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Konstruktion 2017-09-20T10:55:04+00:00

Konstruktions- und Verarbeitungsmerkmale

LEICHTDECKENKONZEPTION MIT HOHEN, FREIEN STÜTZWEITEN IN DER BETONIERPHASE IM STAHLVERBUNDBAU.

KONSTRUKTIONSPRINZIP

Das Hoesch Trapezprofil TRP 200 AD ist ein Trapezprofil mit extra hohen Stegen und einem breitem querprofiliertem Obergurt. Durch die hohe Profilgeometrie ergibt sich eine große Biegetragfähigkeit und eine hohe Biegesteifigkeit. Das Hoesch-Profil wird mit hochwertigen Beschichtungssystemen geliefert.

Der Anschluss an den Stahlverbundunterzug erfolgt durch Einhängen der Trapezprofile in massive Stahlknaggen Dieser Auflagerpunkt ist durch bauaufsichtlich zugelassene Verbindungsmittel, wie z. B. Setzbolzen zu sichern. Diese Maßnahme dient der Sicherstellung der Querkraftübertragung der Trapezprofile und Komplettierung der Schubfelder.

Die Verbindung der Profile erfolgt mit bauaufsichtlich zugelassenen Verbindungsmitteln, wie z. B. selbstbohrenden Schrauben oder Blindnieten. Die Verbindungsmittel haben neben konstruktiven Aufgaben (aufbärsten Rippe) die wichtige Funktion, Schubkräfte in der Blechscheibe aus Stabilisierungskräften während der Betonierphase zu übertragen. Ein generelles Ausfließen des Betons wird durch den Einbau von Kunststoffformteilen in den Tiefsicken und den metallischen Z-Profilen am Obergurt verhindert.

STAHLBETONKERN

Bedingt durch die Trapezprofilgeometrie ergibt sich für den Stahlbetonkern hier bei geringem Aufbeton eine leichte DIN 1045-konforme Stahlbetonrippendicke bzw. Plattenbalkendecke. Eine wesentliche Erleichterung in der Bauphase kann der Verzicht auf eine Schubbewehrung für die Stahlbetonrippen sein.

Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist, dass der Grundwert der Schubspannung o<o11 ist. Dies ist aufgrund der speziellen Deckenbemessung in der Regel der Fall, so dass ohne Bügelbewehrung gearbeitet werden kann. Derartige Deckenquerschnitte haben im Vergleich zu massiven Decken ein erheblich geringeres Gewicht bei gleicher Biegetragfähigkeit.

Die Bewehrungsmenge reduziert sich aufgrund der hohen statischen Nutzhöhe. Die obere Flächenbewehrung hat multifunktionale Bedeutung. Sie hat die Lastquerverteilung zu den Stahlbetonrippen zu übernehmen und Zwängungsschnittgrößen aus Schwind-, Kriech- und Temperaturbeanspruchungen abzudecken.

Des Weiteren ist sie Anschlussbewehrung für den Plattenbalkenquerschnitt des Stahlverbundträgers. Zuletzt hat Sie noch Scheibenkräfte des Deckenquerschnittes aufzunehmen, die aus der globalen Stabilität eines Gebäudes entstehen.

STAHLVERBUNDTRÄGER

Den Stahlverbundträgern werden neben den üblichen Kopfbolzendübeln die massiven Stahlknaggen angearbeitet. Die Stahlknaggen werden mit kurzen Kehlnähten im Raster des Trapezprofils im Stahlbauwerk aufgeschweißt.

Die Einteilung der Kopfbolzen-dübel ist nicht mehr von der Trapezprofilgeometrie abhängig, da die Profile den Oberflansch nicht überdecken. Auf das üblicher Weise Lochen der Trapezprofile bzw. das Durchschweißen der Kopfbolzendübel auf der Baustelle kann verzichtet werden.

Da im Stahlverbundbau aufgrund der hohen Biegesteifigkeit gerne hohe Materialqualitäten eingesetzt werden, ist der Einsatz von Trapezprofildecken problematisch, da die Verbindungsmittel für die Trapezprofil/Trägerverbindung kaum einzubringen sind.

Diese Anforderung spielt bei der Auflagerung auf massiven Knaggen keine Rolle.

Bemessungskonzeption

BETONIERPHASE

Neben dem Frischbetongewicht haben die Trapezprofile zusätzliche Betonierverkehrslasten aufzunehmen, die aus dem Arbeitsbetrieb entstehen.

Der Tragsicherheitsnachweis basiert sowohl auf dem maximal zulässigen Feldmoment als auch auf der maximal zulässigen Auflagerlast. Beides ist Teil der Zulassung. Zum einen muss das maximale Feldmoment kleiner als das maximale zulässige Feldmoment der bauauflichten Zulassung sein; zum anderen muss die maximale Auflagerlast kleiner als die im Bemessungsgutachten [2] ermittelte Auflagerlast sein. Diese maximale Auflagerlast ist aus einer Versuchsserie bestimmt worden. Da die Versagenscharakteristik einem Sprödbruch entsprach, wurde der hierfür bestimmte hohe Sicherheitsbeiwert von γ = 2,5 eingearbeitet.

Aufgrund der besonders hohen Biegesteifigkeit des Trapezprofiles spielen Verformungen in der Regel keine Rolle. Die Stahlträgerbemessung erfolgt nach den einschlägigen Stahlbaurichtlinien. Da die Hoesch Additiv Decke® ein geringes Eigengewicht besitzt, bietet es sich an, auch die Deckenträger ohne Hilfsunterstützungen in der Betonierphase zu Bemessen.

In den meisten Fällen ist der Endzustand des Verbundträgers Bemessungskriterium für die Stahlprofilwahl. Die Stabilisierung des Stahlprofilobergurtes gegen Biegedrillknicken kann durch die Trapezprofilscheibe erfolgen. Sie ist ohnehin planmäßig kontinuierlich durch die Setzbolzen an den Obergurt des Stahlprofiles angeschlossen. Der maximal zulässige Schubfluss T[KN/m], berechnet nach Schardt/Strehl [3] , darf nicht überschritten werden.

Da relativ dicke Blechstärken (t = 1,25 mm bis 1,5 mm) zum Einsatz kommen, ist der zulässige Schubfluss hoch. Bei einseitigem Betonieren ergibt sich das mechanische Tragmodell für den Biegedrillknicknachweis.

KALTBEMESSUNG ENDZUSTAND

Die Bemessung des Deckenquerschnittes erfolgt als Einfeldträger. Auftretende negative Stützmomente aus Verkehrslast und Zwängungen werden durch Bewehrung abgedeckt, aber für den Tragsicherheitsnachweis nicht in Ansatz gebracht.

Aufgrund der hohen Biegetragfähigkeit des Trapezprofiles ist bewusst auf eine planmäßige Verbundsicherung zwischen Blech und Beton verzichtet worden. Dies hat den Vorteil, dass die Trapezprofile bandbeschichtet eingesetzt werden können, da ein Haftverbund zwischen Beton und Verzinkung nicht erforderlich ist. Die Bemessung erfolgt nach dem von Schmidt/Lehrmann [4] vorgestelltem additivem Bemessungskonzept. Dabei werden die Einzelbiegetragfähigkeiten des Trapezprofiles und des Stahlbetonrippendeckenquerschnittes addiert.

Dies ist gerechtfertigt, da eine Durchbiegungskoppelung besteht und die Lastverformungskurven der beiden Deckenpartner gut übereinstimmen. Bei einer Reihe von Traglastversuchen hat sich herausgestellt, dass diese Vorgehensweise erhebliche Traglastreserven beinhaltet, da nur die Biegetragfähigkeit des „nackten“ Trapezprofiles in Ansatz gebracht wird. In Wirklichkeit findet aber zumindest eine Beulbehinderung statt, die zu erheblich höheren Bruchmomenten führt. Unerwünschte Verbundspannungen, die die Verifizierung dieses Gedankenmodells beeinträchtigt hätten, sind bei den Versuchen durch Schalöl und 100 Vorbelastungen bis zum Gebrauchslastniveau unterbunden worden.

Die erreichten Bruchmomente lagen nun rund 30 % über den theoretischen additiven Bruchmomenten.

Der relativ geringe Lastanteil der Stahlbetonrippendecke führt dazu, dass auf eine Schubbewehrung verzichtet werden kann. Die Querkraftübertragung erfolgt auch in diesem Fall über das Blech in die Stahlknaggen.

Dies führt dazu, dass auf eine Aufhängebewehrung des abgesetzten Stahlbetonauflagers verzichtet werden kann. Es ergibt sich als Konsequenz eine simple Bewehrungsführung für den Feldquerschnitt. Die obere Bewehrungsführung muss nach den einschlägigen Richtlinien für Stahlverbund- bzw. Stahlbetonkonstruktionen festgelegt werden. Sie ist nicht mehr durch Besonderheiten des Additiv-Systems gekennzeichnet und besteht in der Regel aus einer einlagigen Flächenbewehrung.

Die Stahlverbundkonstruktion kann ebenfalls nach den einschlägigen Richtlinien bemessen werden. Eine Verringerung der Dübeltragfähigkeit infolge querlaufender Trapezprofilhohl-zellen findet nicht statt.

Als Besonderheit ist zu erwähnen, dass sich die Nutzhöhe des Verbundträgers um die Knaggenhöhe (35 mm) erhöht. Ein Ansatz der Stahlknaggen als Verbundsicherungselement für den Träger ist grundsätzlich möglich.

Entsprechende Push-out-Tests sind durchgeführt und interpretiert [5]. Im Diagramm ist die entsprechende Lastverformungskurve dargestellt.
Die untere Kurve stellt die Lastverformungskurve von 2 Kopfbolzen dar [2/0]. Die mittlere Kurve stellt die Kombination von 2 Kopfbolzendübel und einer Stahlknagge [2/1] dar.

Die obere Kurve entspricht dem Versuch mit 2 Knaggen auf 2 Kopfbolzendübel. Eine Reduktion der Kopfbolzendübel ist hierdurch möglich. Es muss dann aber bedacht werden, dass diese Kräfte durch entsprechende Schweißnähte angeschlossen werden müssen.

WARMBEMESSUNG

Die Warmbemessung erfolgt derzeit noch nach brandschutztechnischer Beurteilung im Einzelfall. Eine Einstufung in die Feuerwiderstandskategorie FA90 ist möglich. Da das Trapezprofil nach 90-minütiger Branddauer keinen nennenswerten Tragbeitrag mehr leistet, muss die Feldlängsbewehrung entsprechend dimensioniert werden.

Eine zusätzliche Aufhängebewehrung im Auflagerbereich sichert die Querkraftübertragung.

Das Trapezprofil verzögert durch verschiedene physikalische Effekte die Erwärmung des Stahlbetonkerns um ca. 10 bis 15 Minuten.

Deshalb ist auch im Gegensatz zur DIN 4102 eine Einstufung in die Kategorie FA90 bei nur 80 mm Deckenstärke möglich. Die Stahlverbundkonstruktion kann mit den bekannten Methoden feuerwiderstandsfähig gemacht werden.

Ein passendes Berechnungsbeispiel können Sie hier herunterladen.

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