Durchstanzen von Flachdecken

Studienarbeit von Thoralf Schlüter, Falco Herrmann

Zusammenfassung:

Die Nachweise für das Durchstanzen sowie die eng damit verbundene Querkraftbemessung haben sich im Laufe der Zeit immer wieder verändert. Neue Erkenntnisse aus Versuchen sowie aus mechanischen Überlegungen haben sowohl für den EC2 als auch für die neue DIN 1045-1 zu geänderten Formeln im Vergleich zur alten DIN 1045 (88) geführt. Grundsätzlich führte die Bemessung nach alter Norm nicht zu völlig unsicheren oder andererseits völlig überdimensionierten Bauteilen, neue Überlegungen und ein neues Sicherheitskonzept sollen jedoch zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Sicherheit führen. Aus diesem Grunde ergeben sich Unterschiede hinsichtlich der Beanspruchbarkeit eines Bauteils, wenn es nach den verschiedenen Normen gerechnet wird.

Ziel dieser Vertieferarbeit ist es, sinnvolle Vergleiche zwischen den Normen durchzuführen. Dazu sollen in einem ersten Schritt die Hintergründe der verschiedenen Rechenverfahren aufgezeigt sowie die Bruchmodelle (Hintergründe) erläutert und verglichen werden. Anhand dieser Voruntersuchungen erfolgt dann ein qualitativer und quantitativer aussagekräftiger Vergleich.

Einleitung:

Flachdecken werden im heutigen Hoch- und Industriebau immer häufiger eingesetzt, weil sie in mehrfacher Hinsicht Vorteile bieten. Der Wegfall der Balken reduziert die Schalungskosten, beschleunigt den Bauablauf und erleichtert die Montage der Gebäudetechnik. Durch die gegenüber Unterzugsdecken geringere Konstruktionshöhe lassen sich Geschoss- und Gebäudehöhe verringern und damit Bau- und Betriebskosten senken.

Maßgebend für die Dimensionierung von Flachdeckensystemen ist neben der Beschränkung der Durchbiegung in aller Regel die Sicherheit gegen Durchstanzen. Durch neue Regelwerke kann sich die Bemessungs- und Konstruktionspraxis von Flachdecken deutlich verändern.

Ausgehend von der Harmonisierung der Normung in Europa, galt jahrelang der Eurocode 2 als Nachfolger der derzeit noch gültigen DIN 1045. Eine verbindliche Einführung des EC 2 scheitere bisher daran, dass man sich noch auf keinen einheitlichen Stand einigen konnte. Aus diesem Grund entschied sich der deutsche Normenausschuss, eigenständig ein neues Normenkonzept, die DIN 1045-1, in Anlehnung an den EC 2 zu erarbeiten.

In dieser Vertieferarbeit werden die Durchstanznachweise nach allen drei Normen vergleichend erläutert. Anschließend werden die maßgebenden Einflussgrößen auf ihre Wirkung im Nachweis untersucht und deren markanten Unterschiede herausgearbeitet. Dabei werden zum einen Unterschiede in den Randbedingungen der Nachweise qualitativ herausgearbeitet und zum anderen die für die Sicherheit gegen Durchstanzen wichtigen Parameter, Deckendicke, Stützweite, Biegebewehrungsgrad, Betonfestigkeit und Stützendurchmesser in einem quantitativen Vergleich untersucht. Die unterschiedlichen Einflüsse auf den Durchstanznachweis nach jeweiliger Normung werden herausgestellt.

Gang der Untersuchung:

In der vorliegenden Arbeit wurden auffällige Unterschiede in den verschiedenen Nachweisen auf Durchstanzen nach DIN 1045 (88), Eurocode 2 und der in Kürze verbindlich in Kraft tretenden, neuen DIN 1045-1 herausgearbeitet. Die Betrachtung der Einflüsse maßgebender Eingangsparameter mit den in Abschnitt 5 entwickelten und im Anhang graphisch veranschaulichten Zusammenhängen lässt schnell erkennen, dass DIN 1045-1 und Eurocode 2 in den meisten Fällen sehr ähnlich auf die Variation der Parameter im Nachweis reagieren und sich die Ergebnisse in einigen Bereichen deutlich von denen aus DIN 1045 (88) unterscheiden. Dies lässt sich in erster Linie dadurch erklären, dass die Erarbeitung der neuen deutschen Norm in enger Anlehnung an die europäische Normung erfolgte.

Im quantitativen Vergleich wurde der Einfluss der für das Durchstanzen wichtigsten Parameter Stützweite, Biegebewehrungsgrad, Stützendurchmesser und Betonfestigkeit auf die Deckendicke herausgearbeitet. Auffällig ist, dass im Bereich geringer Betonfestigkeiten der Eurocode die wirtschaftlichsten Ergebnisse hinsichtlich einer Minimierung der Deckendicke erzielt.

Im Bereich hoher Betonfestigkeiten lassen sich jedoch mit den Festigkeiten aus DIN 1045 (88) größere Tragreserven mobilisieren. Im Vergleich mit den Ergebnissen aus den beiden anderen Normen wird jedoch deutlich, dass diese Reserven zu hoch sind. Beide neuen Nachweisformate sind den Ergebnissen zahlreicher theoretischer und experimenteller Versuche an Flachdeckensystemen und -ausschnitten in den letzten Jahrzehnten angepasst und bilden mit den so neu entwickelten semiempirischen Formeln den Versagenszustand des Durchstanzen wirklichkeitsnäher ab. Mit diesem Hintergrundwissen und den Ergebnissen aus den in Abschnitt 5 erarbeiteten Zusammenhängen kann nachgewiesen werden, dass die Vermutung einer Überschätzung der Tragfähigkeit höherfester Betone nach DIN 1045 (88) zutrifft (ab B 45, teilweise schon ab B 35).

Ein weiterer markanter Unterschied ist der Einfluss des kritischen Rundschnitts. Insbesondere in experimentellen Versuchen wurde nachgewiesen, dass der schubbewehrte Bereich bei punktgestützten Flachdecken im Hochbau nach DIN 1045 (88) zu klein gewählt ist. Die erforderliche Verankerung der Schubbewehrung ist nicht gewährleistet und ein Versagen außerhalb des schubbewehrten Bereiches kann stattfinden. In den beiden neuen Normen wird dieser Problematik mit einer besseren Erfassung der Stützengeometrie und -lage, insbesondere in Randbereichen (Überstände) sowie mit einer generellen Vergrößerung begegnet. Die resultierenden Rundschnitte bilden die tatsächliche Bruchfigur beim Durchstanzversagen genauer ab.

Die in dieser Arbeit und anderen, vorangegangenen Untersuchungen zum Durchstanzen gewonnen Erkenntnisse zeigen die Notwendigkeit einer neuen und dem heutigen Kenntnisstand angepassten Regelung des Durchstanznachweises auf.

Inhaltsverzeichnis: