Konstruieren im Stahlbetonbau 1: Grundlagen mit Anwendungen im Hochbau (eBook)

Hans-Hermann Prüser (Autor)

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2008 | 1. Auflage
276 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
978-3-446-41900-1 (ISBN)

Infos

Der überwiegende Anteil aller Rohbauleistungen wird in der Stahlbetonbauweise ausgeführt. Sie hat seit ihren Anfängen vor 150 Jahren eine stürmische Entwicklung genommen und ist heute ein Hightech-Produkt des konstruktiven Ingenieurbaus. Das Einsatzspektrum ist ausgesprochen breit. Es beinhaltet Tiefbau, Hochbau, Industriebau, Brückenbau, Behälterbau. Die Konstruktionen werden höher und schlanker. Die Möglichkeiten der Formgebung sind vielfältig und die Bauzeiten verkürzen sich. 



Dieses Buch richtet sich vorrangig an Studierende des Bauingenieurwesens. Es ist in zwei Bänden konzipiert. Im vorliegenden 1. Band werden die Grundlagen der Stahlbetonbauweise erläutert und anhand einfacher Beispiele aus dem Hochbau angewendet. Das Verständnis zum Sicherheitskonzept, zum Baustoff an sich und zu seinem Verhalten unter Beanspruchung soll detailliert vermittelt werden. Es ist Voraussetzung für die Planung im Entwurf und in der Ausführung sowie in der Anwendung moderner Bemessungsprogramme. Anschauliche Grafiken und ausführlich ausgearbeitete Anwendungsbeispiele tragen zum Verständnis bei. 



Am Ende des Buches sind ergänzende Übungsbeispiele angegeben, die zum selbstständigen Bearbeiten und Vertiefen des Stoffes anregen sollen. http://www.hhprueser.de enthält weitere Informationen und Beispielaufgaben sowie auch einfache ausgewertete Tabellenkalkulationen, zum Stahlbetonbau.

Autor

Prof. Dr.-Ing. Hans-Hermann Prüser lehrt die Fächer Baustatik, Massivbau und Mauerwerksbau an der FH Oldenburg.

Inhalt

Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 8
1 Einleitung 14
1.1 Stahlbeton – ein zuverlässiger und universell einsetzbarer Baustoff 14
1.2 ... etwas zur Geschichte 16
1.3 Das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen 19
1.4 Normung und Vorschriften 23
1.4.1 Konstruktion und Bemessung 23
1.4.2 Das Sicherheitskonzept im Bauingenieurwesen 24
2 Die Beanspruchung der tragenden Konstruktion 26
2.1 Charakteristische Einwirkungen im Hochbau 26
2.2 Das Nachweiskonzept der DIN 1045-1 27
2.2.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit 28
2.2.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 29
2.3 Verfahren zur Ermittlung von Schnittgrößen 30
2.3.1 Elastizitätstheorie 31
2.3.1.1 Allgemeines und Voraussetzungen 31
2.3.1.2 Vorgehensweise an einem Beispiel erläutert 32
2.3.2 Elastizitätstheorie mit Momentenumlagerung 37
2.3.3 Plastizitätstheorie 38
2.3.4 Nichtlineare Verfahren 39
2.4 Idealisierungen und Vereinfachungen am Tragwerk 41
2.4.1 Wirksame Stützweite 42
2.4.2 Mitwirkende Plattenbreite 43
2.4.3 Abminderung von Stützmomenten 44
2.4.4 Abminderung der Querkraft 45
2.4.5 Imperfektionen für ein Gesamttragwerk 45
2.5 Schnittgrößenermittlungen an einem Hochbautragwerk 46
2.5.1 Systemfindung 48
2.5.1.1 Tragglieder für die Abtragung vertikaler Lasten 49
2.5.1.2 Abtragung horizontaler Lasten und Aussteifung desTragwerkes 50
2.5.2 Handrechenverfahren zur Vordimensionierung einzelner Bauteile 51
2.5.2.1 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG ? TS 1.1:Einachsig gespannte Platte über 5 Felder 52
2.5.2.2 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG ? TS 1.2:2–Feldunterzug mit Kragarm 56
2.5.2.3 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG ? TS 1.3:Abfangung im Rasterpunkt C3 als Unterzug 61
2.5.2.4 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG ? TS 2.1:2–achsig gespannte, durchlaufende Platte 62
2.5.2.5 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG ? TS 2.1:Unterzugsystem 71
2.5.2.6 Pos. 3 Gebäudestützen ? Zusammenfassende Darstellung 72
2.5.3 Simulationen des Gesamttragwerkes in der Ausführungsplanung 75
2.5.3.1 Zur Notwendigkeit der Berechnung nach Theorie 2.Ordnung — Prüfung der Verschieblichkeit des Rahmensystems. 76
2.5.3.2 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG 79
2.5.3.3 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG 87
2.5.3.4 Pos. 3 Stützen- und Rahmensystem / Gebäudeaussteifung 90
3 Festigkeit und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen 93
3.1 Beton 94
3.1.1 Allgemeines 94
3.1.2 Festigkeit und Verformbarkeit 96
3.1.3 Zeitabhängiges Verformungsverhalten infolge Schwinden und Kriechen 101
3.2 Betonstahl 103
3.3 Der Verbund zwischen Stahl und Beton 105
3.4 Tabellen für Bemessung und Konstruktion 107
3.4.1 Kennwerte des Betons 107
3.4.2 Querschnitte von Längsbewehrungen 109
3.4.3 Querschnitte von Bügelbewehrungen 110
3.4.4 Das Grundmaß der Verankerungslänge [cm] 111
4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) 113
4.1 Biegung mit Normalkraft in Balken und Platten 113
4.1.1 Grundlagen 113
4.1.2 Rechteckige Betondruckzone (Normalbeton C 12/15 bis C 50/60) 117
4.1.2.1 . . . ohne Druckbewehrung 119
4.1.2.2 . . . mit Druckbewehrung 121
4.1.3 Beliebige, nicht rechteckige Betondruckzone 124
4.1.4 Ergänzende Betrachtungen am Plattenbalken 125
4.1.5 Beispiele zur Bemessung auf Biegung mit Normalkraft 127
4.2 Querkraft 156
4.2.1 Bauteile ohne rechnerisch erforderliche Querkraftbewehrung 156
4.2.2 Bauteile mit rechnerisch erforderlicher Querkraftbewehrung 158
4.2.3 Zugkraftverankerung am Endauflager 163
4.2.4 Reduzierung des Bemessungswertes für die Ermittlung der Querkraftbewehrung 164
4.2.5 Bemessungsbeispiele 165
4.3 Stützen (Betondruckglieder) 172
4.3.1 Bemessung mit Interaktionsdiagrammen 173
4.3.2 Berücksichtigung von Tragwerksverformungen Modellstützenverfahren 177
4.3.2.1 Imperfektionen 178
4.3.2.2 Theorie 2. Ordnung 179
4.3.2.3 Kriecheinfluss 182
4.3.3 Bemessungsbeispiele Modellstützenverfahren 182
Anwendungsbeispiel 4.3.1: Einzelstütze mit den Lagerungen: 182
5 Bemessung: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZGT) 195
5.1 Allgemeines 195
5.2 Die Begrenzung von Spannungen 196
5.3 Die Begrenzung der Rissbreite 196
5.3.1 Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite 198
5.3.1.1 Abfließen der Hydratationswärme 199
5.3.1.2 Äußerer Biege-Zwang 199
5.3.2 Nachweis der Rissbreitenbegrenzung ohne direkte Berechnung 200
5.3.3 Bemessungsbeispiele Rissbreitenbegrenzung 200
5.4 Durchbiegung 205
5.4.1 Begrenzung der Biegeschlankheiten 206
5.4.2 Bemessungsbeispiele Durchbiegung 207
6 Konstruktionsregeln 210
6.1 Dauerhaftigkeit 210
6.2 Die Übertragung und Verankerung von Kräften zwischen Stahl und Beton 212
6.3 Bügel und Querkraftbewehrung 214
6.4 Konstruktionsregeln für einzelne Bauteile 215
6.4.1 Balken und Plattenbalken 215
6.4.2 Stahlbetonplatten 216
6.4.3 Stahlbetonstützen 217
7 Bewehrungskonstruktion 219
7.1 Durchlaufträger mit Kragarm 219
7.1.1 Vereinfachte Systembeschreibung 219
7.1.2 Biegebewehrung mit Zugkraftdeckung 219
7.1.3 Bügelbewehrung mit Querkraftdeckungslinie 225
7.2 Durchlaufende, 2-achsig gespannte Platte 228
8 Übungsaufgaben 233
A Hilfsmittel zur Schnittgrößenermittlung 247
A.1 Durchlaufträger unter Gleichstreckenlasten 247
A.1.1 Charakteristische Schnittgrößen: 2-Feldträger und 3-Feldträger mit gleichen Stützweiten 247
A.1.2 Maßgebende Bemessungsschnittgrößen: Durchlaufträger bis zu 5 Felder mit gleichen Stützweiten 247
A.1.3 Maßgebende Bemessungsschnittgrößen: 2-Feldträger mit unterschiedlichen Stützweiten und Kragarmen 248
A.2 Rechteckplatten unter konstanten Flächenlasten 254
A.2.1 Biegemomente in durchlaufenden Platten nach Pieper-Martens A 254
A.2.2 Auflagerreaktionen von Rechteckplatten nach dem Verfahren der Lasteinzugsflächen 255
A.2.3 Die vereinfachte Momentenverteilung in Rechteckplatten nach Czerny 257
A.3 Die Knicklänge in Rahmensystemen 258
B Vergleichende Computersimulation 259
B.1 Unterzuggelagerte Deckenplatte mit Haupttragrichtung 259
B.2 Unterzuggelagerte Deckenplatte zweiachsig gespannt 263
C Bemessungshilfsmittel für höherfesten Beton 266
D Leitfäden für Bemessungsaufgaben 267
D.1 Bemessung: Biegung mit Längskraft (Vordimensionierung) 267
D.2 Tragfähigkeit: Biegung mit Längskraft (C 12/15 – C 50/60) 269
D.3 Bemessung: Querkraft (Vordimensionierung) 270
Literaturverzeichnis 271
Begriffe und Formelzeichen 272
Sachwortverzeichnis 275
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Textauszug

3 Festigkeit und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen (S. 92-93)

Die Tragfähigkeit eines Stahlbetonbauteiles ergibt sich aus dem Zusammenwirken der Baustoffe Beton und Stahl. Es ist so zu konstruieren, dass es den Beanspruchungen gemäß Kapitel 2 sicher widerstehen kann.

In diesem Kapitel werden allgemein die Werkstoffeigenschaften von Beton und Stahl sowie ihre Verbundwirkung betrachtet. Dazu zählen insbesondere das Festigkeits- und Verformungsverhalten.

In der DIN 1045-1 sind die im Stahlbetonbau einzuhaltenden Materialkennwerte festgelegt. Sie sind ein Ergebnis aus der Auswertung empirischer Versuche und sind Grundlage für das in dem Kapitel 4 behandelte Bemessungskonzept zur Bestimmung des Tragwiderstands eines Stahlbetonquerschnittes. Die heute im Stahlbetonbau vorwiegend verwendeten Baustoffe sind der Normalbeton der Güten C12/15 bis C50/60 und der Betonstahl BSt 500/550. Deshalb konzentrierten sich die nachfolgenden Eräuterungen darauf.

Die Ausführungen sind aber aus gutem Grund allgemeiner gehalten: Ein immer weiter wachsender Anteil des Umsatzes im Baugewerbe wird heute mit dem Bauen im Bestand erzielt. Umbaumaßnahmen an bestehenden Bauwerken beinhalten oft anspruchsvolle Aufgaben des Ingenieurbaus. Sie werden erforderlich, wenn während der Lebensdauer des Bauwerkes Nutzungsänderungen, veränderte Nutzungsgewohnheiten oder energetische Ertüchtigungen in einer zu verändenden Konstruktion zu berücksichtigen sind. So können aus Lagern Verkaufs- oder Büroräume werden, Wohngebäude werden entkernt, Brückenbauwerke erhalten veränderte Verkehrslasten. Entsprechend vielfältig sind die entsprechenden Planungs- und Bauleistungen: Gegebenenfalls sind tragende Wände zu entfernen oder zu versetzen. Neue Wand- und Deckendurchbrüche entstehen. Unterzüge, Stützen und Fundamente erhalten nach dem Umbau veränderte Belastungen. Zu Beginn von Umbauten steht die Untersuchung von Tragverhalten und Tragfähigkeit der Gebäudesubstanz. Selbstverständlich sind dabei die damals verwendeten Baustoffe zu berücksichtigen. Vor 50 Jahren wurden andere Beton- und Betonstahlgüten verwendet als heute. Darüber hinaus sind Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten durchzuführen, um die bestehenden Bauwerke dauerhaft zu sichern und in guter Qualität zu erhalten. Auch hier sind ggf. andere als die heute gebräuchlichen Materialkennwerte zu berücksichtigen.

3.1 Beton

Im Rahmen dieses Buches wird die Konstruktion von Stahlbetonbauteilen und mit ihren Nachweisen in den Grenzzuständen von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Die Herstellung und Güteüberwachung von Beton ist nicht Gegenstand der Ausführungen. Es wird davon ausgegangen, dass die auf der Baustelle benötigte Betonqualität entweder vor Ort hergestellt werden kann oder von Transportbetonfirmen auf die Baustelle geliefert wird. Deshalb sind im folgenden Abschnitt 3.1.1 nur in Ansätzen einige betontechnologische Zusammenhänge wiedergegeben. Für eine vertiefende Betrachtung wird auf einschlägige Literatur verwiesen.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2008
• Verlagsort: München
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Bauwesen
• Schlagworte: Bemessung • Bewehrungskonstruktion • Gebrauchstauglichkeit • GZGT • GZT • Tragfähigkeit • Verformungsverhalten
• ISBN-10: 3-446-41900-4 / 3446419004
• ISBN-13: 978-3-446-41900-1 / 9783446419001