Durchstanz-Verstärkung von Stützen mittels Kitic-Verankerungsverfahren - Verfahrensdokumentation
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Durchstanz-Verstärkung von Stützen mittels Kitic-Verankerungsverfahren Verfahrensdokumentation
Inhaltsverzeichnis 1. Problematik 1 2. Bauliche Entwicklung 2 3. Gefährdungsbild 3 4. Ableitung vom idealen System 4 5. Benötigte Mittel zur Verstärkung 5 6. Vorgehensweise 6-9 7. Weitere mögliche Schritte 10
1. Problematik
Am 27. November 2004 stürzte in Gretzenbach (SO) eine Tief-
garagendecke nach einem Brand im Innern ein. Untersuchungen
ergaben, dass mehrere Ursachen zu diesem tragischen Ereignis
führten. Massgebliche Problematik war, dass durch den Brand
Betondecke eine thermische Verformung der Betondecke entstand, die
Belastung sich im Stützenkopf stark erhöhte, schliesslich die
Decke bei den Stützen durchstanzte und mit der Erdüberdeckung
in sich zusammen fiel.
Stütze
Betonboden
Deckeneinsturz einer Tiefgarage in Gretzenbach, 27.11.2004, Bild Reuters
12. Bauliche Entwicklung
Um 1920-60
Um 1950-70
Mit der Erfindung und dem erstmaligen Einsatz vom Stahlbeton
um die Wende des 19. Jahrhunderts profitierte das Bauwesen
deutlich. Es konnten schon bald stark belastbare, horizontale
Betondecken über grosse Spannweiten, welche auf Stützen
auflagen, erstellt werden. Eine freiere Grundrissgestaltung wurde
möglich.
Le Corbusier brachte mit seinen Systemhäusern "dom-ino" die
Entwicklung der Stahlbetonweise zur Perfektion und trug damit
massgeblich zum Bau der Moderne bei.
Die Konstruktion der Stützenköpfe sowie die Reaktionen gegen
das Durchstanzen der Stützen erfuhren im 20. Jahrhundert unter-
schiedliche Ausbildungen.
Um 1920-60 wurden die Stützen mit einem Deckenpilz aus-
gebildet. Die Auflagerfläche wurde vergrössert und der Kräftefluss
geschah ohne extreme Konzentration.
Um 1950-1970 wurden in den Stahlbetondecken die Zugbänder
bogenförmig über die Stützen verlegt, sogenannte "aufgebogene
Bewehrung". Die Zuglast wurde dadurch, nahe dem tatsächlichen
Verlauf über die Stützen geleitet, wo aber relativ starke Kraft-
konzentrationen im Sützenkopf entstanden.
Um 1970-90 wurden in den Stahlbetondecken lediglich zusätz-
liche Bewehrungen zwischen der oberen und unteren Bewehr-
ungslage eingelegt. Diese Konstruktion ist nach heutigen
Kritische Konstruktion Erkenntnissen oft kritisch.
Um 1970-90 heute Heute werden grösstenteils vorfabrizierte Durchstanz-
bewehrungen im Bereich über der Stütze zwischen der oberen
und unteren Bewehrung in die Betondecke eingelegt. Es sind
verschiedene Produkte auf dem Markt erhältlich, in der Skizze
sind Bügelkörbe eingezeichnet.
Skizze: "Dom-ino", Le Corbusier, 1914
23. Gefährdungsbild
1. Entstehung eines Brandes 2. Verformung der Decke
Die vorgängig beschriebene, kritische Konstruktion birgt das
Risiko, dass bei einem Brandfall in einer Tiefgarage ein Szenario
entsteht, wie es in der Tiefgarage in Gretzenbach geschah.
Die Ursache kann folgendermassen beschrieben werden:
In einer Tiefgarage bricht ein Fahrzeugbrand aus. Die starke
Hitzeentwicklung führt dazu, dass im Bereich des Brandherdes
ein Verlust der Materialfestigkeit der Betondecke entsteht. Die
Betondecke beginnt sich zu verformen und zu verbiegen, wie im
zweiten Bild dargestellt.
Die Deformation der Betondecke führt zu einer starken Bean-
spruchung um die Stützenköpfe. Nach ersten Rissbildungen
kommt es schlagartig zum Bruch der Betondecke im Kegel der
Stütze, wie in Bild drei dargestellt. Die Betondecke fällt in sich
zusammen. Wie durch eine Kettenreaktion findet eine Aus-
breitung der Festigkeitsversagung statt und das Durchstanzen
geschieht bei weiteren Stützen.
3. Spödbruch der Decke bei Stütze
34. Ableitung vom idealen System
Ideales System: Durchgestanzte Schrauben Das ideale Verstärkungsystem zeichnet sich aus, indem durch die
Stahlbetondecke Gewindestangen mit angeschweissten Anker-
platten durchgelassen und an der Unterseite verschraubt werden.
Durch die Verschraubung dieser Gewindestangen kann der
Durchstanzwiderstand deutlich vergrössert weden.
Nachteilig wirken sich bei dieser Massnahme folgende Punkte
aus:
- Die Oberseite der Stahlbetondecke muss im Bereich der
Stützen komplett freigelegt werden.
- Eine vorhandene Abdichtungschicht über der Stahlbetondecke
muss verletzt und repariert werden.
- Hinreichend viele Bohrungen zu erstellen, bei denen weder die
obere noch die untere Bewehrung verletzt oder durchtrennt
werden, ist, wie die Praxis zeigt, unmöglich.
Durch den Einsatz des neuen Systems "Kitic-Anker" können die
oben aufgeführten, nachteiligen Punkte umgangen werden.
Neues System: Einsatz von Kitic-Anker
45. Benötigte Mittel zur Verstärkung
Bewehrungsmessgerät
Zur Stützenverstärkung gegen Sprödbruch der Stahlbetondecken
werden durch den Bauingenieur bestimmte Kitic-Anker einge-
Wasserhöchst-
setzt.
drucklanze
Mit einfachen Mitteln kann die Stützenverstärkung vorgenommen
werden. Die Abbildung visualisiert alle notwendigen Werkzeuge.
Das Vorgehen wird detailliert auf den Folgeseiten beschrieben.
Sechskanntschlüssel
Epoxidharz
Situation
Steinbohrer Anker
56. Vorgehensweise
Erster Schritt: Ortung der Bewehrung
Erster Schritt: Ortung der Bewehrung
Mit einem Bewehrungsmessgerät wird an der Deckenuntersicht
um den Stützenbereich die Lage der unteren Bewehrung geortet
und angezeichnet.
Zweiter Schritt: Anzeichnen der Bohrlöcher
Durch die genaue Ortung der Bewehrung wird bestimmt, in
welcher Zone eine Bohrung erstellt werden kann, ohne eingelegte
Bewehrungen in der Betondecke zu verletzen oder zu durch-
trennen.
Anmerkung
Es besteht die Möglichkeit, dass Distanzhalter getroffen werden
und/oder Bewehrungen eng und mehrfach übereinander in der
Betondecke eingelegt sind. Für eine Bohrung müssen dann
eventuell eine oder mehrere Bewehrungen durchgetrennt
werden. Die Machbarkeit muss dabei von Fall zu Fall durch den
Ingenieur bestimmt werden.
Zweiter Schritt: Anzeichnen der Bohrlöcher
6Dritter Schritt: Bohren 6. Vorgehensweise
Dritter Schritt: Bohren
Mit einem Steinbohrer wird eine Bohrung im 45° Winkel (oder
durch den Ingenieur vorgegebene, andere Neigung) von der
Deckenunterseite her, bis zur oberen Bewehrungslage erstellt.
Vierter Schritt: Ausweiten der Sackbohrung
In das Bohrloch wird eine Lanze eingeführt. Durch Öffnungen im
Lanzenkopf wird mit Höchstdruck Wasser eingelassen und das
Bohrende kann damit rundum erweitert werden. Die bestehende
Bewehrung wird durch dieses Verfahren nicht zerstört oder
verletzt.
Fünfter Schritt: Prüfung der Bohrung
Die Kontrolle der Bohrlöcher und die Ausweitung am Ende wird
mittels Edoskopie und/oder durch Abtasten mit Kontroll-Stab
überprüft und zur Setzung der Anker frei gegeben.
Vierter Schritt: Ausweiten der Sackbohrung
7Sechster Schritt: Einfüllen von Anker-Klebemasse
6. Vorgehensweise
Sechster Schritt: Einfüllen von Anker-Klebemasse
Durch das Bohrloch wird Epoxydharz eingepresst/eingelassen.
Siebter Schritt: Einschieben von Ankerstab
In das Bohrloch wird der Anker in die ganze Tiefe der Bohrung
eingeschoben.
Siebter Schritt: Einschieben von Ankerstab
8Achter Schritt: Auweiten von Kronenmutter
6. Vorgehensweise
Achter Schritt: Auweiten von Kronenmutter
Am Ende des Ankers, auf einem Gewinde aufgeschraubt,
befindet sich eine Kronenmutter mit Laschen. Durch das
Einpressen eines Stahlrohres über den Anker werden die
Laschen aufgespreizt. Die Ausweitung bewirkt, dass der Anker im
Bohrloch rückverankert und gesichert ist. Zudem dient die
Kronenmutter zum Rückhalten des Injektionsgutes in der End-
Verankerung.
Neunter Schritt: Verschrauben von Anker
Auf das ausstehende Gewinde wird eine Mutter aufgeschraubt
und bis zum Widerlagerkeil festgeschaubt.
Mit dem Drehmomentenschlüssel wird die, vom Ingenieur vor-
gegebene Vorspannung über die Mutter aufgebracht. Es kann
auch die Zugfestigkeit des Anker durch Überspannen und Ab-
lassen überprüft werden.
Detaillierte Darstellung zur Ausweiten der Laschen
Neunter Schritt: Verschrauben von Anker
9Erster möglicher Schritt: Zusätzliche Injektionen
7. Weitere mögliche Schritte
Erster möglicher Schritt: Zusätzliche Injektionen
Wenn gewünscht, kann das Bohrloch um den Anker herum auch
noch ausinjiziert werden. In diesem Fall kann die Vorspannung
nachträglich nicht mehr überprüft werden.
Zweiter möglicher Schritt: Brandschutzmassnahme
Der unten vorstehende Anker mit Widerlagerkeil und Mutter kann
mit einer Brandschutzplatte aus Mineralwolle verkleidet, oder
wenn dieser Fall nicht genügt, die untere Vorspannung tiefer
eingelassen werden.
Dritter möglicher Schritt: Nachspannen
Wenn nicht ausinjiziert, können die Kitic-Durchstanz-Anker justiert
und mit dem Drehmomentenschlüssel überprüft werden.
Zweiter möglicher Schritt: Brandschutzmassnahme mit Mineralwolle Zweiter möglicher Schritt: Eingelassene Vorspannung
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