Biegebemessung mit dem omega-Verfahren (Bsp.): Unterschied zwischen den Versionen

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=Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung=
=Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung=
==Aufgabenstellung==
==Aufgabenstellung==
[[File:Biegebemessung_mit_dem_omega_Verfahren1.png|right|thumb|200px|]]
Ein Balken mit Rechteckquerschnitt (b=35cm; h=75cm) wird durch ein Moment <math>M_{gk} = 80,0kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{gk}=30kN</math> aus ständigen Lasten und ein Moment <math>M_{qk} = 180,0kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{qk}=50kN</math> aus veränderlichen Lasten beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Statische_Nutzh%C3%B6he_(Bsp.) statische Nutzhöhe] beträgt 71cm.
Ein Balken mit Rechteckquerschnitt (b=35cm; h=75cm) wird durch ein Moment <math>M_{gk} = 80,0kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{gk}=30kN</math> aus ständigen Lasten und ein Moment <math>M_{qk} = 180,0kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{qk}=50kN</math> aus veränderlichen Lasten beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Statische_Nutzh%C3%B6he_(Bsp.) statische Nutzhöhe] beträgt 71cm.


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Da <math>\mu_{Eds}<0,296</math> ist keine Druckbewehrung erforderlich.
Da <math>\mu_{Eds}<0,296</math> ist keine Druckbewehrung erforderlich.
Der Wert für <math>\omega</math> wird aus der Tafel für Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung abgelesen. Die <math>\omega</math> lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen<ref Name = "Q1">Albert,A., Bautabellen fü Ingenieure, Auflage 26, Bundesanzeigerverlag, 2024</ref> finden.
Der Wert für <math>\omega</math> wird aus der Tafel für Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung abgelesen. Die <math>\omega</math>-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen<ref Name = "Q1">Albert,A., Bautabellen fü Ingenieure, Auflage 26, Bundesanzeigerverlag, 2024</ref> finden.


<math>\omega=0,1882</math>
<math>\omega=0,1882</math>
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<math>\underline{\underline{A_{s1}=14,5cm^2}}</math>
<math>\underline{\underline{A_{s1}=14,5cm^2}}</math>
=Rechteckquerschnitte mit Druckbewehrung=
=Rechteckquerschnitte mit Druckbewehrung=
Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.
==Aufgabenstellung==
[[File:Biegebemessung_mit_dem_omega_Verfahren1.png|right|thumb|200px|]]
Ein Balken mit Rechteckquerschnitt (b=35cm;h=75cm) wird durch ein Moment <math>M_{gk} = 160,0 kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{gk}=-30kN</math> aus ständigen Lasten und ein Moment <math>M_{qk} = 360,0 kNm</math> sowie eine Normalkraft <math>N_{qk}=-50kN</math> aus veränderlichen Lasten beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Statische_Nutzh%C3%B6he_(Bsp.) statische Nutzhöhe] beträgt 71cm.
Gesucht ist die erforderliche Längsbewehrung.
==Beanspruchungen und Festigkeiten==
<math>M_{Ed}=\gamma_g\cdot M_{gk}+\gamma_q\cdot M_{qk}</math>
<math>M_{Ed}=1,35\cdot160+1,5\cdot 360=756kNm=75600kNcm</math>
<math>N_{Ed}=\gamma_g\cdot N_{gk}+\gamma_q\cdot N_{qk}</math>
<math>N_{Ed}=-1,35\cdot30-1,5\cdot 50=-115,5kN</math><br>
<br>
Es handelt sich um einen [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/%C3%9Cberwiegend_biegebeanspruchter_Querschnitt überwiegend biegebanspruchten] Querschnitt, auf den Nachweis soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden.
<br>
<math>f_{cd}=\alpha_{cc}\cdot\frac{f_{ck}}{\gamma_c}=0,85\cdot\frac{20}{1,5}=11,33\frac{N}{mm^2}=1,13\frac{kN}{cm^2}</math>
<math>f_{yd}=\frac{f_{yk}}{\gamma_s}=\frac{500}{1,15}=435\frac{N}{mm^2}=43,5\frac{kN}{cm^2}</math>
==Querschnittswerte==
<math>d=71cm</math>
<math>z_{s1}=33,5cm</math>
<math>d_2=4cm</math>
==Bemessung==
<math> M_{Eds}=M_{Ed}-N_{Ed}\cdot z_{s1} </math>
<math> M_{Eds}=75600-(-115,5)\cdot33,5 </math>
<math> M_{Eds}=79469,25kNcm </math>
<math>\mu_{Eds}=\frac{M_{Eds}}{b\cdot d^2\cdot f_{cd}}</math>
<math>\mu_{Eds}=\frac{79469,25}{35\cdot 71^2\cdot 1,13}</math>
<math>\mu_{Eds}=0,40>0,296</math>
Da <math>\mu_{Eds}>0,296</math> ist Druckbewehrung erforderlich.
Der Werte für <math>\omega_1</math> und <math>\omega_2</math> werden aus der Tafel für Rechteckquerschnitte mit Druckbewehrung abgelesen. Die <math>\omega</math>-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen<ref Name = "Q1"></ref> finden. Um den Anforderungen zur Sicherstellung der Duktilität nach DIN EN 1992-1-1<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> zu entsprechen, wird eine Tafel mit <math>\xi=0,45</math> verwendet.
<math>\frac{d_2}{d}=\frac{4}{71}=0,056\thickapprox0,05</math>
<math>\omega_1=0,474</math>
<math>\omega_2=0,109</math>
<math>A_{s1}=\frac{1}{f{yd}}\cdot\left(\omega_1\cdot b\cdot d\cdot f_{cd}+N_{Ed}\right)</math>
<math>A_{s1}=\frac{1}{43,5}\cdot\left(0,474\cdot 35\cdot 71\cdot 1,13-115,5\right)</math>
<math>\underline{\underline{A_{s1}=27,94cm^2}}</math>
<math>A_{s2}=\frac{1}{f_{yd}}\cdot\left(\omega_2\cdot b\cdot d\cdot f_{cd}\right)</math>
<math>A_{s2}=\frac{1}{43,5}\cdot\left(0,109\cdot 35\cdot 71\cdot 1,13\right)</math>
<math>\underline{\underline{A_{s2}=7,04cm^2}}</math>
Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.


=Plattenbalkenquerschnitte=
=Plattenbalkenquerschnitte=
==Aufgabenstellung==
[[File:Biegebemessung_mit_dem_omega_Verfahren3.png|right|thumb|200px|]]
Ein Balken mit Plattenbalkenquerschnitt wird durch ein Moment aus ständigen Lasten <math>M_{gk} = 300 kNm</math> und ein Moment aus veränderlichen Lasten <math>M_{qk} = 450 kNm</math> beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Statische_Nutzh%C3%B6he_(Bsp.) statische Nutzhöhe] beträgt 71cm.
Gesucht ist die erforderliche Längsbewehrung.
==Beanspruchungen und Festigkeiten==
<math>M_{Ed}=\gamma_g\cdot M_{gk}+\gamma_q\cdot M_{qk}</math>
<math>M_{Ed}=1,35\cdot300+1,5\cdot 450=1080kNm=108000kNcm</math>
<br>
Es handelt sich um einen [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/%C3%9Cberwiegend_biegebeanspruchter_Querschnitt überwiegend biegebanspruchten] Querschnitt, auf den Nachweis soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden.
<br>
<math>f_{cd}=\alpha_{cc}\cdot\frac{f_{ck}}{\gamma_c}=0,85\cdot\frac{20}{1,5}=11,33\frac{N}{mm^2}=1,13\frac{kN}{cm^2}</math>
<math>f_{yd}=\frac{f_{yk}}{\gamma_s}=\frac{500}{1,15}=435\frac{N}{mm^2}=43,5\frac{kN}{cm^2}</math>
==Querschnittswerte==
<math>d=71cm</math>
Auf die Ermittlung der [https://baustatik-wiki.fiw.hs-wismar.de/mediawiki/index.php/Mitwirkende_Plattenbreite mitwirkenden Plattenbreite] soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden. Es wird angenommen, dass die mitwirkende Plattenbreite der Plattenbreite entspricht.
<math>b_eff=80cm</math>
==Bemessung==
<math> M_{Eds}=M_{Ed}-N_{Ed}\cdot z_{s1} </math>
<math> M_{Eds}=M_{Ed}=108000kNcm</math>
Die Ermittlung des bezogenen Moments erfolgt mit derselben Gleichung wie für Rechteckquerschnitte. Die Breite entspricht dabei der mitwirkenden Plattenbreite.
<math>\mu_{Eds}=\frac{M_{Eds}}{b_{eff}\cdot d^2\cdot f_{cd}}</math>
<math>\mu_{Eds}=\frac{108000}{80\cdot 71^2\cdot 1,13}</math>
<math>\mu_{Eds}=0,24<0,296</math>
Da <math>\mu_{Eds}<0,296</math> ist keine Druckbewehrung erforderlich.
Für die Überprüfung der Lage der Nulllinie im Querschnitt wird <math>\xi</math> aus der Tafel für Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung abgelesen und mit dem Verhältnis von Plattenhöhe zu statischer Nuthöhe <math>h_f/d</math> verglichen
<math>\xi=0,24<0,346</math>
<math>\frac{h_f}{d}=\frac{20}{71}=0,282</math>
<math>\frac{h_f}{d}=0,282>0,346=\xi</math>  => die Nullinie liegt im Steg
Da die Spannungsverteilung in der Druckzone nicht mehr rechteckförmig ist, da die Spannungsnulllinie im Steg liegt, ist der Wert für <math>\omega</math> aus der Tafel für Plattenbalkenquerschnitte abzulesen. Die <math>\omega</math>-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen<ref Name = "Q1">Albert,A., Bautabellen fü Ingenieure, Auflage 26, Bundesanzeigerverlag, 2024</ref> finden.
<math>\frac{h_f}{d}=\frac{20}{71}=0,28\thickapprox0,3</math>
<math>\frac{b_{eff}}{b_w}=\frac{80}{30}=2,6\thickapprox3</math>
<math>\Rightarrow\omega_1=0,2801</math>
<math>A_{s1}=\frac{1}{f{yd}}\cdot\left(\omega_1\cdot b_{eff}\cdot d\cdot f_{cd}+N_{Ed}\right)</math>
<math>A_{s1}=\frac{1}{43,5}\cdot\left(0,2801\cdot 80\cdot 71\cdot 1,13\right)</math>
<math>\underline{\underline{A_{s1}=41,33cm^2}}</math>
Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.


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Version vom 17. April 2024, 20:23 Uhr

Auf dieser Seite wird die Anwendung des ω-Verfahrens an ausgewählten Beispielen dargestellt. Die theoretischen Grundlagen der Biegebemessung werden auf einer gesonderten Seite dargestellt.

Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung

Aufgabenstellung

Ein Balken mit Rechteckquerschnitt (b=35cm; h=75cm) wird durch ein Moment Mgk=80,0kNm sowie eine Normalkraft Ngk=30kN aus ständigen Lasten und ein Moment Mqk=180,0kNm sowie eine Normalkraft Nqk=50kN aus veränderlichen Lasten beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die statische Nutzhöhe beträgt 71cm.

Gesucht ist die erforderliche Längsbewehrung.

Beanspruchungen und Festigkeiten

MEd=γgMgk+γqMqk

MEd=1,3580+1,5180=378kNm=37800kNcm

NEd=γgNgk+γqNqk

NEd=1,3530+1,550=115,5kN

Es handelt sich um einen überwiegend biegebanspruchten Querschnitt, auf den Nachweis soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden.
fcd=αccfckγc=0,85201,5=11,33Nmm2=1,13kNcm2

fyd=fykγs=5001,15=435Nmm2=43,5kNcm2

Querschnittswerte

d=71cm

zs1=33,5cm

Bemessung

MEds=MEdNEdzs1

MEds=37800115,533,5

MEds=33930,75kNcm

μEds=MEdsbd2fcd

μEds=33930,75357121,13

μEds=0,17<0,296

Da μEds<0,296 ist keine Druckbewehrung erforderlich. Der Wert für ω wird aus der Tafel für Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung abgelesen. Die ω-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen[1] finden.

ω=0,1882

Ermittlung der Bewehrungsquerschnittsfläche mit der vereinfachten Stahlkennlinie

As1=1σsd(ωbdfcd+NEd)

As1=143,5(0,188235711,13+115,5)

As1=14,8cm2__

Ermittlung der Bewehrungsquerschnittsfläche mit der genaueren Stahlkennlinie

Der genauere Wert für σsd kann ebenfalls in Abhängigkeit von μEdsabgelesen werden.

σsd=44,4kNcm2

As1=1σsd(ωbdfcd+NEd)

As1=144,4(0,188235711,13+115,5)

As1=14,5cm2__

Rechteckquerschnitte mit Druckbewehrung

Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.

Aufgabenstellung

Ein Balken mit Rechteckquerschnitt (b=35cm;h=75cm) wird durch ein Moment Mgk=160,0kNm sowie eine Normalkraft Ngk=30kN aus ständigen Lasten und ein Moment Mqk=360,0kNm sowie eine Normalkraft Nqk=50kN aus veränderlichen Lasten beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die statische Nutzhöhe beträgt 71cm.

Gesucht ist die erforderliche Längsbewehrung.

Beanspruchungen und Festigkeiten

MEd=γgMgk+γqMqk

MEd=1,35160+1,5360=756kNm=75600kNcm

NEd=γgNgk+γqNqk

NEd=1,35301,550=115,5kN

Es handelt sich um einen überwiegend biegebanspruchten Querschnitt, auf den Nachweis soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden.
fcd=αccfckγc=0,85201,5=11,33Nmm2=1,13kNcm2

fyd=fykγs=5001,15=435Nmm2=43,5kNcm2

Querschnittswerte

d=71cm

zs1=33,5cm

d2=4cm

Bemessung

MEds=MEdNEdzs1

MEds=75600(115,5)33,5

MEds=79469,25kNcm

μEds=MEdsbd2fcd

μEds=79469,25357121,13

μEds=0,40>0,296

Da μEds>0,296 ist Druckbewehrung erforderlich. Der Werte für ω1 und ω2 werden aus der Tafel für Rechteckquerschnitte mit Druckbewehrung abgelesen. Die ω-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen[1] finden. Um den Anforderungen zur Sicherstellung der Duktilität nach DIN EN 1992-1-1[2] zu entsprechen, wird eine Tafel mit ξ=0,45 verwendet.

d2d=471=0,0560,05

ω1=0,474

ω2=0,109

As1=1fyd(ω1bdfcd+NEd)

As1=143,5(0,47435711,13115,5)

As1=27,94cm2__

As2=1fyd(ω2bdfcd)

As2=143,5(0,10935711,13)

As2=7,04cm2__

Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.

Plattenbalkenquerschnitte

Aufgabenstellung

Ein Balken mit Plattenbalkenquerschnitt wird durch ein Moment aus ständigen Lasten Mgk=300kNm und ein Moment aus veränderlichen Lasten Mqk=450kNm beansprucht. Der Beton hat eine Festigkeitsklasse C20/25. Auf die Vorbemessung wird im Rahmen dieses Beispiels verzichtet, die statische Nutzhöhe beträgt 71cm.

Gesucht ist die erforderliche Längsbewehrung.

Beanspruchungen und Festigkeiten

MEd=γgMgk+γqMqk

MEd=1,35300+1,5450=1080kNm=108000kNcm
Es handelt sich um einen überwiegend biegebanspruchten Querschnitt, auf den Nachweis soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden.
fcd=αccfckγc=0,85201,5=11,33Nmm2=1,13kNcm2

fyd=fykγs=5001,15=435Nmm2=43,5kNcm2

Querschnittswerte

d=71cm

Auf die Ermittlung der mitwirkenden Plattenbreite soll im Rahmen dieses Beispiels verzichtet werden. Es wird angenommen, dass die mitwirkende Plattenbreite der Plattenbreite entspricht.

beff=80cm

Bemessung

MEds=MEdNEdzs1

MEds=MEd=108000kNcm

Die Ermittlung des bezogenen Moments erfolgt mit derselben Gleichung wie für Rechteckquerschnitte. Die Breite entspricht dabei der mitwirkenden Plattenbreite.

μEds=MEdsbeffd2fcd

μEds=108000807121,13

μEds=0,24<0,296

Da μEds<0,296 ist keine Druckbewehrung erforderlich.

Für die Überprüfung der Lage der Nulllinie im Querschnitt wird ξ aus der Tafel für Rechteckquerschnitte ohne Druckbewehrung abgelesen und mit dem Verhältnis von Plattenhöhe zu statischer Nuthöhe hf/d verglichen

ξ=0,24<0,346

hfd=2071=0,282

hfd=0,282>0,346=ξ => die Nullinie liegt im Steg

Da die Spannungsverteilung in der Druckzone nicht mehr rechteckförmig ist, da die Spannungsnulllinie im Steg liegt, ist der Wert für ω aus der Tafel für Plattenbalkenquerschnitte abzulesen. Die ω-Tafeln lassen sich z.B. in Schneider Bautabellen[1] finden.

hfd=2071=0,280,3

beffbw=8030=2,63

ω1=0,2801

As1=1fyd(ω1beffdfcd+NEd)

As1=143,5(0,280180711,13)

As1=41,33cm2__

Im Folgenden wäre noch zu überprüfen, ob die Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität maßgebend wird. Darauf wird hier verzichtet, die Ermittlung der Mindestbewehrung zur Sicherstellung der Duktilität soll in einem separaten Beispiel erläutert.


Seiteninfo
Status: in Bearbeitung
  1. 1,0 1,1 1,2 Albert,A., Bautabellen fü Ingenieure, Auflage 26, Bundesanzeigerverlag, 2024
  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