Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau

BACHELORARBEIT

AN DER

TECHNISCHEN HOCHSCHULE FÜR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN REGENSBURG

FAKULTÄT BAUINGENIEURWESEN

AUFGABENSTELLER: Prof. Dr.-Ing. Othmar Springer

VORGELEGT VON

Gerald Christian Heitzer

MATRIKELNUMMER: 2641587

SEMESTER: B7

Regensburg, den 16.12.2013

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau

Abstract In dieser Arbeit soll die historische

Entwicklung der Durchstanznachweise und

die Weiterentwicklung der Nachweis-

führung aufgezeigt und erläutert werden.

Desweitern soll die Frage beantwortet

werden, weshalb bei bestimmten

Konstruktionen und Belastungen eine

Durchstanzbewehrung nach aktuell

gültiger Norm (DIN EN 1992-1-1;

Eurocode 2) im Gegensatz zu älteren DIN-

Normen erforderlich ist.

Dabei wird hauptsächlich auf die Teile der

Nachweisführung eingegangen, die

mutmaßlich für die Erfordernis einer

Schubbewehrung (vEd > vRd) verantwortlich

sind.

In vergleichenden Berechnungen werden

verschiedene Konstruktionen nach

DIN 1045:88, DIN 1045-1 und Eurocode 2

mit Hilfe einer EDV-Software berechnet

und die Ergebnisse miteinander verglichen,

um eine Aussage über eventuelle

Erhöhungen des Bewehrungsgrades- und

Mengen treffen zu können.

Abschließend werden noch Sonderfälle der

Durchstanzbemessung wie z.B. eine

Holorib-Decke beispielhaft untersucht.

In this study the historical development of

the punching evidence and the

development of verification should be

shown and explained. Further receiving the

response to the question, why in certain

constructions and loads a studrails to

currently valid standards (DIN EN 1992-1-1;

Eurocode 2) in contrast to older DIN

standards is required.

Attention is paid mainly to the parts of the

verification, the alleged need for a shear

reinforcement (vEd> vRd) are responsible.

In comparative calculations different

constructions according to DIN 1045-1988,

DIN 1045-1 and Euro code 2 are calculated

using a computer software, and the results

compared to a statement of any increases

to meet the level of reinforcement and

quantities.

Finally, be special cases of tax punching

such as Holorib a blanket studied as an

example.

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Gliederung

Abstract

Kapitel 1: Was heißt Durchstanzen? 1

Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises

Beispiel 1: Pipers Row Car Park 4

Beispiel 2: Sampoong Department Store 7

DIN 1045:1988 8

Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN 1045:1988 9

DIN 1045-1 12

Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach DIN 1045-1 13

DIN EN 1992-1-1 (Eurocode 2) 20

Nachweis der Sicherheit gegen Durchstanzen nach Eurocode 2 22

Lasteinleitung und kritischer Rundschnitt 24

Lasterhöhungsfaktor β 27

Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente

ohne Durchstanzbewehrung 29

Durchstanzwiderstand für Platten oder Fundamente

mit Durchstanzbewehrung 31

Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88 36

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045-1 37

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN 1992-1-1 39

Kapitel 4: Vergleichende Berechnungen DIN – Eurocode

Frage 1: Wie stark weichen die erforderlichen Bewehrungsmengen der einzelnen

Normen voneinander ab? 41

Berechnung nach DIN 1045:88/ DIN 1045-1/ Eurocode 2

Deckenplatte 41

Einzelfundament 42

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Gliederung

Fundamentplatte 42

Berechnung nach DIN 1045-1/ Eurocode 2

Deckenplatte 43

Einzelfundament 44

Fundamentplatte 45

Auswertung 46

Frage 2: Wieso ist bei bestimmten Lasten und Konstruktionen der Durchstanznachweis

nach DIN 1045-1 noch erfüllt aber nach DIN EN 1992-1-1 nicht mehr? 47

Beispiel 1: Durchstanznachweis für eine Innenstütze nach DIN 1045-1

und Eurocode 2 48

Beispiel 2: Durchstanznachweis für eine Randstütze nach DIN 1045-1

und Eurocode 2 49

Kapitel 5: Sonderfälle der Durchstanzbemessung

Verbunddecken 51

Allgemeines, erforderliche Nachweise 52

Nachweis nach DIN 1045-1 53

Nachweis nach DIN EN 1992-1-1 bzw. DIN EN 1994-1-1 54

Vergleich der Rundschnitte 57

Fazit 58

Quellen 59

Abbildungsverzeichnis 60

Anhang: Berechnung Durchstanznachweise siehe beiliegende CD

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 2: Die historische Entwicklung des Durchstanznachweises von 1988 bis heute

6 | S e i t e

Das Unglück zog eine Überprüfung britischer Bemessungs- und Konstruktionsregeln sowie

eine kritische Untersuchung ähnlicher Parkhäuser nach sich. Zudem wurde in diesem

Zusammenhang zum wiederholten Mal auf die Notwendigkeit einer Kollapsbewehrung zur

Vermeidung eines progressiven Versagens hingewiesen. [1]

Abbildung 4 - Pipers Row Car Park – Einsturz des obersten Parkdecks am 20. März 1997

Abbildung 5 - Pipers Row Car Park - Durchstanzkegel einer Innenstütze

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

36 | S e i t e

nein

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045:88

Berechnung von τR

Berechnung von χ1 und χ2

Ermittlung von τ011 und τ02

des gewählten Betons

τR ≤ χ2 ∙ τ02

ja

τR ≤ χ1 ∙ τ011

nein

χ1 ∙ τ011 < τR ≤ χ2 ∙ τ02

ja

Schubbewehrung

erforderlich

Konstruktionsregeln

beachten

Höherfesten

Beton wählen

ja

Nachweis erfüllt.

Keine Schubbewehrung

erforderlich!

nein

Querschnitt vergrößern

und/ oder

Plattendicke erhöhen

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

37 | S e i t e

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN 1045-1[1]

Berechnung von VEd und β

Ermittlung des kritischen Rundschnittes

im Abstand 1,5d vom Stützenrand

Berechnung von vEd und vRd,ct

im kritischen Rundschnitt

vEd ≤ vRd,ct

nein

Berechnung von vRd,max im

kritischen Rundschnitt

vEd ≤ vRd,max

ja

Betrachtung des ersten

Nachweisschnittes im Abstand

0,5d vom Stützenrand

ja Nachweis erfüllt!

nein

Querschnitte vergrößern

oder Betonfestigkeit

erhöhen oder statisches

System ändern!

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

38 | S e i t e

Berechnung von u für den

betrachteten Nachweisschnitt

Berechnung von vEd für u

Berechnung von Asw

Berechnung von ua für den

äußeren Rundschnitt im Abstand

1,5d vom betrachteten Schnitt

Berechnung von vEd und

vRd,ct,a für ua

vEd ≤ vRd,ct,a

ja

Konstruktionsregeln beachten!

Nachweis erfüllt!

Nächster zu betrachtender

Nachweisschnitt liegt um

sw ≤ 0,75d vom vorigen

Nachweisschnitt entfernt

nein

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

39 | S e i t e

Ablauf eines Durchstanznachweises nach DIN EN 1992-1-1

Berechnung von VEd und β

Ermittlung des kritischen Rundschnittes

im Abstand 2,0d vom Stützenrand

Berechnung von vEd und vRd,c

im kritischen Rundschnitt

vEd ≤ vRd,c

nein

Berechnung von vRd,max im

kritischen Rundschnitt

vEd ≤ vRd,max

ja

Betrachtung des ersten

Nachweisschnittes im Abstand

0,3d bis 0,5d vom Stützenrand

ja Nachweis erfüllt!

nein

Querschnitte vergrößern

oder Betonfestigkeit

erhöhen oder statisches

System ändern!

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Kapitel 3: Gegenüberstellung der Nachweisführung

40 | S e i t e

Berechnung von u für den

betrachteten Nachweisschnitt

Berechnung von vEd für u

Berechnung von Asw

Berechnung von uout für den

äußeren Rundschnitt im Abstand

1,5d vom betrachteten Schnitt

Berechnung von vEd,out und

vRd,c für uout

vEd,out ≤ vRd,c

ja

Konstruktionsregeln beachten!

Nachweis erfüllt!

Nächster zu betrachtender

Nachweisschnitt liegt um

sw ≤ 0,75d vom vorigen

Nachweisschnitt entfernt

nein

Die Entwicklung der Durchstanznachweise im Stahlbetonbau Fazit

58 | S e i t e

Die Einstürze verschiedener Gebäude in den letzten Jahrzenten wie z.B. das Pipers Row

Parkhaus in Birmingham, England oder das Sampoong Department Store in Südkorea, deren

beider Grund des Einsturzes auf ein Durchstanzversagen zurückzuführen waren, enthüllten

einige Unzulänglichkeiten der damals aktuellen Normen und gaben Anlass die Regelungen

bezüglich Durchstanzen zu überarbeiten.

So wurde der Durchstanznachweis, der nach DIN 1045:88 noch schnell von der Hand ging,

und deshalb bei den Ingenieuren beliebt war, über die DIN 1045-1 bis zum heute gültigen

Eurocode weiterentwickelt und verschärft. Beim Nachweis nach DIN 1045:88 war nur eine

errechnete Schubspannung mit einem Grundwert der Schubspannung, die vom verwendeten

Beton aufgenommen werden konnte, zu vergleichen. Nach Eurocode 2 werden jetzt solange

in bestimmten Abständen um die Stütze Durchstanznachweise geführt, bis die einwirkende

Querkraft allein vom Beton, ohne eine zusätzliche Anordnung von Durchstanzbewehrung,

aufgenommen werden kann. Die Berechnung des Durchstanznachweises nach Eurocode von

Hand ist deshalb mühselig und zeitaufwendig sofern sie nicht mit entsprechender EDV-

Unterstützung durchgeführt wird.

Eine Verschärfung des Nachweises hat natürlich auch Auswirkungen auf die erforderlichen

Bewehrungsmengen, die sich im Durchschnitt in den letzten Jahren ca. verdoppelt haben. Dies

ist darauf zurück zu führen, dass der Durchstanznachweis immer mehr auf der sicheren Seite

geführt wird, indem der kritische Rundschnitt um 0,5d erweitert wird und bei Innenstützen

der Lasterhöhungsbeiwert von 1,05 nach DIN 1045-1 auf 1,15 nach Eurocode 2 (abgemindert

auf 1,10 durch das Nationale Anwendungsdokument) wird. Desweitern wurde der

Bemessungswiderstand vRd,c um 14,29 % verringert, da der Vorwert CRd,c von 0,21/γm auf CRd,c

= 0,18/ γm abgeändert wurde.

Im Zuge der Umstellung auf Eurocode wurde auch der Durchstanznachweis bei Verbundecken

neu überdacht und die Querschnittsfläche des Betons in den Profilrippen wird bei der

Ermittlung des kritischen Rundschnitts von der Schwerachse bis zur Oberkante des Profils

mitberücksichtigt. Dadurch wird der Bemessungswert der einwirkenden Querkraft

abgemindert und die Verbunddecke kann punktuell höher belastet werden als nach

DIN 1045-1, wo nur der Betonquerschnitt oberhalb des Profilbleches berücksichtigt und auf

ein mögliches Durchstanzversagen untersucht wurde.