Stahlbetonstütze - Verfahren mit Nennsteifigkeit (Bsp.): Unterschied zwischen den Versionen

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====== Beiwert für den Momentenverlauf =====
===== Beiwert für den Momentenverlauf =====


Das Moment stammt aus der Lastausmitte <math>e_i</math> für Imperfektionen. Hierbei handelt es sich um eine ungewollte Schiefstellung der Stütze, deshalb ist der Momentenverlauf dreieckig, damit gilt <math>c_0 = 12</math>.
Das Moment stammt aus der Lastausmitte <math>e_i</math> für Imperfektionen. Hierbei handelt es sich um eine ungewollte Schiefstellung der Stütze, deshalb ist der Momentenverlauf dreieckig, damit gilt <math>c_0 = 12</math>.
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Insgesamt <math>12 \O 20 mm</math>  
Insgesamt <math>12 \O 20 mm</math> mit je <math>A_s = 3,14 cm^2</math>.
Alle Abstände sind bezogen auf den Mittelpunkt des Betonquerschnitts.
8 Stäbe mit Abstand <math>s_1 = 13,5 cm</math> und 4 Stäbe mit Abstand <math>s_2 = 9,5 cm</math>.


<math>
<math>I_s = 12 \cdot \frac{\pi \cdot d^4}{64} + 8 \cdot A_s \cdot s_1^2 + 4 \cdot A_s \cdot s_2^2 = 12 \cdot \frac{\pi \cdot (2,0 cm)^4}{64} + 8 \cdot 3,14 cm^2 \cdot (13,5 cm)^2 + 4 \cdot 3,14 cm^2 \cdot (9,5 cm)^2 = 9 cm^4 + 4.578 cm^4 + 1.134 cm^4 = 5.721 cm^4
</math>
</math>


<math>
 
==== Bemessung ====
 
===== Nennsteifigkeit =====
 
<math>EI = K_c \cdot E_{cd} \cdot I_c + K_s \cdot E_s \cdot I_s = 0,083 \cdot 2.066,7 kN/cm^2 \cdot 125.052 cm^4 + 1,0 \cdot 20.000 kN/cm^2 \cdot 5.721 cm^4 = 135.870.932 kNcm^2
</math>
 
 
===== Knicklast =====
 
<math> N_B = \frac{EI \cdot \pi^2}{l_0^2} = \frac{135.870.932 kNcm^2 \cdot \pi^2}{(600 cm)^2} = 3.724,98 kN
</math>
 
 
===== Bemessungsmoment nach Theorie II. Ordnung =====
 
<math>M_{Ed} = M{0Ed} \cdot (1 + \frac{\beta}{N_B/N_{Ed} - 1}) = 3.431 kNcm \cdot (1 + \frac{0,822}{3.724,98 kN / 2.812,5 kN - 1}) = 3.431 kNcm = 12.124 kNcm
</math>
 
 
==== Bewehrungswahl ====
 
<math>{\mu}_{Ed} = \frac{M_{Ed}}{b \cdot h^2 \cdot f_{cd}} = \frac{12.124 kNcm}{35 cm \cdot (35 cm)^2 \cdot 1,42 kN/cm^2} = 0,199
</math>
 
<math>{\nu}_{Ed} = \frac{N_{Ed}}{b \cdot h \cdot f_{cd}} = \frac{- 2.812,5 kN}{35 cm \cdot 35 cm \cdot 1,42 kN/cm^2} = - 1,62
</math>
 
→ Ermittlung des Bewehrungsgrads durch Interaktionsdiagramm für umfangsverteilte Bewehrung (Quelle)
 
<math>{\omega}_{tot} = 1,22
</math>
 
<math>A_{s,tot} = {\omega}_{tot} \cdot b \cdot h \cdot \frac{f_{cd}}{f{yd}} = 1,22 \cdot 35 cm \cdot 35 cm \cdot \frac{1,42 kN/cm^2}{43,5 kN/cm^2} = 48,79 cm^2
</math>
 
Damit ist <math>A_{s,vorh} = 37,68 cm^2 < 48,79 cm^2 = A_{s,erf}</math>. Der Nachweis ist nicht erfüllt, die Bewehrung muss entweder von der Anzahl oder dem Durchmesser her erhöht werden.
 
=== Iteration: Mehr Bewehrungsstäbe ===
 
Erhöhung von <math>12 \O 20mm</math> auf <math>16 \O 20 mm</math>. Neues <math>A_{s,vorh} = 50,24 cm^2</math>.
 
 
==== Flächenträgheitsmoment der Bewehrung ====
 
Platzhalter für Skizze
 
Insgesamt <math>16 \O 20 mm</math> mit je <math>A_s = 3,14 cm^2</math>.
Alle Abstände sind bezogen auf den Mittelpunkt des Betonquerschnitts.
10 Stäbe mit Abstand <math>s_1 = 13,5 cm</math>, 4 Stäbe mit Abstand <math>s_2 = 9,5 cm</math> und 2 Stäbe mit Abstand s_3 = 0 cm</math>.
 
<math>I_s = 16 \cdot \frac{\pi \cdot d^4}{64} + 10 \cdot A_s \cdot s_1^2 + 4 \cdot A_s \cdot s_2^2 = 16 \cdot \frac{\pi \cdot (2,0 cm)^4}{64} + 10 \cdot 3,14 cm^2 \cdot (13,5 cm)^2 + 4 \cdot 3,14 cm^2 \cdot (9,5 cm)^2 = 13 cm^4 + 5.723 cm^4 + 1.134 cm^4 = 6.870 cm^4
</math>
 
 
==== Bemessung ====
 
===== Nennsteifigkeit =====
 
<math>EI = K_c \cdot E_{cd} \cdot I_c + K_s \cdot E_s \cdot I_s = 0,083 \cdot 2.066,7 kN/cm^2 \cdot 125.052 cm^4 + 1,0 \cdot 20.000 kN/cm^2 \cdot 6.870 cm^4 = 158.850.932 kNcm^2
</math>
 
 
===== Knicklast =====
 
<math> N_B = \frac{EI \cdot \pi^2}{l_0^2} = \frac{158.850.932 kNcm^2 \cdot \pi^2}{(600 cm)^2} = 4.354,99 kN
</math>
 
 
===== Bemessungsmoment nach Theorie II. Ordnung =====
 
<math>M_{Ed} = M{0Ed} \cdot (1 + \frac{\beta}{N_B/N_{Ed} - 1}) = 3.431 kNcm \cdot (1 + \frac{0,822}{4.354,99 kN / 2.812,5 kN - 1}) = 3.431 kNcm = 8.573 kNcm
</math>
 
 
==== Bewehrungswahl ====
 
<math>{\mu}_{Ed} = \frac{M_{Ed}}{b \cdot h^2 \cdot f_{cd}} = \frac{8.573 kNcm}{35 cm \cdot (35 cm)^2 \cdot 1,42 kN/cm^2} = 0,141
</math>
 
<math>{\nu}_{Ed} = \frac{N_{Ed}}{b \cdot h \cdot f_{cd}} = \frac{- 2.812,5 kN}{35 cm \cdot 35 cm \cdot 1,42 kN/cm^2} = - 1,62
</math>
 
→ Ermittlung des Bewehrungsgrads durch Interaktionsdiagramm für umfangsverteilte Bewehrung (Quelle)
 
<math>{\omega}_{tot} = 1,045
</math>
</math>


<math>
<math>A_{s,tot} = {\omega}_{tot} \cdot b \cdot h \cdot \frac{f_{cd}}{f{yd}} = 1,045 \cdot 35 cm \cdot 35 cm \cdot \frac{1,42 kN/cm^2}{43,5 kN/cm^2} = 41,79 cm^2
</math>
</math>


<math>
<math>A_{s,vorh} = 50,24 cm^2 > 41,79 cm^2 = A_{s,erf}
</math>
</math>



Version vom 12. Februar 2022, 16:46 Uhr

Diese Seite ist noch in Bearbeitung.

Aufgabenstellung

Platzhalter für Aufgabe

Handrechnung

Schnittgrößen nach Theorie I. Ordnung

NEd=γGNGk+γQNQk=1,35(1250kN)+1,5(750kN)=2.812,5kN

MEd,y,I=MEd,z,I=0kNm


Knicklänge

lcol=6,00m

β=1,0 für das gegebene statische System (Pendelstütze)

l0=βlcol=1,06,00m=6,00m


Schlankheit und Überprüfung der Notwendigkeit des Nachweises nach Theorie II. Ordnung

λ=l0IA=600cm35cm/12

vEd=NEdbhfcd=2.812,5kN35cm35cm1,42kN/cm2=1,62

λcrit=16|vEd=161,62=12,57

λvorh>max(25;16|vEd)

59,38>25

Es ist ein Nachweis nach Theorie II. Ordnung nötig.


Nennsteifigkeit

E-Moduln

Ecd=EcmγCE=31.000N/mm21,5=20.667N/mm2=2.066,7kN/cm2

Es=200.000N/mm2


Flächenträgheitsmoment des Betons

Ic=bh312=35cm(35cm)212=125.052cm4


Planmäßige Lastausmitte und Lastausmitte aus Imperfektionen

e0=0cm

αh=2l=26,0=0,816

θi=1200αh=12000,816=1245

ei=θil02=1245600cm2=1,22cm


Vorbemessung

Wirksame Bauteildicke

h0=2Acu=2(35cm)2435cm


Endkriechzahl

Erstbelastung des Betons: t0=28 Tage

Bauteil in Innenräumen, trockene Umgebungsbedingungen

ϕ,t0=2,8 nach Schneider 5.33


Moment mit Imperfektionen in quasi-ständiger und GZT-Kombination

M1,perm=(|NGk|+ψ2|NQk|)ei=(1.250kN+0,6750kN)0,0122m=20,74kNm

M1,Ed=(γGk|NGk|+γQk|NQk|)ei=(1,351.250kN+1,5750kN)0,0122m=34,31kNm


Effektive Kriechzahl

ϕef=ϕ,t0M1,permMEd=2,820,74kNm34,31kNm=1,69


Steifigkeitsbeiwerte nach einfacher Formel

Ks=0

Kc=0,3(1+0,5ϕef=0,3(1+0,51,69=0,163


Vorläufige Nennsteifigkeit

EI=KcEcdIc+KsEsIs=0,1632.066,7kN/cm2125.052cm4+0=42.126.530kNcm2


Knicklast

NB=EIπ2l02=42.126.530kNcm2π2(600cm)2=1.154,9kN


Beiwert für den Momentenverlauf

Das Moment stammt aus der Lastausmitte ei für Imperfektionen. Hierbei handelt es sich um eine ungewollte Schiefstellung der Stütze, deshalb ist der Momentenverlauf dreieckig, damit gilt c0=12.

Platzhalter für Bild Schiefstellung

β=π2c0=π212=0,822


Vorläufiges Moment nach Theorie II. Ordnung

MEd=M0Ed(1+βNB/NEd1)=3.431kNcm(1+0,8221.154,9kN/2.812,5kN1)=3.431kNcm=3.431kNcm cdot(0,39)

Der Beiwert zur Erhöhung des Moments nach Theorie I. Ordnung ist negativ geworden, weil die Knicklast NB kleiner ist als die einwirkende Normalkraft NEd. Damit liefert die Formel kein brauchbares Ergebnis. Die Vorbemessung muss deshalb mit alternativem Ansatz durchgeführt werden.

MEd=|NEd|h20=|2.812,5kN|35cm20=4.922kNcm=49,22kNm

cnom=cmin+δcdev=10mm+10mm=20mm

d1=cnom+s,Bu+s,L/2=2,0+1,0+2,0/2=4,0cm

d=hd1=35cm4cm=31cm


Vorbemessung mit Bewehrungswahl

d1h=4cm35cm=0,110,10

μEd=MEdbh2fcd=4.922kNcm35cm(35cm)21,42kN/cm2=0,081

νEd=NEdbhfcd=2.812,5kN35cm35cm1,42kN/cm2=1,62

→ Ermittlung des Bewehrungsgrads durch Interaktionsdiagramm für umfangsverteilte Bewehrung (Quelle)

ωtot=0,865

As,tot=ωtotbhfcdfyd=0,86535cm35cm1,42kN/cm243,5kN/cm2=34,59cm2

Gewählt: 1220mm mit As,vorh=37,68cm2


Genauere Steifigkeitsbeiwerte

Ks=1

k1=fck/20=25/20=1,12

k2=νEdλ170=1,6259,38170=0,570,20

Kc=k1k2(1+ϕef=1,120,20(1+1,69=0,083


Flächenträgheitsmoment der Bewehrung

Platzhalter für Skizze

Insgesamt 1220mm mit je As=3,14cm2. Alle Abstände sind bezogen auf den Mittelpunkt des Betonquerschnitts. 8 Stäbe mit Abstand s1=13,5cm und 4 Stäbe mit Abstand s2=9,5cm.

Is=12πd464+8Ass12+4Ass22=12π(2,0cm)464+83,14cm2(13,5cm)2+43,14cm2(9,5cm)2=9cm4+4.578cm4+1.134cm4=5.721cm4


Bemessung

Nennsteifigkeit

EI=KcEcdIc+KsEsIs=0,0832.066,7kN/cm2125.052cm4+1,020.000kN/cm25.721cm4=135.870.932kNcm2


Knicklast

NB=EIπ2l02=135.870.932kNcm2π2(600cm)2=3.724,98kN


Bemessungsmoment nach Theorie II. Ordnung

MEd=M0Ed(1+βNB/NEd1)=3.431kNcm(1+0,8223.724,98kN/2.812,5kN1)=3.431kNcm=12.124kNcm


Bewehrungswahl

μEd=MEdbh2fcd=12.124kNcm35cm(35cm)21,42kN/cm2=0,199

νEd=NEdbhfcd=2.812,5kN35cm35cm1,42kN/cm2=1,62

→ Ermittlung des Bewehrungsgrads durch Interaktionsdiagramm für umfangsverteilte Bewehrung (Quelle)

ωtot=1,22

As,tot=ωtotbhfcdfyd=1,2235cm35cm1,42kN/cm243,5kN/cm2=48,79cm2

Damit ist As,vorh=37,68cm2<48,79cm2=As,erf. Der Nachweis ist nicht erfüllt, die Bewehrung muss entweder von der Anzahl oder dem Durchmesser her erhöht werden.

Iteration: Mehr Bewehrungsstäbe

Erhöhung von 1220mm auf 1620mm. Neues As,vorh=50,24cm2.


Flächenträgheitsmoment der Bewehrung

Platzhalter für Skizze

Insgesamt 1620mm mit je As=3,14cm2. Alle Abstände sind bezogen auf den Mittelpunkt des Betonquerschnitts. 10 Stäbe mit Abstand s1=13,5cm, 4 Stäbe mit Abstand s2=9,5cm und 2 Stäbe mit Abstand s_3 = 0 cm</math>.

Is=16πd464+10Ass12+4Ass22=16π(2,0cm)464+103,14cm2(13,5cm)2+43,14cm2(9,5cm)2=13cm4+5.723cm4+1.134cm4=6.870cm4


Bemessung

Nennsteifigkeit

EI=KcEcdIc+KsEsIs=0,0832.066,7kN/cm2125.052cm4+1,020.000kN/cm26.870cm4=158.850.932kNcm2


Knicklast

NB=EIπ2l02=158.850.932kNcm2π2(600cm)2=4.354,99kN


Bemessungsmoment nach Theorie II. Ordnung

MEd=M0Ed(1+βNB/NEd1)=3.431kNcm(1+0,8224.354,99kN/2.812,5kN1)=3.431kNcm=8.573kNcm


Bewehrungswahl

μEd=MEdbh2fcd=8.573kNcm35cm(35cm)21,42kN/cm2=0,141

νEd=NEdbhfcd=2.812,5kN35cm35cm1,42kN/cm2=1,62

→ Ermittlung des Bewehrungsgrads durch Interaktionsdiagramm für umfangsverteilte Bewehrung (Quelle)

ωtot=1,045

As,tot=ωtotbhfcdfyd=1,04535cm35cm1,42kN/cm243,5kN/cm2=41,79cm2

As,vorh=50,24cm2>41,79cm2=As,erf