Know How

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

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

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

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

Die Bemessungslast einer Stütze ergibt sich somit aus:

Nd = Gk x 1.35 + Qk x 1.50

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Betonstahl

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

Baustahl

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

fsd = fsk / γs = 500 / 1.15 = 435 N/mm2
fsd = fsk / γs = 700 / 1.15 = 606 N/mm2
fyd = fyk / γs = 355 / 1.05 = 338 N/mm2
fyd = fyk / γs = 235 / 1.05 = 223 N/mm2

E-Modul: 205 kN/mm2

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

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

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

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

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

Die Querbewehrung ummantelt die Längsbewehrung.

Der Bügelabstand muss kleiner oder gleich sein wie:

die kleinere Seite (oder Durchmesser) der Stütze
15 x Durchmesser der Längsbewehrung
300mm.
Der Bügelabstand wird auf ganze Zentimeter abgerundet.

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

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

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

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

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

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

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

Länge der Krafteinleitungszone:

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

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

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

Die Anforderungen an die Expositionsklassen von Parkingstützen ist gemäss SIA XD1 („Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen“, Expositionsklasse XD1 = Mässige Feuchte: Bauteile im Sprühnebelbereich von Verkehrsflächen).

Hieraus ergibt sich für Normalbetone ein cmin von 25mm.

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

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

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

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

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

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

Brandschutz

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

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

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

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

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

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

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

Grundsätzliche Formel:

= Nd / A

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

Bemessungs-Druckfestigkeiten

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

Die Betondruckfestigkeit des Boden bzw. Decken-Betons kann auf Basis des
gemäss SIA262 erhöht werden.

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

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

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

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

Der Dorn dient als Montagehilfe.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Die Detailbezeichnung der Betonpilze lautet KK bzw. KKBA

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

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

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

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

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

In allen anderen Fällen werden Hülsenanker eingebaut.

Beim SCC (Self compacting concrete = Selbstverdichtender Beton) -stehend- und beim Schleuderbeton-Verfahren in Form einer Rd-Hülse und einem V-Anker

Bei SCC-liegend als Telleranker.

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

Folgende Zusatzkomponenten können bei der SACAC gewählt werden

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

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

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

Für besondere Ansprüche können die Stützen verpackt werden

Der Kunde kann nach Wunsch folgende Oberflächen erhalten

Speziell behandelt zu Edelbeton

Um ein normgerechtes BOK 2 Element gewährleisten zu können, ist ein Schutz der Betonoberfläche vor herunterlaufendem Wasser erforderlich.
Dies betrifft sowohl den Zeitraum der Zwischenlagerung im SACAC-Aussenlager bis zur Auslieferung, den Transport mit dem offenen LKW, die Zwischenlagerung auf der Baustelle, aber auch und ganz besonders, den Zeitraum im eingebauten Zustand bis die nächste Geschossdecke betoniert ist.

SACAC empfiehlt die werksseitige Hydrophobierung der Element-Oberfläche, bei welcher keine nachträgliche Beschichtung vorgesehen ist.

Ein grosser Teil der ausgeschriebenen Sichtbetonelemente wird im Endausbau gestrichen oder lasiert. Deshalb wird die Hydrophobierung nicht automatisch in der Offerte eingerechnet. Wir weisen sie jedoch explizit als optionales Produkt aus.

Die Verwendung von Abdeckfolien bringt nicht den gewünschten Schutzeffekt. Das sich darunter bildende Kondenswasser und die bei anliegender Folie behinderte Transpiration des Betons bewirken eine nicht reversible Fleckenbildung.

Aus Erfahrung ist die effizienteste Methode um die Elemente vor Wettereinflüssen (herunterlaufendes Wasser, Regen, Schnee, Tau, Nebel, etc.) bei der Lagerung zu schützen, die Reduktion der Lagerzeit auf das absolute Minimum. Hierzu planen wir die Betonage der Elemente möglichst zeitnah zur Auslieferung. Dabei ist jedoch folgendes wichtig:

• Eine genaue Terminplanung
• Frühzeitige Informationen bei Verzögerungen auf der Baustelle

Nur so kann eine termingerechte Lieferung mit qualitativ hochwertigen Sichtbetonoberflächen gewährleistet werden.

SACAC schliesst sich der Empfehlung der SIA-118/262 an. Auf Kundenwunsch kann ein projektspezifisches Musterelement offeriert und hergestellt werden. In unserem Showroom erhalten Sie einen Überblick über die häufigsten Ausführungsvarianten. Verschiedene Fasen, Herstellungsmethoden, Oberflächen und Farben können verglichen und bemustert werden. Gerne laden wir Sie ein, auch unsere Produktion zu besichtigen.