Gründungsbemessung kann grundsätzlich in zwei Bereiche unterteilt werden: Geotechnische Bemessung und Stahlbetonbemessung. Die Geotechnische Bemessung befasst sich mit der Interaktion zwischen Fundament und Baugrund. Sie umfasst den Nachweis der Sohlspannung sowie die Sicherheit gegen Abheben, Kippen und Gleiten unter Verwendung der zulässigen Spannungen (Allowable Stress Design, ASD). Die Stahlbetonbemessung umfasst die Biegebemessung, den Nachweis gegen einachsigen Querkraftnachweis, den Durchstanznachweis und die Bewehrungsführung gemäß der Bemessung nach Festigkeitskriterien (Strength Design, LRFD).
Modellierung des Einzelfundaments
Bevor ein Fundament definiert werden kann, muss der Stütze zunächst eine Knotenlagerung zugewiesen werden. Im Dropdown-Menü stehen mehrere Fundamenttypen zur Verfügung (Bild 2). Für die ACI-Norm wird derzeit nur das Einzelfundament unterstützt. Die übrigen Fundamenttypen werden in zukünftigen Versionen verfügbar sein. Die Fundamentabmessungen, die Betondeckung und die Bewehrung werden in den nachfolgenden Registerkarten festgelegt.
In der Registerkarte Plattenbewehrung werden der Stabdurchmesser und -abstand definiert. Die resultierende Anzahl der Bewehrungsstäbe wird in der Bewehrungsanordnung angezeigt (Bild 2).
In der Registerkarte Bodeneigenschaften werden der Grundwasserspiegel und die Erdüberschüttung angegeben (Bild 3). Die verfügbaren Bodenmaterialien dienen in erster Linie als Vorlagen, sodass Eigenschaften wie Wichte und Reibungswinkel bei Bedarf geändert werden können.
In der Registerkarte Geotechnische Konfigurationen können die zulässige Bodenpressung (brutto) und der Reibungsbeiwert angegeben werden (Bild 4).
Beispiel
Das Fundamentbeispiel 4 aus dem ACI Concrete Design Handbook [3] wird verwendet, um die Ergebnisse des RFEM-Modells zu verifizieren. Das Beispiel betrachtet ein rechteckiges Einzelfundament mit den Abmessungen 5.5 ft × 10.0 ft × 2.833 ft, das eine quadratische Stütze mit 18 Zoll Seitenlänge trägt.
Die Fundamentunterkante liegt 4 ft unter der endgültigen Geländeoberkante, was zu folgender Höhe der Erdüberschüttung führt:
4.0 ft − 2.833 ft = 1.167 ft
Die Option zur Berücksichtigung der Erdüberschüttung ist in der Registerkarte Lastfälle verfügbar (Bild 5), während die Höhe der Erdüberschüttung im Register Bodeneigenschaften eingegeben wird (Bild 3).
Dieses Beispiel konzentriert sich ausschließlich auf die maßgebende Lastkombination D + L + W unter Verwendung der angegebenen Netto-Sohlspannung von 8,000 psf. In RFEM wird die Brutto-Sohlspannung angegeben, da dies in aktuellen geotechnischen Berichten üblicher ist.
Die einwirkenden Lasten, Materialeigenschaften und die Bewehrungsanordnung sind in Bild 6 dargestellt.
Für die geotechnische Bemessung geht das ACI-Beispiel von einer erhöhten zulässigen Bodenpressung unter Verwendung der Lastkombination D + L + 0.6W aus, bei der die Verkehrs- und Windlasten nicht mit dem Faktor 0.75 abgemindert werden, der typischerweise bei ASD-Lastkombinationen angewendet wird. Um das ACI-Beispiel nachzubilden, wird daher in RFEM eine benutzerdefinierte Lastkombination erstellt.
Ergebnisse
Nach dem Durchlaufen der Bemessung für Betonfundamente werden die Ergebnisse in der Tabelle Auslastungen an Knoten angezeigt. Die Nachweise der Mindestbiegebewehrung werden in der Tabelle Bewehrung am Fundament dargestellt, während die Registerkarte Nicht abgedeckte Bewehrung nach Knoten alle Bereiche mit unzureichender Bewehrung zusammenfasst (Bild 7).
Das Nachweisdetail enthält die maßgebenden Gleichungen und Verweise auf die entsprechenden Bestimmungen des ACI 318 (Bild 8).
Die Ergebnisse aus dem ACI Concrete Design Handbook und RFEM sind in der Tabelle in Bild 9 zusammengefasst.
Fazit
Das Add-On Betonfundamente ermöglicht die Bemessung von rechteckigen Einzelfundamenten nach ACI 318 und IBC in RFEM 6. Das Verifikationsbeispiel zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen den RFEM-Ergebnissen und dem ACI Concrete Design Handbook und bestätigt damit die Genauigkeit der implementierten geotechnischen und stahlbetontechnischen Nachweisverfahren. Mit integrierten Nachweisen für Bodenpressung, Standsicherheit, Biegung und Querkraft bietet das Add-On einen effizienten Workflow für die Bemessung von Einzelfundamenten, während zusätzliche Funktionen wie Verankerungslänge und Steckeisenbemessung für zukünftige Versionen geplant sind. Zusammen mit seinen Möglichkeiten zur Stabbemessung und Fußplattenbemessung bietet RFEM 6 einen vollständigen Workflow für die Bemessung des gesamten Tragwerks in einem einzigen Modell.
