Der vorliegende Kommentar zu DIN EN 1994-1-1 richtet sich an alle Fachleute, die sich planend, bauend, prüfend oder überwachend mit der Bemessung, Konstruktion und Ausführung von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton befassen. Er bietet eine Unterstützung bei der Auslegung und Anwendung der Norm in der Ingenieurpraxis. Besonderer Wert wird auf die Erläuterung der den Bemessungsregeln zugrunde liegenden mechanischen Modelle gelegt, um auch bei praktischen Fragestellungen, die nicht durch spezielle Anwendungsregeln im Eurocode 4 abgedeckt sind, eine sachgerechte Anwendung der Norm zu ermöglichen. Ergänzt wird das Buch durch eine Reihe typischer Beispiele aus dem Hochbau, sodass der Praktiker sich einfach und schnell in das Regelwerk einarbeiten kann.
Darüber hinaus wird ein Einblick in den derzeitigen Diskussionsstand bei der Erarbeitung der Regelungen für die nächste Generation des Eurocode 4 gegeben und es wird auf wichtige, zu erwartende Änderungen und Ergänzungen hingewiesen.
Table of Contents:
Autorenporträts ix
Danksagung x
1 Allgemeines 1
1.1 Einführung und Anwendungsbereich von DIN EN 1994-1-1 1
1.1.1 Einführung 1
1.1.2 Anwendungsbereich 1
1.1.3 Das Eurocodeprogramm 1
1.1.3.1 Historische Entwicklung der Normung im Stahlverbundbau 3
1.1.3.2 Zukünftige Entwicklung des Eurocode 4 – zweite Generation 6
1.1.4 Inhalt und Gliederung der Norm 9
1.2 Normative Verweise, Nationale Anwendungsdokumente und NDPs 12
1.2.1 Normative Verweise 12
1.2.2 Nationales Anwendungsdokument und NDPs 13
1.3 Annahmen 16
1.4 Unterscheidung nach Grundsätzen und Anwendungsregeln 17
1.5 Bezeichnungen, Begriffe und Definitionen 17
1.5.1 Bezeichnungen 17
1.5.2 Begriffe und Definitionen 18
1.6 Bautechnische Unterlagen 20
2 Grundlagen der Tragwerksplanung – Sicherheitskonzept 23
2.1 Allgemeines 23
2.2 Grundsätzliches zur Bemessung mit Grenzzuständen 23
2.3 Basisvariablen 23
2.4 Nachweise mit Teilsicherheitsbeiwerten 24
2.4.1 Bemessungswerte 24
2.4.1.1 Bemessungswert für Einwirkungen 24
2.4.1.2 Bemessungswert des Tragwiderstandes 25
2.4.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit – Kombinationsregeln 26
2.4.3 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit – Kombinationsregeln 28
3 Werkstoffe 31
3.1 Beton 31
3.2 Betonstahl 37
3.3 Baustahl 39
3.4 Verbindungs- und Verbundmittel 40
4 Dauerhaftigkeit 41
4.1 Allgemeines 41
4.2 Profilbleche für Verbunddecken in Tragwerken des Hochbaus 41
4.3 Dauerhaftigkeitskriterien für Stahlbauteile 41
4.4 Dauerhaftigkeitskriterien für schlaff bewehrte Betonbauteile 43
5 Tragwerksberechnung 51
5.1 Statisches System für die Berechnung 51
5.1.1 Statisches System und grundlegende Annahmen 51
5.1.2 Berechnungsmodelle für Anschlüsse 51
5.1.3 Boden-Bauwerk-Interaktion 51
5.2 Globale Tragwerksberechnung 52
5.2.1 Einflüsse aus Tragwerksverformungen 52
5.2.2 Schnittgrößenermittlung für Tragwerke des Hochbaus 52
5.3 Imperfektionen 53
5.4 Schnittgrößenermittlung 54
5.4.1 Verfahren der Schnittgrößenermittlung 54
5.4.1.1 Allgemeines 54
5.4.1.2 Mittragende Gurtbreite bei der Schnittgrößenermittlung 57
5.4.2 Linear-elastische Tragwerksberechnung 61
5.4.2.1 Allgemeines 61
5.4.2.2 Kriechen und Schwinden 61
5.4.2.3 Einflüsse aus der Rissbildung 70
5.4.2.4 Belastungsgeschichte 79
5.4.2.5 Einflüsse aus Temperatureinwirkungen 80
5.4.2.6 Einfluss aus Vorspannung 83
5.4.2.7 Beispiel zur elastischen Ermittlung der Schnittgrößen aus Kriechen und Schwinden unter Berücksichtigung der Rissbildung 87
5.4.3 Nichtlineare Tragwerksberechnung 99
5.4.4 Grenzzustand der Tragfähigkeit – elastische Tragwerksberechnung mit Momentenumlagerung 100
5.4.5 Berechnung nach der Fließgelenktheorie 102
5.5 Klassifizierung der Querschnitte 105
5.5.1 Allgemeines 105
5.5.2 Klassifizierung von Verbundquerschnitten ohne Kammerbeton 106
5.5.3 Klassifizierung von Verbundquerschnitten mit Kammerbeton 108
6 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit 113
6.1 Verbundträger 113
6.1.1 Verbundträger für Tragwerke des Hochbaus 113
6.1.2 Mittragende Gurtbreite beim Nachweis der Querschnittstragfähigkeit 114
6.2 Querschnittstragfähigkeit von Verbundträgern 114
6.2.1 Momententragfähigkeit 114
6.2.1.1 Allgemeines 114
6.2.1.2 Vollplastische Momententragfähigkeit bei vollständiger Verdübelung 117
6.2.1.3 Vollplastische Momententragfähigkeit bei teilweiser Verdübelung 121
6.2.1.4 Dehnungsbeschränkte Momententragfähigkeit 124
6.2.1.5 Elastische Querschnittstragfähigkeit 126
6.2.1.6 Ergänzende Hinweise zur Ermittlung der Momententragfähigkeit 133
6.2.2 Querkrafttragfähigkeit 134
6.2.2.1 Anwendungsbereich 134
6.2.2.2 Vollplastische Querkrafttragfähigkeit 134
6.2.2.3 Querkrafttragfähigkeit bei Schubbeulen 134
6.2.2.4 Interaktion Biegung und Querkraft 135
6.3 Querschnittstragfähigkeit von kammerbetonierten Verbundträgern 137
6.3.1 Allgemeines 137
6.3.2 Momententragfähigkeit für Verbundquerschnitte mit Kammerbeton 138
6.3.3 Querkrafttragfähigkeit für Verbundquerschnitte mit Kammerbeton 139
6.3.4 Biegung und Querkraft bei Verbundquerschnitten mit Kammerbeton 140
6.4 Biegedrillknicken bei Verbundträgern 140
6.4.1 Allgemeines 140
6.4.2 Biegedrillknicknachweis für Durchlaufträger mit Querschnitten der Klassen 1, 2 und 3 141
6.4.3 Vereinfachter Nachweis für das Biegedrillknicken ohne weitere Berechnung 149
6.5 Stege mit Querbelastung 150
6.6 Verbundsicherung bei Verbundträgern 151
6.6.1 Allgemeines 151
6.6.1.1 Grundlagen 151
6.6.1.2 Mindestverdübelungsgrad und Anwendungsgrenzen bei teilweiser Verdübelung 153
6.6.1.3 Verteilung von Verbundmitteln bei Tragwerken des Hochbaus 155
6.6.2 Ermittlung der Längsschubkräfte 156
6.6.3 Beanspruchbarkeit von Verbundmitteln – stehende und liegende Kopfbolzendübel in Vollbetonplatten 161
6.6.4 Längsschubtragfähigkeit von Kopfbolzendübeln in Kombination mit Profilblechen 166
6.6.5 Konstruktionsregeln für die Ausbildung der Verbundsicherung 172
6.6.6 Längsschubtragfähigkeit des Betongurtes 173
6.7 Verbundstützen 179
6.7.1 Allgemeines, Bemessungsverfahren 179
6.7.2 Allgemeines Nachweisverfahren 181
6.7.3 Nachweis der Gesamtstabilität nach dem vereinfachten Nachweisverfahren 185
6.7.3.1 Allgemeines 185
6.7.3.2 Querschnittstragfähigkeit 186
6.7.3.3 Einfluss des Kriechens und Schwindens 195
6.7.3.4 Berechnung der Schnittgrößen und geometrische Ersatzimperfektionen 196
6.7.3.5 Tragfähigkeitsnachweis bei planmäßig zentrischem Druck 199
6.7.3.6 Tragfähigkeitsnachweis bei Druck und einachsiger Biegung 200
6.7.3.7 Tragfähigkeitsnachweis bei Druck und zweiachsiger Biegung 202
6.7.3.8 Stützen mit speziellen Querschnitten – Gültigkeitsbereich des vereinfachten Verfahrens 203
6.7.4 Lasteinleitung 210
6.7.4.1 Allgemeines 210
6.7.4.2 Nachweis der Krafteinleitung 210
6.7.4.3 Verbundsicherung außerhalb der Krafteinleitungsbereiche 221
6.7.5 Bauliche Durchbildung 222
6.7.5.1 Betondeckung von Stahlprofilen und Bewehrung 222
6.7.5.2 Längs- und Bügelbewehrung 223
6.8 Nachweis gegen Ermüdung 223
6.8.1 Allgemeines 223
6.8.2 Teilsicherheitsbeiwerte für den Nachweis der Ermüdung für Tragwerke des Hochbaus 223
6.8.3 Ermüdungsfestigkeit 224
6.8.4 Einwirkungen, Schnittgrößen und Spannungen 228
6.8.5 Nachweisverfahren 229
7 Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit 233
7.1 Allgemeines 233
7.2 Schnittgrößen und Spannungen 233
7.2.1 Allgemeines 233
7.2.2 Spannungsbegrenzungen 233
7.3 Begrenzung der Verformungen und Schwingungsverhalten 235
7.3.1 Durchbiegungen 235
7.3.2 Schwingungsverhalten 240
7.4 Begrenzung der Rissbreite und Nachweis der Dekompression 242
7.4.1 Allgemeines und Grundlagen 242
7.4.2 Ermittlung der Mindestbewehrung nach DIN EN 1994-1-1 245
7.4.3 Begrenzung der Rissbreite infolge direkter Einwirkungen 247
7.4.3.1 Begrenzung der Rissbreite ohne direkte Berechnung 247
7.4.3.2 Direkte Berechnung der Rissbreite 248
7.4.4 Träger mit Spanngliedvorspannung 249
7.5 Stabilitätsnachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 251
8 Verbundanschlüsse 253
8.1 Allgemeines 253
8.2 Berechnung, Modellbildung und Klassifikation 256
8.3 Nachweisverfahren 259
8.4 Tragfähigkeit von Grundkomponenten 262
8.5 Zur Frage der Rotationskapazität und Ausblick 270
9 Verbunddecken 273
9.1 Grundlagen und Definitionen 273
9.2 Konstruktionsgrundsätze 275
9.3 Einwirkungen und deren Auswirkungen 276
9.4 Ermittlung der Schnittgrößen 277
9.5 Erforderliche Nachweise für das Profilblech im Bauzustand – Grenzzustand der Tragfähigkeit 279
9.6 Erforderliche Nachweise für das Profilblech im Bauzustand – Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit 280
9.7 Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit im Endzustand 280
9.7.1 Allgemeines 280
9.7.2 Querschnittstragfähigkeit – Biegung 281
9.7.3 Nachweis der Längsschubtragfähigkeit 285
9.7.3.1 Allgemeines 285
9.7.3.2 Nachweis nach dem m + k-Verfahren 286
9.7.3.3 Nachweis nach der Teilverbundtheorie 288
9.7.4 Nachweis der Längsschubtragfähigkeit mit Endverankerung 289
9.7.5 Querschnittstragfähigkeit – Querkraft 291
9.8 Nachweise in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit 293
10 Praxisorientierte Bemessungsbeispiele 295
Beispiel 1: Einfeldträger in Verbundbauweise 295
Beispiel 2: Durchlaufträger in Verbundbauweise 307
Beispiel 3: Verbundstütze 334
Beispiel 4: Verbunddecke 344
11 Literatur 355
About the Author :
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille ist Gesellschafter der HRA Ingenieurgesellschaft in Bochum und Prüfingenieur für Baustatik. Bis 2017 war er geschäftsführender Direktor des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau der Bergischen Universität in Wuppertal und Professor für Stahlbau und Verbundkonstruktionen. Er ist Mitglied der Akademie der Wissenschaften des Landes NRW und war von 1993 bis 2018 Vorsitzender des Arbeitsausschusses Verbundbau im DIN und Mitglied der Project-Teams für DIN EN 1994-1-1 und DIN EN 1994-2. Er bringt seine Erfahrungen in mehrere Beratungsgremien und Arbeitsausschüsse des DIN, des Deutschen Instituts für Bautechnik, des Eisenbahn-Bundesamtes und des Bundesverkehrsministeriums ein.
Hauptarbeitsgebiete: Forschungsarbeiten auf dem Gebiet des Verbundbaus mit den Schwerpunkten Verbundtechnologie, Lebensdaueranalyse und Tragwerksstabilität. Neben dem Hoch- und Industriebau war er in den letzten Jahren als Tragwerksplaner und Prüfingenieur an der Realisierung von größeren Stahl- und Verbundbrücken beteiligt.
Prof. Dr.-Ing. Markus Schäfer wurde 2017 zum "Full professor of Structural engineering and composite structures" an die Universität Luxemburg (Department of Engineering) berufen. Der Promotion an der Bergischen Universität Wuppertal im Bereich des Stahl- und Verbundbaus im Jahr 2007 folgten bis zur Berufung an die Universität internationale Ingenieurtätigkeiten als technischer Leiter der Spannverbund S.A., als "Directeur des Etudes" der CLE S.A. sowie Lehrtätigkeiten als Univ.-Dozent. Aktuell ist er auch stellvertretender Obmann des Spiegelausschusses zum Eurocode 4 im DIN, Mitglied im CEN/TC250/SC4 sowie in weiteren nationalen und europäischen Arbeitsgruppen zum Verbundbau vertreten. Im Rahmen des EU-Mandates M/515 befasst er sich derzeit als Leiter des Project-Teams CEN/TC250/SC4.T6 mit der Erstellung der zweiten Generation der EN 1994-1-1.
Hauptarbeitsgebiete: Forschungsarbeiten auf dem Gebiet des Verbundbaus mit den Schwerpunkten Verbund-/ Slim-Floor Träger, Verbundmittel, Verbundstützen und dem Einsatz hochfester Materialien. Darüber hinaus ist er stark in die Normenentwicklung eingebunden. In den letzten Jahren war er vielfach in die Tragwerksplanung und Ausführung von Projekten im Stahl- und Verbundbau involviert.
Dr.-Ing. Marco Bergmann ist Mitarbeiter der HRA Ingenieurgesellschaft in Bochum. 2011 promovierte er an der Bergischen Universität Wuppertal im Bereich Stahl- und Verbundbau zur Heißbemessung von Verbundstützen. Er ist seit 2015 Mitglied des Arbeitsausschusses Verbundbau im DIN und seit vielen Jahren Dozent im Studiengang Real Estate Management and Construction Project Management (REM + CPM) an der Bergische Universität Wuppertal.
Hauptarbeitsgebiete: Forschungsarbeiten auf dem Gebiet des Verbundbaus mit den Schwerpunkten Verbundstützen und Verbundmittel. In den letzten Jahren war er an der Prüfung von größeren Stahl- und Verbundbrücken und der Tragwerksplanung von Verbundkonstruktionen im Hochbau beteiligt.
