Verankerungen ohne Wartezeiten – bessere Abstimmung zwischen Stahl- und Betonplanern

Wenn Stahlbauteile auf Beton treffen, führt die Abstimmung bei der Bemessung von Verankerungen häufig zu Schwierigkeiten – besonders, wenn Bewehrung berücksichtigt werden muss. Stahlbauingenieure warten auf die Rückmeldung der Betonplaner, während diese zunächst das Tragverhalten der Fußplatte kennen müssen, bevor sie die Bewehrung bemessen können.

Herausforderung bei der heutigen Verankerungsbemessung

Befinden sich Fußplatten in Randnähe oder wirken komplexe Kombinationen aus Zug- und Querkräften, wird die Nachweisführung nach EN 1992-4 aufwendig. In vielen Fällen muss die Bewehrung als Teil des Nachweises berücksichtigt werden. Diese Berechnung übernimmt in der Regel ein anderer Planer – meist der Betonfachmann.

In der Praxis legt der Stahlbauer die Lasten, die Anordnung der Anker, die Plattendicke und erforderliche Versteifungen fest. Der Betonbauer prüft anschließend den Betonblock und die Bewehrung. Ändern sich Geometrie oder Lastverteilung, muss der Nachweis erneut geführt werden. Jede Änderung löst eine neue Berechnungs- und Abstimmungsschleife aus – oft erschwert durch unklare Datenaustausche, Versionskonflikte und unterschiedliche Zeitpläne der Beteiligten.

Auch das Verformungsverhalten der Fußplatte (starr oder nachgiebig) beeinflusst die Spannungen im Beton. Selbst wenn der Stahlbauer die Bewehrung eigenständig nachweisen möchte, fehlen ihm meist Informationen über die zusätzlichen Kräfte, die der Beton aufnehmen muss – etwa bei Verankerungen in Wänden, Trägern oder Stützen.

Um Verzögerungen zu vermeiden, werden diese Details häufig überdimensioniert – auf Basis konservativer Annahmen statt realitätsnaher Modelle.

Idee: Gemeinsame Umgebung für beide Fachrichtungen

Was wäre, wenn beide Seiten die Verankerung im selben Modell bearbeiten und nachweisen könnten – transparent, normgerecht und ohne Wartezeiten?

Sicht des Stahlbauingenieurs

Ein Nachweis der Zusatzbewehrung erfordert normalerweise vertiefte Kenntnisse nach dem Fachwerk- bzw. Druckstreben-Zugbandmodell (Strut-and-Tie-Method). Mit der Compatible Stress Field Method (3D CSFM) in IDEA StatiCa Detail wird dieser Prozess intuitiv und normbasiert.

Auch als primär im Stahlbau tätiger Ingenieur kann man den Betonblock mit Zusatzbewehrung modellieren und prüfen, ob:

die Betongüte (z. B. C20/25) ausreichend ist
die Mindestbewehrung A_s,min vorhanden ist
ausreichende Verankerung, Betondeckung und Verbund gewährleistet sind und
die Zusatzbewehrung innerhalb der empfohlenen Grenzen liegt (z. B. Verankerung außerhalb des angenommenen Bruchkörpers, Abstand < 0,75·c₁ vom Anker).

Wir prüfen zunächst die Stahlverbindung in IDEA StatiCa Connection und exportieren sie anschließend nach IDEA StatiCa Detail. Dort wird die Bewehrung eingefügt und die 3D-CSFM-Berechnung zeigt, wie sie zur Tragfähigkeit beiträgt – unter Berücksichtigung der Plattensteifigkeit – und ob alle Nachweise nach Norm erfüllt sind.

So kann man ein normgerechtes Bewehrungskonzept vorschlagen, sofort sehen, welche Bewehrung erforderlich ist und entscheiden, ob Anpassungen notwendig sind. Man muss nicht mehr auf Rückmeldungen warten, sondern kann direkt prüfen, ob das Verankerungsdetail mit Zusatzbewehrung die Lasten aufnehmen kann oder ob das Stahlmodell optimiert werden sollte.

Das Ergebnis ist ein Vorschlag, der das reale Tragverhalten abbildet. Der Betonplaner kann darauf aufbauen und die Bewehrung im Gesamtzusammenhang der weiteren Einwirkungen fertigstellen.

Sicht des Betonbauingenieurs

Als Betonplaner muss man sicherstellen, dass die Lasten aus der Stahlverbindung zuverlässig in den Beton eingeleitet werden, ohne Versagen des Betons. Dafür prüfen wir die Spannungsverteilung im Bereich der Verankerung, mögliche Versagensarten und die Wirksamkeit der Bewehrung.

Dies ist besonders anspruchsvoll, wenn unklar ist, ob die Fußplatte starr oder flexibel wirkt, mehrere Bauteile nahe der Ränder verankert werden oder die Geometrie häufig angepasst wird.

Mit IDEA StatiCa Detail (3D) und der 3D-CSFM-Methode kann man die Spannungsverteilung im Beton visualisieren, kritische Bereiche identifizieren und die Bewehrung gezielt nachweisen. Anstatt vereinfachte Formeln zu verwenden, sehen wir exakt, wie die Bewehrung ein Betonversagen verhindert.

Je nach Workflow kann man die Daten direkt vom Stahlbauer übernehmen, einschließlich der Schnittgrößen aus IDEA StatiCa Connection.
Wir öffnen die Datei, ergänzen die Bewehrung, berücksichtigen ggf. weitere Lasten und führen den Nachweis auf Grundlage von:

Betonfestigkeit (Druck)

\[\sigma_{c,eq} = \sigma_{c3} - \sigma_{c1} < f_{cd}\]

Verbundspannung τ_bd ≤ f_bd

\[\frac{τ_{b}}{f_{bd}}\le 1\]

\[f_{bd} = 2,25 \cdot η_1\cdot η_2\cdot f_{ctd}\]

Bewehrungsfestigkeit

\(σ_{s,lim} = \frac{k \cdot f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\textsf{\small{für bilineares Diagramm mit geneigtem oberen Ast}}\)

\(σ_{s,lim} = \frac{f_{yk}}{γ_s}\qquad\qquad\,\,\,\,\textsf{\small{für bilineares Diagramm mit horizontalem oberen Ast}}\)

Alternativ können wir bei vorliegenden Schnittgrößen das Detail vollständig neu aufbauen. Dazu modellieren wir einen kurzen Stahlstützenstummel oberhalb der Fußplatte, der die Kräfte (Fx, Fy, Fz, Mx, My, Mz) realistisch in die Platte einleitet. So ergibt sich eine naturgetreue Lastverteilung über Platte, Anker und Beton, auf deren Basis die Bewehrung präzise bemessen werden kann.

Neuerungen in Version 25.1

Mit Version 25.1 schließt IDEA StatiCa die Lücke zwischen Stahl- und Betonbemessung bei Verankerungen.
Ziel war es, beiden Disziplinen eine gemeinsame Datenbasis und ein einheitliches Verständnis des Tragverhaltens zu bieten – ohne Wartezeiten, ohne Annahmen, mit transparenter Zusammenarbeit auf Basis realistischer Analysen.

Darüber hinaus deckt die Software nicht nur Zusatzbewehrung ab, sondern auch verschiedene Ankertypen, die in der Praxis gefordert sind – z. B. Anker mit Unterlegscheiben, Hakenanker, Kopfbolzen oder Bewehrung.