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03 - LF4 Thema Fundamente-Schueler - Berufskolleg Borken

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<strong>Thema</strong> : Böden – <strong>Fundamente</strong> - Spannung<br />

1. Einleitung<br />

Da kann der Querschnitt eines Sparrens im Dachgeschoss noch so groß sein, oder die<br />

Geschossdeckenplatten eine Plattenhöhe jenseits von gut und böse besitzen, wenn die<br />

Abmessung der <strong>Fundamente</strong> (Gründung) für eine Gebäude nicht stimmen, hilft Ihnen das alles<br />

gar nichts. Natürlich ist es wichtig, dass alle tragenden Bauteile in einem Gebäude ausreichend<br />

statisch tragfähig sind. Im Vergleich zu einem Sparren aber, der nur sich selbst, den Schnee und<br />

den Wind standhalten muss, müssen <strong>Fundamente</strong> die gesamten Bauwerkslasten aufnehmen<br />

können. In der Praxis werden folgende Einwirkungen unterschieden :<br />

Ständige Einwirkungen :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

Veränderliche Einwirkungen :<br />

<br />

<br />

<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

<br />

<br />

<br />

Möbel<br />

Personen<br />

nichttragende Wände<br />

<br />

<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

Die Aufgabe der Gründung (<strong>Fundamente</strong>) kann somit definiert werden :<br />

Sie haben die Aufgabe, die in einem Bauwerk auftretenden Bauwerkslasten aufzunehmen und<br />

sicher in den tragfähigen Boden weiterzuleiten.<br />

Seite 1


2. Baugrundarten<br />

Die Abmessung der <strong>Fundamente</strong> ist in erster Linie von der Tragfähigkeit des Baugrunds (Boden)<br />

abhängig. In der Praxis werden Böden in drei unterschiedliche Kategorien unterteilt :<br />

Lockergestein Festgestein Geschüttete Böden<br />

organische Böden Fels<br />

<br />

<br />

bindige Böden<br />

nichtbindige Böden<br />

Bauwerke dürfen nur auf bindige bzw. nichtbindige Bodenarten oder Fels gegründet werden.<br />

Organische Böden wie zum Beispiel Mutterboden besitzt aufgrund des lockeren Dichtegefüges<br />

nur eine geringfügige Tragfähigkeit und muss zuvor abgetragen werden. Begründet durch das<br />

sehr hohe Dichtegefüge, ist Fels der ideale Baugrund.<br />

2.1 Bindige bzw. Nichtbindige Bodenarten<br />

Das Hauptunterscheidungsmerkmal zwischen bindigen und nichtbindigen Böden liegt im<br />

Masseanteil „a“ an Bodenbestandteilen mit einem Korndurchmesser ≤ 0,06 mm und ob bei<br />

gemischtkörnigen Böden das plastische Verhalten durch die Feinkornanteile bestimmt wird oder<br />

nicht.<br />

Masseanteil a ≤ 5 % nichtbindige Böden (GE, GW, GI, SE, SW, SI)<br />

Beispiele : ♦<br />

♦<br />

Kies<br />

Sand<br />

Masseanteil < 5 % a ≤ 40 % gemischtkörnige Böden (GU, GT, SU, ST)<br />

<br />

<br />

nichtbindige Böden<br />

bindig Böden, wenn Feinkornanteil das<br />

plastische Verhalten bestimmt<br />

Beispiele : ♦<br />

♦<br />

♦<br />

♦<br />

Kies - Schluffgemische<br />

Kies – Tongemische<br />

Sand – Schluffgemische<br />

Sand – Tongemische<br />

Masseanteil a > 40 % bindige Böden (UL, UM, TL, TM, TA)<br />

Beispiele : ♦<br />

♦<br />

Lehm, Ton<br />

Geschiebemergel, Schluff<br />

Seite 2


2.2 Bodenarten und deren Zusammensetzung<br />

Nachfolgend werden wichtige Bodenarten und deren Zusammensetzung aufgezeigt :<br />

Bodenart<br />

Zusammensetzung<br />

Letten<br />

Mergel<br />

Löss<br />

Lösslehm<br />

Lehm<br />

Ton mit 10 % – 40 % Kalakanteil<br />

Ton mit über 40 % Kalk- und Tonanteilen<br />

feinkörniger Sand, Schluff und Ton und durch Kalk verkittet<br />

ausgewitterer Löss ohne Kalkanteile<br />

Ton mit Sand oder Schluff<br />

> 40 % Sand : magerer Lehm<br />

< 40 % Sand + 20 % – 25 % Ton : fetter Lehm<br />

Rheinsand<br />

Geschiebemergel- oder Lehm<br />

nichtbindiges durch Flussströmung transportiertes Material<br />

bindiger Boden mit stark unterschiedlichen Korngrößenanteilen<br />

bis hin zu einem Findling von 1,0 m Durchmesser<br />

2.3 Bodenarten in Abhängigkeit der Korngruppenbereiche<br />

Um die anstehende Bodenart vor Ort genau bezeichnen und einstufen zu können, werden diese<br />

nach DIN 4022 in Korngrößen unterteilt.<br />

Bodenart<br />

Korngruppenbereich in<br />

mm<br />

Abkürzung<br />

Feinstkorn oder Ton < 0,002 T<br />

Schluff ≥ 0,002 - ≤ 0,06 U<br />

Sand > 0,06 - ≤ 2 S<br />

Kies > 2 - ≤ 63 G<br />

Steine + Blöcke > 62 X und Y<br />

Nach DIN 18300 (entspricht VOB Teil C) wird der Baugrund in sieben Boden- und Felsklassen<br />

nach deren Lösbarkeit unterteilt. Die anbietenden Firmen können somit die ausgeschrieben<br />

Erdarbeiten nach Masse und Maschineneinsatz ohne große Risiken kalkulieren. Um welche<br />

Bodenart es sich handelt, muss eindeutig dem Leistungsverzeichnis zu entnommen werden<br />

können.<br />

Seite 3


3. Baugrunduntersuchungen<br />

Die Höhe der Tragfähigkeit eines Baugrundes, hängt von den Eigenschaften des Baugrunds. Bei<br />

kleineren Bauprojekten, wie zum Beispiel Einfamilienwohnhäuser, werden die Eigenschaften<br />

und somit die Tragfähigkeit des Baugrundes nach dem Ausheben der Baugrube mithilfe der<br />

Inaugenscheinmethode bestimmt. Erfahrende Statiker oder Bauleiter übernehmen dabei diese<br />

Aufgabe und somit auch die Verantwortung für die Tragfähigkeit des Baugrundes. Bei größeren<br />

Bauprojekten, wie zum Beispiel öffentliche Gebäude oder Mehrfamilienwohnhäuser, werden im<br />

Vorfeld durch erfahrende Geologen häufig Bodengutachten erstellt. In einem Bodengutachten<br />

werden die Bodeneigenschaften und die daraus resultierende Tragfähigkeit schriftlich festgelegt<br />

und dient somit als Rechtsgrundlage beim Verlust der Standsicherheit. Dabei werden folgende<br />

Bodeneigenschaften untersucht und bestimmt :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

_________________________________________________________________<br />

Geologen verwenden dabei nachfolgende Untersuchungsmethoden :<br />

Baugrunderkundung<br />

Beschreibung<br />

Schürfgrube<br />

Schürfgruben werden schlitzartig angelegt und können von<br />

Personen betreten werden. Dabei wird der Boden schichtweise<br />

abgetragen und im Labor untersucht.<br />

Ohne seitliche Abstützung der Schürfgrube können maximale<br />

Tiefen von nur 2,0 m erzeugt werden.<br />

Bohrungen Unterschieden wird zwischen :<br />

<br />

<br />

<br />

Drehbohrung<br />

Rammbohrung<br />

Schlagbohrung<br />

Bohrungen sind die häufigste Art der Baugrunduntersuchung. Dabei<br />

wird ein nahtloses Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 159<br />

mm und einen Innendurchmesser von 147 mm in den Baugrund<br />

gebohrt. Dabei werden die unterschiedlichen Bodenschichten und<br />

deren Schichtdicke genau im Hohlbereich des Stahlrohres<br />

abgebildet.<br />

Seite 4


Sondierung<br />

Mithilfe der Sondierung werden Stangen mit Durchmessern bis zu<br />

50 mm in den Boden gerammt (Rammsondierung). Auf der<br />

erforderlichen Anzahl von Schlägen pro 10 cm Eindringtiefe kann<br />

auf die Bodenart und die Tragfähigkeit geschlossen werden.<br />

Die erforderliche Mindesttiefe der Baugrunderkundung ab Unterkante Fundamentsohle ist von<br />

der Art der Gründung abhängig :<br />

Einzel- bzw. Streifenfundamente :<br />

Z A ≥ 3,0 * b F (b F entspricht kleinere Fundamentbreite)<br />

Z A ≥ 6,0 m<br />

Elastisch gebettete Bodenplatten :<br />

Z A ≥ 1,5 * b B (b B entspricht kleinere Gebäudeabmessung)<br />

Seite 5


Pfahlgründung :<br />

Z A ≥ 3,0 * d F (d F entspricht Durchmesser am Pfahlfuß)<br />

Z A ≥ 1,0 * b G (b G entspricht Abstand der Außenpfähle)<br />

3.1 Tragfähigkeit von bindigen und nichtbindigen Böden<br />

Die Fragen die in diesem Kapitel beantwortet werden müssen lauten :<br />

1. Besitzen alle Bodenarten die gleiche Tragfähigkeit ?<br />

2. Welcher Einfluss besitzt Wasser auf die Tragfähigkeit ?<br />

3. Welche Bodenart (Ausnahme Fels) besitzt die größte Tragfähigkeit ?<br />

Die erste Frage kann auch von Ihnen mit etwas Logik selbst beantwortet werden. Wenn alle<br />

Bodenarten die gleiche Tragfähigkeit besitzen würden, dann müsste auch die<br />

Korngrößenverteilung absolut identisch sein. Ebenso die Lagerungsdichte und die Zustandsform.<br />

Sie können sich sicherlich leicht vorstellen, dass ein Sandkorn mit einem Durchmesser von 40<br />

mm mehr Belastung aushalten kann, als ein Sandkorn mit nur 1,0 mm. Sie können sich sicher<br />

auch vorstellen, dass ein Boden, den man sehr leicht kneten kann, auch leichter eindrücken kann,<br />

als ein Boden mit einer sehr steifen Konsistenz. Die Bodeneigenschaften sind in der Praxis sehr<br />

unterschiedlich und somit auch die Tragfähigkeit.<br />

Die zweite Frage lässt sich ebenfalls leicht beantworten. Je nach Standort, ist die Höhe des<br />

Grundwasserspiegels sehr unterschiedlich. Häufig kommt es vor, dass der Grundwasserspiegel<br />

oberhalb der Gründungssohle liegt. Die Frage ist also berechtigt, ob Wasser einen Einfluss auf<br />

die Tragfähigkeit besitzt oder nicht. Mithilfe eines Versuchs lässt sich diese Frage schnell<br />

beantworten. Dafür werden vier Bodenproben benötigt :<br />

Seite 6


indiger Boden im trockenen Zustand<br />

nichtbindiger Boden im trockenen Zustand<br />

bindiger Boden im feuchten Zustand<br />

nichtbindiger Boden im feuchten Zustand<br />

Im ersten Versuch wird die Tragfähigkeit von einem bindigen und einem nichtbindigen Boden<br />

im trockenen Zustand verglichen. Mithilfe eines Holzstücken werden die Bodenproben punktuell<br />

belastet.<br />

bindiger Boden<br />

nichtbindiger Boden<br />

Beobachtung und Fazit :<br />

Das Holzstückchen lässt sich bei beiden Proben nur mit sehr viel Mühe in den Boden<br />

eindrücken. Die Tragfähigkeit ist somit im trockenen Zustand bei beiden Bodenarten sehr hoch.<br />

Im zweiten Versuch wird die Tragfähigkeit von einem bindigen und einem nichtbindigen Boden<br />

im feuchten Zustand verglichen. Mithilfe eines Holzstücken werden auch diese Bodenproben<br />

punktuell belastet.<br />

Beobachtung und Fazit :<br />

Das Holzstückchen lässt sich beim nichtbindigen Boden weiterhin nur mit sehr viel Mühe in den<br />

Boden eindrücken. Die Tragfähigkeit ist somit nicht vom Wassergehalt abhängig, sondern nur<br />

von der inneren Reibung der Gesteinskörnung untereinander.<br />

Beim bindigen Boden kann nach geraumer Zeit, dass Holzstücken leicht in den Boden<br />

eingedrückt werden. Die Begründung liegt darin, dass sich um die einzelnen Tonplättchen ein<br />

Wasserfilm bildet, der die innere Reibung der Gesteinskörnung untereinander aufhebt.<br />

Seite 7


Die Beantwortung der drittenn Frage kann somit eindeutig beantwortet werden. Da der Baugrund<br />

niemals zu 100 % trocken ist, kann der Bauherr sich freuen, wenn er unterhalb der<br />

Gründungsohle einen vorwiegend nichtbindigen Boden vorfindet. Wenn gleichzeitig auch noch<br />

der Grundwasserspiegel viel tiefer liegt als die Gründungsohle, kann er ein zweites Fass<br />

aufmachen.<br />

3.2 Kapillarität<br />

Unter Kapillarität wird das Aufsteigen von Wasser in engen Röhren (Kapillaren) verstanden. In<br />

bindigen Böden befinden sich viele enge Poren, in denen das Wasser ausgehend vom<br />

Grundwasserspiegel nach oben steigt. Die kapillare Steighöhe ist dabei einzig und alleine von<br />

der Porenweite abhängig. Ein Versuch kann dieses eindeutig belegen.<br />

Fazit :<br />

Je enger die kapillaren Poren in einem Boden, desto höher ist kapillare Steighöhe h k im Boden.<br />

Beispiele :<br />

- Schotter, Grobkies h k = __________________________________<br />

- Feinsande h k = __________________________________<br />

- Schluff, Tone h k = __________________________________<br />

Bei bindigen Böden wird durch das Aufsteigen von Feuchtigkeit nicht nur die Tragfähigkeit<br />

reduziert sondern gleichfalls auch die Frostempfindlichkeit des Bodens verstärkt. Was bedeutet<br />

dies ? Bis zu 1,20 m unterhalb der Geländeoberkante kann der Boden im Winter eine Temperatur<br />

um die Gefriergrenze ( ≈ 0°C) besitzen. Das Aufsteigende Wasser bildet beim Gefrieren<br />

Eislinsen im Boden, die dann den Boden in Richtung des geringsten Widerstandes verschieben,<br />

nämlich nach oben. Passiert dieses direkt unterhalb von <strong>Fundamente</strong>n, können dadurch die<br />

Gebäude angehoben werden. Das Resultat daraus sind Zwangsrisse in den aufgehenden<br />

Bauteilen. Demzufolge müssen <strong>Fundamente</strong> frostfrei gegründet werden :<br />

In Abhängigkeit vom Standort :<br />

Fundamentsohle mindestens 80 cm - 100 cm unterhalb der<br />

Geländeoberkante<br />

F1 = nicht frostempfindlich<br />

(GW,GI,GE,SW,SI,SE)<br />

F2 = gering bis mittel<br />

F3 = sehr frostempfindlich<br />

(TA,OT,OH,OK,ST,GT,SU,GU)<br />

(TL,TM,UL,UM,OU)<br />

Seite 8


Stellt sich nur noch die Frage :<br />

Warum steigt Wasser entgegen der Schwerkraft in engen Kapillaren nach oben ?<br />

Adhäsionskräfte<br />

Adhäsionskräfte<br />

Kohäsionskräfte<br />

Die Begründung liegt im Zusammenspiel zwischen Adhäsions- und Kohäsionskräften. Unter<br />

Adhäsion versteht man die Zusammenhangskraft der Moleküle zweier Stoffe. Unter Kohäsion<br />

die Zusammenhangskraft eines Stoffes.<br />

Wie im Schaubild erkennbar wird das Wasser durch Adhäsionskräfte an den Rändern der Poren<br />

nach oben gezogen. Die Kohäsionskraft des Wassers bewirkt, dass das Wasser in der Mitte<br />

nachgezogen wird. Die maximale kapillare Steighöhe h k ist dann erreicht, wenn die nach unten<br />

gerichtete Gewichtskraft der Wassersäule infolge der Schwerkraft genauso groß ist, wie die<br />

Summe der nach oben gerichteten Adhäsionskräfte an den Porenrändern.<br />

4. Gründungen<br />

In Abhängigkeit der aufgehenden Bauteile und der Tragfähigkeit des Baugrundes kommen<br />

entweder als Flach- oder Tiefengründung zur Ausführung.<br />

4.1 Flachgründung<br />

Flachgründungen sind in der Praxis die kostengünstigste Gründungsalternative. Sie werden dann<br />

verwendet, wenn unmittelbar unter dem Bauwerk ein ausreichend tragfähiger Boden vorhanden<br />

ist und eventuell aufsteigende Bodenfeuchtigkeit zu keiner enormen Reduzierung der<br />

Tragfähigkeit führt. Dabei können folgende Flachgründungen zur Anwendung kommen :<br />

Seite 9


__________________________________________________________________<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

Seite 10


Elastisch gebettete Bodenplatten dienen der Gründung ganzer Gebäude. Sie kommen<br />

dann zur Ausführung, wenn folgende Verhältnisse vor Ort vorliegen :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

_____________________________________________________________<br />

_____________________________________________________________<br />

_____________________________________________________________<br />

_____________________________________________________________<br />

Der Vorteil einer eleastisch gebetteten Bodenplatte liegt im gleichmäßigen Setzungsverhalten<br />

die eine Zwangsbeanspruchung in den aufgehenden Bauteilen nicht zulässt.<br />

Der Nachteil liegt im Kostenfaktor. Einzel- bzw. Streifenfundamente können bei entsprechenden<br />

Querschnittswerten auch unbewehrt ausgeführt (ohne Betonstahl) werden. Elastisch gebettete<br />

Bodenplatten müssen dagegen stets bewehrt werden. Die bauliche Durchbildung<br />

(Bewehrungsführung) unterliegt der DIN 1045-1 !<br />

4.2 Tiefengründung<br />

Tiefengründungen werden dann verwendet, wenn unmittelbar unter der Bauwerkssohle kein<br />

ausreichend tragfähiger Boden vorhanden ist, sondern erst in tiefer liegenden Regionen. Wenn<br />

die Schichtdicke des nichttragfähigen Baugrunds unterhalb der Bauwerkssohle nur von geringer<br />

Höhe ist, kann es wirtschaftlicher sein, diese gegen ausreichend tragfähigen Boden<br />

auszutauschen. Dieser Vorgang wird in der Praxis als Auskofferung bezeichnet. Ab welcher<br />

Tiefe eine Auskofferung wirtschaftlicher (kostengünstiger) wird, kann nicht eindeutig bestimmt<br />

werden, sondern muss anhand einer Vergleichsrechnung überprüft und verglichen werden.<br />

Mithilfe einer Tiefengründung werden die nichttragfähigen Bodenschichten durchstoßen, um die<br />

Bauwerkslasten auf den tieferliegenden tragfähigen Baugrund weiterzuleitenden. Dabei werden<br />

folgende Tiefengründungen unterschieden :<br />

Seite 11


__________________________________________________________________<br />

Balken aus Stahlbeton (Trägerroste), dienen als Auflager für die aufgehenden Bauteile<br />

(Wände, Stützen etc.). Abgestützt werden diese Balken mithilfe von Wandpfeilern aus<br />

Stahlbeton. Diese leiten die Bauwerkslasten in den tieferliegenden tragfähigen Baugrund<br />

weiter.<br />

Trägerrost<br />

Wandpfeiler<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

Unterhalb der Bodenplatte, werden in bestimmten Abständen Pfähle aus Stahl, Holz, Beton<br />

Stahlbeton angeordnet. Pfähle aus Beton oder Stahlbeton werden im einem vorgebohrten<br />

Loch im Baugrund betoniert oder als Fertigteile in vorbereitete Bohrlöcher eingestellt.<br />

Pfähle aus Holz oder Stahl werden mithilfe von Geräten in den Baugrund eingerammt,<br />

eingerüttelt (Vibration) oder ebenfalls in vorbereitete Bohrlöcher eingestellt. Die<br />

Bauwerkslasten werden über die Bodenplatte in die Pfähle weitergeleitet und von diesen in<br />

den tieferliegenden tragfähigen Baugrund.<br />

Bodenplatte<br />

Gründungspfahl<br />

Seite 12


Vor- und Nachteile unterschiedlicher Pfahlarten :<br />

Pfahlart Vorteile Nachteile<br />

Holzpfähle ♦ kostengünstig<br />

♦ dauernd haltbar nur unter<br />

♦ leicht zu handhaben<br />

Wasser<br />

♦ geringe Tragfähigkeit, kein<br />

hartes Rammen möglich<br />

Stahlpfähle ♦ leicht zu handhaben ♦ kostenintensiv<br />

♦ variable Längen möglich<br />

♦ hartes Rammen möglich<br />

♦ Fußverstärkung möglich<br />

♦ hohe Biegebeanspruchung<br />

Stahlbetonfertigpfähle ♦ Umweltbeständig ♦ Transportempfindlich<br />

♦ Rammempfindlich<br />

♦ Längenverkürzung- bzw.<br />

verlängern schwierig<br />

Ortbetonrammpfähle ♦ Umweltbeständig<br />

♦ keine Lagerungs—und<br />

Transportkosten<br />

♦ Querschnitts und Länge<br />

können dem Boden<br />

angepasst werden<br />

Ortbetonbohrpfähle ♦ Umweltbeständig<br />

♦ Hindernisbeseitigung<br />

möglich<br />

♦ keine Belästigung durch<br />

Rammen<br />

Ortbetonverpresspfähle ♦ geringe Bauhöhe möglich<br />

♦ günstig bei Haussanierung<br />

und Unterfangungen<br />

♦<br />

♦<br />

♦<br />

♦<br />

♦<br />

Rammerschütterungen<br />

Nachbarpfähle können beim<br />

Rammen beschädigt werden<br />

Bodenentnahme und dadurch<br />

Verschlechterung der Bodentragfähigkeit<br />

aufgrund der<br />

Auflockerung<br />

♦ Bodenentnahme und dadurch<br />

Verschlechterung der Bodentragfähigkeit<br />

aufgrund der<br />

Auflockerung<br />

geringes Tragvermögnen<br />

<br />

Druckluft- oder Senkkastengründung<br />

Diese Gründungsart wird vorwiegend im Tiefbau bei der Herstellung von Schächten verwendet.<br />

Dabei wird unterhalb des Schachtbauwerkes der Boden ausgehoben oder ausgespült. Mithilfe<br />

von Ballast wird gleichzeitig das gesamte Schachtbauwerk in den Boden abgesenkt. Druckluft<br />

unterhalb des Bauwerks verhindert das Eindringen von Wasser. Eine entsprechende Abbildung<br />

befindet sich im Fachbuch Bautechnik (Europaverlag).<br />

Seite 13


5. Übertragung der Bauwerkslasten in den Baugrund<br />

Aufgabe der Gründung ist es, die gesamten Bauwerkslasten in den tragfähigen Baugrund<br />

weiterzuleiten. Bei Flachgründungen erfolgt dies über die Kontaktfläche zwischen dem<br />

Fundament und dem unmittelbar unter der Gebäudesohle befindlichen tragfähigen Baugrund. Bei<br />

einer Tiefengründung geschieht dies ebenfalls mithilfe der Kontaktfläche unterhalb der<br />

Gründung, nur das der tragfähige Baugrund mehrere Meter tiefer liegt als die Bauwerkssohle.<br />

Bei einer Pfahlgründung wird im Abhängigkeit der Scherfestigkeit des Bodens gleichzeitig ein<br />

Teil der Einwirkung (Belastung) über der Mantelreibung in den Baugrund weitergeleitet.<br />

5.1 Nachweisführung von Einzel-und Streifenfundamenten<br />

Im Vergleich zu anderen Gründungsarten, sind Einzel- und Streifenfundamente die<br />

kostengünstigste Alternative Bauwerke sicher und frostfrei zu gründen. Nachfolgend werden für<br />

Einzel- und Streifenfundamente die erforderlichen Nachweise für den Grenzzustand der<br />

Tragfähigkeit und den Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit erläutert.<br />

Im Grenzzustand der Gebrauchsfähigkeit müssen folgende Nachweise erbracht werden :<br />

<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

Im Grenzzustand der Tragfähigkeit müssen folgende Nachweise erbracht werden :<br />

<br />

<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

Seite 14


Um diese Nachweise führen zu können, müssen folgende Bodenkennwerte und die Höhe des<br />

Grundwasserspiegels bekannt sein :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Wichte des Bodens ohne und unter Wasser<br />

Scherfestigkeit<br />

Kohäsionsverhalten<br />

Zusammendrückbarkeit<br />

Konsistenz des Bodens<br />

Einbindetiefe ab UK Geländehöhe<br />

Höhe des Grundwasserspiegels<br />

Feuchtegehalt des Bodens<br />

Innere Reibungswinkel<br />

5.1.1 Nachweis der zulässigen Setzungen<br />

Unter Setzungen versteht man das Einsinken von <strong>Fundamente</strong>n in den Baugrund. Die Größe des<br />

Setzungsmaßes ist dabei von vier Kriterien abhängig :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

Seite 15


Bindige und nichtbindige Böden zeigen ein unterschiedliches Setzungsverhalten. Dieses lässt<br />

sich einfach in einem Zeit-Setzungsdiagramm darstellen.<br />

1 = nichtbindige Böden<br />

2 = bindige Böden<br />

Gemäß dem Schaubild wird deutlich, dass nichtbindige Böden in relativ kurzer Zeit schnell das<br />

größte Setzungsmaß erreichen. Im Gegensatz zu nichtbindigen Böden vollzieht sich der<br />

Setzungsprozess bei bindigen Böden über viele Jahre hinweg. (teilweise bis zu 100 Jahren und<br />

mehr z.B. schiefe Turm von Pisa oder das Holstentor in Lübeck).<br />

Wie ist das zu begründen ?<br />

Die Tragfähigkeit von nichtbindigen Böden ist einzig und alleine von der innern Reibung der<br />

Gesteinskörner und der Lagerungsdichte abhängig. Wasser besitzt keinen Einfluss auf die<br />

Tragfähigkeit. Bei Belastung werden nur die losen Bestandteile der Gesteinkörnung enger<br />

aneinander verschoben. Gut verdichtete nichtbindige Böden mit einem großen inneren<br />

Reibungswinkel (Schotter etc.) zeigen demzufolge kaum Setzungserscheinungen.<br />

Die Tragfähigkeit von bindigen Böden ist sehr wohl vom Wassergehalt abhängig. Wie bereits<br />

beschrieben sind Böden niemals zu 100 % trocken. Sickerwasser oder aufsteigende<br />

Bodenfeuchte vom Grundwasser sind dafür verantwortlich. Bei Beanspruchung des Baugrunds<br />

muss zuvor erst einmal das vorhandene Wasser aus dem Baugrund herausgepresst werden, damit<br />

die losen Bestandteile eine Chance bekommen, näher aneinander rücken zu können.<br />

Ungleichmäßige große Setzungen führen zu einem Bauteilzwang in den aufgehenden Bauteilen.<br />

Die daraus resultierenden Risse führen im schlimmsten Fall zum Verlust der Standsicherheit des<br />

gesamten Gebäudes. Bauteilsetzungen können Sie nicht vermeiden aber minimieren. Der<br />

Schlüssel dazu ist die Auswahl und ausreichende Dimensionierung der Gründung in<br />

Abhängigkeit der Bodenverhältnisse und der Größe und Art der Beanspruchung.<br />

Seite 16


Beispiel Bauteilzwang einer aufgehenden Wand :<br />

5.1.2 Nachweis der Kippsicherheit<br />

Bauteile im inneren eines Gebäudes werden vorwiegend durch vertikale Einwirkungen belastet.<br />

Ein Beispiele dafür wäre eine Stütze unter einer Mittelpfette im Dachgeschoss oder Wände, die<br />

als Auflager für Geschossdecken dienen. Bauteile außerhalb von Gebäuden werden zusätzlich<br />

durch horizontale Einwirkungen (Wind) beansprucht. Durch Windeinwirkungen haben Bauteile<br />

das Bestreben sich horizontal zu verschieben. Dieses muss ebenfalls durch die Gründung<br />

unterbunden werden. Die resultierende horizontale Beanspruchung, beispielsweise aus Wind,<br />

wirkt zunächst am Kopf des <strong>Fundamente</strong>s. Dadurch erhält das Fundament das Bestreben seitlich<br />

zu kippen.<br />

Ob ein Fundament seitlich kippt, hängt von der Exzentrizität der vertikalen Einwirkung ab.<br />

Durch das Bestreben seitlich kippen zu wollen, wird der Boden auf einer Seite mehr<br />

beansprucht, als auf der anderen Seite. In der Praxis spricht man dann von einer asymmetrischen<br />

Bodenpressung oder Sohlspannung. Die Form gleicht also nicht mehr einem Rechteck, sondern<br />

einem Trapez oder im Extremfall sogar einem Dreieck. Der Schwerpunkt solcher Flächen<br />

befindet sich nicht in der Mitte, sondern mehr in Richtung der größeren Spannungsordinate. Das<br />

Maß der Exzentrizität ergibt sich demzufolge aus dem Abstand vom Schwerpunkt einer<br />

symmetrischen Bodenpressung bis zum Schwerpunkt der asymmetrischen Bodenpressung.<br />

Seite 17


Beispiel Exzentrizität :<br />

Das Maß der Exzentrizität lässt sich nach folgender Formel berechnen :<br />

Exzentrizität e =<br />

M<br />

F<br />

K<br />

K , V<br />

M K = Kippmoment infolge horizontaler Einwirkung (kNm)<br />

F K,V = Vertikale Einwirkung (kN)<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 a / b / h = 120 / 120 / 85 cm<br />

Vertikale Einwirkung : 125 kN<br />

Horizontale Einwirkung am Fundamentkopf : 15 kN<br />

Gesucht : Exzentrizität der vertikalen Einwirkung vom Schwerpunkt des <strong>Fundamente</strong>s !<br />

Lösung : Kippmoment M k = 15 kN * 0,85 m = 12,75 kNm<br />

Exzentrizität e =<br />

12,75kNm<br />

125kN<br />

= 0,102 m e = 10,2 cm<br />

Seite 18


Eine ausreichende Sicherheit gegen Kippen ist nachgewiesen, wenn folgende Bedingungen<br />

erfüllt sind:<br />

Annahme nur ständiger Einwirkungen : e ≤<br />

b Fundament<br />

6<br />

Annahme ständiger + veränderlicher Einwirkung : e ≤<br />

b Fundament<br />

3<br />

Aufgabe 1 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 a / b / h = 140 / 140 / 40 cm<br />

Vertikale Beanspruchung : 240 kN<br />

Horizontale Beanspruchung am Fundamentkopf : 25 kN<br />

Gesucht : Exzentrizität der vertikalen Einwirkung vom Schwerpunkt des <strong>Fundamente</strong>s !<br />

Seite 19


Aufgabe 2 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 a / b / h = 100 / ? / 60 cm<br />

Vertikale Beanspruchung : 120 kN<br />

Horizontale Beanspruchung am Fundamentkopf : 45 kN<br />

Gesucht : erforderliche Fundamentbreite b, wenn die Bedingung e ≤ b/6 erfüllt sein muss !<br />

Aufgabe 3 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C30/37 a / b / h = 160 / 160 / 140 cm<br />

Vertikale Beanspruchung : 45 kN<br />

Gesucht :<br />

maximal zulässiges Kippmoment M k , wenn die Bedingung e ≤ b/3 erfüllt sein<br />

muss !<br />

Aufgabe 4 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C20/25 a / b / h = 135 / 135 / 60 cm<br />

Vertikale Beanspruchung : 60 kN<br />

Horizontale Beanspruchung am Fundamentkopf : ? kN<br />

Gesucht :<br />

maximal zulässige horizontale Einwirkung am Fundamentkopf, wenn die<br />

Bedingung e ≤ b/6 erfüllt sein muss !<br />

Aufgabe 5 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 a / b / h = 90 / 90 / 50 cm<br />

Vertikale Beanspruchung : ? kN<br />

Horizontale Beanspruchung am Fundamentkopf : 25 kN<br />

Gesucht : Vertikale Mindesteinwirkung, wenn die Bedingung e ≤ b/6 erfüllt sein muss !<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 a / b / h = 60 / 60 / 40 cm<br />

Vertikale Beanspruchung (Ständig) : 80 kN<br />

Vertikale Beanspruchung (Veränderlich) : 20 kN<br />

Horizontale Beanspruchung (Ständig) : 20 kN<br />

Horizontale Beanspruchung (Veränderlich) : 8 kN<br />

Gesucht : Vollständiger Nachweis der Sicherheit gegen Kippen !<br />

Seite 20


5.1.3 Nachweis der Grundbruchsicherheit<br />

Ein Grundbruch tritt ein, wenn ein Gründungskörper so stark belastet wird, dass unterhalb der<br />

Gründung der Scherwiderstand (Grundbruchwiderstand) des Bodens überwunden wird und das<br />

Erdreich seitlich wegrutscht. Dadurch kommt es zu einer Schiefstellung des <strong>Fundamente</strong>s. Die<br />

Grundbruchgefahr nimmt mit zunehmender Einbindetiefe der Gründung in den Boden ab.<br />

Verlust der Tragfähigkeit durch Grundbruch :<br />

Der Grundbruchwiderstand des Bodens ist abhängig von folgenden Kriterien :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

__________________________________________________________________<br />

Seite 21


5.1.4 Nachweis der Gleitsicherheit<br />

Wie schon im Kapitel 5.1.2 können Bauteile neben einer vertikalen Beanspruchung auch<br />

horizontal beansprucht werden. Verursacht wird diese horizontale Beanspruchung meist durch<br />

Wind oder wenn Bauteile zur seitlichen Abstützung anderer Bauteile dienen müssen. Diese<br />

Beanspruchung muss jedoch ebenfalls vom Gründungskörper aufgenommen werden und in den<br />

tragfähigen Boden weiter geleitet werden. Nicht nur, dass eine horizontale Beanspruchung<br />

versucht, den Gründungskörper zum Kippen zu bringen, sie verursacht auch mit aller Macht den<br />

Gründungskörper seitlich zu verschieben. In der Praxis wird diese seitliche Verschiebung als<br />

Gleiten bezeichnet.<br />

Die Größe der Aufstandsfläche spielt beim Nachweis der Gleitsicherheit keine Rolle. Ob der<br />

Gründungskörper eine horizontale Verschiebung erfährt, hängt vielmehr von drei Kriterien ab :<br />

<br />

<br />

<br />

_____________________________________________________<br />

_____________________________________________________<br />

_____________________________________________________<br />

Es muss nachgewiesen werden, dass der Bemessungswert der horizontalen Beanspruchung<br />

kleiner ist als der Bemessungswert des Gleitwiderstandes. Die Höhe des Gleitwiderstandes hängt<br />

dabei nicht nur von der Struktur des Bodens ab, sondern auch von der Größe der vertikalen<br />

Beanspruchung. Sie können sich sicher vorstellen, dass 5 Tonnen nicht so leicht zu verschieben<br />

sind wie 5 Gramm, selbst wenn der Untergrund spiegelglatt ist.<br />

Nachweisformel :<br />

T D ≤ F D * tan δ S,D<br />

T D = Horizontale Beanspruchung<br />

F D = Vertikale Beanspruchung<br />

δ S,D = Sohlreibungswinkel in Abhängigkeit der Bodenart<br />

Seite 22


Beispiel :<br />

Gegeben : Horizontale Beanspruchung T D = 25 kN<br />

Vertikale Beanspruchung F D = 75 kN<br />

Sohlreibungswinkel δ S,D = 25°<br />

Gesucht :<br />

Nachweis gegen Gleiten<br />

Lösung : Gleitwiderstand = 75 kN * tan 25°<br />

= 35 kN > 25 kN<br />

Nachweis der Gleitsicherheit erfüllt !<br />

5.1.5 Nachweis der Auftriebssicherheit oder Abhebsicherheit<br />

Versuchen Sie in der Badewanne ein Stück Seife zum Tauchen zu bringen. Es wird Ihnen nicht<br />

gelingen. Das Stück Seife wird jedes Mal wie aus der Pistole an die Oberfläche des<br />

Wasserspiegels geschossen. Vergleichen wir das Stück Seife mit einem Bauwerk, welches im<br />

Grundwasser steht. Bei geringer Eigenlast des Bauwerks, würde dieses genauso wie das Stück<br />

Seife nach oben gedrückt werden. Die Auftriebskraft hängt somit von drei Faktoren ab :<br />

<br />

<br />

<br />

_____________________________________________________<br />

_____________________________________________________<br />

_____________________________________________________<br />

Je größer die Masse und Dichte des Bauwerks, desto größer ist die Kraft, die nach unten wirkt.<br />

Je größer die geplante Einbindetiefe des Bauwerks und je höher die Wassersäule, desto größer ist<br />

die Kraft, die nach oben wirkt.<br />

Der Nachweis der Auftriebsicherheit ist erfüllt, wenn die nach unten gerichtete Kraft,<br />

resultierend aus dem Eigengewicht des Bauwerks, gleich oder größer ist, als die nach oben<br />

gerichtete Auftriebskraft :<br />

F Auftrieb ≤ F Eigengewicht Bauwerk<br />

Die nach oben gerichtete Auftriebskraft ergibt sich aus dem verdrängten Volumen durch<br />

bauwerk multipliziert mit der Dichte des Wassers :<br />

Formel :<br />

F Auftrieb = ρ Wasser * Volumen Verdrängt<br />

Seite 23


ρ Wasser = 10 kN/m 3<br />

Volumen Verdrängt =<br />

Verdrängtes Volumen<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 2,75 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 1,50 m<br />

Kelleraußenmaße : 8,99 m * 12,99 m<br />

Dicke der Stb.-Bodenplatte : 25 cm<br />

Dicke der Stb.-Geschossdeckenplatten KG und EG : 18 cm<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht :<br />

Überprüfen Sie die Auftriebssicherheit bei einem Sicherheitsfaktor von 1,1 wenn<br />

nur das Eigengewicht der Bodenplatte und der Geschossdeckenplatten<br />

angenommen werden sollen !<br />

Lösung : F Auftrieb = 10 kN/m 3 * 8,99 m * 12,99 * (2,75 m – 1,50 m)<br />

= 1456 kN<br />

F Eigengwucht = 25 kN/m 3 * 8,99 m * 12,99 * (0,25 m + 2 * 0,18 m) / 1,1<br />

= 1619 kN<br />

1456 kN < 1619 kN Sicherheit gegen Auftrieb nachgewiesen<br />

Aufgabe 1 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 2,50 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 0,50 m<br />

Kelleraußenmaße : 14,99 m * 12,99 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : 25 cm<br />

Höhe der Stb.-Geschossdeckenplatten KG und EG : 16 cm<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht :<br />

Überprüfen Sie die Auftriebssicherheit bei einem Sicherheitsfaktor von 1,25 wenn<br />

nur das Eigengewicht der Bodenplatte und der Geschossdeckenplatten<br />

angenommen werden sollen !<br />

Seite 24


Aufgabe 2 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 2,50 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : ? m<br />

Kelleraußenmaße L-Form : 12,95 m – 5,95 m –<br />

3,00 m – 4,00m –<br />

9,95 m – 9,95 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : 25 cm<br />

Höhe der Stb.-Geschossdeckenplatten KG und EG : 20 cm<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht : Maximale Steighöhe h k des Grundwasserspiegels bis UK Gelände !<br />

Aufgabe 3 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 2,50 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 0,20 m<br />

Kelleraußenmaße : 15,95 m * 8,95 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : 50 cm<br />

Höhe der Stb.-Geschossdeckenplatten KG : 18 cm<br />

Höhe der Stb.-Geschossdeckenplatten EG : ? cm<br />

Wandhöhe Stb.-Kelleraußenwände (d = 30 cm) : 2,75 m<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht :<br />

Mindesthöhe der Erdgeschoss-Geschossdeckenplatten bei einer Auftriebsicherheit<br />

von 1,25 wenn zusätzlich zum Eigengewicht der Bodenplatte und der<br />

Geschossdeckenplatten, dass Eigengewicht der Kelleraußenwände angenommen<br />

wird !<br />

Aufgabe 4 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 7,00 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 0,50 m<br />

Schachtaußenmaße : 10,00 m * 12,00 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : ? cm<br />

Wandhöhe Stb.-Kelleraußenwände (d = 50 cm) : 8,00 m<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht :<br />

Mindesthöhe der Bodenplatte bei einer Auftriebsicherheit von 1,15 wenn zusätzlich<br />

nur zum Eigengewicht der Bodenplatte, dass Eigengewicht der Schachtaußenwände<br />

angenommen wird !<br />

Seite 25


Aufgabe 5 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 5,50 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 1,00 m<br />

Außenradius Pumpenstation : 20,50 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : ? cm<br />

Wandhöhe Stb.-Kelleraußenwände (d = 45 cm) : 5,00 m<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht :<br />

Mindesthöhe der Bodenplatte bei einer Auftriebsicherheit von 1,15 wenn zusätzlich<br />

zum Eigengewicht der Bodenplatte, dass Eigengewicht der Außenwände<br />

angenommen wird !<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben : Einbindetiefe UK Bodenplatte bis OK Gelände : 10,00 m<br />

Abstand Grundwasserspiegel bis UK Gelände : 1,20 m<br />

Außenradius Regenrückhaltebecken : 12,45 m<br />

Höhe der Stb.-Bodenplatte : 80 cm<br />

Stahlbetondeckenplatte h : ? cm<br />

Wandhöhe Stb.-Kelleraußenwände (d = 60 cm) : 5,00 m<br />

Rechenwert Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Gesucht : Mindesthöhe der Stahlbetondeckenplatte bei einer Auftriebsicherheit von 1,20<br />

wenn zusätzlich zum Eigengewicht der Deckenplatte das Eigengewicht der<br />

Bodenplatte und das der Außenwände angenommen wird !<br />

Seite 26


6. Nachweisführung mithilfe des aufnehmbaren Sohldrucks<br />

Für einfache Fälle in der Praxis bietet die DIN 1054 die Möglichkeit an , die Dimensionierung<br />

von Einzel- und Streifenfundamenten mithilfe des aufnehmbaren Sohldrucks vorzunehmen.<br />

Anstatt den Begriff „Sohldruck“ werden häufig die Begriffe Bodenpressung oder<br />

Bodenspannung verwendet.<br />

Was ist damit gemeint ?<br />

Durch die vertikale als auch horizontale Beanspruchung (Kippen) versuchen Gründungskörper<br />

sich symmetrisch als auch asymmetrisch in den Baugrund zu drücken. Dabei wird der Baugrund<br />

zusammengestaucht (Konsolidiert) und unter Spannung versetzt. Bei einer weiteren Erhöhung<br />

der Beanspruchung, erhöht sich ebenfalls die Druckspannung im Boden. Vereinfacht wird in der<br />

Praxis eine Spannungsverteilung im Baugrund von 45° angenommen. Die bedeutet, dass mit<br />

zunehmender Tiefe die Druckbeanspruchung im Boden abnimmt.<br />

Tatsächlich aber, verteilt sich die Druckspannung in einer zwiebelähnlichen Form. Unterhalb der<br />

Gründungssohle (Aufstandsfläche) bilden sich sogenannte Isobaren mit konstanter<br />

Druckbeanspruchung. Der Verlauf der Isobaren wird als Druckzwiebel bezeichnet.<br />

Seite 27


Wo liegt nun das Problem ? Keine Materie auf dieser Welt ist so unendlich stark, das jede<br />

Druckbeanspruchung problemlos aufgenommen werden kann. Mit anderen Worten, die<br />

aufnehmbare Druckbeanspruchung hat eine Grenze. Der Nachweis, ob der zulässige Sohldruck<br />

(Bodenpressung oder Bodenspannung) überschritten wird, kann nur durchgeführt werden, wenn<br />

es Ihnen gelingt den vorhandenen Sohldruck zu berechnen um diesen dann mit dem zulässigen<br />

Sohldruck gemäß DIN 1054 zu vergleichen. Mithilfe einer Formel ausgedrückt sieht der<br />

Nachweis folgendermaßen aus :<br />

σ vorhanden ≤ σ zulässig<br />

σ vorhanden = vorhandener Sohldruck<br />

σ zulässig = zulässiger Sohldruck<br />

σ =<br />

sprich Sigma (griech.)<br />

Der Vorteil dieser Nachweisführung liegt darin, dass in einem Rutsch die Sicherheit gegen zu<br />

hohe Setzungen und die Sicherheit gegen Grundbruch nachgewiesen wird. Die Nachweise<br />

gegen Kippen, Gleiten oder Abheben müssen zusätzlich gesondert nachgewiesen werden. Wie<br />

schon am Anfang beschrieben, kann diese Nachweisführung nur für einfache Fälle in der Praxis<br />

verwendet werden. Dabei müssen folgende Vorraussetzungen erfüllt sein :<br />

<br />

<br />

<br />

Baugrund muss bis zu einer Tiefe 2 * b, mindestens aber bis 2,0 m unterhalb der<br />

Gründungssohle annähernd gleich sein<br />

Keine überwiegende oder regelmäßige dynamische Beanspruchung<br />

Bei gleichzeitiger vertikaler und horizontaler Beanspruchung muss die Neigung der<br />

resultierenden Beanspruchung folgende Bedingung erfüllen :<br />

tan α =<br />

F<br />

F<br />

H , K<br />

V , K<br />

≤ 0,2<br />

<br />

<br />

<br />

mindestens eine mitteldichte Lagerung<br />

Gründungssohle muss frostfrei sein<br />

Keine direkte Nachbarbauung (Vermeidung von Spannungsüberlagerungen)<br />

Seite 28


6.1 Begriff der Spannung<br />

Unter Beanspruchung erfahren Bauteile Verformungen. In Abhängigkeit der Art der<br />

Beanspruchung werden Bauteile gestaucht, verlängert oder gebogen. Häufig tritt auch eine<br />

Kombination aus allen drei Möglichkeiten auf. Aufgrund der Art der Verformung treten im<br />

Bauteil unterschiedlichen Spannungszustände auf.<br />

Stauchung (Verkürzung) Druckspannung<br />

Verlängerung Zugspannung<br />

Biegung Biegespannung<br />

Druckspannung<br />

Zugspannung<br />

Biegespannung<br />

Das Maß der Verformung und die Größe des Betrags der daraus resultierenden Spannung ist von<br />

vier Faktoren abhängig :<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Art der Materials<br />

Größe des Querschnittsfläche<br />

Größe der Beanspruchung (Kraft)<br />

Art der Beanspruchung (Einzel-, Linien- oder Flächenförmig)<br />

Lässt man die Art des Materials und die Art der Beanspruchung erst einmal außen vor, so kann<br />

eine vorhandene Druck- oder Zugspannung mit folgender Formel berechnet werden :<br />

σ vorhanden =<br />

F<br />

A<br />

Einheit :<br />

Kraft pro Fläche<br />

Seite 29


σ vorhanden = vorhandene Spannung<br />

F = Kraft (Größe der Beanspruchung)<br />

A = Fläche (Querschnittsfläche, Aufstandsfläche etc.)<br />

Gängige Spannungseinheiten in der Praxis :<br />

kN<br />

cm<br />

N<br />

mm<br />

MN<br />

m<br />

; _______ _______ _______<br />

2 2<br />

2<br />

kN<br />

2<br />

m<br />

6.2 Begriff der Kraft<br />

Bauteile werden durch ständige und veränderliche Einwirkungen beansprucht. Dabei wird in der<br />

Baustatik zwischen ruhenden und dynamischen Einwirkungen unterschieden. Beispiele für<br />

ruhende Einwirkungen wären Wind, Schnee, Möbel oder Personen. Dynamische Einwirkungen<br />

wären zum Beispiel Erdbeben oder Kirchenglocken bei Gebrauch (Schwingungen). Bauteile im<br />

normalen Hoch- und Tiefbau außerhalb von Erdbebengebieten werden somit vorwiegend durch<br />

ruhende Einwirkungen beansprucht. Auch wenn der Schnee aus 10000 m Höhe auf Ihr Dach<br />

fällt, es ist und bleibt eine ruhende Einwirkung. Die Aufgabe des Statikers besteht darin, die<br />

aufgrund von äußerlichen Einwirkungen auf ein Bauteil resultierenden Spannungen zu<br />

berechnen und diese mit zulässigen Spannungen gemäß den entsprechenden DIN-Normen<br />

(Material) zu vergleichen. Ein Bauteil verformt oder verschiebt sich nur dann, wenn das Bauteil<br />

durch eine äußerliche Einwirkung (ständig oder veränderlich) beansprucht wird. Betrachten wir<br />

uns einmal einen Balken auf zwei Stützen in einem Gebäude. Dieser als Auflager für eine Stütze<br />

in einem Dachgeschoss. Was passiert mit dem Balken ? Der Balken biegt sich in Richtung der<br />

Stützenachse, bzw. rechtwinkelig zur eigenen Achse durch.<br />

Was ist der Grund für diese Verformung ?<br />

Seite 30


Die Antwort wäre zu einfach, wenn Sie sagen würden : Ist doch klar, da steht ja auch etwas sehr<br />

Schweres drauf. Die Antwort wäre noch nicht einmal falsch, leider aber nur halbrichtig.<br />

Natürlich haben Sie recht, wenn Sie behaupten, dass sich ein Balken nur dann durchbiegt, wenn<br />

etwas sehr Schweres darauf liegt. Beschreiben wir das sehr Schwere mal als Masse. Die Einheit<br />

einer Masse kennen Sie. Würde sich der Balken auch durchbiegen, wenn die Masse in form einer<br />

Stütze gar nicht den Balken berühren würde, sondern knapp über den Balken frei schweben<br />

würde. Sie haben recht ! Natürlich nicht. Die Stütze schwebt aber nicht, sondern drückt mit aller<br />

Macht den Balken nach unten. Was ist der Grund dafür ? Auch die Antwort kennen Sie. Alle<br />

Körper dieser Erde bis auf die Vögel unterliegen der Erdanziehungskraft auch Schwerkraft<br />

genannt. Für die Erdanziehung kann auch der Begriff Beschleunigung verwendet werden. Das<br />

ganze Paket inklusive Masse und Erdanziehung nennt man in der Praxis KRAFT. Wenn in der<br />

Baustatik demzufolge über Einwirkungen und deren Beanspruchung reden, dann reden wie<br />

zwangsläufig über Kräfte.<br />

Was also ist eine Kraft und wie ist sie definiert ? Die Größe einer Kraft ergibt sich aus dem<br />

Produkt Masse multipliziert mit einer Beschleunigung. Eine ruhende Masse auf ein Bauteil<br />

unterliegt nur der Erdanziehungskraft die in der Praxis mit 10 m/s 2 angenommen werden kann.<br />

Die Größe der Kraft ergibt sich aus dem Produkt<br />

Kraft = Masse * Beschleunigung<br />

F = m * a<br />

F = Kraft<br />

m = Masse in kg<br />

a = Beschleunigung 10 m/s 2<br />

Setzt man für die Masse 1 kg ein und für die Beschleunigung die Erdanziehungskraft, so ergibt<br />

sich eine Kraft von 10 N (Newton) :<br />

F = 1 kg * 10 m/s 2<br />

F = 10 N (Newton)<br />

In der Praxis kommen folgende Krafteinheiten zur Anwendung :<br />

MN kN N (Umrechnungsfaktor beträgt 1000)<br />

Meganewton<br />

Newton<br />

Kilonewton<br />

Seite 31


Eine Kraft selber ist eindeutig in Ihrer Richtung und Größe definiert und besitzt einen<br />

bestimmten Angriffspunkt. Dargestellt werden können Kräfte mithilfe von Vektoren:<br />

F<br />

Richtung<br />

Angriffspunkt<br />

Der Umrechnungsfaktor beträgt von Groß nach Klein * 1000 und von Klein nach Groß / 1000 !<br />

Die Häufigste in der Praxis verwendete Krafteinheit in Kilonewton (kN). Bei normaler<br />

Beanspruchung ergeben sich Ergebnisse mit überschaubaren Zahlen größer Null. Da bei einer<br />

Kraft nicht nur die Masse eine Rolle spielt sondern auch die Beschleunigung, ist es in der Praxis<br />

hilfreich einen Vergleichswert zu haben, um von einer Kraft auf die Masse zu schließen.<br />

Vergleichswert :<br />

1 kN ↔ 100 kg<br />

Der Beweis ist einfach. Multiplizieren Sie die Beschleunigung mit 100 kg anstatt mit 1 kg. Das<br />

Ergebnis beträgt 1000 N (Newton). Die Umrechnung von Newton auf Kilonewton erfolgt durch<br />

die Division mit dem Umrechnungsfaktor 1000.<br />

F = 100 kg * 10 m/s 2<br />

= 1000 N (Newton)<br />

F = 1 kN (Kilonewton)<br />

Um eine Spannung in einem Bauteil berechnen zu können oder die vorhandene Sohlspannung<br />

unterhalb von einem Fundament, benötigen Sie ebenfalls eine Kraft. Betrachten wir uns noch<br />

einmal dazu den Balken auf zwei Stützen. Durch die Durchbiegung erfährt der Balken auf der<br />

Unterseite eine Verlängerung und auf der Oberseite eine Stauchung. Das bedeutet, dass die<br />

Moleküle des Materials entweder langgezogen oder verkürzt werden. Das dies nicht der<br />

Nikolaus macht, leuchtet Ihnen hoffentlich ein ! Im Inneren eines Bauteils wirken aufgrund<br />

äußerliche Einwirkungen (Kräfte) ebenso Kräfte, die dafür verantwortlich, dass auf der<br />

Unterseite des Balkens eine Zugspannung hervorgerufen wird und auf der Oberseite eine<br />

Druckspannung. Sie erkennen hoffentlich, dass eine innere Kraft nicht immer die gleiche<br />

Wirkungsrichtung besitzen muss, wie die äußerliche Kraft in form einer Einwirkung (Schnee,<br />

Personen etc.).<br />

Seite 32


Übungsaufgaben zur Umrechnung einer Kraft in eine Masse :<br />

Kraft 1 kN 10 MN kN = ? MN 1000 N 20 kN 1 N<br />

Masse gr = ? kg = ? 2000 kg 10 t MN t = ? gr<br />

Ergebnis<br />

6.3 Umrechnung von Spannungseinheiten<br />

Die Einheit der zulässigen Spannung in Tabellenbüchern entspricht in der Regel nicht der<br />

Einheit der zuvor berechneten vorhandenen Spannung. Der Tragwerksplaner (Statiker) muss<br />

somit in der Lage sein, die vorhandene Spannungseinheit in eine andere Spannungseinheiten<br />

umzurechnen. Viel Spaß dabei !<br />

Übungsaufgaben :<br />

vorhandene Einheit kN/cm 2 N/mm 2 kN/m 2 MN/m 2 N/cm 2 N/mm 2<br />

gesuchte Einheit N/mm 2 MN/m 2 kN/cm 2 kN/m 2 MN/m 2 kN/cm 2<br />

Ergebnis<br />

Lösung :<br />

Seite 33


6.4 Dimensionierung von Einzelfundamenten bei zentrischer Beanspruchung<br />

Die Weiterleitung der Beanspruchung in den Baugrund erfolgt mithilfe der Aufstandsfläche des<br />

<strong>Fundamente</strong>s. Demzufolge, muss die Aufstandsfläche so groß Dimensioniert werden, dass der<br />

zulässige Sohldruck gemäß DIN 1054 nicht überschritten wird.<br />

Spannungsformel :<br />

σ vorhanden =<br />

A<br />

F<br />

V<br />

Fundament<br />

=<br />

V<br />

aF<br />

* b<br />

≤ σ zulässig<br />

F v = Vertikale Beanspruchung (Krafteinwirkung) in der Einheit kN<br />

σ vorhanden =<br />

A Fundament =<br />

Vorhandener Sohldruck<br />

Aufstandsfläche Einzelfundament<br />

a, b = Seitenlängen der Aufstandsfläche<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Einzelfundament a/b/h : 120/120/60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 450 kN<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 350 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Lösung :<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

450kN<br />

1,20m<br />

*1,20m<br />

= 312,5 kN/m 2 < 350 kN/m 2<br />

Nachweis erbracht !<br />

Da bei der Planung eines Neubaus die Aufstandsfläche des <strong>Fundamente</strong>s noch nicht bekannt ist,<br />

kann demzufolge die vorhandene Spannung überhaupt berechnet werden. Die Größe der<br />

Aufstandsfläche ergibt sich daher mithilfe der vorhandenen Beanspruchung und dem zulässigen<br />

Sohldruck des Baugrundes.<br />

erforderlich A Fundament =<br />

σ<br />

F V<br />

Zulässig<br />

Seite 34


Aufgabe 1 :<br />

Gegeben : Einzelfundament a/b/h : 140 / 120 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 400 kN<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GE<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 250 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Aufgabe 2 :<br />

Gegeben : quadratisches Einzelfundament : ? / ? / 50 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 800 kN<br />

Bindiger Boden : UM fest<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,45 N/mm 2<br />

Gesucht : erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche des Einzelfundamentes !<br />

Aufgabe 3 :<br />

Gegeben : Einzelfundament a/b/h : 160 / 180 / 80 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : ? kN<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GW<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,34 MN/m 2<br />

Gesucht : maximale zulässige vertikale Beanspruchung F v !<br />

Aufgabe 4 :<br />

Gegeben :<br />

Eine quadratische Stütze 40/40cm aus Stahlbeton C20/25 erfährt am<br />

Stützenkopf eine vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Stütze beträgt<br />

2,75 m. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes Einzelfundament gemäß<br />

statischer Berechnung !<br />

Einzelfundament a/b/h : 160 / 180 / 100 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 900 kN<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GU<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 350 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnung des vorhandenen Sohldrucks σ vorh inklusive dem Eigengewicht<br />

der Stütze und dem Einzelfundament und Vergleich mit dem zulässigen<br />

Sohldruck !<br />

Seite 35


Aufgabe 5 :<br />

Gegeben :<br />

Eine quadratische Stütze 35/35cm aus Stahlbeton C25/30 erfährt am<br />

Stützenkopf eine vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Stütze beträgt<br />

2,50 m. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes Einzelfundament gemäß<br />

statischer Berechnung !<br />

Quadratisches Einzelfundament : ? / ? / 50 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 1200 kN<br />

Bindiger Boden : ST halbfest<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 370 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche inklusive<br />

dem Eigengewicht der Stütze und dem Einzelfundament !<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 8-Geschossigen<br />

Wohnhaus inklusive Keller mit Flachdach werden im Innenbereich Stützen<br />

aus Stahlbeton C20/25 vorgesehen. Die Lasteinzugsfläche pro Stütze ist im<br />

jeden Geschoss gleich. Bis auf die Stütze im Keller, besitzen die Stützen in<br />

den anderen Geschossen die gleiche Querschnittsabmessung und<br />

Stützenhöhe. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes Einzelfundament<br />

gemäß statischer Berechnung !<br />

Quadratisches Einzelfundament : ? / ? / 80 cm<br />

Querschnitt Stb.-Stütze KG : 40 / 40 cm<br />

Querschnitt Stb.-Stützen EG – 6. OG : 30 / 30 cm<br />

Höhe Stb.-Stütze KG : 2,50 m<br />

Höhe Stb.-Stütze EG – 6. OG : 3,00 m<br />

Lasteinzugsfläche pro Stütze : 30,00 m 2<br />

Vertikale Beanspruchung aus Dachdecke : 8,0 kN/m 2<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecke : 9,5 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,45 MN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche für die<br />

vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Seite 36


Aufgabe 7 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 10-Geschossigen<br />

Parkhaus ohne Keller mit Flachdach werden im Innenbereich Stützen aus<br />

Stahlbeton C305/37 vorgesehen. Die Lasteinzugsfläche pro Stütze ist im<br />

jeden Geschoss gleich. Die Gründung erfolgt durch bewehrte<br />

Einzelfundamente gemäß statischer Berechnung !<br />

Quadratisches Einzelfundament : ? / ? / 80 cm<br />

Querschnitt Stb.-Stützen EG – 9. OG : 35 / 35 cm<br />

Höhe Stb.-Stütze EG – 9. OG : 2,25 m<br />

Lasteinzugsfläche pro Stütze : 35,00 m 2<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecken : 10 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,50 MN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche für die<br />

vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Aufgabe 8 :<br />

Gegeben :<br />

In einem 6-Geschossigen Wohn- und Geschäftshaus inklusive Keller werden<br />

im Innenbereich zur Abstützung der Geschossdeckenplatten in Längs- und<br />

Querrichtung in Abständen von 5,50 m Stützen aus Stahlbeton C20/25<br />

vorgesehen. Die Gründung erfolgt durch bewehrte Einzelfundamente gemäß<br />

statischer Berechnung !<br />

Quadratisches Einzelfundament : ? / ? / 60 cm<br />

Querschnitt Stb.-Stützen EG – 4. OG : 35 / 35 cm<br />

Querschnitt Stb.-Stützen KG : 50 / 50 cm<br />

Höhe Stb.-Stütze EG – 4. OG : 2,75 m<br />

Höhe Stb.-Stütze KG : 2,50 m<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecken<br />

KG – 3. OG : 6,5 kN/m 2<br />

4. OG : 8,5 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 350 KN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche für die<br />

vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Seite 37


6.5 Dimensionierung von Streifenfundamenten bei zentrischer<br />

Beanspruchung<br />

Die Bemessung von Streifenfundamenten ist einfacher als die Bemessung von Einzelfundamenten.<br />

Vergleichen wir erst einmal die Einheiten der Beanspruchungen. Während<br />

Einzelfundamente punktuell durch eine Einzellast in der Einheit kN beansprucht werden, erfolgt<br />

die Beanspruchung auf Streifenfundamenten lienenförmig in der Einheit kN/m (Kilonewton pro<br />

Meter).<br />

Was bedeutet die Einheit kN/m ?<br />

Ein Streifenfundament wird beispielsweise mit einer vertikalen Einwirkung von 100 kN/m<br />

beansprucht. Dies bedeutet, dass pro Meter im Schwerpunkt eine vertikale Einzellast von 100 kN<br />

wirkt. Mit anderen Worten, bei der Bemessung eines Streifenfundamtes, wird dieses in viele<br />

Einzelfundamente mit einer Länge von 1,0 m aufgeteilt. Somit fehlt Ihnen nur noch als fehlende<br />

Unbekannte die Fundamentbreite b.<br />

Die vorhandene Sohlspannung lässt sich mit folgender Formel berechnen :<br />

σ vorhanden =<br />

A<br />

F<br />

V<br />

Fundament<br />

=<br />

b<br />

F<br />

V<br />

Fundament<br />

*1,00<br />

≤<br />

σ zulässig<br />

F v = Vertikale Beanspruchung (Krafteinwirkung) in der Einheit kN<br />

σ vorhanden =<br />

A Fundament =<br />

Vorhandener Sohldruck<br />

Aufstandsfläche Einzelfundament<br />

b = Fundamentbreite<br />

Seite 38


Da bei der Planung eines Neubaus ebenso die erforderliche Breite des Streifenfundamentes noch<br />

nicht bekannt ist, kann auch in diesem Fall die vorhandene Spannung überhaupt nicht berechnet<br />

werden. Die erforderliche Fundamentbreite ergibt sich daher ebenfalls mithilfe der vorhandenen<br />

Beanspruchung und dem zulässigen Sohldruck des Baugrundes. Der Unterschied zum<br />

Einzelfundament liegt darin, dass Sie sofort die unbekannte Fundamentbreite b berechnen<br />

können.<br />

erforderlich b Fundament =<br />

F<br />

V<br />

1,00m<br />

*σ<br />

Zulässig<br />

F v = Vertikale Beanspruchung (Krafteinwirkung) in der Einheit kN<br />

σ zulässig = Zulässiger Sohldruck<br />

b Fundament =<br />

Erforderliche Fundamentbreite<br />

oder alternativ :<br />

erforderlich b Fundament =<br />

σ<br />

F V<br />

Zulässig<br />

F v = Vertikale Beanspruchung (Krafteinwirkung) in der Einheit kN/m<br />

σ zulässig = Zulässiger Sohldruck<br />

b Fundament =<br />

Erforderliche Fundamentbreite<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Streifenfundament b/h : 50/60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 125 kN/m<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 280 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Lösung :<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

125kN<br />

0,50m<br />

*1,00m<br />

= 250 kN/m 2 < 280 kN/m 2<br />

Nachweis erbracht !<br />

Seite 39


Aufgabe 1 :<br />

Gegeben : Streifenfundament b/h : 120 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 400 kN/m<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GE<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 350 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Aufgabe 2 :<br />

Gegeben : Streifenfundament b/h : ? / 50 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 275 kN/m<br />

Bindiger Boden : UM fest<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,45 N/mm 2<br />

Gesucht : erforderliche Mindestbreite b des Streifefundamentes !<br />

Aufgabe 3 :<br />

Gegeben : Streifenfundament b/h : 160 / 80 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : ? kN/m<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GW<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,34 MN/m 2<br />

Gesucht : maximale zulässige vertikale Beanspruchung F v in kN/m !<br />

Aufgabe 4 :<br />

Gegeben :<br />

Eine Wand d = 30 cm aus Stahlbeton C20/25 erfährt am Wandkopf eine<br />

vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Wand beträgt 3,25 m. Die<br />

Gründung erfolgt durch ein bewehrtes Streifenfundament gemäß statischer<br />

Berechnung !<br />

Streifenfundament b/h : 180 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 900 kN/m<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GU<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 550 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnung des vorhandenen Sohldrucks σ vorh inklusive dem Eigengewicht<br />

der Wand und dem Streifenfundament und Vergleich mit dem zulässigen<br />

Sohldruck !<br />

Seite 40


Aufgabe 5 :<br />

Gegeben :<br />

Eine Wand d = 35 cm aus Stahlbeton C25/30 erfährt am Wandkopf eine<br />

vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Wand beträgt 2,50 m. Die<br />

Gründung erfolgt durch ein bewehrtes Streifenfundament gemäß statischer<br />

Berechnung !<br />

Streifenfundament : ? / 100 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 600 kN/m<br />

Bindiger Boden : ST halbfest<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 370 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche inklusive<br />

dem Eigengewicht der Wand und dem Streifenfundament !<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 6-Geschossigen<br />

Wohnhaus inklusive Keller mit Flachdach werden im Innenbereich Wände<br />

aus Mauerwerk KSV – 12 – 1,2 – MG IIa (M5) vorgesehen. Die<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand ist im jeden Geschoss gleich. Bis auf die Wand<br />

im Keller, besitzen die Wände in den anderen Geschossen die gleiche<br />

Wandbreite und Wandhöhehöhe. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes<br />

Streifenfundament gemäß statischer Berechnung !<br />

Streifenfundament : ?..../ 60 cm<br />

Wanddicke d KG : 30 cm<br />

Wandbreite d EG – 4. OG : 24 cm<br />

Wandhöhe h KG : 2,50 m<br />

Wandhöhe EG – 4. OG : 3,00 m<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand : 4,00 m<br />

Vertikale Beanspruchung aus Dachdecke : 8,0 kN/m 2<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecke : 9,5 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,40 MN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite b des Streifenfundamentes für<br />

die vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Seite 41


Aufgabe 7 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 10-Geschossigen<br />

Parkhaus ohne Keller mit Flachdach werden im Außenbereich Wände aus<br />

Stahlbeton C30/37 vorgesehen. Die Lasteinzugsbreite pro Wand ist im jeden<br />

Geschoss gleich. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes<br />

Streifenfundamente gemäß statischer Berechnung !<br />

Streifenfundament : ? / 80 cm<br />

Wanddicke d EG – 9. OG : 30 cm<br />

Wandhöhe h EG – 9. OG : 2,25 m<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand : 4,50 m<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecken : 10 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,45 MN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite b des Streifenfundamentes für<br />

die vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Aufgabe 8 :<br />

Gegeben :<br />

In einem 7-Geschossigen Wohn- und Geschäftshaus inklusive Keller werden<br />

im Außenbereich zur Abstützung der Geschossdeckenplatten in Längs- und<br />

Querrichtung Wände aus Mauerwerk Poroton – 12 – 0,8 – MG IIa (M5)und<br />

Stahlbeton C25/30 vorgesehen. Die Gründung erfolgt durch bewehrte<br />

Streifenfundamente gemäß statischer Berechnung !<br />

Streifenfundament : ? / 60 cm<br />

Wanddicke d EG – 5. OG : 24 cm<br />

Wanddicke d KG : 30 cm<br />

Wandhöhe h EG – 5. OG : 3,00 m<br />

Wandhöhe h KG : 2,50 m<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand : 4,25 m<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecken<br />

KG – 4. OG : 6,5 kN/m 2<br />

5. OG : 8,5 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 350 KN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite b des Streifenfundamentes für<br />

die vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Seite 42


6.6 Unbewehrte Einzel- und Streifenfundamente<br />

Im Vergleich zu anderen Gründungsarten sind Einzel- bzw. Streifenfundamente die<br />

kostengünstigste Alternative. Der Kostenfaktor kann nochmals gesenkt werden, wenn diese<br />

ebenfalls als unbewehrt ausgeführt werden können. Beton ist in der Lage sehr hohe<br />

Druckspannungen aufzunehmen, was die Zugspannung betrifft, leider nur begrenzt. Um Einzelbzw.<br />

Streifenfundamente als unbewehrt ausführen zu können, dürfen bei der Weiterleitung der<br />

Beanspruchung nur geringfügige Zugspannungen im Fundament auftreten. Völlig zugspannungsfrei<br />

sind <strong>Fundamente</strong>, wenn die Lastverteilungslinien genau die <strong>Fundamente</strong>cken der<br />

Aufstandsfläche durchschneiden. In dem Fall, ist die komplette Aufstandsfläche überdrückt. Der<br />

Winkel der Lastverteilungslinie beträgt bei unbewehrten <strong>Fundamente</strong>n 63,5 °.<br />

Unabhängig von der Betondruckfestigkeitsklasse des Betons kann die erforderliche<br />

Fundamenthöhe für unbewehrte Einzel- und Streifenfundamente mit folgender Formel berechnet<br />

werden :<br />

erforderlich h Fundament = tan 63,5°<br />

* a<br />

erforderlich h Fundament =<br />

b<br />

tan 63,5°<br />

*<br />

−<br />

Fu<br />

b W<br />

2<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Fundamentbreite b Fu : 100 cm<br />

Aufgehende Wand b W : 30 cm<br />

Gesucht :<br />

erforderliche Fundamenthöhe, sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden<br />

kann !<br />

Lösung : erforderlich h Fundament =<br />

100cm − 30cm<br />

tan 63,5°<br />

*<br />

2<br />

= 70 cm<br />

Seite 43


Was würde passieren, wenn die Lastverteilungslinie die Aufstandsfläche kreuzen würde ? An<br />

einem Schaubild kann dieses leicht erklärt werden.<br />

Bei Durchkreuzung der Aufstandsfläche ergibt sich direkt zwischen den Lastverteilungslinien<br />

ein Druckbereich und außerhalb der Lastverteilungslinien auf beiden Seiten ein Zugbereich. Bei<br />

Beanspruchung der <strong>Fundamente</strong> sinkt dieses in den Baugrund ein. Der Boden erzeugt durch die<br />

Sohlspannung ein Gegendruck, wodurch die seitlichen Fundamentohren nach oben gedrückt<br />

werden. Da wo die Lastverteilungslinie die Aufstandsfläche durchschneidet treten demzufolge<br />

auf der Unterseite vom Fundament Zugspannungen auf. Wie schon beschrieben, kann der Beton<br />

minimale Zugspannungen aufnehmen, die man bei der Bemessung von <strong>Fundamente</strong>n auch<br />

ausnutzen sollte. Gemäß DIN 1045-1 können <strong>Fundamente</strong> bis zu einer<br />

Betondruckfestigkeitsklasse C30/37 als unbewehrt ausgeführt werden.<br />

In Abhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse kann die erforderliche Fundamenthöhe mit<br />

folgender Formel berechnet werden :<br />

erforderlich h Fundament =<br />

a *<br />

3* σ<br />

Boden<br />

0,7 * f<br />

*1,8<br />

ctm<br />

≥ 1<br />

a = Fundamentüberstand<br />

σ Boden = Vorhandener Sohldruck<br />

f ctm = Zugfestigkeit des Betons (Tabellenbuch Seite 259 !)<br />

Beispiel :<br />

Gegeben : Vorhandener Sohldruck σ Boden : 292 kN/m 2<br />

Fundamentbreite b Fu : 100 cm<br />

Aufgehende Wand b W : 24 cm<br />

Betondruckfestigkeitsklasse : C12/15<br />

Gesucht : erforderliche Fundamenthöhe h Fu für ein unbewehrtes Fundament !<br />

Lösung :<br />

2<br />

3* 292kN<br />

/ m *1,8<br />

erforderlich h Fundament = 38cm *<br />

= 45 cm<br />

2<br />

0,7 *1600kN<br />

/ m<br />

Seite 44


Aufgabe 1 :<br />

Gegeben : Streifenfundament : C20/25<br />

Abmessung Streifenfundament : 140 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 400 kN/m<br />

Wandstärke b W : 30 cm<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GE<br />

Gesucht : Überprüfung, ob das Fundament als unbewehrt ausgeführt werden kann !<br />

Aufgabe 2 :<br />

Gegeben : Einzelfundament : C16/20<br />

Abmessung Streifenfundament : 120 / 120 / 50 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 650 kN<br />

Stützenbreite b St : 25 cm<br />

Bindiger Boden : UM fest<br />

Gesucht : Überprüfung, ob das Fundament als unbewehrt ausgeführt werden kann !<br />

Aufgabe 3 :<br />

Gegeben : Einzelfundament : : C12/15<br />

Abmessung Einzelfundament b/h : ? / 80 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 220 kN/m<br />

Stützenbreite b St : 20 cm<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GW<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,38 MN/m 2<br />

Gesucht : 3.1 erforderliche Fundamentbreite b Fu !<br />

Überprüfung, ob das Fundament als unbewehrt ausgeführt werden kann in<br />

Abhängigkeit der Betondruckfestigkeit !<br />

Überprüfung, ob das Fundament als unbewehrt ausgeführt werden kann<br />

unabhängig der Betondruckfestigkeit !<br />

Aufgabe 4 :<br />

Gegeben :<br />

Eine Wand d = 35 cm aus Stahlbeton C20/25 erfährt am Wandkopf eine<br />

vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Wand beträgt 4,00 m. Die<br />

Gründung erfolgt durch ein unbewehrtes Streifenfundament gemäß statischer<br />

Berechnung !<br />

Streifenfundament : : C25/30<br />

Abmessung Streifenfundament b/h : ? / ? cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 1100 kN/m<br />

Nichtbindiger Boden : Bodengruppe GU<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Dichte Normalbeton unbewehrt : 24 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 550 kN/m 2<br />

Seite 45


Gesucht : 4.1 erforderliche Fundamentbreite b Fu inklusive Eigengewicht der Wand<br />

und dem Streifenfundament !<br />

4.2 Berechnung der Fundamenthöhe in Abhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse,<br />

sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden kann!<br />

Aufgabe 5 :<br />

Gegeben :<br />

Eine Stütze 40 / 40 cm aus Stahlbeton C20/25 erfährt am Stützenkopf eine<br />

vertikale Beanspruchung F v . Die Höhe der Stütze beträgt 3,50 m. Die<br />

Gründung erfolgt durch ein unbewehrtes Streifenfundament gemäß statischer<br />

Berechnung !<br />

Einzelfundament : C20/25<br />

Abmessung Einzelfundament : ? / ? cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 750 kN<br />

Bindiger Boden : ST halbfest<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Dichte Normalbeton unbewehrt : 24 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 400 kN/m 2<br />

Gesucht : 5.1 erforderliche Fundamentbreite b Fu inklusive Eigengewicht der Wand<br />

und dem Einzelfundament !<br />

5.2 Berechnung der Fundamenthöhe in Abhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse,<br />

sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden kann!<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 8-Geschossigen<br />

Wohnhaus inklusive Keller mit Flachdach werden im Innenbereich Wände<br />

aus Mauerwerk KSV – 12 – 1,2 – MG IIa (M5) vorgesehen. Die<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand ist im jeden Geschoss gleich. Bis auf die Wand<br />

im Keller, besitzen die Wände in den anderen Geschossen die gleiche<br />

Wandbreite und Wandhöhehöhe. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes<br />

Streifenfundament gemäß statischer Berechnung !<br />

Streifenfundament : C20/25<br />

Streifenfundament : ?..../ ? cm<br />

Wanddicke d KG : 24 cm<br />

Wandbreite d EG – 6. OG : 17,5 cm<br />

Wandhöhe h KG : 2,25 m<br />

Wandhöhe EG – 4. OG : 3,25 m<br />

Lasteinzugsbreite pro Wand : 3,00 m<br />

Vertikale Beanspruchung aus Dachdecke : 7,0 kN/m 2<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecke : 8,5 kN/m 2<br />

Seite 46


Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Dichte Normalbeton unbewehrt : 24 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,45 MN/m 2<br />

Gesucht : 6.1 erforderliche Fundamentbreite b Fu inklusive Eigengewicht der Wand<br />

und dem Streifenfundament !<br />

6.2 Berechnung der Fundamenthöhe in Abhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse,<br />

sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden kann!<br />

Aufgabe 7 :<br />

Gegeben :<br />

Als Auflager der Stahlbetongeschossdeckenplatten in einem 10-Geschossigen<br />

Wohnhaus mit Keller und Flachdach werden im Innenbereich Stützen aus<br />

Stahlbeton C20/25 vorgesehen. Die Lasteinzugsbreite pro Wand ist im jeden<br />

Geschoss gleich. Die Gründung erfolgt durch ein bewehrtes<br />

Streifenfundamente gemäß statischer Berechnung !<br />

Einzelfundament : C20/25<br />

Einzelfundament : ? / ? cm<br />

Stütze EG – 8. OG : 30 / 30 cm<br />

Stütze KG : 40 / 40 cm<br />

Wandhöhe h EG – 8. OG : 2,75 m<br />

Wandhöhe h KG : 2,50 m<br />

Lasteinzugsfläche pro Stütze : 20,25 m 2<br />

Vertikale Beanspruchung Geschossdecken : 10 kN/m 2<br />

Dichte Stahlbeton : 25 kN/m 3<br />

Dichte Normalbeton unbewehrt : 24 kN/m 3<br />

zulässiger Sohldruck σ zul : 0,40 MN/m 2<br />

Gesucht : 7.1 erforderliche Fundamentbreite b Fu inklusive Eigengewicht der Wand<br />

und dem Streifenfundament !<br />

7.2 Berechnung der Fundamenthöhe in Abhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse,<br />

sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden kann!<br />

7.3 Berechnung der Fundamenthöhe unhängigkeit der Betondruckfestigkeitsklasse,<br />

sodass dieses als unbewehrt ausgeführt werden kann!<br />

Seite 47


7. Dimensionierung von Streifenfundamenten bei nicht zentrischer<br />

Beanspruchung mithilfe des aufnehmbaren Sohldrucks<br />

Wenn <strong>Fundamente</strong> neben einer vertikalen Beanspruchung zusätzlich am Kopf des <strong>Fundamente</strong>s<br />

durch eine horizontale Einwirkung beansprucht werden, so wird der Boden unterhalb der<br />

Fundamentsohle asymmetrisch beansprucht (siehe Abbildung im Kapitel 5.1.2). Dies bedeutet,<br />

der Schwerpunkt der vertikalen Beanspruchung verschiebt sich in die Richtung der größeren<br />

Bodenspannung. Der Abstand der vertikalen Beanspruchung vom Schwerpunkt einer<br />

gleichmäßigen Sohlspannung bis zum Schwerpunkt der asymmetrischen Sohlspannung wurde<br />

bereits als Exzentrizität bezeichnet. Gemäß DIN 1054 kann der Nachweis der Gründung auch bei<br />

einer exzentrischen Beanspruchung erfolgen, solange die Bedingungen der Kippsicherheit erfüllt<br />

sind.<br />

Formel zur Berechnung der Sohlspannung bei exzentrischer Beanspruchung für<br />

Einzelfundamente :<br />

σ vorhanden =<br />

A<br />

F<br />

V<br />

red , Fundament<br />

=<br />

F V<br />

a´*b`<br />

≤ σzulässig<br />

F v = Vertikale Beanspruchung (Krafteinwirkung) in der Einheit kN<br />

σ vorhanden = Vorhandener Sohldruck<br />

A red , Fundament =<br />

Reduzierte Aufstandsfläche Einzelfundament<br />

a`, b` = reduzierte Seitenlängen der Aufstandsfläche<br />

a` = a – 2 * e x<br />

b` = b – 2 * e y<br />

Beispiel 1:<br />

Gegeben : Streifenfundament C25/30 : 80 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 250 kN/m<br />

Aufgehende Wand b W : 24 cm<br />

Exzentrizität e : 12 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 400 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Lösung :<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

250kN<br />

/ m<br />

0,80m<br />

− 2*0,12 m<br />

= 447 kN/m 2 > 400 kN/m 2<br />

Nachweis nicht erbracht !<br />

Seite 48


Beispiel 2:<br />

Gegeben : Einzelfundament C20/25 : 120 / 120 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 400 kN<br />

horizontale Beanspruchung F v : 25 kN<br />

Aufgehende Stütze : 25 / 25 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 300 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Lösung :<br />

Exzentrizität e =<br />

M<br />

F<br />

V<br />

K<br />

=<br />

25kN<br />

* 0,60m<br />

400kN<br />

= 0,04 m<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

400kN<br />

(1,20 m − 2*0,04m) *1,20m<br />

= 298 kN/m 2 > 300 kN/m 2<br />

Nachweis erbracht !<br />

Beispiel 3:<br />

Gegeben : Quadratisches Einzelfundament C25/30 : ? / ? / 80 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 900 kN<br />

horizontale Beanspruchung F v : 60 kN<br />

Aufgehende Stütze : 40 / 40 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 250 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche für die<br />

vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Lösung :<br />

Exzentrizität e =<br />

M<br />

F<br />

V<br />

K<br />

=<br />

60kN<br />

* 0,80m<br />

900kN<br />

= 0,06 m<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

400kN<br />

( a − 2*0,06m) * a<br />

≤ 250 kN/m 2<br />

a = 1,33 m (genaues Abmessung)<br />

Seite 49


Beispiel 4:<br />

Gegeben : Einzelfundament C25/30 : ? / ? / 100 cm<br />

Vertikale Beanspruchung (Ständig) : 400 kN<br />

Vertikale Beanspruchung (Veränderlich) : 250 kN<br />

Horizontale Beanspruchung (Veränderlich) :<br />

35 kN<br />

Sohlreibungswinkel δ S,D : 25°<br />

Aufgehende Stütze : 40 / 40 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 280 kN/m 2<br />

Gesucht : 4.1 Berechnung der erforderlichen Mindestbreite der Aufstandsfläche !<br />

4.2 Vollständiger Nachweis der Kippsicherheit !<br />

4.3 Nachweis der Gleitsicherheit bei einer Sicherheit von 10 %!<br />

Lösung :<br />

4.1 Exzentrizität e (Veränderliche Einwirkung)<br />

M<br />

F<br />

V<br />

K<br />

=<br />

35kN<br />

*1,00m<br />

650kN<br />

= 0,06 m<br />

vorhandener Sohldruck σ vorh =<br />

650kN<br />

( a − 2*0,06m) * a<br />

≤ 280 kN/m 2<br />

a = 1,58 m gewählt a = 1,60 m<br />

4.2 Kippnachweis aus Ständiger Einwirkung nicht erforderlich, da keine horizontale<br />

Beanspruchung vorhanden ist !<br />

Kippnachweis infolge ständiger + veränderliche Einwirkung<br />

e ≤<br />

a<br />

3<br />

e = 0,06 m ≤<br />

1,60m<br />

3<br />

= 0,06 m < 0,53 m<br />

Kippnachweis erbracht !<br />

4.3 Nachweis der Gleitsicherheit<br />

T D ≤ F D * tan δ S,D<br />

1,1 * 35 kN ≤ 650 kN * tan 25°<br />

38,5 kN < 3<strong>03</strong> kN Sicherheit gegen Gleiten erbracht !<br />

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Aufgabe 1:<br />

Gegeben : Streifenfundament C30/37 : 120 / 55 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 350 kN/m<br />

Aufgehende Wand b W : 24 cm<br />

Exzentrizität e : 25 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 550 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Aufgabe 2:<br />

Gegeben : Einzelfundament C20/25 : 125 / 125 / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 600 kN<br />

Aufgehende Stütze : 30 / 30 cm<br />

Exzentrizität e : 8 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 450 kN/m 2<br />

Gesucht : vorhandener Sohldruck σ vorh und Vergleich mit dem zulässigen Sohldruck !<br />

Aufgabe 3:<br />

Gegeben : Quadratisches Einzelfundament C25/30 : ? / ? / 60 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 450 kN<br />

horizontale Beanspruchung F v : 85 kN<br />

Aufgehende Stütze : 35 / 35 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 260 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite der Aufstandsfläche für die<br />

vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Aufgabe 4:<br />

Gegeben : Streifenfundament C25/30 : ? / 80 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 120 kN/m<br />

horizontale Beanspruchung F v : 75 kN/m<br />

Aufgehende Wand : 24 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 150 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite des Streifenfundamentes für<br />

die vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Seite 51


Aufgabe 5:<br />

Gegeben : Streifenfundament C30/37 : ? / 40 cm<br />

vertikale Beanspruchung F v : 250 kN/m<br />

horizontale Beanspruchung F v : 30 kN/m<br />

Aufgehende Wand : 24 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 180 kN/m 2<br />

Gesucht :<br />

Berechnen Sie die erforderliche Mindestbreite des Streifenfundamentes für<br />

die vertikale Gesamtbeanspruchung F v !<br />

Aufgabe 6 :<br />

Gegeben : Einzelfundament C20/25 : ? / ? / 0,8 cm<br />

Vertikale Beanspruchung (Ständig) : 350 kN<br />

Vertikale Beanspruchung (Veränderlich) : 200 kN<br />

Horizontale Beanspruchung (Veränderlich) :<br />

55 kN<br />

Sohlreibungswinkel δ S,D : 32,5°<br />

Aufgehende Stütze : 35 / 35 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 220 kN/m 2<br />

Gesucht : 6.1 Berechnung der erforderlichen Mindestbreite der Aufstandsfläche !<br />

6.2 Vollständiger Nachweis der Kippsicherheit !<br />

6.3 Nachweis der Gleitsicherheit bei einer Sicherheit von 25 %!<br />

Aufgabe 7 :<br />

Gegeben : Streifenfundament C25/30 : ? / ? / 1,1 cm<br />

Vertikale Beanspruchung (Ständig) : 350 kN/m<br />

Vertikale Beanspruchung (Veränderlich) : 200 kN/m<br />

Horizontale Beanspruchung (Veränderlich) :<br />

65 kN/m<br />

Sohlreibungswinkel δ S,D : 25°<br />

Aufgehende Wand : 30 cm<br />

zulässiger Sohldruck σ zulässig : 240 kN/m 2<br />

Gesucht : 7.1 Berechnung der erforderlichen Mindestbreite der Aufstandsfläche !<br />

7.2 Vollständiger Nachweis der Kippsicherheit !<br />

7.3 Nachweis der Gleitsicherheit bei einer Sicherheit von 15 %!<br />

Seite 52


8. Bemessungskonzept nach DIN 1055-100<br />

Zum Schluss noch ein Wort zum Bemessungskonzept nach DIN 1055-100. Aufgabe vom<br />

Tragwerksplaner ist es, die auf ein Bauteil einwirkenden Lasten zu erfassen. Unterschieden<br />

werden dabei in der Praxis wie schon mehrfach erwähnt :<br />

<br />

<br />

Ständige Einwirkungen<br />

Veränderliche Einwirkungen<br />

Die daraus resultierenden Spannungen im Bauteil werden zum Schluss mit zulässigen<br />

Spannungen verglichen um somit die Tragfähigkeit als auch Gebrauchsfähigkeit (Durchbiegung<br />

etc.) nachzuweisen. Standort und Nutzung des Gebäudes oder des Bauteils bestimmen die Art<br />

der veränderlichen Einwirkungen. So ist die Größe einer veränderlichen Einwirkung für eine<br />

Geschossdeckenplatte kleiner als die für ein Bürogebäude mit Aktenarchiv. Die Größe der<br />

veränderlichen Einwirkung ist in der DIN 1055 eindeutig festgelegt.<br />

Was aber passiert, wenn eine Einwirkungen über ein längeren Zeitraum überschritten<br />

wird oder sogar Einwirkungen auftreten, die man im Vorfeld nicht erfassen konnte bzw.<br />

musste (Ungewöhnliche Einwirkungen) ?<br />

Um die Tragfähigkeit der Bauteile trotzdem zu gewährleisten, werden bei der Bemessung<br />

Sicherheiten eingebaut. Die Sicherheit wird dabei auf zweierlei Art und Weise gewährleistet :<br />

1. Erhöhung der Einwirkungen mit Teilsicherheitsbeiwerten<br />

2. Reduzierung der zulässigen Spannungen mithilfe Bauteilwiderstandsgrößen<br />

Die Größe der Bauteilwiderstandsgrößen hängt von der Art des Materials ab. Um also eine<br />

Bemessung für ein Bauteil durchführen zu wollen, müssen zuvor charakteristische Kraftgrößen<br />

(F K ) mithilfe von Teilsicherbeiwerten in Bemessungskraftgrößen (F D ) umgewandelt werden.<br />

Das D steht dabei für Design (engl. Bemessung).<br />

Warum das Ganze ?<br />

Gemäß DIN 1054 müssen nicht alle Nachweise mithilfe von Bemessungsgrößen durchgeführt<br />

werden. Die nachfolgende Tabelle gibt Auskunft darüber, welche Nachweise mithilfe von<br />

charakteristischen Größen und welche mit Bemessungsgrößen durchgeführt werden müssen.<br />

charakteristischen Größen<br />

Nachweis der Kippsicherheit<br />

Nachweis der Sohlspannung<br />

Nachweis zulässiger Setzungen<br />

Bemessungsgrößen (mit Erhöhung)<br />

Nachweis der Grundbruchsicherheit<br />

Nachweis der Gleitsicherheit<br />

Nachweis der Auftrieb / Abhebesicherheit<br />

9. Zusammenfassung<br />

Hoffe sehr, ich habe Sie mir der gesamten <strong>Thema</strong>tik nicht erschlagen sondern vielmehr<br />

motiviert, den Weg den Sie eingeschlagen haben, voller Staunen und Wissensbegierde<br />

weiterzugehen. Alles Gute bis zur nächsten <strong>Thema</strong>tik. Gruß Stuhr<br />

Seite 53

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