Bemessen Sie lastabtragende Wände einfach mit dem ETABS BIM Link

Lastabtragende Wand

Die Bemessung lastabtragende Wände ist ein komplexes Thema, da sie häufig wie D-Bereiche verhalten, bei denen die Annahme eines ebenen Querschnitts nicht gültig ist und daher die in Bemessungsnormen enthaltenen empirischen Formeln nicht angewendet werden können. Das bedeutet, dass die Bemessungsfunktion in globaler FEA-Software, die häufig eine Träger- oder Stützenbemessungsannahme verwendet, für dieses Problem nicht geeignet ist.

Bei der oben dargestellten Wand haben Tragwerksplaner zwei Möglichkeiten zur Bemessung. Eine besteht in der Verwendung des Strebe-und-Zugband-Modells. Obwohl dies eine geeignete Methode ist, ist damit viel manueller Aufwand und ein iteratives Vorgehen verbunden, was zeitaufwendig sein kann. Die zweite Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Näherungslösung in globaler FEA-Software, bei der die Hauptzugspannungen zur Bestimmung des Bewehrungsbedarfs ausgewertet und die Hauptdruckspannungen auf Einhaltung der Bemessungsfestigkeit des Betons überprüft werden.

Option zwei erscheint als die praktischere und zeiteffizientere Wahl, birgt jedoch eine verborgene Gefahr.

Querzug

Wenn Beton unter hohem Druck steht, treten häufig Dehnungen in der senkrechten Richtung auf, was als Querzug bezeichnet wird. Sobald dies geschieht, beginnen sich feine Risse zu bilden, und der Beton wird weniger eingeschnürt und druckschwächer. Dieser Effekt, bekannt als Druckerweichung, bedeutet, dass gerissener Beton nicht so viel Druckkraft aufnehmen kann wie ungerissener Beton. In der Bemessungsnorm wird dieser Effekt beispielsweise bei der Bemessung von wandartigen Trägern berücksichtigt. Bei Druckstreben und Knoten in wandartigen Trägern wird ein Faktor k im Eurocode (bzw. β in ACI) mit unterschiedlichen Werten je nach Situation verwendet, um die maximale Drucktragfähigkeit des Betons infolge der Druckerweichung zu reduzieren.

IDEA StatiCa Detail

IDEA StatiCa Detail verwendet das CSFM (Kompatibles Spannungsfeldverfahren), das sowohl B-Bereiche als auch D-Bereiche präzise erfassen kann. Detail berücksichtigt in seiner Analyse auch die Druckerweichungseffekte durch Verwendung eines kc2-Faktors und liefert damit eine realistischere und sicherere Bewertung der Druckstrebentragfähigkeit im Beton.

IDEA StatiCa 25.1 ermöglicht den Import von Wandelementen aus ETABS in IDEA StatiCa Detail. Durch die Nutzung dieses BIM Links können Tragwerksplaner Wände aus ETABS einfach für eine gründlichere Analyse in IDEA StatiCa Detail importieren.

Unten dargestellt ist dieselbe Wand, die aus ETABS importiert und in IDEA StatiCa Detail analysiert wurde. In der oberen linken Ecke ist zu erkennen, dass bei der gegebenen Grundbewehrung die GZT-Analyse ein Versagen anzeigt, obwohl die Druckspannungen ähnlich sind (ca. 15 MPa). Warum ist das so?

Dieses GZT-Versagen wird genau durch die Berücksichtigung der Druckerweichung mittels des kc2-Faktors verursacht, der die Betondrucktragfähigkeit um den Faktor 0,75 reduziert. Die Betondrucktragfähigkeit beträgt damit σc,lim = fcd x k2 = 20 x 0,75 = 15 MPa. Deshalb wird bei einer Druckspannung von 15 MPa die Ausnutzung (σc/σc,lim) mit 99,5 % ausgewiesen.

Die Lösung besteht darin, zusätzliche Bewehrung einzulegen, um einen Teil der Druckspannung vom Beton abzutragen. Auf diese Weise kann die lastabtragende Wand den Normnachweis bestehen, wie unten dargestellt. Die Notwendigkeit, zusätzliche Druckbewehrung anzuordnen, würde andernfalls übersehen werden, wenn Tragwerksplaner IDEA StatiCa Detail nicht verwenden.

Falls noch nicht bemerkt: In der oberen linken Ecke wird auch das GZG-Ergebnis, das Spannungsbegrenzung, Durchbiegung (mit Langzeiteffekt) und Rissbreite umfasst, in IDEA StatiCa Detail berücksichtigt. Das GZG-Ergebnis ist etwas, das die beiden oben beschriebenen anderen Ansätze nicht liefern können. 

Durch die Verwendung von IDEA StatiCa Detail können Tragwerksplaner vollständig informiert sein, wie sich ihre lastabtragende Wand verhält – nicht nur im GZT, sondern auch im GZG.

Bericht

Sobald die Bemessung abgeschlossen ist, können Tragwerksplaner einen umfassenden Bericht erstellen, der alle Analyseergebnisse zur Einreichung enthält. Darüber hinaus kann auch eine Stückliste der Bewehrungsstäbe für Fertigungszwecke erstellt werden.

Fazit

Die Bemessung lastabtragende Wände erfordert sorgfältige Beachtung der komplexen Spannungswechselwirkungen, die in D-Bereichen auftreten. Vereinfachte Ansätze oder die direkte Verwendung globaler FEA-Ergebnisse können wichtige Effekte wie die Druckerweichung übersehen, was zu einer Überschätzung der Betondrucktragfähigkeit führt. Durch die Verwendung von IDEA StatiCa Detail und seiner CSFM-basierten Analyse können Tragwerksplaner diese nichtlinearen Verhaltensweisen präzise erfassen und sicherstellen, dass sowohl GZT- als auch GZG-Anforderungen ordnungsgemäß nachgewiesen werden.

Ressourcen

• Tutorial für den ETABS-zu-Detail-BIM-Link