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Konstruieren im Stahlbetonbau 1: Grundlagen mit Anwendungen im Hochbau

AutorHans-Hermann Prüser
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2008
Seitenanzahl276 Seiten
ISBN9783446419001
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis19,99 EUR

Der überwiegende Anteil aller Rohbauleistungen wird in der Stahlbetonbauweise ausgeführt. Sie hat seit ihren Anfängen vor 150 Jahren eine stürmische Entwicklung genommen und ist heute ein Hightech-Produkt des konstruktiven Ingenieurbaus. Das Einsatzspektrum ist ausgesprochen breit. Es beinhaltet Tiefbau, Hochbau, Industriebau, Brückenbau, Behälterbau. Die Konstruktionen werden höher und schlanker. Die Möglichkeiten der Formgebung sind vielfältig und die Bauzeiten verkürzen sich. 

Dieses Buch richtet sich vorrangig an Studierende des Bauingenieurwesens. Es ist in zwei Bänden konzipiert. Im vorliegenden 1. Band werden die Grundlagen der Stahlbetonbauweise erläutert und anhand einfacher Beispiele aus dem Hochbau angewendet. Das Verständnis zum Sicherheitskonzept, zum Baustoff an sich und zu seinem Verhalten unter Beanspruchung soll detailliert vermittelt werden. Es ist Voraussetzung für die Planung im Entwurf und in der Ausführung sowie in der Anwendung moderner Bemessungsprogramme. Anschauliche Grafiken und ausführlich ausgearbeitete Anwendungsbeispiele tragen zum Verständnis bei. 

Am Ende des Buches sind ergänzende Übungsbeispiele angegeben, die zum selbstständigen Bearbeiten und Vertiefen des Stoffes anregen sollen. http://www.hhprueser.de enthält weitere Informationen und Beispielaufgaben sowie auch einfache ausgewertete Tabellenkalkulationen, zum Stahlbetonbau.

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Leseprobe
3 Festigkeit und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen (S. 92-93)

Die Tragfähigkeit eines Stahlbetonbauteiles ergibt sich aus dem Zusammenwirken der Baustoffe Beton und Stahl. Es ist so zu konstruieren, dass es den Beanspruchungen gemäß Kapitel 2 sicher widerstehen kann.

In diesem Kapitel werden allgemein die Werkstoffeigenschaften von Beton und Stahl sowie ihre Verbundwirkung betrachtet. Dazu zählen insbesondere das Festigkeits- und Verformungsverhalten.

In der DIN 1045-1 sind die im Stahlbetonbau einzuhaltenden Materialkennwerte festgelegt. Sie sind ein Ergebnis aus der Auswertung empirischer Versuche und sind Grundlage für das in dem Kapitel 4 behandelte Bemessungskonzept zur Bestimmung des Tragwiderstands eines Stahlbetonquerschnittes. Die heute im Stahlbetonbau vorwiegend verwendeten Baustoffe sind der Normalbeton der Güten C12/15 bis C50/60 und der Betonstahl BSt 500/550. Deshalb konzentrierten sich die nachfolgenden Eräuterungen darauf.

Die Ausführungen sind aber aus gutem Grund allgemeiner gehalten: Ein immer weiter wachsender Anteil des Umsatzes im Baugewerbe wird heute mit dem Bauen im Bestand erzielt. Umbaumaßnahmen an bestehenden Bauwerken beinhalten oft anspruchsvolle Aufgaben des Ingenieurbaus. Sie werden erforderlich, wenn während der Lebensdauer des Bauwerkes Nutzungsänderungen, veränderte Nutzungsgewohnheiten oder energetische Ertüchtigungen in einer zu verändenden Konstruktion zu berücksichtigen sind. So können aus Lagern Verkaufs- oder Büroräume werden, Wohngebäude werden entkernt, Brückenbauwerke erhalten veränderte Verkehrslasten. Entsprechend vielfältig sind die entsprechenden Planungs- und Bauleistungen: Gegebenenfalls sind tragende Wände zu entfernen oder zu versetzen. Neue Wand- und Deckendurchbrüche entstehen. Unterzüge, Stützen und Fundamente erhalten nach dem Umbau veränderte Belastungen. Zu Beginn von Umbauten steht die Untersuchung von Tragverhalten und Tragfähigkeit der Gebäudesubstanz. Selbstverständlich sind dabei die damals verwendeten Baustoffe zu berücksichtigen. Vor 50 Jahren wurden andere Beton- und Betonstahlgüten verwendet als heute. Darüber hinaus sind Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten durchzuführen, um die bestehenden Bauwerke dauerhaft zu sichern und in guter Qualität zu erhalten. Auch hier sind ggf. andere als die heute gebräuchlichen Materialkennwerte zu berücksichtigen.

3.1 Beton

Im Rahmen dieses Buches wird die Konstruktion von Stahlbetonbauteilen und mit ihren Nachweisen in den Grenzzuständen von Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit behandelt. Die Herstellung und Güteüberwachung von Beton ist nicht Gegenstand der Ausführungen. Es wird davon ausgegangen, dass die auf der Baustelle benötigte Betonqualität entweder vor Ort hergestellt werden kann oder von Transportbetonfirmen auf die Baustelle geliefert wird. Deshalb sind im folgenden Abschnitt 3.1.1 nur in Ansätzen einige betontechnologische Zusammenhänge wiedergegeben. Für eine vertiefende Betrachtung wird auf einschlägige Literatur verwiesen.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
1 Einleitung14
1.1 Stahlbeton – ein zuverlässiger und universell einsetzbarer Baustoff14
1.2 ... etwas zur Geschichte16
1.3 Das Tragverhalten von Stahlbetonbauteilen19
1.4 Normung und Vorschriften23
1.4.1 Konstruktion und Bemessung23
1.4.2 Das Sicherheitskonzept im Bauingenieurwesen24
2 Die Beanspruchung der tragenden Konstruktion26
2.1 Charakteristische Einwirkungen im Hochbau26
2.2 Das Nachweiskonzept der DIN 1045-127
2.2.1 Grenzzustand der Tragfähigkeit28
2.2.2 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit29
2.3 Verfahren zur Ermittlung von Schnittgrößen30
2.3.1 Elastizitätstheorie31
2.3.1.1 Allgemeines und Voraussetzungen31
2.3.1.2 Vorgehensweise an einem Beispiel erläutert32
2.3.2 Elastizitätstheorie mit Momentenumlagerung37
2.3.3 Plastizitätstheorie38
2.3.4 Nichtlineare Verfahren39
2.4 Idealisierungen und Vereinfachungen am Tragwerk41
2.4.1 Wirksame Stützweite42
2.4.2 Mitwirkende Plattenbreite43
2.4.3 Abminderung von Stützmomenten44
2.4.4 Abminderung der Querkraft45
2.4.5 Imperfektionen für ein Gesamttragwerk45
2.5 Schnittgrößenermittlungen an einem Hochbautragwerk46
2.5.1 Systemfindung48
2.5.1.1 Tragglieder für die Abtragung vertikaler Lasten49
2.5.1.2 Abtragung horizontaler Lasten und Aussteifung desTragwerkes50
2.5.2 Handrechenverfahren zur Vordimensionierung einzelner Bauteile51
2.5.2.1 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG . TS 1.1:Einachsig gespannte Platte über 5 Felder52
2.5.2.2 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG . TS 1.2:2–Feldunterzug mit Kragarm56
2.5.2.3 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG . TS 1.3:Abfangung im Rasterpunkt C3 als Unterzug61
2.5.2.4 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG . TS 2.1:2–achsig gespannte, durchlaufende Platte62
2.5.2.5 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG . TS 2.1:Unterzugsystem71
2.5.2.6 Pos. 3 Gebäudestützen . Zusammenfassende Darstellung72
2.5.3 Simulationen des Gesamttragwerkes in der Ausführungsplanung75
2.5.3.1 Zur Notwendigkeit der Berechnung nach Theorie 2.Ordnung — Prüfung der Verschieblichkeit des Rahmensystems.76
2.5.3.2 Pos. 1 Geschossdecke 1. OG79
2.5.3.3 Pos. 2 Geschossdecke 3. OG87
2.5.3.4 Pos. 3 Stützen- und Rahmensystem / Gebäudeaussteifung90
3 Festigkeit und Verformungsverhalten von Stahlbetonbauteilen93
3.1 Beton94
3.1.1 Allgemeines94
3.1.2 Festigkeit und Verformbarkeit96
3.1.3 Zeitabhängiges Verformungsverhalten infolge Schwinden und Kriechen101
3.2 Betonstahl103
3.3 Der Verbund zwischen Stahl und Beton105
3.4 Tabellen für Bemessung und Konstruktion107
3.4.1 Kennwerte des Betons107
3.4.2 Querschnitte von Längsbewehrungen109
3.4.3 Querschnitte von Bügelbewehrungen110
3.4.4 Das Grundmaß der Verankerungslänge [cm]111
4 Bemessung im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT)113
4.1 Biegung mit Normalkraft in Balken und Platten113
4.1.1 Grundlagen113
4.1.2 Rechteckige Betondruckzone (Normalbeton C 12/15 bis C 50/60)117
4.1.2.1 . . . ohne Druckbewehrung119
4.1.2.2 . . . mit Druckbewehrung121
4.1.3 Beliebige, nicht rechteckige Betondruckzone124
4.1.4 Ergänzende Betrachtungen am Plattenbalken125
4.1.5 Beispiele zur Bemessung auf Biegung mit Normalkraft127
4.2 Querkraft156
4.2.1 Bauteile ohne rechnerisch erforderliche Querkraftbewehrung156
4.2.2 Bauteile mit rechnerisch erforderlicher Querkraftbewehrung158
4.2.3 Zugkraftverankerung am Endauflager163
4.2.4 Reduzierung des Bemessungswertes für die Ermittlung der Querkraftbewehrung164
4.2.5 Bemessungsbeispiele165
4.3 Stützen (Betondruckglieder)172
4.3.1 Bemessung mit Interaktionsdiagrammen173
4.3.2 Berücksichtigung von Tragwerksverformungen Modellstützenverfahren177
4.3.2.1 Imperfektionen178
4.3.2.2 Theorie 2. Ordnung179
4.3.2.3 Kriecheinfluss182
4.3.3 Bemessungsbeispiele Modellstützenverfahren182
Anwendungsbeispiel 4.3.1: Einzelstütze mit den Lagerungen:182
5 Bemessung: Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZGT)195
5.1 Allgemeines195
5.2 Die Begrenzung von Spannungen196
5.3 Die Begrenzung der Rissbreite196
5.3.1 Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite198
5.3.1.1 Abfließen der Hydratationswärme199
5.3.1.2 Äußerer Biege-Zwang199
5.3.2 Nachweis der Rissbreitenbegrenzung ohne direkte Berechnung200
5.3.3 Bemessungsbeispiele Rissbreitenbegrenzung200
5.4 Durchbiegung205
5.4.1 Begrenzung der Biegeschlankheiten206
5.4.2 Bemessungsbeispiele Durchbiegung207
6 Konstruktionsregeln210
6.1 Dauerhaftigkeit210
6.2 Die Übertragung und Verankerung von Kräften zwischen Stahl und Beton212
6.3 Bügel und Querkraftbewehrung214
6.4 Konstruktionsregeln für einzelne Bauteile215
6.4.1 Balken und Plattenbalken215
6.4.2 Stahlbetonplatten216
6.4.3 Stahlbetonstützen217
7 Bewehrungskonstruktion219
7.1 Durchlaufträger mit Kragarm219
7.1.1 Vereinfachte Systembeschreibung219
7.1.2 Biegebewehrung mit Zugkraftdeckung219
7.1.3 Bügelbewehrung mit Querkraftdeckungslinie225
7.2 Durchlaufende, 2-achsig gespannte Platte228
8 Übungsaufgaben233
A Hilfsmittel zur Schnittgrößenermittlung247
A.1 Durchlaufträger unter Gleichstreckenlasten247
A.1.1 Charakteristische Schnittgrößen: 2-Feldträger und 3-Feldträger mit gleichen Stützweiten247
A.1.2 Maßgebende Bemessungsschnittgrößen: Durchlaufträger bis zu 5 Felder mit gleichen Stützweiten247
A.1.3 Maßgebende Bemessungsschnittgrößen: 2-Feldträger mit unterschiedlichen Stützweiten und Kragarmen248
A.2 Rechteckplatten unter konstanten Flächenlasten254
A.2.1 Biegemomente in durchlaufenden Platten nach Pieper-Martens A254
A.2.2 Auflagerreaktionen von Rechteckplatten nach dem Verfahren der Lasteinzugsflächen255
A.2.3 Die vereinfachte Momentenverteilung in Rechteckplatten nach Czerny257
A.3 Die Knicklänge in Rahmensystemen258
B Vergleichende Computersimulation259
B.1 Unterzuggelagerte Deckenplatte mit Haupttragrichtung259
B.2 Unterzuggelagerte Deckenplatte zweiachsig gespannt263
C Bemessungshilfsmittel für höherfesten Beton266
D Leitfäden für Bemessungsaufgaben267
D.1 Bemessung: Biegung mit Längskraft (Vordimensionierung)267
D.2 Tragfähigkeit: Biegung mit Längskraft (C 12/15 – C 50/60)269
D.3 Bemessung: Querkraft (Vordimensionierung)270
Literaturverzeichnis271
Begriffe und Formelzeichen272
Sachwortverzeichnis275

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