bachelorarbeit - oth regensburg · 2018. 1. 29. · entwicklung der durchstanznachweise im...
TRANSCRIPT
Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau
BACHELORARBEIT
AN DER
TECHNISCHEN HOCHSCHULE FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN REGENSBURG
FAKULTÄT BAUINGENIEURWESEN
AUFGABENSTELLER: Prof. Dr.-Ing. Othmar Springer
VORGELEGT VON
Gerald Christian Heitzer
MATRIKELNUMMER: 2641587
SEMESTER: B7
Regensburg, den 16.12.2013
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau
Abstract In dieser Arbeit soll die historische
Entwicklung der Durchstanznachweise und
die Weiterentwicklung der Nachweis-
führung aufgezeigt und erläutert werden.
Desweitern soll die Frage beantwortet
werden, weshalb bei bestimmten
Konstruktionen und Belastungen eine
Durchstanzbewehrung nach aktuell
gültiger Norm (DIN EN 1992-1-1;
Eurocode 2) im Gegensatz zu älteren DIN-
Normen erforderlich ist.
Dabei wird hauptsächlich auf die Teile der
Nachweisführung eingegangen, die
mutmaßlich für die Erfordernis einer
Schubbewehrung (vEd > vRd) verantwortlich
sind.
In vergleichenden Berechnungen werden
verschiedene Konstruktionen nach
DIN 1045:88, DIN 1045-1 und Eurocode 2
mit Hilfe einer EDV-Software berechnet
und die Ergebnisse miteinander verglichen,
um eine Aussage über eventuelle
Erhöhungen des Bewehrungsgrades- und
Mengen treffen zu können.
Abschließend werden noch Sonderfälle der
Durchstanzbemessung wie z.B. eine
Holorib-Decke beispielhaft untersucht.
In this study the historical development of
the punching evidence and the
development of verification should be
shown and explained. Further receiving the
response to the question, why in certain
constructions and loads a studrails to
currently valid standards (DIN EN 1992-1-1;
Eurocode 2) in contrast to older DIN
standards is required.
Attention is paid mainly to the parts of the
verification, the alleged need for a shear
reinforcement (vEd> vRd) are responsible.
In comparative calculations different
constructions according to DIN 1045-1988,
DIN 1045-1 and Euro code 2 are calculated
using a computer software, and the results
compared to a statement of any increases
to meet the level of reinforcement and
quantities.
Finally, be special cases of tax punching
such as Holorib a blanket studied as an
example.
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Gliederung
Abstract
Kapitel 1: Was heißt Durchstanzen? 1
Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises
Beispiel 1: Pipers Row Car Park 4
Beispiel 2: Sampoong Department Store 7
DIN 1045:1988 8
Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN 1045:1988 9
DIN 1045-1 12
Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN 1045-1 13
DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2) 20
Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach Eurocode 2 22
Lasteinleitung und kritischer Rundschnitt 24
Lasterhöhungsfaktor β 27
Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente
ohne Durchstanzbewehrung 29
Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente
mit Durchstanzbewehrung 31
Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88 36
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045-1 37
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN 1992-1-1 39
Kapitel 4: Vergleichende Berechnungen DIN – Eurocode
Frage 1: Wie stark weichen die erforderlichen Bewehrungsmengen der einzelnen
Normen voneinander ab? 41
Berechnung nach DIN 1045:88/ DIN 1045-1/ Eurocode 2
Deckenplatte 41
Einzelfundament 42
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Gliederung
Fundamentplatte 42
Berechnung nach DIN 1045-1/ Eurocode 2
Deckenplatte 43
Einzelfundament 44
Fundamentplatte 45
Auswertung 46
Frage 2: Wieso ist bei bestimmten Lasten und Konstruktionen der Durchstanznachweis
nach DIN 1045-1 noch erfüllt aber nach DIN EN 1992-1-1 nicht mehr? 47
Beispiel 1: Durchstanznachweis für eine Innenstütze nach DIN 1045-1
und Eurocode 2 48
Beispiel 2: Durchstanznachweis für eine Randstütze nach DIN 1045-1
und Eurocode 2 49
Kapitel 5: Sonderfälle der Durchstanzbemessung
Verbunddecken 51
Allgemeines, erforderliche Nachweise 52
Nachweis nach DIN 1045-1 53
Nachweis nach DIN EN 1992-1-1 bzw. DIN EN 1994-1-1 54
Vergleich der Rundschnitte 57
Fazit 58
Quellen 59
Abbildungsverzeichnis 60
Anhang: Berechnung Durchstanznachweise siehe beiliegende CD
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises von 1988 bis heute
6 | S e i t e
Das Unglück zog eine Überprüfung britischer Bemessungs- und Konstruktionsregeln sowie
eine kritische Untersuchung ähnlicher Parkhäuser nach sich. Zudem wurde in diesem
Zusammenhang zum wiederholten Mal auf die Notwendigkeit einer Kollapsbewehrung zur
Vermeidung eines progressiven Versagens hingewiesen. [1]
Abbildung 4 - Pipers Row Car Park – Einsturz des obersten Parkdecks am 20. März 1997
Abbildung 5 - Pipers Row Car Park - Durchstanzkegel einer Innenstütze
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
36 | S e i t e
nein
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88
Berechnung von τR
Berechnung von χ1 und χ2
Ermittlung von τ011 und τ02
des gewählten Betons
τR ≤ χ2 ∙ τ02
ja
τR ≤ χ1 ∙ τ011
nein
χ1 ∙ τ011 < τR ≤ χ2 ∙ τ02
ja
Schubbewehrung
erforderlich
Konstruktionsregeln
beachten
Höherfesten
Beton wählen
ja
Nachweis erfüllt.
Keine Schubbewehrung
erforderlich!
nein
Querschnitt vergrößern
und/ oder
Plattendicke erhöhen
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
37 | S e i t e
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045-1[1]
Berechnung von VEd und β
Ermittlung des kritischen Rundschnittes
im Abstand 1,5d vom Stützenrand
Berechnung von vEd und vRd,ct
im kritischen Rundschnitt
vEd ≤ vRd,ct
nein
Berechnung von vRd,max im
kritischen Rundschnitt
vEd ≤ vRd,max
ja
Betrachtung des ersten
Nachweisschnittes im Abstand
0,5d vom Stützenrand
ja Nachweis erfüllt!
nein
Querschnitte vergrößern
oder Betonfestigkeit
erhöhen oder statisches
System ändern!
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
38 | S e i t e
Berechnung von u für den
betrachteten Nachweisschnitt
Berechnung von vEd für u
Berechnung von Asw
Berechnung von ua für den
äußeren Rundschnitt im Abstand
1,5d vom betrachteten Schnitt
Berechnung von vEd und
vRd,ct,a für ua
vEd ≤ vRd,ct,a
ja
Konstruktionsregeln beachten!
Nachweis erfüllt!
Nächster zu betrachtender
Nachweisschnitt liegt um
sw ≤ 0,75d vom vorigen
Nachweisschnitt entfernt
nein
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
39 | S e i t e
Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN 1992-1-1
Berechnung von VEd und β
Ermittlung des kritischen Rundschnittes
im Abstand 2,0d vom Stützenrand
Berechnung von vEd und vRd,c
im kritischen Rundschnitt
vEd ≤ vRd,c
nein
Berechnung von vRd,max im
kritischen Rundschnitt
vEd ≤ vRd,max
ja
Betrachtung des ersten
Nachweisschnittes im Abstand
0,3d bis 0,5d vom Stützenrand
ja Nachweis erfüllt!
nein
Querschnitte vergrößern
oder Betonfestigkeit
erhöhen oder statisches
System ändern!
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung
40 | S e i t e
Berechnung von u für den
betrachteten Nachweisschnitt
Berechnung von vEd für u
Berechnung von Asw
Berechnung von uout für den
äußeren Rundschnitt im Abstand
1,5d vom betrachteten Schnitt
Berechnung von vEd,out und
vRd,c für uout
vEd,out ≤ vRd,c
ja
Konstruktionsregeln beachten!
Nachweis erfüllt!
Nächster zu betrachtender
Nachweisschnitt liegt um
sw ≤ 0,75d vom vorigen
Nachweisschnitt entfernt
nein
Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Fazit
58 | S e i t e
Die Einstürze verschiedener Gebäude in den letzten Jahrzenten wie z.B. das Pipers Row
Parkhaus in Birmingham, England oder das Sampoong Department Store in Südkorea, deren
beider Grund des Einsturzes auf ein Durchstanzversagen zurückzuführen waren, enthüllten
einige Unzulänglichkeiten der damals aktuellen Normen und gaben Anlass die Regelungen
bezüglich Durchstanzen zu überarbeiten.
So wurde der Durchstanznachweis, der nach DIN 1045:88 noch schnell von der Hand ging,
und deshalb bei den Ingenieuren beliebt war, über die DIN 1045-1 bis zum heute gültigen
Eurocode weiterentwickelt und verschärft. Beim Nachweis nach DIN 1045:88 war nur eine
errechnete Schubspannung mit einem Grundwert der Schubspannung, die vom verwendeten
Beton aufgenommen werden konnte, zu vergleichen. Nach Eurocode 2 werden jetzt solange
in bestimmten Abständen um die Stütze Durchstanznachweise geführt, bis die einwirkende
Querkraft allein vom Beton, ohne eine zusätzliche Anordnung von Durchstanzbewehrung,
aufgenommen werden kann. Die Berechnung des Durchstanznachweises nach Eurocode von
Hand ist deshalb mühselig und zeitaufwendig sofern sie nicht mit entsprechender EDV-
Unterstützung durchgeführt wird.
Eine Verschärfung des Nachweises hat natürlich auch Auswirkungen auf die erforderlichen
Bewehrungsmengen, die sich im Durchschnitt in den letzten Jahren ca. verdoppelt haben. Dies
ist darauf zurück zu führen, dass der Durchstanznachweis immer mehr auf der sicheren Seite
geführt wird, indem der kritische Rundschnitt um 0,5d erweitert wird und bei Innenstützen
der Lasterhöhungsbeiwert von 1,05 nach DIN 1045-1 auf 1,15 nach Eurocode 2 (abgemindert
auf 1,10 durch das Nationale Anwendungsdokument) wird. Desweitern wurde der
Bemessungswiderstand vRd,c um 14,29 % verringert, da der Vorwert CRd,c von 0,21/γm auf CRd,c
= 0,18/ γm abgeändert wurde.
Im Zuge der Umstellung auf Eurocode wurde auch der Durchstanznachweis bei Verbundecken
neu überdacht und die Querschnittsfläche des Betons in den Profilrippen wird bei der
Ermittlung des kritischen Rundschnitts von der Schwerachse bis zur Oberkante des Profils
mitberücksichtigt. Dadurch wird der Bemessungswert der einwirkenden Querkraft
abgemindert und die Verbunddecke kann punktuell höher belastet werden als nach
DIN 1045-1, wo nur der Betonquerschnitt oberhalb des Profilbleches berücksichtigt und auf
ein mögliches Durchstanzversagen untersucht wurde.