[PDF] Beton-Bodenplatten für Hallen- und Freiflächen

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277© 2005 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin · Beton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Heft 4

Beton-Bodenplatten im Industriebau dienen als Fahrbahn, Lager- brauchseigenschaften Rutschfestigkeit, Ebenheit, Verschleiß- festigkeit, Widerstand gegen chemischen Angriff, Dauerhaftigkeit und Standsicherheit werden hohe Anforderungen gestellt. Des- halb ist gerade bei Beton-Bodenplatten eine ganzheitliche Be- trachtung der Planungs- und Bauaufgabe besonders wichtig, um eine wirtschaftliche Konstruktion (niedrige Herstellkosten und geringer Unterhaltsaufwand) gemeinsam mit dem Bauherrn fest- Konstruktions- und Bemessungsregeln für Beton-Bodenplatten zusammenfassend dargestellt, um das Finden der für jeden Ein- Concrete Floor Slabs for Indoor and Outdoor Areas Ð Design and

Construction

Concrete floor slabs for industrial buildings are used as drive- ways, stock areas and foundations, e. g. for high rack ware- houses. It is very exacting to serve the customerÕs demands as for slippery safety, evenness, wear and chemical resistance, durability and stability. Especially for concrete floor slabs it is particularly important to have an entire view on the construction and building requirements to fix an economic solution in co- operation with the client. The aim of this article is to summarize the substantial design and construction rules for concrete floor slabs in order to facili- tate the finding of an ideal solution.

1EinfŸhrung

Betonstraflen und Hallenbˆden aus Beton werden schon seit ¸ber 100 Jahren erfolgreich geplant und ausgef¸hrt. Die technische Entwicklung ging einher mit derW eiter- entwicklung der Einbaumaschinen (z.B. Deck enfertiger, Fl¸gelgl‰tter) und derBetontechnologie (z. B. Luftporen- bildner,Flieflmittel, Hartstoffeinstreuung) und ist Ö was den Straflenbau betrifft Ö zweifelsohne ausgereift. Beim Bau von Beton-Bodenplatten im Hallen-und Industrie- bau h‰ufen sich allerdings in letzter Zeit Sch‰den,insbe- sondere bei starkem Gabelstaplerverkehr. Die aufgetrete- nen Sch‰den gehen sowohl auf Planungsfehler(keine Planung, falsche Konstruktion,Unterdimensionier ung), Ausschreibungsfehler (å1Lage Q 1 88,Dicke und Fugen- anordnung nach Wahl des Auftragnehmersç)als auch auf mangelhafte Sorgfalt bei derAusf ¸hrung (Betonbestel- lung, handwerkliches Kˆnnen beim Einbau,Nachbehand- lung) zur¸ck[1]. Umfangreiche Hinweise f¸rgeeignete Konstruktio- nen f¸rBetonbˆden im Industriebau gibt [2],w obei die Konstruktions-und Bemessungsv orschl‰ge Bezug neh- men auf die im Betonstraflenbau ¸blichen Betone gem‰fl [3], [4] und [5]. Durch die Einf¸hrung derneuen DIN1045 [6] besteht die Gefahr,dafl bei derBetonbestel- lung die Eigenschaften (Expositionsklassen)gem‰fl der neuen DIN 1045mit den Eigenschaften eines Straflenbau- betons (z. B. hohe Biegezugfestigkeit)ve rwechselt wer- den, was leicht zurUnterdimensionier ung von nichttra- genden und in der Regel unbewehrten Beton-Bodenplat- ten f¸hren kann. Ein weitererwesentlicherP unkt ist,dafl Belastungen aus Gabelstaplerbetrieb wesentlich grˆflere Beanspruchungen hervorrufen als die luftbereiften Fahr- zeuge im Straflenverkehr. Deshalb wird in [1] empfohlen, die beliebte Ö weil kosteng¸nstige Ö Ausf¸hrung von ge- schnittenen Scheinfugen nur bei geringem Gabelstapler- verkehrbis zu einerzul‰ssigen Gesamtlast von 69 kN aus- zuf¸hren. Den prinzipiellen Aufbau einerBeton-Boden- platte zeigt Bild 1. ZurErreichung einergleichm‰fligen

Bei Beton-Bodenplatten ist eine ganzheitliche

Betrachtung wichtig.

Beton-Bodenplatten fŸr Hallen-

und FreiflŠchen

Konstruktion und Bemessung

Gerhard Stenzel

Bild 1.Prinzipieller Au fbau einerBeton-Bodenplatte

Fig. 1.Concrete floor slab Ö principle

05_277-288 23.03.2005 11:23 Uhr Seite 277

und homogenen Auflagerung ist die Anordnung einer

Aufnehmen und Wiedereinbauen des vorhandenen Bo-

denmaterials hergestellt werden. Gleichermaßen wichtig ist, daß derv orhandene Untergrund auch im Bereich von Hand ist die Anordnung einerGleitschicht (z. B. eine La- mit Straßendeckenfertigern die Verwendung eines Vlies- stoffes auf hydraulisch gebundenen Tragschichten durch- gesetzt hat (siehe auch [7]). Dies gilt auch,wenn eine Sau- berkeitsschicht geplant wird. Falls eine Beschichtung er- forderlich oder vorgesehen ist (eventuell auch zu einem 278
G. Stenzel á Beton-Bodenplatten fŸr Hallen- und FreiflŠchen Ð Konstruktion und Bemessung über die Fugen hinweg geführt wird,weil die Beschichtung bei Fugenbewegungen durchreißen odernach oben aus- beulen würde.

2Lastannahmen und Baustoffkennwerte

Beton-Bodenplatten sind multifunktionale Bauteile, auf die unter anderem folgende Beanspruchungen einwirken -Gabelstapler-und LK W-Verkehr -Lagerlasten (Paletten, Schüttgüter) -Regallasten (inkl. Aussteifungen) -Aufstellung von Maschinen -Mechanische und chemische Beanspruchungen -Wasserdruck( von unten oderoben) -Setzungen und Bergsenkungen s -Temperaturgradienten t -Schwinden und Quellen des Betons -Kriechverformungen des Betons Gleichzeitig müssen Beton-Bodenplatten folgende Anfor- erfüllen: -Rutschfestigkeit -Ebenheit -Verschleißfestigkeit Außerdem sollen Beton-Bodenplatten nur geringe Unter- haltskosten verursachen und pflegeleicht sein. struiert und bemessen wird. Deshalb kommt zutreffenden Lastannahmen bei Bodenplatten eine hohe Bedeutung zu. Eigen- und Nutzlasten regelt DIN 1055-3[8]. Hiersei vorallem hingewiesen auf die Einzellasten aus Gabelstap- lerbetrieb, die neuerdings in sechs Kategorien eingeteilt sind. Nach dieser Norm sollte bereits geplant werden,ob- wohl sie noch nicht bauaufsichtlich eingeführt ist. In Ta-

Bild 2.Scheinfugen mit Verd¸belung

Fig. 2.Cut expansion joints with pinning

Tabelle 1.Char akteristische Werte fürGabelstaplerbetrieb nach DIN 1055 -3[8] Table 1.Char acteristic values foroperation of fork lifts acc. to D IN 1055-3[8] k

Radlast (Einzelrad) 1,4Q

k (Summe aus und Eigenlast) [kN] [kN][kN/m 2 ][kN] a [m]l [m] b [m]

G1 3110 12,5180,85 2,601 ,00

G2 461 515,028 0,953,001, 10

G3 6925 17 ,5441,003,301 ,20

G4 1004020,0 631,204,00 1,40

G5 1506020,0 981,504,60 1,90

G6 1908020,0 1201,805, 10 2,30

05_277-288 23.03.2005 11:23 Uhr Seite 278

eton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Heft 4 279
Radlasten infolge von Gabelstaplerbetrieb zusammenge- stellt. In dieser Tabelle ist derfü rdie Radlast anzusetzende Schwingbeiwert von = 1,4bereits berücksichtigt. In [2] werden fürsehrsch were Gabelstapler und Container-Por- ben. Radlasten und Schwingbeiwerte von automatischen im Einzelfall abgestimmt werden. Dies gilt auch fürdie Eigen-und Nutzlasten von Re- galanlagen. Hier ist es notwendig,die Angaben der Her- steller kritisch zu hinterfragen und auch fürdas Eigenge- wicht der Regale den Teilsicherheitsbeiwert fürVerkehrs- lasten Q = 1,5anzuwenden. Auch wenn derRegalherstel- ler dies nicht angibt,ist zurErzielung einerausreichenden Sicherheit gegen Umkippen immereine H orizontallast in punkts anzunehmen [8]. Der Ansatz derv ollen Regal- sondere notwendig fürdie Ermittlung von zentrischen Zwangbeanspruchungen bei Beton-Bodenplatten im Frei- en oderin T orbereichen von Hallen. Für die Berücksichtigung von normalem LKW-Ver-

30/30 der DIN 1072 [9],das heißt die Einzelachse mit

130kN. Die Berücksichtigung eines Schwingbeiwerts ist

nicht erforderlich (Radlast 0,5· 1 30 = 65kN,Aufstands-

Vorallem bei Beton-Bodenplatten im Freien und in

s [10] darf in Deutschland die minimale Außenlufttempera- tur zu -24°C und die maximale Außenluf ttemperaturzu gen von Plattenfeldern im Freien sind für24K+ 3 7K Quellverformungen des Betons bei derDimensionierung von Fugenkonstruktionen anzusetzen. Insbesondere bei nen Hallen Temperaturen bis zu 35°Cauftreten,wie der

Sommer 2003gezeigt hat!

Hinweise zum Ansatz eines zutreffenden Temperatur- gradienten - z.B. infolge von Sonneneinstrahlung im in [4]: nes Temperaturgradienten nicht erforderlich,wenn die Beton-Bodenplatte erst nach der Fertigstellung von Dach Frostperiode bereits beheizt wird. DerRegelfall ist aber , daß aus baubetrieblichen Gründen zwardas Dach fertig- sind, wenn die Beton-Bodenplatte betoniert wird. In die- sem Fall und wenn große Fassadenverglasungen odervie- le Tore (Logistikzentren)vorhanden sind, empfiehlt der Verfasser,bei der Bemessung einen T emperaturgradienten z. B. derD IN 1045[6] entnommen werden. Der Übersichtlichkeit und Einfachheit halbersollten Q = 1,5und die Zwangbeanspr uchungen (Temperatur,

Schwinden/Quellen,K riechen und Vorspannung)mit

Zwang = 1,0 angesetzt werden. DerAnsatz von Kombinati- onsbeiwerten würde eine rechnerische Genauigkeit vor- auch fürden Ansatz des E-M oduls des Betons,derin der fern angegeben ist. Für die Konstruktion und Bemessung von Beton-Bodenplatten ist eine Annahme des E-Moduls mit E c = 30000 N/mm 2 (wie z.B. auch in [4]) fü rdie üb- zahl t fürBeton, Betonstahl und Spannstahl darf mit

1,0·10

-5 K -1 angenommen werden [6].

3Unbewehrte Beton-Bodenplatten

3.1 Anwendung im Stra§enbau

Die bekannteste Anwendung von unbewehrten Beton-Bo- denplatten ist zweifelsohne derBetonstraßenbau. Eine tonstraße wurde erstmals 1888 in Breslau hergestellt. Be- tonstraßen weisen - bei entsprechenderkonstr uktiver Durchbildung - eine hohe Dauerhaftigkeit auf. Im Be- reich des BMVBWklassifiziert die R ichtlinie fürdie Stan- kehrsbelastung (Bild 3).

3.1.1 Berechnung der Lastspannungen der Betonplatte

Die Dimensionierung derBauklassen der RStO 01 [7] be- gen und zahlreichen Untersuchungen von Eisenmannin Verbindung mit dem empirisch verbesserten Rechenver- fahren nach Westergaard. Obwohl dieses Verfahren weder Œgenau noch Œdimensionsfreiist,stellt es doch bis heute platten zu bestimmen. Das gleiche Verfahren dient übri- gens auch zurBerechnung von Estrichen auf Tritt- Biegezugspannungen einer elastisch gebetteten Platte un- ter einerŒ Topflastfürdie drei Laststellungen Plattenmit- te, Plattenrand und Plattenecke. Die aus [5] entnomme- nen Formeln sind in Bild 4 dargestellt. Die Formeln zeigen anschaulich die Einflüsse derbeiden wichtigsten Para- meter: -Die Radlast Q geht linear in die Berechnung derBiege- zugspannungen ein.

05_277-288 23.03.2005 11:23 Uhr Seite 279

eton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Heft 4 -Die Dicke h derBeton-Bodenplatte geht quadratisch (das Widerstandsmoment dominiert)in die Biegespan- nungsermittlung ein. folgende Aussagen zu: dert die Biegezugspannungen nurun wesentlich. -Eine Schwankung des E-Moduls des Betons um ±20% hat auf die Biegespannungen nur einen geringen Ein- fluß. -Die maximalen Biegezugspannungen fürdie Laststel- lungen Plattenrand und Plattenecke sind etwa gleich

FŸr die Dauerhaftigkeit von Beton-Bodenplatten

sind ausreichend dimensionierte Tragschichten zwingend erforderlich. 280
groß und etwa doppelt so groß wie bei derLaststellung

Plattenmitte.

Die im Straßenbau übliche Verdübelung (Bild 2)derFu- gen reduziert die maximalen Biegezugspannungen am Plattenrand und in der Plattenecke auf in etwa den 1,5fa- chen Wert derLaststellung Plattenmitte. Allerdings wird den (großes Schwindmaß)außer acht zu lassen, weil an- sonsten die Beton-Bodenplatte im Bereich von unver- daß die in Beton-Bodenplatten unter Einzellasten auftre- tenden Biegezugspannungen rasch abklingen und daß üb- liche Tandem-bzw. Doppelachsen im Vergleich zum An- der maximalen Biegezugspannungen in derPlatte bewir- ken. Dies gilt genauso fürdie in T abelle 1angegebenen

Einzel-Radlasten fürGabelstapler.

Bild 3. Klassifizierte Bau-

weisen mit Betondecken

Fig. 3. Classified construc-

tion methods of concrete road surfaces acc. to RStO 01[7]

Bild 4. Verbessertes Rechen-

verfahren nach Westergaard (aus [5])

Fig. 4. Improved calculation

formulas of Westergaard (from [5])

6RQGHUGUXFNDXV%eton- und Stahlbetonbau 100 (2005), Heft 4

281

3.1.2 Berechnung der Temperaturspannungen

der Betonplatte eingeschnittene, verdübelte Scheinfugen (Bild 2). Schein- fugen sind zurReduzier ung derBeanspruchungen infolge von Änderungen derMitteltemperaturt s bzw. Schwin-

Abkühlung t notwendig.

Eine verformungsbehinderte,fugenlose Beton-Bo-

denplatte reißt bereits bei einer Abkühlung um 20 Kauf, t t

· t

s

· E

c t =1,0 · 10 -5

· 20 · 30000

= 6 N/mm 2

2 · f

ctm

Man erkennt sofort,daß die Zugfestigk eit f

ctm des Betons nicht ausreicht, um Trennrisse zu verhindern. Dies gilt für Endschwindmaßes von 0,20‹ bis 0,40‹,was einerzu-

Deshalb werden beim Bau von Betonstraßen immer

Scheinfugen im Abstand von 25· h angeordnet. Das ergibt bei derRegeldicke von 260 mm einen Scheinfugenabstand von max. 6,50 m, üblich sind 5,00 m. tikallasten einwirken und derBewegungsmittelpunkt in der Feldmitte liegt, kann man die durch eine Temperaturabsen- kung entstehende Normalspannung t wie folgt berechnen: mit

Wichte des Betons [MN/m

2 R

Reibungsbeiwert in derBodenfuge

1,6 bei der Erstbewegung (auf Untergrund)

0,8 fürwiederholte Bewegungen

0,8 bei 2lagiger Folie (Erstbewegung)

(weitere Werte z.B. in [11]) Für eine nurdurch ihr Eigengewicht belastete Bodenplatte mit 6,50 m Scheinfugenabstand ergibt sich fürdie Erstbe- wegung Man erkennt,daß dieser Einfluß nicht maßgebend f ürdie

Bemessung ist.

max t

Nmm= =

24 10
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