Verankerung am Einzelfundament (Bsp.): Unterschied zwischen den Versionen

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Berechnungsbeispiel zur Verankerung am Rand von Einzelfundamenten
In diesem Berechnungsbeispiel ist die Verankerungslänge der Zugbewehrung am Rand eines Einzelfundaments nachzuweisen. Hierzu wird zunächst die Verankerung mit geradem Stabende nach dem Berechnungsmodell im EC2 versucht. Falls dies nicht gelingt, wird die Verankerungslänge durch Verschieben der Belastung ermittelt. Allgemeine Regeln zur Verankerungslänge und spezielle Hinweise zur Verankerung am Rand eines Einzelfundaments werden auf einer gesonderten Seite dargestellt.


== Aufgabenstellung ==
== Aufgabenstellung ==


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Für das dargestellte Einzelfundament ist die Verankerungslänge der Biegezugbewehrung zu bestimmen. Gegeben sind folgende Daten:
Für das dargestellte Einzelfundament ist die Verankerungslänge der Biegezugbewehrung zu bestimmen.  
 
Gegeben sind folgende Daten:


* Beton C20/25
* Beton C20/25
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* Betondeckung: <math>c_{nom} = 55 mm</math>
* Betondeckung: <math>c_{nom} = 55 mm</math>
* Gewählte Bewehrung insgesamt in x-Richtung: 16 Ø 16 mm
* Gewählte Bewehrung insgesamt in x-Richtung: 16 Ø 16 mm
 
* Einwirkende Normalkraft: <math>N_{Ed} = 2.100kN </math>


== Verankerung mit geradem Stabende nach EC 2 ==
== Verankerung mit geradem Stabende nach EC 2 ==
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Bewehrung unten → guter Verbund
Bewehrung unten → guter Verbund


→ C20/25 → <math>f_{bd} = 2,32 N/mm^2 = 0,32 kN/cm^2</math>
→ C20/25 → <math>f_{bd} = 2,32 N/mm^2 = 0,232 kN/cm^2</math>


=== Abstand <math>x</math> ===
=== Abstand x (Beginn der Verankerungslänge)===
<math>x_{min} = \frac{h}{2} = \frac{0,6m}{2} = 0,3m </math>
<math>x_{min} = \frac{h}{2} = \frac{0,6m}{2} = 0,3m </math>


=== Sohlspannung ===
=== Sohlspannung ===
<math>{\sigma}_{0} = \frac{N_{Ed}}{b_x} = \frac{2.100kN}{3,0m} = 700 kN/m </math>
<math>{\sigma}_{0} = \frac{N_{Ed}}{b_x} = \frac{2.100kN}{3,0m} = 700 kN/m </math>
=== Resultierende der Sohlspannung unter der Verankerungslänge ===
<math>R = {\sigma}_{0} \cdot x = 700 kN/m \cdot 0,3m = 210kN </math>
=== Hebelarm der Resultierenden ===
Der Hebelarm der Resultierenden <math>z_e</math> beginnt vom Rand des Fundaments in einer Entfernung von <math>\frac{x_{min}}{2}</math> und endet in einer Entfernung von <math>e = 0,15 \cdot b_{Stuetze}</math> vom Rand des aufkragenden Bauteils (vgl. [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Verankerung_am_Einzelfundament_(Modell) Grafik Verankerung am Einzelfundament (Modell)]):
<math>z_e = \frac{b_x}{2} - \frac{x}{2} - (b_{Stuetze}/2 - e) = \frac{3,0m}{2} - \frac{0,3m}{2} - (\frac{0,6 m}{2} - 0,15 \cdot 0,6 m)= 1,14m </math>
=== Hebelarm der inneren Kräfte===
<math>z_i = 0,9 \cdot d_x = 0,9 \cdot 0,54 m = 0,49 m </math>
===Zu verankernde Zugkraft ===
<math>F_{sd} = R \cdot \frac{z_e}{z_i} = 210 kN \cdot \frac{1,14m}{0,49m} = 488,57kN </math>
=== Erforderliche Bewehrung ===
<math>A_{s,erf} = \frac{F_{sd}}{f_{yd}} = \frac{488,57kN}{43,5kN/cm^2} = 11,23 cm^2</math>
=== Stahlspannung ===
Gegeben sind 16 Ø 16 → <math>A_{s,vorh} = 32,16cm^2 </math>:
<math> {\sigma}_{sd} = f_{yd} \cdot \frac{A_{s,erf}}{A_{s,vorh}} = 43,5kN/cm^2 \cdot \frac{11,23cm^2}{32,16cm^2} = 15,19kN/cm^2 </math>
=== Grundwert der Verankerungslänge ===
<math> l_{b,rqd} = \frac{\O_s}{4} \cdot \frac{{\sigma}_{sd}}{f_{bd}} = \frac{1,6 cm}{4} \cdot \frac{15,19 kN/cm^2}{0,232 kN/cm^2} = 26,19 cm</math>
=== Ersatzverankerungslänge ===
<math>l_{b,eq} = {\alpha}_1 \cdot {\alpha}_4 \cdot {\alpha}_5 \cdot l_{b,rqd}</math>
Formgebung: Gerades Stabende → <math>{\alpha}_1 = 1,0</math>
Angeschweißte Querstäbe: Keine → <math>{\alpha}_4 = 1,0</math>
Querdruck: In einem Einzelfundament wirken entlang beider Achsen Zugkräfte. In diesem Beispiel wird die Verankerung in x-Richtung nachgewiesen. Damit wirken die Zugkräfte in y-Richtung als Querzug auf den zu verankernden Stab → <math>{\alpha}_5 = 1,5</math>
<math>l_{b,eq} = 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,5 \cdot 26,19 cm = \underline{\underline{39,29 cm}}</math>
=== Mindestverankerungslänge ===
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 0,3 \cdot {\alpha}_1 \cdot {\alpha}_4 \cdot {\alpha}_5 \cdot \left( \frac{\O_s}{4} \cdot \frac{f_{yd}}{f_{bd}} \right)  \\ 10 \cdot {\alpha}_5 \cdot \O_s \end{matrix}} \right\} </math>
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 0,3 \cdot 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,5 \cdot  \left( \frac{1,6 cm}{4} \cdot \frac{43,5 kN/cm^2}{0,232 kN/cm^2} \right) \\ 10 \cdot 1,5 \cdot 1,6 cm \end{matrix}} \right\} </math>
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 33,75 cm \\ 24 cm \end{matrix}} \right\} </math>
Die Mindestverankerungslänge ist nicht maßgebend.
=== Nachweis der Verankerungslänge ===
<math>l_{b,vorh} = x - c_{nom} = 30 cm - 5,5 cm = 24,5 cm</math>
<math>l_{b,eq} = 39,29 cm \leq 24,5 cm = l_{b,vorh}</math>
→ Nachweis nicht erfüllt.
→ Verankerung mit geradem Stabende nicht möglich.
== Verankerung nach allgemeiner Theorie ==
=== Versatzmaß ===
Für Bauteile ohne Querkraftbewehrung gilt nach DIN EN 1992-1-1 9.2.1.3(2) <ref Name = "Q5">DIN EN 1992-1-1, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, Beuth-Verlag, 2011</ref>:
<math> a_L = d = 54 cm </math>
=== Moment am Beginn der Verankerungslänge ===
Die Verankerungslänge für den Haken beginnt an der Biegung. Der Mindestbiegerollendurchmesser beträgt nach DIN EN 1992-1-1/NA Tab. 8.1 <ref Name = "Q3">DIN EN 1992-1-1/NA, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, Beuth-Verlag, 2013</ref> für <math> \O_s < 20 mm </math> → <math> D_{min} = 4 \cdot \O_s </math> (vgl. [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Mindestbiegerollendurchmesser Mindestbiegerollendurchmesser]).
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<math> D_{min} = 4 \cdot \O_s = 4 \cdot 1,6cm =6,4cm </math>
<math> x_0 = c_{nom} + \O_s + D_{min} / 2 = 5,5cm + 1,6 cm + 6,4cm / 2 = 10,3cm </math>
<math> M_{Ed,x0} = \frac{N_{Ed}}{b_x} \cdot \frac{(x_0 + a_L)^2}{2} = \frac{2.100kN}{3,0m} \cdot \frac{(0,1m + 0,54m)^2}{2} = 143,36kNm </math>
=== Randzugkraft ===
<math> F_{sd} = \frac{M_{Ed,x0}}{z} = \frac{143,36kNm}{0,54m} = 265,48kN </math>
=== Erforderliche Bewehrung ===
<math>A_{s,erf} = \frac{F_{sd}}{f_{yd}} = \frac{265,48kN}{43,5kN/cm^2} = 6,10cm^2</math>
=== Stahlspannung ===
Gegeben sind 16 Ø 16 → <math>A_{s,vorh} = 32,16cm^2 </math>:
<math> {\sigma}_{sd} = f_{yd} \cdot \frac{A_{s,erf}}{A_{s,vorh}} = 43,5kN/cm^2 \cdot \frac{6,10cm^2}{32,16cm^2} = 8,25kN/cm^2 </math>
=== Grundwert der Verankerungslänge ===
<math> l_{b,rqd} = \frac{\O_s}{4} \cdot \frac{{\sigma}_{sd}}{f_{bd}} = \frac{1,6 cm}{4} \cdot \frac{8,25 kN/cm^2}{0,232 kN/cm^2} = 14,23 cm</math>
=== Bemessungswert der Verankerungslänge ===
<math>l_{bd} = {\alpha}_1 \cdot {\alpha}_3 \cdot {\alpha}_4 \cdot {\alpha}_5 \cdot l_{b,rqd}</math>
Formgebung: Gerades Stabende → <math>{\alpha}_1 = 1,0</math>
Querbewehrung: Vernachlässigbar → <math>{\alpha}_3 = 1,0</math>
Angeschweißte Querstäbe: Keine → <math>{\alpha}_4 = 1,0</math>
Querdruck: Siehe oben, Querzug vorhanden → <math>{\alpha}_5 = 1,5</math>
<math>l_{bd} = 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,5 \cdot 14,23 cm = 21,35 cm</math>
=== Mindestverankerungslänge ===
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 0,3 \cdot {\alpha}_1 \cdot {\alpha}_4 \cdot {\alpha}_5 \cdot \left( \frac{\O_s}{4} \cdot \frac{f_{yd}}{f_{bd}} \right)  \\ 10 \cdot {\alpha}_5 \cdot \O_s \end{matrix}} \right\} </math>
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 0,3 \cdot 1,0 \cdot 1,0 \cdot 1,5 \cdot  \left( \frac{1,6 cm}{4} \cdot \frac{43,5 kN/cm^2}{0,232 kN/cm^2} \right) \\ 10 \cdot 1,5 \cdot 1,6 cm \end{matrix}} \right\} </math>
<math>l_{b,min} = max\left\{ {\begin{matrix} 33,75 cm \\ 24 cm \end{matrix}} \right\} </math>
Die Mindestverankerungslänge ist maßgebend.
→ <math>\underline{\underline{ l_{bd} = 33,75 cm}} </math>
=== Nachweis der Verankerungslänge ===
Als Länge des geraden Winkelhakenschenkels wird <math> l = 20 \cdot \O_s </math> gewählt.
<math>l_{b,vorh} = l + \O_s + D_{min} / 2 = 32 cm + 1,6 cm  + 3,2 cm = 36,8 cm</math>
<math>\underline{\underline{l_{bd} = 33,75 cm \leq 36,8 cm = l_{b,vorh}}}</math>
→ Nachweis der Verankerung mit Winkelhaken erfüllt.
=Quellen=
<references/>
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[[Kategorie:Beispiele-Stahlbetonbau]]

Aktuelle Version vom 13. Mai 2024, 20:08 Uhr

In diesem Berechnungsbeispiel ist die Verankerungslänge der Zugbewehrung am Rand eines Einzelfundaments nachzuweisen. Hierzu wird zunächst die Verankerung mit geradem Stabende nach dem Berechnungsmodell im EC2 versucht. Falls dies nicht gelingt, wird die Verankerungslänge durch Verschieben der Belastung ermittelt. Allgemeine Regeln zur Verankerungslänge und spezielle Hinweise zur Verankerung am Rand eines Einzelfundaments werden auf einer gesonderten Seite dargestellt.

Aufgabenstellung

Baustatik-Wiki

Für das dargestellte Einzelfundament ist die Verankerungslänge der Biegezugbewehrung zu bestimmen.

Gegeben sind folgende Daten:

  • Beton C20/25
  • Betonstahlstahl B500B
  • Betondeckung: cnom=55mm
  • Gewählte Bewehrung insgesamt in x-Richtung: 16 Ø 16 mm
  • Einwirkende Normalkraft: NEd=2.100kN

Verankerung mit geradem Stabende nach EC 2

Verbundfestigkeit

Bewehrung unten → guter Verbund

→ C20/25 → fbd=2,32N/mm2=0,232kN/cm2

Abstand x (Beginn der Verankerungslänge)

xmin=h2=0,6m2=0,3m

Sohlspannung

σ0=NEdbx=2.100kN3,0m=700kN/m

Resultierende der Sohlspannung unter der Verankerungslänge

R=σ0x=700kN/m0,3m=210kN

Hebelarm der Resultierenden

Der Hebelarm der Resultierenden ze beginnt vom Rand des Fundaments in einer Entfernung von xmin2 und endet in einer Entfernung von e=0,15bStuetze vom Rand des aufkragenden Bauteils (vgl. Grafik Verankerung am Einzelfundament (Modell)):

ze=bx2x2(bStuetze/2e)=3,0m20,3m2(0,6m20,150,6m)=1,14m

Hebelarm der inneren Kräfte

zi=0,9dx=0,90,54m=0,49m

Zu verankernde Zugkraft

Fsd=Rzezi=210kN1,14m0,49m=488,57kN

Erforderliche Bewehrung

As,erf=Fsdfyd=488,57kN43,5kN/cm2=11,23cm2

Stahlspannung

Gegeben sind 16 Ø 16 → As,vorh=32,16cm2:

σsd=fydAs,erfAs,vorh=43,5kN/cm211,23cm232,16cm2=15,19kN/cm2

Grundwert der Verankerungslänge

lb,rqd=s4σsdfbd=1,6cm415,19kN/cm20,232kN/cm2=26,19cm

Ersatzverankerungslänge

lb,eq=α1α4α5lb,rqd

Formgebung: Gerades Stabende → α1=1,0

Angeschweißte Querstäbe: Keine → α4=1,0

Querdruck: In einem Einzelfundament wirken entlang beider Achsen Zugkräfte. In diesem Beispiel wird die Verankerung in x-Richtung nachgewiesen. Damit wirken die Zugkräfte in y-Richtung als Querzug auf den zu verankernden Stab → α5=1,5

lb,eq=1,01,01,526,19cm=39,29cm__

Mindestverankerungslänge

lb,min=max{0,3α1α4α5(s4fydfbd)10α5s}

lb,min=max{0,31,01,01,5(1,6cm443,5kN/cm20,232kN/cm2)101,51,6cm}

lb,min=max{33,75cm24cm}

Die Mindestverankerungslänge ist nicht maßgebend.

Nachweis der Verankerungslänge

lb,vorh=xcnom=30cm5,5cm=24,5cm

lb,eq=39,29cm24,5cm=lb,vorh

→ Nachweis nicht erfüllt. → Verankerung mit geradem Stabende nicht möglich.


Verankerung nach allgemeiner Theorie

Versatzmaß

Für Bauteile ohne Querkraftbewehrung gilt nach DIN EN 1992-1-1 9.2.1.3(2) [1]:

aL=d=54cm

Moment am Beginn der Verankerungslänge

Die Verankerungslänge für den Haken beginnt an der Biegung. Der Mindestbiegerollendurchmesser beträgt nach DIN EN 1992-1-1/NA Tab. 8.1 [2] für s<20mmDmin=4s (vgl. Mindestbiegerollendurchmesser).

Baustatik-Wiki

Dmin=4s=41,6cm=6,4cm

x0=cnom+s+Dmin/2=5,5cm+1,6cm+6,4cm/2=10,3cm

MEd,x0=NEdbx(x0+aL)22=2.100kN3,0m(0,1m+0,54m)22=143,36kNm

Randzugkraft

Fsd=MEd,x0z=143,36kNm0,54m=265,48kN

Erforderliche Bewehrung

As,erf=Fsdfyd=265,48kN43,5kN/cm2=6,10cm2

Stahlspannung

Gegeben sind 16 Ø 16 → As,vorh=32,16cm2:

σsd=fydAs,erfAs,vorh=43,5kN/cm26,10cm232,16cm2=8,25kN/cm2

Grundwert der Verankerungslänge

lb,rqd=s4σsdfbd=1,6cm48,25kN/cm20,232kN/cm2=14,23cm

Bemessungswert der Verankerungslänge

lbd=α1α3α4α5lb,rqd

Formgebung: Gerades Stabende → α1=1,0

Querbewehrung: Vernachlässigbar → α3=1,0

Angeschweißte Querstäbe: Keine → α4=1,0

Querdruck: Siehe oben, Querzug vorhanden → α5=1,5

lbd=1,01,01,01,514,23cm=21,35cm

Mindestverankerungslänge

lb,min=max{0,3α1α4α5(s4fydfbd)10α5s}

lb,min=max{0,31,01,01,5(1,6cm443,5kN/cm20,232kN/cm2)101,51,6cm}

lb,min=max{33,75cm24cm}

Die Mindestverankerungslänge ist maßgebend.

lbd=33,75cm__

Nachweis der Verankerungslänge

Als Länge des geraden Winkelhakenschenkels wird l=20s gewählt.

lb,vorh=l+s+Dmin/2=32cm+1,6cm+3,2cm=36,8cm

lbd=33,75cm36,8cm=lb,vorh__

→ Nachweis der Verankerung mit Winkelhaken erfüllt.

Quellen

  1. DIN EN 1992-1-1, Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, Beuth-Verlag, 2011
  2. DIN EN 1992-1-1/NA, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 2: Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau, Beuth-Verlag, 2013
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