamtnormalkraft in der Druck- bzw. Zugzone im betrachteten Querschnitt (F cdi / F cd ) V Ed der Bemessungswert der einwirkenden Querkraft z Der Hebelarm des zusammengesetzten Querschnitts (z = 0,9 d) wenn Verbundbewehrung = Querkraftbewehrung dann gilt NCl zu (1) b i die Breite der Fuge nach Bild 6.8 Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 2

3 3.3 Bemessungswert der aufnehmbaren Schubkraft nach DIN EN : Im Vergleich zwischen der DIN EN : und der DIN : 2008 ändert sich außer der Indizes und dem Bezug der einwirkenden Kraft auf die Fugenbreite wenig. Die Ergebnisse sind annähernd gleich. In den folgenden Abschnitten sind die Änderungen dargestellt. Der Bemessungswert der aufnehmbaren Schubkraft ergibt sich aus: ν Rdi = c f ctd + µ σ n + ρ f yd (1,2 µ sin α + cos α) 0,5 ν f cd Bedingung (6.25) mit: c, µ Beiwerte, die von der Rauigkeit der Fuge abhängen (siehe (2)) f ctd der Bemessungwert der Schubtragfähigkeit nach (2)P σ n die Spannung infolge der minimalen Normalkraft rechtwinklig zur Fuge die gleichzeitig mit der Querkraft wirken kann (positiv für Druck mit σ n < 0,6 f cd und negativ für Zug). Ist σ n eine Zugspannung, ist in der Regel c f ctd mit 0 anzusetzen ρ A s / A i A s die Querschnittsfläche der, die Fuge kreuzenden Verbundbewehrung mit ausreichender Verankerung auf beiden Seiten der Fuge einschließlich vorhandener Querkraftbewehrung A i die Fläche der Fuge, über die Schub übertragen wird α der Neigungswinkel der Verbundbewehrung nach Bild 6.9 mit einer Begrenzung auf 45 α 90 ν ein Festigkeitsabminderungsbeiwert, siehe NDP zu (6): ν = 0,675 4 Ergebnis Die neuen Regelungen in DIN EN : liefern ähnliche oder wirtschaftlichere Verbundbewehrungsmengen für glatte und raue Fugen als die früheren Bemessungen nach DIN : und DIN : Die neuen Ansätze ergeben größere Maximaltragfähigkeiten ν Rdj,max für glatte und raue Fugen als die frühere Bemessung. Die Anforderungen an raue Fugen haben sich erhöht (analog zu DIN : ). Zusammenfassend wird daher dringend empfohlen, im Vorfeld mit der ausführenden Firma abzuklären, ob geplant ist, Unterzüge abschnittsweise herzustellen, da die Möglichkeiten, auf der Baustelle bei vorbetonierten Unterzügen zu reagieren, sehr eingeschränkt sind. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 3

4 Ein entsprechender Vermerk zur Ausbildung der Verbundfugen auf den Ausführungsplänen erspart nachträgliche Diskussionen und Probleme. Generell ist weiterhin darauf zu achten, dass Arbeitsfugen so ausgebildet werden müssen, dass alle dort auftretenden Beanspruchungen aufgenommen werden können und ein ausreichender Verbund der Betonschichten sichergestellt ist. Insbesondere müssen vor dem Weiterbetonieren Verunreinigungen, Zementschlempe und loser Beton entfernt werden und die Arbeitsfugen ausreichend vorgenässt werden. 5 Beispiel Ein Unterzug im Bereich einer Geschossdecke, die mit Großflächenplatten ausgeführt wird, soll vorbetoniert werden (s. auch Tech-News Nr. 2009/2). System und Belastung - Systemparameter Unterzugsbreite 40 cm Unterzugshöhe 100 cm Deckendicke 20 cm Betongüte C 30/37 Ausbildung einer rauen Fuge σ Nd bzw. σ n 0 - Querkraft am Auflager V Ed = 420 kn - Bemessungswert der Querkraft Bei direkter Auflagerung und gleichmäßig verteilter Last darf beim monolithischen Querschnitt der Bemessungswert der Querkraft nach DIN : , (1) im Abstand d vom Auflagerrand ermittelt werden. Bei Verbundfugen sollte die Lage der Schubfuge berücksichtigt werden, d. h. statt des Abstandes d ist der Schnittpunkt einer 45 Geraden vom Auflagerrand mit der Verbundfuge maßgebend. V Ed,red = V Ed - q Ed (0,5 * b Lager + h F ) = (0,5 * 0,2 + 0,8) = 388 kn Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 4

5 Nachweis nach DIN EN : Bemessungswert der einwirkenden Schubkraft je Fläche ν Edi = β V Ed / (z b i ) gemäß DIN EN : (6.24) Annahme: 100 % der Druckzone in der Deckenplatte statische Nutzhöhe: d = 95 cm Hebelarm der inneren Kräfte: z = 0,9 d = 0,9 * 95 = 85,5 cm < d 2 c v,l = 95 2*3,0 = 89,0 cm d - c v,l 3,0 = 89 cm ν Edi = 1,0 * (388 / (0,855 * 0,36) = 1260,55 kn/m² = 1,26 MN/m² - Aufnehmbare Schubkraft ohne Verbundbewehrung nach DIN EN : ν Rdic = c f ctd + µ σ n mit σ n 0 ν Rdic = 0,40 * 0,85 * 2 / 1,5 = 0,453 MN/m² ν Rdic < ν Edi Verbundbewehrung erforderlich - Aufnehmbare Schubkraft mit Verbundbewehrung nach DIN EN : ν Rdi = ν Rdic + ρ f yd (1,2 µ sin α + cos α) ν Edi und 0,5 ν f cd mit ρ = a s / b i, µ = 0,7 (raue Fuge) und α = 90 a s ((ν Edi - ν Rdic ) b i ) / (f yd (1,2 µ sin α + cos α)) a s = (( ) 0,36) / (43,5 (1,2 * 0,7 * 1)) = 7,96 cm²/m Bügelbewehrung Ø 8 / 12,5 cm mit vorh. a s = 8,04 cm 2 /m ausreichend Kontrolle: ν Rdi < 0,5 ν f cd = ν Rdj,max 1,26 < 0,5 * 0,5 * 0,85 * 30 / 1,5 = 4,25 MN/m² Hinweis: bei Ausführung einer glatten Fuge ergibt sich ν Rdic = c f ctd = 0,20 * 1,13 = 0,226 MN/m² < ν Ed a s ((ν Edi - ν Rdic ) b i ) / (f yd (1,2 µ sin α + cos α)) = 11,9 cm 2 /m mit µ = 0,6 und α = 90 Nach DIN : ergibt sich für eine raue Fuge analog erf a s = 7,96 cm²/m und für eine glatte Fuge erf a s = 11,9 cm²/m. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 5

6 6 Literatur [1] DIN EN : : Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbetonund Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche Fassung EN : AC:2010. [2] DIN EN /NA: :1Nationaler Anhang National festgelegte Parameter Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau: [3] Eurocode 2 für Deutschland: DIN EN : : Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang. Kommentierte Fassung. F. Fingerloos, J. Hegger, K. Zilch. Berlin: Beuth Verlag [4] DAfStb-Heft 600: Erläuterungen zu Eurocode 2. Beuth Verlag. Haftung von der Landesvereinigung und deren Autoren übernommen werden. Seite: 6