Die Bemessung der Fußplattenverbindung gemäß AISC 360 [1] und ACI 318 [2] kann mit dem Add-On Stahlanschlüsse ausgeführt werden. Der unten aufgeführte KB-Artikel enthält eine Beschreibung des Modellierungsworkflows, eine Liste der anwendbaren Nachweisverfahren und ein Bemessungsbeispiel einer Fußplattenverbindung, die den Belastungen „Kompression und Moment“ ausgesetzt wird.
In diesem Artikel wird die Bemessung einer Fußplattenverbindung vorgestellt, die „Spannung und Schub“ ausgesetzt wird. Zur Überprüfung der Ergebnisse des RFEM-Modells wird Beispiel 4.7-7 der AISC-Bemessungsanleitung 1 [3] verwendet.
Scherkraftübertragung
Wie wird bei einer freiliegenden Fußplattenverbindung die Schublast von der Stütze auf den Beton übertragen?
Gemäß der AISC-Bemessungsanleitung [3] gibt es drei Möglichkeiten, Schubkräfte von der Stütze und/oder dem Knotenblech auf den Beton zu übertragen:
1) Dies geschieht durch "Reibung", wie in Beispiel 4.7-8 von DG 1 gezeigt, wenn Druck vorhanden ist.
- Die Druckbelastung erzeugt Reibung zwischen der Fußplatte und der Mörtel-/Betonfläche. Diese kann zur Übertragung von Schubkräften in Beton genutzt werden. Dieser Druck gilt als Spannkraft, die eine Schubtragfähigkeit in senkrechter Richtung generiert. Die Schubfestigkeit aufgrund von Reibung kann gemäß AISC DG 1, Gleichung 4-30, berechnet werden.
- In RFEM wird der Betonblock durch eine Flächenstütze dargestellt, die im Untermodell eingesehen werden kann. Durch Aktivieren der Option "Reibung berücksichtigen" wird die Reibung innerhalb der Flächenstütze aktiviert, sodass ein Teil der Schubkraft übertragen werden kann (siehe Bild 1). Die verbleibende Schubkraft wird von Ankerstäben oder Scherlaschen getragen. Ein Nachweis zur Begrenzung der Bemessungsschubfestigkeit gemäß Gleichung 4-30 wird in RFEM jedoch nicht durchgeführt.
2) Verwendung von "Schublaschen". Siehe dazu die Beispiele 4.7-4 und 4.7-5 in der Bemessungsanleitung 1.
3) Verwendung von "Schub in den Ankerstäben". Folgende Konstruktionsmethoden stehen zur Verfügung:
- Ankerstäbe allein mit überdimensionierten Löchern (ungleiche Schubverteilung).
- Um eine gleichmäßige Schubübertragung sicherzustellen, werden Plattenscheiben mit Standardlöchern an die Oberseite der Fußplatte angeschweißt, wie in Beispiel 4.7-6 der Bemessungsanleitung 1 gezeigt. Diese Konfiguration ermöglicht eine erhebliche Biegung der Ankerstäbe, was derzeit bei RFEM nicht berücksichtigt wird. Zukünftige Aktualisierungen werden jedoch Kontrollen der Biegung von Ankerstäben beinhalten.
- An der Unterseite der Fußplatte ist eine Stellplatte mit einem Feld aus standardmäßigen Löchern angeschweißt. Dadurch wird eine gleichmäßige Schubverteilung auf alle Ankerstäbe sichergestellt. Die Stellplatte verhindert zudem, dass sich die Ankerstäbe verbiegen. Dies wird bei RFEM als Bedingung angenommen.
Beispiel
Zur Validierung der RFEM-Modellergebnisse wird Beispiel 4.7-7 aus AISC-Bemessungsanleitung 1 verwendet. In diesem Beispiel wird eine Fußplattenverbindung für eine W21x83-Stütze entworfen, die Zug und Schub ausgesetzt wird. Die Stütze wird an einem Betonfundament mit einer Druckfestigkeit von ƒ'c = 5,000 psi angebracht. Die tatsächlichen Abmessungen des Betons sind nicht angegeben, jedoch wird davon ausgegangen, dass sich die Fußplatte nicht in der Nähe von Betonkanten befindet. Um dies widerzuspiegeln, wird ein großer Betonblock mit den Maßen 175 Inch × 175 Inch × 100 Inch modelliert.
Es wird davon ausgegangen, dass die Schubübertragung im Beispiel durch eine angeschweißte Stellplatte (nicht modelliert) erfolgt, welche ein Biegen der Ankerstäbe verhindert. Um ein realistisches Anschlussverhalten besser darzustellen, sind das Verstrebungselement und die Verbindung im Modell enthalten.
Die 1,75 Inch dicke Fußplatte hat eine angenommene Mörteldicke von 1,0 Inch. Die effektive Einbettungslänge hef beträgt 24,0 Inch. Belastungen und Materialeigenschaften sind in Bild 3 dargestellt.
Ergebnisse
Nach der Berechnung der Stahlanschlüsse wird das Ergebnis für jede Komponente auf der Registerkarte "Ausnutzungen nach Komponenten" angezeigt. Die entsprechenden Nachweise werden erstellt. Wählen Sie anschließend Anker 1.2 aus, um die Details der Nachweiskriterien anzuzeigen (siehe Bild 4).
Die Details der Nachweiskriterien enthalten alle erforderlichen Formeln sowie Verweise auf die Standards AISC 360 und ACI 318 (siehe Bild 5). Zur Klarstellung wird auch ein Hinweis zu den ausgeschlossenen Nachweiskriterien angegeben.
Die Ergebnisse von AISC und Stahlanschlüssen sind nachstehend zusammengefasst, einschließlich der Gründe für Abweichungen.
Anker
Fußplatte
In diesem Beispiel wird die Dicke der Fußplatte durch die Spannung in den Ankerstäben bestimmt. Laut AISC-Berechnungen ist die verfügbare Biegefestigkeit (207 Kip-In) deutlich größer als die erforderliche (51,9 Kip-In). Dies deutet darauf hin, dass die Dicke der Fußplatte von 1,75 Inch reduziert werden kann.
Bei Stahlanschlüssen wird die Plattenbemessung mittels plastischer Analyse durchgeführt. Dazu wird die tatsächliche plastische Verzerrung mit dem in der Festigkeitskonfiguration angegebenen zulässigen Grenzwert von 5 % verglichen. Die 1,75 Inch dicke Fußplatte weist eine äquivalente plastische Verzerrung von 0,00 % auf. Dies deutet darauf hin, dass eine dünnere Platte verwendet werden kann. Eine Reduzierung der Plattendicke kann jedoch zu höheren Zugkräften in den Ankern führen.
Fazit
Beim Add-On "Stahlanschlüsse" wird davon ausgegangen, dass die Schubübertragung durch Ankerstäbe durch die Verwendung einer Stellplatte gleichmäßig verteilt ist, wodurch ein Biegen der Ankerstäbe vermieden werden kann. Obwohl das Biegen der Ankerstäbe derzeit noch nicht berücksichtigt wird, wird eine zukünftige Freigabe hierfür geplant.
Dieser Artikel bestätigt, dass die Ergebnisse des Add-Ons "Stahlanschlüsse" mit denen aus dem Beispiel der AISC-Bemessungsanleitung 1 übereinstimmen. Somit ist die Genauigkeit des RFEM-Modells für die Konstruktion von unter Spannung und Schub stehenden Fußplattenverbindungen bestätigt.
