Das Tutorial erläutert Schritt für Schritt den kompletten Aufbau des Modells in IDEA StatiCa Detail. Dabei wird bewusst keine fertige Vorlage verwendet, damit Sie die allgemeine Eingabe aller notwendigen Parameter von Grund auf nachvollziehen können.
Das Thema Import von Verankerungen aus dem Programm Connection in das Programm Detail wird in einem separaten Tutorial behandelt.
1 Neues Projekt
Starten Sie die IDEA StatiCa-Anwendung. Öffnen Sie im Hauptfenster das Programm Detail, um ein neues Projekt anzulegen.
Wählen Sie den Modelltyp 3D und die leere Vorlage. Passen Sie die Parameter gemäß der unten dargestellten Abbildung an (Beton C25/30, Schraubenklasse 8.8, Betondeckung 40 mm).
Anschließend klicken Sie auf Erstellen.
2 Geometrie
Es wurde nun ein völlig leeres Projekt erzeugt, das von Grund auf aufgebaut werden muss.
Im ersten Schritt definieren Sie einen neuen Betonblock (Volumenkörper).
Als Nächstes wird der Block durch ein Flächenauflager unterstützt. Dabei können unterschiedliche Steifigkeiten in den einzelnen Richtungen vorgegeben werden. Standardmäßig ist das Auflager in vertikaler Richtung auf nur Druck gesetzt (Schalter grau hinterlegt), da der Baugrund keine Zugkräfte übertragen kann.
Der Wert der Bodenfedersteifigkeit wird üblicherweise in Zusammenarbeit mit einem Geotechniker festgelegt.
Er hängt im Allgemeinen vom Baugrund, der Gründungstiefe, der Fundamentform und den aufgebrachten Lasten ab. Im Beispiel wird ein Wert von kz = 40 MN/m³ verwendet, was guten Baugrundverhältnissen (sehr steifer Ton) entspricht. Die Werte für kx und ky werden mit je 8 MN/m³ angenommen.
Das Flächenauflager kann auf die gesamte Fundamentfläche oder nur auf einen durch eine Polylinie abgegrenzten Teilbereich gelegt werden. In diesem Beispiel verwenden wir die Voreinstellung Ganze Fläche.
Hinweis:
Die Anwendung ersetzt nicht die geotechnische Überprüfung des Fundaments. Sie prüft weder die Bodenpressung noch die Standsicherheit des Fundamentes. Wird beispielsweise ein zu hohes Moment angesetzt, kann das Fundament kippgefährdet sein (sichtbar an einer divergierenden Berechnung oder großen Verformungen).
Im nächsten Schritt werden die Lastübertragungselemente definiert. Zuerst wird eine quadratische Fußplatte in der Nähe des Fundamentrandes erstellt. Die Querkräfte werden über Reibung zwischen Fußplatte und Betonoberfläche übertragen. Alternativ könnte die Querkraftübertragung auch über eine Schubknagge oder über die Anker erfolgen. Die Plattendicke wird auf 60 mm festgelegt, damit sich die Platte wie ein starres Bauteil verhält.
Im Anschluss werden die Anker definiert. Diese sollen hier aus Stahlgüte 8.8 bestehen.
Zwei Ankertypen stehen zur Verfügung:
- Einbetonierte Anker: Vorab eingesetzte Anker mit ähnlichen Verbundeigenschaften wie Bewehrungsstäbe
- Klebanker: Nachträglich gesetzte (chemische) Anker, bei denen die Verbundfestigkeit individuell vorgegeben werden kann
Hier wird ein nachträglich installierter Gewindestab mit Verbundfestigkeit 5,0 MPa verwendet. Der Wert ist gemäß Herstellerangaben anzusetzen.
Kopieren Sie den Anker dreimal und passen Sie die Positionen an.
3 Bewehrung
Wählen Sie im Menü Bewehrung → 3D Stabgruppe und geben Sie anschließend Durchmesser, Materialeigenschaften und Geometrie der Bewehrung an.
Kopieren Sie diese Eingabe und ändern Sie lediglich die zugehörige Oberfläche. Alle übrigen Parameter bleiben unverändert.
Im nächsten Schritt kopieren Sie die Eingabe erneut und passen die Parameter so an, dass die horizontale Bewehrung definiert ist.
Hinweis:
Mit zunehmender Anzahl von Bewehrungsstäben kann die räumliche Ansicht des Fundaments unübersichtlich werden. Sie können einzelnen Stabgruppen vorübergehend deaktivieren, um die Darstellung zu vereinfachen. Vergessen Sie nicht, alle Stabgruppen wieder zu aktivieren, wenn Sie fertig sind. Um korrekte Ergebnisse zu erhalten, muss das Modell ordnungsgemäß bewehrt sein.
Zum Abschluss wird die Querkraftbewehrung eingegeben. Diese kann als vertikale Bügelstäbe modelliert werden, die an beiden Enden mit starrem Verbund angesetzt sind. Kopieren Sie dazu die letzte Eingabe und passen Sie die Parameter wie im Bild unten an.
4 Lasten und Kombinationen
Für das Fundament werden zwei Lastfälle angesetzt:
- LF1: Eigengewicht
- LF2: Ständige Last
Eigengewicht
Beginnen Sie mit dem Lastfall Eigengewicht.
Ständige Last
Im nächsten Schritt werden die Bemessungswerte der ständigen Last definiert, die auf die Fußplatte wirken.
Dabei können die sechs Komponenten einer Punktlast sowie deren Angriffspunkt auf der Fußplatte angegeben werden.
Lastkombination
Legen Sie anschließend eine Bemessungskombination an. Die Kombinationsbeiwerte werden entsprechend den Vorgaben der Norm angesetzt.
Da die in diesem Beispiel definierten Einzellasten bereits als Bemessungswerte vorliegen, wird der Faktor für den Lastfall LF2 gleich 1,0 gewählt.
5 Berechnung und Nachweis
Bevor Sie die Berechnung starten, empfiehlt es sich, den Vernetzungsfaktor auf den Wert 2 oder 3 zu setzen.
Dadurch wird die Rechenzeit reduziert und eventuelle Divergenzprobleme können schneller erkannt werden.
Dieser Schritt ist optional – für die endgültige Berechnung sollte der Faktor wieder auf 1 zurückgestellt werden.
Hinweis zur Rechenzeit:
Die Berechnung basiert auf einem nichtlinearen Beton-Stahl-Verbundmodell. Für dieses Beispiel benötigt ein aktueller, leistungsstarker Computer mit Vernetzungsfaktor 1 knapp eine Minute.
Nach Abschluss der Berechnung erscheint oben links auf dem Bildschirm eine Kurzübersicht der Ergebnisse.
Wechseln Sie anschließend in den Reiter Nachweis.
Dort werden die Zusammenfassungen der Ergebnisse angezeigt, unter anderem die Spannungstrajektorien im Beton und der Spannungsverlauf in der Bewehrung.
Äquivalente Hauptspannung im Beton
Die äquivalente Hauptspannung im Beton wird aus dem Volumenverhalten des Betonblocks bestimmt und direkt mit dem Bemessungswert der Betondruckfestigkeit fcd verglichen.
Der Zusammenhang zwischen der maximalen Betondruckspannung σc,3 und der effektiven Hauptspannung wird über den Kappa-Faktor beschrieben.
Schnittführungen
Um die Spannungsverteilung auch im Inneren des Betonblocks zu untersuchen, können beliebige Schnittebenen definiert werden. Lage und Ausrichtung dieser Schnitte können frei gewählt werden. Für eine bessere grafische Darstellung schalten Sie das FE-Netz aus.
Es ist möglich, mehrere Schnittebenen einzurichten und später wieder zur Standardansicht zurückzukehren.
Spannungsauslastung in der Bewehrung
Im Bewehrungsnachweis lassen sich die Spannungen und Dehnungen sämtlicher Bewehrungsstäbe darstellen.
Spannungsauslastung in der Verankerung
Im Verankerungsnachweis lassen sich die Spannungen und Dehnungen aller Anker darstellen. In diesem Beispiel zeigt sich, dass der Anker an der Fundamentecke die höchste Spannungsauslastung aufweist.
Verbundspannungen in der Verankerung
Im Verankerungsnachweis lassen sich zusätzlich die Verbundspannungen und Verbundkräfte aller Anker darstellen. In diesem Beispiel zeigt sich, dass beim Anker an der Fundamentecke das Verhältnis Verbundspannung zu Verbundtragfähigkeit relativ hoch ist.
Hinweis:
Einige Nachweise aus DIN EN 1992-4, die im Programm Connection nicht geführt werden können, werden durch das Programm Detail geführt:
- 7.2.1.5 Versagen durch Herausziehen des Befestigungselementes
- 7.2.1.6 Kombiniertes Versagen durch Herausziehen und Betonbruch bei nachträglich montierten Verbunddübeln
- 7.2.1.7 Versagen durch Spalten des Betons
Der Betonausbruchnachweis wird nur für Anker mit Unterlegscheiben geführt. Darüber hinaus berücksichtigt Detail automatisch die Bewehrung in Ankernähe, wodurch die Tragfähigkeit bei maßgebendem Betonausbruchkegel deutlich erhöht werden kann.
Verformungen
Es wird empfohlen, nach der Berechnung auch die Verformungen zu überprüfen. Auffällige große Verschiebungen, Rotationen oder lokale Netzverzerrungen können auf Modellierungs- oder Stabilitätsprobleme hindeuten.
Zur Darstellung der Verformungen wechseln Sie in das Menü Zusatz und aktivieren die Option Verformung.
6 Bericht
Zum Abschluss öffnen Sie die Berichtsvorschau/Druckausgabe. IDEA StatiCa Detail bietet hier einen frei anpassbaren Bericht, der entweder direkt ausgedruckt oder in einem editierbaren Format gespeichert werden kann.
In diesem Tutorial haben Sie gelernt, wie ein Fundamentblock mit Bewehrung in IDEA StatiCa Detail eingegeben wird. Sie haben Auflagerbedingungen und Lastübertragungselemente definiert, Lasten und Kombinationen angesetzt und schließlich eine Berechnung mit normgerechten Nachweisen durchgeführt.
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