Ein neues Befestigungssystem für Stahlkonstruktionen an ... - Halfen

HALFEN Ingenieurstag 

Wien, 22.11.2012 

Ein neues Befestigungssystem für Stahlkonstruktionen an 

Beton und Bewehrungsendverankerung nach EC 2 

Dr.-Ing. Enrico Tartsch 

Halfen GmbH

Übersicht 

■ 

■ 

■ 

■ 

Einführung 

Verankerung der Bewehrung 

Befestigung von Stahlkonstruktionen 

Zusammenfassung 

Ingenieurstag Wien, 22.11.2012 Dr.-Ing. Enrico Tartsch 1

Spannungsfeld 

■ 

■ 

■ 

■ 

Elementare Forderung im Stahlbetonbau: 


Konventionelle Lösungen: Verbundwirkung 

Gerade Stabenden 

Haken, Schlaufen, angeschweißte Querstäbe 

l l 

b 

Biegeform 

1 

2 

Betondeckung 

Querbew. 

3 

b, 

rqd 

Vorteil konventioneller Lösungen: 

Planungssicherheit durch normative 

Vorgaben 

Restriktionen 

Wirksamkeit der Verankerung, Schlupf 

Erforderliche Verankerungslänge 

4 

angeschw. 

Querstäbe 

Querdruck 

5 

b, 

min 

[DIN EN 1992-1-1] 

Ingenieurstag Wien, 22.11.2012 Dr.-Ing. Enrico Tartsch 2 

l 


Einf hrung

Alternative Lösung: Ankerköpfe 

■ 

■ 

■ 

Bewehrung mit aufgestauchten 

Ankerköpfen 

Verankerungswirkung 

 

 

Verbund der gerippten Bewehrung 

Pressung unter den Ankerköpfen 

Folge: Großer Widerstand bei 

minimalem Verankerungsschlupf 

[Häusler 2009] 


Einf hrung 


Alternative Lösung: Ankerköpfe 

■ 

■ 

Verankerungslänge 

Allgemein anerkannte Rechenmodelle 

 

 

Wirksamkeit der Verankerung mit Ankerköpfen nicht 

ausreichend erfasst 

zum Teil sehr konservative Ergebnisse 

Bauaufsichtliche Zulassung erforderlich 

Nachweis der Wirksamkeit der Verankerung 

Konzepte zur Nachweisführung (Spezialbereiche) 

gerade 

abgebogen 

Ankerkopf 

DIN 1045-1 

unbewehrt 

DIN 1045-1 

Bügel 

Zulassung 

HDB 


VRd,max / VRd,ct 

1,0 1,5 1,9 


Einf hrung



Bereiche mit geringen verfügbaren Verankerungslängen 



■ 

■ 

Idee: Verankerungsqualität zur Befestigung von 

Stahlkonstruktionen heranziehen 

Regelungsbedarf 

Verbindung Bewehrung – 

Stahlkonstruktion 

Modell zur Lasteinleitung 

Einleitung von Querkräften ohne 

zusätzliche Einbauteile 




Kraftschlüssige Verbindungen 




Bewehrung mit aufgestauchten 

■ 

■ 

■ 

Ankerköpfen 

Bauaufsichtliche Zulassung DIBt Z-21.8-1973 für 

Stud Connector HSC (bislang Z-15.6-204) 

Regelungen auf Grundlage von Eurocode 2 

Konstruktionsregeln für Vollverankerung 

Umfassende Nachweiskonzepte für 

Rahmenendknoten, Konsolen, 

Balken und Platten (neu) 

Fugen 

Anwendung auch bei nicht vorwiegend 

ruhenden Lasten 

Produktsortiment HSC 

Durchmesser: (12) – 16 – 20 – 25 mm 

mit/ohne Schraubmuffe 



Verankerung in 

Rahmenendknoten 

■ 

Konzept nach Zulassung 

Nachweis durch Einhalten 

von Konstruktionsregeln 

Abbiegen der Bewehrung 

entfällt 

Mindestabmessungen 

Anker Stütze Betonfestigds 

bcol hcol ds,col keitsklasse 

[mm] [mm] [mm] [mm] [-] 

12 240 240 12 C20/25…C70/85 

16 240 240 12 C20/25…C70/85 

20 

300 

240 

300 

240 

16 

C20/25…C35/45 

C40/50…C70/85 

300 400 C20/25 

25 300 350 20 C25/30…C30/37 

300 300 C35/45…C70/85 



Verankerung in Konsolen 

■ 

■ 

Forderung nach EC 2: Verankerung der 

Hauptzugbewehrung an beiden Enden! 

Konzept nach Zulassung: Nachweis durch 

Einhalten von Konstruktionsregeln 


Bügel 

Kopfüberstand 

Konstruktive Vorgaben 

Anker Konsolmaße Betonfestig- Bügel Betondeckung 

Überstand 

d s b c,min l c,min keitsklasse d sw,min c HSC,min c ü 

[mm] [mm] [mm] [-] [mm] [mm] [mm] [mm] 

12 200 200 C20/25…C70/85 6 30 

16 200 200 C20/25…C70/85 6 40 

20 

25 

300 300 C20/25…C25/30 

240 200 C30/37…C35/45 8 50 

200 200 C40/50…C70/85 

300 400 C20/25 

300 350 C25/30…C30/37 10 60 

nach 

DIN EN 1992-1-1 

 

 

max 

d1 

 

2 

300 300 C35/45…C70/85 (HSC einlagig, nicht gestaffelt) 



ü 

c 

h 

2 

h 

HSC 

HSC 

a L 

 

2

Verankerung in Konsolen 

■ 

Einfluss auf Tragfähigkeit 

 

 

 

Ausnutzung der Bewehrung durch 

Vollverankerung 

Druckstrebentragfähigkeit maßgebend 

Eine Bewehrungslage häufig 

ausreichend (innerer Hebelarm!) 

Konsoltragfähigkeiten 

Anker-Ø Beton Konsolabmessungen 

max VEd bc lc hc (=bc) (≤VRd,max) [mm] [-] [mm] [mm] [mm] [kN] 

12 C20/25 200 200 200 119 

12 C30/37 200 200 200 163 

12 C40/50 200 200 200 195 

16 C20/25 200 200 200 117 

16 C30/37 200 200 200 152 

16 C40/50 200 200 200 184 

20 C20/25 300 300 300 279 

20 C30/37 240 200 240 235 

20 C40/50 200 200 200 190 

25 C20/25 300 400 300 273 

25 C30/37 300 350 300 375 

25 C40/50 300 300 300 455 


Beispiel: 

- Betondeckung c = 20 mm 

- Bewehrung einlagig, nicht 

gestaffelt 

- statische Belastung 

-HEd = 0,2 FEd - monolithische Herstellung 

- Lastplattendicke dL = 20 mm 


Verankerung in Balken und Platten 

■ 

Konzept: Konsolanalogie 

 

 

 


Bügel am Ankerkopf 

Kopfüberstand (Lagerlänge im Regelfall 

durch Auflagerreaktion vorgegeben) 



Verankerung in Balken und Platten 

■ 

■ 

Regelfall 

 

 

 

Keine Lagerplatte 

Spannungsverteilung dreiecksförmig 

Bewehrung einlagig, nicht gestaffelt 

Einbindetiefe für Vollverankerung 

l a ü 

b 

a 

L 

L 

6, 

7 d 

2 V 

 

b 

Ed 

A 

c 

h 

 

2 

ü max 

d1 

h 

 

2 

HSC 

HSC 

4 VEd 

 

3 b 


Auflagerbereich von Balken, Platten 



■ 

■ 

Erhöhte Verankerungswirkung: Ausnutzung der 

Bewehrung, Tragfähigkeit 

Zulassung für einzelne Bauteile (mit Fuge) 

Motivation für Befestigungssystem 

■ 

■ 

■ 

Verankerungsqualität für Befestigung nutzen 

Lasteinleitung über einbetonierte Muffenstäbe 

Vollwertiger Anschluss: N, Q, M 

Besondere Aspekte 

■ 

■ 

Verbindung Bewehrung – 

Einleitung von Querkräften 

Verankerung - Befestigung 

Stahlkonstruktion 


Halfen Stahlbauanschluss HSC-B 

■ 

■ 

■ 

Wesensmerkmale 

 

 

Kraftschlüssiges Verbinden von 

Stahlbauteilen und Stahlbetonbauteilen 

Anschlussgestaltung nach individuellen 

Bedürfnissen 

Bauaufsichtliche Zulassung Z-15.6-284 

Auflösung in Traganteile 

Einleitung Querkraft 

Konstruktive Vorgaben 

Normative Nachweise 

Schraubverbindung 

Tragfähigkeit Betonstahl 

(Verankerung) 



Halfen Stahlbauanschluss HSC-B 

■ 

■ 

Produkt und Handhabung 

 

 

 

Stahlbauanschluss + Stahlbauteil 

Muffenstäbe einbetonieren 

Stahlbauteil mit Stirnplatte anschrauben 

Produktsortiment 

 

 

 

Muffenstäbe (gv, fv, A4) 

= (12) – 16 – 20 – 25 mm 

d s 

Positionsplatte (gv, fv, A4) 

Stirnplatte (wb) 



Entwurf nach Eurocode (Zulassungsantrag) 

■ 

■ 

Anwendungsgebiet 

 

 

Normalbeton: C20/25…C70/85 

Nicht vorwiegend ruhende Lasten zulässig 

Grundprinzip Lastabtragung 

 

 

 

 

Querkraft: 

Moment: 

Zugkraft: 

Druckkraft: 

Z 

D 

Ed 

Ed 

 

M 

Ed 

z 

M 

 

z 

Ed 

Schrauben / Muffen & Reibung Zulassung 

Auflösen in Zug- 

und Druckkraft 

Bewehrungsstab (Verankerung!) 

Betondruckzone 

N 

N 


Ed 

Ed 

 

 

0, 5 h 

0, 

1 

d 

d 0, 

5 h 

 

z 

c 

z 


c

Bemessung der Muffen 

■ 

Einwirkung je Muffe/Schraube 

Zugkraft (Zuggurt) 

Querkraft (alle Muffen) 

n tie 

n tot 

V fr,Ed,inf 

Reibungsbeiwerte 

N 

V 

ij, 

Ed 

ij, 

Ed 

= Anzahl Zuggurtschrauben 

 


Z 

n 

Ed 

= Gesamtanzahl der Schrauben 

= lastabtragender 

tie 

V V 

Ed 

n 

fr, 

Ed, 

inf 

Anteil der Reibung 

μ inf μ sup μ inf μ sup 

Reibungsanteil aktivierbar 0,1 

0,2 

0,2 

0,45 

Reibungsanteil nicht aktivierbar 0 0 


Stahl/Stahl Beton/Stahl 

tot 

fr, 

Ed, 

inf 

V D 

Ed 

inf

Bemessung der Muffen 

■ 

Nij,Rd [kN] 

360 

330 

300 

270 

240 

210 

180 

150 

120 

90 

60 

30 

0 

HSC-B-12 

HSC-B-16 


Tragfähigkeit je Muffe mit durchmesserspezifischen 

Interaktionskurven nach Zulassung 

HSC-B-20 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 

Vij,Rd [kN] 

HSC-B-25 


Schraubverbindung 

■ 

■ 

Stahlbauseitig: Schraube – 

Muffe 

Standardverbindung mit metrischem Gewinde 

Stahlbetonseitig: Muffe – 

Betonstahl 

Zugelassene Verbindung (HBS-05) 

Tragfähigkeit Betonstahl 

■ 

■ 

Fließkraft 

Verankerung 

 

 

fyk 

Fyd A 

 

Vereinfachter Nachweis für 

Vollverankerung mit HSC 

S 

Herkömmliche Nachweisführung für 

gerippten Betonstahl 


S 


Bemessung der Schrauben 

■ 

■ 

Einwirkungen je Schraube: Zugkraft und Querkraft (wie Muffen) 

Widerstände, Interaktionsnachweis 

ub 

Nij, Rd k 2 

M2 

ub 

Vij, Rd v 

M2 

N 

 

 

 

N 

ij, 

Ed 

ij, 

Rd 

 

 

 

 

2 

f 

f 

V 

 

 

 

V 

ij, 

Ed 

ij, 

Rd 

A 

A 

 

 

 

 

Sp 

2 

Sp 

 

1, 

0 


Nij,Rd [kN] 

Schraubenanzahl Bemessungshilfen erst für einzelne nach Vorbemessung Durchmesser bekannt im Katalog 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

M 16 5.6 (EC) 

M 16 10.9 (EC) 

Spannungsquerschnitte 

Fyd, 16 = 87,4 kN 

Schraube A sp [cm²] 

M12 0,84 

M16 1,57 

M20 2,45 

M27 4,59 

HSC-B-16 

Rechenparameter für Schrauben 

Fest.-kl. k 2 γM2 f ub α v 

M 16 8.8 (EC) 

[mm] [-] [-] [kN/cm²] [-] 

4.6 40 0,60 

5.6 

8.8 

0,9 1,25 

50 

80 

0,60 

0,60 

10.9 100 0,50 

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 

V ij,Rd [kN] 


Lokaler Betonausbruch 

■ 

■ 

■ 

Einwirkung: Querkraft je Muffe 

Widerstand je Muffe 

1, 

44 2 

Vij, c, 

loc, 

Rd S W ck 

 

f ck 

Nachweis 

M 

≤ 50 N/mm² 

R p,0.2 

= 440 N/mm² 

V 

V 

ij, 

Ed 

ij, 

c, 

loc, 

Rd 

5 , 0 

f R 

 

1, 

0 


p, 

0. 

2 

Tragfähigkeit nimmt mit der Zahl der Muffen unbegrenzt zu 

Abmessungen HSC-B 

d s [mm] S W [mm] L M [mm] 

12 19 36 

16 24 48 

20 30 60 

25 41 75 


Betonkantenbruch 

■ 

■ 

■ 

Einwirkung: Querkraft an Betonkante 

V 

conc, 

Ed 

 

Widerstand Betonkante 

Nachweis 

V V 

Ed 

c 

2 

fr, 

Ed, 

sup 

 

Vconc, Rd 15 b 

c L 

M 

 

f ck 

V D 

fr, 

Ed, 

sup 

V 

V 

conc, 

Ed 

conc, 

Rd 

Ed 

≤ 50 N/mm² 

 


sup 

25 , 0 

f 

1, 

0 

ck 

max V Ed in kN je Meter Stirnplattenbreite 

d s [mm] C20/25 C30/37 C50/60 

12 1294 1432 1627 

16 1726 1910 2170 

20 2157 2387 2712 

25 2696 2984 3390 

Die Tabellenwerte sind in Abhängigkeit vom 

einwirkenden Moment abzumindern. 

Tragfähigkeit ist durch Geometrie und Betonfestigkeit begrenzt 


Lastausbreitung 

■ 

■ 

Verhindern des Betonspaltens 

unter konzentrierter Lasteinleitung 

Mindestlängsbewehrung (konstr.) 

Bügel (belastungsabhängig) 

Primäre Spaltzugbewehrung 

V 

S 

Ed 

W 

A sw, 

1 0, 

25 1 

n 

tot a 

ij, 

max 

n tot 

S W 

a ij,max 

 

 

 

 

 

 

1, 

15 

f 

yk 

= Gesamtanzahl der 

Schrauben 

= Schlüsselweite 

= max. Abstand zweier Muffen 

Anordnung jeweils in Zugund Druckzone 

unmittelbar unter den Muffen 


Mindestdurchmesser für Bügel und Längsbewehrung 

HSC-B d sw,2 d sl,edge d sl,bet 

[mm] [mm] [mm] [mm] 

12 6 12 10 

16 6 12 10 

20 8 12 12 

25 12 20 20 


Lastausbreitung 

■ 

Sekundäre Spaltzugbewehrung 

Zuggurt 

Ed 

ij 

A sw, 

2, 

tie 0, 

25 1 

2 b 

col 

Druckgurt 

V 

Anordnung in Zug- 

 

 

 

 

a 

 

 

 

1, 

15 

f 

aij 

1, 

15 

A sw, 

2, 

strut 0, 

25 Vconc, 

Ed 1 

 

b 

col fyk 

V Ed 

V con,Ed 


 

yk 

= Gesamteinwirkung 

= Einwirkung auf Betonkante 

bzw. Druckzone im Bereich x sw 


Anschlussbauteil: HSCC Stahlkonsolen 

■ 

HSCC: typengeprüfte Stahlkonsolen 

 

 

34 Typen mit kurzer / langer 

Auskragung, feuerverzinkt 


Konsolen mit 1 bis 11 Schraubenreihen 


Anschlussbauteil: HSCC Stahlkonsolen 

■ 

Typenprüfung nach EC 

 

 

 

 

 

Alle Nachweise geführt, 

inklusive Anschluss 

Tabellenwerte 

C20/25 bis C70/85 

Schrauben 8.8 und 10.9 

(Schraubenanzahl) 

Tragfähigkeit bis 2500 kN 



Konsoltragfähigkeit VRd [kN] 

1300 

1200 

1100 

1000 

900 

800 

700 

600 

500 

400 

300 

200 

100 

0 

Stahlkonsole 

Stahlbetonkonsole 

15 20 25 30 35 40 45 50 55 

Betondruckfestigkeit fck [N/mm²]


■ 

■ 

Erhöhte Verankerungswirkung durch Ankerköpfe 

 

 

Ausnutzung Bewehrung 

Höhere Tragfähigkeiten 

Vereinfachte Anwendung 

 

 

Konstruktionsregeln für Vollverankerung 

Klare Bewehrungsführung durch Verzicht auf 

Schlaufen etc. 


■ 

■ 

■ 

Vollwertiger Anschluss: N, Q, M 

Anschlussgestaltung nach individuellen 

Bedürfnissen 

HSCC Stahlkonsole als typisiertes 

Anschlussbauteil 

Zusammenfassung

Ein neues Befestigungssystem für Stahlkonstruktionen an ... - Halfen

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