ORSO®-B - Aschwanden
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ORSO - B ® Stahlbetonstützen Einführung in die Projektierung und Bemessung Colonnes en béton armé Conception et dimensionnement des colonnes Prof. Dr. Albin Kenel, Rapperswil Prof. Dr Albin Kenel, Rapperswil 1. Bemessungsgrundlagen 1.1 Einleitung 1.2 Seite 2 1. Bases de dimensionnement Page 2 2 1.1 Introduction 2 Qualitätssicherung 2 1.2 Assurance qualité 2 1.3 Rechenwerte der Materialfestigkeiten 3 1.3 Valeurs de calcul des résistances des matériaux 3 1.4 MRd-NRd-Interaktionsdiagramme 4 1.4 Diagrammes d’interaction MRd-NRd 4 1.5 NRd-cr-Diagramme (Knickkurven) 5 1.5 Diagrammes NRd-cr (courbes de flambage) 5 1.6 Tragsicherheitsnachweis 6 1.6 Vérification de la sécurité structurale 6 1.7 Abschätzung Md nach Norm SIA 262:2013 7 1.7 Estimation Md selon norme SIA 262:2013 7 1.8 Schlussbemerkungen 8 1.8 Remarques finales 8 2. Beispiele 9 2. Exemples 9 2.1 Bemessungsbeispiel 1: Vorbemessung einer zentrisch belasteten Stütze 2.1 9 Exemple de dimensionnement 1: Prédimensionnement d’une colonne sous charge centrée 9 2.2 Bemessungsbeispiel 2: Vorbemessung einer Stütze mit exzentrischem Lastangriff 12 2.2 Exemple de dimensionnement 2: Prédimensionnement d’une colonne sous charge excentrée 12 2.3 Bemessungsbeispiel 3: Vorbemessung einer Park-Stütze 2.3 14 Exemple de dimensionnement 3: Prédimensionnement d’une colonne de parking 14 3. Kriechmass 17 3. Fluage 17 4. Bezeichnungen 18 4. Notations 18 ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 1 ORSO-B Colonnes en béton Conception 1. Bemessungsgrundlagen 1. Bases de dimensionnement 1.1 Einleitung 1.1 Introduction Die Bemessung der ORSO-B Stützen erfolgt auf der Grundlage der Norm SIA 262:2013 Betonbau. Für das Bemessungskonzept gilt die Norm SIA 260:2013 Grundlagen der Projektierung von Tragwerken und für die Einwirkungen die Norm SIA 261:2014 Einwirkungen auf Tragwerke. Le dimensionnement des colonnes ORSO-B s’effectue sur la base de la norme SIA 262:2013 Construction en béton. La norme SIA 260:2013 Bases pour l’élaboration des projets de structures porteuses s’applique au concept de dimensionnement, et la norme SIA 261:2014 Actions sur les structures porteuses, aux actions. Ein grosser Teil der in Gebäuden verwendeten Stützen ist annähernd auf zentrischen Druck beansprucht. In diesen Fällen kann die minimale Querschnittsabmessung mit Hilfe der Knickkurven effizient abgeschätzt werden. Der Einfluss der Ersatzimperfektionen ist in den Knickdiagrammen berücksichtigt. In den nachfolgenden Bemessungsbeispielen wird die Anwendung der Knickkurven beschrieben. Les colonnes utilisées dans les bâtiments sont en grande partie soumises à une compression approximativement centrée. Dans ces cas, la dimension minimale de la section peut être estimée efficacement à l’aide des courbes de flambage. L’influence des imperfections équivalentes est prise en considération dans les diagrammes de flambage. L’utilisation des courbes de flambage est décrite dans les exemples de dimensionnement qui suivent. In einzelnen Fällen sind in der Bemessung auch Stützenkopf- bzw. Fussmomente, Konsolenmomente oder Horizontalkräfte (Anprall) zu berücksichtigen. In diesen Fällen ist die Verwendung von Knickkurven oft nicht sinnvoll. Eine Vorbemessung kann mit Hilfe von Momenten-NormalkraftInteraktionsdiagrammen erfolgen. Bemessungsbeispiele beschreiben die Anwendung der Interaktionsdiagramme. Dans certains cas, les moments aux têtes et aux pieds de colonne, les moments de console ainsi que les forces horizontales (choc) sont également à prendre en considération. Dans ces cas, l’utilisation de courbes de flambage n’est souvent pas judicieuse. Un prédimensionnement peut être effectué à l’aide de diagrammes d’interaction momentsefforts normaux. L’utilisation des diagrammes d’interaction est décrite au moyen d’exemples de dimensionnement. Umfangreiche, an der EMPA durchgeführte statische Belastungsversuche bestätigen das angewendete Berechnungsmodell. Der EMPA-Untersuchungsbericht und der Bericht über die Auswertung dieser Versuche sind in der vorliegenden Dokumentation enthalten (Rubrik «Prüfbericht der EMPA»). De vastes essais statiques effectués à l’EMPA corroborent le modèle de calcul utilisé. Le rapport d’essai de l’EMPA et le rapport sur l’évaluation de ces essais figurent dans la présente documentation (rubrique «Rapport d’essai de l’EMPA»). Die NRd-cr-Diagramme (Knickkurven) und die MRd-NRdDiagramme enthalten für jede Querschnittsabmessung lediglich die Tragwiderstände für die jeweils stärkste Bewehrung. Aus wirtschaftlichen Gründen ist zu empfehlen, unterschiedliche Querschnittsabmessungen zu vergleichen. Extrem schlanke und höchst bewehrte Stützen sind in der Regel nicht die kostengünstigste Lösung. Les diagrammes NRd-cr (courbes de flambage) et les diagrammes MRd-NRd contiennent uniquement les résistances ultimes pour l’armature la plus épaisse pour chaque dimension de section. Pour des raisons économiques, il est conseillé de comparer différentes dimensions de section. Les colonnes très élancées à taux d’armature maximal, ne sont en règle générale pas la solution la plus avantageuse. Selbstverständlich sind neben den nachfolgend aufgeführten Querschnitten auch ORSO-B Stützen mit speziellen Querschnittsformen erhältlich. En plus des sections mentionnées ci-après, des colonnes ORSO-B à section de forme spéciale sont naturellement également livrables. 1.2 Qualitätssicherung 1.2 Assurance qualité Die Qualitätssicherung ist die Basis von Sicherheit und Vertrauen und damit ein Eckpfeiler des Erfolges eines Produktes. L’assurance qualité est la condition sine qua non de la sécurité et de la confiance, ainsi que la base du succès d’un produit. Das Engineering, die umfassende Planung, Beschaffung sowie Produktion und Prüfung der ORSO-B Stahlbetonstützen erfolgen gemäss den Vorgaben des zertifizierten und integralen Managementsystems nach ISO 9001, welches auch die gesetzlichen Forderungen des BauPG (Bauproduktegesetz) und der BauPV (Bauprodukteverordung) sowie die Normen EN 1090 und ISO 3834-2 berücksichtigt. Les travaux d’ingénierie, l’établissement global du projet, l’approvisionnement ainsi que la production et le contrôle des colonnes en béton armé ORSO-B se font conformément aux consignes du système de gestion certifié et intégral de la norme ISO 9001, qui prend en compte aussi bien les exigences légales de la LPCo (loi sur les produits de construction) et de l’OPCo (ordonnance sur les produits de construction) que celles des normes EN 1090 et ISO 3834-2. ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 2 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception 1.3 Rechenwerte der Materialfestigkeiten 1.3 Valeurs de calcul des résistances des matériaux ORSO-B Stützen werden mit Beton C80/95 hergestellt; der Rechenwert der Druckfestigkeit beträgt somit nach Norm SIA 262:2013, Ziffer 2.3.2.3: Les colonnes ORSO-B sont fabriquées en béton C80/95; la valeur de calcul de la résistance à la compression selon norme SIA 262:2013, chiffre 2.3.2.3 est ainsi: fcd = fc · fck = c 0.72 · 80 = 38.5 N/mm2 1.5 fc = 1 3 = 0.72 1.0 (1) Stahl/Acier B500B c k · – 2 = fcd 1 + (k – 2) · s k = Ecd 400 · fcd = c c1d ks fsd fsd – 1.0 c1d = – 2‰ 3 Le diagramme contrainte-déformation est admis selon norme SIA 262:2013, chiffre 4.2.1.5 (figure 1). Beton/Béton C80/95 fcd = 38.5 N/mm2 1 ck Das Spannungs-Dehnungsdiagramm wird gemäss Norm SIA 262:2013, Ziffer 4.2.1.5, angenommen (Bild 1). c fcd 30 ⁄ f30 ⁄ = 80 c2d = – 3‰ c fsd = 435 N/mm2 E s = 205 kN/mm2 ks = 1.08 yd = 2.12‰ Bild 1: Idealisiertes Spannungs-Dehnungsdiagramm für Beton und Betonstahl ud = 45‰ s Figure 1: Diagramme contrainte-déformation idéalisé pour béton et acier d’armature Dem Kriechen des Betons unter Dauerlast wird mit der Kriechzahl (,t0) = 1.0 Rechnung getragen. Es gilt: Le fluage du béton sous charge permanente est pris en compte avec le coefficient de fluage (,t0) = 1.0. Il vaut: (,t0) = cc c,el (2) In (2) bedeuten: cc Kriechdehnung von Beton c,el Elastische Dehnung von Beton Signification dans (2): cc Déformation de fluage du béton c,el Déformation élastique du béton Für die Bemessungssituation «Anprall» kann gemäss Norm SIA 262:2013, Ziffer 4.2.1.3, der Rechenwert der Druckfestigkeit um 20% erhöht werden. Selon norme SIA 262:2013, chiffre 4.2.1.3, la valeur de calcul de la résistance à la compression peut être majorée de 20% lors d’un dimensionnement au «choc». Für die Längsbewehrung wird Betonstahl B500B verwendet; der Rechenwert der Fliessgrenze beträgt nach Norm SIA 262:2013, Ziffer 2.3.2.5: Pour l’armature longitudinale, on utilise l’acier d’armature B500B; selon norme SIA 262:2013, chiffre 2.3.2.5, la valeur de calcul de la limite d’écoulement est: fsd = ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung fsk 500 = = 435 N/mm2 1.15 s 3 (3) ORSO-B Colonnes en béton Conception Das Spannungs-Dehnungsdiagramm für den Betonstahl ist ebenfalls in der Bild 1 dargestellt. Le diagramme contrainte-déformation pour l’acier d’armature est également représenté à la figure 1. Für die Bemessungssituation «Anprall» kann gemäss Norm SIA 262:2013, Ziffer 4.2.2.3, der Rechenwert der Fliessgrenze um 15% erhöht werden. Selon norme SIA 262:2013, chiffre 4.2.2.3, la valeur de calcul de la limite d’écoulement peut être majorée de 15% lors d’un dimensionnement au «choc». 1.4 MRd-NRd-Interaktionsdiagramme 1.4 Diagrammes d’interaction MRd-NRd Die ORSO-B Dokumentation enthält Interaktionsdiagramme für normierte, quadratische und kreisförmige Stützenquerschnitte im Abmessungsbereich zwischen 200 mm und 600 mm, mit jeweils 50 mm Abstufung, sowie Parkstützenquerschnitte mit den Abmessungen 200 400 mm, 225 425 mm, 275 475 mm, 200 500 mm, 250 500 mm, 300 500 mm und 350 550 mm. Für jede Querschnittsgrösse sind Interaktionskurven mit dem maximalen Bewehrungsgehalt und mit jeweils einer Bewehrungsüberdeckung von 20 mm und 30 mm dargestellt. Um einen genügenden Brandwiderstand zu garantieren, werden in der Regel Stützen mit Bewehrungsüberdeckung von 30 mm hergestellt. La documentation ORSO-B comprend des diagrammes d’interaction pour sections de colonne normalisées, soit carrés soit circulaires, dans la plage de dimensions de 200 à 600 mm, avec échelonnement de 50 mm, ainsi que des sections de colonne de parking de dimensions 200 400 mm, 225 425 mm, 275 475 mm, 200 500 mm, 250 500 mm, 300 500 mm et 350 550 mm. Des courbes d’interaction avec le taux d’armature maximal et avec un enrobage respectivement de 20 mm et de 30 mm sont représentées pour chaque grandeur de section. Afin de garantir une résistance au feu suffisante, les colonnes réalisées présentent en règle générale un enrobage de 30 mm. – 20 000 –18 000 c = 20 mm –16 000 –14 000 c = 30 mm NRd [kN] –12 000 –10 000 – 8000 – 6000 – 4000 – 2000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 MRd [kNm] Bild 2: Beispiel einer MRd-NRd-Bemessungstafel Figure 2: Exemple d’un tableau de dimensionnement MRd-NRd Die Berechnung einer MRd-NRd-Interaktionskurve erfolgt durch systematische Variation der Lage der Dehnungsebene zwischen den Grenzlagen ➀ und ➁ gemäss Bild 3. Unter Berücksichtigung der Spannungs-Dehnungsdiagramme nach Bild 1 resultiert aus jeder Dehnungsverteilung ein Punkt auf der MRd-NRd-Interaktionskurve. Le calcul d’une courbe d’interaction MRd-NRd s’effectue par variation systématique de la position du plan de déformation entre les positions limites ➀ et ➁ selon figure 3. En tenant compte des diagrammes contrainte-déformation selon figure 1, un point sur la courbe d’interaction MRd-NRd résulte de chaque répartition de la déformation. NRd h hs –yd yd Figure 3: Limitation des répartitions de la déformation pour le calcul des diagrammes d’interaction MRd-NRd Bild 3: Begrenzung der Dehnungsverteilungen für die Berechnung der MRd-NRd-Interaktionsdiagramme ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung MRd 4 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception 1.5 NRd-cr-Diagramme (Knickkurven) 1.5 Diagrammes NRd-cr (courbes de flambage) Die ORSO-B Dokumentation enthält Knickkurven für annähernd zentrisch belastete Stützen mit den erwähnten, normierten Quadrat-, Kreis- und Parkquerschnitten, im Längenbereich von 2.0 m bis 6.0 m. La documentation ORSO-B comprend des courbes de flambage pour colonnes soumises à des charges approximativement centrées, avec les sections carrées ou circulaires et pour parking mentionnées plus haut, dans le domaine de longueur de 2.0 m à 6.0 m. Die Berechnung erfolgte nach den Ziffern 4.3.7.2 der Norm SIA 262:2013; die Anfangsexzentrizität e0max wurde gemäss Ziffer 4.3.7.5 berücksichtigt. Le calcul a été fait selon chiffre 4.3.7.2 de la norme SIA 262:2013; l’excentricité initiale e0max a été prise en compte conformément au chiffre 4.3.7.5 de cette norme. Der Einfluss der Langzeitverformungen unter Dauerlast kann in vielen Fällen nicht vernachlässigt werden. Bei der Berechnung der Knickkurven wurde dieser Einfluss durch eine vergrösserte Betonstauchung berücksichtigt. Der Tragwiderstand ist auch vom Anteil der Dauerlast an der Gesamtlast abhängig und beträgt für einen grossen Teil der in Gebäuden verwendeten Stützen: 100 · Dans de nombreux cas, l’influence des déformations à long terme sous charge permanente ne peut pas être négligée. Lors du calcul des courbes de flambage, cette influence est prise en considération en augmentant la déformation de rupture du béton. La résistance ultime dépend aussi de la part de charge permanente dans la charge totale et, pour une grande partie des colonnes utilisées dans les bâtiments, elle est de: G · NGk Nd (4) = 70% Pour simplifier, les courbes de flambage pour le prédimensionnement ont été calculées avec une part de charge permanente de 100%. Die Knickkurven zur Vordimensionierung wurden vereinfachend mit einem Dauerlastanteil von 100% berechnet. Um auch hier den unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Tragsicherheit unter Brandeinwirkung Rechnung tragen zu können, wurden in den Diagrammen Bewehrungsüberdeckungen von 20 mm und 30 mm berücksichtigt. Afin de pouvoir ici également prendre en compte les diverses exigences relatives à la résistance structurale sous l’action du feu, des enrobages de 20 mm et 30 mm ont été pris en considération dans les diagrammes. –16 000 –14 000 –12 000 c = 20 mm c = 30 mm NRd [kN] –10 000 – 8000 –6000 – 4000 – 2000 0 2.0 2.5 3 3.5 4 cr [m] 5 5.5 6 Figure 4: Exemple d’un diagramme NRd-cr Bild 4: Beispiel eines NRd-cr-Diagramms ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 4.5 5 ORSO-B Colonnes en béton Conception 1.6 Tragsicherheitsnachweis 1.6 Vérification de la sécurité structurale Für annähernd zentrisch belastete Stützen wird der Tragsicherheitsnachweis in der Form durchgeführt: Pour des colonnes soumises à des charges approximativement centrées, la vérification de la sécurité structurale est exécutée dans la forme: Nd NRd Der Bemessungswert der Beanspruchung Nd wird nach den Regeln der Norm SIA 260:2013 ermittelt. Im Normalfall ergibt sich Nd aus (5) La valeur de calcul de la sollicitation Nd est déterminée selon les règles de la norme SIA 260:2013. Normalement, Nd résulte de Nd = G · NGk + Q1 · NQk1 + 0i · NQki (6) Gk Charakteristischer Wert der ständigen Einwirkungen (Eigengewicht, Auflast, sofern nicht Leiteinwirkung) Charakteristischer Wert der veränderlichen EinQk wirkungen (im Allgemeinen Nutzlast, evtl. Erdauflast) G,Q Lastbeiwerte gemäss Norm SIA 260:2013, Tabelle 1 0i Reduktionsbeiwerte für die selten auftretenden Einwirkungen gemäss Norm SIA 260:2013, Tabelle 2 Valeur caractéristique des actions permanentes (poids propre, surcharge, à moins qu’il ne s’agisse d’une action prépondérante) Valeur caractéristique des actions variables Qk (en général charge utile, évtl. charge de terre) G,Q Facteurs de charge selon norme SIA 260:2013, tableau 1 0i Coefficients de réduction pour les actions rares selon norme SIA 260:2013, tableau 2 Bei grösseren Lastexzentrizitäten, bzw. querbelasteten Stützen, wird der Tragsicherheitsnachweis mit Hilfe der MRd-NRd-Interaktionsdiagramme durchgeführt. Die Tragsicherheit gilt als nachgewiesen, wenn der Punkt, der die Bemessungswerte der Beanspruchung (Md, Nd) darstellt, innerhalb des Interaktionsdiagramms liegt: En cas d’excentricités de charge élevées, ou de colonnes soumises à des charges transversales, la vérification de la sécurité structurale est effectuée à l’aide des diagrammes d’interaction MRd-NRd. La sécurité structurale est considérée comme vérifiée lorsque le point qui représente les valeurs de calcul de la sollicitation (Md, Nd) se situe à l’intérieur du diagramme d’interaction: Gk Ed (Md, Nd) Rd (MRd, NRd) (7) N MRd -NRd - Interaktionsdiagramm Diagramme d’interaction MRd -NRd Nd Md M Bild 5: Tragsicherheitsnachweis mit Hilfe des Interaktionsdiagramms ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung Figure 5: Vérification de la sécurité structurale à l’aide du diagramme d’interaction 6 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception Le dimensionnement au choc fait partie de la catégorie des situations de projet accidentelles. En règle générale, la valeur de projet de l’effort normal en cas de choc se compose, selon SIA 260:2013, chiffre 4.4.3.6, comme suit: Die Bemessung auf «Anprall» gehört in die Kategorie der aussergewöhnlichen Bemessungssituation. In der Regel setzt sich der Bemessungswert der Normalkraft bei Anprall gemäss der Norm SIA 260:2013, Ziffer 4.4.3.6 wie folgt zusammen: Nd = NGk + 11 · NQk1 + 2i · NQki 11 2i 11 Reduktionsbeiwert für die häufig auftretende Einwirkung gemäss Norm SIA 260:2013, Tabelle 2 Reduktionsbeiwerte für quasi-ständige Einwirkungen gemäss Norm SIA 260:2013, Tabelle 2 2i Für die Annahme der Bemessungswerte der Anprallkräfte ist die Tabelle 22 der Norm SIA 261:2014 zu beachten: – Gebäude Kategorie F: Park- und Verkehrsflächen für Fahrzeuge unter 3.5 t; Anprallkraft = 60 kN auf einer Höhe von 0.60 m in ungünstigster Richtung wirkend. – Gebäude Kategorie G: Park- und Verkehrsflächen für Fahrzeuge von 3.5 t bis 16 t; Anprallkraft 180 kN auf einer Höhe von 1.20 m in ungünstigster Richtung wirkend. (8) Coefficient de réduction pour l’action fréquente selon norme SIA 260:2013, tableau 2 Coefficients de réduction pour actions quasi permanentes selon norme SIA 260:2013, tableau 2 Pour l’hypothèse des valeurs de calcul des forces dues au choc, on observera le tableau 22 de la norme SIA 261:2014: – Bâtiment catégorie F: Garages et surfaces accessibles aux véhicules de moins de 3.5 t; force due au choc de 60 kN agissant à une hauteur de 0.60 m dans la direction la plus défavorable. – Bâtiment catégorie G: Garages et surfaces accessibles aux véhicules de 3.5 t à 16 t; force due au choc de 180 kN agissant à une hauteur de 1.20 m dans la direction la plus défavorable. Die Bemessung auf «Anprall» durch Fahrzeuge unter 3.5 t wird selten massgebend. Bei kleinen Stützenquerschnitten kann die Bemessung auf «Anprall» durch Fahrzeuge von 3.5 t bis 16 t massgebend werden. Le dimensionnement au choc de véhicules de moins de 3.5 t est rarement déterminant. Pour de petites sections de colonne, le dimensionnement au choc de véhicules de 3.5 t à 16 t peut être déterminant. 1.7 Abschätzung Md nach Norm SIA 262:2013 1.7 Estimation Md selon norme SIA 262:2013 Das Biegemoment ergibt sich aus der maximalen Exzentrizität ed und der vorhandenen Normalkraft Nd. Le moment de flexion résulte de l’excentricité maximale ed et de l’effort normal Nd existant. M d = – N d · ed (9) L’excentricité maximale résulte de l’excentricité initiale e0d, de l’excentricité du premier ordre e1d et de l’excentricité du second ordre e2d. Die maximale Exzentrizität resultiert aus der Anfangsexzentrizität e0d, der Exzentrizität erster Ordnung e1d und der Exzentrizität zweiter Ordnung e2d. ed = e0d + e1d + e2d Die Exzentrizität infolge Imperfektion kann folgendermassen bestimmt werden: e0 = i · cr 2 L’excentricité due à une imperfection peut être déterminée comme suit: bzw. / resp. e0 = d 30 (11) d: hauteur statique – pour enrobage 20 mm: d h – 40 mm – pour enrobage 30 mm: d h – 50 mm d: statische Höhe – für Bewehrungsüberdeckung 20 mm: d h – 40 mm – für Bewehrungsüberdeckung 30 mm: d h – 50 mm ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung (10) 7 ORSO-B Colonnes en béton Conception 1 0.01 1 i = 200 300 in [m] (12) Bei Stützen, welche kürzer als 4 m sind, ist die Fusspunktneigung i konstant 1/200 (= 0.005). Pour des colonnes de longueur inférieure à 4 m, l’inclinaison au pied i est constante 1/200 (= 0.005). Die Exzentrizität erster Ordnung ergibt sich aus dem Biegemoment erster Ordnung. L’excentricité du premier ordre résulte du moment de flexion du premier ordre. M1d – Nd e1d = Für eine Näherung der Exzentrizität zweiter Ordnung kann die Abschätzung der maximalen Krümmung d Pour une approximation de l’excentricité de second ordre, on peut intégrer deux fois la courbure maximale d estimée d = yd hs (13) 2 · yd hs yd 0.00222; Fliessdehnung der Bewehrung für B500B Distanz zwischen den äussersten Bewehrungslagen hs – für Bewehrungsüberdeckung 20 mm: hs h – 80 mm – für Bewehrungsüberdeckung 30 mm: hs h – 100 mm (14) 0.00222; allongement de fluage de l’armature pour B500B Distance entre les lits d’armature extrêmes – pour enrobage 20 mm: hs h – 80 mm – pour enrobage 30 mm: hs h – 100 mm mit Hilfe des Integrationsfaktors c zweifach Integriert werden. à l’aide du facteur d’intégration c. e2d = d · 2cr c (15) Le facteur d’intégration c pour des solutions d’approximation pouvant en l’occurrence être supposé comme suit: Wobei der Integrationsfaktor c für Näherungslösungen wie folgt angenommen werden darf: c = 2 (16) 1.8 Schlussbemerkungen 1.8 Remarques finales ORSO-B Stahlbetonstützen werden mit hochfestem Beton (C80/95) hergestellt, zudem sind bei Bedarf sehr hohe Bewehrungsgehalte möglich; demzufolge weisen ORSO-B Stützen bei verhältnismässig geringen Querschnittsabmessungen sehr hohe Tragwiderstände auf. Es ist in diesem Zusammenhang wichtig, dass die Krafteinleitungsprobleme im Deckenbereich einwandfrei gelöst werden. Insbesondere ist den Problemen des Durchstanzens und der Druckkraftdurchführung im Deckenbereich Beachtung zu schenken. Das DURA Durchstanzbewehrungssystem ist daher in vielen Fällen die ideale Ergänzung bei der Anwendung von ORSO-B Stützen. Les colonnes en béton armé ORSO-B sont fabriquées avec un béton à haute résistance (C80/95), et des taux d’armature très élevés sont en outre possibles au besoin; les colonnes ORSO-B témoignent en conséquence de résistances ultimes très élevées avec des dimensions de section relativement faibles. Il est à ce propos important que les problèmes d’introduction des forces dans la dalle soient parfaitement résolus. Une attention particulière doit être accordée au problème du poinçonnement et du passage des forces de compression dans la dalle. C’est pourquoi le système d’armature de poinçonnement DURA est dans de nombreux cas le complément idéal lors de l’utilisation de colonnes ORSO-B. Für die Ausarbeitung einer geeigneten konstruktiven Lösung im konkreten Fall steht Ihnen Aschwanden Engineering & Services gerne zur Verfügung. ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung Aschwanden Engineering & Services se tient volontiers à votre disposition pour l’élaboration d’une solution de construction appropriée dans un cas concret. 8 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception 2. Bemessungsbeispiele 2. Exemples de dimensionnnement 2.1 Beispiel 1: Vorbemessung einer zentrisch belasteten Stütze 2.1 Exemple 1: Prédimensionnement d’une colonne sous charge centrée NGk , NQk h NGk = –1400 kN (Eigenlast) NQk = – 600 kN (Nutzlast, Leiteinwirkung) = cr = 4.0 m h = 250 mm Feuerwiderstandsklasse: R60 ➝ Bewehrungsüberdeckung = 20 mm hs h – 80 = 170 mm NGk = –1400 kN (poids propre) NQk = –600 kN (charge utile, action prépondérante) = cr = 4.0 m h = 250 mm Classe de résistance au feu: R60 ➝ Enrobage = 20 mm hs h – 80 = 170 mm a) Berechnung mit Hilfe der Knickkurven a) Calcul à l’aide des courbes de flambage Einwirkungen auf Bemessungsniveau nach (6) Actions au niveau de calcul selon (6) Nd = G · NGk + Q1 · NQk = 1.35 · (–1400) + 1.5 · (–600)= –2790 kN Aus den Knickdiagrammen für den Kreisquerschnitt mit 250 mm Durchmesser, bei 20 mm Bewehrungsüberdeckung und maximalem Bewehrungsgehalt, ist zu entnehmen: NRd –3475 kN Il ressort des diagrammes de flambage pour la section circulaire de 250 mm de diamètre, avec enrobage de 20 mm et taux d’armature maximal: NRd –3475 kN –5500 –5000 –4500 –4000 NRd = –3475 kN NRd [kN] –3500 –3000 Nd = –2790 kN –2500 –2000 –1500 –1000 –500 0 2.0 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 cr [m] ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 9 ORSO-B Colonnes en béton Conception Tragsicherheitsnachweis nach (5): Vérification de la sécurité structurale selon (5): Nd = 2790 kN NRd 3475 kN Der Tragsicherheitsnachweis ist erfüllt. La sécurité structurale est vérifiée. b) Berechnung mit Hilfe der MRd-NRd-Interaktionsdiagramme b) Calcul à l’aide des diagrammes d’interaction MRd-NRd Abschätzung Md Estimation Md d 250 – 40 = 210 mm = 4 m ➝ i = 0.005 Anfangsexzentrizität Excentricité initiale e0d = d 30 = 210 = 7.0 mm 30 e0d = i · Da keine Momente erster Ordnung vorhanden sind, existiert keine Exzentrizität erster Ordnung: cr = 0.005 · 2 4000 2 = 10 mm Comme il n’y a pas de moments de premier ordre, il n’y a pas d’excentricité de premier ordre: e1d = 0 mm Exzentrizität zweiter Ordnung Excentricité de second ordre 1. Schritt (Maximale Krümmung gemäss Norm SIA 262:2013) 1ère opération (Courbure maximale selon norme SIA 262:2013) d = 2 · yd hs e2d = d · = 2 · 0.00222 170 2cr = 2.6 · 10 –5 · c = 2.6 · 10 –5 mm –1 4000 2 2 = 42.3 mm ed = e0d + e1d + e2d = 10 + 0 + 42.3 = 52.3 mm Valeur de calcul du moment de flexion (1ère opération): Bemessungswert des Biegemoments (1. Schritt): Nd = –2790 kN Md = – Nd · ed = 2790 · 0.0523 = 146 kNm ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 10 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception 2e opération (Courbure maximale calculée avec la géométrie de l’armature existante à partir de l’effort normal et du moment résultant de la 1ère opération) 2. Schritt (Maximale Krümmung berechnet mit vorhandener Bewehrungsgeometrie aus Normalkraft und Moment aus 1. Schritt) Nd = –2790 kN; Md = 146 kNm ➝ d = 2.03 · 10 –5 mm –1 e2d = d · 2cr = 2.03 · 10 –5 · c 40002 2 = 32.9 mm ed = e0d + e1d + e2d = 10 + 0 + 32.9 = 42.9 mm Valeur de calcul du moment de flexion (2e opération): Bemessungswert des Biegemoments (2. Schritt): Nd = –2790 kN Md = – Nd · ed = 2790 · 0.0429 = 120 kNm Diagramme d’interaction pour une colonne ronde de 250 mm de diamètre, avec enrobage 20 mm et taux d’armature maximal Interaktionsdiagramm für eine runde Stütze mit einem Durchmesser von 250 mm, bei 20 mm Bewehrungsüberdeckung und maximalem Bewehrungsgehalt –6000 –5500 –5000 MRd = 145 kNm –4500 –3500 –2500 –2000 –1500 –1000 –500 0 0 50 100 1. Schritt / 1ère opération Md = 146 kNm Nd = –2790 kN –3000 2. Schritt / 2e opération Md = 120 kNm NRd [kN] –4000 150 200 MRd [kNm] Mit dem Wert MRd (Nd) 145 kNm aus dem Interaktionsdiagramm ist der Tragsicherheitsnachweis nach (7) erfüllt: Avec la valeur MRd (Nd) 145 kNm du diagramme d’inter action, la sécurité structurale est vérifiée selon (7): Md = 120 kNm MRd 145 kNm ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 11 ORSO-B Colonnes en béton Conception 2.2 Beispiel 2: Vorbemessung einer Stütze mit exzentrischem Lastangriff 2.2 Exemple 2: Prédimensionnement d’une colonne sous charge excentrée eN Nd M1d /e1d h cr Nd = –9200 kN eN = 75 mm = 4.5 m cr = 0.7 · = 3.15 m h = 400 mm Feuerwiderstandsklasse: R90 ➝ Bewehrungsüberdeckung = 30 mm hs h – 100 = 300 mm d h – 50 = 350 mm Nd = –9200 kN eN = 75 mm = 4.5 m cr = 0.7 · = 3.15 m h = 400 mm Classe de résistance au feu: R90 ➝ Enrobage = 30 mm hs h – 100 = 300 mm d h – 50 = 350 mm Berechnung mit Hilfe der MRd-NRd-Interaktionsdiagramme Calcul à l’aide des diagrammes d’interaction MRd-NRd Abschätzung Md Estimation Md Anfangsexzentrizität: Excentricité initiale: i = e0d = d 30 = 350 = 11.7 mm 30 0.01 0.01 = = 0.0047 4.5 e0d = i · cr 2 = 0.0047 · 3150 30 = 7.42 mm e1d = 75 mm e0d e1d ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 12 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception Für die Vordimensionierung wird die Exzentrizität ed am Stützenkopf betrachtet. Pour le prédimensionnement, c’est l’excentricité ed à la tête de colonne qui est prise en compte. ➝ Bei einer genauen Berechnung muss die Exzentrizität im massgebenden Schnitt berechnet werden. ➝ Pour un calcul précis, l’excentricité doit être calculée dans la section déterminante. e2d = 0 ed = e0d + e1d + e2d = 0 + 75 + 0 = 75 mm Nd = – 9200 kN Md = –Nd · ed = 9200 · 0.075 = 690 kNm Diagramme d’interaction pour une colonne de section carrée de longueur de côté de 400 mm, avec enrobage de 30 mm et taux d’armature maximal Interaktionsdiagramm für eine quadratische Stütze mit einer Seitenlänge von 400 mm, bei 30 mm Bewehrungsüberdeckung und maximalem Bewehrungsgehalt –20 000 –18 000 MRd = 695 kNm –16 000 –14 000 NRd [kN] –12 000 Nd = –9200 kN –10 000 Md = 690 kNm –8000 –6000 –4000 –2000 0 0 200 400 600 800 1000 1200 MRd [kNm] Mit dem Wert MRd (Nd) 695 kNm aus dem Interaktionsdiagramm ist der Tragsicherheitsnachweis nach (7) erfüllt: Avec la valeur MRd (Nd) 695 kNm du diagramme d’interaction, la sécurité structurale est vérifiée selon (7): Md = 690 kNm MRd 695 kNm ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 13 ORSO-B Colonnes en béton Conception 2.3 Beispiel 3: Vorbemessung einer Park-Stütze 2.3 Exemple 3: Prédimensionnement d’une colonne de parking NGk , NQk Ad h a NGk = –4400 kN NQk = –1700 kN A d = 60 kN a = 0.6 m = cr = 3.0 m Parkquerschnitt: 300 mm 500 mm h = 300 mm Feuerwiderstandsklasse: R90 ➝ Bewehrungsüberdeckung = 30 mm hs h – 100 = 200 mm d h – 50 = 250 mm NGk = –4400 kN NQk = –1700 kN A d = 60 kN a = 0.6 m = cr = 3.0 m Section colonne de parking: 300 mm 500 mm h = 300 mm Classe de résistance au feu: R90 ➝ Enrobage = 30 mm hs h – 100 = 200 mm d h – 50 = 250 mm a) Lastfall: Leiteinwirkung Nutzlast a) Cas de charge: Action prépondérante charge utile Einwirkungen auf Bemessungsniveau nach (6) Actions au niveau de calcul selon (6) Nd = G · NGk + Q1 · NQk = 1.35 · (–4400) + 1.5 · (–1700) = –8490 kN Abschätzung Md Estimation Md Anfangsexzentrizität: Excentricité initiale: 4 m ➝ i = 0.005 e0d = ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung d 30 = 250 = 8.33 mm 30 e0d = i · 14 cr 2 = 0.005 · 3000 2 = 7.5 mm ORSO-B Colonnes en béton armé Conception Im Lastfall «Leiteinwirkung Nutzlast» ergeben sich keine Momente erster Ordnung M1d: Dans le cas de charge «action prépondérante charge utile», il n’y a pas de moments de premier ordre M1d: e1d = 0 mm Excentricité de deuxième ordre (1ère opération): Exzentrizität zweiter Ordnung (1. Schritt): d = 2 · yd hs e2d = d · = 2 · 0.00222 200 2cr = 2.22 · 10 –5 · c = 2.22 · 10 –5 mm –1 30002 2 = 20.24 mm ed = e0d + e1d + e2d = 8.33 + 0 + 20.24 = 28.6 mm Bemessungswert des Biegemoments: Valeur de calcul du moment de flexion: Nd = –8490 kN Md = – Nd · ed = 8490 · 0.0286 = 243 kNm Diagramme d’interaction pour une colonne de parking ORSO-B PARK de section 300 mm 500 mm, avec enrobage de 30 mm et taux d’armature maximal Interaktionsdiagramm für eine ORSO-B PARK Stütze mit den Querschnittsabmessungen 300 mm 500 mm, bei 30 mm Bewehrungsüberdeckung und maximalem Bewehrungsgehalt MRd = 245 kNm –13 000 –11 000 NRd [kN] –9000 Nd = 8490 kN –7000 Md = 243 kNm –5000 –3000 –1000 0 0 100 300 200 400 500 600 MRd [kNm] ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 15 ORSO-B Colonnes en béton Conception Mit dem Wert MRd (Nd) 245 kNm aus dem Interaktionsdiagramm ist der Tragsicherheitsnachweis nach (7) erfüllt: Avec la valeur MRd (Nd) 245 kNm du diagramme d’interaction, la sécurité structurale est vérifié selon (7): Md = 243 kNm MRd 245 kNm b) Lastfall: Leiteinwirkung Anprall b) Cas de charge: Action prépondérante choc Einwirkungen auf Bemessungsniveau nach (8) Actions au niveau de calcul selon (8) Nd = NGk + 1 · NQk = (–4400) + 0.7 · (–1700) = –5590 kN Estimation Md Abschätzung Md e0d = 8.33 mm gemäss a) / selon a) Annahme: Maximale Exzentrizität ed bei Stützenmitte M1d, (a = 0.6 m) = A d · Hypothèse: Excentricité maximale ed en milieu de colonne a · ( – a) 0.6 · (3.0 – 0.6) = 60 3.0 M1d, (a = /2) = 28.8 · e1d = 3/2 = 18 kNm 3 – 0.6 18 kNm = 3.22 mm 5590 kN ➝ Bei einer genauen Berechnung muss die Exzentrizität im massgebenden Schnitt berechnet werden. d = 2 · yd hs e2d = d · = = 28.8 kNm ➝ Pour un calcul précis, l’excentricité doit être calculée dans la section déterminante. 2 · 0.00222 200 2cr = 2.22 · 10 –5 · c = 2.22 · 10 –5 mm –1 30002 2 = 20.24 mm ed = e0d + e1d + e2d = 8.33 + 3.22 + 20.24 = 31.8 mm Nd = –5590 kN Md = – Nd · ed = 5590 · 0.0318 = 178 kNm ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 16 ORSO-B Colonnes en béton armé Conception Diagramme d’interaction pour une colonne de parking ORSO-B PARK de section 300 mm 500 mm, avec enrobage de 30 mm et taux d’armature maximal Interaktionsdiagramm für eine ORSO-B PARK Stütze mit den Querschnittsabmessungen 300 mm 500 mm, bei 30 mm Bewehrungsüberdeckung und maximalem Bewehrungsgehalt –15 000 –13 000 Festigkeitserhöhung infolge Anprall Majoration de la résistance pour choc MRd = 485 kNm –11 000 NRd [kN] –9000 –7000 Nd = –5590 kN Md = 178 kNm –5000 –3000 –1000 0 0 100 300 200 400 500 600 MRd [kNm] Mit dem Wert MRd (Nd) 485 kNm aus dem Interaktionsdiagramm ist der Tragsicherheitsnachweis nach (7) erfüllt: Avec la valeur MRd (Nd) 485 kNm du diagramme d’interaction, la sécurité structurale est vérifié selon (7): Md = 178 kNm MRd 485 kNm Bemerkung: Der Übertragung der Horizontal-Kräfte an den Stützenenden ist Beachtung zu schenken. Remarque: Il est important de vérifier l’influence des forces transversales aux extrémités de la colonne. 3. Kriechmass 3. Fluage An je 8 Prismen (120 mm 120 mm 360 mm) aus verschiedenen Mischungen wurden während 365 Tagen Schwind- und Kriechmessungen (Belastung 25 N/mm2) durchgeführt. Die Kriechzahl (365,t0) kann durch Einpassen der zeitabhängigen Kriechkurve (t,t0) (gemäss Norm SIA 262:2013, Ziffer 3.1.2.5) in den Verlauf der Messergebnisse bestimmt werden. Des mesures de retrait et de fluage (charge 25 N/mm2) ont été effectuées pendant 365 jours sur 8 prismes (120 mm 120 mm 360 mm) provenant de diverses gâchées. Le coefficient de fluage (365,t0) peut être déterminé en adaptant la courbe de fluage (t,t0) (selon norme SIA 262:2013, chiffre 3.1.2.5) aux résultats de mesure. L’âge des éprouvettes au début de la mise en charge t0 était de 7 ou 28 jours. L’évaluation des résultats de mesure est représentée dans le tableau qui suit. Das Probenalter bei Belastungsbeginn t0 betrug 7 bzw. 28 Tage. Die Auswertung der Messergebnisse ist in der folgenden Tabelle dargestellt. Versuch Essai t0 [d] (365,t0) [–] (,t0) [–] 1 7 0.74 1.03 2 7 0.79 1.06 3 28 0.54 0.65 4 28 0.51 0.60 Avec une humidité relative de l’air de 70% et une température ambiante de 20°C, le coefficient de fluage final théorique est (,7) 1.1 avec un début de mise en charge à 7 jours, et (,28) 0.65 avec un début de mise en charge à 28 jours. Pour le dimensionnement, l’hypothèse de (,t0) = 1.0 est recommandée. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70% und einer Umgebungstemperatur von 20° C beträgt die rechnerische Endkriechzahl bei einem Belastungsbeginn von 7 Tagen (,7) 1.1 bzw. 28 Tagen (,28) 0.65. Für die Bemessung wird die Annahme von (,t0) = 1.0 empfohlen. ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 17 ORSO-B Colonnes en béton Conception 4. Bezeichnungen 4. Notations Lateinische Buchstaben Lettres latines Ad Bemessungswert der Anprallkraft Ad Valeur de calcul d’une force due au choc a Abstand a Distance b Querschnittsbreite b Largeur de section c Integrationsfaktor c Constante d’intégration d Statische Höhe d Hauteur statique Ecd Bemessungswert des Elastizitätsmoduls von Beton Ecd Valeur de calcul du module d’élasticité du béton Ed Bemessungswert der Auswirkung Ed Valeur de calcul d’un effet d’actions Es Mittelwert des Elastizitätsmoduls von Betonstahl Es ed Bemessungswert der Lastexzentrizität Valeur moyenne du module d’élasticité de l’acier d’armature passive e0d Exzentrizität infolge geometrischer Imperfektionen ed Valeur de calcul de l’excentricité de la charge e1d Exzentrizität der Einwirkung e0d Excentricité due aux imperfections géométriques e2d Exzentrizität infolge Verformung e1d Excentricité de l’action fcd Bemessungswert der Betondruckfestigkeit e2d Excentricité due à la déformation fck Charakteristischer Wert der Zylinderdruckfestigkeit fcd Valeur de calcul de la résistance à la compression du béton fsd Bemessungswert der Fliessgrenze von Betonstahl fsk Charakteristischer Wert der Fliessgrenze von Betonstahl fck Valeur caractéristique de la résistance à la compression sur cylindre Gk Charakteristischer Wert der ständigen Einwirkung fsd Valeur de calcul de la limite d’écoulement de l’acier d’armature passive h Höhe; Querschnittshöhe fsk hs Distanz zwischen den äussersten Bewehrungslagen Valeur caractéristique de la limite d’écoulement de l’acier d’armature passive ks Verfestigungsverhältnis von Betonstahl Gk Valeur caractéristique d’une action permanente k Beiwert zur rechnerischen Bestimmung des Spannungs-Dehnungs-Diagramms von Beton h Hauteur, hauteur de la section hs Distance entre les lits d’armature extrêmes Stützenlänge ks Coefficient d’écrouissage de l’acier d’armature passive cr Knicklänge k Md Bemessungswert des Biegemoments Coefficient pour le calcul du diagramme contrainte – déformation du béton MRd Bemessungswert des Biegewiderstands Longueur de la colonne Nd cr Longueur de flambage NRd Bemessungswert des Normalkraftwiderstands Md Valeur de calcul du moment de flexion Qk1 Charakteristischer Wert der Leiteinwirkung MRd Valeur de calcul de la résistance à la flexion Qki Charakteristischer Wert der Begleiteinwirkung i Nd Rd Bemessungswert des Tragwiderstands NRd Valeur de calcul de la résistance à l’effort normal t Alter des Betons Qk1 Valeur caractéristique de l’action prépondérante Alter des Betons bei Einwirkungsbeginn Qki Valeur caractéristique de l’action concomitante i Rd Valeur de calcul de la résistance ultime t0 Bemessungswert der Normalkraft ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 18 Valeur de calcul de l’effort normal t Age du béton t0 Age du béton au début de l’action ORSO-B Colonnes en béton armé Conception Griechische Buchstaben Lettres grecques i Fusspunktneigung von Druckgliedern i Inclinaison du pied des éléments comprimés c Widerstandsbeiwert für Beton c Coefficient de résistance pour le béton G Lastbeiwert für die ständige Einwirkung G Facteur de charge pour une action permanente Q1 Lastbeiwert für die Leiteinwirkung Q1 Facteur de charge pour l’action prépondérante s Widerstandsbeiwert für Stahl s Coefficient de résistance pour l’acier d’armature passive c Déformation spécifique du béton cc Déformation spécifique de fluage du béton c Betonstauchung cc Kriechdehnung von Beton c,el Elastische Dehnung von Beton c1d c,el Déformation spécifique élastique du béton Bemessungswert der Betonstauchung beim Erreichen von fcd c1d Valeur de calcul de la déformation spécifique du béton lorsque fcd est atteint c2d Valeur de calcul de la déformation spécifique de rupture du béton s Déformation spécifique de l’acier d’armature passive ud Valeur de calcul de l’allongement spécifique de rupture de l’acier d’armature passive c2d Bemessungswert der Bruchstauchung von Beton s Stahldehnung ud Bemessungswert der Bruchdehnung von Betonstahl yd Bemessungswert der Fliessdehnung von Betonstahl Verhältnis der Betonstauchungen fc Umrechnungsfaktor zur Berücksichtigung des spröderen Bruchverhaltens von Beton höherer Festigkeit yd Valeur de calcul de l’allongement spécifique de l’armature correspondant à la limite d’écoulement c Rapport des déformations spécifiques du béton Betonspannung s Stahlspannung fc Facteur de correction pour la prise en compte du comportement plus fragile des bétons à résistance élevée Kriechzahl c Contrainte dans le béton d Bemessungswert der maximalen Krümmung s Contrainte dans le de l’acier d’armature passive 0i Reduktionsbeiwert für den seltenen Wert der veränderlichen Einwirkung i Coefficient de fluage 11 Valeur de calcul de la courbure maximale Reduktionsbeiwert für den häufigen Wert der veränderlichen Leiteinwirkung d 0i 2i Coefficient de réduction pour la valeur rare d’une action variable i Reduktionsbeiwert für den quasi-ständigen Wert der veränderlichen Einwirkung i 11 Coefficient de réduction pour la valeur fréquente de l’action variable prépondérante 2i Coefficient de réduction pour la valeur quasi permanente d’une action variable i ORSO-B Stahlbetonstützen Einführung 19 ORSO-B Colonnes en béton Conception Bemerkungen zum vorliegenden Dokument Dokumentationen erfahren laufend Änderungen aufgrund der aktualisierten Normen und der Weiterentwicklung unserer Produktpalette. Die aktuell gültige Version dieser gedruckten Dokumentation befindet sich auf unserer Website. 2.2016 Copyright © by F.J. Aschwanden AG CH-3250 Lyss Switzerland Phone 032 387 95 95 Fax 032 387 95 99 E-Mail [email protected] www.aschwanden.com Zertifiziert/Certifié: ISO 9001, OHSAS 18001, EN 1090 Remarques concernant le présent document Les documentations sont régulièrement l’objet de modifications en raison des normes actualisées et du perfectionnement de notre gamme de produits. La version actuellement valable de cette documentation imprimée figure sur notre site web.