Aktuelles
Durchstanzen Sektorenmodell: Optimierte Dübelleistenanordnung
Bisheriger Stand
Das Programm "V.0012 - Durchstanznachweis Sektorenmodell" hat bisher nur mit einer Form der Dübelleistenanordnung gearbeitet.
Bei Rechteckstützen, Wandecken oder –köpfen wurde immer eine Diagonalleiste in den Ecken und eine Leiste je Seite im Abstand <= 1d angeordnet. Lediglich bei Seitenkantenlängen >2d wurden an diesen Seiten zwei Dübelleisten im Abstand von b/3 bzw. <= 1d verwendet.
Nach diesem Schema wurde der Bolzendurchmesser für die Leisten bestimmt. Das führte dazu, dass bei hoch belasteten Stützen der erforderliche Bolzendurchmesser bei maximal 3 Bolzen je Bemessungsschnitt im Quadrant >25 mm werden konnte.
In der Vergangenheit konnten von der Firma Halfen derartige Bolzen bezogen werden. Vor einiger Zeit wurde die Fertigung von Leisten mit Bolzendurchmessern >25 mm jedoch eingestellt, so dass in diesen Fällen der Anwender die Leistenanordnung nachträglich umkonstruieren musste.
Optimierte Dübelleistenanordnung
Die aktuelle Programmversion hat nunmehr eine Erweiterung dieses Schemas zur Bestimmung der Dübelleistenanordnung erhalten, die im Folgenden erläutert wird.
Der max. Bolzendurchmesser kann in der neuen Version bei der Eingabe frei gewählt werden, ist jedoch auf max. 25 mm begrenzt.
Solange der aus der Bemessung erforderliche Bolzendurchmesser <=ds,max ist, bleibt es, wie im folgenden Beispiel gezeigt, bei der oben beschriebenen Anordnung.
Das Stützweitenverhältnis beträgt bei diesem Beispiel in der x-Richtung Lx,li / Lx,re = 1.00 und in der y-Richtung Ly,un / Ly,ob = 1.62. Es entspricht damit nicht mehr dem Normalfall der Norm, in dem gem. EC2 6.4.3 (6) bei einer Abweichung der Feldlängen von max. 25% die Näherungswerte der Lasterhöhungsfaktoren (Beta-Werte) aus dem NA zu EC2 (NDP) verwendet werden dürfen. Da das Programm in jedem Quadranten für die tatsächliche Beanspruchung bemisst, ergeben sich in dem hier betrachteten Fall rein rechnerisch unterschiedliche Leistenlängen in den verschiedenen Quadranten.
Die Bolzendurchmesser werden jedoch gemäß Zulassung, und auch aus konstruktiven Gründen, in allen Quadranten gleich ausgelegt, so dass die weniger beanspruchten Quadranten automatisch überbemessen sind. Das gilt bei Sonderlasten auch innerhalb des am höchsten beanspruchten Quadranten, da er immer komplett für seinen am höchsten beanspruchten Teilabschnitt bemessen wird.
Wird die Belastung der Platte soweit erhöht, dass daraus für diese Anordnung theoretisch ein erforderlicher Bolzendurchmesser größer als das festgelegte ds,max resultiert, wird bei Rechteckstützen an den längeren Seiten je eine Leiste ergänzt.
Bei quadratischen Stützen wird jedoch im Unterschied zu den Konstruktionsempfehlungen der Firma Halfen der Stützeneckbereich verstärkt, indem dort je Ecke zwei Eckleisten unter 30° angeordnet werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass die Dübelleistenanzahl und -länge je Quadrant unterschiedlich ausfallen können.
Die gleiche Verstärkung erfolgt bei einer Rechteckstütze, sobald eine erste Verstärkung mit zwei Leisten an der längeren Seite nicht ausreicht.
Diese Anordnung ist aus mechanischer Sicht wesentlich sinnvoller, da sich bei rechteckigen Stützen die Durchstanzlasten auf die Ecken konzentrieren.
In diesem Fall wäre die Verwendung von ausschließlich einer diagonale Eckleiste, und stattdessen eine gleichmäßige Verteilung der zusätzlich erforderlichen Leisten auf die lange Stützenseite, mit Blick auf das Tragverhalten sehr fragwürdig. Denn mit steigendem Seitenverhältnis der Stütze, und insbesondere bei unterbrochenem kritischen Rundschnitt, wenn die 12d-Regel greift, würde die erforderliche Durchstanzbewehrung aus dem Bereich mit konzentrierter Belastung an den Ecken in den Bereich mit linearer Querkraftbeanspruchung an den Seiten verschoben!
Bei differenzierter Untersuchung kann aber in vielen Fällen im Mittelbereich der langen Stützenseite sogar ganz auf eine Schubbewehrung verzichtet werden.
Erläuterungen zur Anordnung der Durchstanzbewehrung
Zur häufig gestellten Frage der Verteilung der Durchstanzbewehrung folgen hier noch einige Anmerkungen bzw. Argumentationshilfen hinsichtlich der unsymmetrischen Anordnung der Dübelleisten in den einzelnen Quadranten.
Das Programm ermittelt für jeden Quadranten immer die rechnerisch erforderliche Durchstanzbewehrung. Das kann, insbesondere bei großen Stützweitenunterschieden und/oder Sonderlasten (Einzel-, Streckenlasten), in allen Quadranten zu unterschiedlichen Bewehrungsanordnungen führen.
Die Forderung der Zulassung, die Dübelleisten gleichmäßig im gesamten Durchstanzbereich zu verteilen, wird mit zunehmendem Unterschied der Stützweiten bzw. größeren Sonderlasten hinsichtlich des tatsächlichen Tragverhaltens immer fragwürdiger, zumal die Zulassung streng genommen nur für das Verfahren mit Lasterhöhungsfaktoren (Beta-Werte) nach EC2 mit gleichmäßig verteilten Flächenlasten gilt.
Darüber hinaus können Sonderlasten, je nach Aufstandsfläche und Entfernung zur betrachteten Stütze, zu wesentlich längeren Dübelleisten führen, die im Extremfall sogar bis zur Lasteinleitungsstelle reichen müssen, und die natürlich nur in dem entsprechenden Quadranten einzulegen wären. Eine gleichmäßige Anordnung in allen Quadranten ist in diesem Fall widersinnig.
Bei eckigen Stützen, für welche die "12d-Regel" gilt (ausgedehnte Auflagerflächen mit großer Seitenlänge im Verhältnis zur Plattendicke gem. NCI zu EC2 6.4.1 (2) in Verbindung mit Bild NA.6.12.1), wird der Durchstanzbereich an den Seiten unterbrochen. Hier sind beim Nachweis außschließlich die Ecken zu untersuchen, welche sinngemäß auch als Wandenden bzw. -ecken betrachtet werden können. Auch in diesem Fall lässt sich die Forderung der Zulassung einer gleichmäßigen Dübelleistenverteilung aus mechanischer Sicht nicht rechtfertigen.
Unstrittig ist, dass bei einem Nachweis nach Norm die Durchstanzbewehrung aus z.B. Doppelkopfankern entsprechend der tatsächlichen Beanspruchung unter Einhaltung der Mindestbewehrung gestaffelt werden kann. Da die Dübelleisten der Firma Halfen auch eine Zulassung als Querkraftbewehrung haben, könnten diese alternativ zur "normalen" Durchstanzbewehrung nach Norm (Bügel etc.) verwendet werden.
Die hier genannten Fälle sind bei der Erarbeitung der Zulassung offensichtlich nicht berücksichtigt worden. Bei der Beantwortung der vielfältigen Fragen, die sich in diesem Zusammenhang immer wieder ergeben, wird die Praxis bislang durch die Wissenschaft im Stich gelassen.
Erwähnt werden soll an dieser Stelle aber auch, dass es aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen auf der Baustelle (Verlegung der Leisten, Gefahr der Verwechslung von Stützen und der Richtung, große Stückzahl gleicher Leisten etc.) sinnvoll sein kann, eine punktsymmetrische Anordnung der Dübelleisten um die Stützen zu wählen. Die "mechanisch korrekte" Anordung mit je nach Quadrant unterschiedlicher Bewehrung muss nicht zwangsläufig die beste sein.
Uns ist bewusst, dass von den Normen und von den Zulassungen abweichende Konstruktionen immer zu Diskussionen mit den Prüfingenieuren führen können. Dies ist bei heute üblichen Bauweisen, wie großen Aussparungen, stark unterschiedlichen Stützweiten, großen Sonderlasten etc. aber zwangsläufig erforderlich, weil viele dieser Fälle in Bezug auf das Durchstanzen von den aktuellen Normen gar nicht abgedeckt sind. Es bleibt am Ende immer dem planenden Ingenieur überlassen, welche Konstruktion er wählt.
Hinweis zur Biegebewehrung
Empfohlen wird, beim Durchstanznachweis immer mindestens die aus der Biegebemessung erforderliche Bewehrung anzusetzen. Das Programm nimmt bei entsprechend aktivierten Korrekturparametern eine Erhöhung der Biegebewehrung nur dann vor, wenn die vorgegebene Bewehrung nicht ausreicht. Dabei wird jeder Quadrant separat betrachtet, so dass der maßgebende Fall ersichtlich ist. Zudem lässt sich der maximale Grad der Längsbewehrung bei der Eingabe auf ein sinnvolles Maß begrenzen.
Wird für den Durchstanznachweis ein kleinerer Längsbewehrungsgrad als der vorhandene angesetzt, der bei nicht so hoch belasteten Quadranten für den Durchstanznachweis ausreichend sein kann, resultiert daraus letztendlich aber eine zu geringe Berücksichtigung des Betontraganteils. Dies führt zu längeren Dübelleisten, was unwirtschaftlich ist und durch Verwendung des korrekten Bewehrungsgrades vermieden werden kann.