Titelaufnahme

Titel
Integrale Bauweise / von Stephan Kalix
VerfasserKalix, Stephan
Begutachter / BegutachterinKolbitsch, Andreas ; Schranz, Christian
Erschienen2010
UmfangIII, III, 118 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2010
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Integral / Monolithisch / Fugenlos / Biegesteif
Schlagwörter (EN)Integral / Monolitic / Jointless / Bending Resistant
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-30841 Persistent Identifier (URN)
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Integrale Bauweise [7.39 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Dehnfugen- und Lagerkonstruktionen werden heutzutage traditionell in Tragwerken angeordnet, um Zwängungskräfte, die ansonsten durch die statische Überbestimmtheit und damit einhergehende Behinderung der Dehnung auftreten würden, bestmöglich zu minimieren. Durch dieses Vorgehen werden jedoch einerseits gezielt lokale Schwachstellen in einem Tragwerk eingebaut und andererseits die Tragstruktur global geschwächt.

Dehnfugen und Lager bedürfen neben den Anschaffungskosten auch einer laufenden Wartung, welche mit entsprechend hohen Kosten verbunden ist.

Die Lebensdauer von Dehnfugen und Lagern ist außerdem deutlich niedriger als die der Bauwerke, in denen sie verbaut sind. Das bedeutet, dass im schlimmsten Fall während der Nutzungsphase des Tragwerks die Fugenkonstruktionen, egal ob Dehnfuge oder Lager, zur Gänze ausgetauscht werden müssen. Sind solche Konstruktionsteile schadhaft, müssen sie umgehend ausgetauscht werden, da ansonsten aufgrund der mangelhaften Funktionstüchtigkeit Schäden am restlichen Bauwerk entstehen könnten.

Derartige Sanierungsmaßnahmen sind neben weiteren Kosten auch unter Umständen mit einer Nutzungssperre während des Tausches verbunden. Durch die Anwendung der integralen Bauweise können hingegen dauerhafte und äußerst wartungsarme Bauwerke geplant und ausgeführt werden. Der Baustoff Beton ist für fugenlose Bauwerke prädestiniert.

Monolithisch ausgeführte Tragwerke sind jedoch hochgradig statisch unbestimmte Systeme, weshalb eingeprägte Dehnungen, Verschiebungen und Krümmungen infolge Änderung der Temperatur Zwangskräfte hervorrufen.

Diese können jedoch unter Ausnutzung des nichtlinearen Materialverhaltens des Betons sinnvoll und wirklichkeitsnah berechnet werden. Die Größe der Zwangseinwirkungen und die resultierenden Schnittgrößen hängen von einer großen Anzahl an Einflussgrößen ab. Zur Minimierung der Beanspruchungen erweisen sich beispielsweise spezielle Betonmischungen, Konstruktionsleichtbetone und Hochleistungsbetone als hilfreich. Mit diesen können das Wärmedehnungsverhalten und die Steifigkeit zwei wichtige Eingangsgrößen für Berechnung der Beanspruchungen aus Zwang gezielt gesteuert werden. Die Verteilung der Schnittgrößen kann aber auch durch zielgerechte Änderung der Steifigkeitsverhältnisse sinnvoll verändert werden. Zusätzlich hat der Baugrund aufgrund der Interaktion zwischen Untergrund und Bauwerk einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss.

Trotz dieser Probleme und Schwierigkeiten bei der Planung und Bemessung konnte jedoch die Machbarkeit anhand mehrerer bereits erfolgreich realisierter und in Betrieb befindlicher integraler Tragwerke aus den Bereichen des Hoch-, Brücken- und Tiefbaus bestätigt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

Nowadays expansion joints and bearings are traditionally set in structures to minimize the forces caused by the indeterminacy accompanied by constraint of the expansion as much as possible. Because of that advancement local weak spots will be embedded in the structure.

On the other hand, the global structure would be weakened overall.

Beside the costs of expansion joints and bearings, they also need to be serviced continuously. The durability of expansion joints and bearings is lower than the durability of the buildings, they are installed in.

Finally, the joints have to be exchanged completely during the structures utilization phase. If one of these structural parts does not work anymore, it has to be changed immediately, because one defect part could induce defects in the rest of the building. Such redevelopment measures are associated with both, further costs and, under certain circumstances, usage limitation during the exchange. On the other hand, the integral construction technique leads to durable and low maintenance structures. Furthermore, concrete is just predestinated for the use in structures without joints.

Monolithic structures are highly statically indetermined systems.

Induced elongations, displacements and rotations, e.g. caused by change in temperature, evoke reactive forces. However, with utilization of the nonlinear material behavior jointless structures can be designed reasonable.

The quantity of the reactive forces and resulting stress resultant depends on numerous factors. For example, special concrete mixes, light-weight concrete, and high performance concrete prove to be helpful to minimize the stress. With these types of concrete the thermal coefficient and the stiffness, which are the two important factors for the quantity of the reactive forces, can be managed that way very well.

The allocation of the stress resultant also can be controlled effectively through specific modification of the stiffness allocation.

Because of the interaction between foundation and structure, the underground also has a significant effect on the resulting stress of monolithic buildings.

Despite all these problems and difficulties during planning and sizing the concept of integral structures can be affirmed by many already successful projects in high rise structrues, bridge buildings, and underground engineering.