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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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