Allgemeine Verankerungsformen und Optionen
Modellierung von Stahl-Beton-Verbindungen
Die erste Möglichkeit ist die Modellierung der Verankerung mit unserem Verbindungsassistenten, der Optionen für Moment- und Querkraftverbindungen sowie Fundamente mit oder ohne Aussteifung bietet.
Der zweite Ansatz zur Modellierung eines Fundaments ist die Fußplatten-Operation. Dieser Ansatz ist speziell für Szenarien vorgesehen, bei denen die Fußplatte senkrecht zum verankerten Bauteil steht. Bei Verwendung dieser Operation werden Anker automatisch generiert. Darüber hinaus kann die Form der Fußplatte im Editor angepasst werden, was Änderungen wie die Erstellung von Fußplatten mit runden Kanten für spezifische Bemessungsanforderungen sowie die Angabe von Langlöchern für Anker ermöglicht.
Für Situationen, in denen die Fußplatte nicht senkrecht zum verankerten Bauteil steht, erfordert der Modellierungsprozess einen anderen Ansatz. In diesen Fällen müssen Sie die Operation Versteifungsplatte verwenden, um die Fußplatte zu modellieren, und die Operation Befestigungsraster oder Kontakt, um die Anker zu definieren. Die Versteifungsplatte wird im erforderlichen Winkel und an der erforderlichen Position angeordnet, und das Befestigungsraster muss auf den Typ Anker eingestellt werden. Anschließend wird die Anzahl der verbundenen Elemente auf eins geändert und die Versteifungsplatte als ausgewähltes Element definiert.
Wenn die Verbindung bereits in einer CAD-Software modelliert wurde, können Sie die Verankerungsbemessung über BIM-Schnittstellen importieren.
Beispiel einer allgemeinen Verankerung mit der Versteifungsplatte
Sehen Sie sich die Aufzeichnung an, um zu erfahren, wie eine benutzerdefinierte vertikale Fußplatte eines Balkongeländers in eine Betondecke bemessen wird.
Betonblock
Das Betonfundament ist auf eine rechteckige Form beschränkt, aber seine Abmessungen können über Versatzwerte für jede Kante angepasst werden. Die Eingabe eines einzelnen Wertes erzeugt einen gleichmäßigen Versatz um den Umriss des verankerten Querschnitts. Die Eingabe von zwei Werten wendet symmetrische Versätze in zwei Richtungen an. Die Angabe von vier Werten wendet Versätze auf jede Kante einzeln an, um eine asymmetrische Verankerung einfach zu realisieren.
Der Versatzparameter ermöglicht es Ihnen, einen rechteckigen Betonblock, einen Fundamentstreifen, eine Betonwand, einen Träger, eine Stütze, eine Decke oder ein geneigtes Bauteil zu erstellen.
Sie können auch eine teilweise gestützte Fußplatte erstellen, indem Sie negative (-) Versatzwerte eingeben. Durch die Eingabe eines negativen Wertes für einen Kantenversatz können Sie beispielsweise eine über einen Betonblock hinausragende Fußplatte erstellen oder einen Stahlträger modellieren, der auf einem Betonblock aufliegt und nur mit einem Teil seines Flansches in Kontakt steht.
Sehen Sie sich die Modellierung verschiedener Varianten von Betonblock- und Verankerungskonfigurationen an.
Ankertypen
In IDEA StatiCa können verschiedene Typen von Ankerschrauben bemessen werden. Sie können zwischen geraden Ankern, Kopfankern (runde oder rechteckige Unterlegplatten) und Ankerschrauben mit Haken wählen. Länge, Durchmesser und Material der Befestigungselemente können geändert werden.
Gerade Anker werden automatisch als nachträglich eingebaute Anker angenommen, und Anker mit Unterlegplatten und Haken gelten als einbetoniert, was unterschiedliche Normnachweise erfordert.
Zur Bemessung von Ankern aus dem Hilti-Sortiment können Sie das Hilti PROFIS-Plugin in Checkbot verwenden. Dies ermöglicht die Datenübertragung von unterstützter FEA- und CAD-Software von Drittanbietern zur Hilti PROFIS Engineering Suite über den kostenlosen Checkbot. Erfahren Sie, wie das Hilti PROFIS Engineering Suite-Plugin verwendet wird.
Querkraftübertragung
Es gibt drei Möglichkeiten zur Übertragung der Querkraft vom verankerten Bauteil in den Fundamentblock: Reibung, Schubknagge oder Anker. Die Querkraftübertragung erfolgt immer ausschließlich über eine der Optionen und kann nicht kombiniert werden.
Die Standardoption ist die Querkraftübertragung über Reibung zwischen der Fußplatte und der Mörtelfuge, die durch den Reibungskoeffizienten dargestellt wird, der in den Projekteinstellungen entsprechend der Mörtelart angepasst werden kann. Der Koeffizient beeinflusst den Bemessungswert des Reibungswiderstands.
Eine weitere Möglichkeit der Querkraftübertragung ist über eine Schubknagge. Dieses Element besteht aus einem allgemeinen Stahlbauteil, das an der Unterseite der Fußplatte angeschweißt ist. Die Schubknagge wird über ihre Länge definiert, die Stahleinbettung kann exzentrisch positioniert und auch gedreht werden. Der Normnachweis der Schubknagge erfolgt über den Stahlwiderstand der Schubknagge und den Betondruckwiderstand.
Eine weitere Möglichkeit zur Querkraftübertragung in IDEA StatiCa Connection ist über Anker.
Die letzte Option ist Gleiten, das ein Gleitlager (Rollenlager) darstellt und nur für die Berechnung in IDEA StatiCa Member implementiert ist. Für die reine Modellierung in Connection sollte diese Option nicht verwendet werden.
Abstand (Stand-off)
Es gibt 3 Möglichkeiten, die Verbindung einer Fußplatte mit einem Fundamentblock zu modellieren. Die erste und auch standardmäßige Option ist direkt ohne Abstand zwischen den beiden Elementen. Eine weitere Option ist eine Mörtelfuge (Verguss) mit einstellbarer Dicke. In diesen Fällen ist darauf zu achten, den tatsächlichen Reibungskoeffizienten zwischen Fußplatte, Mörtel und Betonfundament in den Projekteinstellungen festzulegen. Der Standardwert beträgt 0,25. Die letzte Option ist ein Spalt, um direkten Kontakt zwischen der Fußplatte und dem Betonblock zu vermeiden und Korrosion zu verhindern.
Die Kräfte werden mittels Methode der finiten Elemente bestimmt. Das Biegemoment der Anker mit Abstand hängt vom Steifigkeitsverhältnis der Anker und der Fußplatte ab.
Verankerung an mehreren Betonblockflächen
IDEA StatiCa Connection unterstützt die Verankerung an mehreren Betonblockflächen und erweitert damit die Modellierungsmöglichkeiten für komplexe Fußplattenkonfigurationen erheblich. Tragwerksplaner können nun Anker auf zwei Ebenen eines einzelnen Betonblocks definieren, was eine genaue Darstellung realer Verbindungsdetails ermöglicht, wie z. B. Bauteile, die sowohl an horizontalen als auch an vertikalen Flächen verankert sind.
Dies beseitigt die Notwendigkeit zeitaufwändiger Umgehungslösungen mit Versteifungsplatten, manuellen Schnitten oder Mehrfachblock-Simulationen und gewährleistet ein konsistentes, nachvollziehbares Verankerungsverhalten über alle Bemessungsnormen hinweg.
Fußplatte auf einer bestimmten Fläche definieren
In der Operation Fußplatte können Sie zwischen der Erstellung eines neuen Blocks oder der Auswahl eines vorhandenen wählen. Im Fall eines vorhandenen Blocks gibt es eine neue Option zur Angabe der Fläche. Die Flächen sind auf die gleiche Weise nummeriert wie in der Detail-App.
Für die Operation Befestigungsraster oder Kontakt wurde eine neue Logik implementiert. Wenn die referenzierte Platte auf der Fläche des Betonblocks liegt und die Operation auf Anker eingestellt ist, wird die Fläche automatisch erkannt und für die Erstellung des Bettungsmodells verwendet.
Wenn ein vorhandener Block ausgewählt wird, werden die Ankereigenschaften (Versatz, Tiefe, Querkraftübertragung, Abstand) automatisch übernommen.
Versteifungsplatte auf der Fläche positionieren
Es gibt auch eine neue Option für die Versteifungsplatte – ihr Ursprung kann nun auf dem vorhandenen Block aus Beton definiert werden. Bei Auswahl wird die Versteifungsplatte automatisch auf dem ausgewählten Betonblock und seiner Fläche platziert. Die Position befindet sich in der Mitte der Fläche.
Standardmäßig werden die Ankernachweise als nicht erfüllt markiert, da die Interaktion der Fußplatten in der Connection-Anwendung nicht nachgewiesen wird.
Sie können diesen Status in den Projekteinstellungen ändern und den Betonausbruchswiderstand auf Keine setzen. In diesem Fall wird sowohl Zug- als auch Querkraftbewehrung im Betonblock angenommen, und die Betonnachweise werden nicht durchgeführt.
Die Stahlnormnachweise bleiben gültig, und Benutzer können das Modell nach Detail exportieren, um eine erweiterte Betonbemessung durchzuführen. Die Software verteilt die Kräfte automatisch entsprechend der Ankersteifigkeit, der Bettungssteifigkeit und den Lastpfaden, sodass Ingenieure kritische Lasttragbedingungen manuell untersuchen und validieren können.
Steifen
Zur Erhöhung der Tragfähigkeit können dem angeschlossenen Bauteil Steifen hinzugefügt werden. Dies kann mit der Operation Rippe erreicht werden, die für Fälle geeignet ist, in denen Steifen an einer einzelnen Platte (Steg/Flansch) angebracht werden. Alternativ ermöglicht die Operation Verbreiterung die Zuweisung von Steifen zu mehreren Teilen des Querschnitts.
Normnachweis Anker
Weitere Details zum Normnachweis von Ankern finden Sie nachfolgend:
- Normnachweis von Ankern – Eurocode
- Normnachweis von Ankern – AISC
- Normnachweis von Ankern – Australische Normen
- Normnachweis von Ankern – Kanadische Normen
Nicht alle Normnachweise von Ankern werden in der IDEA StatiCa Connection-Anwendung durchgeführt, da Einschränkungen aufgrund der Ankerkonfiguration bestehen.
Normnachweis von Betonblöcken
Weitere Details zum Normnachweis von Betonblöcken finden Sie nachfolgend:
- Normnachweis von Betonblöcken – Eurocode
- Normnachweis von Betonblöcken – AISC
- Normnachweis von Betonblöcken – Australische Normen
- Normnachweis von Betonblöcken – Kanadische Normen
Normnachweis – gerissener oder ungerissener Beton
Im Normsetup können Sie die Betoneinstellung auf ungerissen umschalten, was die Tragfähigkeit bei Ankernormnachweisen erhöht. Bei EN-Normen beeinflusst dies den Betonausbruchswiderstand als Parameter k5 und den Betonkegelwiderstand als Parameter k1. Bei AISC-Normen beeinflusst es die Betonausbruchstragfähigkeit und den Parameter Ψc,N. Standardmäßig ist der Beton als gerissen eingestellt, kann aber in den Projekteinstellungen auf ungerissen geändert werden.
Betonkegelausbruch (Auszug) deaktivieren
Sonderfälle der Verankerung von Stahlträgern oder Stützen in schlanken Betonblöcken, wie z. B. in der Nähe von Betonwandkanten, stellen vor allem bei der Bewertung des Betonkegelauszugs eine Herausforderung dar. In diesen Szenarien ist der Betonkegel unzureichend, sodass ein alternativer Ansatz erforderlich ist.
In IDEA StatiCa Connection können Sie den Nachweis des Betonausbruchswiderstands im Normsetup deaktivieren und aus folgenden Optionen wählen:
- Beide – Sowohl Zug- als auch Querkräfte werden im Normnachweis berücksichtigt.
- Zug – Nur Zugkräfte werden berücksichtigt; Querkräfte werden als durch Bewehrung abgetragen angenommen.
- Querkraft – Nur Querkräfte werden berücksichtigt; Zugkräfte werden als durch Bewehrung abgetragen angenommen.
- Keine – Alle Kräfte werden als durch Bewehrung abgetragen angenommen.
Für alle Optionen außer Beide gibt der Bericht explizit die Kräfte an, die durch die Bewehrung des Betonblocks abgetragen werden müssen, um eine zufriedenstellende Bemessung zu erreichen.
Betonnachweis – erweitertes Verfahren
Entsprechend der vorherigen Einstellung können die Nachweise für den Betonblock ohne Bewehrung unzureichend sein. In solchen Fällen haben Sie die Möglichkeit, die gesamte Verankerung in die Detail-Anwendung zu exportieren, um weitere Analysen und Bemessungsanpassungen vorzunehmen. Das 3D-Modul ermöglicht eine präzise Analyse sowohl der Zusatzbewehrung als auch des Betonblocks.
Weitere allgemeine Informationen zu Detail als Lösung für Verankerungen finden Sie im Artikel 3D Detail out of Beta.