Entwurf einer Fußplattenverbindung nach AISC 360 [1] und ACI 318 [2] kann mit dem Add-On Stahlanschlüsse durchgeführt werden. Der nachfolgend verlinkte frühere Knowledge-Base-Artikel enthält den Modellierungsworkflow, eine Liste der anwendbaren Bemessungsnachweise und ein Bemessungsbeispiel für eine Fußplattenverbindung unter „Druck und Moment“.
In diesem Artikel wird die Bemessung einer Fußplattenverbindung unter Spannung und Schub vorgestellt. Beispiel 4.7-7 aus dem AISC Design Guide 1 [3] wird verwendet, um die Ergebnisse des RFEM-Modells zu verifizieren.
Schubübertragung
Wie wird bei einer freiliegenden Fußplattenverbindung die Schublast von der Stütze in den Beton übertragen? Nach AISC Design Guide 1 [3] gibt es drei Möglichkeiten, Schub von der Stütze und/oder dem Knotenblech in den Beton zu übertragen:
1) Durch Reibung, wenn Druck vorhanden ist, wie in Beispiel 4.7-8 von DG 1 gezeigt.
- Die Drucklast erzeugt Reibung zwischen der Fußplatte und der Mörtel-/Betonoberfläche, die zur Schubübertragung in den Beton genutzt werden kann. Dieser Druck wird als Spannkraft betrachtet, die einen Schubwiderstand in senkrechter Richtung erzeugt. Die Schubfestigkeit infolge Reibung kann gemäß AISC DG 1 Gleichung 4-30 berechnet werden.
- In RFEM wird der Betonblock mit einem Flächenlager abgebildet, das im Teilmodell betrachtet werden kann. Durch Aktivieren der Option „Reibung berücksichtigen“ wird die Reibung innerhalb des Flächenlagers aktiviert, sodass ein Teil der Schubkraft übertragen werden kann (Bild 1). Die verbleibende Schubkraft wird von Ankerstangen oder Schubdübeln aufgenommen. Ein Bemessungsnachweis zur Begrenzung der Bemessungsschubfestigkeit gemäß Gleichung 4-30 wird in RFEM nicht geführt.
2) Verwendung von Schubdübeln, wie in den Beispielen 4.7-4 und 4.7-5 von DG 1 gezeigt.
3) Durch Schub in den Ankerstangen. Folgende Konstruktionsmethoden sind verfügbar:
- Ankerstangen allein mit übergroßen Löchern (ungleiche Schubverteilung).
- Plattenscheiben mit Standardlöchern werden auf die Oberseite der Fußplatte geschweißt, um eine gleichmäßige Schubübertragung sicherzustellen, wie in Beispiel 4.7-6 von DG 1 gezeigt. Diese Konfiguration ermöglicht erhebliche Biegung in den Ankerstangen, die derzeit in RFEM nicht berücksichtigt wird. Zukünftige Updates werden Nachweise für die Ankerstangenbiegung enthalten.
- Eine Setzplatte mit Standardlöchern, die auf der Baustelle an die Unterseite der Fußplatte geschweißt wird, für eine gleichmäßige Schubverteilung auf alle Ankerstangen. Eine Setzplatte verhindert Biegung in den Ankerstangen, was die in RFEM angenommene Bedingung ist.
Beispiel
Beispiel 4.7-7 aus dem AISC Design Guide 1 wird verwendet, um die Ergebnisse des RFEM-Modells zu validieren. In diesem Beispiel wird eine Fußplattenverbindung für eine Stütze W21x83 unter Spannung und Schub bemessen. Die Stütze ist an einem Betonfundament mit einer spezifizierten Druckfestigkeit von ƒ'c = 5.000 psi befestigt. Die tatsächlichen Abmessungen des Betons sind nicht angegeben, und es wird angenommen, dass sich die Fußplatte nicht in der Nähe von Betonkanten befindet. Um dies abzubilden, wird ein großer Betonblock mit den Abmessungen 175 in × 175 in × 100 in modelliert.
Die Schubübertragung erfolgt im Beispiel angenommen über eine angeschweißte Setzplatte (nicht modelliert), die Biegung in den Ankerstangen verhindert. Das Verbandsbauteil und der Anschluss sind im Modell enthalten, um das realistische Anschlussverhalten besser darzustellen. Die Fußplatte ist 1,75 in dick mit einer angenommenen Mörteldicke von 1,0 in. Die effektive Einbindelänge, hef, beträgt 24,0 in. Die Lasten und Materialeigenschaften sind in Bild 3 dargestellt.
Ergebnisse
Nach der Berechnung der Stahlanschlüsse wird das Ergebnis für jeden Knoten im Register Ausnutzung nach Knoten dargestellt. Wählen Sie anschließend Anker 1,2 aus, um die Details des Bemessungsnachweises anzuzeigen (Bild 4).
Die Details des Bemessungsnachweises enthalten alle Formeln und Verweise auf die Normen AISC 360 und ACI 318 (Bild 5).
Die Ergebnisse aus AISC und Stahlanschlüsse sind nachfolgend zusammengefasst, einschließlich der Gründe für Abweichungen.
Anker
Fußplatte
In diesem Beispiel wird die Bemessung der Fußplattendicke durch die Spannung in den Ankerstangen bestimmt. Gemäß den AISC-Berechnungen ist die verfügbare Biegefestigkeit (207 kip-in) deutlich größer als die erforderliche Biegefestigkeit (51,9 kip-in). Dies deutet darauf hin, dass die Dicke der 1,75-in-Fußplatte reduziert werden kann.
In Stahlanschlüsse erfolgt die Plattenbemessung mithilfe der plastischen Analyse, indem die tatsächliche plastische Dehnung mit dem zulässigen Grenzwert von 5 % verglichen wird, der in der Festigkeitskonfiguration festgelegt ist. Die 1,75 in dicke Fußplatte weist eine äquivalente plastische Dehnung von 0,00 % auf, was darauf hinweist, dass eine dünnere Platte verwendet werden kann. Eine Reduzierung der Plattendicke kann jedoch die Spannungskräfte in den Ankern erhöhen.
Fazit
Im Add-On Stahlanschlüsse wird die Schubübertragung durch Ankerstangen als gleichmäßig verteilt angenommen, indem eine Setzplatte verwendet wird, die Biegung in den Ankerstangen verhindert. Obwohl die Ankerstangenbiegung derzeit nicht berücksichtigt wird, ist sie für eine zukünftige Version geplant.
Dieser Artikel bestätigt, dass die Ergebnisse des Add-Ons Stahlanschlüsse mit denen des Beispiels aus dem AISC Design Guide 1 übereinstimmen, und validiert damit die Genauigkeit des RFEM-Modells für die Bemessung von Fußplattenverbindungen unter Spannung und Schub.
