Bauwerksbeschreibung
Der wandartige Träger verläuft entlang Achse 2 über alle fünf Geschosse (Keller, Erdgeschoss, 1. OG, 2. OG, Dach).
- Spannweite im Kellergeschoss: 11,10 m ohne Zwischenauflager
- In den Obergeschossen: kleinere, versetzt angeordnete Türöffnungen
- Bauteildicke:
- Kellergeschoss: 25 cm
- Obergeschosse: 20 cm
- Beton:
- Keller: C30/37
- Obergeschosse: C25/30
- Bewehrung: B500
- Beidseitige Mattenbewehrung: Q385
- Zusätzliche Einfassung der Öffnungen: 4 × Ø20 Stäbe
Zwischen der großen Kelleröffnung und der Türöffnung im Erdgeschoss befindet sich kein klassischer Sturz; die Lastabtragung erfolgt teilweise direkt über die Deckenplatte.
Aufgrund dieser Geometrie war eine realitätsnahe Abbildung des Stahlbetontragverhaltens erforderlich. Vereinfachte Balkentheorie wäre hier nicht sachgerecht gewesen.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Modell in IDEA StatiCa Detail}}}\]
Ingenieurtechnische Herausforderungen
Der wandartige Träger stellt keinen klassischen Biegeträger mit eben bleibenden Querschnitten dar, sondern einen ausgeprägten Diskontinuitätsbereich (D-Region) im Sinne von EN 1992-1-1.
Kennzeichnend waren:
- Geometrieinduzierte Spannungsumlagerungen
- Gestörte Kraftflüsse durch große Öffnungen
- Lokale Spannungsspitzen
- Teilweise Lastweiterleitung über die Deckenplatte
- Fehlender Sturz zwischen Keller- und Erdgeschossöffnung
Ein linear-elastischer Ansatz unter Annahme ungerissenen Betons und ebener Querschnitte hätte entweder:
- nicht sichere Ergebnisse (unzureichende Rissbreiten- und Dehnungsabschätzung) oder
- übermäßig konservative Lösungen (zusätzliche Stützen oder Unterzüge)
zur Folge gehabt.
Erforderlich war daher ein Verfahren, das folgende Effekte berücksichtigt:
- Rissbildung
- Druckzonenverformung und Druckverfestigungsabminderung
- Zugversteifung
- Kriechen
- Verbund- und Schlupfverhalten
Zwar wäre eine allgemeine nichtlineare FE-Analyse möglich gewesen, der Modellierungsaufwand für eine einzelne D-Region ist im üblichen Planungsalltag jedoch unverhältnismäßig hoch. Ein integriertes Verfahren auf Basis der CSFM war daher zweckmäßig.
Bei D-Regionen hätte uns die lineare FE-Analyse dazu gedrängt, Stützen hinzuzufügen. Die CSFM-Analyse zeigte, dass wir die 11,10 Meter mit gezielter Verstärkung überspannen und trotzdem eine Decke ohne Unterzüge in der Garage erhalten konnten.
Ante Uglešić dipl.ing.građ
Hochbauingenieur – Superstructure d.o.o.
Kroatien
Berechnungsmethodik und Ergebnisse
Es wurde ein ebenes Scheibenmodell im ebenen Spannungszustand erstellt.
- Beton: 2D-Schalenelemente
- Bewehrung: 1D-Stabelemente
- Kopplung: MPC-Randbedingungen
- Lösung: Nichtlineare Analyse mit Newton-Raphson-Iteration
Geprüft wurden:
- Betondehnungen
- Bewehrungsdehnungen
- Schlupf an der Stahl-Beton-Schnittstelle
Alle Nachweise erfolgten gemäß EN 1992-1-1. Die Ergebnisse konnten unmittelbar in die statische Berechnung übernommen werden.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Druckspannungen im Beton des Tiefbalkens}}}\]
Mit den Nachweisen nach EN 1992-1-1 und den automatisch erstellten Berichten konnten wir die Ergebnisse ohne Nacharbeit direkt in die Statik übernehmen.
Ante Uglešić dipl.ing.građ
Hochbauingenieur – Superstructure d.o.o.
Kroatien
Topologieoptimierung
Die integrierte Topologieoptimierung mit effektiven Volumina von 20 % und 40 % zeigte eindeutig:
- Hauptkraftflusslinien
- Bewehrungstrajektorien
- Bereiche mit tatsächlich notwendiger Schrägbewehrung
Insbesondere im Bereich der Kelleröffnung und der versetzten Türöffnungen war geneigte Bewehrung erforderlich.
Ausgeführt wurden drei Gruppen geneigter Stäbe 4Ø20.
Dadurch konnte:
- die Tragfähigkeit sichergestellt
- auf zusätzliche Stützen verzichtet
- ein Unterzug mit abgehängter Unterkante vermieden
werden.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Topologie-Optimierung in IDEA StatiCa Detail (40\%\ effektives Volumen)}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Zusätzliche Bewehrung basierend auf Topologie-Optimierung}}}\]
Die Topologie-Optimierung verschaffte uns sofort Klarheit über den Kraftfluss. Sie zeigte genau, wo die geneigten 4Ø20-Stäbe wirksam sind und wo zusätzlicher Stahl verschwendet worden wäre.
Ante Uglešić dipl.ing.građ
Hochbauingenieur – Superstructure d.o.o.
Kroatien
Projektergebnis
Das optimierte Tragwerk ermöglichte:
- eine ebene Untersicht im Kellergeschoss
- eine verbesserte Parkgeometrie
- geringeren Aushub unterhalb des Meeresspiegels
Da Rissbildung und Gebrauchstauglichkeit realitätsnah nachgewiesen wurden, konnte der Bauherr der Lösung zustimmen.
Automatisch generierte Berichte und Bewehrungslisten reduzierten den Dokumentations- und Koordinationsaufwand erheblich.
Über Superstructure d.o.o.
Superstructure d.o.o. ist ein Ingenieurbüro für Hochbau und technische Beratung mit Sitz in Zadar, Kroatien, gegründet und geleitet von Ante Uglešić. Das im Jahr 2023 gegründete Unternehmen bietet Planungs- und Bauüberwachungsdienstleistungen für lokale und regionale Projekte an und bietet seinen Kunden Flexibilität und individuelles Fachwissen.
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