Know How

Die faszinierende Welt der Stützen

Im vorliegenden Know-how-Bereich finden Sie alles, was sie über unsere Stützen wissen möchten. Hier können Sie nachlesen, nach welchen Normen wir rechnen und an welchen Bemessungsgrundlagen wir uns orientieren. Aber natürlich auch, wie wir die Statik und den Feuerwiderstand berechnen. Schritt für Schritt werden Sie durch die Konzeption, Planung bis zur Endbearbeitung Ihres Elements geführt.

  • Spezifikation

    Modellbildung

    Ziel der Modellbildung ist es die reellen Belastungen und Tragwirkung eines Bauteils in ein rechenbares und nachvollziehbares vereinfachtes statisches System zu überführen. Um das Verhalten einer Stütze darzustellen, kann man Tragwerksmodelle mit verschiedenen Genauigkeitsgraden bilden. In der Realität verhält sich die Verformungsfigur einer Stütze je nach Steifigkeitsverhältnissen und Anschlussdetail zwischen Fall 2 und 4.

    Ein genaues Modell zu bilden ist ein komplexer Prozzes, in welchem man viele Faktoren berücksichtigen muss (die Steifigkeit der Stütze, die Steifigkeit der Decke, Bodeneigenschaften, etc.) Bei der SACAC benutzen wir ein konservatives, sehr stark vereinfachtes Modell, das sogenannte Pendelstützen-System. Es wird mit einem Knicklängenbeiwert von 1 (Knickfall 2) gerechnet. Die Bemessung erfolgt mit der aktuellsten Version des Programms PYRUS der Firma CUBUS AG. Dieses Programm hat sich bereits seit langem bewährt und ermöglicht eine konservative, wirtschaftliche und schnelle Bemessung.

    Bemessungslast

    Die Teilsicherheitsbeiwerte auf der Einwirkungs-Seite für den Nachweis der Tragsicherheit betragen:

    • ständige Lasten γG = 1.35
    • veränderliche Lasten γQ = 1.50
    • Anprall γacc = 1.00

    Die Bemessungslast einer Stütze ergibt sich somit aus:

    Nd = Gk x 1.35 + Qk x 1.50

    Exzentrizitäten

    Die SIA 262 schreibt für die Bemessung von Stützen mehrere Exzentrizitäten (Last-Ausmitten) an. Last-Ausmitten erhöhen die Beanspruchungen auf die Stützen und sind demnach massgebend für die Bemessung.

    • e0 ... Last-Ausmitte aus Bau-Ungenauigkeiten
    • e1 ... Last-Ausmitte aus Momenten
    • e2 ... Last-Ausmitte aus Theorie 2. Ordnung

    e0 und e2 werden von SACAC automatisch gemäss SIA 262 berechnet und für die Bemessung angesetzt.

    e1 ist jene zusätzliche Exzentritizät welche sich aus Kopf- bzw. Fussmomenten ergibt.

    Kopf- bzw. Fuss-Momente

    Ungleiche Spannweiten oder Steifigkeiten sowie verschiedene Last-Stellungen können Deckenrotationen auslösen welche eine ungünstige statische Wirkung auf die Stützen haben.

    Deshalb müssen Stützen in vielen Fällen neben Normalkräften Nd in kN (kilo-Newton) auch Kopf-Momente in kNm (kilo-Newton-meter) als Einwirkung aufnehmen können. Diese können als Exzentrizität der Normalkraft angegeben werden z.B. ex1 und ey1 oder als Moment Mdx und Mdy in kNm. Kopf-Momente errechnen sich aus den Exzentrizitäten: Mdx = Nd x ey bzw. Mdy = Nd x ex.

    Anprall

    Es gibt gemäss SIA 261 mehrere Anprallfälle. Die wichtigsten für Hochbaustützen sind die folgenden:

    • Fall F ist für Fahrzeuge bis 3.5 to ausgelegt Anprallkraft 60kN Anprallhöhe 600mm (ab fertigem Boden)
    • Fall G ist für Fahrzeuge über 3.5 to ausgelegt Anprallkraft 180kN Anprallhöhe 1200mm (ab fertigem Boden)

    Für Parcova-Stützen berücksichtigt SACAC standardmässig den "kleinen" Anprall-Fall F bei der Bemessung.

    Der Projektingenieur kann für andere Fahrzeuge bzw. andere Fahrzeug-geometrien selbstständig Anprallfälle definieren. z.B. Stapler-Anprall.

    Die Anprallkraft wird auf der sicheren Seite liegend immer in die schwächere Achse eines Querschnitts angesetzt.

     

    Sicherheitsbeiwerte auf der Material-Seite

    Die Widerstandsbeiwerte für die eingesetzten Baustoffe gem. SIA 262 lauten:

    • Betonstahlbeiwert γS = 1.15
    • Betonbeiwert        γC = 1.50
    • Baustahlbeiwert    γS = 1.05
  • Querschnitt definieren

    Nachdem und Bemessunglast definiert sind, wählen Sie die Form und den passenden Querschnitt aus unserem Sortiment. Als Hilfe in der Phase der Vordimensionierung empfehlen wir Ihnen unseren praktischen Auswahlschieber.

    Zum Sortiment

    Mehr zum Auswahlschieber

  • Statikberechnung SACAC

    Nachdem Sie der SACAC sämtliche benötigten Informationen meist in Form einer Offertanfrage übergeben haben, gehen wir an die Berechnung der Statik. Im Folgenden erläutern wir Ihnen, wie wir dies tun und auf welchen Grundlagen wir rechnen. Übrigens können Sie Ihre Offertanfrage am einfachsten mit unserem Stützengenerator erstellen.

    Beton

    SACAC Standard-Beton: C75/90 fcd = fck / 1.5 = 36.8 N/mm2 (siehe SIA262:2013 4.2.1.2)

    Bewehrungsstahl

    Betonstahl

    • B500B  fsk = 500 N/mm2  u.a. für Bügel und Spiralen
    • B500C  fsk = 500 N/mm2
    • B700B  fsk = 700 N/mm2

    Baustahl

    • S 235  fyk = 235 N/mm2
    • S 355  fyk = 355 N/mm2

    Bestimmung der Bemessungswerte (Design-Werte) der Fliessspannung

    fsd = fsk / γs =  500 / 1.15 = 435 N/mm2

    fsd = fsk / γs =  700 / 1.15 = 606 N/mm2

    fyd = fyk / γs =  355 / 1.05 = 338 N/mm2

    fyd = fyk / γs =  235 / 1.05 = 223 N/mm2

    E-Modul: 205 kN/mm2

    Längsbewehrung

    Ausgehend von einem vom Architekten gewünschten Querschnitt berechnet die SACAC für Sie die statisch erforderliche Längsbewehrung gemäss SIA 262.

    Während der Beton den Grossteils des Drucks aufnimmt gewährleistet die Bewehrung die statische Funktion ab dem Moment wo im Querschnitte Zugkräfte aufnimmt.

    Durch ein Kräftepaar im Querschnitt (Druck = Beton, Zug = Stahl) werden Momente übertragen und die Stütze bleibt stabil.

    konstruktive Regeln:

    Der lichte Abstand zwischen parallel verlaufenden Bewehrungsstäben und Spanngliedern soll grösser sein als das Grösstkorn der Gesteinskörnung und der Durchmesser der benachbarten Stäbe. Er soll min. 20mm betragen.

    Querbewehrung

    Die Querbewehrung hat die Funktion das lokale Ausknicken der unter Druck stehenden Längsbewehrung zu verhindern.

    Die Querbewehrung ummantelt die Längsbewehrung.

    Abstand der Bügel

    Der Bügelabstand muss kleiner oder gleich sein wie:

    • die kleinere Seite (oder Durchmesser) der Stütze
    • 15 x Durchmesser der Längsbewehrung
    • 300mm.

    Der Bügelabstand wird auf ganze Zentimeter abgerundet.

    Der Bügeldurchmesser

    Gemäss SIA 262 5.5.4.9 muss der Bügeldurchmesser > ølängs  / 3 sein.

    Ist dies aus konstruktiven oder ausführungstechnischen Gründen nicht ohne weiteres möglich wird der erforderliche Flächenbetrag an Quer-Bewehrung anhand der obenstehenden Regel berechnet und anschliessend auf einen dünneren Bügel mit engerer Teilung umgerechnet.

    Krafteinleitungszone

    Unsere Stützen werden als betrachtet und haben zuunterst und zuoberst ein Gelenk. Der Fliessmörtel unten und der im Nachgang aufbetonierte Deckenbeton hat die Aufgabe die Spannungen kontinuierlich über die Stützenfläche zu verteilen, sodass es keine punktuelle Belastung des Stützenbetons und somit auch keine Spaltzugkräfte in der Stütze gibt. Der normale Übergang Bodenplatte-Stütze bzw. Stütze-Decke ist demnach keine Bedingung für diese Krafteinleitungszonen.

    Eine Krafteinleitungszonen mit der verdoppelten Bügelanzahl wird nur in unter einer der folgenden Bedingungen ausgeführt:

    • Querschnittsänderung (siehe SIA 262 §5.5.4.9)
    • Stossverbindungen  (siehe SIA 262 §5.5.4.9)
    • Bewehrungsgehalt > 8%
    • Bewehrungsdurchmesser >34mm
    • Anprallkraft grösser > 60kN von Anprallhöhe bis Stützenfuss

    In der Krafteinleitungszone ist der Abstand der Bügel immer halb so gross wie in der mittleren Zone.

    Die Krafteinleitungszonen befinden sich am Kopf und am Fuss einer Stütze.

    Länge der Krafteinleitungszone:

    • 1.20 x D bei runden Stützen
    • 1.20 x a bei quadratischen und Rechteckstützen (a=längere Seite)
    • 1.20 x Ac/ly bei Parcova-Stützen  ly ist die kürzere Seite
    • Höhe Anprallpunkt bis Stützenfuss bei Stützen mit Anprall >60kN

     

    Betonüberdeckung

    Die Beton-Überdeckung gewährleistet den dauerhaften Korrosionsschutz (Expositionsklasse) und eine Dämmung vor evtl. auftretenden hohen Temperaturen (Brandfall)

    Im Normalfall ist für Stützen eine Betondeckung cnom von 20mm vorgesehen.

    Die Anforderungen an die Expositionsklassen von Parkingstützen ist gemäss SIA („Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen“).

    Hieraus ergibt sich für Normalbetone ein cmin von 25mm.

    Für den von SACAC verwendeten Hochleistungsbeton (C75/90) mit seiner hohen Dichte, einer kleine Permeabilität und einer Wasseraufnahme geringer als 4.0 % können gemäss Bauteilnorm SIA262 10mm abgezogen werden und es ergibt sich ein cmin von 15mm.

    Gemäss Norm SN EN 13369 muss ein Δcdev von +5mm berücksichtigt werden.

    Daraus ergibt sich ein cnom = cmin + Δcdev = 15 mm + 5mm = 20mm.

    Solange keine andere Anforderung gestellt wird wie die oben genannte Expositionsklasse ist demnach für die Stützen eine Betondeckung von 20mm ausreichend.

    In besonderen Fällen kann eine höhere Expositionsklasse und daher auch eine erhöhte Betondeckung erforderlich sein. Z.B.:

    • Stützen in Schwimmbädern
    • Stützen in Wasser-Becken
    • Stützen in agressiven Umgebungen z.B. Jauchegruben bzw. Güllegruben

    Brandschutz

    Für Brandschutzklassen ab R90 sind gemäss SIA262 Tabelle 16 30mm Betondeckung erforderlich.

    Unter Einhaltung der nötigen Randbedingungen auf Basis der Berechnung mit der erweiterten Methode A der Norm EN 1992-1-2 (2004) sowie gemäss dem Nationalen Anhang dazu (SN EN 1992‐1‐2 CH NA:2014) kann auch mit einer Betondeckung von 20mm eine R90-Stütze erstellt werden.

  • Feuerwiderstand

    Gemäss SIA 262 Art. 4.3.10.5.1 Tabelle 15 gelten für den Feuerwiderstand der Stützen folgende Werte:

    Feuerwiderstandsklasse R30 R60 R90 R120 R180
    Min. Bewehrungsüberdeckung (mm)  20 20 30 30 40
    Min. Bauteilabmessung (mm)  150 200 240 280 360
    Anwendung  EFH Standardhaus Bspw. Krankenhaus Spezialbauwerke Spezialbauwerke

    Diese Mindestabmessungen werden standardmässig eingehalten. In Ausnahmefällen können diese Masse in Abstimmung mit dem Projektingenieur unter Einhaltung der nötigen Randbedingungen auf Basis der Berechnung mit der erweiterten Methode A der Norm EN 1992-1-2 (2004) sowie gemäss dem Nationalen Anhang dazu (SN EN 1992‐1‐2 CH NA:2014) unterschritten werden.

    Mehr zu Brandschutz

  • Fussdetail definieren

    Boden

    Fliessmörteldicke

    Das von SACAC empfohlene Produkt ist SIKAGROUT 314 mit einer Schichtdicke von 20mm. Je nach Schichtdicke müssen unterschiedliche Mörtel verwendet werden.

    ACHTUNG: Verarbeitbarkeit bis min. +5°C !!! Im Winter müssen spezielle Massnahmen getroffen werden

    Pressungsberechnung

    Um die Pressungsnachweise gemäss SIA 262 am Fuss führen zu können brauchen wir vom Projektingenieur folgende Angaben:

    • Boden-Stärke oder Vertiegung (Ausbreitung 2:1)
    • Boden-Betonklasse
    • Innen-, Rand- oder Eck-Fall
    • Liegt eine Sütze/Pfahl darunter?

     

    Statikparameter am Fuss

    Pressungsberechnung

    Grundsätzliche Formel:

    = Nd / A

    Die vorhandene Pressung ( ) sollte nicht die Druckfestigkeit des Betons überschritten.

    Bemessungs-Druckfestigkeiten

    Betonklasse

    C25/30

    C30/37

    C75/90

    fcd (N/mm2)

    16.5

    20

    39

    Warum kontrolliert SACAC die Pressung?

    Aufgrund der sehr hohen Druckfestigkeit können die vorfabrizierte Stützen grösse Kräfte mit kleineren Querschnitte aufnehmen. Da der Beton in angrenzenden Bauteilen jedoch eine nicht so hohe Festigkeit aufweist kann eine grosse Kraft durch eine kleine Lasteintragungsfläche problematisch sein.

    Die Betondruckfestigkeit des Boden bzw. Decken-Betons kann auf Basis des

    ·  gemäss SIA262 erhöht werden.

    Durch diesen Faktor wird eine Ausbreitung der Kraft und ein 3dimensionaler Spannungszustand berücksichtigt.

    Wann ist ein besonderes Fussdetail erforderlich?

    Wenn die Betondruckfestigkeit auch nach der Erhöhung mit Kc kleiner ist als die vorhandene Pressung ist.

    • Platte: Die Pressung wird geringer, weil die Lasteintragungsfläche grösser ist.
    • Kraft durch Eisen übertragen: Die Pressung wird geringer wegen der Minderung der Kraft.

    Sämtliche Details der SACAC sind eine Kombination von diesen zwei Lösungansätzen.

    Fussdorne

    Der Dorn dient als Montagehilfe.

    In der Regel wird mittig ein Dorn d 20 angeordnet. Bei vorhandenen Stahlplatten wird dieser in der Endbearbeitung angeschweisst. Falls das Fussdetail FD (keine Stahlplatte) zur Anwendung kommt, ist der Dorn um die Einbindetiefe länger und wird einbetoniert (Dübelwirkung).

    Fussplatten

    Bündige Fussplatten

    Im Fall von einem Bewehrungsgehalt über 8% sind gemäss SIA262 5.5.4.5 „spezielle konstruktive und ausführungstechnische Massnahmen zu ergreifen“ dies geschieht in Form von bündigen Stahlplatten.

    Zusätzlich kann eine bündige Platte erforderlich sein, weil die Statik im FEM-Programm ergibt, dass die lokalen Spannungen zu gross sind. Auch bei 2er oder 3er-Bündel wird die Verankerungslänge vergrössert und es müssen Platten gesetzt werden

    Vorstehende Fussplatten

    Reicht die Stützenfläche nicht aus um den Pressungsnachweis zu führen oder hat die Bodenplatte ein Durchstanzproblem werden vorstehende Fussplatten angeordnet.

    Durch diese Stahlplatten wird künstlich die Stützenfläche bzw. der kritische Rundschnitt in der Bodenplatte vergrössert.

  • Kopfdetail definieren

    Decke

    Pressungsberechnung

    Um die Pressungsnachweise gemäss SIA 262 am Kopf führen zu können brauchen wir vom Projektingenieur folgende Angaben:

    • Boden-Stärke
    • Decken-Betonklasse
    • Innen-, Rand- oder Eck-Fall
    • Liegt eine Sütze/Pfahl darüber?
    • Ist ein Betonpilz gewünscht?
    • Ist eine Stahlpilz erforderlich? (Durchstanzen)

    Einbindetiefe

    Um die Schalungsarbeiten der Decke zu vereinfach und ein optisch einwandfreies Detail zu erhalten, sollte die Stütze 1 oder 2 cm in die Decke eingebunden werden. Dies wird projektbezogen mit dem Projektingenieur definiert.

    Kopfplatten

    Bündige Kopfplatten

    Im Fall von einem Bewehrungsgehalt über 8% sind gemäss SIA262 5.5.4.5 „spezielle konstruktive und ausführungstechnische Massnahmen zu ergreifen“ dies geschieht in Form von bündigen Stahlplatten.

    Zusätzlich kann eine bündige Platte erforderlich sein, weil die Statik im FEM-Programm ergibt, dass die lokalen Spannungen zu gross sind. Auch bei 2er oder 3er-Bündel wird die Verankerungslänge vergrössert und es müssen Platten gesetzt werden

    Vorstehende Kopfplatten

    Reicht die Stützenfläche nicht aus um den Pressungsnachweis zu führen oder hat die Deckenplatte ein Durchstanzproblem werden vorstehende Kopfplatten angeordnet.

    Durch diese Stahlplatten wird künstlich die Stützenfläche bzw. der kritische Rundschnitt in der Deckenplatte vergrössert.

    Anschlusseisen

    Bewehrungseisen der Stütze, die in darüberliegende Decken oder Ortbetonwände einbinden, können vertikale Lasten übernehmen und dadurch die Pressungen verringern. Da die Stahlstäbe gerippt sind, geschieht dies über Verbund Stahl / Beton. Gemäss SIA 262 beträgt die Verankerungslänge 50xD für C20/25 und C25/30, 40xD für C30/37 bis C50/60. Falls diese Länge nicht ausführbar ist, kann im Verhältnis der Längen gerechnet werden.

    Bei Stützen mit Bewehrungsgehalt > 8% ist es erforderlich, dass die Längsbewehrung in der Decke verankert ist.

    Kraftdurchleitung

    Bei den Kopfdetails KBA, KBBA,  KVBA, KBAS und KKBA ist eine Lastdurchleitung vorgesehen. Dies bedeutet, dass die Last aus darüberleigenden Stockwerken durch die Betondecke mittels Stahlprofilen geleitet wird. Die Dimensionierung der Stahlteile erfolgt unter Berücksichtigung der maximalen Ausnutzung der Betondruckfestigkeit der Ortbetondecke in diesem Bereich gemäss SIA262 und SIA263

    Betonpilze

    Die Sacac besitzt diverse Schalungen (Stahl) für die Herstellung von Pilzaufbauten auf Stützen (Vouten). Diese passen zu gewissen Stützenabmessungen und sind im Stützengenerator hinterlegt.

    Wählen sie einfach den gewünschten Querschnitt und das Kopfdetail KK aus, dann sehen sie die verschiedenen verfügbaren Standardpilze

    Statik

    Die SACAC-Pilze sind so ausgelegt, dass sich kein Durchstanzversagen im Pilz einstellen kann. Voraussetzung dafür ist eine monolithische Verbindung mit der Ortbetondecke sodass sich ein massives Bauteil ergibt. Voraussetzung für eine monolithische Verbindung:

    • Pilz-Bewehrung wird in der Decke verankert
    • Oberfläche des Betonpilzes weisst eine Rauigkeit auf, sodass ein Verbund entsteht. (gem. SIA 262 Absatz 4.3.4.2 muss die Rauhigkeit 1/4 des Grösstkorns betragen. Wir benutzen Standardmässig Grösskorn 8mm -> Rauhigkeit 2mm)

    Die Detailbezeichnung der Betonpilze lautet KK bzw. KKBA

    Stahlpilze

    Stahlpilze sind eine gute und beliebte Massnahme den Durchstanzwiderstand von Decken zu erhöhen ohne die Ästhethik der Decke zu beeinträchtigen.

    Aus der Sicht der SACAC ist bei Stahlpilzen zwingend erforderlich, dass die Stütze eine bündige Kopfplatte aufweist. Diese verhindert das lokale Betonversagen unter den Stegen des Pilzes.

    Die SACAC bemisst die Stärke der bündigen Platte anhand der Geometrie des Pilzes und der Lasten welche aus der Decke über den Pilz und die Kopfplatte direkt in die Stütze eingeleitet werden.

    Die SACAC empfiehlt die Stahlpilze in Abstimmung an das SACAC- Produktionsprogramm in die SACAC zu liefern. Die SACAC schweisst die Pilze dann unter Einhaltung der Toleranzen direkt auf die entsprechende Stütze. Dies vermeidet Verwechslungen und Baustellenschweissungen.

    Transportanker

    Bei jeder Stütze wählen wir den für Sie spezifischen Ansatz für den Transport und die Montage. In Fällen Detail KBA, KBBA, KVBA, KBS, KBAS müssen keine speziellen Vorkehrungen getroffen werden, da sie direkt an Stahlplatten / Stahlkonstruktionen angehängt werden können.

    In allen anderen Fällen werden Hülsenanker eingebaut.

    Beim -stehend- und beim Schleuderbeton-Verfahren in Form einer Rd-Hülse und einem V-Anker

    Bei SCC-liegend als Telleranker.

    Die Hülsen, die Stützenbewehrung und die bei der SACAC verwendeten Trichterseil-Ösen sind für das Aufstellen der Stützen (90°Schrägzug) ausgelegt und dimensioniert.

  • Zusatzkomponenten

    Folgende Zusatzkomponenten können bei der SACAC gewählt werden

    • Kantenschutz
    • Oberflächenschutz / Hydrophobierung
    • Elektroeinlagen
    • Blitzschutz / Erdung

     

  • Bestimmung "Finish"

    Oberflächen

    Der Kunde kann nach Wunsch folgende Oberflächen erhalten

    • Normale Anforderung (Stützenoberfläche wird bauseits noch beschichtet)
      • Im Falle des Produktionsverfahrens liegend wird die Betonageseite roh abgezogen
      • Betonagebrauen entfernen
      • Lagerung im bewitterten Aussenlager
    • Sichtbeton SBK1 (Anforderungen gem. Cemsuisse – Merkblatt)
      • Im Falle des Produktionsverfahrens SCC liegend wird die Betonageseite fein abtaloschiert und geglättet
      • Nachbearbeitung von Kanten
      • Nachbearbeitung der Oberfläche bei übermässiger Lunkernbildung
      • Optimierung der Produktionszeitpunkte zur Reduktion der Lagerungszeit
      • Schutz der Kanten und Oberflächen mittels geeignetem Hebegerät
      • Lagerung im bewitterten Aussenlager
    • Empfehlung der SACAC zu Sichtbeton-Elementen: Hydrophobierung (nicht im Preis inklusive) zum Schutz vor Umwelteinflüssen während Zwischenlagerung, Montage und Rohbauphase.
    • Speziell behandelt zu Edelbeton

     

    Platten

    Alle im Endzustand freiliegenden Stahlbauteile werden mit einem einschichtigen Kalt-Zink-Anstrich versehen. Der definitive Korrosionsschutz muss im eingebauten Zustand bauseits erfolgen.

    Auf Kundenwunsch können die Kopf- und Fussplatten feuerverzinkt ausgeführt werden.

    Verpackung

    Für besondere Ansprüche können die Stützen verpackt werden