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Beton- und Stahlbetonbau 2015 Sonderdruck ISSN 0005-9900 A 1740 Elementdecken mit Gitterträgern - Flachdecken in Elementbauweise nach Eurocode 2 - Durchstanzbewehrung für Elementdecken - Durchbiegung von Flachdecken - Momentenumlagerung - Montagestützweite

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Beton- undStahlbetonbau

2015SonderdruckISSN 0005-9900A 1740

Elementdecken mit Gitterträgern

- Flachdecken in Elementbauweise nach Eurocode 2- Durchstanzbewehrung für Elementdecken- Durchbiegung von Flachdecken- Momentenumlagerung- Montagestützweite

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Zum Titelbild Elementdecken mit Gitterträgern werden seit Jahren auch als Flachdecken ausge- führt. Der Beitrag auf Seite 5 enthält Hinweise zur Anwendung nach Eurocode 2. Als Durchstanz - bewehrung werden unterschiedliche Systeme ein- gesetzt. Das Titelbild zeigt eine Fertigteilplatte mit Gitterträgern und spezieller Durchstanzbewehrung. Die gezeigte Filigran-Durchstanzbewehrung mit optimierter Geometrie sichert nicht nur die Ver- bundfuge zwischen Fertigteilplatte und Aufbeton, sondern erhöht den Durchstanzwiderstand der Flachdecke auf mehr als das Doppelte (s. Beitrag auf Seite 15).

Elementdecken mit Inhalt Gitterträgern 2015

Gerhard Schulze 4 Editorial: Verbundkonstruktionen

FACHTHEMEN

Johannes Furche, Ulrich Bauermeister 5 Flachdecken in Elementbauweise

Hinweise zur Anwendung nach Eurocode 2 aus Beton- und Stahlbetonbau, 109 (2014), Heft 11

Carsten Siburg, Josef Hegger, Johannes Furche, Ulrich Bauermeister 15 Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode 2

aus Beton- und Stahlbetonbau, 109 (2014), Heft 3

Manfred Curbach, Anett Brückner 27 Einfluss der Elementfugen auf die Durchbiegung von Flachdecken

aus Beton- und Stahlbetonbau, 101 (2006), Heft 3

Rüdiger Beutel, Johannes Furche, Josef Hegger, Frank Häusler 33 Zur Momentenumlagerung in Elementdecken mit Gitterträgern

aus Beton- und Stahlbetonbau, 101 (2006), Heft 12

Guido Bertram, Josef Hegger, Johannes Furche, Ulrich Bauermeister 41 Zulässige Montagestützweiten von Elementdecken

mit verstärkten Gitterträgern aus Beton- und Stahlbetonbau, 106 (2011), Heft 8

BRANCHENFORUM

52 Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V. (BmG) Entwicklung der Fachvereinigung

ISSN 0005-9900 (print)ISSN 1437-1006 (online)

Peer-reviewed journal Beton- und Stahlbetonbau ist ab dem Jahrgang 2007 bei Thomson Reuters ISI Web of Science akkreditiert.

Impact Factor 2013: 0,354

www.wileyonlinelibrary.com, die Plattform für dasBeton- und Stahlbetonbau Online-Abonnement

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4 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

EDITORIAL Gerhard Schulze

Verbundkonstruktionen

GERHARD SCHULZE

Die Elementbauweise mit Gitterträgern vereint als Verbundkonstruktion dieVorteile einer wirtschaftlichen und qualitativ hochwertigen Vorfertigung mit derFlexibilität und den statischen Vorteilen der Ortbetonbauweise. Starke Verbrei-tung findet diese Verbundbauweise in Mitteleuropa und insbesondere inDeutschland. Elementdecken und -wände mit Gitterträgern werden jedochauch in anderen Regionen der Welt zunehmend eingesetzt. Bei der Einführungder Bauweise in neue Märkte sind Planer und Anwender von den Möglichkei-ten der Anwendung zu überzeugen, Normen mit Bemessungs- und Anwen-dungsregeln sind zu erarbeiten.

Im Vergleich hierzu wird der Vorteil einer mehr als 50 Jahre langen Erfahrungin Deutschland deutlich. Anerkannte Bemessungs- und Anwendungsregeln ge-währleisten eine hohe Akzeptanz dieser Bauweise. Darüber hinaus bildet derhohe Wissensstand die Grundlage für Weiterentwicklungen. Während in ande-ren Regionen vorwiegend einachsig gespannte Elementdecken eingesetzt wer-den, werden hier bereits seit Jahrzehnten auch zweiachsig gespannten Deckenausgeführt. Zum Tragverhalten liegen Untersuchungen auch bei Einsatz inpunktförmig gestützten Flachdecken vor. Die Entwicklung systemkonformerDurchstanzbewehrung ist hierbei Grundlage einer erfolgreichen Anwendung.Der vorliegende Sonderdruck stellt hierzu Fachinformationen, welche in derZeitschrift Beton- und Stahlbetonbau zur Elementbauweise erschienen sind, zu-sammen.

Die Weiterentwicklung der Elementbauweise mit Gitterträgern dient allen Beteiligten der Branche. Hier gilt es, zukünftige Entwicklungen mitzugestalten.Engagierte Fertigteilproduzenten sind bereits seit vielen Jahren aktiv. Aus einemArbeitskreis entwickelte sich vor 20 Jahren die Fachgruppe Betonbauteile mitGitterträgern innerhalb des Bundesverbandes der Beton- und Fertigteilindustrie.Vor 10 Jahren entstand daraus die eigenständige Fachvereinigung „Betonbau -teile mit Gitterträgern e.V. (BmG)“. Hier konnten die Interessen von Fertigteil-herstellern und anderen Branchenvertretern gebündelt werden. Eine gute Ver-bundkonstruktion!

Gerhard SchulzeVorsitzender der Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V. (BmG)

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© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin 5

DOI: 10.1002/best.201400072

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FACHTHEMA

Flachdecken in Elementbauweise mit GitterträgernHinweise zur Anwendung nach Eurocode 2

Herrn Professor Dr.-Ing. Josef Hegger zu seinem 60. Geburtstag gewidmet

1 Einleitung

Elementdecken bestehen aus etwa 5 cm bis 7 cm starkenvorgefertigten Stahlbetonplatten, welche vor Ort mit ei-ner Aufbetonschicht zur fertigen Decke ergänzt werden.Die im Werk vorgefertigten Platten sind für die Transport-und Montagezustände mit im Allgemeinen durchgehen-den Gitterträgern bewehrt. Diese wirken im Endzustandder Decke auch als Teil der Biegezugbewehrung undQuerkraftbewehrung und sichern die Schubkraftübertra-gung in der Verbundfuge zwischen Fertigteil und Auf -betonschicht. Diese Elementdecken werden seit fast 50Jahren auch als zweiachsig gespannte Stahlbetondeckeneingesetzt. Dabei werden im üblichen Fall die Längs -bewehrung der Haupttragrichtung sowie die Durchstanz-bewehrung in die Fertigteilplatte eingebaut (Bild 1). Diezur Längsbewehrung quer verlaufende Biegezugbeweh-rung wird auf der Fertigteilplatte verlegt. Dieses ent-spricht auch der Regelausführung bei Flachdecken.

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ermöglicht eine ein-fache Schnittgrößenermittlung von Platten über unregel-mäßigen Grundrissen. Im Wohn- und Geschossbau wer-den zunehmend Wände als Linienauflager mit Wand -enden und Einzelstützen als Auflager kombiniert. Auchfür diese teilweise punktförmig gestützten Decken geltenfolgende Ausführungen.

Die Bemessung von Flachdecken lässt sich getrenntdurchführen für Biegung und für Querkraft im Bereichder punktförmigen Unterstützungen. Die letztgenanntenDurchstanznachweise werden in Abschn. 3 beschrieben.Zur Schnittgrößenermittlung, Biegebemessung und Kon-struktion von Flachdecken in Elementbauweise werden

ergänzend Hinweise in Abschn. 2 gegeben. Alle Verweiseauf den Eurocode 2 beziehen sich in diesem Beitrag im-mer auf die Norm in Verbindung mit dem nationalen An-hang für Deutschland [1].

2 Zweiachsig gespannte Elementdecken2.1 Tragverhalten

Das Tragverhalten von Elementdecken als Verbundbau-teil entspricht prinzipiell dem reiner Ortbetondecken. Beinachgewiesener Schubkraftübertragung in der Fuge zwi-schen Fertigteilplatte und Aufbetonschicht bleiben als Be-sonderheit der Elementdecke eine geänderte Höhenlageder Biegezugbewehrung und ggfs. Stoßfugen zwischenden Fertigteilplatten.

Flachdecken werden wirtschaftlich aus vorgefertigten Stahl -betonplatten und einer aufbetonierten Ortbetonschicht herge-stellt. Das Tragverhalten dieser Elementdecken mit Gitterträ-gern ist ähnlich dem von Ortbetondecken. Bei der Bemessungund Konstruktion von Elementdecken sind jedoch einige Be-sonderheiten zu beachten. Der Eurocode 2 mit zugehörigemnationalem Anhang [1] enthält Regelungen hierzu. Als Durch-stanz- und Verbundbewehrung kommen jedoch Bewehrungs-systeme zur Anwendung, welche auf der Grundlage von natio-nalen oder europäischen Zulassungen bemessen werden. Dieerforderlichen Nachweise im Durchstanzbereich von Flach -decken werden für unterschiedliche Systeme zusammenge-stellt und erläutert.

Flat Slabs built as Semi-Precast Slabs with Lattice GirdersAdvice to application according to Eurocode 2Flat slabs are economically made of precast slabs with insitutopping. The load bearing behaviour of these semi-precastslabs with lattice girders is similar to in situ concrete slabs. Eurocode 2 together with the German annex [1] gives advicefor that. The used punching shear reinforcement and com -posite reinforcement have to be designed according to nationalor European technical approvals. The necessary proofs in caseof flat slabs are consolidated and explained.

Bild 1 Fertigteilplatte mit Gitterträgern und Durchstanzbewehrung Precast slab with lattice girders and punching shear reinforcement

Johannes Furche, Ulrich Bauermeister

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J. Furche, U. Bauermeister: Flachdecken in Elementbauweise mit Gitterträgern

Eine obere Eckbewehrung (Drillbewehrung) steigert nach[3] die Tragfähigkeit der Platte nur um ca. 6 %, was dengeringen Einfluss dieser Bewehrung auf die Tragfähigkeitvon Stahlbetonplatten bestätigt. Es stellt sich nach GRÖ-NING [3] mit zunehmender Plattendurchbiegung im geris-senen Zustand ein Membranzustand ein, der die obereDrillbewehrung stark entlastet und somit deren Wirksam-keit begrenzt. Zur Begrenzung der Rissbreiten im Ge-brauchszustand und wegen nicht ausreichender Absiche-rung des Membranmodells wird der Einbau der Drillbe-wehrung in [4] dennoch gefordert.

Nach Eurocode 2, 10.9.3 (NA15) [1] darf die günstige Wir-kung der Drillsteifigkeit bei der Schnittgrößenermittlungberücksichtigt werden, wenn sich innerhalb des Drillbe-reichs von 0,3l ab der Ecke keine Stoßfuge der Fertigteil-platte befindet oder wenn die Fuge durch eine Verbundbe-wehrung im Abstand von höchstens 100 mm vom Fugen-rand gesichert wird (Bild 3). In Elementdecken werden alsVerbundbewehrung Gitterträger angeordnet. Bei unregel-mäßigen Grundrissen kann die Lage von „Drillbereichen“,d.h. Plattenbereiche mit Druckspannungskomponentensenkrecht zur Stoßfuge, nicht immer einfach zugeordnetwerden. In solchen Decken empfiehlt sich die randnaheAnordnung der Gitterträger in allen Fertigteilplatten.

Die Anforderung in Eurocode 2 [1], wonach die Aufnah-me der Drillmomente nachzuweisen ist, erfolgt in übli-chen Bemessungsprogrammen durch den Nachweis dererforderlichen Biegebewehrung in diesen Bereichen. Dieverringerte statische Höhe der in der Ortbetonschicht un-ten liegenden Bewehrung ist dabei zu berücksichtigen.Die lineare Erhöhung der Bewehrungsquerschnitte imVerhältnis der kompletten statischen Höhe zur statischenHöhe in der Ortbetonschicht ist im Allgemeinen ausrei-chend genau.

Ein Einfluss der offenen Stoßfugen an der Deckenunter-seite auf das Tragverhalten der Decke im Bruchzustandist dann gegeben, wenn Druckkräfte senkrecht zur Fugewirken. Daher sind im Durchstanzbereich und im Be-reich negativer Momente Stoßfugen zu vermeiden oderauszubetonieren. Werden Druckkraftkomponenten ander Plattenunterseite senkrecht zur Fuge ausschließlichinfolge schiefer Hauptdruckspannungen (Drillmomente)erzeugt, ist der Einfluss der Stoßfugen auf das Gesamt-tragverhalten der Platte untergeordnet. Dieses belegenBauteilversuche von SCHIESSL [2], in denen Element -fugen auch im Drillbereich angeordnet waren. Danachwird die lokale Drillsteifigkeit durch die Stoßfugen zwarbegrenzt reduziert, aber das Tragverhalten der Gesamt-platte praktisch nicht beeinflusst.

Ähnliche Bauteilversuche wie von SCHIESSL [2] an qua-dratischen Elementdecken durchgeführt wurden, führte2012 auch GRÖNING [3] durch. Er testete drei allseitig ge-lenkig aufgelagerte Platten mit einer Spannweite von 4 m.Die Platten unterschieden sich in der Anordnung der Ele-mentfugen und der Anordnung einer oberen Drillbeweh-rung in den Plattenecken. In den zwei Platten mit Stoß -fugen im Drillbereich waren in einem Abstand von ca.10 cm zu den Stoßfugen Gitterträger angeordnet. Es zeig-te sich ein duktiles Tragverhalten der zweiachsig gespann-ten Fertigteilplatten mit Ortbetonergänzung auch dann,wenn sich vertikale Fugen im Drillbereich der Platte be-finden. Der zweiachsige Lastabtrag ist durch die Rissbil-der (Bild  2) bestätigt worden. Diagonale Risse auf derPlattenunterseite verlaufen nahezu ungestört über dieElementfuge auch im Eckbereich hinweg (Bild 2b). DasGesamttragverhalten der Platte wird nur geringfügig vonden vertikalen Elementfugen im Drillbereich beeinflusst,wenn zusätzlich Gitterträger im Randbereich eingebautwerden.

Bild 2 Rissbilder der Unterseite von zweiachsig gespannten Elementdecken [3]a) Stoßfugen außerhalb des Drillbereichs; b) Stoßfugen im DrillbereichCrack pattern of the lower side of two way span semi precast slabs [3]a) Butted joints outside the drill area; b) Butted joints inside the drill area

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Über die Regelungen zur Drillsteifigkeit hinaus erlaubtder nationale Anhang  [1] zum Eurocode 2 in 5.1.1(NA.13) für die Ermittlung der Plattenschnittgrößengrundsätzlich den Ansatz gleicher Steifigkeiten in beidenRichtungen, wenn der Abstand der Längsbewehrung zurQuerbewehrung in der Höhe 50 mm nicht überschreitet(Bild 4). Der in Heft 600  [5] zusätzlich genannte Maxi-malwert von einem Zehntel der statischen Höhe kann beidickeren Decken genutzt werden, kommt aber bei üb -lichen Dicken von Elementdecken nicht zur Anwen-dung.

Die Schnittgrößenermittlung zum Nachweis der Trag -fähigkeit von Elementdecken mit Gitterträgern kann so-mit grundsätzlich wie für Ortbetondecken erfolgen. Die-ses gilt für linear-elastische Berechnungen ohne und mitMomentenumlagerung und somit für die bisher praxisüb-lichen Bemessungsverfahren. Die aktuellen Zulassungenfür Gitterträger [6, 7, 8] schließen aufgrund mangelnderErfahrung die Anwendung der Plastizitätstheorie und an-derer nicht linearer Verfahren aus.

2.2 Gebrauchszustand

Der Einfluss von Fertigteilfugen und unterschiedlichenHöhenlagen der Bewehrung auf die Durchbiegung vonFlachdecken wurde von CURBACH [9] anhand nicht linea-rer FE-Berechnungen untersucht. Danach ist ein Unter-schied der Durchbiegung im Vergleich zur reinen Ortbe-tondecke belastungsabhängig. Im unteren Lastbereichsind die Durchbiegungen einer Elementdecke zunächstgrößer, der Unterschied gegenüber einer reinen Ortbeton-decke verringert sich dann mit zunehmender Belastungbis zum Gebrauchslastniveau auf etwa 5 %. Dieses ver-gleichsweise günstige Durchbiegungsverhalten von Ele-mentdecken begründet sich auch durch die in den Fertig-teilplatten eingelegte Querbewehrung von 20 % derLängsbewehrung. Bei der in zweiachsig gespannten Plat-ten üblichen Anordnung einer durchgehenden statisch er-forderlichen Querbewehrung auf den Fertigteilplatten er-

höht diese zusätzliche konstruktive Plattenbewehrungdie Steifigkeit im gerissenen Zustand II.

Unter Berücksichtigung der grundsätzlichen Streuungenvon gemessenen Durchbiegungen scheint der rechnerischermittelte Unterschied zwischen einer Elementdecke undeiner reinen Ortbetondecke vernachlässigbar, eine geson-derte Durchbiegungsbemessung für Elementdecken ent-behrlich. Wesentlich scheint nach Ansicht der Verfassereher die grundsätzliche Begrenzung von Durchbiegungender Flachdecken durch die sinnvolle Wahl der Platten -dicke zu sein. Eurocode 2 [1] stellt Grundlagen zur Di-mensionierung zur Verfügung. Diese gelten auch für Aus-führung von Flachdecken als Elementdecken.

2.3 Konstruktive Hinweise

Unabhängig von einer Standardausführung mit durchge-hender Biegezugbewehrung können Übergreifungsstößezwischen der Bewehrung im Fertigteil und im Aufbetonerforderlich werden. In diesem Fall liegen die zu stoßen-den Stäbe übereinander und dazwischen befindet sich dieVerbundfuge.

Nach Eurocode 2, 10.9.3 (NA.14) sind für einen solchenTragstoß zusätzliche Bedingungen einzuhalten:

– maximaler Durchmesser der gestoßenen Bewehrung:14 mm

– maximaler Querschnitt der erforderlichen Stoßbeweh-rung: 10 cm2/m

– Bemessungswert der einwirkenden Querkraft VEd ≤0,3 VRd,max

– der Stoß ist durch Bewehrung (Gitterträger) zu si-chern, für die gilt:

• maximaler Abstand: zweifache Plattendicke • Bewehrungsquerschnitt ist für die Kraft der zu sto-

ßenden Stäbe ermittelt

Diese Regelung (Bild  5) geht auf einen Vorschlag vonSCHIESSL [10] aus dem Jahr 1997 zurück. Dabei entspre-chen Bewehrungsdurchmesser und -menge den Regelun-gen, welche seinerzeit für übereinanderliegende Matten-

Bild 3 Gitterträger neben Stoßfugen im DrillbereichLattice girders nearby the butted joints inside drill area

Bild 4 Maximaler Höhenabstand der Bewehrung bei Berechnung als isotrope PlatteMaximum height distance of the reinforcement to design as anisotropic slab

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stöße erarbeitet wurden. Die Abstände der zu stoßendenStäbe sind unterschiedlich und im Allgemeinen größer alsder vierfache Stabdurchmesser. Aus diesem Grund hatteSCHIESSL [10] eine pauschale Vergrößerung der Veranke-rungslänge um 100 mm vorgeschlagen. Dieser Ansatz istpraktikabel, erübrigt sich aber, wenn die Übergreifungs-länge für größere Stababstände als 4∅ nach Eurocode 2[1], 8.7.2(3) erhöht wird.

Die Querkraftgrenze von 0,3 VRd,max entspricht etwa derdamaligen Anwendungsgrenze von Platten mit Querkraft-bewehrung und somit der Anwendungsgrenze von Gitter-trägern als alleinige Schubbewehrung. Da die Anwen-dungsgrenze in geltenden Zulassungen [6, 7, 8] an die ak-tuelle Regelung nach Eurocode 2, 9.3.2(3) auf 1/3 VRd,max

angepasst wurde, wird bei Ausführung eines Tragstoßesdie Obergrenze demgegenüber geringfügig reduziert.

Die Sicherung des Stoßes der übereinanderliegenden Stäbe bzw. der dazwischenliegenden Verbundfuge erfolgtdurch die Diagonalen der Gitterträger. Diese sind für diesenkrecht zum Stoß wirkenden Zugkräfte zu bemessen,welche sich für ein Fachwerk mit Druckstrebenneigungvon 45° einstellen. Aufgrund der ursprünglichen Empfeh-lung [10] sollen dabei nur die im Fachwerk als Zugstäbewirkenden Diagonalen innerhalb der ausgeführten Über-greifungslänge berücksichtigt werden. Die vorhandeneVerbundbewehrung darf auf die Stoßsicherung angerech-net werden.

Bild 5a zeigt einen tragenden Bewehrungsstoß quer undBild 5b parallel zu den Gitterträgern. Für beide Ausfüh-rungen gilt innerhalb des Stoßbereichs ein maximalerGitterträgerabstand entsprechend der zweifachen De-ckenstärke von 2h. Dieser Abstand gilt auch für den ma-ximalen Abstand von Gitterträgern [6, 7, 8] als Verbund-bewehrung in zweiachsig gespannten Platten, wenn dieBiegezugbewehrung in der Fertigteilplatte liegt und z. B.

an den Plattenstößen entsprechend Bild 5a gestoßenwird. Liegt die Längsbewehrung der zweiten Spannrich-tung wie üblich auf der Fertigteilplatte, gilt als maximalerGitterträgerabstand 5h bzw. 75 cm. Für Gitterträger alsSchubbewehrung gelten zusätzliche Regelungen [6, 7, 8].

Bild 5b zeigt eine baustellengerechte Stoßausausbildungder Längsbewehrung in der Fertigteilplatte mit einer Bie-gezugbewehrung im Ortbeton, die direkt von oben auf dieFertigteilplatten gelegt werden kann. Randbügel in derFertigteilplatte sind bei dieser Konstruktion nicht erfor-derlich. Aus konstruktiven Gründen und aufgrund dero. g. Begrenzung der Querschnittfläche sollten tragendeBewehrungsstöße im Bereich geringer erforderlicher Bie-gebewehrung angeordnet werden.

3 Durchstanznachweise3.1 Bemessungskonzept nach Eurocode 2

Kennzeichnend für das Tragverhalten von Flachdeckenist das mögliche Querkraftversagen der Platte im Bereichder Unterstützungen. Das Durchstanzen in Form eineskegelförmigen Betonausbruchs ist durch entsprechendeBemessung, Dimensionierung und Ausführung zu vermei-den. Eurocode 2 [1] fordert einen Nachweis der Spannun-gen bei Flachdecken im kritischen Rundschnitt in einerEntfernung der zweifachen Deckennutzhöhe d von derStütze bzw. Lasteinleitungsfläche. Bild 6 zeigt den kriti-schen Rundschnitt für eine quadratische Innenstütze. Fürandere Stützenquerschnitte und andere Randbedingun-gen enthält Eurocode  2 gesonderte Regelungen für dieSchnittführung. Die einwirkende Schubspannung vEd indiesem kritischen Rundschnitt u1 wird nach Gl. (1) ermit-telt. Für Flachdecken ohne Durchstanzbewehrung undohne Normalspannung gilt nach Eurocode 2 [1] für denBemessungswiderstand vRd,c die Gl. (2).

vEd = β · VEd/(u1·d) (1)

vRd,c = CRd,c · k · (100 · ρl · fck)1/3 ≥ vmin (2)

Erläuterungen zu den Bezeichnungen vgl. Eurocode 2 [1].

Für Platten mit Durchstanzbewehrung gilt als Obergren-ze für den Bemessungswiderstand vRd,max ein Vielfachesdes Querkraftwiderstands von Platten ohne Durchstanz-bewehrung. Dieser Ansatz in Gl. (3) ermöglicht nach [11]die Berücksichtigung höherer Durchstanzwiderständebeim Einsatz von Durchstanzbewehrungen mit optimier-ter Endverankerung. Darüber hinaus wurde in [12] ge-zeigt, dass der Nachweis der maximalen Durchstanztrag-fähigkeit im Bemessungsrundschnitt in einer Entfernungvon 2d von der Stütze ein gleichmäßiges Sicherheitsni-veau gewährleistet. Daher wurde im nationalen Anwen-dungsdokument [1] dieses Nachweisformat anstelle desursprünglich im Eurocode festgelegten Nachweises, derdirekt an der Stütze zu führen ist, eingeführt.

vRd,max = αmax · vRd,c (3)

Bild 5 Mögliche Tragstoßausbildung in Elementdecken nach Eurocode 2 Possible design of a loadbearing lap length in semi precast slabs according to Eurocode 2

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Eurocode 2 [1] regelt als Durchstanzbewehrung Bügelund aufgebogene Längsstäbe. Für diese genormten Be-wehrungen gilt in Gl. (3) der Erhöhungsfaktor vonαmax = 1,4. Die Festlegung dieses Werts geht maßgeblichauf eine Auswertung von 45 Versuchen mit Bügeln alsDurchstanzbewehrung zurück [13].

Die Durchstanzbewehrung ist nach Eurocode  2  [1] inBewehrungsreihen um die Stütze anzuordnen. Die ers-te Bewehrungsreihe liegt in einer Entfernung von 0,3dbis 0,5d von der Stütze entfernt. Die weiter entferntenReihen haben einen maximalen Abstand von 0,75d.Nach DAfStb Heft 600 [5] sind Abweichungen vonder Solllage bis ±0,2d zulässig. Entsprechend dem Be-messungswiderstand nach Gl. (4) ist in den Bewehrungs-reihen nur der Querkraftanteil durch Schubbewehrungabzudecken, welcher 75 % des Betontraganteils über-steigt.

vRd,cs = 0,75 · vRd,c + 1,5 · (d/sr) · Asw · fywd,ef · sinα/(u1 · d) (4)

vRd,cs Bemessungswert der Durchstanztragfähigkeitmit Durchstanzbewehrung

fywd,ef wirksamer Bemessungswert der Streckgrenzeder Durchstanzbewehrung

fywd,ef = 250 + 0,25d ≤ fywd

Asw Querschnitt der Schubbewehrung einer Beweh-rungsreihe

Im deutschen Anhang zum Eurocode 2 wurde festgelegt,dass die erforderliche Durchstanzbewehrung nach Gl. (4)in der ersten Bewehrungsreihe mit dem Faktor 2,5 unddie der zweiten Reihe mit dem Faktor 1,4 erhöht werdenmuss. Nur die Berücksichtigung dieser Faktoren sichertnach [5] eine ausreichende Stahltragfähigkeit beimDurchstanzen, wie Auswertungen in [13] belegen.

3.2 Regelungen nach Zulassungen3.2.1 Gitterträger als Durchstanzbewehrung

Gitterträger empfehlen sich als Durchstanzbewehrungaufgrund der steifen Verankerung der tragenden Strebeninfolge Verschweißung mit den Gurten. Die bekanntenSysteme unterscheiden sich durch Geometrie und Kon-struktion [14]. Je nach Ausführung ist die Effektivität beider Steigerung des Durchstandwiderstands unterschied-lich.

In [15 bis 19] sind insgesamt 19 Durchstanzversuche mitunterschiedlichen Gitterträgern in Elementplatten, d. h.in Bauteilen mit horizontaler Verbundfuge zwischen zweiBetonierschichten sowie Stoßfugen zwischen vorgefertig-ten Platten, dokumentiert. Die Stoßfugen zwischen denFertigteilplatten waren in diesen Versuchen zwischen3,5 cm und 4 cm breit und wurden zusammen mit demAufbeton ausbetoniert. Die Verbundfuge zwischen Fertig-teilplatte und Aufbeton sowie die Stoßfugen waren nichtbruchauslösend und hatten somit keinen Einfluss auf den Durchstanzwiderstand der Platten. Die eingesetzteDurchstanzbewehrung wirkte auch als Verbundbeweh-rung.

In allen Versuchen erfolgte die Anordnung der Durch-stanzbewehrung in Form kurzer linearer Elemente im Be-reich der Unterstützungen parallel zueinander. Die Stre-ben der Bewehrungselemente wurden zur Stütze hin auf-steigend angeordnet. Die parallele Anordnung gewähr-leistet einen einfachen Einbau in Fertigteilplatten mitdurchgehenden Gitterträgern. Das Nachweisformat fürGitterträger als Durchstanzbewehrung entspricht prinzi-piell dem nach Eurocode 2, jedoch weisen die verschiede-nen Zulassungen Unterschiede hierzu auf.

Für Schubgitterträger nach Bild 7a gilt nach allgemeinenbauaufsichtlichen Zulassungen [7, 8] auch das Nachweis-format nach Gl. (3). Der Erhöhungsfaktor ist mitαmax = 1,2 jedoch geringer als jener für Bügel. Diese kon-servativ festgelegte Erhöhung begründet sich auch durchdie wenigen Versuche. Zudem wurde die Obergrenze auf-grund begrenzter Stahltragfähigkeit in den Versuchennicht hinlänglich abgeprüft.

Der Nachweis der Stahltragfähigkeit bei Einsatz derSchubgitterträger erfolgt analog den Regelungen nach Eu-rocode 2, jedoch mit einigen Modifikationen. Nach Zulas-sungen [7, 8] wird die zulässige Abweichung der anrechen-baren Stäbe von der Solllage der Bemessungsringe±0,375d so weit gefasst, dass bei maximalem Abstand derKreisringe von 0,75d aneinandergrenzende Kreisringflä-chen entstehen. Dadurch werden alle entsprechend ihrerNeigung wirksamen Streben anrechenbar. Dieser Ansatzwar notwendig, da aufgrund der parallelen Anordnungder Bewehrungselemente in Kombination mit einem fes-ten Abstand der Streben von 20 cm die engen Toleranzenwie für Bügel nicht einhaltbar waren. Andererseits zeigtenim Versuch gemessene Dehnungen der Gitterträger, dasssich auch Streben außerhalb der nach Norm definierten

Bild 6 Kritischer Rundschnitt u1 nach Eurocode 2Basic control section u1 according to Eurocode 2

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Kreisringe am Lastabtrag beteiligen. Zudem ergibt sich beieinem maximalen Durchmesser von 7 mm [7, 8] eine guteVerteilung der einzelnen Bewehrungsstäbe.

Anders als nach Gl. (4) ist in den Zulassungen [7, 8] nurder Querkraftanteil durch Bewehrung abzudecken, wel-cher den Betontraganteil überschreitet. Anrechenbar sindallerdings auch nur die annähernd senkrechten Strebenund die geneigten Streben derjenigen Bewehrungsele-mente, deren verlängerte Achse in der Aufsicht durch denStützenquerschnitt verläuft. Diese geneigten Stäbe wer-den mit dem Faktor 1,3 · sinα berücksichtigt. Die annä-hernd senkrechten Streben sind bei üblichen Plattendi-cken mit statischer Höhe unter 40 cm mit dem Abminde-rungsfaktor κS = 0,7 zu berücksichtigen.

Für die Anordnung der oberen Biegezugbewehrung gilt,dass nur Bewehrungsstäbe einer Richtung oberhalb derGitterträgerobergurte liegen dürfen. Stäbe der zweitenRichtung müssen auf gleicher Höhe wie die Gurte oderdarunter liegen (Bild 8a). Die Regelung gilt am Untergurtsinngemäß.

Auch für Sonderträger nach Bild  7b nach allgemeinerbauaufsichtlicher Zulassung [20] gilt das Nachweisformatnach Gl. (3). Die zugelassene maximale Lasterhöhungvon 50 % übertrifft jene für Bügel nach Eurocode 2. NachZulassung [20] sind die ersten Stäbe in einem Abstandvon 0,35d bis 0,5d von der Stütze anzuordnen. Für denersten Nachweisschnitt in einer Entfernung von 1,0d vomStützenrand können alle Stäbe berücksichtigt werden, de-ren Schwerpunkt innerhalb dieses Bereichs vom Stützen-rand liegt. Für die weiteren Ringe gelten bezüglich der Lage der anrechenbaren Streben die Vorgaben entspre-chend Eurocode 2.

Ähnlich wie nach Gl. (4) ist in der Zulassung [20] nur derQuerkraftanteil durch Bewehrung abzudecken, welcher75 % des Betontraganteils überschreitet. Allerdings istder Betontraganteil im Verhältnis der Rundschnittlängein einem Abstand von 0,5d zum Umfang im Bemessungs-schnitt abzumindern. Für den ersten Bemessungsschnitt

in einer Entfernung von 1,0d reduziert sich der Beton-traganteil z. B. für eine Rundstütze mit einem Stützen-durchmesser entsprechend der statischen Höhe auf50 %.

Anrechenbar sind nach [20] – im Gegensatz zu [7, 8] – alleStreben. Es werden auch die an der Stütze vorbeizeigen-den Diagonalen mit dem Faktor κS · sinα berücksichtigt.Der Abminderungsbeiwert für die Stahltragfähigkeit ist in[20] jedoch mit κS = 0,7 + 0,3 (d-200)/150 innerhalb derGrenzen 0,7 und 1,0 festgelegt. Diese Regelung weicht so-wohl von der Festlegung in der Zulassung [7, 8] als auchvom Eurocode 2 [1] ab. Bereits bei statischen Höhen über200 mm wird der Abminderungsfaktor größer als 0,7 undist somit höher als nach vorgenannten Regelungen. Da-durch wird eine steifere Verankerung berücksichtigt undes resultiert daraus eine im Vergleich geringere erforderli-che Menge an Durchstanzbewehrung.

Für die Anordnung der oberen Biegezugbewehrung giltzunächst die gleiche Regelung wie für Schubgitterträger[7,  8] nach Bild 8a. Hiervon darf nach [20] abgewichenwerden und die Stäbe beider Bewehrungsrichtungen aufdie Obergurte gelegt werden, wenn je Bewehrungsrich-tung nur eine Lage verlegt wird, der Durchmesser der Bie-gebewehrung 20 mm nicht überschreitet und die statischeHöhe die 1,1-fache Höhe der verwendeten Durchstanz-gitterträger nicht überschreitet. Die letztgenannte Bedin-gung lässt sich jedoch nur bei dicken Platten mit dünnerBiegezugbewehrung und geringer Betonüberdeckung ein-halten.

3.2.2 Filigran-Durchstanzbewehrung

Für die Filigran-Durchstanzbewehrung wurde eine euro-päisch technische Zulassung [21] erteilt. Aufgrund der op-timierten Form der Bewehrungselemente wurden inDurchstanzversuchen höchste Durchstanzwiderständeerreicht [18]. Der Erhöhungsfaktor von αmax = 2,09 er-möglicht mehr als eine Verdoppelung des Durchstanzwi-derstands.

Bild 7 Unterschiedliche Gitterträger als DurchstanzbewehrungDifferent lattice girders as punching shear reinforcement

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Nach Zulassung [21] sind die ersten Stäbe der Durch-stanzbewehrung mit einem maximalen Abstand von0,35d von der Stütze anzuordnen. Aufgrund der Versu-che [18] wird empfohlen, die Bewehrungselemente direktam Rand der Fertigteilplatte zur Stütze anzuordnen. Fürden Nachweis der Stahltragfähigkeit wird zwischen demstützennahen Bereich C bis zu einer Entfernung von1,125d und dem daran anschließenden Bereich D unter-schieden. Im Bereich  C ist die komplette Belastungdurch Bewehrung abzudecken, d. h. es wird kein Beton-traganteil berücksichtigt. Das Nachweisformat für dieStahltragfähigkeit VRd,sy nach Zulassung [21] zeigtGl. (5).

β · VEd ≤ VRd,sy = fyk/(γs · η) · Σ (Asy · sinαi) (5)

mit η = 1,0 für VED/VRd,c = 1,80η = 1,5 für VED/VRd,c = 2,09Zwischenwerte dürfen interpoliert werdenAsy = Querschnittsfläche eines wirksamen Stabesαi = Neigungswinkel des Stabes bezogen auf den ho-rizontalen Gurt

Weitere Erläuterungen vgl. [21].

Im Bereich D wird der erforderliche Querschnitt der Git -terträgerstäbe je Kreisring nach Gl. (6) nachgewiesen.

0,5 · β · VEd · (s / 0,75d) ≤ VRd,sy (6)

s = Kreisringbreite mit s = 0,75d

Anrechenbar sind beim Nachweis der Stahltragfähigkeitalle Stäbe, welche annähernd senkrecht stehen und diestark geneigten, wenn die verlängerte Achse der Beweh-rungselemente im Grundriss durch die Stützenfläche(Last einleitungsfläche) verläuft.

Die obere Biegezugbewehrung darf komplett auf denObergurten der Durchstanzbewehrung abgelegt werden(Bild  8c). Der Schlaufenüberstand über dem Obergurtmuss mindestens der Gesamtdicke der auf dem Obergurtangeordneten Bewehrungslagen entsprechen. Der Min-destüberstand beträgt 20 mm, der Maximalwert 60 mm.Die obere Biegezugbewehrung darf in mehreren Lagenaufgebaut sein. Der maximale Stabdurchmesser beträgtnach [21] 25 mm. Diese Begrenzung resultiert aus den Pa-rametern der Zulassungsversuche [18].

3.2.4 Konstruktive Hinweise

Für die Anwendung verschiedener Gitterträger als Durch-stanzbewehrung gelten unterschiedliche Anwendungsbe-

Tab. 1 Anwendungsbedingungen für unterschiedliche Gitterträger als Durchstanzbewehrung im Vergleich zu BügelnApplication rules for different lattice girders functioning as punching shear reinforcement in comparison to stirrups

System Regelung Erhöhungs- Betontrag- Mindest- maximale Abstand Mögliche Anordnung der faktor anteil1) platten- Trägerhöhe 1. Stab vom Biegezugbewehrung αmax dicke hT Stützenrand auf dem Obergurt

Schubträger [7, 8] 1,2 1,0 VRd,c 200 mm 300 mm 0,3d–0,5d Bewehrung einer Richtung

Bügel [1] 1,4 0,75 VRd,c 200 mm – 0,3d–0,5d Bügel müssen mind. 50 %der Längsbewehrung um-schließen

Durchstanz- [20] 1,5 ∼ 0,5 VRd,c2) 180 mm 400 mm 0,35–0,5d Bewehrung einer Richtung

gitterträger oder beider Richtungen für max ∅ 20 mm und d ≤ 1,1 hT

Filigran- [21] 2,09 0 180 mm 320 mm ≤ 0,35d mehrlagig in beiden Durchstanz- Richtungenbewehrung bis 60 mm Lagendicke

max ∅ 25 mm

1) beim Nachweis der Stahltragfähigkeit2) nach Übertragung auf den 1. Bemessungsschnitt bei 1d

Bild 8 Anordnung der Biegezugbewehrung am Obergurt der Gitterträger Arrangement of bending reinforcement near the upper chord of lattice girders

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dingungen. Diese begründen sich durch unterschiedlicheGeometrie und Versuchsparameter sowie die jeweils gel-tenden Bemessungsmodelle. Tab. 1 stellt wesentliche An-wendungsbedingungen für die beschriebenen Systeme zu-sammen.

Maximale Abstände einzelner Stäbe werden durch dieFestlegung maximaler Achsabstände der linearen Beweh-rungselemente sichergestellt. Bild  9 zeigt eine Aufsichtmit durchgehenden Gitterträgern zur Gewährleistung derMontagesicherheit der Platte und die parallel dazu imDurchstanzbereich zugelegten Elemente der Filigran-Durchstanzbewehrung. Die festgelegten Maximalabstän-de gewährleisten bei einheitlichem Knotenabstand in Trä-gerlängsrichtung von 200 mm eine ausreichende Beweh-rungsverteilung und eine Durchdringung möglicherSchubrisse durch Bewehrungsstäbe.

Soll im Durchstanzbereich bzw. im Bereich negativer Mo-mente die Gesamtdeckenstärke angesetzt werden, so sindnach den Zulassungen Fugen in diesen Bereichen min-destens 40 mm breit auszuführen und zusammen mit demAufbeton zu füllen. In den Durchstanzversuchen kamenBetone mit Größtkorn 16 mm zum Einsatz. Bei Einsatzvon Betonen mit größerem Korn sollten breitere Fugeneingeplant werden.

In den Durchstanzversuchen [15, 16, 17] wurden die Fer-tigteilplatten mit unterschiedlichen Abständen zur Stüt-zenkante von 35 mm, 30 mm bzw. 20 mm angeordnet. InVersuchen mit der Filigran-Durchstanzbewehrung wurde

dieser Abstand gezielt variiert. Ausgehend von einer an-gestrebten Lage direkt an der Stütze (Abstand 0 cm) wur-de ein Toleranzbereich von +2  cm bis –1  cm abgeprüft[18]. Die Durchstanzwiderstände bei Einsatz der Filigran-Durchstanzbewehrung waren danach unabhängig vomAbstand der Fertigteilplatte von der Stütze. ZusätzlicheUntersuchungen [19] bestätigten die Unempfindlichkeitder Filigran-Durchstanzbewehrung gegenüber Montage -ungenauigkeiten. Ein geringfügiges Eindringen der vorbe-tonierten Stütze von etwa 2 cm in die Decke bei gleichzei-tigem Heranführen der Platten an die Stütze (Abstandnull) zeigte keine Abminderung des Durchstanzwider-stands gegenüber einem Vergleichsversuch mit einem Abstand der Platte zur Stütze von 2 cm ohne Eindringender Stütze in die Platte. Der ermittelte Erhöhungsfaktorlag mit αmax,i = 2,20 über dem Quantilwert vonαmax,5 % = 2,09 der Versuche ohne Stützeneindringung(vgl. Bild 10).

Die europäisch technische Zulassung [21] erlaubt einenAbstand der Fertigteilplatten vom Stützenrand von 4 cmbis –1 cm, d. h. auch ein geringfügiges Auflegen der Platteauf die Stütze ist erlaubt. Für die praktische Anwendungist ein direktes Heranführen der Platte an die Stütze sinn-voll, um auf eine zusätzliche Abschalung zu verzichten.Die Oberkante der vorbetonierten Stütze soll dabei nichtüber der Deckenunterkante liegen [21].

Eurocode  2 fordert zur Vermeidung eines fortschreiten-den Versagens von punktförmig gestützten Platten, einenTeil der Feldbewehrung über die Stützstreifen im Bereichvon Innen- und Randstützen hinwegzuführen. Diese Re-gelung gilt unabhängig vom verwendeten Durchstanzsys-tem. Die geforderte Bewehrung muss mindestens dieQuerschnittsfläche nach Gl. (7) aufweisen. Diese Abreiß-bewehrung ist mit mindestens zwei Stäben je orthogona-ler Richtung über die Lasteinleitungsfläche hinwegzufüh-ren. Sie soll nach Heft 600 [5] nach einem lokalen Durch-stanzversagen als Zugband eine Seilnetzwirkung sicher-

Bild 9 Anordnung von Gitterträgern und Filigran-DurchstanzbewehrungArrangement of lattice girders and Filigran punching shear reinforce-ment

Bild 10 Erhöhungsfaktoren [18, 19] der Filigran-Durchstanzbewehrung in Ab-hängigkeit vom Plattenabstand zur StützeIncrease factors [18, 19] of the Filigran-Punching-Shear-Reinforce-ment in dependency of the distance of the precast slab to the column

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stellen und ist hierzu mit der Feldbewehrung zu stoßen.In Elementdecken kann diese untere Bewehrung auf denFertigteilplatten verlegt werden.

AS = VEd/fyk (7)

AS erforderliche QuerschnittsflächeVEd mit γF = 1,0

4 Nachweis der Verbundfuge

In Flachdecken in Elementbauweise ist grundsätzlich einNachweis der Schubtragfähigkeit der horizontalen Ver-bundfuge zwischen der vorgefertigten Platte und demAufbeton erforderlich. Für den Nachweis der Schubkraft-übertragung gilt das Format nach Eurocode 2 bzw. nachZulassungen (z. B. [6]).

Die Filigran-Durchstanzbewehrung (Bild  7c) darf nach[21] als Verbundbewehrung angerechnet werden. DieOberfläche der Fertigteilplatte muss mindestens glattsein, d. h. sie darf unbehandelt bleiben. Der erste Nach-weis wird in einer Entfernung von 1,5d von der Stütze ge-führt [18]. Aufgrund der Durchstanzbemessung ohne An-satz eines Betontraganteils ist näher an der Stütze ausrei-chend Verbundbewehrung vorhanden. Weitere Nachwei-se können weiter außen geführt werden, um eineStaffelung der Elemente als Verbundbewehrung zu er-möglichen. Die ermittelte Verbundbewehrung brauchtnicht zusätzlich zur Durchstanzbewehrung eingebaut zuwerden.

Schubgitterträger (Bild  7a) und Durchstanzgitterträger(Bild 7b) werden nach [7, 8] bzw. [20] unter Anrechnungeines Betontraganteils bemessen. Daraus resultiert einegeringere erforderliche Durchstanzbewehrung. Nach die-sen Zulassungen ist die Schubkraftübertragung in Fugen

jedoch für die gesamte einwirkende Schubkraft in den je-weiligen Nachweisschnitten nachzuweisen. Wie beimNachweis der Durchstanzbewehrung liegt der erste Nach-weisschnitt in einer Entfernung von 0,5d von der Stütze.Bei den Durchstanzsystemen [7,  8] mit begrenzter Last -erhöhung kann der Verbundfugennachweis im Stützen -bereich bis zu einer Entfernung von 1,5d entfallen, wenndie Durchstanzbewehrung ohne Abzug des Betontragan-teils bemessen wurde.

5 Zusammenfassung

Flachdecken aus Fertigteilplatten mit Gitterträgern undeiner Aufbetonschicht werden sowohl im Eurocode 2 alsauch in bauaufsichtlichen Zulassungen geregelt. Der An-satz einer Drillsteifigkeit der fertigen Stahlbetonplattebeim Nachweis der Tragfähigkeit ist bei Einhaltung be-stimmter Randbedingungen wie bei monolithisch herge-stellten Decken möglich. Das Durchbiegungsverhaltenentspricht etwa dem von Ortbetondecken gleicher Ab-messung. Im Bereich der Auflagerpunkte wirken Gitter-träger als Durchstanzbewehrung und sichern zusätzlichdie Übertragung der Schubkräfte in der horizontalen Ver-bundfuge zwischen Fertigteil und Aufbeton. Hierzu ste-hen unterschiedliche Systeme zur Verfügung, welche ab-hängig von ihrer Geometrie und Verankerungsintensitätunterschiedliche Erhöhungen der Widerstände ermögli-chen. Bezogen auf den Durchstanzwiderstand von Plat-ten nach Eurocode 2 ohne Durchstanzbewehrung erge-ben sich Erhöhungsfaktoren von 1,2 bis 2,09. Der höchs-te Wert für die Filigran-Durchstanzbewehrung gewähr-leistet einen Tragwiderstand der Elementdecke, welcherüber dem für Ortbetondecken mit Bügeln oder anderenzugelassenen Durchstanzsystemen liegt. Die Schubkraft-übertragung in der horizontalen Verbundfuge zwischenvorgefertigter Platte und dem Aufbeton wird durch dieDurchstanzbewehrung selbst gesichert.

Literatur

[1] DIN EN 1992-1-1: Eurocode 2: Bemessung und Konstruk-tion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1:Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau; DeutscheFassung EN 1992-1-1:2004-AC:2010, Januar 2011, mit na-tionalem Anhang DIN EN 1992-1-1/NA: Nationaler An-hang – National festgelegte Parameter – Eurocode 2: Be-messung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbe-tontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln fürden Hochbau, April 2013.

[2] SCHIESSL, P.: Drillsteifigkeit von Fertigplatten mit statischmitwirkender Ortbetonschicht. Beton- und Stahlbetonbau91 (1996), Heft 3, S. 62–67 und Heft 4, S. 86–89.

[3] GRÖNING, M.: Zum Tragverhalten von Stahlbetonfertigtei-len mit Ortbetonergänzung – dreidimensionale Modellie-rung, numerische Simulation und experimentelle Untersu-chung. Dissertation TU Kaiserslautern, Kaiserslautern 2012.

[4] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: Bewehren nach Euro-code 2. DAfStb Heft 599, Beuth Verlag, Berlin 2013.

[5] Deutscher Ausschuss für Stahlbeton: Erläuterungen zu DINEN 1992-1-1 und DIN EN 1992-1-1/NA (Eurocode 2).DAfStb Heft 600, Beuth Verlag, Berlin 2012.

[6] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-147 vom 7.5.2014 für Filigran-E-Gitterträger und Fili-gran-EV-Gitterträger für Fertigteilplatten mit statisch mit-wirkender Ortbetonschicht.

[7] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1.93 vom 1.7.2014 für Filigran-EQ-Gitterträger für Fer-tigteilplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht.

[8] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-38 vom 7.2.2014 für Kaiser-Omnia-Träger KTS für Fer-tigteilplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht.

[9] CURBACH, M.; BRÜCKNER, A.: Einfluss der Elementfugenauf die Durchbiegung von Flachdecken. Beton- und Stahl-betonbau 101 (2006) Heft 3, S. 132–137.

[10] SCHIESSL, P.: Gutachterliche Stellungnahme zur Tragstoß-ausbildung in Teilfertigdecken. B 2202 vom 16.10.1997 fürdie BDB-Fachgruppe Betonbauteile mit Gitterträgern.

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[20] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-289 vom 27.1.2014 für Kaiser-Omnia-Träger KTP alsVerbund-, Querkraft- und Durchstanzgitterträger.

[21] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Europäisch Tech-nische Zulassung ETA-13/0521 für Filigran-Durchstanzbe-wehrung FDB II. 13.6.2013.

Autoren

Filigran Trägersysteme Zappenberg 6 31633 Leese

Dr.-Ing. Johannes [email protected]

Dipl.-Ing. Ulrich [email protected]

[11] HEGGER, J.; HÄUSLER, F.; RICKER, M.: Zur maximalenDurchstanztragfähigkeit von Flachdecken. Beton- undStahlbetonbau 102 (2007), Heft 11, S. 770–777.

[12] HEGGER, J.; WALRAVEN; J. C.; HÄUSLER, F.: Zum Durch-stanzen von Flachdecken nach Eurocode 2. Beton- undStahlbetonbau 105 (2010), Heft 4, S. 206–215.

[13] SIBURG, C.; HÄUSLER, F.; HEGGER, J.: Durchstanzen vonFlachdecken nach NA(D) zu Eurocode 2. Bauingenieur,Band 87, Mai 2012, S. 216–225.

[14] HEGGER, J.; HÄUSLER, F.; SIBURG, C.: Aktuelle Beweh-rungstechnik (Teil 1) – Durchstanzbewehrung für Flachde-cken im Vergleich. Betonwerk+Fertigteiltechnik, Heft 8,2008, S. 4–13.

[15] FURCHE, J.: Elementdecken im Durchstanzbereich vonFlachdecken. Beton+Fertigteil-Jahrbuch, Bauverlag Wiesba-den und Berlin 1998.

[16] ELIGEHAUSEN, R.; VOCKE, H.; CLAUSS, A.; FURCHE, J.; BAU-ERMEISTER, U.: Neue Durchstanzbewehrung für Elementde-cken. Beton- und Stahlbetonbau 98 (2003), Heft 5, S. 334–344.

[17] HÄUSLER, F.: Zum maximalen Durchstanzwiderstand vonFlachdecken mit und ohne Vorspannung. Dissertation,RWTH Aachen, 2009.

[18] SIBURG, C.; HEGGER, J.; FURCHE, J.; BAUERMEISTER, U.:Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode2. Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 170–180.

[19] HEGGER, J.; KUERES, D.; SIBURG, C.: Versuchsbericht zu ei-nem Durchstanzversuch (BMG01) zur Untersuchung desAbstands der Elementplatte von der Stütze. Versuchsbericht318/2013 vom 26.6.2013, IMB, RWTH Aachen, unveröf-fentlicht.

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© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin 15

DOI: 10.1002/best.201300075

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Carsten Siburg, Josef Hegger, Johannes Furche, Ulrich Bauermeister FACHTHEMA

Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode 2

1 Einleitung

Elementdecken mit Gitterträgern bestehen aus etwa 5 cmbis 7  cm dicken Fertigteilplatten, die vor Ort mit einerAufbetonschicht zur fertigen Decke ergänzt werden. Ele-mentdecken werden seit Jahren auch als zweiachsig ge-spannte Flachdecken ausgeführt [1]. Zur Erhöhung derDurchstanzlasten von Elementdecken wurde bereits in[2] eine Durchstanzbewehrung aus speziellen Gitterträ-gern mit über den Obergurt hinausstehenden Schlaufenvorgestellt. Durchstanzversuche mit dieser Filigran-Durchstanzbewehrung (FDB I) ergaben gegenüber Plat-ten ohne Querkraftbewehrung eine Lasterhöhung von et-wa 75 % [2]. Die Nachweisformate der aktuellen nationa-len Zulassung [3] basieren auf Regelungen der nationalenBemessungsnorm DIN 1045-1.

Mit Einführung des Eurocode 2 [4] in Verbindung mitdem zugehörigen Nationalen Anhang [5] war auch dieBemessung von bauaufsichtlich zugelassenen Durch-stanzsystemen an das Bemessungsformat dieser Norm an-zupassen. Zur Erlangung einer europäischen Zulassung(European Technical Approval: ETA) für Gitterträger alsDurchstanzbewehrung wurde vom Deutschen Institut fürBautechnik (DIBt) eine europäisch abgestimmte Beurtei-lungsrichtlinie (CUAP: Common Understanding of As-sessment Procedure [6]) erarbeitet, auf deren Grundlagedie hier vorgestellten Durchstanzversuche an der RWTHAachen durchgeführt wurden. Die geprüfte Durchstanz-bewehrung FDB II wurde gegenüber derjenigen nach [2]zur Erhöhung des Durchstanzwiderstands verbessert. DieErgebnisse dieser Durchstanzversuche an Elementdeckenund die ausgearbeiteten Anwendungsbedingungen fürFlachdecken in Elementbauweise nach der europäischenZulassung [7] werden hier vorgestellt.

2 Filigran-Durchstanzbewehrung für Flachdecken

Die Filigran-Durchstanzbewehrung (FDB II) besteht ausspeziellen Gitterträgern. Die Diagonalstreben sind inLängsrichtung der Elemente abwechselnd annäherndsenkrecht bzw. leicht geneigt und deutlich geneigt ange-ordnet (Bild 1). Die tragenden Streben mit Nenndurch-messer 9  mm sind mittels Widerstandsschweißung mitden Gurten verbunden und dadurch schlupfarm veran-kert. In der Biegedruckzone reichen die Streben ca. 8 mmunter den Untergurt. Die Biegezugbewehrung kann aufden Obergurten der Gitterträger gestapelt werden. ZurVerbesserung der Verankerung werden die Diagonalstre-ben mit einem festzulegenden Maß über den Obergurt hi-naus geführt. Der Überstand am Obergurt ist mindestensso hoch wie die Dicke der Lage der oberen Biegezug -bewehrung zu wählen.

Bereits frühere Durchstanzversuche [2, 8] belegten die ho-he Wirksamkeit und Traglaststeigerung gut verankerterund zur Stütze hin geneigter Durchstanzbewehrungsele-mente. Bei ausreichender Querkraftbewehrungsmengeverliefen die inneren Schubrisse in den damaligen Ver -suchen [2] ausgehend von Biegerissen zum Teil sehr steilin Richtung der Stütze und kreuzten die Durchstanz -bewehrung unter einem flachen Winkel im Bereich deroberen Schlaufe. Durch eine stützennahe Anordnung derBewehrungselemente in Kombination mit einer zusätz -lichen Neigung der vormals senkrechten Strebe um 2 cmin Richtung der Stütze war ein größerer Schnittwinkelzwischen innerem Schubriss und der Durchstanzbeweh-rung zu erwarten, der die Schubrissbreite wirksamer be-grenzt. Zur besseren Verankerung der Streben am Unter-gurt wurden bei der FDB II zusätzlich die Untergurt-durchmesser von 7 mm auf 10 mm erhöht und zur besse-ren Rissverteilung im Bauteil wurden alle Stäbe derGitterträger gerippt ausgeführt.

Das Tragverhalten von speziellen Gitterträgern als Durchstanz-bewehrung wurde in Bauteilversuchen an 18 cm bis 36 cm di-cken teilvorgefertigten Stahlbetonplatten mit horizontaler Ver-bundfuge untersucht. Variiert wurde unter anderem auch dieAnordnung der vorgefertigten Platten. Die ermittelten Durch-stanzwiderstände und das beobachtete Tragverhalten bestäti-gen die Effektivität dieser Bewehrungselemente. Die Versucheführten zur Erteilung einer europäischen technischen Zulas-sung (ETA) auf der Bemessungsgrundlage von Eurocode 2.

Punching shear reinforcement for semi precast slabsaccording to Eurocode 2The load bearing behaviour of special lattice girders function-ing as punching shear reinforcement has been tested in fullscale tests with 18 cm up to 36 cm thick semi precast slabswith horizontal composite joints. Varied was among other pa-rameter also the arrangement of the precast plates. The deter-mined punching shear resistance and the load bearing behav-iour confirmed the effectiveness of this reinforcement. Thesetests had led to an European Technical Approval (ETA) basedon Eurocode 2.

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16 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 170–181

C. Siburg, J. Hegger, J. Furche, U. Bauermeister: Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode 2

Bild 1 zeigt die Unterschiede der hier untersuchten FDBII [7] im Vergleich mit der früheren Version FDB I [3].

3 Durchstanzen nach Eurocode 2

In Eurocode 2 [4] wurde der Nachweis gegen Durchstan-zen neu geregelt. In [9] wird anhand von Versuchsauswer-tungen und Parameterstudien gezeigt, dass diese neuenRegelungen zum Durchstanzen das geforderte Sicher-heitsniveau insbesondere beim Einsatz von Bügeln alsDurchstanzbewehrung teilweise deutlich unterschreiten.Entsprechend erfolgten erforderliche Anpassungen durchdas nationale Anwendungsdokument [5]. In diesem Bei-trag werden die Regelungen zum Durchstanzen nach Eurocode 2 ausschließlich in Verbindung mit diesem An-wendungsdokument widergegeben, da diese Regelungenauch die Bemessungsgrundlage für die hier untersuchteDurchstanzbewehrung FDB II bilden.

Das Durchstanzversagen in Form eines kegelförmigenBetonausbruchs im Bereich punktförmiger Unterstützun-gen ist durch entsprechende Bemessung, Dimensionie-rung und Ausführung zu vermeiden. Eurocode 2 [4, 5] for-dert einen Nachweis der Spannungen in einem Rund-schnitt nach Bild 2. Für die einwirkende Querkraft im kri-tischen Rundschnitt u1 gilt Gl. (1).

vEd = β · VEd/(u1 · d) (1)

mit:VEd Bemessungswert der einwirkenden Querkraft (Stüt-

zenlast)u1 Länge des kritischen Rundschnitts

β Beiwert zur Berücksichtigung nicht rotationssym-metrischer Querkraftverteilung

d statische Nutzhöhe

Für Flachdecken ohne Durchstanzbewehrung und ohneNormalspannung gilt nach [4, 5] als Obergrenze für dieeinwirkende Schubspannung die Gl. (2).

vRd,c = CRd,c · k · (100 · ρl · fck)1/3 ≥ vmin (2)

mit:vRd,c Bemessungswert der Querkrafttragfähigkeit ohne

Durchstanzbewehrungvmin MindestquerkrafttragfähigkeitCRd,c = 0,18/γc für u0/d ≥ 4CRd,c = 0,18/γc · (0,1 u0/d + 0,6) ≥ 0,15/γc für u0/d < 4u0 Stützenumfang (vgl. Bild 2)Erläuterungen zu weiteren Bezeichnungen siehe Euro -code 2 [4, 5].

Für Platten mit Durchstanzbewehrung gilt als Bemes-sungsobergrenze ein Vielfaches der aufnehmbaren Quer-kraft für Platten ohne Durchstanzbewehrung.

vRd,max = αmax · vRd,c (3)

Bild 1 Filigran-Durchstanzbewehrung nach [3] und [7]Filigran-Punching-Shear-Reinforcement according to [3] and [7]

2·d2·du1

2·d

u0 u0u1u1

u0

Bild 2 Kritischer Rundschnitt nach Eurocode 2 [4, 5]Basic control perimeter according to Eurocode 2 [4, 5]

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C. Siburg, J. Hegger, J. Furche, U. Bauermeister: Punching shear reinforcement for semi precast slabs according to Eurocode 2

FACH

THEM

A A

RTICLE

Für eine Durchstanzbewehrung aus Bügeln oder auf -gebogenen Längsstäben beträgt der Erhöhungsfaktorαmax,Bügel = 1,4. Diese Festlegung beruht im Wesentlichenauf den Auswertungen aus 45 Durchstanzversuchen in[9].

αmax,Bügel = 1,4 (3a)

4 Durchstanzversuche4.1 Versuchsprogramm nach europäisch abgestimmter

Beurteilungsrichtlinie (CUAP)

Das Versuchsprogramm zur Erlangung einer europäi-schen technischen Zulassung (ETA) wurde in einer euro-päisch abgestimmten Prüfrichtlinie CUAP festgelegt [6].Tab. 1 zeigt die dort festgelegten Parameter für die sym-metrisch belasteten Innenstützen mit einer Zuordnung zuden Versuchsnummern nach Tab. 2. In den Versuchen[10] wurden entsprechend dem angestrebten Anwen-dungsbereich Plattendicken von 18 cm bis 36 cm und Be-tonfestigkeitsklassen von C20/25 bis C50/60 geprüft.

Neben den Anforderungen aus der CUAP [6] wurde dieAnordnung der Elementfugen variiert, um den zulässigen

Anwendungsbereich zu überprüfen. Bis an die Stütze ver-liefen zwei bzw. vier Stoßfugen zwischen den Fertigteil-platten. Zusätzlich wurde der Abstand der Fertigteilplat-ten zum Stützenrand zwischen +2 cm und –1 cm gewählt,d. h. in einem Fall wurde die Fertigteilplatte sogar 1 cmauf die Stütze gelegt. Die statische Höhe der Platten lagzwischen d = 14,5 cm und d = 29,5 cm. Bei Stützenbreitenvon c = 24 cm bis c = 30 cm variierten die bezogenen Stüt-zenumfänge der im Querschnitt quadratischen Stützenzwischen u0/d = 4,0 und u0/d = 8,0.

Die Durchmesser der Biegezugbewehrung betrugen zwi-schen 15  mm und 26,5  mm. Durch unterschiedlicheDurchmesser und Lagenanzahl der Biegezugbewehrungvariierte die Dicke der oberen Längsbewehrungslage zwi-schen 3 cm und 6 cm. In gleichem Maße wurden jeweilsauch die Schlaufenüberstände am Obergurt der Durch-stanzbewehrung (Bild 1) gewählt. Der Biegebewehrungs-grad lag in einem Bereich von ρl = 0,7 % bis ρl = 1,5 %. Dieim Einzelnen geprüften Parameter sind in Tab. 2 ange -geben.

Die Schubschlankheit λ der Versuchskörper, d. h. das Ver-hältnis aus dem Abstand der Lasteinleitung zur Stützezur statischen Nutzhöhe entspricht in einer Flachdecke

Tab. 1 Versuchsprogramm nach europäischer Prüfrichtlinie CUAP [6]Test program according to CUAP [6]

Nachweis Plattendicke Betondruckfestigkeit Versuch nach Tab. 2

Maximaltragfähigkeit VRd,max kleine Dicke geringe Festigkeit 1

hohe Festigkeit 2

mittlere Dicke geringe bis mittlere Festigkeit 3

große Dicke geringe Festigkeit 4

mittlere bis hohe Festigkeit 5

Stahltragfähigkeit VRd,sy mittlere Dicke mittlere bis hohe Festigkeit 6

Tab. 2 Durchstanzversuche [10] mit Filigran-Durchstanzbewehrung FDB IIPunching shear tests [10] with Filigran-Punching-Shear-Reinforcement FDB II

Nr. Typ Abmessung Abreißb. Biegezugbewehrung Plattenanordnung

1) h d c u0/d λ ∅S s ρl Anzahl Abstand Stoßfugen zur Stütze

mm mm mm mm mm cm % cm

1 FDB II 14/3 180 145 240 6,6 7,4 2∅16 15 12,5 0,97 2 –1

2 FDB II 14/3 180 150 300 8,0 7,0 2∅16 15 8 1,47 4 +2

3 FDB II 21/3 260 209 300 5,7 5,0 3∅16 15 12 0,70 2 +2

4 FDB II 30/5 360 295 295 4,0 3,6 – 15 202)/10 0,80 4 0

5 FDB II 30/6 360 295 300 4,1 3,6 3∅25 26,5 17,5 1,07 2 +1

6 FDB II 21/4 260 210 300 5,7 5,0 3∅16 20 10 1,50 2 +2

h: Plattendicke, d: statische Nutzhöhe, c: Abmessung der quadratischen Stütze, u0/d bezogener Stützenumfang, λ: Schubschlankheit, Abreißb. = Abreißbewehrung auf denFertigteilplatten je Richtung (vgl. [4, 5], 9.4.1), ∅s: Durchmesser der Biegezugbewehrung, s: Stababstände der Biegezugbewehrung, ρl: Längsbewehrungsgrad1) Gesamthöhe [cm]/Schlaufenüberstand am Obergurt [cm]2) in zwei Lagen

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18 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 170–181

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dem Abstand zwischen Momentennullpunkt der radialenPlattenbiegemomente und dem Stützenanschnitt zur sta-tischen Höhe. Diese Schlankheit sollte nach CUAP [6]zwischen λ = 3 und λ = 5 liegen. In zwei Versuchen zurErmittlung der Maximaltragfähigkeit wurden aufgrunddes einheitlich gewählten Versuchsaufbaues Schlankhei-ten von bis zu λ = 7,4 geprüft. Da nach [11] größereSchlankheiten tendenziell zu geringeren Durchstanzlas-ten führen, liegt die Auswertung dieser Versuche auf dersicheren Seite. Die untersuchten Schlankheiten von 3,6bis 7,4 bei Innenstützen entsprechen nach [11] etwa Ver-hältnissen von Spannweite (l) zur statischen Höhe vonl/d = 18 bis l/d = 37 und decken damit den bauprakti-schen Bereich weitgehend ab.

4.2 Versuchskörper

Die quadratischen Platten hatten eine Seitenlänge von280 cm und wurden aus 5 cm dicken Fertigteilplatten undeiner Aufbetonschicht hergestellt (Bild 3). Je nach Fugenan-ordnung (vgl. Tab. 2) wurden zwei oder vier Fertigteilplat-ten erstellt. Die Oberflächen dieser Fertigteilplatten bliebennach der Betonage unbehandelt. Nach dem Sandflächen-verfahren wurden mit Ausnahme von Versuch Nr. 2 Rauig-keitswerte von Rt = 0,7 mm bis Rt = 1,0 mm ermittelt. FürVersuch Nr. 2 ergab sich ein abweichender Wert vonRt = 2,6 mm, obwohl auch hier keine Oberflächenbehand-lung erfolgte. Mit Ausnahme dieses Versuchskörpers wie-sen alle Verbundfugen eine Rauigkeit kleiner als 1,5 mmauf und sind damit nach [5] als glatt einzustufen. Alle Beto-ne der Fertigteilplatten und der Aufbetonschicht wurdenmit einem Größtkorn von 16 mm hergestellt.

Die obere Biegezugbewehrung (Bild 4) bestand aus ge-ripptem Spannstahlstäben mit einer Nennstreckgrenze

von 900 N/mm2 für ∅15  mm und ∅20  mm bzw. von950 N/mm2 für ∅26,5 mm. Die Auswahl der Bewehrungin den einzelnen Versuchen ist Tab. 2 zu entnehmen. DerEinsatz der höherfesten Spannstahlstäbe war erforder-lich, um ein Biegeversagen auch bei geringeren Längsbe-wehrungsgraden zu vermeiden. Durch die im Vergleichzu Betonstahl höhere Ausnutzung der Stäbe bei annä-hernd gleicher bezogener Rippenfläche sind größere Bie-gerissbreiten zu erwarten, was das Durchstanztragverhal-ten ungünstig beeinflusst. Die untere Bewehrung in denvorgefertigten Platten bestand aus B500 mit ∅8 mm/15 cm. Die gleiche Bewehrung wurde in den Versuchenmit vier Stoßfugen (vgl. Tab. 2) auch quer zu den Gitter-trägern auf den Fertigteilplatten angeordnet. Die Abreiß-

Bewehrung Elementplatte (untere Bewehrung) Bewehrung Aufbeton (obere Bewehrung)

Bild 3 Bewehrungsplan (Elementplatte und Aufbeton) von Versuch Nr. 3 nach [10]Plan view of reinforcement (precast slab and concrete topping) of test no. 3 according to [10]

Bild 4 Versuchskörper vor dem Aufbringen des Aufbetons (Beispiel: FDB II 21/3 mit Plattendicke 260 mm)Test specimen before concreting the concrete topping (example:FDB II 21/3 with slab thickness of 260 mm)

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bewehrung (vgl. Tab. 2) nach [4, 5], Abs. 9.4.1 wurde aufden Fertigteilplatten verlegt.

4.3 Versuchsdurchführung

In einer Entfernung von 1,2 m von der Stützenachse wa-ren kreisförmig zwölf Abspannungen zur Lasteinleitungin der Platte angeordnet (Bild 5). Diese Abspannungenleiteten über Hohlkolbenzylinder (LUKAS, 590 kN) dieLasten in den Hallenboden ab. Zur Sicherstellung jeweilsgleicher Abspannkräfte waren die zwölf Zylinder in ei-nem geschlossenen Kreislauf gekoppelt. In allen Ver -suchen wurde die Belastung zunächst bis zur planmäßi-gen Gebrauchslast gesteigert und zehn Lastwechsel zwi-schen diesem Niveau und 50 % dieser Last gefahren. DasNiveau dieser Gebrauchslast entsprach der durchγ = γM × γF = 1,5 × 1,4 = 2,1 dividierten erwarteten Höchst-last. Anschließend wurde die Last in Stufen gesteigert, umauf diesen Stufen Rissbilder zu dokumentieren.

4.4 Versuchsergebnisse

In allen Versuchen wurde ein duktiles Bruchverhalten be-obachtet, wie die Kraft-Durchbiegungskurven in Bild 6belegen. Dabei entsprechen die gemittelten Durchbiegun-gen der Differenz der mittleren vertikalen Verschiebungder Platten in einer Entfernung von 1,2 m von der Stüt-zenachse und der Platte an der Stütze. Bei einer Belas-tung von ca. 11 % bis 20 % der Bruchlast traten die erstenBiegerisse an der Plattenoberseite auf, was an dem Abfallder Biegesteifigkeit zu erkennen ist. Bei weiterer Laststei-gerung bis etwa 2/3 der Höchstlast war ein annähernd li-neares Kraft-Durchbiegungsverhalten zu beobachten, be-vor zunehmend plastische Verformungen auftraten. Die

Höchstlasten zur Ermittlung der Maximaltragfähigkeitwurden bei Durchbiegungen von 25 mm bis 63 mm er-reicht (Tab. 3). Auf dem Niveau der Höchstlast warenausgeprägte plastische Verformungen festzustellen. NachÜberschreiten der Durchbiegung bei Höchstlast erfolgteaußer im Versuch 4 eine Entlastung der Versuchsplattemit anschließender Wiederbelastung. Hierbei wurdenLasten von etwa 90 % der Höchstlast erreicht, ohne dassein schlagartiges Versagen beobachtet wurde. Das Bruch-verhalten kann somit als duktil eingestuft werden. InBild 7 ist ein Rissbild einer Plattenoberseite nach Ver-suchsende von Versuch Nr. 3 mit einer mittleren Platten-dicke von 260  mm dargestellt. Wie für Durchstanzver -suche an Innenstützen üblich, entstanden zuerst radialeBiegerisse und mit weiter zunehmender Belastung kamentangentiale Risse hinzu. Nach den Belastungsversuchenwurden die Platten in der Ebene der Stützenseitenflächendurchgesägt, um die innere Rissbildung zu bewerten.

KalottenlagerStahlplatte 300x300x30, auf Gipsbett oder Filzlage

280 40

26

125 125A A

30

AF Stütze rau

BB

Schnitt B-B

Schnitt A-A

Lukas Pressen an gemeinsamerÖlleitung, Ø = 240 cmLE

Lukas Presse (4MN)

4

4

1011

PV

C R

ohr

1011 PVC Rohr

Leerrohr Ø = 80mmh = 180 mm

innen

30

240

105

Bild 5 Aufsicht auf Versuchskörper mit Belastungspunkten und VersuchsaufbauTop view of the test specimen with load points and test arrangement

0

1100

2200

3300

4400

0 20 40 60 80gemittelte Durchbiegung [mm]

Versuch 1Versuch 2Versuch 3Versuch 4Versuch 5Versuch 6

Prüf

kraf

t [kN

]

Bild 6 Last-Durchbiegungskurven der durchgeführten VersucheLoad-deflection-curves of the tests

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Bild 8 zeigt beispielhaft das Schnittbild von Versuch Nr. 6mit einer Plattendicke von 260 mm. Im Sägeschnitt paral-lel zu den Gitterträgern verlaufen die Risse vergleichswei-se flach. Entlang der Untergurtstäbe der Gitterträger isteine Ablösung der Betondeckung zu erkennen und im Be-reich um die Stütze ist der Beton zerstört, was in der End-phase des Versuchs auftrat. Der Sägeschnitt senkrecht zuden Gitterträgern weist ein feiner verteiltes Rissbild auf.Es sind sowohl steile als auch geringfügig flachere Riss-neigungen erkennbar, die von der Lage der Biegezugbe-wehrung ausgehen. Ein Riss in der Verbundfuge zwischenFertigteilplatte und Aufbetonschicht konnte nicht beob-achtet werden.

Die Bruchlasten und zugehörigen Durchbiegungen allerVersuche sowie die Betondruckfestigkeiten zum Ver-suchszeitpunkt sind in Tab. 3 zusammengestellt. Kurz vorErreichen der Höchstlast war eine deutliche Zunahmeder Plattendicke festzustellen, die auf eine innere Schub-

Tab. 3 Ergebnisse der Durchstanzversuche nach [10]Test results of punching shear tests according to [10]

Nr. Ziel Betondruckfestigkeit Bruchzustand

fc,mA fc,m

F smax Vu αmax,j Vu/(αmax, FDBII · VRk,c)

N/mm2 N/mm2 mm kN

1 VRd,max 26,0 19,0 63,2 896 2,22 1,06

2 VRd,max 44,5 52,2 29,4 1461 2,25 1,08

3 VRd,max 21,9 22,7 32,7 1428 2,16 1,03

4 VRd,max 22,3 25,6 25,7 2796 2,42 1,16

5 VRd,max 48,2 45,6 42,6 4121 2,40 1,15

6 VRd,sy 45,6 48,1 20,8 2167 1,90 0,91

Mittelwert (Nr. 1–5): 2,29 1,09

Variationskoeffizient: 0,049 0,049

5%-Quantile: 2,09 1,00

A: Aufbeton, F: Fertigteilplatte, smax: gemittelte Durchbiegung bei Höchstlast, Vu: Bruchlast inkl. Eigengewicht, αmax,j: Verhältnis Vu zur rechnerischen Tragfähigkeit VRk,c

Bild 7 Rissbild der Plattenoberseite nach dem Versuch Nr. 3Crack pattern of the upper surface of the slab after testing specimenno. 3

Bild 8 Rissbild im Sägeschnitt von Versuch Nr. 6 in zwei AchsenCrack pattern in a saw cut of test specimen no. 6 in two axes

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rissbildung zurückzuführen ist. Außerdem war eine Ein-drückung der Stütze in die Platte zu beobachten. Anhandder durchgeführten Messungen und Rissbilder könnendie Versuche 1 bis 5 als Maximaltragfähigkeitsversucheeingestuft werden.

4.5 Auswertung

Die Auswertung der Versuche zur Maximaltragfähigkeiterfolgte auf der Grundlage der Prüfrichtlinie CUAP [6].Der rechnerische Widerstand VRk,c der Platte ohneDurchstanzbewehrung wurde unter Ansatz einer charak-teristischen Betondruckfestigkeit von fck = fcm – 4 MPa er-mittelt. Dieser Vorhaltewert von 4 MPa wurde auch beider Auswertung von Durchstanzversuchen mit Bügeln [9]angesetzt, welche als Grundlage für die Regelungen imEurocode 2 und nationalem Anhang [5] diente. Hierauserrechnen sich die Verhältniswerte αmax, j = Vu/VRk,c nachTab. 3. Aus diesen Einzelwerten bestimmt sich der festzu-legende Erhöhungsfaktor αmax, FDBII für die Filigran-Durchstanzbewehrung FDB II als 5 %-Quantile für eineAussagewahrscheinlichkeit von 75 %. Nach der Prüfricht-linie darf von einem bekannten Variationskoeffizientenausgegangen werden, was bei fünf Versuchen in Gl. (4) zueinem Wert k = 1,80 führt.

αmax, 5 % = αmax, Mittel (1 – k · v) (4)αmax, 5 % = 2,29 (1 – 1,80 · 0,049) = 2,09

Die Auswertung wurde mit den Betondruckfestigkeitender Aufbetonschicht durchgeführt. Dieses entspricht denUntersuchungsergebnissen in [12], wonach der Durch-stanzwiderstand maßgeblich von der Festigkeit des Auf-betons bestimmt wird, und der dortigen Auswertung. Fürdie Filigran-Durchstanzbewehrung FDB II ergab sich soein Erhöhungsfaktor von

αmax, FDBII = 2,09 (3b)

In Tab. 3 sind zusätzlich die Versuchsergebnisse unter An-satz von VRk,max = αmax, FDBII · VRk,c ausgewertet. Danachergibt sich eine 5 %-Quantile für die Verhältniswerte aus

Versuch und Bemessung von Vu/VRk,max = 1,00, die dasgeforderte Sicherheitsniveau nach CUAP [6] erreicht.

In Bild 9 sind die Einzelwerte der erreichten Erhöhungs-faktoren in Abhängigkeit von den Systemparametern Be-tondruckfestigkeit und Biegezugbewehrungsgrad im Ver-gleich mit dem Mittelwert und dem Quantilwert darge-stellt. Die annähernd horizontale Lage der Punkte belegtdie trendfreie Erfassung dieser Parameter durch das Be-messungskonzept nach Gl. (2) mit (3) auch für die Fili-gran-Durchstanzbewehrung. Diese Aussage gilt auch fürdie anderen variierten Parameter Plattendicke, Stützen-durchmesser und bezogener Stützenumfang u0/d. Wederdie Bauteilschlankheit und der Stabdurchmesser der Bie-gezugbewehrung noch die Fugenanordnung ließen fürdas getestete Durchstanzbewehrungssystem einen signifi-kanten Einfluss auf die Höchstlast erkennen.

Neben den Versuchen zur Bestimmung der Maximaltrag-fähigkeit wurde entsprechend der CUAP [6] im VersuchNr. 6 das Bemessungskonzept im Hinblick auf ein Stahl-versagen überprüft. Nach dem in [6] festgelegten Bemes-sungskonzept des Aufhängefachwerks ist in dem Bereichunmittelbar vor der Stütze die gesamte Deckenquerkraftvon der Durchstanzbewehrung aufzunehmen. Nach bis-heriger nationaler Zulassung für die FDB I [3] durften dieGitterträgerstäbe bis zu einer Entfernung 1,0d vom Stüt-zenrand erfasst werden. Dieser sogenannte Bereich Cwurde in der CUAP [6] in Angleichung an Regelungen fürandere europäisch zugelassene Durchstanzbewehrungs-systeme auf eine Entfernung von 1,125d zur Stütze ausge-dehnt. In Versuch Nr. 6 betrug die charakteristischeStahltragfähigkeit der anrechenbaren Diagonalen im Be-reich C Vyk = 2093  kN. Dieser Widerstand entspricht97 % der erreichten Bruchlast bzw. einem Verhältnis vonVyk/Vu = 0,97 und bestätigt den Bemessungsansatz zumNachweis der Stahltragfähigkeit.

4.6 Fugen im Bereich der Stütze

Der Abstand der Fertigteilplatten zur Stütze wird in derPraxis unterschiedlich ausgeführt. Erste Durchstanzversu-

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0 10 20 30 40 50Betondruckfestigkeit fcm,cyl [MPa]

Versuch

Mittelwert

5% Quantile

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00Längsbewehrungsgrad l [%]

Versuch

Mittelwert

5% Quantile

max

,ju

Rk,

c=

V/V

max

,ju

Rk,

c=

V/V

Bild 9 Erhöhungsfaktoren αmax,j in Abhängigkeit von Versuchsparametern, links: Betondruckfestigkeit, rechts: BiegezugbewehrungsgradIncreasing factors αmax,j in dependence on test parameters, left: concrete compressive strength, right: longitudinal reinforcement ratio

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che [2] wurden mit Abständen der Fertigteilplatten vonder Stütze von ca. 3 cm durchgeführt. Nach der nationa-len Zulassung [3] sollen die Fugen zwischen den Fertig-teilplatten 4  cm breit sein. Durchstanzversuche mit sol-chen bzw. auch etwas schmaleren Fugen, welche zurDruckübertragung zusammen mit dem Aufbeton ausbeto-niert wurden, zeigten keinen Einfluss auf den Durch-stanzwiderstand. In einigen Bauvorhaben wurde daherauch zwischen der Stütze und der Fertigteilplatte ein Ab-stand von +4 cm eingeplant. Eine solche Ausführung hatden Vorteil, dass Abmessungs- und Lagetoleranzen ausge-glichen werden können. Nachteilig ist jedoch die zusätz-lich erforderliche Abschalung der Fuge nach unten. EinHeranführen der Fertigteilplatte an die Stütze ist im Hin-blick auf eine vereinfachte Bauausführung erstrebens-wert. Bei dieser Ausführung verlängern die teilweise sehrglatten Stirnflächen der Fertigteilplatten die Ebene derStützenseitenfläche ins Platteninnere. Eine solche Aus-führung wurde deswegen bisher kritisch beurteilt. Dieneue Durchstanzbewehrung FDB II wurde auch im Hin-blick auf diesen Anwendungsfall optimiert. Die neuen Be-wehrungselemente werden an der Vorderkante der Fertig-teilplatte, d. h. somit nahe an der Stütze, angeordnet(≤ 0,35d) und außerdem sind die Diagonalen leicht zurStütze geneigt. Auch ein nahezu senkrechter Durchstanz-riss in Verlängerung zur Stützenaußenfläche wird da-durch von Bewehrung durchdrungen.

Die Durchstanzversuche wurden mit unterschiedlichenAbständen der Fertigteilplatten zur Stütze von –1 cm (dieFertigteilplatte liegt auf der Stütze auf) bis +2 cm durchge-führt (Tab. 2). In Bild 10 sind die bezogenen BruchlastenVu/VRk,c der Versuche zur Ermittlung der Maximaltragfä-higkeit über den Abstand der Platten zur Stütze aufgetra-gen. Zum Vergleich ist auch der Mittelwert und der cha-rakteristische Wert αmax, FDBII = 2,09 dieser Versuche ein-getragen. Anhand der Versuchsbeobachtungen und dertrendfreien Darstellung ist kein signifikanter Einfluss desAbstands auf den Durchstanzwiderstand zu erkennen.

5 Regelungen der europäisch technischen Zulassung(ETA)

5.1 Durchstanztragfähigkeit

Die Maximaltragfähigkeit von 2,09 · VRd,c nach Gl. (3)mit (3b) ist in einem Rundschnitt in einer Entfernung von2d um die Lasteinleitungsfläche (Stütze) nachzuweisen.Im Unterschied zu einer Bemessung von Bügeln alsDurchstanzbewehrung nach [4, 5] darf für die FDB IIkein Betontraganteil berücksichtigt werden. HöhereDurchstanzwiderstände bei Einsatz optimierter Durch-stanzbewehrungen führen zu zunehmender Schubrissbil-dung, wodurch der Betontraganteil nur begrenzt wirksamist. Im Bereich C (bis 1,125d vom Stützenanschnitt) istdaher die gesamte Deckenquerkraft ohne Abzug einesBetontraganteils von den anrechenbaren Gitterträgerstä-ben aufzunehmen. Bei der Ermittlung der Stahltragfähig-keit dürfen alle annähernd senkrechten Stäbe sowie diestark geneigten Stäbe der direkt auf die Stütze (Lasteinlei-

tungsfläche) zulaufenden Elemente angerechnet werden.Die Lage der einzelnen Stäbe im Grundriss wird ihrem je-weiligen Schwerpunkt zugeordnet. Die anrechenbarenStäbe sowie deren Lage sind in Bild 11 durch + und � ge-kennzeichnet.

Alle anrechenbaren Stäbe werden mit ihrer senkrecht zurPlattenebene wirkenden Komponente angesetzt. Für denNachweis der Stahltragfähigkeit im Bereich C gilt Gl. (5).Der Erhöhungsfaktor η berücksichtigt die höheren, inden Versuchen getesteten Querschnittsflächen der Durch-stanzbewehrung zur Erreichung der maximalen Durch-stanztragfähigkeit und kompensiert die Vergrößerung desBereichs C von 1,0d auf 1,125d gegenüber der bisherigennationalen Zulassung [3]. Ohne den Faktor η hätte dieVergrößerung des Bereichs C zu einer Bewehrungsreduk-tion gegenüber der bisherigen nationalen Regelung ge-führt, die experimentell nicht abgesichert ist.

β · VEd ≤ VRd,sy = fyk/(γS · η) ∑ (Asy · sin αi) (5)

mit:Asy Querschnittsfläche eines einzelnen Stabes

(63,6 mm2)fyk charakteristische Streckgrenze der Stäbe

(500 N/mm2)

Bild 10 Bezogene Bruchlasten (Erhöhungsfaktoren αmax,j) in Abhängigkeitvom Plattenabstand zur StützeRatio values of maximum loads (increasing factors αmax,j ) in depend-ence on the slab distance to the column

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γS Teilsicherheitsbeiwert für Stahl (empfohlener WertγS = 1,15)

αi Neigungswinkel des einzelnen Stabes bezogen aufdie Plattenebene

η Erhöhungsfaktor für die Bewehrungsermittlungη = 1,0 für VEd/VRd,c ≤ 1,80η = 1,5 für VEd/VRd,c = 2,09Zwischenwerte dürfen interpoliert werden

Im Bereich D, der den durchstanzbewehrten Bereich au-ßerhalb C abdeckt, ist die erforderliche Bewehrung inKreisringen mit einer Breite von maximal 0,75d für 50 %der Stützenlast nachzuweisen. Für diesen Nachweis giltGl. (6).

0,5 β · VEd · (s/0,75d) ≤ VRd,sy (6)

s Breite des gedachten Kreisringes im Bereich D mits ≤ 0,75d

Für die Abstände der Bewehrungselemente von der Stüt-ze, die Achsabstände untereinander und die Abstände inUmfangrichtung gelten Maximalabstände, die als Viel -faches der statischen Höhe festgelegt wurden (Bild 12).Diese Maximalabstände sollen sicherstellen, dass mög -liche Durchstanzrisse von den Diagonalstreben durch-drungen werden. Insbesondere die Maximalabstände inUmfangrichtung stellen darüber hinaus eine Bewehrungs-verteilung für eine ausreichende Lastverteilung auf meh-rere Bewehrungselemente sicher. Die erforderliche Grö-

ße des durchstanzbewehrten Bereichs bzw. die erforder -liche Länge lS von der Stütze bis zum äußersten anre-chenbaren Stab ergibt sich aus dem Nachweis am äuße-ren Rundschnitt uout. In einer maximalen Entfernung von1,5d vom Bereich mit Durchstanzbewehrung ist die Quer-krafttragfähigkeit der Platte ohne Querkraftbewehrungnachzuweisen. Hierfür gilt das Format der Gl. (2). Jedochgilt analog zur Schubtragfähigkeit von Platten mit Linien-lagerung nach Eurocode 2 ein reduzierter Beiwert vonCRd,c = 0,15/γc. Dieser Wert wird auch in der europäi-schen Zulassung ETA [7] empfohlen, kann aber auf derGrundlage der ETA auch den jeweiligen nationalen Rege-lungen entnommen werden.

Ein kontinuierlicher Übergang zwischen der Tragfähig-keit im Durchstanzbereich mit CRd,c = 0,18/γc und der außerhalb geltenden Schubtragfähigkeit mit CRd,c =0,15/γc, wie er inhaltlich in der nationalen Zulassung [3]enthalten war, wurde nicht formuliert. Jedoch wird in derZulassung für den Nachweis am äußeren Rundschnitt einreduzierter Lasterhöhungsfaktor βred nach Gl. (7) angege-ben. Dieser berücksichtigt das Abklingen von Spannungs-spitzen mit zunehmendem Abstand von der Stütze bzw.von der Lasteinleitungsfläche, da die Einflüsse aus dernichtrotationssymmetrischen Querkraftverteilung abneh-men. Die Reduktion dieses Lasterhöhungfaktors wurdeso festgelegt, dass die aus dem Nachweis am äußerenRundschnitt resultierenden Längen der Durchstanzbe-wehrungselemente etwa denen nach bisheriger nationalerZulassung [3] unter zusätzlicher Berücksichtigung eineskontinuierlichen Überganges zwischen Durchstanztrag -fähigkeit und Querkrafttragfähigkeit ergaben.

βred = κβ · β ≥ 1,1 (7)

für Eckstützen gilt: κβ = 1/(1,2 + β/20 · lS/d) (8a)

für Randstützen gilt: κβ = 1/(1,2 + β/15 · lS/d) (8b)

Bild 11 Lage der anrechenbaren Diagonalstäbe im Grundriss zur Bestimmungder Stahltragfähigkeit nach [7]Position of the countable strut bars on top view to determine the loadbearing steel capacity according to [7]

Bild 12 Maximale Abstände der Bewehrungselemente im Grundriss [7] amBeispiel einer InnenstützeMaximum distance of the reinforcement elements on top view [7] onthe example of an inner column

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24 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 170–181

C. Siburg, J. Hegger, J. Furche, U. Bauermeister: Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode 2

Für die pauschalen Erhöhungsfaktoren von β = 1,4 fürRandstützen und β = 1,5 für Eckstützen errechnen sichnach Gl. (7) mit (8) bereits bei kleinen Durchstanzberei-chen mit ls = 1,0d bzw. ls = 1,6d reduzierte Abminderungs-faktoren von βred = 1,1, sodass dieser Wert praktisch füralle Eck- und Randstützen gilt, in denen die pauschalenErhöhungsfaktoren nach Eurocode 2 für den Nachweisam kritischen Rundschnitt angesetzt wurden. Die genaueAuswertung nach den Gln. (8a) bzw. (8b) kommt somitim Wesentlichen zum Tragen, wenn höhere Faktoren ßfür den Nachweis am kritischen Rundschnitt nach [5] ge-sondert ermittelt werden. Für Wandecken und -endenwurden in der ETA [7] keine reduzierten Faktoren für denNachweis am äußeren Rundschnitt festgelegt, d. h. hiergilt κβ = 1. Obgleich auch in diesen Fällen eine Reduktiontechnisch begründet wäre, wurde in der ETA [7] hieraufverzichtet. Abweichende Regelungen zu den β-Werten inZulassungen für andere Durchstanzsysteme sollten sovermieden werden, da diese systemunabhängig gelten.

5.2 Verbundtragfähigkeit bei Einsatz in Elementdecken

Die Filigran-Durchstanzbewehrung FDB II ist insbeson-dere für die Anwendung in Elementdecken konzipiert.Die Versuchskörper wurden daher wie eine teilvorgefer-tigte Decke mit horizontaler Verbundfuge ausgeführt.Trotz nicht aufgerauter und als glatt einzustufender Fer-tigteiloberfläche konnte kein Versagen der Verbundfugefestgestellt werden. Bereits nach nationaler Zulassung [3]für die Filigran-Durchstanzbewehrung war ein Verbund-nachweis im Bereich bis zu einer Entfernung von 1,0dvon der Stütze entbehrlich, da die gesamte Deckenquer-kraft von den Diagonalstreben aufzunehmen ist, und dieQuerkraftbewehrung auf die Verbundbewehrung ange-rechnet werden darf. Der stützennächste Verbundnach-weis wurde daher im kritischen Rundschnitt bei 1,5d ge-führt [1]. Für den Nachweis nach ETA [7] entspricht die-ser Abstand der Ausdehnung des Bereichs C zuzüglichder halben Breite des ersten Bemessungsringes im Be-reich D (1,125d + 0,75d/2) Der Nachweis in diesemSchnitt wurde anhand der neu durchgeführten Versucheüberprüft. Die einwirkende Schubspannung lag in dendrei Versuchen mit niedriger Betondruckfestigkeit überder rechnerischen Obergrenze nach Gl. (9), ohne dass einVerbundversagen beobachtet wurde. Gl. (9) entsprichtdem Nachweis der Verbundfuge nach Eurocode 2 [4, 5](Bezeichnungen s. dort).

vRd,i = c · fctd + μ · σN + ρ · fyd (1,2 · μ · sin α + cos α) ≤ 0,5 · ν · fcd (9)

vRd,i = Bemessungswert der Schubtragfähigkeit in der Fuge

In der ETA [7] werden keine Angaben zur Lage der erfor-derlichen Bemessungsschnitte für den Verbundnachweisgemacht. Unabhängig von der Lage des kritischen Rund-schnitts bei 2,0d für den Durchstanznachweis sollte derstützennächste Verbundnachweis wie nach bisheriger na-

tionaler Zulassung [3] in einer Entfernung von 1,5d vonder Stütze entfernt geführt werden. Für den ersten Nach-weisschnitt außerhalb des durchstanzbewehrten Bereichsist dementsprechend der Verbundnachweis in einer Ent-fernung von 1,5d vom Durchstanzbereich bei uout zu füh-ren.

Die ETA [7] fordert bei Einsatz der Filigran-Durchstanz-bewehrung eine mindestens „glatte“ Oberfläche der Fer-tigteilplatten. Eine unbehandelte Oberfläche ohne geson-derten Nachweis ist nach Eurocode 2 [4, 5] als glatt einzu-stufen und die Fertigteilplatten erfordern bei dieser Ein-stufung keine besondere Behandlung der Oberfläche. DerNachweis der maximalen Verbundspannungsobergrenzenach Gl. (9) kann jedoch bei Ausnutzung der maximalenDurchstanzlasten die Ausführung einer rauen Fuge erfor-derlich machen. Eine solche Oberflächenausführungkann mittels des Sandflächenverfahrens [13] nachgewie-sen werden. Nach nationalem Anhang zum Eurocode 2[4, 5] ist für eine raue Fuge mindestens eine mittlere Rau-tiefe von Rt = 1,5 mm nachzuweisen. Solche Rautiefen-messungen können auch in Plattenbereichen neben derDurchstanzbewehrung erfolgen. Auf eine mechanischeAufrauung kann verzichtet werden, indem vorgenannterGrenzwert allein durch eine gut eingestellte Betonrezep-tur und -konsistenz erreicht wird.

5.3 Konstruktion

Die nach ETA [7] zulässigen Plattendicken liegen zwi-schen 18 cm und 40 cm. Die Produktionshöhen der Be-wehrungselemente betragen zwischen 13 cm und 30 cm.Da die Plattendicke der Höhe der Durchstanzbewehrungzuzüglich der Betondeckung an der Plattenunterseite und-oberseite entspricht, bleiben Plattendicken über 35  cmauf Anwendungen mit großer Betondeckung begrenzt.

Die ETA [7] fordert einen Mindestüberstand der Schlau-fen am Obergurt von 20 mm und begrenzt den Überstandauf den maximal in den Bauteilversuchen geprüften Wertvon 60  mm und den Durchmesser der Biegezugbeweh-rung auf 25 mm.

Fugen zwischen den Fertigteilplatten müssen im Durch-stanzbereich mindestens 4  cm breit ausgeführt und zu-sammen mit dem Aufbeton ausbetoniert werden. DieseFugenbreite ermöglicht das bedingungsgemäße Einbrin-gen des Betons und stellt eine Druckkraftübertragungzwischen den Fertigteilplatten über die Fuge hinweg si-cher. Diese Ausführung hat sich bewährt [1]. Allein beiVerwendung eines Aufbetons mit Größtkorn größer als16 mm kann eine breitere Fuge sinnvoll sein. Die ETA [7]erlaubt für dieses Durchstanzsystem aufgrund der positi-ven Versuchsergebnisse (Bild 10) Abstände der Fertigteil-platten zur Stütze zwischen –1 cm und +4 cm, sofern dieBetonierfuge der Stütze nicht oberhalb der Unterkanteder Elementplatte liegt. Die Zulassung erfasst somit aucheine Anordnung der Fertigteilplatten direkt am Stützen-rand (Bild 13) unter Berücksichtigung von positiven und

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C. Siburg, J. Hegger, J. Furche, U. Bauermeister: Punching shear reinforcement for semi precast slabs according to Eurocode 2

FACH

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A A

RTICLE

negativen Abweichungen von der Solllage. Unabhängigvon der in der Praxis gewählten Anordnung der Fertigteil-platten zur Stütze sollten die stützennächsten Beweh-rungselemente möglichst nah am Stützenrand angeordnetwerden. Die ETA [7] gibt einen Abstand der stützennächs-ten Bewehrungsstäbe von maximal 0,35d (vgl. Bild 12)vor. Der Schwerpunkt (wirksame Lage) der geneigtenStäbe soll jedoch nicht über der Stützenquerschnitts -fläche liegen. Dieses ist durch den Überstand der Unter-gurte auch dann gewährleistet, wenn die Bewehrungsele-mente direkt am Rand der Fertigteilplatte angeordnetsind und der Abstand der Fertigteilplatte zur Stütze nullbeträgt.

Für die Bemessung der Durchstanzbewehrung liegt einBemessungsprogramm [14] vor. Hiermit können dieSpannungsnachweise geführt, die erforderlichen Beweh-rungsquerschnitte ermittelt und der Verbundfugennach-weis im Falle einer Elementdecke geführt werden.

6 Zusammenfassung

Zur Erlangung einer europäisch technischen Zulassung(ETA) für eine Durchstanzbewehrung aus speziellen Gitt-erträgern wurden sechs zentrische Durchstanzversuchedurchgeführt. Die Versuchskörper wurden mit horizonta-ler Verbundfuge und unterschiedlich angeordneten Fer-tigteilplatten konzipiert. Trotz unbehandelter Oberflächeder Fertigteilplatten und somit als glatt einzustufenderVerbundfuge konnte kein Verbundversagen beobachtetwerden. Die Sägeschnitte der Versuchskörper nach demDurchstanzversagen der Platte zeigten eine feine Vertei-lung der Durchstanzrisse, die von den Stäben der Durch-stanzbewehrung durchdrungen war.

Die Auswertung der fünf Versuche zur Bestimmung derMaximaltragfähigkeit erfolgte auf der Grundlage von Eurocode 2 in Verbindung mit dem nationalen Anhangfür Deutschland [4, 5]. Dieser Bemessungsansatz erfasstdie Ergebnisse der Versuche mit Plattendicken zwischen18 cm und 36 cm, mittleren Betondruckfestigkeiten vonca. 20 N/mm2 bis ca. 50 N/mm2 und Längsbewehrungs-graden von 0,7 % bis 1,5 % nahezu trendfrei. Der Durch-stanzwiderstand der Platte wird durch die Filigran-Durch-stanzbewehrung FDB II gegenüber dem Widerstand vonPlatten ohne Durchstanzbewehrung mehr als verdoppelt(αmax, FDBII = 2,09).

Das Bemessungskonzept zur Stahltragfähigkeit wurde an-hand eines Versuchs mit reduzierter Menge an Durch-stanzbewehrung überprüft. Entsprechend einer früherennationalen Zulassung für eine geometrisch ähnlicheDurchstanzbewehrung ist im stützennahen Bereich eineBewehrung für die gesamte Stützenlast anzuordnen. ImAnschluss an diesen Bereich erfolgt der Nachweis der er-forderlichen Bewehrung in Kreisringen.

Für die untersuchte Durchstanzbewehrung wurde eineeuropäisch technische Zulassung [7] erteilt. Der Anwen-dungsbereich dieser Filigran-Durchstanzbewehrung re-gelt und erfasst ausdrücklich auch die Anwendung in teil-vorgefertigten Elementdecken.

Bild 13 Anordnung der Fertigteilplatte mit Filigran-DurchstanzbewehrungFDB II direkt an der StützeArrangement of the precast slab with Filigran-Punching-Shear-Rein-forcement FDB II right to the column edge

Literatur

[1] FURCHE, J.; BAUERMEISTER, U.: Flachdecken in Element-bauweise – Hinweise zum Durchstanznachweis nach DIN1045-1. Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 4, S.223–232.

[2] ELIGEHAUSEN, R.; VOCKE, H.; CLAUSS, A.; FURCHE, J.; BAUERMEISTER, U.: Neue Durchstanzbewehrung für Ele-mentdecken. Beton- und Stahlbetonbau, 98 (2003), Heft 5,S. 334–344.

[3] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-217 vom 3.8.2009 für Filigran-Durchstanzbewehrungnach DIN 1045-1:2008-8.

[4] DIN EN 1992-1-1: Eurocode 2: Bemessung und Konstruk-tion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1:Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau; DeutscheFassung EN 1992-1-1:2004-AC:2010, Januar 2011.

[5] DIN EN 1992-1-1/NA: Nationaler Anhang – National fest-gelegte Parameter – Eurocode 2: Bemessung und Konstruk-tion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken – Teil 1-1:Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau; Januar2011.

[6] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Supplement toCommon Understanding of Assessment Procedure (CUAP)03.01/05, Lattice-girders for the increase of punching resis-tance in flat slabs on column. January 2013 (unveröffent-licht).

[7] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Europäisch Tech-nische Zulassung ETA-13/0521 für Filigran-Durchstanz -bewehrung FDB II, 13.6.2013.

[8] BEUTEL, R.; HEGGER, J.: The effect of anchorage on the ef-fectiveness of the shear reinforcement in the punching zone.

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26 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 3, S. 170–181

C. Siburg, J. Hegger, J. Furche, U. Bauermeister: Durchstanzbewehrung für Elementdecken nach Eurocode 2

In: Cement & Concrete Composites (2002), Nr. 24, S. 539–549.

[9] SIBURG, C; HÄUSLER, F.; HEGGER, J.: Durchstanzen vonFlachdecken nach NA(D) zu Eurocode 2. Bauingenieur,Band 87, Mai 2012, S. 216–225.

[10] HEGGER, J.; SIBURG, C.: Versuchsberichte der RWTH Aachen, Lehrstuhl und Institut für Massivbau (IMB) zuDurchstanzversuchen zur Maximaltragfähigkeit von Gitter-trägern Typ FDB-II: 275/2012 vom 17.09.2012; 298/2012vom 16.1.2013; 300/2012 vom 16.1.2013; 301/2012 vom16.1.2013; 302/2012 vom 16.1.2013 (zusammen mit Kue-res, D.); 310/2013 vom 12.3.2013 (unveröffentlicht).

[11] HEGGER, J.; BEUTEL, R.; KERKENI, N.: Einfluss der Decken-schlankheit auf den Durchstanzwiderstand nach DIN1045-1, SIA 262, Ö-Norm B4700(01) und Eurocode prEN1992-1-1. Beton- und Stahlbetonbau 99 (2004), Heft 1, S.23–32.

[12] HÄUSLER, F.: Zum maximalen Durchstanzwiderstand vonFlachdecken mit und ohne Vorspannung. Dissertation,RWTH Aachen, 2009.

[13] FURCHE, J.; BAUERMEISTER, U.: Elementbauweise mit Git -terträgern. In: Beton-Kalender 2009 – Band 1: KonstruktiverHochbau, aktuelle Massivbaunormen. Berlin, 2009.

[14] BAUERMEISTER, U.: ProFi-2, Bemessungsprogramm zumDurchstanznachweis nach ETA- 13/0521. www.filigran.de,2013.

Autoren

RWTH AachenLehrstuhl und Institut für MassivbauMies-van-der-Rohe-Straße 152074 Aachen

Filigran Trägersysteme GmbH & Co. KGZappenberg 631633 Leese

Dipl.-Ing. Ulrich [email protected]

Dr.-Ing. Johannes [email protected]

Prof. Dr.-Ing. Josef [email protected]

Dipl.-Ing. Carsten Siburg [email protected]

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27© 2006 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Fachthemen

DOI: 10.1002/best.200500462

Das Verformungsverhalten von Flachdecken in Elementbauweiseunterscheidet sich von einer rei nen Ortbetondecke aufgrund dervorhandenen Elementfugen. Die damit verbundenen lokalenQuer schnittsschwächungen erfordern schon auf niedrigem Last-niveau eine Umlagerung der Belastung in angrenzende Feld- undStützbereiche. Die Folge der Lastumlagerung sind anfänglichhöher bean spruchte Deckenbereiche und eine frühere Rißbil-dung im Vergleich zu einer reinen Ortbetondecke. Mit steigenderBelastung kommt es jedoch zur Annäherung der Rißzustände vonFertigteil- und Ort betondecken, wie anhand nichtlinearer Be -rechnungen nachgewiesen werden konnte. Der relative Unter-schied in der Durchbiegung wird deutlich reduziert. Auf Ge-brauchslastniveau liegen die Verfor mungen der Fertigteildeckenetwa 5% über denen der reinen Ortbetondecke.

Influence of Bond Joints on Deformation of precast SlabsPrecast slabs and in-situ concrete slabs vary in their deflectionbehaviour due to the bond joints between the precast concreteunits. The diminished cross section of the bond joints require aredistribution of internal forces to adjoining field and support areas already at a small load. The consequence of this redistri -bution are higher demands in these slab areas and an earliercrack initiation in comparison to the in-situ concrete slabs. Withan increase of the loading the cracking pattern of the precastslabs and the in-situ concrete slabs converge as the nonlinearFE-calculation have shown. The relative difference in deforma-tion is clearly reduced. At the service load the deformation of theprecast slabs is only 5% higher than the deformation of the in-situconcrete slabs.

1 Einleitung

Bereits seit vielen Jahren werden Decken ohne Unter züge,sogenannte Flachdecken, erfolgreich in Ele mentbauweiseausgeführt. Anfängliche Bedenken bei der Anwendung derElementdecken im Durchstanz bereich der Stützen konn-ten durch Versuche ausge räumt werden. Die Durchstanz-last wird durch die Ver bundfuge zwischen Fertigteil undmitwirkender Ort betonschicht nicht nachteilig beeinflußt[1]. Auch die Tragfähigkeit der vorgefertigten Deckensyste-me ist mit der Tragfähigkeit einer reinen Ortbetondeckever gleichbar. Verschiedene FE-Studien [2], [3] haben ge -zeigt, daß die Biege- und Drillmomente von Ortbeton-und Fertigteildecken in Größe und Verteilung kaum von-einander abweichen. Bei der Bemessung dürfen beideDeckensysteme als statisch gleich behandelt werden.

Hinsichtlich ihrer Bewehrungsführung unterscheidensich Fertigteil- und Ortbetondecken bei zweiachsig ge-

spannten Systemen. In der Längsrichtung der Fertigteilele-mente liegt die Feldbewehrung innerhalb des Fertigteils.In Querrichtung wird die Feldbeweh rung üblicherweise inder Ortbetonergänzung einge legt. Eine Bewehrungs-führung innerhalb der Fertigteile erscheint aufgrund dergeringen Elementbreiten und der relativ großen Übergrei-fungslängen der Feld bewehrung unwirtschaftlich. Im Fer-tigteil selbst, liegt in der Querrichtung nur die konstruktiveMindestquer bewehrung.

Die Folge einer Bewehrungsführung innerhalb derOrtbetonergänzung ist eine geringere Nutzhöhe der Feld-bewehrung verglichen mit einer reinen Ortbeton decke.Um trotzdem eine annähernd gleiche Trag fähigkeit zu er-reichen [4], wird bei der Elementdecke die Fläche der Feld-bewehrung im Verhältnis der Nutzhöhen vergrößert.

Die geänderte Bewehrungslage hat aber nicht nurEinfluß auf die Tragfähigkeit der Decken. Auch die Ge-brauchstauglichkeit wird durch den größeren Rand -abstand der Feldbewehrung zur Deckenunterseite sowiedurch die vorhandenen Fugen zwischen den einzelnenFertigteilelementen beeinflußt. Es stellt sich die Frage, obDecken in Elementbauweise auch hinsichtlich ihrer Ge-brauchstauglichkeit wie eine Ortbetondecke behandeltwerden dürfen. Anhand nichtlinearer Berechnungen wirdgezeigt, daß die für Flachdecken üblichen Biegeschlank-heiten [5] und eine entsprechende Biegebemessung auchbei einer Elementbauweise zur Begrenzung der Durchbie-gung im Sinne von DIN 1045-11) ausreichen.

2 Vergleichsstudie

Die Unterschiede im Tragverhalten von Ortbeton- undFertigteildecken wurden anhand von Vergleichsrech -nungen aufgezeigt [6]. Untersucht wurden verschie deneDeckenvarianten (Bild 1) mit Stützenweiten von 5 m und7,5 m, einem Stützweitenverhältnis von 1,0 und 1,5 sowieeiner Fertigteildicke von 5 cm bzw. 7 cm. Die Dicke derFlachdecken ist mit 18 cm bzw. 22 cm von der jeweilsgrößeren Stützweite der beiden Tragrichtungen abhängig.

Als Referenzobjekt wurde zu jeder Deckenvariante ei-ne Ortbetonausführung gerechnet. Die zugehörigen Fer-tigteildecken variieren in der Anordnung der Ele -mentstöße und dem Querbewehrungsgrad der Fertig -teilelemente. Die Elementstöße wurden jeweils in der Mitte der Stützweite, d. h. im Bereich der größten Bie ge -

Einfluß der Elementfugen auf die Durchbiegungvon FlachdeckenHerrn Prof. Josef Eibl zum 70. Geburtstag gewidmet

Manfred CurbachAnett Brückner

1) gilt nach Erstverfasser bei Anwendung von Eurocode 2 sinngemäß

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M. Curbach/A. Brückner · Einfluß der Elementfugen auf die Durchbiegung von Flachdecken

Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 3, S. 132–137

momente, angeordnet. Der Einfluß der Element fugen aufdie Durchbiegung der Decken wird so besonders deutlich.Weitere Elementfugen innerhalb der Stützweite wurdennicht vorgesehen. Bei einer Fertigteilbreite von 2,5 m be-finden sich diese schon im Bereich der Stützmomentebzw. in der Nähe der Momentennullpunkte und sind so-mit für die Durchbie gung nicht oder nur in geringemMaße von Bedeu tung. Es wurden ausschließlich Element-stöße in Querrichtung der Fertigteile betrachtet, da sie kei-nen Zugstoß der Feldbewehrung erfordern. Aufgrund ih-rer Lage in der Ortbetonergänzung kann die Bewehrungüber den Elementfugen durchlaufen. Die Fuge selbst stelltsomit nur eine lokale Querschnittsschwächung dar.

Bei einem Tragstoß hingegen muß die Feldbeweh -rung der Elemente kraftschlüssig im Bereich der Fuge ge-stoßen werden. Die zu stoßende Längsbewehrung darf da-bei eine Querschnittsfläche von 10 cm2/m nicht über-schreiten (DIN 1045-11) Abs. 13.4.3). Entspre chend einge-

Die Elementfugen stellen lokale Querschnittsschwächungen dar.

schränkt ist die Biegetragfähigkeit senk recht zur Fuge, waszur Folge hat, daß Tragstöße nur im Bereich der Stütz -momente bzw. in der Nähe der Mo mentennullpunkte an-geordnet werden können. Für die Untersuchung derDurchbiegung sind sie demnach nicht relevant, da nachder Zulassung der Fertigteile überdrückte Elementfugenmit Beton verfüllt werden müssen. Eine Querschnitts-schwächung ist nicht mehr vorhanden.

Der Querbewehrungsgrad der Fertigteile wurde vari -iert, um die Rißbreiten an der Oberfläche der Fertig teilebesser zu begrenzen. Die geringere Nutzhöhe der Feldbe-wehrung in der Ortbetonergänzung der Fertigteile kannzwar hinsichtlich der Tragfähigkeit durch einen erhöhtenBewehrungsquerschnitt kom pensiert werden, für dieRißbreitenbegrenzung ist der große Randabstand jedochvon Nachteil. Untersucht wurden der Mindestquerbeweh-rungsgrad von 20% bzw. 4 ∅6 mm je m sowie ein frei ge-wählter Quer bewehrungsgrad von 50%.

Neben den Fertigteildecken wurden weitere Deckenohne Elementfuge jedoch mit der Bewehrungsführung einer Fertigteildecke gerechnet. Sie geben Aufschluß dar -über, welcher Anteil der Durchbiegung allein auf den größeren Randabstand der Feldbewehrung zurückzuführenist.

Variante Ausführung Stützenabmessung Stützweite Deckendicke Fertigteildicke

Sx [m] Sy [m] Lx [m] Ly [m] dPl [m] dFt [m]

1 Ortbetondecke 0,50 0,50 5,0 5,0 0,18

1.1 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 26% 0,05

1.2 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 50% 0,05

1.3 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 25% 0,05

1.4 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 50% 0,05

1.5 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in x-Richtung

1.6 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in y-Richtung

2 Ortbetondecke 0,50 0,75 5,0 7,5 0,22

2.1 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 22% 0,05

2.2 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 50% 0,05

2.3 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 37% 0,05

2.4 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 50% 0,05

2.5 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in x-Richtung

2.6 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in y-Richtung

3 Ortbetondecke 0,50 0,75 5,0 7,5 0,22

3.1 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 22% 0,07

3.2 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 50% 0,07

3.3 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 37% 0,07

3.4 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 50% 0,07

3.5 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in x-Richtung

3.6 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in y-Richtung

4 Ortbetondecke 0,90 0,90 7,5 7,5 0,22

4.1 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 20% 0,07

4.2 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Lx/2, Querbewehrung 50% 0,07

4.3 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 20% 0,07

4.4 Fertigteildecke mit Elementstoß bei Ly/2, Querbewehrung 50% 0,07

4.5 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in x-Richtung

4.6 Ortbetondecke mit reduzierter Nutzhöhe in y-Richtung

Bild 1. Übersicht der untersuchten DeckenvariantenFig. 1. Overview of the investigated slabs

1) gilt nach Erstverfasser bei Anwendung von Eurocode 2 sinngemäß

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M. Curbach/A. Brückner · Einfluß der Elementfugen auf die Durchbiegung von Flachdecken

Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 3, S. 132–137

3 Modellierung der Decken

Unter Ausnutzung der Symmetriebedingungen wurde jedeDeckenvariante als Viertelplatte eines Innenfel des model-liert. Eine separate Betrachtung der Rand- und Eckfelderwar nicht notwendig, da nicht die maxi male Durchbie-gung, sondern der relative Unterschied zwischen Ortbe-ton- und Fertigteildecken Gegenstand der Untersuchungwar.

Das nichtlineare Materialverhalten des Stahlbetonswird im Modell durch den Ansatz reduzierter Biege -steifigkeiten für den Zustand II berücksichtigt. Jede Zug-belastung oberhalb der Betonzugfestigkeit führt zur Riß-bildung im Beton und damit zu einer lokalen Abnahmeder Biegesteifigkeit. Diese wiederum hat über die Krüm-mung des Querschnitts direkten Ein fluß auf die Durchbie-gung eines Bauteiles.

Die Größe der Biegesteifigkeit hängt von verschie -denen Faktoren ab, u. a. von der Querschnittsdicke, vonder eingelegten Bewehrung und deren statischer Nutz-höhe sowie vom Zustand der Rißbildung. Vor Beginn derBelastung werden den finiten Elementen die Biegesteifig-keiten für den Zustand I (ungerissen) zugewiesen. JedeFlachdecke wird so in Stütz-, Gurt- und Feldstreifen einge-teilt (DAfStb 240 [7]). Vorhan dene Elementfugen werdenals zusätzliche Decken streifen mit eigener Biegesteifigkeitmodelliert. Die Breite der Elementfugen wird im Modellmit 10 cm angenommen und beinhaltet neben der tatsäch-lichen Fugenbreite noch den halben Störbereich infolgeder Spannungseinschnürung bzw. -ausbreitung in unmit -telbarer Nähe der Querschnittsschwächung (Bild 2).

Das Aufbringen der Gebrauchslast erfolgt in ein -zelnen Laststufen, die während der Rißbildung eine all-mähliche Umlagerung der Schnittgrößen gewähr leisten.Nach jeder Laststufe werden die Platten hinsichtlich derBiegesteifigkeit in gerissene und ungerissene Plattenberei-che eingeteilt. Maßgebendes Kriterium sind dabei dierechnerischen Randspan nungen der finiten Elemente.Überschreiten die Randspannungen die Zugfestigkeit desBetons, wird dem jeweiligen Element die Biegesteifigkeitfür den Zustand II zugewiesen. Einmal gerissenePlattenbe reiche verbleiben unabhängig von später auftre-tenden Randspannungen im Zustand II.

Der gerissene Stahlbeton wird durch reduzierte Biegesteifigkeiten modelliert.

Das Auflager der Flachdecken wird in der Größe desStützenquerschnittes als Flächenlager modelliert. ExtremeStützmomente, wie sie bei einer Punkt lagerung infolge derSingularität auftreten, werden so vermieden [8]. Eine ela-stische Bettung auf Federn ermöglicht außerdem eine be-grenzte Verdrehung der Decke und damit eine gewisseAusrundung des Biegemomentes über der Stütze. DieFeldmomente werden weder von der Lagerung noch vonder Breite der Stütze maßgeblich beeinflußt.

4 Ergebnisse der Untersuchung

Die Auswirkungen der Elementfugen auf das Tragver -halten der Flachdecken werden durch den Vergleich derMittendurchbiegungen deutlich. In Bild 3 sind für einequadratische Stützweite von 5 m die Durchbie gungen derFlachdecken gemeinsam mit der Ort betondecke aufgetra-gen. Die maximale Belastung von 9 kN/m2 entspricht derGebrauchslast der Decken. Der Verlauf der Kraft-Verfor-mungskurven zeigt die drei Zustandsformen des Stahlbe-tons: den ungeris sene Zustand I, den beginnenden Zu-stand der Erst rißbildung im Bereich der Stützmomenteund an schließend im Feld sowie den allmähliche Über-gang der Decken zum Zustand der abgeschlossenen Riß-bildung.

Erwartungsgemäß sind die Verformungen der Fer -tigteildecken bis zum Gebrauchslastniveau größer als dieder reinen Ortbetondecke. Der relative Unter schied ist je-doch stark von der Belastung abhängig. Auf niedrigemLastniveau ist der Einfluß der Ele mentfugen scheinbarausgeprägter als auf Gebrauchs lastniveau. Bei der Be-trachtung der auf die Ortbe tondecke bezogenen Durch-biegung der Flachdecken wird dieses Phänomen nochdeutlicher (Bild 4.)

Die Erklärung hierfür liegt in der Rißbildung. DieFertigteildecken sind in der Tragrichtung senkrecht zurElementfuge weicher als die Ortbetondecke. Schon bei ge-ringen Lasten beginnt der Deckenquer schnitt innerhalbder Fuge zu reißen. Es kommt zur Umlagerung derSchnittgrößen in angrenzende Feld bereiche sowie in dieStützbereiche der betroffenen Tragrichtung. Die daraus re-sultierende höhere Beanspruchung führt vor allem in denFeldbereichen der Fertigteildecke früher zur Riß bildung,

Bild 2. Spannungszustand im Bereich von Elementfugen(ATENA)Fig. 2. Stress condition in the area of bond joints

Durchbiegung [mm]3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Last

[kN

/m2

]

8,0

7,0

5,0

3,0

1,0

10,0

0,02,01,0 9,00,0

9,0

6,0

4,0

2,0

Fertigteildecken

Ortbetondecke

1.41.3

1.21.1

1

1.4

1

1.1

1.3

1.2

Bild 3. Kraft-Verformungskurve, Stützweite 5 m × 5 mFig. 3. Load-displacement-diagram, span 5 m × 5 m

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als es bei einer reinen Ortbetondecke der Fall ist. Diegrößere Ausdehnung der gerissenen Deckenbereiche ver -stärkt den Einfluß der Elementfuge (vergleiche Bild 5 mitBild 6 bzw. Bild 7). Der Verformungsunterschied zwi-schen Ortbeton- und Fertigteildecken wächst.

Dieser Trend ändert sich jedoch mit dem Beginn derRißbildung im Feldbereich der Ortbetondecke. Der An-stieg der Verformungskurven wird flacher und kehrt sichschließlich um (Bild 4). Eine weitere Laststeige rung führtzur Annäherung der Rißbilder von Ort beton- und Fertig-teildecken. Der Verformungsunter schied wird zunehmendgeringer und damit auch der Einfluß der Elementfuge. AufGebrauchslastniveau sind die Durchbiegungen der Fertig-teildecken maxi mal 5% größer als die der Ortbetondecke.

Der Einfluß der Elementfugen ist belastungsabhängig.

Die beschriebenen Effekte sind für die Element fugenin beiden Tragrichtungen gleichermaßen zu beobachten.Trotzdem unterscheiden sich die Durch biegungen derFlachdecken erheblich (Bild 4). Offen sichtlich sind dieFugen senkrecht zur x-Richtung (Fertigteildecken 1.1 bzw.1.2) ungünstiger als die Fu gen senkrecht zur y-Richtung(Fertigteildecken 1.3 bzw. 1.4). Da die Stützweite in bei-den Tragrichtungen gleich groß ist, resultiert die Abwei-chung in der Durch biegung lediglich aus der unterschied-lichen Nutzhöhe der Stützbewehrung. In Richtung derkleineren Nutz höhe (x-Richtung) ist die Biegesteifigkeit inden gerissenen Stützbereichen geringer. Die Belastungmuß stärker umgelagert werden als in Richtung der größe-ren Nutzhöhe (y-Richtung). Die Ausdehnung der gerisse-nen Stütz- und Feldbereiche wächst (Bild 6 und Bild 7)

Last [kN/m2]1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0

Bez

og

ene

Du

rch

bie

gu

ng

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

Ortbetondecke

Fertigteildecken

1

1.21.1

1.41.3

1.1

1.2

1.3

1.4

1

9,0

Bild 4. Durchbiegung der Flachdecken bezogen auf dieOrtbeton ausführung, Stützweite 5 m × 5 mFig. 4. Deflection of flat slabs related to deflection of in-situconcrete slabs, span 5 m × 5 m

x

yFeldbereich

bereich

Gurt- Stütz-

gerissener Feldbereichin x-Richtung

gerissener Stützbereichin y-Richtung

Stütze

Fe

ldb

ere

ich

Gu

rt-

Stü

tz- be

reic

h

gerissener Feldbereich in y-Richtung

gerissener Stützbereichin x-Richtung

Bild 5. Rißzustand der Ortbetondecke bei 6,6 kN/m2

Fig. 5. Crack condition of an in-situ concrete slab with a load of 6.6 kN/m2

x

yFeldbereich Gurt- Stütz-

bereich Element-fuge

gerissener Stützbereichin y-Richtung

gerissener Feldbereichin x-Richtung

Stütze

gerissener Stützbereichin x-Richtung

gerissener Feldbereichin y-Richtung

Feld

be

reic

hG

urt

-S

tütz

- be

reic

h

Bild 6. Rißzustand der Fertigteildecke (Fuge in x-Richtung)Fig. 6. Crack condition of a precast slab (bond joint in x-direction)

x

yFeldbereich Gurt- Stütz-

bereich

Fe

ldbe

reic

hG

urt

-S

tütz

- be

reic

h

gerissenerFeldbereichin y-Richtung

gerissener Feldbereichin x-Richtung

gerissener Stützbereichin y-Richtung

Stütze

Element-fuge

gerissener Stützbereichin x-Richtung

Bild 7. Rißzustand der Fertigteildecke (Fuge in y-Richtung)Fig. 7. Crack condition of a precast slab (bond joint in y-direction)

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und mit ihr auch die Durchbiegung der Flachdecken. Esist also günstiger, die Element fugen bei gleicher Stützweitesenkrecht zur Tragrich tung mit der größeren Nutzhöheder Stützbewehrung anzuordnen.

Die Querbewehrung der Fertigteile wird i. d. R. alskonstruktive Mindestbewehrung mit einem Beweh -rungsgrad 20% konzipiert. Beim Nachweis der Biege -tragfähigkeit bleibt die Querbewehrung jedoch unbe -rücksichtigt, da sie über den Elementfugen nicht kraft -schlüssig gestoßen wird. Für die Durchbiegung ist sie aberaufgrund der Rißbreitenbegrenzung von Bedeu tung. DieZugspannungen in der Feldbewehrung der Ortbeton -ergänzung werden durch die parallel verlau fende Quer -bewehrung reduziert. Je höher der Quer bewehrungsgradist, desto kleiner werden die Riß breiten und folglich auchdie Durchbiegung der Fertig teildecken (Bild 4). Vor allemder maximale Verfor mungsunterschied von Ortbeton- undFertigteildecken wird durch die Querbewehrung redu-ziert. Der Einfluß der Elementfuge ist weniger ausgeprägt,hängt aber von der Stützweite der Decke ab. Mit zuneh-mender Stützweite werden die Feldmomente und die Aus -dehnung der gerissenen Feldbereiche bei gleicher Flächen-last größer. Der Beginn der Rißbildung im Feldbereich derOrtbetondecke ist gegenüber der Fertigteildecke wenigerstark verzögert. Der maximale Verformungsunterschiedzwischen Ortbeton- und Fertigteildecke bleibt geringer.Gleichzeitig gewinnt die Querbewehrung durch die größe-re Ausdehnung der gerissenen Feldbereiche an Bedeu-tung. Die maxi male bezogene Durchbiegung wird stärkerreduziert (vgl. Bild 4 mit Bild 8).

Bei Decken mit ungleicher Stützweite in beidenTragrichtungen wird die Belastung vorwiegend über diegrößere Stützweite abgetragen. Eine Unter brechung derHaupttragrichtung durch die Element fugen erscheint des-

Die Querbewehrung der Fertigteile begrenzt die Rißbreiten und damit die Verformungen.

wegen besonders ungünstig. Die rechnerische Durchbie-gung bestätigt zunächst diese Theorie. Die Rißbildung imFeld der Haupttragrich tung beginnt aufgrund der Quer-schnittsschwächung schon bei geringen Flächenlasten.Die Fertigteildecke mit der Elementfuge in der Neben-tragrichtung bzw. die Ortbetondecke sind bei gleicher Be-lastung im Feld kaum bzw. nicht gerissen. Der Unter-schied in den Rißzuständen spiegelt sich in der bezogenenDurch biegung wider. Während die Fertigteildecke mit derElementfuge in der Nebentragrichtung noch annä hernddie gleichen Verformungen aufweist wie die reine Ortbe-tondecke, sind die Verformungen der Fer tigteildecke mitder Elementfuge in der Haupttragrich tung bedeutendgrößer.

Mit dem Beginn der Rißbildung im Feld der Ort -betondecke reduziert sich aber auch hier der Verfor -mungsunterschied. Die gerissenen Plattenbereiche in derHaupttragrichtung der Ortbeton- und Fertigteil deckenwerden in ihrer Ausdehnung mit steigender Belastung im-mer ähnlicher. In der Nebentragrichtung hingegen zeigendie gerissenen Plattenbereiche der Fertigteildecken nochdeutliche Unterschiede. Die Decken mit der Elementfugein der Nebentragrichtung sind sowohl im Feld als auchüber der Stütze in wesentlich größeren Bereichen gerissenals die ver gleichbare Fertigteildecke mit der Elementfugein der Haupttragrichtung. Es kommt zur Umkehrung derVerhältnisse. Die Durchbiegung der Flachdecken mit derElementfuge in der Nebentragrichtung wird größer als dieDurchbiegung der Flachdecke mit der Elementfuge in derHaupttragrichtung (Bild 9).

Bis zum Erreichen des Gebrauchslastniveaus nä hernsich aber auch in der Nebentragrichtung die ge rissenenBereiche der Fertigteildecken allmählich an. Auch der Un-terschied gegenüber der Ortbetondecke wird zunehmendgeringer, wie am abfallenden Verlauf der bezogenenDurchbiegung in der Nähe des Gebrauchslastniveaus gutzu erkennen ist (Bild 9).

Weiterführende Informationen zu der Vergleichs -studie sind im Abschlußbericht des Forschungs vorhabensenthalten [6].

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

Last [kN/m2]0,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Bez

og

ene

Du

rch

bie

gu

ng

10,0

Ortbetondecke

Fertigteildecken

2,01,0

4

4.24.1

4.44.34.3

4

4.4

4.3

4.2

4.1

Bild 8. Durchbiegung der Flachdecken bezogen auf dieOrtbeton ausführung, Stützweite 7,5 m × 7,5 mFig. 8. Deflection of flat slabs related to deflection of in-situconcrete slabs, span 7,5 m × 7,5 m

Last [kN/m2]1,0

Bez

og

ene

Du

rch

bie

gu

ng

1,6

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,93,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0

Ortbetondecke

Fertigteildecken

1,5

2,0 10,0

2

2.22.1

2.42.3

22.1

2.32.4

2

2.2

Bild 9. Durchbiegung der Flachdecken bezogen auf dieOrtbeton ausführung, Stützweite 5 m × 7,5 mFig. 9. Deflection of flat slabs related to deflection of in-situconcrete slabs, span 5 m × 7,5 m

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5 Fazit

Der Einfluß der Elementfugen auf das Verformungs -verhalten der Flachdecken konnte anhand der nicht -linearen Berechnungen eindeutig nachgewiesen wer den.Bis zum Gebrauchslastniveau sind die Durch biegungender Fertigteildecken größer als die der Ort betondecke. Derrelative Unterschied ist aber geringer als erwartet. AmKraft-Verformungsverlauf der bezo genen Durchbiegungenkonnte gezeigt werden, daß der relative Verformungsun-terschied gegenüber der Ortbetondecke belastungsabhän-gig ist.

Die Fertigteildecken sind im ungerissenen Zustandaufgrund der Querschnittsschwächung im Bereich derElementfuge weicher als eine Ortbetondecke. Es kommtzur Umlagerung der Belastung in die Feld- und Stützberei-che der betroffenen Tragrichtung und damit zu einerfrüheren Rißbildung. Die Verformung der Fertigteil-decken steigt gegenüber der Ortbetondecken deutlich an.

Mit zunehmender Belastung wird der Unterschied inden Durchbiegungen jedoch maßgeblich reduziert, daauch die Ortbetondecke vermehrt in den Zustand II übergeht. Auf Gebrauchslastniveau verbleibt ein Ver -formungsunterschied von etwa 5%. Dieser ist zum einenauf die geringere Biegesteifigkeit der Element fuge undzum anderen auf die geringere Nutzhöhe der Feldbeweh-rung in der Ortbetonergänzung zurückzu führen.

Die Querbewehrung der Fertigteile ist für die Durch -biegung aufgrund der Rißbreitenbegrenzung von Bedeu-tung. Abhängig vom Bewehrungsgrad dämpft sie so denEinfluß der Elementfuge und reduziert die Auswirkungendes großen Randabstandes der Feld bewehrung in der Ort-betonergänzung.

Dank

Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unter -stützung der Studie durch die Forschungsvereinigung derDeutschen Beton- und Fertigteilindustrie e.V.

Literatur

[1] Furche, J.: Elementdecken im Durchstanz bereich vonFlachdecken. In: Betonwerk + Fertigteiltechnik 63 (1997),Heft 6, S. 96–104.

[2] Goldberg, G., Schmitz, M. und Land, H.: Zwei achsigeLastabtragung bei Elementdecken. In: Betonwerk + Fertig-teiltechnik 59 (1993), Heft 7, S. 86–89.

[3] Bechert, H. und Furche, J.: Bemessung von Elementdeckenmit der Methode der Finiten Elemente. In: Betonwerk + Fer-tigteiltechnik 59 (1993), Heft 5, S. 47–51.

[4] Land, H.: Teilfertigdecken – Besondere Punkte der Schnitt-größenermittlung, Bemessung und Konstruktion. In: Beton-werk + Fertigteiltechnik 60 (1994), Heft 5, S. 93–95, Heft 6, S.108–118.

[5] Herzog, M.: Vereinfachte Bemessung punktge stützter Plat-ten nach der Plastizitätstheorie. In: Bautechnik 77 (2000),Heft 7, S. 945–950.

[6] Curbach, M. und Brückner, A.: FEM-Studie über Durchbie-gung und Tragverhalten von Flach decken aus Elementplat-ten. Abschlußbericht, Institut für Massivbau, TU Dresden, Ju-li 2004.

[7] Grasser, E. et al: Hilfsmittel zur Berechnung der Schnitt-größen und Formänderungen von Stahl betontragwerken.Heft 240 der Schriftenreihe des Deutschen Ausschusses fürStahlbeton. Berlin: Beuth, 1991.

[8] Rombach, G.: Anwendung der Finite-Elemente-Methode imBetonbau – Fehlerquellen und ihre Vermeidung. Berlin:Ernst & Sohn, 2000.

Technische Universität DresdenFakultät BauingenieurwesenInstitut für Massivbau01062 Dresden

Dipl.-Ing. Anett Brü[email protected]

Prof. Dr.-Ing. Manfred [email protected]

Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 3, S. 132–137

M. Curbach/A. Brückner · Einfluß der Elementfugen auf die Durchbiegung von Flachdecken

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33© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Elementdecken aus vorgefertigten Stahlbetonplatten mit Gitter-trägern und aufbetonierter Ortbetonschicht werden bei einem zu-sätzlichen Nachweis der Verbundfuge wie Ortbetondecken be-messen. Während nichtlineare und plastische Bemessungsver-fahren in bauaufsichtlichen Zulassungen für Gitterträger derzeitaufgrund mangelnder Erfahrung ausgeschlossen sind, ist eine lineare Schnittgrößenermittlung mit nachträglicher begrenzterMomentenumlagerung wie bei Ortbetondecken möglich. Für Momentenumlagerungen von 30% muß nach DIN 1045-1 hoch-duktiler Betonstahl für die Biegezugbewehrung verwendet wer-den. Wenngleich DIN 1045-1 hierbei normalduktilen Betonstahlfür Gitterträger nicht ausschließt, ist die notwendige Rotations-fähigkeit sicherzustellen. Vier Versuche am Institut für Massivbauder RWTH Aachen haben gezeigt, daß auch mit Gitterträgern ausnormalduktilem Betonstahl große plastische Rotationen möglichsind, ohne daß eine Reduktion der Querkrafttragfähigkeit festzu-stellen war.

Moment Redistribution in Precast Plates with Lattice GirdersSemi precast slabs consist of precast plates with lattice girdersand an in-situ concrete topping. The structural behaviour is near-ly equivalent to monolithic slabs. However, the shear capacity atthe interface between precast element and concrete topping hasto design thoroughly. Although technical approvals of lattice gird-ers do not allow non-linear analysis due to insufficient experi-ence, a linear elastic analysis with limited moment redistributionis permitted. For a moment redistribution of 30% the use of classB (high ductility) reinforcement is required according to DIN1045-1. Hereby, a sufficient rotation capacity has to be ensuredfor both bending reinforcement and lattice girder, too. Beam testswith lattice girders of class A (normal ductility) reinforcing steelhave performed at the institute of structural concrete at RWTHAachen University revealed high plastic rotations without reduc-ing the shear capacity.

1 Einleitung

Für die Schnittgrößenermittlung stellt DIN 1045-1 [1] vierVerfahren zur Auswahl. Neben linearen Verfahren ohneund mit begrenzter Momentenumlagerung können nichtli-neare Verfahren oder Verfahren nach der Plastizitätstheo-rie angewendet werden, wobei die beiden letztgenanntenVerfahren nur im Grenzzustand der Tragfähigkeit Anwen-dung finden.

Für Elementdecken ist nach den aktuellen bauauf-sichtlichen Zulassungen für Gitterträger [3], [4] die Bemes-

sung nach nichtlinearen und plastischen Verfahren ausge-schlossen. Die Begrenzung auf lineare Rechenverfahrenerfolgte aufgrund mangelnder Erfahrung mit der Aus-führung von nach diesen Verfahren bemessenen Element-decken. Für die aktuelle Bemessungspraxis ergibt sichhieraus allerdings kaum eine Einschränkung.

Für Elementdecken waren bereits nach DIN 1045(88)Momentenumlagerungen und -ausrundungen zulässig, sofern eine linearelastische Schnittkraftermittlung vorlag.Wie für Ortbetondecken betrug das maximale Umlage-rungsvermögen auch für Elementdecken 15%. Nach DIN1045-1 [1] kann dieser Wert bei Verwendung von hoch-duktiler Biegezugbewehrung auf maximal 30% erhöhtwerden.

Üblicherweise werden in Durchlaufsystemen diehöheren Stützmomente in die weniger beanspruchtenFeldbereiche umgelagert. In diesem Fall ist die Rotations-fähigkeit der Stahlbetonplatten im Stützbereich für diemögliche Momentenumlagerung maßgebend. Die Anfor-derung an die Duktilität der Biegezugbewehrung im Hin-blick auf die maximale Momentenumlagerung gilt somitfür die über die Streckgrenze beanspruchte Biegezug -bewehrung im Stützbereich. Die Duktilität der Feld -bewehrung wird hier nicht maßgebend, da sie maximal biszur Streckgrenze beansprucht wird, um die umgelagertenMomente aufnehmen zu können.

Gitterträgeruntergurte wirken im Endzustand als Teilder Feldbewehrung und Gitterträgerdiagonalen gegebe-nenfalls als Verbund- bzw. Querkraftbewehrung. Gitter-trägerobergurte werden dagegen üblicherweise nicht alsBewehrung im Endzustand der Decke angesetzt, d. h. siesind rechnerisch nicht Teil der Stützbewehrung. Zur Sicherstellung des erhöhten Rotationsvermögens imStützbereich sind daher rechnerisch keine erhöhten Anforderungen an die Gitterträger zu stellen – vergleich-bar zur Feldbewehrung.

Da jedoch Gitterträgerdiagonalen im Stützbereichvon Durchlaufträgern für die Querkraftaufnahme genutztwerden und auch Gitterträgerobergurte ohne Anrechnung über ein Zwischenauflager durchgeführt werden können,waren folgende Fragen experimentell zu klären:– Führen durchgehende normalduktile Gitterträgerober-

gurte bei großen Biegeverformungen im Stützbereich zueinem vorzeitigen Versagen der Gitterträgerfunktion?

– Führen weite Biegerisse im Bereich der Gitterträger-schweißpunkte zu einem frühzeitigen Versagen der nor-malduktilen Gitterträger-Diagonalstäbe?

Fachthemen

Zur Momentenumlagerung inElementdecken mit Gitterträgern

Rüdiger BeutelJohannes FurcheJosef HeggerFrank Häusler

DOI: 10.1002/best.200600519

Page 34: 2015 Beton- und Stahlbetonbau - Betonwerk Vorderbrü · PDF file6 Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 109 (2014), Heft 11, S. 783–792 J. Furche, U. Bauermeister: Flachdecken

Hierzu wurden am Institut für Massivbau der RWTH Aachen vier Biegeversuche an Elementdeckenausschnit-ten mit Gitterträgern durchgeführt.

2 Momentenumlagerung in Platten2.1 Einfluß der Biegezugbewehrung

Die mögliche Momentenumlagerung wird wesentlichdurch die Rotationsfähigkeit des hochbeanspruchten Plat-tenquerschnitts bestimmt. Im Fall einer erfolgreichenNachweisführung muß die mögliche plastische Rotationθpl größer sein als die für die Momentenumlagerung erfor-derliche Rotation θE. Die mögliche Rotation wird dabeimaßgeblich von der Verformungsfähigkeit (Duktilität) derBiegezugbewehrung und der Betondruckzone bestimmt.Während für große Werte der Betondruckzonenhöhe (fürhochduktile Bewehrung: x/d > 0,16) das Versagen der Be-tondruckzone bestimmend ist, wird bei kleiner bezogenerDruckzonenhöhe (für hochduktile Bewehrung: x/d ≤0,16) meist das Stahlversagen der Biegezugbewehrungmaßgebend. Der Einsatz einer hochduktilen Bewehrungführt daher insbesondere im Bereich kleiner bezogenerDruckzonenhöhen zu größeren möglichen Rotationen.DIN 1045-1 unterscheidet beim Betonstahl zwischen zweiDuktilitätsklassen (Tabelle 1).

Die mögliche plastische Rotation θpl,d wird für Nor-malbeton bis C50/60 in Heft 525 [2] nach Gl. (1) angege-ben.

(1)

mit

xd/d = bezogene Druckzonenhöheεsy = Stahldehnung bei Fließbeginnεuk = Stahldehnung unter Höchstlastλ = Schubschlankheit

min

0,28xd

(Stahlversagen)

1,75xd

1xd

0,0035 (Betonversagen)

su*

d0,2

uk

d

23

d1

ε =

⋅⎛

⎝⎜

⎠⎟ ⋅ ε

⋅⎛

⎝⎜

⎠⎟ ⋅ −

⎝⎜

⎠⎟

⎜⎜

⎟⎟⋅ −

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

22,5 1f

f 1 x /d 310 [mrad]pl,d

yk

tk

su*

sy

d

3θ = ⋅ −⎛

⎝⎜

⎠⎟ ⋅

ε − ε

−⋅

λ⋅

34

R. Beutel/J. Furche/J. Hegger/F. Häusler · Zur Momentenumlagerung in Elementdecken mit Gitterträgern

Sonderdruck aus: Beton- und Stahlbetonbau 101 (2006), Heft 12, S. 985–992

In DIN 1045-1 wurden die jeweils geforderten charakte-ristischen Betonstahleigenschaften (Mindestwerte nachTabelle 1) für die Festlegung der möglichen Rotation zu-grunde gelegt. Bild 9 der Norm gibt die Werte für die An-wendung einer hochduktilen Bewehrung bei einerSchubschlankheit von λ = 3 wieder. Liegen die mecha -nischen Kennwerte des verwendeten Bewehrungsstahlsüber den Mindestanforderungen nach DIN 1045-1, so ergeben sich größere mögliche plastische Querschnitts-rotationen.

2.2 Einfluß der Querkraftbewehrung

Der Übergang von der Biegetheorie zur Fachwerkanalogieführt zu einer Verschiebung der Zugkraftlinie um das Ver-satzmaß, was eine völligere Momentenlinie zur Folge hat.Dadurch vergrößert sich der plastische Bereich und somitdie mögliche Rotation, sofern kein vorzeitiges Querkraft-versagen eintritt. Die Bildung von Querkraftrissen führtzu einer Vergrößerung der Rotationsfähigkeit [5], die aller-dings in Gl. (1) auf der sicheren Seite liegend vernachläs-sigt wurde.

2.3 Umlagerung nach DIN 1045-1 [1]

Die Größe der zulässigen Momentenumlagerung ist nachDIN 1045-1 in Abhängigkeit vom verwendeten Verfahrenfür die Schnittgrößenermittlung festgelegt. Bei einerlinear elastischen Schnittgrößenermittlung mit begrenzterMomentenumlagerung kann in Abhängigkeit von der Betondruckfestigkeit, der bezogenen Druckzonenhöheund der Duktilitätsklasse der Biegezugbewehrung der Um-lagerungsgrad mit den folgenden Gleichungen ermitteltwerden. Dabei ist δ das Verhältnis des umgelagerten Moments zum Ausgangsmoment vor der Umlagerung.

Hochduktiler Betonstahl:δ ≥ 0,64 + 0,8 ⋅ xd/d ≥ 0,7 bis C50/60 (2)δ ≥ 0,72 + 0,8 ⋅ xd/d ≥ 0,8 ab C55/67 und Leichtbeton (3)

Normalduktiler Betonstahl:δ ≥ 0,64 + 0,8 ⋅ xd/d ≥ 0,85 bis C50/60 (4)δ = 1,0 (keine Umlagerung) ab C55/67 und Leichtbeton (5)

Für die bezogene Druckzonenhöhe xd/d ist hierbei derWert nach der Umlagerung einzusetzen.

Sollen größere Momentenumlagerungen erfolgenoder werden die Schnittgrößen mit nichtlinearen oder pla-stischen Verfahren ermittelt, ist nach DIN 1045-1 ein di-rekter Nachweis der Rotationsfähigkeit und der Einsatzhochduktiler Biegezugbewehrung im Stützmomentenbe-reich zwingend erforderlich. Allerdings wird für eine not-wendige Querkraft- oder Verbundbewehrung der Einsatzvon normalduktilem Betonstahl in DIN 1045-1 nicht aus-geschlossen.

2.4 Regelungen für Gitterträger [3, 4]

Gitterträger werden als Querkraft- und/oder Verbund -bewehrung in Elementdecken mit Ortbetonergänzung ein-gesetzt und können grundsätzlich aus normal- und hoch-duktilem Betonstahl hergestellt werden.

Tabelle 1. Duktilitätseigenschaften der Betonstähle nachDIN 1045-1Table 1. Ductility characteristics of the reinforcement accor-ding to DIN 1045-1

BSt 500 (A) BSt 500 (B)

Duktilität normal hoch

Verhältnis Zugfestigkeit/Streckgrenze ftk/fyk ≥ 1,05 ≥ 1,08

Stahldehnung unter Höchstlast εuk [‰] 25 50

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Ist Querkraftbewehrung erforderlich, so werden Git-terträger häufig als Abstandhalter für die obere Beweh-rung verwendet. Das Stapeln der Quer- und Längsbeweh-rung, d. h. das Auflegen der oberen Biegezugbewehrungvollständig oberhalb der Gitterträgerobergurte, ist dabeibis zu einer Beanspruchung von 0,5 ⋅ VRd,max (VRd,max fürGitterträger in Abhängigkeit von der Diagonalenneigungnach [3]) zulässig. Für darüber hinausgehende Querkräfteist die Längsbewehrung in Höhe der Gitterträgerobergur-te zu verlegen. Ist keine Querkraftbewehrung erforderlich,so werden häufig deutlich niedrigere Gitterträger verwen-det, die allein den Verbund zwischen Fertigteil und Auf -beton sicherstellen.

3 Versuche mit Gitterträgern3.1 Konzept und Versuchsprogramm

Vorüberlegungen ergaben folgende Versagensszenarien,die experimentell zu überprüfen waren:(a) Gitterträgerobergurte können in Einzelfällen auch

über ein Mittelauflager durchgeführt werden. GroßeDehnungen oberhalb von 2,5% im Bereich solcherGitterträgerobergurte können zu einem Zugversagender normalduktilen Drähte führen, bevor die erwarte-ten Bauteilrotationen bei Verwendung von hochdukti-ler Biegezugbewehrung erreicht werden. Dadurchkönnte ein vorzeitiges Querkraftversagen des Platten-bauteils ausgelöst oder eingeleitet werden, wenn da-durch die Verankerung der Querkraftbewehrung be-einträchtigt wird. Günstig wirkt sich allerdings dermäßige Verbund der glatten Drähte aus, der einegrößere Dehnlänge ergibt. Es bestand daher die Er-wartung, daß hohe Dehnungen der gerippten Beton-stahlbewehrung im Riß für den Gitterträger nur in ab-gemilderter Form wirksam werden.

(b) Gitterträgerlängsstäbe und Diagonalstäbe sind durchSchweißknoten definierter Qualität verbunden. Eswar unklar, inwieweit das Verformungsvermögen derDrähte im Bereich der Schweißeinflußzone beeinflußtwird. Zudem liegen im Bereich der Diagonalenkrüm-mung teilweise zwei Schweißpunkte eng zusammen,sodaß nur eine begrenzte Dehnlänge zum Abbau ho-her lokaler Dehnungen im Riß zur Verfügung steht.Kritisch könnte daher ein breiter Riß direkt im Be-reich der Schweißpunkte sein. Aus diesem Grund wur-den die Versuchskörper im Bereich der Gitterträger-knoten mit einer Rißvorgabe versehen.

(c) Zur Überprüfung eines möglichen vorzeitigen Quer-kraftversagens infolge großer Rotationen und Rißbrei-ten war es notwendig, auch Querkraftbeanspruchun-

gen zu untersuchen, bei denen die Gitterträgerbeweh-rung zwingend zum inneren Gleichgewicht der Kräfteerforderlich ist (VEd > VRd,ct). Nachzuweisen ist dabeidie Kombination einer maximalen Rotation in Verbin-dung mit einer hohen Querkraft.

(d) Grundsätzlich wäre es denkbar – wenn auch nicht zuerwarten –, daß eine normalduktile Querkraftbeweh-rung eine große Rotation behindert. Zum Gegen -beweis sollte bei erforderlicher und vorhandener Ver-bundbewehrung die maximale Rotation überprüftwerden. Eine Platte ohne erforderliche Querkraftbe-wehrung (VEd < VRd,ct) stellt dabei den kritischen Falldar, da bei höherer Schubbeanspruchung eine Schub -rißbildung sich steigernd auf die Rotation auswirkt.

Zur Überprüfung der Punkte (a) bis (d) wurden an Ele-mentdecken mit Ortbetonergänzung 3-Punkt-Biegever -suche mit normalduktilen Gitterträgern und hochduktilerBiegezugbewehrung durchgeführt, die den Stützmomen-tenbereich eines Durchlaufträgers nachbildeten. Es wurdedie obere und untere Grenze praxisüblicher Betonfestig-keitsklassen geprüft, um den ungünstigen Einfluß erhöh-ter Verbundeigenschaften auf das Rotations- und Deh-nungsverhalten der Gitterträgerstäbe zu berücksichtigen(Tabelle 2). Platten mit Schubbewehrung (Ver suche 1 und2) dienten insbesondere dem Nachweis der Gitterträger-funktion nach a) bis c). Die Platten ohne erforderlicheSchubbewehrung (Versuche 3 und 4) sollten nicht nur dieFragen nach a) und b) beantworten, sondern dienten ins-besondere dem Nachweis einer ausreichenden Rotations-fähigkeit. In allen Versuchen wurde eine bezogene Druck-zonenhöhe von 0,1 ≤ x/d ≤ 0,2 angestrebt. Hierfür ergebensich rechnerisch große mögliche Rotationen, welche inden Versuchen mit normalduktilen Gitterträgern nachge-wiesen werden sollten.

3.2 Versuchskörper und -durchführung

Die Biegeversuche wurden an Balken mit einer Stützweitevon 2,40 m und Auflagerüberständen von jeweils 0,25 mdurchgeführt (Bild 1). Alle Versuchskörper wurden mit ei-ner horizontalen Verbundfuge ausgeführt, die bei Aus-breitmaßen von 41 cm bis 48 cm rüttelrauh belassen wurden. Die Verbundfuge war aufgrund der gemessenenRauh tiefen von Rt ≈ 1,5 mm nach dem Sandflächenver-fahren nach Kaufmann als rauh einzustufen.

Für die Versuchskörper 1 und 2 mit einer hohenQuerkraftbeanspruchung war es für eine trennscharfe Un-tersuchung notwendig, einen Plattenbalkenquerschnittmit reduzierter Stegbreite zu untersuchen. Dadurch konn-

Tabelle 2. Überblick über die VersuchsparameterTable 2. Details of test parameters

Versuch Betongüte Längsbewehrungsgrad x/d1) Gitterträgerfunktion Versuchsquerkraft

1 C20/25 1,30% 0,19Querkraft- + Verbundbewehrung ≈ 0,4 VR,max

2C50/60

1,75% 0,10

3 0,41% 0,08Verbundbewehrung ≈ 0,9 VR,ct

4 C20/25 0,29% 0,11

1) ermittelt mit den charakteristischen Materialfestigkeiten und den erzielten Versuchslasten

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te eine hohe Querkraftbelastung und entsprechende Git-terträgerbeanspruchung bei kleiner bezogener Druck -zonenhöhe geprüft werden, welche gleichzeitig große Rotationen ermöglicht. Als Querkraft- und Verbund -bewehrung wurden jeweils Gitterträger des Typs EQ24 [3]verwendet. Im Versuchskörper 2 wurde zur Verbund -sicherung zusätzlich ein Gitterträger Typ E23 [4], derdurchlaufend ausgebildet war, erforderlich. Zusätzlich va-riierte die Anordnung der Biegebewehrung. Im VersuchNr. 1 wurden die Quer- und Längsbewehrung vollständigoberhalb der Gitterträgerobergurte gestapelt. Eine solcheAnordnung ist nach den aktuellen Gitterträgerzulassun-gen nur für VEd ≤ 0,5 VRd, max zulässig. Im Versuchskör-per 2 verlief die parallel zu den Obergurten angeordnete Biegezugbewehrung in Höhe der Gitterträgerobergurte(Bild 2).

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Die Versuche 3 und 4 erforderten keine Querkraftbe-wehrung, so daß niedrige Gitterträger E7 [4] zur Verbund-sicherung zwischen Elementdeckenspiegel und Aufbetonverwendet wurden. Eine Zusammenstellung der Kennwer-te der Versuchskörper enthält Tabelle 3, die Kennwerteder verwendeten Betonstähle sind in Tabelle 4 zusammen-gefaßt. Meßtechnisch wurde während der Versuchsdurch-führung die Dehnung der Betonstahlbewehrung (Längsbe-wehrung und Gitterträger), die Betonstauchung und dieEndtangentenverdrehung, die später zur Ermittlung derRotation verwendet wurde, kontinuierlich erfaßt. Die Ver-suchskörper wurden lastgesteuert bis zur Fließgrenze derBiegebewehrung belastet, danach wurde die Durchbie-gung weggesteuert bis zum Bruch gesteigert. Zwischen50% und 100% der Gebrauchslast wurden zwischenzeit-lich zehn Lastwechsel gefahren.

Bild 2. Exemplarische QuerschnitteFig. 2. Test specimens

a) Versuchskörper 2 b) Versuchskörper 4

Tabelle 3. Kennwerte der VersuchskörperTable 3. Details of test specimens

Versuch Stegbreite Druckzonenbreite ZylinderdruckfestigkeitElementdecke/Aufbeton Längsbewehrung1) Gitterträger

1 40 cm 80 cm 19,1/20,9 MPa 7Ø16 mm 2 EQ24 – 05705

2 30 cm 80 cm 47,7/39,8 MPa 4 Ø 20 mm 2) 2 EQ24 – 05705+ E23 – 06610

3 50 cm 50 cm 43,9/40,5 MPa 5 Ø 12 mm 2 E7 – 0558

4 50 cm 50 cm 19,7/21,1 MPa 5 Ø 10 mm 2 E7 – 0558

1) Zugzone2) + 1 Ø 10 mm BSt 500 G (Gitterträgerobergurt E24)

Bild 1. VersuchsaufbauFig. 1. Test setup

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3.3 Versuchsergebnisse

In keinem Versuch konnte ein Versagen der Verbundfugefestgestellt werden, lediglich bei den Versuchen 3 und 4verliefen die Biegerisse in kurzen Teilbereichen der Fugehorizontal. In Tabelle 5 sind die Versuchsbruchlasten zu-sammengestellt und in Bild 5 das Gesamtrota tions -vermögen dargestellt. Im einzelnen zeigten sich folgendeVersagenscharakteristika:

Versuch 1:Der Versuchskörper 1 versagte infolge eines Biegeschub-bruchs im Bereich der Endverankerung der Biegezugbe-wehrung, ohne daß wesentliche plastische Verformungenaufgetreten waren (Bild 3). Während des Versuchs ent-wickelte sich mit zunehmender Laststeigerung neben derplanmäßigen Schubrißbildung eine verstärkte Horizontal-rißbildung in Höhe der Biegezugbewehrung. Das Lastni-veau des Balkens erreichte die Grenzquerkrafttragfähig-keit des für die Stapelung zulässigen Bereichs (VEd ≅ 0,5VRd, max). Der Versuch bestätigt die konstruktiven Rege-lungen der Zulassung, wonach bei einer Querkraftbean-spruchung größer als 0,5 VRd, max die Querkraftbewehrungund die Gitterträgerobergurte auf Höhe der Biegezug -bewehrung verankert werden muß.

Versuch 2:Der Versuch 2 wurde vorzeitig nach hörbarem Zugver -sagen des statisch nicht berücksichtigten Obergurtes desdurchlaufenden Gitterträgers E23 beendet. Durch eine

Tabelle 4. Kennwerte der verwendetenBetonstähleTable 4. Mechanical properties of thereinforcement

Versuch Bewehrung fy ft/fy εuk

1 Ø 16 mm BSt 500 S (B) 581 MPa 1,14 8,1%

2 Ø 20 mm BSt 500 S (B) 567 MPa 1,14 10,2%

1 + 2Ø 7 mm BSt 500 G (A)

Diagonale EQ24563 MPa 1,06 4,8%

1 + 2Ø 5 mm BSt 500 G (A)

Obergurt EQ24611 MPa 1,08 5,1%

2Ø 6 mm BSt 500 G (A)

Diagonale E23547 MPa 1,06 3,9%

2Ø 10 mm BSt 500 G (A)

Obergurt E23576 MPa 1,06 4,2%

3 Ø 12 mm BSt 500 S (B) 564 MPa 1,14 10,8%

4 Ø 10 mm BSt 500 S (B) 597 MPa 1,12 10,5%

3 + 4Ø 5 mm BSt 500 G (A)

Diagonale E7631 MPa 1,07 4,9%

3 + 4Ø 8 mm BSt 500 G (A)

Obergurt E7554 MPa 1,07 3,9%

Tabelle 5. VersuchslastenTable 5. Failure loads

Versuchslasten rechnerische Tragfähigkeiten bezogene Tragfähigkeiten

Versuch Bruchlast Querkraft Vu VR,ct VR,max VR,sy Vu/VR,ct Vu/VR,max Vu/VR,sy

[kN] [kN] [kN] [kN] [kN] [–] [–] [–]

Filigran 1 360 180 91 408 260 0,44 0,69

Filigran 2 3021) 1511) 77 485 207 0,311) 0,731)

Filigran 3 168 84 99 350 – 0,85

Filigran 4 134 67 68 167 – 0,99

1) Versuch vor Erreichen der Höchstlast abgebrochen

Bild 3. Rißbilder der Versuchskörper 1 bis 4Fig. 3. Crack pattern of the test specimens 1 to 4

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Untersuchung des Versuchkörpers sollte die genaue Ver-sagensart insbesondere im Hinblick auf eine Beeinträchti-gung der Schweißknoten und der Verankerung der Quer-kraftbewehrung untersucht werden. Allerdings befandsich der gebrochene Längsstab außerhalb der Gitterträger-knoten (Bild 4b). Da keinerlei Versagensanzeichen an denGitterträgern EQ24 und der Biegebewehrung vorlagen,wäre eine weitergehende Belastung des Versuchskörpersmöglich gewesen.

Aufgrund der schlechten Verbundeigenschaften desglatten Obergurtes ergibt sich eine freie Dehnlänge von et-wa 20 cm zwischen den Schweißpunkten, die als Veranke-rungspunkte dienen. Trotz dieser großen Dehnlänge ver-sagt der normalduktile Obergurt vor der in gleicher Lageangeordneten hochduktilen Biegezugbewehrung, wasauch im Fall einer gerippten normalduktilen Bewehrungzu erwarten ist.

Versuche 3 und 4:Die Versuchskörper 3 und 4 versagten durch Reißen derBiegezugbewehrung, wobei die Obergurte der GitterträgerE7 im Bereich zwischen den Schweißpunkten Ein-schnürungen aufwiesen (Bild 4a). Die Dehnungen warenaufgrund der verminderten Höhe der Gitterträger von7 cm nicht so hoch, wie die der Biegezugbewehrung undführten somit nicht zum endgültigen Versagen. Auch indiesem Versuch kündigte sich das Versagen auf der freienLänge zwischen den Schweißpunkten an. Die Veranke-

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rung der Verbundbewehrung war somit hiervon nicht be-einträchtigt.

3.4 Versuchsauswertung und Schlußfolgerungen

In Bild 6 sind die ermittelten plastischen Rotationen θplder Versuche 2 bis 4 in Abhängigkeit von der jeweiligenbezogenen Druckzonenhöhe ausgewertet. Eingetragensind in diesem Bild auch die Grundwerte der plastischenRotationen nach DIN 1045-1 (dort Bild 9), die sich aus Gl.(1) für einen Normalbeton, den charakteristischen Materi-alkennwerten eines Betonstahls BSt 500(B) (hochduktil)und einer Schubschlankheit von λ = 3 ergeben. In denVer suchen lagen die Materialkennwerte der Biegezugbe-wehrung über den geforderten Materialkennwerten unddie Schubschlankheit λ betrug zwischen 4,36 und 5. Da-her wurden zum Vergleich für jeden Versuch die erwarte-ten Rotationen nach Gl. (1) für die jeweiligen Versuchs -parameter aufgetragen.

Die Gegenüberstellung der experimentell festgestell-ten plastischen Rotationen gegenüber den rechnerischenGrenzwerten ergibt, daß die Versuche 3 und 4 über den er-warteten Werten liegen. Elementdecken mit niedrigennormalduktilen Gitterträgern als Verbundbewehrung undhochduktiler Biegezugbewehrung sind daher vergleichbarmit einer Ortbetondecke mit hochduktiler Längsbeweh-rung. Eine begrenzte Rotationsfähigkeit aufgrund der nor-malduktilen Gitterträger konnte nicht festgestellt werden.

Bild 5. Bezogene Last-Verdrehungs-kurven: Versuche 1 und 2 (Querkraft-tragfähigkeit der QuerkraftbewehrungVR,sy), Versuche 3 und 4 (Querkraft-tragfähigkeit ohne QuerkraftbewehrungVR,ct)Fig. 5. Related load versus rotation:tests 1 and 2 (shear resistance of theshear reinforcement VR,sy), tests 3 and4 (shear resistance without shear rein -forcement VR,ct)

Bild 4. Aufgestemmte VersuchskörperFig. 4. Prisen test specimensa) Versuch 3 b) Versuch 2

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Versuch 2 mit einer hohen Querkraftbeanspruchungwurde nach dem Reißen des statisch nicht berücksichtig-ten durchgehenden Obergurtes vorzeitig abgebrochen(vergleiche Abschn. 3.3). Zu diesem Zeitpunkt konntenkeine Anzeichen an der statisch wirksamen Gitterträger-bewehrung und der Biegezugbewehrung festgestellt wer-den, die ein Versagen ankündigen. Der Versuchskörperwies bei Beanspruchungen oberhalb der tatsächlichenStreckgrenze der Biegezugbewehrung ein stabiles Schub -rißbild auf, während die Biegerisse in Balkenmitte konti-nuierlich größere Rißbreiten annahmen. Es ist davon aus-zugehen, daß nach dem Reißen des durchlaufenden Ober-gurtes eine weitere Rotationszunahme möglich gewesenwäre. Durch den vorzeitigen Abbruch des Versuches liegtdie experimentelle Rotation unterhalb des nach Gl. (1)möglichen plastische Rotationsvermögens (Bild 6). Den-noch übersteigt der erreichte Wert die mögliche plastischeRotation nach DIN 1045-1. Für die geprüften Verhältnisseist mit dieser Rotation eine Momentenumlagerung von30% möglich (siehe [2]). Auch bei hoher Querkraftbean-spruchung und einer Lage der Biegezugbewehrung inHöhe des normalduktilen Gitterträgerobergurtes liegt ei-ne vergleichbare Rotationsfähigkeit wie bei einer Ortbe-tonkonstruktion vor. Es ist allerdings davon auszugehen,daß im Grenzzustand der Tragfähigkeit die statisch nichtangerechneten Gitterträgerobergurte im Stützbereich vorzeitig reißen können. Ein solches Zugversagen ist aller-dings im Bruchzustand tolerierbar, da nach den Ver -suchen die Querkraftbewehrung funktionstüchtig bleibt,wie auch andere Versuche belegen. In Ermüdungsver -suchen an Elementdecken mit Gitterträgern [8] tratenBrüche der Gitterträgergurte im Bereich der Schweiß-punkte auf. Auch in diesen Fällen blieb die Verankerungund die Tragfähigkeit der Gitterträgerdiagonalen als Quer-kraftbewehrung erhalten. Eine Anrechnung der normal-duktilen Gurte auf die Biegezugbewehrung ist bei einerMomentenumlagerung von über 15% jedoch grundsätz-lich ausgeschlossen.

Im Versuch 1, bei dem die komplette Biegezugbeweh-rung auf den Obergurten verlegt wurde (gestapelte Be-wehrung), trat ein Biegeschubbruch im Bereich der End-verankerung der Biegezugbewehrung auf. Aufgrund dieser

Versagensart wurde nur eine begrenzte Rotationsfähigkeitfestgestellt. Wenngleich im Bereich von Zwischenauf -lagern im Hinblick auf diese Versagensart günstigere Ver-hältnisse vorliegen, sollte bei einer Momentenumlagerunggrößer 15% auf ein Stapeln der Biegezugbewehrung ober-halb der Gitterträgergurte grundsätzlich verzichtet wer-den. Diese Empfehlung gilt unabhängig von der Duktilitätder Gitterträger und somit auch bei Einsatz hochduktilerGitterträger.

Die vorgenannte Empfehlung gilt grundsätzlich nurfür Platten mit erforderlicher Schubbewehrung, da in Plat-ten ohne Schubbewehrung (VEd ≤ VRd,ct) die vorgenannteVersagensart nicht zu erwarten ist. Werden Gitterträger al-lein als Verbundbewehrung eingesetzt und über die ge-samte Bauteilhöhe geführt, können diese als Abstandhal-ter für die obere Biegezugbewehrung genutzt werden. Indiesem Fall kann die Biegezugbewehrung auch bei einerMomentenumlagerung von bis zu 30% auf den Obergur-ten „gestapelt“ werden.

4 Ausblick

Die durchgeführten vier Versuche mit hochduktiler Biege-zugbewehrung und normalduktilen Gitterträgern ergabenRotationskapazitäten, die für die geprüften x/d-Verhältnis-se oberhalb der erforderlichen Werte für eine Momenten-umlagerung von 30% lagen. Darüber hinaus erreichtendie plastischen Rotationen grundsätzlich die für Ort -betonplatten zu erwartenden Werte. Die Funktionsfähig-keit der Gitterträger als Querkraftbewehrung blieb dabeierhalten. Die Erweiterung des Anwendungsbereiches vonElementdecken auch auf plastische Verfahren erscheintdaher grundsätzlich möglich. Hierzu erscheinen weitereVersuche mit Schubbewehrung und hohen Rotationen zurVerbreiterung der Datenbasis notwendig und zielführend.Dieses gilt auch bei Einsatz von hochduktilen Gitterträ-gern.

Unabhängig von der Duktilität der Gitterträger kannaufgrund des durchgeführten Versuchs 1 für schubbe-wehrte Platten bei Ausnutzung einer Momentenumlage-rung von bis zu 30% eine Stapelung der oberen Biegezug-bewehrung auf den Gitterträgerobergurten nicht empfoh-

Bild 6. Verlauf der möglichen plasti-schen Rotation in Abhängigkeit vonder bezogenen Druckzonenhöhe nachGl. (1) und im Versuch erreichte plastische RotationenFig. 6. Allowable plastic rotation ver-sus related depth of the neutral axisaccording to eq. (1) and measured rota-tions of the tests

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len werden. Ergänzende Untersuchungen zur Variationder Bewehrungsanordnung und der Verankerung der Bie-gezugbewehrung sind hier erforderlich, wenn diese Ein-schränkung aufgehoben werden soll. Auch im Hinblickauf eine grundsätzlich mögliche Anwendung nichtlinearerVerfahren scheint die Ausarbeitung konstruktiver Rege-lungen in diesem Bereich angebracht.

5 Zusammenfassung

Vier Versuche zur Rotationsfähigkeit von Elementdeckenmit Gitterträgern am Institut für Massivbau der RWTHAachen ergaben, daß die Anwendung von normalduktilenGitterträgern in Verbindung mit hochduktiler Biegebe-wehrung grundsätzlich möglich ist. Werden normalduk tileGitterträger ausschließlich als Verbundbewehrung einge-setzt und reichen nicht über die volle Bauteilhöhe, sinddie möglichen plastischen Rotationen der Platten ähnlichwie die reiner Ortbetondecken. Die Gitterträger könnendie großen plastischen Rotationen ohne Beeinträchtigungder Querkrafttragfähigkeit ertragen. Damit ist eine Mo-mentenumlagerung bis zu 30% auch bei Verwendung nor-malduktiler Gitterträger möglich.

Werden Gitterträgerobergurte über ein Zwischenauf-lager durchgeführt, ist für den Bruchzustand davon auszu-gehen, daß diese frühzeitig vor der hochduktilen Biege-zugbewehrung versagen, ohne daß die Funktionsfähigkeitder Querkraftbewehrung beeinträchtigt wird. Eine An-rechnung der normalduktilen Gurte auf die Biegezugbe-wehrung ist bei einer Momentenumlagerung von über15% jedoch grundsätzlich ausgeschlossen. Unabhängigvon der Duktilität der eingesetzten Gitterträger sollte beiPlatten mit erforderlicher Schubbewehrung bei Ausnut-zung einer Momentenumlagerung von über 15% dieBiege zugbewehrung auf Höhe der Gitterträgerobergurteangeordnet werden.

Literatur

[1] DIN 1045-1: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spann-beton, Teil 1: Bemessung und Konstruktion, Juli 2001.

[2] Deutscher Ausschuß für Stahlbeton: Erläuterungen zu DIN 1045-1. Heft 525, 2003.

[3] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-93 vom 28.11.2005 für Filigran-EQ-Gitterträger für Fer-tigplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht.

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[4] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Zulassung Z-15.1-147 vom 12.11.2004 für Filigran-E-Gitterträger für Fertigplatten mit statisch mitwirkender Ortbetonschicht.

[5] Langer, P.: Verdrehfähigkeit plastizierter Tragwerksbereicheim Stahlbetonbau. Deutscher Ausschuß für Stahlbeton(DAfStb) Heft 484, Beuth Verlag, Berlin 1997.

[6] Hegger, J., Beutel, R. und Häusler, F.: Versuchsbericht zumRotationsvermögen von Elementplatten mit Gitterträgern.Lehrstuhl und Institut für Massivbau (IMB), Rheinisch-West-fälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen, 2.5.2006.

[7] Hegger, J. und Beutel, R. u. a.: Umstellung der Zulassungs-Bemessungsregeln für Gitterträger von DIN 1045(88) aufDIN 1045-1. Gutachten G03-41 vom 22.5.2004 für das Deut-sche Institut für Bautechnik.

[8] Schießl, P.: Zulassungsversuche für den Filigran EQ-Trägerunter dynamischer Beanspruchung. Gutachten W1107 vom29.06.1990, Aachen.

Lehrstuhl und Institut für MassivbauRWTH AachenMies-van-der-Rohe-Straße 152074 Aachen

Dr.-Ing. Rüdiger BeutelH+P Ingenieure GmbH & Co. KGSchurzelter Straße 2552074 [email protected]

Dr.-Ing. Johannes FurcheFiligran Trägersysteme GmbH & Co. KGZappenberg 631633 [email protected]

Prof. Dr.-Ing. Josef [email protected]

Dipl.-Ing. Frank Hä[email protected]

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41© Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Fachthemen

DOI: 10.1002/best.201100031

Elementdecken bestehen aus vorgefertigten Stahlbetonplattenund einer aufbetonierten Ortbetonschicht. Die vorgefertigten et-wa 5 cm dicken Stahlbetonplatten dienen als verlorene Schalungfür den Ortbeton und sind integraler Bestandteil der fertigenStahlbetondecke. Die Fertigteilplatten sind mit Gitterträgern be-wehrt, welche die Eigenbiegesteifigkeit und die Tragfähigkeit derPlatten im Montagezustand erhöhen. Das Tragverhalten im Mon-tagezustand kann aufgrund des aufgelösten Querschnitts nichtmit den Berechnungsansätzen für Stahlbetonplatten [1] beschrie-ben werden. Die Bemessung wird daher in bauaufsichtlichen Zu-lassungen auf der Grundlage von Versuchen geregelt. Ein bereitszugelassener Gitterträgertyp [2] (Bild 1a) wurde zur Erzielung grö-ßerer Montagestützweiten mit größeren Stabquerschnitten ver-sehen. Das Tragverhalten von Fertigteilplatten mit diesen ver-stärkten Gitterträgern wurde am Institut für Massivbau der RWTHAachen University in 78 Biege- und Querkraftversuchen unter-sucht. Die wesentlichen Versuchsergebnisse und die daraus ab-geleiteten Montagestützweiten der erweiterten allgemeinen bau-aufsichtlichen Zulassung [3] werden in diesem Beitrag vorge-stellt.

Permissible Span of Semi-precast Slabs in Case of ErectionThe construction of semi-preacast slabs made of precast latticegirder planks and insitu topping is economic in a large applicationfield. The precast planks consist of a 5 cm thick RC slab servingas permanent formwork for the topping. Lattice girders, set intothe slab concrete with their lower chord bars, are used to in-crease the bending stiffness as well as the bearing capacity ofthe planks. Furthermore, the described lattice girders consist ofan upper chord bar, two lower chord bars and in between diago-nal bars. Due to the upper chord bar located above the concreteslab the section modulus as well as the moment of inertia is in-

creased resulting in clearly enlarged permissible spans in thecase of erection. The bearing behaviour cannot be describedwith common bending and shear design methods due to the di-vided cross section with a slender compression chord. A struc-tural design according to DIN 1045-1 [1] is not possible, thus theuse of lattice girders is regulated by approvals from the GermanBuilding Authorities.

The lattice girder type E [2] (Fig. 1a) is already approved. Ad-ditionally, the diameter of the upper chord bar and the diagonalswere enlarged to improve the bearing behaviour in case of erec-tion. The Institute of Structural Concrete at RWTH Aachen Uni-versity has carried out 78 bending and shear tests to investigatethe bearing behaviour of the strengthened lattice girders. Themain test results as well as the evaluated permissible spans forthe current enhanced approval [3] are presented in this paper.

1 Einleitung

Gitterträger in Elementdecken stellen einerseits die Trans-port- und Montagezustände der Fertigteilplatten sicher,andererseits dienen sie im Endzustand als Teil der Beweh-rung. Während die Bemessung als Verbundbewehrungzwischen Fertigteil und Ortbetonergänzung bei der Ent-wicklung der Bemessungsnormen [1, 4] und Zulassungendetailliert diskutiert wurde, standen die Transport- undMontagezustände der Fertigteilplatten in den letzten Jah-ren nur begrenzt im Mittelpunkt systematischer Untersu-chungen.

Im Montagezustand liegen die Fertigteile in der Regelan den Enden auf und werden erforderlichenfalls an wei-

Zulässige Montagestützweiten von Elementdecken mit verstärkten Gitterträgern

Guido BertramJohannes FurcheJosef HeggerUlrich Bauermeister

Bild 1. Gitterträger nach [3] mit den für den Montagezustand relevanten AbmessungenFig. 1. Lattice girders according to [3] with relevant dimensions for the erection stage

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G. Bertram/J. Furche/J. Hegger/U. Bauermeister · Zulässige Montagestützweiten von Elementdecken mit verstärkten Gitterträgern

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teren Stellen im Feld temporär unterstützt, um das Eigen-gewicht sowie die Frischbeton- und Verkehrslasten imBauzustand aufzunehmen. Das Tragverhalten im Monta-gezustand beruht auf der Fachwerkwirkung der Gitterträ-ger in Kombination mit der Tragwirkung der Betonplatte.Ein Berechnungsmodell, welches das Tragverhalten inden Grenzzuständen der Trag- und Gebrauchstauglichkeitfür beliebige Gitterträgergeometrien und Plattenabmes-sungen ausreichend genau beschreibt, liegt bislang nichtvor. Die in den bauaufsichtlichen Zulassungen festgeleg-ten Montageschnittgrößen und die daraus hergeleitetenMontagestützweiten beruhen auf Bauteilversuchen. Diezugelassenen Werte beziehen sich dabei ausschließlichauf die geprüften Gitterträgertypen und -abmessungen [5].Versuche mit über 18 cm hohen Gitterträgern in Kombi-nation mit einem Stabdurchmesser der Diagonalen größerals 7 mm oder mit einem Durchmesser des Obergurtes von16 mm wurden als Grundlage für deutsche Zulassungenbisher nicht durchgeführt.Bei dünnen Decken mit entsprechend niedrigen Gitterträ-gern wird regelmäßig die Momententragfähigkeit bzw. dieDurchbiegungsbegrenzung für die Bestimmung der zuläs-sigen Montagestützweite maßgebend. Hingegen wird diezulässige Montagestützweite bei Einsatz hoher Gitterträ-ger in dickeren Decken durch die Querkrafttragfähigkeitbestimmt. In diesem Fall nimmt einerseits die Schlankheitder Gitterträgerdiagonalen zu und das Knicken der Diago-nalen wird bemessungsrelevant, andererseits wirken infol-ge dickerer Platten größere Querkräfte ein. Um größerezulässige Montagestützweiten bei unveränderter Gitterträ-gerhöhe zu ermöglichen, sind daher je nach Versagensartsowohl die Stabdurchmesser der Obergurte als auch derDiagonalen zu vergrößern.

2 Montagezustand von Elementdecken nach bauaufsichtlichen Zulassungen

2.1 Allgemeines

Der Montagezustand von Elementdeckenplatten mitGitter trägern wird derzeit in allgemeinen bauaufsicht -lichen Zulassungen geregelt. Viele dieser Zulassungenwurden erstmalig bereits vor bzw. während der Gültigkeitder alten DIN 1045(1988) [6] erteilt. Die Herleitung derzulässigen Schnittgrößen basiert daher auf einem globalenSicherheitskonzept mit 1,0-fachen Lasten und einer Si-cherheit γ = 1,75 gegen gutmütiges Versagen mit Voran-kündigung sowie γ = 2,1 gegen sprödes Versagen. Da beimMontagelastfall ein lokales Stahlversagen des Gitterträ-gers das Bauteilversagen einleitet, wurde hier γ = 1,75 ge-fordert. Bei drei durchgeführten Versuchen je Parameter-kombination wurde diese Sicherheit auf den jeweilskleinsten Einzelwert bezogen [5]. Nach Einführung deraktuellen Normengeneration auf der Grundlage desTeilsicherheits konzeptes wurden auch die Zulassungenentsprechend umgestellt. Allerdings wurden vereinfa-chend die zulässigen Schnittgrößen im Montagezustandals charakteristische Werte und der Teilsicherheitsbeiwertder Einwirkungen zu γF = 1,0 festgelegt, so dass der Nach-weis mit Gebrauchslasten geführt wird. Durch diesen An-satz konnten bereits vorher tabellierte und baupraktischabgesicherte zulässige Montagestützweiten unverändertbeibehalten werden.

2.2 Statisches System und Einwirkungen

Nach derzeit geltenden Zulassungen sind die einwirken-den Montageschnittgrößen auch für Elementplatten mittemporären Zwischenunterstützungen für einen Einfeld-träger, d. h. ohne Berücksichtigung der Durchlaufwirkungzu bestimmen. Bei dünnen Platten wird regelmäßig dieBiegetragfähigkeit bemessungsrelevant, so dass die ermit-telte zulässige Montagestützweite geringer ist als bei An-satz einer Durchlaufwirkung. Einerseits wurde die Durch-laufwirkung experimentell nicht überprüft. Andererseitsliegt der Ansatz der Zulassung auf der sicheren Seite undführt somit zu Reserven im Gebrauchszustand.

Im Montagezustand ist neben dem Eigengewicht derRohdecke (Fertigteil und Ortbeton) eine Verkehrslast von1,5 kN/m2 anzusetzen. Bei kleinen Spannweiten kannstatt der Flächenlast eine Einzellast von 1,5 kN maßge-bend werden. Diese darf allerdings quer zur Spannrich-tung der Gitterträger auf eine Breite gleich dem Abstandzwischen Einzellast und dem nächstgelegenen Auflager,jedoch nicht größer als die Breite des Fertigteils, verteiltwerden. Mehr als die volle Einzellast muss jedoch einemTräger nicht zugewiesen werden.

2.3 Berechnung der zulässigen Montagestützweiten

Die zulässige Montagestützweite ergibt sich aus den Be-stimmungsgleichungen für die maximale Schnittgröße eines Einfeldträgers. Die zulässige Montagestützweite er-rechnet sich durch Auflösen dieser Gleichungen nach derSpannweite und Ersetzen der maximalen Schnittgrößedurch die zulässige Querkraft zul Q bzw. das zulässigeMoment zul M. Gleichung (1) resultiert aus der Bestim-mungsgleichung für das maximale Moment je Gitterträgerin Feldmitte, und Gl. (2) resultiert aus derjenigen für diemaximale Querkraft am Auflager jeweils infolge einer Flächenlast (g + p). Gleichung (3) ergibt sich für das maximale Moment in Feldmitte resultierend aus der Flä-chenlast des Betons g und einer Einzellast F in Feldmitte.Das Moment aus Einzellast wird entsprechend der Zulas-sungsregelung dabei im Verhältnis von Gitterträgerab-stand sG und dem Abstand der Last zum Auflager (l/2) re-duziert und dadurch auf den einzelnen Gitterträger bezo-gen. Gleichung (4) folgt aus der maximalen Querkraft amAuflager bei Ansatz einer Flächenbelastung g und einerauflagernahen Einzellast F, welche allein von einem Gitt-erträger getragen wird. Der kleinste Wert nach Gln. (1) bis(4) ist im Grenzzustand der Tragfähigkeit maßgebend.

(1)

(2)

(3)

(4)zul l (Q, F) 2 · (zulQ F)g · sM

G=

zul l (M,F) 8 · zulMg · s

4 · FgM

G= −

zul l (Q, p) 2 · zulQ(g p) · sM

G=

+

zul l (M,p) 8 · zulM(g p) · sM

G=

+

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mit:zul lM zulässige Montagestützweitezul M zulässiges Moment je Gitterträgerzul Q zulässige Querkraft je Gitterträgerg Eigenlast der Rohdecke (Fertigteil und Ortbeton)sG Gitterträgerabstandp Verkehrsflächenlast (nach Zulassung:

p = 1,5 kN/m2)F Verkehrseinzellast (nach Zulassung: F = 1,5 kN)

Bei Streifen- oder Balkenelementen mit nur einem Gitter-träger ist keine Querverteilung der Einzellast möglich. Indiesem Fall ist anstelle von Gl. (3) die Gl. (5) anzusetzen.Diese resultiert aus der Bestimmungsgleichung für das ma-ximale Moment in Feldmitte aus der Flächenlast g und ei-ner Einzellast F in Feldmitte, welche allein von einemGitterträger abgetragen wird. Bei mindestens zwei Gitter-trägern in einem Streifenelement kann die Einzellast aufzwei Gitterträger verteilt und F = 1,5/2 = 0,75 kN in Gl. (5)angesetzt werden.

(5)

Für Gitterträger mit Obergurtdurchmessern bis 10 mm istnach geltenden Zulassungen kein Durchbiegungsnach-weis erforderlich. Bei Einsatz dieser Obergurte sind auf-grund begrenzter Montagestützweiten im Allgemeinentemporäre Unterstützungen erforderlich, wodurch derDurchbiegungsnachweis als entbehrlich angesehen wur-de. Bei Obergurtdurchmessern von 12 mm bis 16 mm isthingegen im Gebrauchszustand zusätzlich eine rechneri-sche Durchbiegung von maximal 1 cm einzuhalten. Diezulässigen Stützweiten unter Berücksichtigung diesesNachweises werden in den Zulassungen [2, 3] tabelliertzur Verfügung gestellt.

3 Entwicklung des verstärkten EV-Gitterträgers3.1 Zielsetzung

Bei Deckendicken ab ca. 20 cm und entsprechend hohenGitterträgern wird die Montagestützweite durch die Quer-krafttragfähigkeit bestimmt und nimmt daher mit zuneh-mender Deckenstärke und entsprechender Ortbetonbelas-tung ab. Für Deckenstärken von z. B. 20 cm sind bei Ver-wendung von bisher zugelassenen Gitterträgern mit Ober-gurtdurchmessern von 8 mm, 10 mm und 16 mm sowieGitterträgerabständen von 62,5 cm Montagestützweitenvon etwa 1,6 m, 2,0 m und 3,0 m möglich. Bei größerenDeckenstärken verringern sich diese Werte deutlich, wenndie Gitterträgerhöhe der jeweiligen Deckenstärke ange-passt wird. Bei Deckenstärken von 35 cm lassen sich dannfür Gitterträger mit Obergurten von 8 mm und 10 mm beivorgenanntem Trägerabstand keine Montagestützweitenmehr ausweisen, da die Zulassung eine rechnerische Min-deststützweite von 1 m fordert. Für Gitterträger mit Ober-gurtdurchmesser von 16 mm ergibt sich bei einer Gitter-trägerhöhe von 18 cm eine verminderte Stützweite vonca. 2,0 m.

Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen an Gitter-trägern mit dickeren Diagonalstäben und größeren Bau-

zul l (M, F) Fg · s

Fg · s

8 · zulMg · sM

G G

2

G=

−+

⎝⎜

⎠⎟ +

höhen war die Ableitung von größeren zulässigen Monta-gestützweiten, insbesondere bei Deckenstärken von etwa22 cm bis 38 cm. Bei geringen Gitterträgerabständen undpraxisüblichen Spannweiten sollten Montagen ohne tem-poräre Unterstützungen möglich sein.

3.2 Eigenschaften und Geometrie der Gitterträger

Die Gitterträger bestehen je nach Anwendungsfall aus ge-rippten oder glatten miteinander verschweißten Beton-stahlstäben. Die mechanischen Kennwerte der verwende-ten Gitterträgerstäbe (Gurte und Diagonalen) sind in derZulassung festgelegt. Danach betragen die charakteristi-schen Werte der standardmäßig eingesetzten normalduk-tilen Betonstähle für die Streckgrenze Re = 500 N/mm2,für das Verhältnis von Zugfestigkeit zur StreckgrenzeRm/Re = 1,05 und für die Dehnung bei HöchstlastAgt = 2,5%.

Der Gitterträger vom Typ E war nach der alten Zulas-sung [2] bereits für Stabdurchmesser der Diagonalen von5 mm bis 9 mm und Gitterträgerhöhen von 7 cm bis30 cm zugelassen. Die Montagestützweiten für Gitterträ-ger mit 8 mm und 9 mm Durchmesser der Diagonalenwurden auf der sicheren Seite liegend denen mit 7 mmgleichgesetzt, da bisher keine entsprechenden Versuchevorlagen. Für Gitterträger mit dem größten zulässigenObergurtdurchmesser von 16 mm waren nur bis zu einerTrägerhöhe von 18 cm zulässige Montageschnittgrößenfestgelegt.

In Bild 2 sind die zulässigen Momente je E-Gitter -träger für 33 cm Trägerabstand in Abhängigkeit von derGit terträgerhöhe und dem Obergurtdurchmesser nach [2,3] dargestellt. Die zulässigen Momente steigen mit zuneh-mendem Obergurtdurchmesser und vorwiegend bei denObergurtdurchmessern ∅12 und ∅16 mit zunehmenderTrägerhöhe an. Für Gitterträger mit dünneren Obergurtenin Kombination mit 5 mm dünnen Diagonalen wurde einAnstieg der Momententragfähigkeit mit zunehmender Hö-he nicht nachgewiesen. Da die Diagonalstäbe auch dieKnicklast des Obergurtes beeinflussen, sind in Abhängig-keit vom Obergurtdurchmesser Mindestdurchmesser derDiagonalstäbe gefordert, welche den geprüften Dimensio-nen entsprechen.

Bild 2. Zulässige Momentenbeanspruchung eines Gitterträ-gers des Typs E [2] abhängig vom Obergurtdurchmesser undder Trägerhöhe für 33 cm TrägerabstandFig. 2. Approved bending moments of a single lattice girdertype E [2] as function of the upper chord diameter and thegirder height in case of 33 cm lateral girder spacing

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Die Querkrafttragfähigkeit wird durch ein möglichesKnicken der Druckdiagonalen bestimmt, was in erster Li-nie von der Knicklänge und dem Stabdurchmesser beein-flusst wird. Die zulässige Querkraftbeanspruchung nach[2] ist daher gemäß Bild 3 eine vereinfachte Funktion derGitterträgerhöhe und des Durchmessers der Diagonalstä-be. Die zulässige Querkraftbeanspruchung steigt mit zu-nehmendem Stabdurchmesser und nimmt ausgehend voneinem konstanten Wert bis 20 cm Trägerhöhe mit zuneh-mender Gitterträgerhöhe ab.

Um bei hohen Gitterträgern mit Bauhöhen von18 cm bis 30 cm ein verbessertes Tragverhalten und somitgrößere Montagestützweiten zu erzielen, wurde der neueGitterträger vom Typ EV nach Bild 1b mit 9 mm Diagona-le und 16 mm Obergurt entwickelt. Der Durchmesser derGitterträgeruntergurte wurden gegenüber dem E-Gitter-träger mit ∅6 mm nicht erhöht, da der Untergurtdurch-messer keinen maßgeblichen Einfluss auf den Tragwider-stand hat.

3.3 Versuche an Fertigteilplatten mit Gitterträgern Typ EV 3.3.1 Versuchsprogramm und -durchführung

Das Versuchsprogramm mit den EV-Gitterträgern mit ins-gesamt 78 Versuchen [7, 8] ist in Tabelle 1 dargestellt. DieKurzbezeichnung der Gitterträger wird vom Trägertyp

und der -höhe in Zentimeter angeführt. Nach dem Binde-strich folgen die Stabdurchmesser des Untergurts, der Dia-gonalen und des Obergurts jeweils in Millimeter.

Für große Montagestützweiten sind geringe Gitterträ-gerabstände hinunter bis zu 10 cm von Interesse. In Ver-suchen an breiten Fertigteilplatten mit mehreren Gitter-trägern ist die Lastzuordnung zu einem Gitterträger nichteindeutig. Daher wurden die Versuche an 10 cm und33 cm schmalen Platten mit jeweils nur einem Gitterträgerdurchgeführt (Bild 4). Die Versuchsserien für jede Gitter-trägergeometrie bestanden jeweils aus vier 4-Punkt-Biege-versuchen (Bild 5) und acht Querkraftversuchen (Bild 6).Zusätzlich wurden zum Vergleich Platten mit jeweils zweiGitterträgern geprüft.

Bei der Hälfte der Querkraftversuche wurde entspre-chend der Forderung der Zulassung [2] bei Ausnutzungder maximal zulässigen Querkraft ein Schweißknoten desUntergurtes über dem Auflager angeordnet, so dass dieQuerkraft mit dem letzten Diagonalstab über Druck abge-tragen werden kann (Bild 6 links). Zusätzlich wurdenQuerkraftversuche an Elementplatten mit durchtrenntenEnddiagonalen über dem Auflager (Bild 6 rechts) und anFertigteilplatten, deren Plattenende einschließlich desletzten Untergurtschweißknotens abgesägt wurde, vorge-sehen. Diese Versuche sollten Aufschluss über eine mögli-che Modifizierung der vorgenannten Zulassungsanforde-rung bringen.

Der Einfluss der Betondruckfestigkeit der Fertigteil-platte auf die Tragwiderstände ist nach bisherigen Er-kenntnissen gering und wurde daher auch in dieser Ver-suchsserie nicht gezielt untersucht. In den Versuchen wur-de ausschließlich eine geringe Betondruckfestigkeit ge-prüft, welche zur Festlegung einer entsprechendenMindestbetondruckfestigkeit in [3] führte.

Die Versuchskörper waren 4,45 m lang und die Plat-tendicke betrug 5 cm. Als Längsbewehrung der Platte wur-de eine R188 bzw. 2∅8 gewählt (Bild 4). Die Versuchewurden nach etwa drei bis neun Tagen bei einer Zylinder-druckfestigkeit zwischen fc,zyl = 18 N/mm2 undfc,zyl = 28 N/mm2 durchgeführt. Die Spannweite im 4-Punkt-Biegeversuch betrug 4,0 m (Bild 5). Dadurch lag beiallen Trägerhöhen eine große Biegeschlankheit vor undQuerkraftversagen konnte ausgeschlossen werden. Nachdem Biegeversagen wurden an beiden Plattenenden Quer-kraftversuche mit 40 cm Lastabstand durchgeführt(Bild 6).

Bild 3. Zulässige Querkraftbeanspruchung eines Gitterträ-gers des Typs E [2] in Abhängigkeit von den Stabdurchmes-sern der Diagonalen und der TrägerhöheFig. 3. Approved shear loads of one lattice girder type E [2]as function of the diagonal bar diameter and the girderheight

Tabelle 1. VersuchsprogrammTable 1. Test program

Gitterträgerhöhe und -bezeichnung

Plattenbreite 18 cm 20 cm 24 cm 30 cmEV18-06916 EV20-06916 EV24-06916 EV30-06916

10 cm 4 B + 8 Q 4 B + 8 Q 4 B + 8 Q

33 cm 4 B + 8 Q 4 B + 8 Q 4 B + 8 Q

66 cm*) 1B + 2Q 1 B + 2 Q

Σ = 26 B + 52 Q = 78 Versuche

*) zwei Gitterträger je Platte, sonst ein Gitterträger je PlatteB = 4-Punkt-BiegeversucheQ = Querkraftversuche

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3.3.2 Ergebnisse und Auswertung der Biegeversuche

Bild 7 zeigt beispielhaft eine im 4-Punkt-Biegeversuch er-mittelte Momenten-Durchbiegungs-Kurve für eine 33 cmbreite Betonplatte mit einem Gitterträger EV18-06916. Biszum Erreichen der Gebrauchslast bei einem Moment vonetwa 7,1 kNm bildeten sich Biegerisse mit geringer Riss-breite an der Plattenunterseite. Erst mit weiterer Verfor-mungs- bzw. Lastzunahme entstanden weitere Risse auchan der Plattenoberseite. Die Maximallast wurde hier beietwa sechs Zentimetern Durchbiegung erreicht. Nachdem Abfall der Last infolge Ausknickens des Obergurtsta-bes wurde der verformungsgesteuerte Versuch beendet.

In den Biegeversuchen trat Ausknicken des Obergur-tes sowohl in vertikaler (Bild 8a) als auch in horizontalerRichtung auf, vorwiegend jedoch das horizontale Auskni-cken nach Bild 8b. Die oberen Schweißpunkte mit Ab-ständen von 20 cm dienen für den Druckstab als Festhal-tungen mit hoher Steifigkeit gegen Verschiebung und ge-ringer gegen Verdrehen, so dass das System dem Euler-fall 2 mit 20 cm Knicklänge nahe kommt. DieKnotenpunkte sind jeweils durch vier Diagonalstäbe rela-tiv zur Platte gehalten. Während die horizontale Verdre-hung des Obergurtstabes an den Knoten lediglich durchdie geringe Torsionssteifigkeit der Diagonalstäbe vermin-dert wird, wirkt der vertikalen Verdrehung die deutlichhöhere Normal- und Biegesteifigkeit der Diagonalstäbeentgegen. Dadurch verringern sich die rechnerischenKnicklängen für beide Richtungen unter 20 cm, allerdingsin unterschiedlichem Maße.

In den Versuchen mit 10 cm schmalen Platten wurdeauch ein seitliches Ausweichen des Obergurtes über einegrößere Länge beobachtet (Bild 9). Durch ein seitlichesAusweichen der Knoten vergrößert sich in diesem Fall dieKnicklänge auf Werte über 20 cm. Aufgrund der geringenTorsionssteifigkeit der Platte verdreht sich der Gesamt-querschnitt und die oberen Knotenpunkte verschiebensich seitlich, so dass die lokale Momentenbeanspruchungdes Druckgurtes nach Theorie II. Ordnung ansteigt. Hiergeht das lokale Knicken in ein Kippen des Trägers über.

Bild 4. Abmessungen und Bewehrungder VersuchskörperFig. 4. Dimensions and reinforcementof the specimens

Bild 5. Versuchsaufbau der 4-Punkt-BiegeversucheFig. 5. Test setup of the 4-point-bending tests

Bild 6. Versuchsaufbau der Querkraftversuche mit intakterund durchtrennter Diagonale über dem AuflagerFig. 6. Test setup of the shear tests with uncut and cut diagonal placed above the support

Bild 7. Momenten-Durchbiegungs-Kurve und Ableitung dereffektiven Biegesteifigkeit beispielhaft für einen GitterträgerEV18-06916 mit 33 cm Plattenbreite [9]Fig. 7. Moment-deflection-diagram and evaluation of the effective bending stiffness exemplified for a lattice girderEV18-06916 and 33 cm slab width [9]

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Die Bruchmomente der Versuche sind jeweils in Ab-hängigkeit von der Gitterträgerhöhe für Plattenbreitenvon 33 cm in Bild 10 und für 10 cm in Bild 11 dargestellt.Die Versuchsergebnisse wurden in [9] ausgewertet. Aufder Grundlage dieser und früherer Versuche [10, 11, 12]wurde ein Bemessungsansatz für das Stabilitätsversagenin Abhängigkeit von der Trägerhöhe, der Plattenbreite so-wie der Stabdurchmesser des Obergurtes und der Diago-nalen hergeleitet. In Bild 10 sind die experimentellenBruchmomente der Auswertung der Bemessungsgleichun-gen mit charakteristischen Größen und den Zulassungs-werten gegenübergestellt. Die Bemessungsgleichungensind statistisch abgesichert und ergeben 5%-Quantilwerte.Die dargestellten Bruchmomente und zugehörigen Re-chenwerte für Gitterträger mit Höhen kleiner als 18 cmgelten für Durchmesser der Diagonalstäbe ∅7 mm, die fürhöhere Gitterträger gelten für Durchmesser der Diagona-len von ∅9 mm. Die Bemessungskurve für die stärkereDiagonale liegt tendenziell höher. Die wenig streuenden

Bild 8. Ausknicken des Obergurtes zwischen zwei KnotenFig. 8. Buckling of the upper chord between two knots

a) in vertikaler Richtung b) in horizontaler Richtunga) in vertical direction b) in horizontal direction

Bild 9. Seitliches Ausweichen des Druckgurtes über einegrößere LängeFig. 9. Lateral buckling leading to lateral deformation

Bild 10. Vergleich der experimentellen Bruchmomente von33 cm breiten Elementen mit charakteristischen [9] und zu-lässigen Werten [3]Fig. 10. Comparison of the tested ultimate bending mo-ments with 33 cm plank width with characteristic [9] as well as approved values [3]

Bild 11. Vergleich der experimentellen Bruchmomente von10 cm breiten Elementen mit charakteristischen [9] und zu-lässigen Werten [3]Fig. 11. Comparison of the tested ultimate bending mo-ments with 10 cm plank width with characteristic [9] as well as approved values [3]

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Versuchsergebnisse liegen alle über den charakteristi-schen Bemessungsmomenten.

Tendenziell steigt die Momententragfähigkeit mit zu-nehmender Gitterträgerhöhe an. Der zunehmende Ein-fluss des Kippens führt bei sehr hohen Trägern in Kombi-nation mit schmalen Platten jedoch zu einer Abnahme(Bild 11). Beide Einflüsse werden durch die Rechenansät-ze erfasst.

Aus den rechnerischen 5%-Quantilwerten der Bruch-momente wurden zulässige Momente für die Zulassung [3]hergeleitet. Da in dieser Zulassung der Nachweis des Mon-tagezustandes mit 1,0-fachen Einwirkungen zu führen ist,wurden die charakteristischen Werte durch den mittlerenTeilsicherheitsbeiwert auf der Einwirkungsseite γ = 1,4 unddurch γs = 1,15 dividiert. Die so ermittelten Widerständesind in den Bildern 10 und 11 eingezeichnet bzw. in Tabel-le 2 aufgeführt. Auf den Ansatz eines nach DIN 1045-1 [1]reduzierten Teilsicherheitsbeiwertes γg = γq = 1,15 im Bau-zustand wurde verzichtet, so dass das globale Sicherheits-niveau von 1,4 · 1,15 = 1,61 bei Stahlversagen und 1,4 ·1,35 = 1,89 bei Betonversagen etwa der alten Auswerte -methode mit einer globalen Sicherheit von 1,75 bezüglichdes schlechtesten Versuchswertes entspricht.

Die zulässigen Momente setzen voraus, dass das Bie-geversagen nicht durch ein Versagen des Zuggurtes er-folgt. Ein solches Versagen der Betonplatte wurde in denVersuchen nicht beobachtet. Zur Vermeidung eines sol-chen Versagens ist eine Mindestbewehrung in der Beton-platte einzubauen. Die Längsbewehrung der Platte mussmindestens Gl. (6) entsprechen. Danach hat die Biegezug-bewehrung der Platte einschließlich der Gitterträgerunter-gurte als Zuggurt die gleiche Kraft wie der Gitterträger-obergurt als Druckgurt aufzunehmen. Der innere Hebel-arm beträgt näherungsweise H-1 cm. Auf dieser Grund lagewurde in der Zulassung [3] für das jeweils zulässige Mo-ment die Mindestbewehrung je Gitterträger zwischen1,53 cm2/Träger und 1,23 cm2/Träger für Gitterträger -höhen von 18 cm bis 30 cm festgelegt.

(6)

mit:erf As erforderliche Längsbewehrung je Gitterträger (ein-

schließlich Untergurtstäbe)γ globaler Sicherheitsbeiwert (hier: γ = 1,75)M Moment je Gitterträger (hier: im Gebrauchszu-

stand mit γF = 1,0)H Gitterträgerhöhe

erf A · M(H 1cm) · fs

yk=

γ−

fyk charakteristischer Wert der Streckgrenze der Be-wehrung

Aus den Verformungen im 4-Punkt-Biegeversuch wurdendie Biegesteifigkeiten der Elementplatten in Abhängigkeitvon der Trägerhöhe und der Plattenbreite berechnet [9]. In Bild 7 ist die Vorgehensweise exemplarisch für denGitterträger EV18-06916 mit 33 cm Plattenbreite darge-stellt. Die Durchbiegung eines durch zwei Einzellastensymmetrisch belasteten Einfeldträgers wie er im Versuchgetestet wurde (vgl. Bild 5) berechnet sich bei bekannterBiegesteifigkeit nach Gl. (7a). Nach Umstellung dieserGleichung kann bei bekannter bzw. gemessener Durchbie-gung die Biegesteifigkeit berechnet werden (Gl. (7b)). DieBiegesteifigkeit ist aufgrund der Rissbildung in der Platteabhängig von der Belastung und daher über die Trägerlän-ge nicht konstant. Die mit Gl. (7b) aus den Versuchen er-rechnete Biegesteifigkeit des Systems wird hier als effek -tive Biegesteifigkeit EIeff bezeichnet. Zu Versuchsbeginnerrechnet sich für den ungerissenen Zustand der Platte dieAusgangssteifigkeit Eeff,0 (vgl. Bild 7). Auf Höhe der Ge-brauchslast beträgt die effektive Biegesteifigkeit nach dendurchgeführten Versuchen in Abhängigkeit von der Trägerhöhe und der Plattenbreite etwa 850 kNm2 bis2000 kNm2.

(7a)

(7b)

mit:EI Biegesteifigkeit eines elastischen BalkensEIeff effektive Biegesteifigkeit unter GebrauchslastP Prüfkraftf Durchbiegung in Feldmittel Spannweitea Abstand zwischen Auflager und Lasteinleitung

Die in den Versuchen ermittelten effektiven Biegesteifig-keiten gelten zunächst für einen Einfeldträger mit Belas-tung durch zwei Einzellasten. Aufgrund des konstantenMomentes in Trägermitte in den 4-Punkt-Versuchen ist dieKrümmungsverteilung an die parabelförmige Durchbie-gung eines Einfeldträgers unter Gleichlast angenähert.Daher können die errechneten Steifigkeiten auch für die

EI Pl24 f

3 al

4 aleff

3 3

=⋅

⋅ −⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟

⎝⎜⎜

⎠⎟⎟

f Pl24 EI

3 al

4 al

3 3

=⋅

⋅ −⎛

⎝⎜⎞

⎠⎟

⎝⎜⎜

⎠⎟⎟

Tabelle 2. Zulässige Gebrauchsmomente nach [3] basierend auf [9]Table 2. Permissible service moments in [3] based on [9]

Zulässiges Moment in [kNm] je GitterträgerGitterträger Höhe bei Plattenbreite je Gitterträger von

10 cm 33 cm 50 cm 62,5 cm

EV18-06916 18 cm 6,89 7,13 7,18 7,20

EV20-06916 20 cm 7,31 7,70 7,77 7,80

EV24-06916 24 cm 7,79 8,63 8,80 8,87

EV30-06916 30 cm 7,41 9,38 9,81 10,0

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Ermittlung der Durchbiegung eines Einfeldträgers unterGleichlast herangezogen werden. Für die maximaleDurchbiegung eines Einfeldträgers unter Gleichlast giltGl. (8). Mit dieser Gleichung erfolgte der Nachweis dermaximalen Durchbiegung von 1 cm für die ermittelten zu-lässigen Montagestützweiten der EV-Gitterträger.

(8)

mit:EIeff effektive Biegesteifigkeit aus Gl. (7b)g Eigengewicht und Ortbetonlast als Gleichlast

3.3.3 Ergebnisse und Auswertung der Querkraftversuche

Bei den Querkraftversuchen traten in Abhängigkeit vonden Gitterträgerabmessungen und der Plattenbreite unter-schiedliche Versagensarten auf (Bild 12). Das Knicken derDiagonalstäbe wird in erster Linie von der Knicklängeund dem Trägheitsmoment (Durchmesser) der Diagonal -stäbe beeinflusst, das Ausbrechen von der Betonfestigkeitund der Knotengeometrie, das Spalten von der Betonfes-tigkeit und der Plattenbreite bzw. der in den Versuchennicht vorhandenen Querbewehrung bei 10 cm Breite.

Die Versagensart wechselte vom Betonversagen beiniedrigen Gitterträgern zum Knicken der Diagonalen abetwa 25 cm Trägerhöhe. Die charakteristischen Ansatz-funktionen für die Bruchlasten in Bild 13 berücksichtigendiesen Wechsel sowie die unterschiedlichen Betondruck-festigkeiten in den einzelnen Versuchen. Den rechneri-schen Einfluss der Betondruckfestigkeit auf die Querkraft-tragfähigkeit bei Betonversagen verdeutlichen die beidenKurven für fck = 25 N/mm2 und 30 N/mm2. Die Versuchemit 18 cm Trägerhöhe hatten tendenziell eine etwas höhe-re Druckfestigkeit als die restlichen Versuche.

Die zulässigen Querkräfte bzw. die Bemessungs -widerstände für den Nachweis im rechnerischen Ge-brauchszustand mit γF = 1 wurden aus den Rechenwertenfür eine charakteristische Betondruckfestigkeit vonfck = 25 N/mm2 hergeleitet. In Tabelle 3 sind diese nachunterschiedlichen Sicherheitskonzepten ermittelten Wer-te gegenübergestellt. Die statistisch abgeleiteten 5%-Quantilwerte sind für hohe Gitterträger niedriger. Da fürdie Bestimmung der Bemessungswiderstände der Quer-

f 5384 EI

gleff

4=⋅

kraft beim Stahlversagen der 30 cm hohen Träger ein klei-nerer Teilsicherheitsbeiwert γs = 1,15 eingeht als mitγc = 1,35 beim Betonversagen der Platten mit niedrigenTrägern, nähern sich die unterschiedlichen Bemessungs-werte an und sind annähernd unabhängig von der Träger-höhe. Daher wurde der Querkraftwiderstand in der Zulas-sung [3] für den untersuchten Bereich bis 30 cm Trägerhö-he einheitlich zu 7,7 kN für eine Mindestbetonfestigkeitfck = 25 N/mm2 festgelegt. Der Teilsicherheitsbeiwert fürBeton entspricht dem nach DIN 1045-1 [1] für Fertigteilemit einer werksmäßigen und ständig überwachten Herstel-lung. Auf der Einwirkungsseite wurde auch hier pauschalγ = 1,4 verwendet, jedoch zur Angleichung an das bisheri-ge Sicherheitskonzept der Zulassung wiederum auf derWiderstandseite eingerechnet. Das Sicherheitsniveau unddie abgeleiteten Bemessungswiderstände auf der Grundla-ge vorgenannter Teilsicherheitsbeiwerte entsprechen etwadenen nach dem bisher üblichen globalen Sicherheitskon-zept.

Die Bruchquerkräfte der Versuche an 10 cm breitenPlatten lagen etwa 25% unter denen der 33 cm breitenPlatten und die nach dem globalen Sicherheitskonzepthergeleitete zulässige Querkraft liegt etwa 12% unter derzulässigen Querkraft nach [3] (s. Tabelle 3). Das Versagentrat dabei durch Spalten im Verankerungsbereich (Bild12c) der schmalen Platten ohne Querbewehrung mit nureinem Gitterträger auf. Die Zulassung [3] fordert jedoch

a) Knicken der Diagonalstäbe b) Betonausbruch c) Spaltena) buckling of the braces b) concrete blow out c) splitting

Bild 12. Versagensarten der Querkraft bei Schweißknoten über dem AuflagerFig. 12. Shear failure modes of girders with welding point above the support

Bild 13. Experimentelle, rechnerische und zugelassene Werte der QuerkrafttragfähigkeitFig. 13. Experimental, calculated and approved values ofthe shear capacity

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mindestens zwei Gitterträger je Fertigteilplatte, auch umKippen auszuschließen. Dadurch wird indirekt eine grö-ßere Mindestbreite gefordert, die in Verbindung mit einerdann vorhandenen Mindestquerbewehrung den Wider-stand gegen Spalten im Verankerungsbereich erhöht. BeiAusnutzung der zulässigen Montagestützweite für Gitter-trägerabstände von 10 cm werden zudem die zulässigenQuerkräfte nach Zulassung [3] nicht ausgenutzt. Daherwar eine zusätzliche Regelung in der Zulassung entbehr-lich.

Sofern über dem Endauflager kein Schweißknoten desUntergurtes angeordnet ist, reduziert sich die Querkraft-tragfähigkeit in Abhängigkeit von der Plattenbreite auf biszu 40%. Das Plattenende wird durch das Versatzmomentresultierend aus der Auflagerkraft und dem Abstand desersten Schweißknotens zum Auflager beansprucht undkann in der kurzen Kragplatte zu Biege-, Querkraft- oderVerankerungsversagen führen. In der Zulassung [3] ist die-se Anordnung allerdings nicht geregelt. Kann die Forde-rung der Zulassung nach einem Untergurtknoten über demAuflager nicht eingehalten werden, ist daher eine temporä-re Unterstützung vor dem Auflager erforderlich.

4 Zulässige Montagestützweiten

Auf der Grundlage der Zulassung [3] können die zulässi-gen Stützweiten aus den zulässigen Momenten- und Quer-kraftwiderständen sowie aus der zulässigen Durchbiegungberechnet werden. Tabelle 4 beinhaltet die nach Abschn.2.3 und Gl. (8) ermittelten zulässigen Stützweiten des Trä-gertyps EV. Diese Stützweiten sind in Abhängigkeit vonder Gesamtdeckenstärke, dem Gitterträgerabstand undder Gitterträgerhöhe tabelliert. Danach ist z. B. mit Gitter-trägern EV26-06916 und einem Gitterträgerabstand von62,5 cm bei einer Deckendicke von 34 cm eine Montages-tützweite von 2,46 m zulässig. Mit einem Gitterträgerab-stand von 10 cm kann die zulässige Montagestützweiteauf 6,02 m erhöht werden.

Zusätzlich ist in Tabelle 4 die statisch erforderlicheMindestlängsbewehrung der Fertigteilplatte nach Gl. (6)angegeben. Diese Bewehrung wurde für das jeweils vor-handene Moment berechnet, das auch kleiner als das zu-lässige Moment sein kann, wenn Querkraftversagen oderdas Durchbiegungskriterium für die Ermittlung der Mon-tagestützweite maßgebend wird. Bei Passplatten mit gerin-ger Breite ist die Verteilung der Einzellast auf die vorhan-

denen Gitterträger begrenzt, gegebenenfalls auf lediglichzwei Gitterträger. Dies kann in bestimmten Fällen dazuführen, dass trotz gegenüber breiteren Platten gleich blei-bender Montagestützweite das vorhandene Moment jeGitterträger bei Passplatten größer ist. Das führt zu einergrößeren erforderlichen Längsbewehrung als bei Regel-platten und wird in Tabelle 4 durch einen „Passplattenfak-tor“ für Platten mit weniger als vier Gitterträgern berück-sichtigt.

Die Ausnutzung der Montagestützweiten nach Tabel-le 4 setzt die Anwendung verstärkter EV-Gitterträger nachZulassung [3] und die Einhaltung der darin festgelegtenAnwendungsbedingungen voraus: – Es treten im Montagezustand keine höheren Belastun-

gen als nach [3] auf.– Die Betondruckfestigkeit zum Montagezeitpunkt be-

trägt mindestens fck = 25 N/mm2.– Die Mindestplattendicke von 5 cm ist einzuhalten.– Über dem Endauflager befinden sich Untergurtknoten

der Gitterträgerdiagonalen.– Die statisch erforderliche Mindestlängsbewehrung der

Platte ist einzulegen.– Es sind mindestens zwei Gitterträger je Fertigteilplatte

vorhanden.

Mit den verstärkten EV-Gitterträgern lassen sich bei De-ckendicken ab etwa 22 cm größere Montagestützweitenals mit dem bereits zugelassenen Typ E ausführen. Bild 14zeigt einen Vergleich zulässiger Montagestützweiten fürGitterträger mit unterschiedlichen Stabdurchmessern. Fürdiesen Vergleich wurden die Gitterträgerhöhen gleich derGesamtdeckenstärke abzüglich 6 cm gewählt, wobei E-Gitterträger mit Obergurtdurchmessern von 12 mm und16 mm entsprechend der Zulassung [3] auf eine maximaleHöhe von 19 cm bzw. 18 cm begrenzt sind. Insbesonderebei kleinen Gitterträgerabständen lassen sich mit dem EV-Gitterträger große Montagestützweiten ausführen.

5 Zusammenfassung

In 78 Bauteilversuchen wurde das Momenten- und Quer-krafttragverhalten von Fertigteilplatten mit verstärktenGitterträgern mit Höhen zwischen 18 und 30 cm unter-sucht. Zur Herleitung von Bemessungsansätzen für unter-schiedliche Versagensarten der Fertigteilplatten im Mon-tagezustand wurden zusätzlich zu diesen Ergebnissen wei-

Tabelle 3. Auswertung der Querkraftversuche nach Teilsicherheitskonzept, nach globalem Sicherheitskonzept und zugelasse-ner WertTable 3. Evaluation of the shear tests according to partial safety factor concept, global safety factor concept and value of theapproval

Gitterträger Höhe Teilsicherheitskonzept Globales Sicherheitskonzept Zulässiger Wert nach Versagensart Vmin/1,75 nach [3] basierend

Versagen VRK/1,35*/1,4 =VRd/1,4 b = 33 cm b = 10 cm auf [9]

EV18-06916 18 cm Ausbruch 7,5 kN 8,1 kN 7,7 kN

EV20-06916 20 cm Ausbruch 7,7 kN

EV24-06916 24 cm Ausbruch 8,1 kN 10,2 kN 7,6 kN7,7 kN

EV30-06916 30 cm Stabilität 7,5 kN 9,0 kN 6,8 kN

* bei Stabilitätsversagen 1,15

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Tabelle 4. Zulässige Montagestützweiten für den Gitterträger EV-06916 nach [3]Table 4. Allowed spans in case of erection for lattice girder EV-06916 according to [3]

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tere Versuche zur statistischen Absicherung ausgewertet.Aus den Versuchsdaten wurden zulässige Momente undQuerkräfte hergeleitet, die in die Zulassung [3] eingingenund unter Berücksichtigung der Durchbiegungsbeschrän-kung zu Stützweiten nach Tabelle 4 führten. Danach las-sen sich bei Gesamtdeckenstärken über 22 cm bei Einsatzder verstärkten Gitterträger weit größere Montagestüt-zweiten als bisher erzielen.

Literatur

[1] DIN 1045-1: Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spann-beton, Bemessung und Konstruktion. Beuth Verlag, August2008.

[2] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Filigran-E-Gitter-träger für Fertigplatten mit statisch mitwirkender Ortbeton-schicht, Zulassung Z-15.1-147 vom 12. Nov. 2004.

[3] Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt): Filigran-E-Gitter-träger und Filigran-EV-Gitterträger für Fertigplatten mit sta-tisch mitwirkender Ortbetonschicht, Zulassung Z-15.1-147vom 19. Juni 2010.

[4] Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton-und Spannbetontragwerken – Teil 1-1: Allgemeine Bemes-sungsregeln und Regeln für den Hochbau; Deutsche FassungEN 1992-1-1: 2004.

[5] Furche, J. und Bauermeister, U.: Elementbauweise mitGitter trägern. Betonkalender 2009 (Hrsg.: Bergmeister/Fingerloos/Wörner), Ernst & Sohn, Berlin.

[6] DIN 1045(1988): Beton- und Stahlbeton, Bemessung undAusführung. Beuth Verlag, Juli 1988.

[7] Hegger, J.; Beutel, R. und Häusler, F.: Versuchsbericht überTastversuche zum Montagezustand von Elementdecken mitGitterträgern. Versuchsbericht 168/2006, Institut für Massiv-bau der RWTH Aachen University vom 22.11.2006 (unveröf-fentlicht).

[8] Hegger, J. und Bertram, G.: Versuche zur Biege- und Quer-krafttragfähigkeit von Elementdecken und Balken mit Gitter-trägern im Montagezustand. Versuchsbericht 194/2007, In -stitut für Massivbau der RWTH Aachen University vom12.12.2007 (unveröffentlicht).

[9] Hegger, J. und Bertram, G.: Erweiterung der Zulassung fürFiligran Gitterträger Typ E mit Obergurtdurchmessern 10und 16 im Montagezustand. Gutachten G-2008-001, Institutfür Massivbau der RWTH Aachen University vom 3.9.2008(unveröffentlicht).

[10] MPA der TU München: Untersuchungsbericht Nr.3736/Bö/sw „Ermittlung der aufnehmbaren Momente undQuerkräfte bei übergebenen Filigran-Elementplatten imMontagezustand. München, 18.11.1980; Untersuchungsbe-richt Nr. 720/Sr/Lo „Ermittlung der aufnehmbaren Momenteund Querkräfte an Filigran-Elementplatten im Montagezu-stand“, München, 2.4.1981 (unveröffentlicht).

[11] Prüfamt für Baustatik der LGA Bayern: Prüfbericht St.767/81 Hei/Kn, „Gutachterliche Stellungnahme zur Vorlagebeim Institut für Bautechnik“, Nürnberg, 29.10.1981. (unver-öffentlicht)

[12] Zelger, C.: Gutachterliche Stellungnahme zum Filigran-D-Träger mit dickem Obergurt – Zulässige Schnittkräfte imMontage-Zustand“, München, 20.5.1981,. Nachtrag zur Gut-achterlichen Stellungnahme vom 13.10.1982 zum Filigran-D-Träger mit Betonfußleiste und dickem Obergurt, München,20.12.1982 (unveröffentlicht)

RWTH Aachen Lehrstuhl für MassivbauMies-van-der-Rohe-Straße 152074 Aachen

Dipl.-Ing. Ulrich BauermeisterFiligran Trägersysteme GmbH & Co. KGZappenberg 631633 [email protected]

Dipl.-Ing. Guido [email protected]

Prof. Dr.-Ing. Josef [email protected]

Dr.-Ing. Johannes FurcheFiligran Trägersysteme GmbH & Co. KGZappenberg 631633 [email protected]

Bild 14. Zulässige Montagestützweiten für E- und EV-Gitterträger im Vergleich Fig. 14. Comparison of permissible erection spans for latticegirders type E and EV

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52 © Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin

Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V. (BmG)Entwicklung der Fachvereinigung

BRANCHENFORUM

Betonbauteile mit Gitterträgern wie Elementdecken und -wände sind in Deutschland seit Jahren weit verbreitet.Die hohe Akzeptanz dieser Bauweise begründet sich inder Wirtschaftlichkeit, der Flexibilität und der Qualität.Zur Förderung dieser Bauart hatte sich bereits Anfangder 90er Jahre aus einem offenen Arbeitskreis von Fertig-teilherstellern eine Gütegemeinschaft Bauelemente mitGitterträgern e.V. gebildet, welche später zur FachgruppeBetonbauteile mit Gitterträgern innerhalb es Bundesver-bandes der Beton- und Fertigteilindustrie e.V. (BDB) inBonn wurde. 2005 entstand hieraus die eigenständigeFachvereinigung „Betonbauteile mit Gitterträgern e.V.(BmG)“.

1 Aktivitäten der Fachvereinigung

Die Aufgaben der Fachvereinigung werden durch denVorstand selbst oder durch Arbeitsausschüsse wie denMarketingausschuss oder den Technischen Ausschusswahrgenommen.

Folgende Schwerpunkte der technischen Arbeit lassensich nennen:

– Mitarbeit in nationalen und internationalen Normen-ausschüssen

– Ausarbeitung und Erläuterung von Bemessungsan -sätzen

– Erarbeitung von Bemessungshilfen– Optimierung der Anwendungsbedingungen– Steigerung der Produktqualität– Weiterbildung der Mitglieder

Die „BmG“ hat bereits zahlreiche Untersuchungen durch-geführt bzw. beauftragt und begleitet. Für einen Überblicküber die Bandbreite der Fragestellungen dienen nachfol-gende Ausführungen.

2 Endzustand

Zur Bemessung und Ausführung von Elementdeckenwurden mehrere Gutachten in Auftrag gegeben und An-wendungsregelungen sowie Bemessungshilfen erarbeitetSchießl [1] hatte bereits 1997 im Auftrag der Fachgruppeein erstes Gutachten über die Ausführung von Über -greifungsstößen im Bereich von Stoßfugen erstellt. DieseArbeit konnte von Fachgruppenmitgliedern bereits früh-zeitig genutzt werden und fand dann Eingang in die Be-

messungsnorm für Stahlbeton DIN 1045-1 und zuletzt inden Eurocode 2. Weitere Arbeiten über konstruktive The-men folgten. Die Bemessung von niedrigen Konsolen mitGitterträgern z. B. [6] und der Gebrauchszustand von Ele-mentdecken in Flachdecken z. B. [10, 15, 17] wurden untersucht.

Grundlage der Elementbauweise ist die Bemessung derfertigen Decken und Wände analog monolithischer Bau-teile. Voraussetzung hierfür ist ein Nachweis der Ver-bundfuge unter Ansatz der Gitterträgerdiagonalen alsVerbund- und Querkraftbewehrung. Im Zuge von Nor-menumstellungen wurden die Bemessungskonzepte wie-derholt diskutiert. Als Grundlage zur Normenarbeit dien-ten dem Technischen Ausschuss hierzu verschiedene Aus-arbeitungen zur Verbund- und Querkrafttragfähigkeit vonVerbundbauteilen [21, 23, 24].

Flachdecken werden zunehmend mit Gitterträgern ausge-führt. Das Heranführen der Fertigteilplatten bis direkt andie Stütze wurde vereinzelt als kritisch beurteilt. Im Auf-trag der BmG wurde zur Klärung dieser Frage ein Durch-stanzversuch mit spezieller Anordnung der Gitterträger-platten durchgeführt [31]. Nach erster Auswertung ist dasHeranführen der Fertigteilplatten bis direkt an die Stützeunkritisch, eine detaillierte Beurteilung steht noch aus.

ElementwandDer wirtschaftliche Einsatz von Elementwänden kann beieinem möglichen Verzicht auf Anschlussbewehrung er-heblich gesteigert werden. Hierzu wurden rechnerischeUntersuchungen beauftragt [12] und zur Umsetzung indie Baupraxis aufbereitet. Auch die Ausführung von Ele-mentwänden im Hinblick auf die Anwendung bei drü-ckendem Wasser ist möglich. Zur Beurteilung einer ent-sprechenden Ausführungsqualität wurden Ringversuchezur Haftzugfestigkeit der Verbundfuge [13] und zur Ober-flächenrauigkeit [20] der Fertigteiloberflächen durchge-führt. FEM-Studien zum Schwindverhalten zweischaligerElementwände [18] bestätigen die Praxisregelung, wo-nach die Fertigteilinnenseiten vor dem Betonieren desOrtbetonkerns vorgenässt werden sollen. In diesem Fallist eine Störung in der Verbundfuge aufgrund der unter-schiedlichen Schwindvorgänge nicht zu erwarten.

Die Anwendung von Elementwänden legte im Hinblickauf den Korrosionsschutz der eingebauten Bewehrungzwei Fragen offen. In zweischaligen Wänden ohne Ort -betonschicht („Nullwände“), welche auf Produktionsan-lagen für Elementwände hergestellt werden, bestand die

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Sonderdruck 53

Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V. (BmG)

BRA

NCH

ENFO

RUM

Literatur

[1] SCHIESSL, PETER: Gutachtliche Stellungnahme B 2202 zur Tragstoßausbildung in Teilfertigdecken, Aachen,16.10.1997.

[2] SCHIESSL, PETER: Gutachtliche Stellungnahme B 6008, Be-urteilung von Rissen in Elementdecken, München19.8.1998.

[3] FEHLING, E.; RÖDER, F.-K.: Prüfbericht Nr. 1303 phys/99,zur Tragfähigkeit von Konsolbändern mit niedriger Bauhö-he, Kassel 1.6.1999.

[4] DEKRA: Gutachten-Nr. 422/8153 YX 99-06786 vom4.10.1999, Fahrversuche zur Ladungssicherung von Beton-bauteilen mit Gitterträgern.

[5] ELIGEHAUSEN, R.; ASMUS, J.: Untersuchungen zu Beweh-rungsanschlüssen bei Elementwänden, Stuttgart,28.12.1999.

[6] FEHLING, E.: Gutachten: Tragverhalten und Bemessungvon konsolartigen Auflagern bei Fertigteilplatten, Kassel,Februar 2000.

[7] FEHLING, E.; RÖDER, F.-K.: Versuchsbericht zur Tragfähig-keit und der zulässigen Belastung von Konsolbändern mitniedriger Bauhöhe an Podestplatten für Treppenläufe mitBetonierfuge, Kassel, 15.01.2001.

[8] FEHLING, E.; RÖDER, F.-K.: Versuchsbericht „Podestplattemit Konsolbändern“, Kassel, 5. Juli 2001.

[9] SCHIESSL, PETER: Rissbildung in Stahlbetonbauteilen – Ur-sachen und Erscheinungsformen-B 6008/1, München, 26.Oktober 2001.

[10] CURBACH, MANFRED; BRÜCKNER, ANETT: Zwischenberichtzu vergleichenden FEM-Studie über Durchbiegung undTragverhalten von Flachdecken aus Elementplatten. Dres-den, 24.7.2002.

[11] Technischer Ausschuss BmG: Neues Programm zur Quer-kraftbemessung – Elementdecken nach DIN 1045-1, Beton-werk-Fertigteiltechnik, Heft 1, 2003,

[12] ELIGEHAUSEN, R.; ASMUS, J.; MAYER, U.: Untersuchungenzur Anschlussbewehrung, zur Verankerung der Biegezug -bewehrung sowie der Rissbreiten infolge Zwang bei Ele-mentwänden. Stuttgart, 5.5.2003.

[13] BLUME, F.; SCHMITT, M.: Wasserundurchlässige Element-wände mit Ortbetonergänzung, Haftzugfestigkeit zwischenElementbeton und Kernbeton, Bericht über einen Ringver-such, Auftrag-Nr. 59420/03 vom 28.3.2003, Großburgwe-del.

Frage nach ausreichendem Korrosionsschutz der Gitter-trägerdiagonalen in einem möglichen Spalt zwischen denzwei Schalen. In [22] wird für die Anwendung solcherSonderbauteile in Innenräumen ein möglicher Einsatzbegutachtet. Eine andere Frage bezog sich auf den Ein-satz üblicher Elementwände insbesondere in Parkhäu-sern. Für stark chloridbeanspruchte Elementwände wer-den hierzu in [25] Lösungsansätze aufgezeigt, um die ho-hen erforderlichen Betondeckungen zu reduzieren.

Die Elementwand mit Kerndämmung stellt eine effektiveWeiterentwicklung der klassischen Elementwand dar.Zur Bemessungen der Gitterträgerverbindung und der be-lasteten außenseitigen Fertigteilschale wurden Berech-nungen für verschiedene Parameter erstellt [16].

AusführungIm Hinblick auf die Ausführung wurden Arbeiten überdie Nachbehandlung von Fertigteilen [14], die Beurtei-lung und Vermeidung von Rissen in Elementdecken [2],[9] und über mögliche Stöße der Gitterträgerobergurte[19] vergeben. Auch eine Empfehlung zur Ladungssiche-rung [4] von Fertigteilen wurde erarbeitet. Für die Trans-port- und Montagezustände überhoher Wandelementewerden in [27] Bemessungshilfen zur Verfügung gestellt.Die Steigerung der Arbeitssicherheit bei Anwendung die-ser Bauweise ist im allgemeinen Interesse aller Beteilig-ten.

Elementdeckenhersteller müssen in ihrer Montageanlei-tung Aussagen zum Krantransport der Deckenplattentreffen. Zahlreiche Versuche hierzu an der MPA Braun-schweig führten zu ersten Empfehlungen [26]. In der Pra-xis werden vermehrt längere Fertigteilplatten eingesetzt.Versuche an bis zu 8 m langen Platten wurden daher er-gänzt [28].

Derzeit wird in Deutschland der Montagezustand vonElementplatten mit Gitterträgern durch allgemeine bau-aufsichtliche Zulassungen geregelt. Die europäische Pro-duktnorm DIN EN 13747 für Elementdeckenplatten re-gelt den Montagezustand hiervon abweichend. In [30]werden Montagestützweiten auf der Grundlage der Pro-duktnorm ermittelt und mit denen nach Zulassung ver -glichen. Die Studie kann als Grundlage für zukünftige europäische Regelungen dienen.

Die Arbeiten werden fortgesetzt. Dabei ergeben sich diezu bearbeitenden Themen aus den Fragestellungen derMitglieder.

3 Mitgliedschaft

Die Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V.(BmG) vertritt die Interessen der Hersteller (Betonfertig-teilwerke) von Bauteilen mit Gitterträgern. Mitglied kannjedes Unternehmen werden, das Betonbauteile mit Gitter-trägern oder Gitterträger herstellt. Der Vorstand kann zu-dem außerordentliche Mitglieder ernennen, wenn ihrewissenschaftlichen und technischen Kenntnisse den Zie-len der Fachvereinigung dienen können. Hier sind so-wohl Firmen der Zulieferindustrie, Softwarehersteller alsauch Planungsbüros angesprochen.

Mitgliedsanträge werden gerne entgegen genommen:Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V.Raiffeisenstraße 8D-30938 [email protected]

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54 Sonderdruck

Fachvereinigung Betonbauteile mit Gitterträgern e.V. (BmG)

[14] GRÜBL, P.; ADAM, TH.: Nachbehandlung von Betonfertigtei-len. TU Darmstadt, 28. Mai 2003.

[15] CURBACH, MANFRED; BRÜCKNER, ANETT: Zwischenberichtzu Forschungsvorhaben: FEM-Studie über Durchbiegungund Tragverhalten von Flachdecken aus Elementplatten.Dresden, 18.12.2003.

[16] GASTMEYER, R.: BmG-Thermo-Elementwand mit integrier-ter Wärmedämmung. Bemessung der Gitterträgerverbin-dung und der außenseitigen Fertigteilschale. Lichtenstein,18.6.2004.

[17] CURBACH, MANFRED; BRÜCKNER, ANETT: FEM-Studie überDurchbiegung und Tragverhalten von Flachdecken aus Ele-mentplatten, TU Dresden, Fakultät Bauingenieurwesen, In-stitut für Massivbau, Juli 2004.

[18] MÜLLER, HARALD S.: Gutachten Untersuchungen zumSchwindverhalten zweischaliger Elementwände, Karlsruhe,4.3.2005.

[19] SCHIESSL, P.: Gutachterliche Stellungnahme, Stoßen vonGitterträger-Obergurten mittels Stumpfstoß durch Abbrenn-stumpfschweißen (RA), 05/052 vom 8.3.2005, München.

[20] BLUME, F.; SCHMITT, M.: Wasserundurchlässige Element-wände mit Ortbetonergänzung. Rauigkeitsmessungen anden Innenflächen von Elementwandprüfkörpern - Berichtüber einen Ringversuch –. Auftrag 62772/05 vom 18.1.2005,Güteschutz Beton- und Fertigteilwerke Nord e.V., Prüfstelle,Großburgwedel. (interner Bericht)

[21] ELIGEHAUSEN, R.; ASMUS, J.: Beurteilung der Querkraft-nachweise nach DIN 1045-1, Einleitung von Querkraft indas Fundament. Schreiben vom 14.6.2006, IngenieurbüroEligehausen und Asmus, Stuttgart.

[22] GEHLEN, CH.; SCHIESSL-PECKA, A.: Bewertung von Ele-mentwänden in Innenräumen in Bezug auf carbonatisie-rungsinduzierte Bewehrungskorrosion. Gutachterliche Stel-lungnahme 06/045/1.1.2 vom 22.6.2006 zum Einsatz von„Nullwänden“, Ingenieurbüro Schießl-Gehlen-Sodeikat,München.

[23] ZILCH, K.; MÜLLER, A.: Querkrafttragfähigkeit von Ele-mentdecken mit Gitterträgern. Forschungsbericht Mai2007, TUM Lehrstuhl für Massivbau, München.

[24] ZILCH, K.; LENZ, P.; MÜLLER, A.: Zum Einfluss einer zumAuflager hin fallenden Verbundbewehrung auf die Schub-kraftübertragung in Fugen. Forschungsbericht Februar2008. TUM Lehrstuhl für Massivbau, München. (internerBericht)

[25] SCHIESSL, P.; GEHLEN, CH.; SCHIESSL-PECKA, A.; KAPTEINA,G.: Optimierung der Betondeckung von chloridbeanspruch-ten Elementwänden mittels Dauerhaftigkeitsberechnungen.Gutachterliche Stellungnahme 08/222/1.1.1 vom 3.3.2009,Ingenieurbüro Schießl-Gehlen-Sodeikat, München.

[26] EMPELMANN, M.; SENDER, CH.; HENKE, V.: Empfehlungenzum Krantransport langer Elementplatten. Bericht Nr. P 08-144-4. 18.1.2010, IBMB MPA Braunschweig.

[27] PAPE, H.: Überhohe Elementwand-Fertigteile - Montagelast-fall. Projektnummer 08-T-049 vom 22.4.2010, bauart Kon-struktions GmbH & Co. KG. Lauterbach 2010.

[28] EMPELMANN, M.; SENDER, CH.: Krantransport von Ele-mentdeckenplatten. Ergänzende Prüfung von Klein- undGroßmodellversuchen. Bericht Nr. P 10-156. 23.11.2010,IBMB MPA Braunschweig.

[29] SCHNELL, J.; WÖRNER, R.: Zwang und Mindestbewehrungin Elementdecken des allgemeinen Hochbaus. Projekt-Nr.:11/812 vom 11.11.2011; Ingenieurgesellschaft BORAPA,Kaiserlautern, 2011.

[30] HEMMY, O.; WILLERS, K.: Erstellung von Montagestützwei-ten-Tabellen für Gitterträgerplatten auf der Basis der DINEN 13747. 10.9.2013, Beratende Ingenieure für BauwesenKSF, Bremerhaven, 2013.

[31] HEGGER J.; KUERES, D.; SIBURG, C.: Versuchsbericht zu ei-nem Durchstanzversuch (BMG01) zur Untersuchung desAbstandes der Elementplatte von der Stütze. Versuchsbe-richt 318/2013 vom 26.6.2013, IMB der RWTH Aachen,2013.

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