Verbundstützen Mit Eingestellten Stahlprofilen

Verbundsttzen mit eingestellten Stahlprofilen

Anschlsse und Bemessung -

Dokumentation 696/1

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Dokumentation 696/1Verbundsttzen mit eingestellten Stahlprofilen Anschlsse und Bemessung

Herausgeber:BAUEN MIT STAHL e. V.Sohnstrae 65 40237 DsseldorfPostfach 10 48 4240039 DsseldorfTelefon (02 11) 67 07-828Telefax (02 11) 67 [email protected]

Januar 2007

Ein Nachdruck dieser Publikation auch auszugsweise ist nur mitschriftlicher Genehmigung des Heraus-gebers bei deutlicher Quellenangabegestattet.

Autoren: Jrg Lange, Karsten Ewald, Nils Heuer, Jrrit Kleinschmitt

Titelbilderlinks oben: Post-Tower, Bonnlinks unten: Verbundsttze mit Einstellprofilrechts: Westhafentower, Frankfurt am Main (Jrg Lange)

InhaltSeite

Einleitung 3

1 Anschlusstypen 41.1 Verbundsttze mit Betonflachdecke 41.1.1 Hllrohr und Einstellprofil durchlaufend 51.1.2 Hllrohr unterbrochen, Einstellprofil durchlaufend 61.1.3 Hllrohr und Einstellprofil unterbrochen 71.2 Verbundsttzen mit Stahltrgern 81.2.1 Biegesteifer Trgeranschluss am Einstellprofil 81.2.2 Gelenkiger Anschluss ber Fahnenbleche 91.3 bergang Stahlverbundsttze in Betonsttze 101.3.1 bergang mit Hilfe einer Kopfplatte 101.3.2 bergang als bergreifungssto 111.4 Fupunkt von Verbundsttzen 121.4.1 Lastausleitung mit Hilfe von Fuplatten 121.4.2 Lastausleitung mit Kopfbolzendbel am Stahleinbauteil 13

2 Detaillierung der statischen Nachweise 142.1 Durchstanznachweis der Stahlbetonflachdecke 142.2 Nachweis im Bereich des Stahlkragens 172.3 Nachweis der Schneidenlagerung 192.4 Darstellung des Kraftflusses beim Nachweis der

Einleitung der Deckenlasten in die Verbundsttze 202.5 Nachweis im bergangsbereich

Stahlbetonsttze Verbundsttze 21

Literatur 24

Anhang: 25Bemessung von Stahlverbundsttzen nach typengeprftem Verbundsttzenkatalog, Prfbericht Nr. 4117.20 007/2004- Bemessungsbeispiel


3BAUEN MIT STAHL

Einfhrung

Verbundsttzen mit eingestellten Stahl-kernen knnen als Fertigteile (vorab be-wehrt und betoniert) oder Teilfertigteile(mit uerem Rohrmantel und Profil-oder Bewehrungsstahl) einen wesentli-chen Beitrag zum schnellen und kosten-gnstigen Bauen leisten. Durch hchsteTragfhigkeit bei kleinem Sttzenquer-schnitt ist mit schlanken Verbundsttzenein deutlicher Zuwachs an nutzbarerund vermietbarer Flche zu erzielen. IhrEinsatz bei nahezu allen Hochhusern, diein den vergangenen Jahren in Deutsch-land gebaut wurden, ist Beweis fr ihrgnstiges Verhltnis von Tragkraft zuFlchenverbrauch. Aber auch viele klei-nere Bro- und lndustriegebude profi-tieren von diesen Vorteilen.

Der Einsatz von Stahlverbundsttzen fr-dert das elementierte Bauen. Als Fertig-teile werden sie industriell hergestellt.Dies beeinflusst nicht nur die Kosten-und Terminsituation gnstig, sondernhat auch Vorteile hinsichtlich der Quali-ttssicherung. Auf das Hubgewicht wirktsich die Betonfllung jedoch nachteiligaus. Eine Alternative ist das Ausbetonie-ren der mit einem Stahlkern versehenenHohlprofile nach Montage und Ausrich-ten. Diese Methode bietet neben gerin-gen Hubgewichten und entsprechendgeringeren Krananforderungen den Vor-teil, dass auch Sttzen ber mehrereGeschosse durchlaufend montiert werdenknnen. ber 10 m lange, 3-geschossigeLiefereinheiten sind Stand der Technik.Die Abstufung des Querschnitts aufgrundsich ndernder Traglasten kann dabeiber die Abstufung des Bewehrungs-grades und des Einstellprofils erfolgen.

Die vorliegende Broschre stellt kon-struktive Details vor, die helfen sollen,das Bauen und Konstruieren mit beton-gefllten Stahlhohlprofilen zu verein-

fachen. Alle Beispiele basieren auf bereitsausgefhrten Bauwerken. Die Verbin-dung der Sttzen mit den lasteinleiten-den Bauteilen Decke und Unterzug stehtdabei im Vordergrund. Darber hinauswerden Mglichkeiten gezeigt, die Stt-zen an Stahlbetonbauteile (Wnde, Fun-dament) anzuschlieen und damit zuverbinden.

Grundlage fr die Konstruktionsvor-schlge ist die Bemessung der Verbund-sttzen gem DIN 18800-5 [1], EC 4 [2]oder anderen anerkannten Berechnungs-verfahren, die von Herstellern im Rahmenvon bauaufsichtlichen Zulassungen ent-wickelt wurden.

Auerdem wurde im Auftrag vonBAUEN MIT STAHL e. V. ein Verbundstt-zenkatalog erstellt, dessen Traglasttabel-len eine schnelle und einfache Bemes-sung des Verbundsttzentyps Beton-geflltes, rundes Stahlhohlprofil mit ein-gestelltem Doppel-T-Profil oder Kreuz-profil aus Flachstahl ermglichen.

Die Traglasttabellen wurden einer Typen-prfung unterworfen, so dass bei Ein-haltung der im Katalog vorgegebenenRandbedingungen die Nutzung derKatalogwerte als Bemessungsnachweisausreicht. Grundlage ist der PrfberichtNr. 4177.20-007/04 [6]. Der Katalogdeckt sowohl die Kalt- als auch dieHeibemessung (fr die Feuerwider-standsklassen R60, R90 und R120) ab.

Die Bemessung der Verbundsttzen mitHilfe dieses Verbundsttzenkatalogs wirdanhand eines Beispiels im Anhang derBroschre dargestellt.

Es ist zu beachten, dass die gewhltenZahlenbeispiele nur bei Einhaltung dergenannten Randbedingungen gelten.

Innenansicht Millenium Tower in Wien (Jrg Lange)

4Verbundsttzen mit eingestellten Stahlprofilen

1 Anschlusstypen

Verbundsttzen werden sowohl inVerbindung mit Stahlbetonflachdeckenals auch mit Stahlverbundtrgerdeckenoder Flachdecken mit integrierten Stahl-trgern (Stahlflachdecken) eingesetzt.Die Sttzen knnen entweder geschoss-weise gestoen oder durchlaufend aus-gefhrt werden. Dies beeinflusst ma-geblich die Wahl und die Ausfhrungder Anschlsse.

Es ist auch mglich, die Sttzenstrngeoberhalb der Verbundsttzen als Stahl-betonsttzen weiterzufhren. Dann sindStahlverbundsttze und Stahlbeton-sttze kraftschlssig miteinander zuverbinden.

Der Anschluss des Sttzenfues erfolgtin der Regel ber Fuplatten. Eine Ver-ankerung des Einstellprofils in das last-aufnehmende Betonteil ist jedoch eben-falls mglich.

In dieser Broschre werden verschiedeneAnschlusstypen vorgestellt. Ihre Vorteilewerden angefhrt, es werden konstruk-tive Hinweise gegeben und es werdendie wichtigsten zu fhrenden Nachweiseaufgelistet.

5BAUEN MIT STAHL

Konstruktive Hinweise: Die Stahlkragen zur Lasteinleitung

in das Sttzenrohr sind brandschutz-technisch zu schtzen.

Der Sttzenbeton sollte wegen derbesseren Verdichtung sowie der Entmischungsgefahr aufsteigend von unten betoniert werden.

Nachweise: Nachweis der Sttze fr den Bau-

zustand (Windbeanspruchung) Lasteinleitung der Deckenlasten ber

einen Stahlkragen in das Stahlrohr,Weiterleitung der Lasten in den Betonber Mantelreibung des Hllrohrs

Durchstanznachweis der Decke, ggf. Anordnung von Durchstanz-bewehrung oder Dbelleisten.

durchgefhrteBewehrungBeton-

flachdecke

Stahlkragenmit Brandschutz

Einstellprofil

Hllrohr

h Bet

ond

ecke

DRohr

tRohr

Vorteile: Einfache stahlbaumige Montage

der Sttze ohne weitere Hilfskon-struktion

geringer Fertigungsaufwand der Sttze

wenige Kranhbe mehrgeschossiges Ausbetonieren der

Sttze abhngig von der Entwicklungder Beanspruchung.

Zu beachten: Bewehrungsfhrung in der Decke

ist durch das Stahlrohr beeinflusst. Bei dichter Bewehrung muss dieseber Bohrungen durch das Stahlrohrgefhrt werden.

Stahlkragen am Rohr als Deckenauf-lager erforderlich.

1.1 Verbundsttze mit Betonflachdecke

Aufgrund ihrer Schlankheit, ihrer hohenTragfhigkeit und ihres sthetischenErscheinungsbildes ersetzen Stahlver-bundsttzen immer hufiger konventio-nelle Betonsttzen. Soll die Stahlbeton-flachdecke aus planungstechnischenGrnden beibehalten werden, ist siekraftschlssig mit der Verbundsttze zuverbinden.

Nachfolgend werden die gebruch-lichsten Anschlsse dargestellt.

1.1.1 Hllrohr und Einstellprofil durchlaufend


Vorteile: Einfache stahlbaumige Montage

der Sttze ist ohne Hilfskonstruktionmglich.

Die Bewehrungsfhrung der Beton-decke wird nur durch das Einstellprofilgestrt.

Geschossweise oder auch mehrge-schossige Sttzenschsse sind mglich

Zu beachten: Zum Ausrichten bei nicht planen

Kopf- und Fuplatten sind Richt-sttzen erforderlich.

Sttzenbeton und Deckenbeton sollten aufgrund des Bauablaufes die gleiche Betongte aufweisen.

Konstruktive Hinweise: Die Stahlkragen zur Lasteinleitung in

das Sttzenrohr sind brandschutz-technisch zu schtzen.

Der Sttzenbeton sollte bei hherenSttzen wegen der besseren Verdich-tung und wegen der Entmischungs-gefahr aufsteigend von unten beto-niert werden.

Nachweise: Nachweis des Kopfplattenstoes im

Besonderen fr den Bauzustand(Wind). Bei deutlicher Geometrie-nderung des Einstellprofils ist nennenswerte Plattenbiegung ausVertikallast vorhanden.

Der Kraftanteil des Stahlrohres istdurch den Deckenbeton zu leiten(Teilflchenpressung nach DIN 1045,Lastausbreitungswinkel, NachweisStahlkragen etc).

Durchstanznachweis der Decke, ggf. Anordnung von Durchstanz-bewehrung oder Dbelleisten.

Einleitung der Deckenlast in die Ver-bundsttze ber Kontakt und/oderKopfbolzendbel am Einstellprofil etc.

Sttzensto

Beton-flachdecke

Stahlkragen

Einstellprofil

Hllrohr

rcrit

ggf. Brandschutz erf.

r

Kopfbolzendbel

1.1.2 Hllrohr unterbrochen, Einstellprofil durchlaufend

7BAUEN MIT STAHL

Vorteile: Ausgleichsmglichkeiten in jedem

Geschoss ungestrte Bewehrungsfhrung in

der Decke gut geeignet bei Vernderung des

Auendurchmessers der Sttze.

Zu beachten: Montage der Sttze erst nach dem

Betonieren der Decke wegen der Lastein- und Ausleitung

nur fr geringe Sttzenlasten sinnvoll hoher Montageaufwand, da jedes

Bauteil neu eingemessen und aus-gerichtet werden muss.

Konstruktive Hinweise: Die Stahlkragen zur Lasteinleitung in

das Sttzenrohr sind brandschutz-technisch zu schtzen sofern sie nichtmit einbetoniert werden.

Die Fuplatte der oberen Sttze mussnicht brandgeschtzt werden.

Der Sttzenbeton sollte wegen derbesseren Verdichtung sowie wegender Entmischungsgefahr aufsteigendvon unten betoniert werden.

Die Sttzen knnen vor der Montageausbetoniert werden, z. B. im Fertig-teilwerk, was jedoch das Hubgewichtsehr stark erhht.

Nachweise: Lastein- und -ausleitung sowie Durch-

leitung durch den Deckenbeton Durchstanznachweis der Decke, ggf.

Anordnung von Durchstanzbeweh-rung oder Dbelleisten

Einleitung der Deckenlast in die Ver-bundsttze ber Kontakt (Betonfuge)und Kopfbolzendbel am Einstellprofil.

Beton-flachdecke

Einstellprofil

h Bet

ond

ecke

DRohr 1

tRohr

Hllrohr

Fuplatte

Kopfplatte

DRohr 2

Stahlkragen

Kopfbolzen-dbel

1.1.3 Hllrohr und Einstellprofil unterbrochen


1.2 Verbundsttzen mit Stahltrgern

Bei groen Spannweiten werden beiGeschossbauten sowohl die Deckentrgerals auch die Sttzen in Stahl bzw. Stahl-verbund ausgefhrt.

Vorab wird das Stahlskelett montiert,anschlieend werden die Betondeckenaufgebracht. Dies gilt sowohl fr eineDeckenausfhrung im Trgerverbund als auch fr eine Ausfhrung als Flach-decke mit integrierten Stahltrgern(Stahlflachdecke).

Die Anschlsse der Deckentrger an die Verbundsttzen knnen sowohl biegesteif, als auch gelenkig ausgefhrtwerden.

Nachweise: Biegesteifer Anschluss z. B. gem

Typisierte Anschlsse im Stahlhoch-bau des DSTV

Falls die Biegesteifigkeit nur fr denEndzustand geplant wird (rechterSkizzenbereich), bernimmt allein diedurchlaufende Bewehrung die Zug-kraft. Hierfr mssen Kopfbolzendbelauf dem Obergurt des Deckentrgersangeordnet werden. Der Unterflanschbertrgt die Druckkraft des Sttzen-momentes. Dieser Anschlusstyp ist nurbei relativ kleinen Profilen mglich.

Lastausleitung vom Einstellprofil indie Verbundsttze durch Kopfbolzen-dbel.

Durchleitung des Beton- und Rohr-lastanteils durch die Decke.

Vorteile: Schnelle Stahlbaumontage. Die Sttze kann mehrgeschossig

ausgefhrt werden. Die Trger richten die Sttzen aus und

stabilisieren sie whrend der Montage. Der biegesteife Trgeranschluss

ermglicht eine gute Materialaus-nutzung des Deckentrgers.

Zu beachten: Nach dem Anschluss des Trgers muss

das Rohr verschlossen werden. Sttzen- und Deckenbeton sollten

wegen des Bauablaufs die gleiche Betongte haben.

Konstruktive Hinweise: Der Ausgleich von Fertigungstoleran-

zen und Ausfhrungsungenauigkeitenkann am Sto des Einstellprofils mitFutterblechen erfolgen.

Der Brandschutz der Trger und derAnschlusslaschen erfolgt mit Spritz-putz oder Plattenbekleidung. Der Tr-ger selbst kann auch durch Ausbeto-nieren geschtzt werden (Kammer-beton, siehe Foto).

Hllrohr

h Bet

ond

ecke

DRohr 1

tRohr

Kopfplatten

Luftspalt h Tr

ger

Stahlkragen

Verbund-obergurt-bewehrung(Zug)

Bau- und Endzustandbiegesteif

Bauzustand gelenkigEndzustand biegesteif

Einstellprofil

Druckplatten

Kopfbolzendbel

1.2.1 Biegesteifer Trgeranschluss am Einstellprofil

9BAUEN MIT STAHL

Vorteile: Sehr einfache Stahlbaumontage. Die Sttze kann mehrgeschossig

ausgefhrt werden. Sttzen- und Deckenbetongten sind

unabhngig von einander. Auch bei unterbrochenem Sttzen-

rohr (wie im Bild) sind keine Anschluss-ffnungen im Rohr zu schlieen.

Durch sinnvolle Wahl des Abstandesdes Trgeranschlusses zur Rohrachseknnen die Momentenbelastungender Sttze aus ungleichen Auflager-krften der Deckentrger ausgeglichenwerden.

Zu beachten: Lange Anschlussbleche knnen groe

Sttzenmomente erzeugen.

Konstruktive Hinweise: Der Ausgleich von Fertigungstoleran-

zen und Ausfhrungsungenauigkeitenkann am Sto mit Futterblechen er-folgen.

Der Brandschutz der Trger und derAnschlusslaschen erfolgt mit Spritz-putz oder Plattenbekleidung. Auer-halb des Anschlusses kann der Trgerauch durch Ausbetonieren (Kammer-beton, siehe Foto) geschtzt werden.

Nachweise: Fahnenblechanschluss (siehe auch

Abs. 2.3) Durchleitung des Beton- und Rohr-

anteils an der Sttzenlast durch dieDecke

Lastausleitung vom Einstellprofil indie Verbundsttze durch Kopfbolzen-dbel.

h Bet

ond

ecke

DRohr

tRohr

HllrohrStahlkragen

h Tr

ger

Verbundtrger Fahnenblech(durchgesteckt)

Deckenbewehrung

Einstellprofil

Kopfbolzen-dbel

1.2.2 Gelenkiger Anschluss ber Fahnenbleche

10


1.3 bergang Stahlverbund-sttze in Betonsttze

Aufgrund ihrer groen Tragfhigkeitwerden Stahlverbundsttzen oft nur im unteren, hochbelasteten Gebude-bereich eingesetzt. In den oberen Ge-schossen verwendet man wieder Stahl-betonsttzen. Die Stahlverbundsttzenmssen dann mit den Stahlbetonsttzenverbunden werden.

Vorteile: Eindeutig definierter Lasteinleitungs-

bereich Sttzenbewehrung und Einstellprofil

sind voneinander unabhngig.

Zu beachten: Luftffnungen fr den Betoniervor-

gang der Sttze beim Betonierenvon unten oder Einfllffnung beimBetonieren von oben vorsehen.

Konstruktive Hinweise: Der Spalt zwischen Bewehrungsende

und Kopfplatte darf nur wenige cmbetragen. Es ist jedoch kein planmi-ges Anschweien oder Anschraubender Bewehrung erforderlich (siehe Verffentlichung von Prof. Dr. G. Hanswille).

Nachweise: Kopfplatte auf Biegung unter Berck-

sichtigung der planmigen Lage derBewehrungsstbe

Verankerungslnge der Bewehrung Kopfbolzendbel am Einstellprofil.

DRohr

tRohr

Hllrohr

h Dec

ke

30

mm

DStahlbetonsttze

Stahlbetonsttze

Stahlbetondecke

Einstellprofil

Kopfplatte

30

mm

Sttzen-bewehrung

Kopfbolzendbel

1.3.1 bergang mit Hilfe einer Kopfplatte

11

BAUEN MIT STAHL

Vorteil: Die bei sehr groen Sttzendurch-

messern notwendigen dicken Fu-platten knnen entfallen.

Zu beachten: Der Kraftanteil des Einstellprofils ist

mit Kopfbolzendbel einzuleiten.

DRohr

tRohr

Hllrohr

DStahlbetonsttze

Betonsttze

Einstellprofil

KopfplatteBewehrung

Kopfbolzendbel

1.3.2 bergang als bergreifungssto

12


1.4 Fupunkt von Verbundsttzen

Die Sttzenfe lagern in der Regel aufEinzel- oder Streifenfundamenten ausBeton. Auch die Lagerung direkt auf derBoden- oder Deckenplatte ist blich.Es besteht jedoch auch die Mglichkeitdie Stahlverbundsttzen direkt auf eineStahlbetonwand oder einen Stahlbeton-unterzug aufzusetzen.

Lsungen fr die Lastausleitungen sindin den folgenden Details beschrieben.

Vorteile: Einfache Montage und Ausrichtung

der Sttze. Die Sttze wird auf die fertiggestellte

Rohdecke oder das Fundament gestellt.

Zu beachten: Bei dnnem Bodenaufbau (kein Hohl-

raumboden o. .) sind fr die Fuplatteund deren Verschraubung Vertiefungenim Beton vorzusehen.

Konstruktive Hinweise: Zwischen Oberkante Bewehrung und

Unterkante Fuplatte darf ein beton-gefllter Spalt von maximal 3 cm ver-bleiben. Direkter Kontakt zwischenFuplatte und Bewehrung ist nichterforderlich (siehe Verffentlichungvon Prof. Dr. G. Hanswille).

Nachweise: Lastausbreitung in der Fuplatte Pressung der Betonflche unter

Ausnutzung der Teilflchenpressunggem DIN 1045.

DRohr

tRohr

Hllrohr

30

mm

Einstellprofil

Fuplatte

Fundament mit Bewehrung

Vertiefung

1.4.1 Lastausleitung mit Hilfe von Fuplatten

13

BAUEN MIT STAHL

Vorteile: Die Lastausleitung findet ber eine

groe Lnge statt, d.h. lokale Bean-spruchungen sind gering.

Die geringe Festigkeit des Betonsunter der hochtragfhigen Sttzeverliert an Bedeutung.

Zu beachten: Das Stahlprofil ist mit den Toleranz-

forderungen des Stahlbaus einzu-bauen.

Konstruktive Hinweise: Oft ist innerhalb der Kammern von

Walzprofilen fr die Kopfbolzendbelkeine Spaltzugbewehrung erforderlich.

Nachweise: Nachweis der Kopfbolzendbel Schubnachweis des Betons im Bereich

der Kopfbolzendbel Spaltzugbewehrung.

DRohr

tRohr

Hllrohr Einstellprofil

Kopfbolzen-dbel

Stahlkragen

Betondecke

Betonwand

b

z. B. Stahlbetonsttze Stahlbetonwand

Bgelbewehrung

1.4.2 Lastausleitung mit Kopfbolzendbel am Stahleinbauteil

14


2 Detaillierung der statischen Nachweise

Bei den Darstellungen der verschiedenenAnschlusstypen unter Punkt 1.1 bisPunkt 1.4 sind auch die zu fhrendenstatischen Nachweise angegeben.

Nachfolgend werden wichtige Nach-weise in Form einfacher Zahlenbeispielegefhrt. Es wird jedoch darauf hinge-wiesen, dass diese im Detail gefhrtenRechenbeispiele nur unter genauerEinhaltung der hier angefhrten Rand-bedingungen gltig sind.

2.1.1 Vorgaben

Ausfhrungsart: Innensttze Hllrohr: D = 406 mm, t = 10 mmEinstellprofil: Flachstahlkreuz 200 mm 200 mm 30 mmBeton (Decke und Sttze): C 30/37

Querkraft aus der Decke: VEd = 600 kN (VEk = 430 kN)Deckendicke: h = 30 cmStatische Hhe: d = 26 cmObere Bewehrung: 14 mm 15 cm kreuzweise

2.1.2 Nachweise

Die Nachweise gegen Durchstanzen erfolgen nach DIN 1045-1, Absatz 10.5.

Die angegebenen Ziffern verweisen auf die jeweiligen Gleichungen der DIN 1045-1.

Der rechnerische Durchmesser der lastabtragenden Sttze (inkl. Stahlkragen) betrgt:dSt = 406 mm + 2 0,5 60 mm = 466 mm

Der mittlere Bewehrungsgrad in den Rundschnitten betrgt: = 10 cm2/m/(26 cm 100 cm) = 0,00385

DRohr

tRohr

Hllrohr

Einstellprofil

Stahlkragen

rcrit

R

As,o

Betonierfuge

D1

2.1 Durchstanznachweis der Stahlbetonflachdecke

15

BAUEN MIT STAHL

2.1.2.1 Nachweis im kritischen Rundschnitt

Es gilt: vEd vRd,ct (101)vEd,ukrit = vEd/ukritukrit = 2 rcrit = (0,466 m + 1,5 0,26 m 2) = 3,91 m (im Abstand 1,5 d)vEd,ukrit = VEd/ukrit = 1,05 600 kN/3,91 m = 161 kN/mvRd,ct = [0,14 (100 l fck)0,333] d (105) = 1 + (200/260)0,5 = 1,88 (106) = 1,0 (Normalbeton)vRd,ct = [0,14 1,0 1,88 (100 0,0038 30)0,333] 260 = 154 kN/mvEd,ukrit = 161 kN/m > 154 kN/m

Es ist eine Durchstanzbewehrung erforderlich.

Mit Durchstanzbewehrung gilt: vEd vRd,max (102)vRd,max = 1,5 vRd,ct = 1,5 154 kN/m = 231 kN/m > 161 kN/m (107)

2.1.2.2 Nachweis im inneren Rundschnitt u1(Abstand 0,5 d vom Rand)

u1 = (0,466 m + 0,5 0,26 m 2) = 2,28 mvEd,1 = 1,05 600 kN/2,28 m = 276 kN/ms = 0,7 (Minimalwert)vEd,1 = vRd,c + s Asw1 fyd/u1 (108)vRd,c = vRd,ct = 154 kN/mfyd = fyk/1,15 = 50,0 kN/cm2/1,15 = 43,5 kN/cm2

Damit ergibt sich die erforderliche Bewehrung wie folgt:Asw1,erf = (vEd,1 vRd,c) u1/(s fyd)Asw1,erf = (276 kN/m 154 kN/m) 2,28 m/(0,7 43,5 kN/cm2) = 9,1 cm2

2.1.2.3 Nachweis im inneren Rundschnitt u2(Abstand 0,5 d + 0,75 d = 1,25 d vom Rand)

u2 = (0,466 m + 1,25 0,26 m 2) = 3,50 mvEd,2 = 1,05 600 kN/3,50 m = 180 kN/ms = 0,7vRd,c = vRd,ct = 154 kN/mAsw2,erf = (vEd,2 vRd,c) u2 sw/(s fyd d) (109)sw = 0,75 d = 0,75 0,26 = 0,195 mAsw2,erf = (180 kN/m 154 kN/m) 3,50 m 0,195/(0,7 43,5 kN/cm2 0,26 m) Asw2,erf = 2,2 cm2

Erforderliche Mindestbewehrung:min Asw2 = min w sw u2 (114) min w = 1,0 (nach 13.2.3. (5)) = 0,93 (nach Tabelle 29 fr C 30/37)min Asw2 = 0,93/1000 (19,5 cm 350 cm) = 6,4 cm2

Die Mindestbewehrung wird magebend.

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2.1.2.4 uerer Rundschnitt ua(Abstand 1,25 d + 1,5 d = 3,75 d vom Rand)

vEd,a < vRd,ct,a (104)ua = (0,466 m + 3,75 0,26 m 2) = 7,59 mvEd,a = 1,05 600 kN/7,59 m = 83 kN/mvRd,ct,a = a vRd,ct (112)lw = 1,25 d = 1,25 26 cm = 32,5 cm (gem DIN 1045-1, Bild 45)a = 1 0,29 lw/(3,5 d) = 1 0,29 32,5 cm/(3,5 26 cm) = 0,90 0,71 (113)vRd,ct,a = 0,90 154 kN/m = 139 kN/m83 kN/m < 139 kN/m

2.1.2.5 Nachweis zur Vermeidung eines fortschreitenden Versagens

Der Nachweis erfolgt nach DIN 1045-1, Absatz 13.3.2 (12)

As,erf = VEd/fyk = 430 kN/50 kN/cm2 = 8,6 cm2 (153)Mit dem Ansatz von F = 1,0 wird der Bemessungswert VEd = VEk. (Siehe hierfr die Berichtigung Nr. 2 zur DIN 1045-1 vom Juni 2005 [9])

gewhlt pro Seite: 4 12 mm

As,vorh = 4 4 1,22 /4 = 18,1 cm2

Ermittlung der Verankerungslnge:Grundma der Verankerungslnge nach Absatz 12.6.2(2):lb = dS/4 fyd/fBd (140)fBd = 0,30 kN/cm2 (nach Tabelle 25)lb = 12 mm/4 43,5 kN/cm2/= 0,30 kN/cm2 = 435 mm

Erforderliche Verankerungslnge nach Absatz 12.6.2 (3):lb,net = a As,erf/As,vorh lb (141)a = 1,0 (nach Tabelle 26)lb,net = 1,0 8,6 cm2/18,1 cm2 435 mm = 206 mm

lb,min = a 0,3 lb 10 ds (fr die Verankerung von Zugstben)lb,net a 0,3 lb und 10 dslb,net = 206 mm 1,0 0,3 435 mm = 131 mm 10 12 mm = 120 mm

Da rechtwinklig zur Bewehrung ausreichend Querdruck aus der aufgehenden Sttze vorhanden ist, wird der Nachweis analog zur Nachweisfhrung Zugkraftdeckung am Endauflager bei direkter Auflagerung gefhrt (Absatz 13.2.2 (8)).

lb,dir = 2/3 lb,net = 2/3 206 mm = 136 mm (149)lb,dir 6 ds = 6 12 mm = 72 mm (siehe Absatz 13.2.2 (9))

Die untere Bewehrung ist mindestens um das Ma lb,dir = 136 mm hinter den Auflagerrand zu fhren. Die obere Bewehrung ist teilweise durch das Einstell-profil zu fhren. Sollte das Stahlrohr durchlaufend konstruiert sein, so sind fr diese Bewehrung Bohrungen vorzusehen.

17

BAUEN MIT STAHL

2.2.1 Vorgaben

Abmessungen: Siehe Beispiel im Kapitel 2.1.Einwirkungen: Die angesetzten Einwirkungen ergeben sich anteilig aus

der Bemessung der Verbundsttze.Max. Vertikalkraft im Beton: NEd,c = 920 kNMax. Vertikalkraft im Stahlrohr (D=406 mm): NEd,a,Ro = 1560 kN

2.2.2 Teilflchenbelastung des Betons

Der Nachweis erfolgt nach DIN 1045-1, Absatz 10.7.

Maximale Druckspannung im Betoncd = 920 kN/[(40,6 cm 2,0 cm)2 /4

(20,0 cm 3,0 cm + 17,0 cm 3,0 cm)]= 920 kN/(1170 cm2 111 cm2) = 0,87 kN/cm2

Maximale Druckspannung im Stahlrohr ad = 1560 kN/124 cm2 = 12,6 kN/cm2

Summe der EinleitungskrfteFEd = cd 2,5 cm2/cm + ad 1,0 cm2/cm(Betondruck auf inneren Kragenberstand + Stahldruck aus Stahlrohr)FEd = 0,87 kN/cm2 2,5 cm2/cm + 12,6 kN/cm2 1,0 cm2/cm

= 2,18 kN/cm2 + 12,6 kN/cm2 = 14,8 kN/cm

Detail D1

2,5

Stahlkragenmittig gesttzt

1,0

Stahl

1,0

2,0

Beton

cdad

2.2 Nachweis im Bereich des Stahlkragens

18


Auermittigkeit der Einleitungskrfteed = MEd/FEdMEd = cd (2,5 cm)2/2 = 0,87 kN/cm2 2,52 cm2/2 = 2,72 kNed = 2,72 kN/14,8 kN/cm = 0,184 cm

Ersatzbreite b gleicher Pressungb = b 2 ed = 6,0 cm 2 0,184 cm = 5,63 cm

Betonpressung unter dem Stahlkragen (auf Ersatzbreite b):c,Edu = FEd/b = 14,8 kN/cm/5,63 cm2/cm = 2,63 kN/cm2

Fr die Ermittlung der zulssigen Teilflchenbelastung (siehe auch DIN 1045-1, Bild 51)wird vereinfachend die Ersatzbreite b als Lasteinleitungsbreite b1 angesetzt.b1 = 5,63 cm

Der Maximalwert fr die Breite b2 ergibt sich aus dem minimal zulssigen Ausbreitwinkel (Verhltnis 1:2) und der maximal mglichen Hhe der Ausbreitung (halbe Deckendicken, da Lasteinleitung von oben und von unten erfolgt).

max h = h/2 = 30 cm/2 = 15 cmb2 = 5,63 cm + 2 15 cm/2 = 20,63 cm

c,Rdu = FRdu/Ac0 = fcd (Ac1/Ac0)0,5 3,0 fcd Ac0 (116)fcd = 0,85 3,0 kN/cm2/1,5 = 1,7 kN/cm2

c,Rdu = 1,7 kN/cm2 (20,63 cm2/cm/5,63 cm2/cm)0,5 = 3,25 kN/cm2

c,Rdu max c,Rdu = fcd 3,0 = 1,7 kN/cm2 3,0 = 5,1 kN/cm23,25 kN/cm2 < 5,1 kN/cm2

c,Edu/c,Rdu = 2,63 kN/cm2/3,25 kN/cm2 = 0,81 < 1,0

Der Nachweis ist erfllt.

Die entstehende Spaltzugkraft kann durch die Scheibenwirkung der Decke aufgenommen werden. Wenn die Voraussetzungen hierfr nicht gegeben sind (z. B. bei Randsttzen), muss eine entsprechend dimensionierte Bewehrung eingelegt werden.

2.2.3 Nachweis des Stahlkragens

Der Nachweis erfolgt nach DIN 18800-1, Element (744).

Der Ausbreitwinkel betrgt 1:2,5. Ein weiterer Nachweis ist nicht erforderlich.

Es ist jedoch darauf zu achten, dass der Stahlkragen mit einem geeignetem Material entsprechend der geforderten Feuerwiderstandsdauer gegen Erwrmunggeschtzt wird.

19

BAUEN MIT STAHL

2.3 Nachweis der Schneidenlagerung

Der Nachweis erfolgt nach DIN 18800-5, Element (993).

2.3.1 Vorgaben

Ausfhrungsart: InnensttzeHllrohr: D = 406 mm, t = 10 mmAnschluss: mit durchgestecktem Fahnenblech t = 20 mm, S 235

gem Konstruktionsskizze Abschnitt 1.2.2Beton: C35/45

Anschlusslast: NEd = 900 kNMEd = 36 kNme = MEd/NEd = 36 kNm/900 kN = 0,04 m

2.3.2 Nachweis

Belastungsflche A1 unter dem Fahnenblech:l1 = 2 (D/2 t e)e = MEd/NEd = 36 kNm/900 kN = 0,04 m = 40 mml1 = 2 (406/2 10 40) = 306 mmA1 = l1 t = 306 mm 20 mm = 6120 mm2

Betonquerschnittsflche Ac des Sttzenquerschnitts:Ac = (406 mm 2 10 mm)2 /4 = 117020 mm2

fyk = 240 N/mm2

fyd = fyk/1,1 = 218 N/mm2

fck = 35 N/mm2

fcd = 1,0 35 N/mm2/1,5 = 23,3 N/mm2

c,Rd = fcd (1 + cL t/a fyk/fck) (Ac/A1)0,5 fyk (72)cL = 4,9 (fr Rohre)Ac/A1 = 117020 mm2/6120 mm2 = 19,1 20c,Rd = 23,3 (1 + 4,9 10 mm/406 mm 240/35) 19,10,5

= 186 N/mm2 218 N/mm2c,Ed = 900 103N/6120 mm2 = 147 N/mm2 < c,Rd


20


2.4.1 Vorgaben

Ausfhrungsart: InnensttzeStahlbetonsttze: D = 400 mm, C35/45Verbundsttze: Hllrohr: D = 406 mm, t = 8,8 mm, S 235 Einstellprofil: HEA 200, S 355Betonfllung: C 30/37

2.4.2 Lastaufteilung allgemein

Bei der Aufteilung der Traganteile fr Stahlrohr, Einstellprofil und Beton ergibt sich:Anteil I-Profil: Na,I = Npl,a,I/Npl NEdAnteil Rohrprofil: Na,Ro = Npl,a,Ro/Npl NEdAnteil Beton: Nc = Npl,c/Npl NEd

2.4.3 Nachweis der Verbundsttze (C 30/37)

Der Nachweis der Verbundsttze erfolgt analog zu Abs. 2.5.

2.4.4 Nachweis der Teilflchenbelastung oberhalb des Einstellprofils

Da die Lasteinleitung vollstndig durch Kopfbolzendbel abgedeckt wird, ist lediglicheine konstruktive Spaltzugwehrung oberhalb des Stahlprofils erforderlich.

gew: 6 B ds 8 mm/100 mm

Hllrohr

Einstellprofil

N3

N1:Betonpressung aufdie Stirnflche desEinstellprofils

Wenn Verdbelungerforderlich:

N2:Lastanteil der vomBeton ber die Kopf-bolzendbel in dasEinstellprofil geleitetwird

N3:Kraftanteil der imBeton verbleibt

N2

N3

N2

N1

Kraftverlauf im Anschlussbereich

Beton

Kopfbolzendbel

2.4 Darstellung des Kraftflusses beim Nachweis der Einleitung der Deckenlasten in die Verbundsttze

21

BAUEN MIT STAHL

2.5.1 Vorgaben

Ausfhrungsart: InnensttzeStahlbetonsttze: D = 400 mm, C 35/45Bewehrung: 12 x 28 mm

VerbundsttzeHllrohr: D = 406 mm, t = 8,8 mm, S 235Einstellprofil: HEA 200, S 355Stirnplatte: t = 10 mm, S 235Betonfllung: C 30/37

Normalkraft am bergang zur Verbundsttze: NEd = 5400 kNNormalkraft incl. der Last aus der Decke: NEd = 6000 kN

2.5.2 Nachweise

Die Nachweise in der Druckfuge werden separat fr die obere Stahlbetonsttze und fr die untere Verbundsttze nachgewiesen.

Hllrohr

Einstellprofil

Lng

e so

fest

lege

n, d

ass

ein

Gel

enk

vert

rgl

ich

ist

(ggf

. in

der

Dec

ke a

nord

nen)

Betondecke

Sp

alt

10

mm

Schubknagge

Betonsttze

Kopfplatte

Kopfbolzendbel

Bgelbewehrung

2.5 Nachweis im bergangsbereich Stahlbetonsttze Verbundsttze

22


2.5.2.1 Stahlbetonsttze (C35/45)

Der Nachweis erfolgt nach DIN 1045-1, Absatz 13.8.2

NEd = 5400 kN Ac = 402 /4 = 1256 cm2

As = 12 ds2/4 = 12 2,82 cm2/4 = 73,9 cm2

Nach Absatz 13.8.2 (7) gilt:NRd = (Ac fcd + As fyd) (158) = 1,0 In Anlehnung an DAfStb Heft 525 (Kommentar zu 13.8.2 Druckfugen/Fertigteilsttze mit Stahlplatte)

fcd = 0,85 3,5 kN/cm2/1,5 = 1,98 kN/cm2

fyd = 50 kN/cm2/1,15 = 43,5 kN/cm2

NRd = 1,0 (1256 cm2 1,98 kN/cm2 + 73,9 cm2 43,5 kN/cm2) = 5702 kNNEd NRd


Achtung: Nach Minnert [8] muss der Spalt zwischen Stahlplatte und Bewehrung 10 mm und die Stahlplatte mindestens 10 mm dick sein.

2.5.2.2 Verbundsttze (C 30/37)

Der Nachweis erfolgt nach DIN 18800-5, Element (988)

NEd = 6000 kN (inkl. Last aus Decke)AS1 = 110 cm2 (Hllrohr)AS2 = 53,8 cm2 (Einstellprofil)Ac = D2 /4 AS1 AS2 = 40,62 /4 110 cm2 53,8 cm2 = 1130 cm2

Npl,d,c = 1130 cm2 1,0 3,0 kN/cm2/1,5 = 2260 kNNpl,d,HEA200 = 53,8 cm2 36 kN/cm2/1,1 = 1761 kNNpl,d,Rohr406 = 110 24 kN/cm2/1,1 = 2400 kNNpl,d = Npl,d,HEA200 + Npl,d,Rohr406 + Npl,d,c = 6421 kN

Es wird der volle Lastanteil des Einstellprofils ber Kopfbolzendbel eingeleitet.NEd Npl,d,HEA200/Npl,d = 6000 kN 1761 kN/6421 kN = 1646 kN

gew: 8 x 2 x 1 = 16 KBD 22 mm, eL = 125 mm

Ecm0 = 31900 N/mm2 (gem DIN 1045-1, Tabelle 9, fr C 30/37)Ecm ~ Ecm0/1,1 = 29000 N/mm2

(gem Druckfehlerkorrektur nach DAfStb Heft 525, S. 57 [9])

23

BAUEN MIT STAHL

2.5.2.3 Dbeltragfhigkeit

Die Ermittlung erfolgt gem Element (935).

PRd = 0,8 fu d2/4 1/v (38)fu = 45 kN/cm2 (Maximalwert angesetzt)v = 1,25PRd = 0,8 45 kN/cm2 3,14 2,22/4 1/1,25 = 109,5 kNoderPRd = 0,25 d2 (Ecm fck)0,5 1/v (39) = 1 (fr eL/d > 4)eL/d = 125 mm/22 mm = 5,7 > 4PRd = 0,25 1,0 2,22 (2900 3,0)0,5 1/1,25 = 90,3 kNMagebend ist PRd = 90,3 kN (der kleinere Wert)

2.5.2.4 Reibungsanteil

Die Ermittlung erfolgt gem Element (991)

PRd/2 = 0,5 90,3 kN/2 = 22,6 kN (je Flansch, siehe auch DIN 18800-5, Bild 25) = 0,5 (Reibungsfaktor Stahl/Beton)PRd = 90,3 + 2 22,6 = 135,5 kNPEd = 1646 kN/16 = 102,9 kNPEd/PRd = 102,9 kN/135,5 kN = 0,76 < 1,0

Der Nachweis der Lastberleitung von der Stahlbetonsttze in die Verbundsttze ist damit erbracht.

2.5.2.5 Spaltzugbewehrung

Unter der Annahme, dass sich die Druckstrebe unter einem Winkel von 45ausbreitet, ergibt sich pro Dbel folgende Spaltzugkraft (vereinfachend wird der Reibungs- und der Dbelkraftanteil entsprechend dem Ausnutzungs-faktor 0,76 reduziert):

ZS = ZEd ~ 0,76 90,3 kN/2 = 34,3 kN (siehe DIN 18800-5, Bild 24)As,erf = 34,3 kN/43,5 kN/cm3 = 0,79 cm2

gew: 8 B ds 10 mm/125 mm

24


Literatur

[1] DIN 18800 Stahlbauten Teil 5: Verbundtragwerke aus Stahl undBeton Bemessung und Konstruk-tion, November 2005

[2] DIN V ENV 1994 Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion vonVerbundtragwerken aus Stahl undBeton, Teil 1-1: Allgemeine Bemes-sungsregeln, Bemessungsregeln frden Hochbau, Februar 1994

[3] DIN V ENV 1994 Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion vonVerbundtragwerken aus Stahl undBeton, Teil 1-2: Allgemeine Regeln,Tragwerksbemessung im Brandfall,Juni 2004

[4] Hanswille, G.: Die Bemessung von Stahlverbund-sttzen nach nationalen und EU-Regeln. Der Prfingenieur, April 2003

[5] DIN 1045 Tragwerke aus Beton,Stahlbeton und Spannbeton. Teil 1:Bemessung und Konstruktion, Juli 2001

[6] Prfbericht Nr. 4117.20-007/04 zurstatischen Typenprfung Verbund-sttzenkatalog, BAUEN MIT STAHLe. V., Dsseldorf, 2005

[7] Sedlacek, G., Weynand, K., Oerder, S.:Typisierte Anschlsse im Stahlhoch-bau. Stahlbau-VerlagsgesellschaftmbH, Dsseldorf, 2000

[8] Minnert, J., Majer, J., Mertens, R.:Bemessung und Konstruktion vonstumpf gestoenen Fertigteilsttzen.Beton- und Stahlbetonbau 97 (2002).S. 202211

[9] Erluterung zu DIN 1045-1. Deutscher Ausschuss fr Stahlbeton(DAfStb), Heft 525. Berlin, Wien, Zrich, Beuth Verlag, 2003

1.3 Beanspruchung Kaltzustand

Ed = [13 (6,75 + 5,25) + (5,4 + 3,75)] 30 = 4954 kN

1.4 Beanspruchbarkeit Kaltzustand

Knicklnge = Geschosshhe: 3,60 mgewhlt: Rohr 355,6 x 8 S235

C 30/37 } Rd = 4992 kN (Zulassung Anl. 12)HE 160B S355

1.5 Nachweis Kaltzustand

Ed < Rd erfllt!

Teilsicherheitsbeiwerte Brandfall (auergewhnliche Einwirkung)Kombinationsbeiwerte sowie Teil- sicherheitsbeiwerte gem EC 1-2-2, Anhang F bzw. DIN 1055-100, Anhang AGA = 1,0

gd,A,1 = 1,0 5,0 = 5,0 kN/m2

gd,A,2 = 1,0 4,0 = 4,0 kN/m2

1 = 0,5 q1 = 0,5 3,5 = 1,75 kN/m2

q2 = 0,5 2,5 = 1,25 kN/m2

1.6 Beanspruchung Brandfall

Efi,d = GA Gk + 1 Qi= [13 (5 + 1,75) + (4 + 1,25)] 30 = 2790 kN

1.7 Beanspruchbarkeit Brandfall

Knicklnge im Brandfall: 0,7 3,60 m = 2,52 mRfi,d = 2137 kN (Zulassung, Anlage 10)Efi,d > Rfi,d nicht erfllt!

Manahme: z. B. Erhhung der Betonklasse auf C 50/60

Rfi,d = 2799 kNoder z. B. Vernderung des Einstellprofils auf HE 160 M

Rfi,d = 2980 kN

1.8 Nachweis Brandfall

Efi,d < Rfi,d erfllt!25

BAUEN MIT STAHL

Anhang

Bemessung von Stahlverbund-sttzen nach typengeprftemVerbundsttzenkatalog, Prfbericht Nr. 4117.20-007/2004 [6]

Fr eine schnelle, einfache Bemessungvon Verbundsttzen mit eingestelltenStahlprofilen wurde ein typengeprfterVerbundsttzenkatalog erstellt. DerKatalog enthlt die Traglasten fr beton-gefllte Rohrprofilsttzen mit einemI-Profil bzw. Kreuzprofil als Einstellprofil.Es sind tabellarisch die Beanspruchbar-keiten sowohl fr den Kaltzustand, alsauch fr die Heibemessung mit denFeuerwiderstandsklassen R60, R90 undR120 angegeben. Das Nachweisschemazeigt das nachfolgende Beispiel. Der Katalog ist bei der OrganisationBAUEN MIT STAHL e. V. erhltlich.

Beispiel

1.1 Vorgaben

Innensttze im 2. Obergeschoss eines 15-geschossigen Brogebudes

Feuerwiderstandsklasse R90 Geschosshhe 3,60 m Sttze in jedem 2. Geschoss gelenkig

gestoen.

1.2 Einwirkungen

Die Sttzen stehen so, dass die Last-einleitung zentrisch erfolgt. Die Lasteinzugsflche betrgt 30 m2.

RegelgeschossEigengewicht: gk,1 = 5,0 kN/m2

Verkehrslast: qk,1 = 3,5 kN/m2

DachEigengewicht: gk,2 = 4,0 kN/m2

Verkehrslast: qk,2 = 2,5 kN/m2

Teilsicherheitsbeiwerte KaltzustandG = 1,35

gd,1 = 5,0 1,35 = 6,75 kN/m2

gd,2 = 4,0 1,35 = 5,40 kN/m2

Q = 1,5 qd,1 = 3,5 1,5 = 5,25 kN/m2

qd,2 = 2,5 1,5 = 3,75 kN/m2

EG

1. OG

2. OG

3. OGMontagesto

Montagesto

Knickbiegelinie im Brandfall

26


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