Tragwerksplanung, Erstellung der Ausführungspläne und Kostenschätzung zum Neubau eines Belebungsbeckens nach der neuen Stahlbetonnorm DIN 1045-1 (07/2001)
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Torsten Welsch
- Abgabedatum: August 2006
- Umfang: 217 Seiten
- Dateigröße: 33,2 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Bergische Universität Wuppertal Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-9843-6
- ISBN (CD) :978-3-8324-9843-6 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Welsch, Torsten August 2006: Tragwerksplanung, Erstellung der Ausführungspläne und Kostenschätzung zum Neubau eines Belebungsbeckens nach der neuen Stahlbetonnorm DIN 1045-1 (07/2001), Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Weiße Wanne, Rissbreitenbeschränkung, fugenlos, Zwangsbeanspruchung, Risstheorie
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Diplomarbeit von Torsten Welsch
Zusammenfassung:
Gegenstand der Arbeit ist ein neu zu bauendes Stahlbeton-Belebungsbecken mit den Abmessungen (LxBxH) 84,20 x 19,20 x 7,24 m. Da das Beckenbauwerk als „weiße Wanne“ und über die gesamte Länge fugenlos ausgeführt werden sollte, war als Grundlage insbesondere der Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zunächst die intensive Auseinandersetzung mit den Themen Zwangsschnittgrößen und Rissbildung erforderlich.
Nach Erörterung der theoretischen Zusammenhänge wurde deren Umsetzung in den Stahlbetonnormen DIN 1045 (07/1988) und DIN 1045-1 (07/2001) beleuchtet.
Abschließend erfolgte die statische Berechnung in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit (ULS) und der Gebrauchstauglichkeit (SLS) mit dem Ziel, die zur Beschränkung der Rissbreite erforderliche Bewehrung zu reduzieren. Dazu wurden im SLS für jedes Bauteil die unterschiedlichen Zwangsursachen entsprechend ihrer Ursache und Größe gesondert betrachtet und die erforderliche rissverteilende Bewehrung ermittelt.
Im ULS erfolgte die Optimierung dadurch, dass das gesamte Becken mit der Finite-Elemente-Methode am 3D-Modell als Schalentragwerk auf elastischer Bettung berechnet wurde, um das bereichsweise vorhandene zweiachsige Tragverhalten ausnutzen zu können.
Die Umfangreichen Berechnungen werden ergänzt durch die Schalpläne für das gesamte Bauwerk sowie die Bewehrungspläne, basierend auf Listenmatten und Stabstahl, exemplarisch für den ersten Betonierabschnitt.
Darüber hinaus fließen in die Arbeit die Erfahrungen ein, die der Autor in seiner 5-jährigen Tätigkeit als Tragwerksplaner (seit 2001 Dipl.-Ing. (FH)) sammeln konnte.
Inhaltsverzeichnis:
| Inhaltsverzeichnis | ||
| 1. | Einführung | 5 |
| 1.1 | Aufgabenstellung, Bau- und Funktionsbeschreibung | 5 |
| 1.1.1 | Aufgabenstellung | 5 |
| 1.1.2 | Funktionsbeschreibung | 5 |
| 1.1.3 | Baubeschreibung | 6 |
| 1.2 | Ergebnisse der statischen Vorberechnung | 8 |
| 2. | Rissbildung aus Zwangsbeanspruchungen | 9 |
| 2.1 | Allgemeines | 9 |
| 2.2 | Zwangsbeanspruchungen aus prozessbedingten Temperaturänderungen | 10 |
| 2.3 | Schwinden und Quellen | 13 |
| 2.4 | Thermische Dehnungen aus klimatischen Veränderungen | 14 |
| 2.5 | Nutzungsabhängige thermische Dehnungen | 15 |
| 2.6 | Ungleiche Setzungen | 16 |
| 2.7 | Art und Größe der auftretenden Zwangsbeanspruchungen | 17 |
| 2.7.1 | Zwangsbeanspruchung in Bodenplatten | 18 |
| 2.7.2 | Zwangsbeanspruchung in Wänden | 20 |
| 2.8 | Beschreibung der Rissbildung | 23 |
| 3. | Umsetzung der Risstheorie in den Normen | 28 |
| 3.1 | DIN 1045 Ausgabe Juli 1988 [2] | 28 |
| 3.2 | DIN 1045 Ausgabe Juli 2001 [3] | 35 |
| 3.3 | Vergleich der Normen am Beispiel des geplanten Beckenbauwerks | 44 |
| 4. | Schlussfolgerungen für das zu bearbeitende Bauwerk | 48 |
| 4.1 | Übertragung der Ergebnisse aus den Kapiteln 2 und 3 auf das Becken | 48 |
| 4.1.1 | Expositionsklassen und deren Auswirkung auf die Betonzugfestigkeit | 48 |
| 4.1.2 | Vorgaben aus ergänzenden Vorschriften | 49 |
| 4.1.3 | Auswirkungen der fugenlosen Bauweise | 50 |
| 4.2 | Maßnahmen für eine wirtschaftlichere Bauweise | 52 |
| 4.2.1 | Querschnittsdicken und effektive Betonzugzone | 52 |
| 4.2.2 | Ansatz der zulässigen rechnerischen Rissbreite | 54 |
| 4.2.3 | Verwendung kleiner Stabdurchmesser | 56 |
| 4.3 | Weitere Maßnahmen zur Vermeidung von Rissen großer Breite | 57 |
| 4.3.1 | Allgemeines | 57 |
| 4.3.2 | Konstruktive Maßnahmen | 57 |
| 4.3.3 | Betontechnologische Maßnahmen | 58 |
| 4.3.4 | Ausführungstechnische Maßnahmen | 61 |
| 4.4 | Auswirkungen der Baustellenpraxis auf die Berechnung | 62 |
| 4.4.1 | Allgemeines | 62 |
| 4.4.2 | „Genaue“ Berechnung des Hydratationswärmeverlusts | 62 |
| 4.4.3 | Abpolsterung von Bodenplattenvertiefungen | 65 |
| 4.4.4 | Vorgeben einer bestimmten Betonierabfolge | 66 |
| 5. | Statische Berechnung des neuen Beckenbauwerks | 70 |
| 5.1 | Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (ULS) | 70 |
| 5.1.1 | Vorbemerkungen | 70 |
| 5.1.2 | Randbedingungen | 70 |
| 5.1.3 | Belastung | 71 |
| 5.1.4 | Lastkombinationen | 72 |
| 5.1.5 | Ergebnisse | 74 |
| 5.2 | Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS) | 75 |
| 5.2.1 | Begrenzung der Spannungen | 75 |
| 5.2.2 | Begrenzung der Verformungen | 76 |
| 5.2.4 | Auftriebssicherheit | 77 |
| 5.2.5 | Mindestbewehrung zur Begrenzung der Rissbreite bei Zwangsbeanspruchung | 78 |
| 5.2.5.1 | Bodenplatte | 80 |
| 5.2.5.2 | Außenlängswände | 90 |
| 5.2.5.3 | Mittellängswand | 97 |
| 5.2.5.4 | Querwände | 98 |
| 5.2.5.5 | Bodenplatte am Auslaufkanal | 99 |
| 5.2.5.6 | Außenquerwand am Auslaufkanal | 99 |
| 5.2.5.7 | Kragplatte in Achse A | 100 |
| 5.2.5.8 | Zusammenstellung der erforderlichen Mindestbewehrung | 103 |
| 5.2.6 | Begrenzung der Rissbreite unter der maßgebenden Einwirkungskombination | 103 |
| 5.2.6.1 | Schnittgrößenermittlung | 103 |
| 5.2.6.2 | Nachweis der Begrenzung der Rissbreite | 109 |
| 5.2.7 | Fazit der Nachweise im SLS | 113 |
| 6. | Maßnahmen zur Rationalisierung und Vereinfachung des Bauablaufes | 114 |
| 6.1 | Allgemeines | 114 |
| 6.2 | Einsatz von Arbeitsfugenblechen und Abschalelementen | 115 |
| 6.3 | Bewehrung mit Listenmatten und 3D-Elementen | 120 |
| 7. | Konstruktive Maßnahmen zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit und der Ausführungsqualität | 123 |
| 7.1 | Allgemeines | 123 |
| 7.2 | Untersuchung des Schadensbildes | 124 |
| 7.3 | Verbesserung der Betonoberfläche von vertikalen Flächen | 124 |
| 7.4 | Verbesserung der Betonoberfläche von horizontalen Flächen | 129 |
| 8. | Kostenvergleiche | 131 |
| 8.1 | Allgemeines | 131 |
| 8.2 | Mengenermittlungen | 131 |
| 8.2.1 | Variante A | 131 |
| 8.2.2 | Variante B | 132 |
| 8.2.3 | Variante C | 132 |
| 8.3 | Kostenberechnungen und -vergleiche | 133 |
| 9. | Literatur-, Bild- und Anlagenverzeichnis | 136 |
| 9.1 | Literaturverzeichnis | 136 |
| 9.2 | Bildverzeichnis | 137 |
| 9.3 | Anlagenverzeichnis | 140 |
| Anlagen | Seiten 141-217 | |
| Anlage 1. | Statische Berechnung des neuen Beckenbauwerks | |
| Anlage 2. | Baugrunduntersuchung einschl. Grundwasseranalyse | |
| Anlage 3. | Schalplan 1: Übersicht Belebungsbecken M. 1/100 | |
| Anlage 4. | Schalplan 2: Belebungsbecken Achse 1 – 4 M. 1/50 | |
| Anlage 5. | Schalplan 3: Belebungsbecken Achse 3 – 6 M. 1/50 | |
| Anlage 6. | Bewehrungsplan 1: Bodenplatte Betonierabschnitt 1 | |
| Anlage 7. | Bewehrungsplan 2: Wände Betonierabschnitt 1 (Achse 3+4/A-C) | |
| Anlage 8. | Bewehrungsplan 3: Wände Betonierabschnitt 1 (Achse A,B,C/3-4) | |
| Anlage 9. | Stahl-, Biege- und Mattenlisten | |
| Anlage 10. | Statische Berechnung des bestehenden Beckenbauwerks | |
| Anlage 11. | Positionsplan zur Statik des bestehenden Beckenbauwerks |
Temperaturdifferenzen formelmäßig „genauer“ abzuschätzen. Nachfolgend soll an einem Beispiel gezeigt werden, daß ein solches Vorgehen in den wenigsten Fällen sinnvoll ist. Betrachtet werde eine der 40 cm dicken Außenwände des vorliegenden Beckens, die auf die bereits fertig gestellte Betonbodenplatte betoniert wird. Für die Berechnung der Betonzugspannung aus abfließender Hydratationswärme ist die Kenntnis der Frischbeton- und der Bauteiltemperatur des Fundamentes von Nöten. Es bedarf also einer Bauleitung, die sich der Verantwortung für die richtige Frischbetontemperatur bewußt ist, und eines Baustellenpersonals, das dazu in der Lage ist, die korrekte Bauteil- und Frischbetontemperatur zu ermitteln. Entsprechend den Ausführungen in Abs. 6.1 darf bezweifelt werden, daß dies auf einer normalen Baustelle der Fall ist. [...]
Hinter dieser zunächst vielleicht eigenartig anmutenden Überschrift verbirgt sich der Versuch, die auf der Baustelle gesammelten Erfahrungen des Autors bei der Berechnung des Beckenbauwerks einzubeziehen. Denn viel zu oft klafft eine große Lücke zwischen dem, was sich ein Tragwerksplaner in der Theorie ausdenkt, und dem, was auf der Baustelle tatsächlich geschieht. Damit ist nicht nur die in Abs. 6.1 geschilderte Situation auf ganz „normalen“ Baustellen in Deutschland gemeint. Sondern es geht ebenso um Baustellenabläufe, die dem Tragwerksplaner häufig nicht bewußt sind, seinen Vorstellungen jedoch vielleicht entgegen stehen. Nachfolgend werden einige Beispiele für „übertriebene Genauigkeit“ genannt, die im günstigsten Fall nur unnötige oder doppelte Arbeit für den Tragwerksplaner, im schlimmsten Fall jedoch einen Schaden am Bauwerk zur Folge haben. [...]
Witterungseinflüsse rasch austrocknet und dadurch entfestigt wird. Daher ist es wichtig, daß der Beton während der Erhärtung ständig feucht gehalten wird. Dies geschieht z.B. durch Besprühen der Oberflächen mit Wasser oder einem geeigneten Nachbehandlungsmittel sowie dem anschließenden Abdecken der betreffenden Bauteile. Beim Abdecken mit Folie ist darauf zu achten, daß keine Durchlüftung zwischen Bauteil und Folie stattfindet. Wird die Abdeckung mit Jutematten oder Vliesgewebe durchgeführt, sind diese ständig feucht zu halten. Dies gilt auch für saugende Schalung, die für WU-Bauwerke nach [22] grundsätzlich zu verwenden ist. Bodenplatten können dadurch feucht gehalten werden, daß sie unter Wasser gesetzt und abgedeckt werden. Auf das Problem von Betonoberflächen geringer Festigkeit wird in Kapitel 7 noch einmal ausführlich eingegangen. Dort werden Maßnahmen vorgestellt, durch die gleichermaßen eine gute Nachbehandlung und besonders harte Betonoberflächen erzielt werden können. [...]
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832498436
Arbeit zitieren:
Welsch, Torsten August 2006: Tragwerksplanung, Erstellung der Ausführungspläne und Kostenschätzung zum Neubau eines Belebungsbeckens nach der neuen Stahlbetonnorm DIN 1045-1 (07/2001), Hamburg: Diplomica Verlag
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Weiße Wanne, Rissbreitenbeschränkung, fugenlos, Zwangsbeanspruchung, Risstheorie



