Grundlegende Untersuchungen zur Anwendung von UHPC-Stützen im Hochbau

Abstract

Angesichts des derzeitigen Trends, immer größer, weiter und höher zu bauen, sind für herkömmliche Stahlbetonbauten bereits Grenzen erreicht. Somit ergeben sich in verschiedensten Bereichen, speziell aber im Hochhausbau spannende Anwendungsgebiete für die derzeit vorwiegend in der Forschung verwendeten Hochleistungswerkstoffen. Eines dieser Anwendungsgebiete sind hochbelastete Stahlbetonstützen, wo mittels Substitution der konventionellen Materialien mit eben diesen hochleistungsfähigen Baustoffe, der Bau von schlanken Stützen ermöglicht wird. Dies führt wiederum zu Material-, Flächenund Ressourcenersparnis. Somit können unter den richtigen Voraussetzungen, Stützen aus Hochleistungsmaterialien kosteneffizienter eingesetzt werden als herkömmliche Stahlbetonstützen. Im Zuge dieser Diplomarbeit wird der Einsatz von hochfestem Stahl SAS 670/800 sowie Ultrahochleistungsbeton (Ultra-High-Performance-Concrete - UHPC) untersucht. Die derzeit normative Regelung für Stahlbetonstützen in EN 1992-1-1 lässt eine maximale Stauchung von 2,00h zu. Dadurch kann der hochfeste Stahl SAS 670/800 nicht bis zur Fließgrenze ausgenutzt werden und wäre somit als Druckbewehrung unwirtschaftlich. Durch Kriechen im Beton, kommt es zu einer Lastumlagerung von Beton zum Stahl. Mithilfe dieses Phänomens, kann ein höherer Ausnutzungsgrad von hochfestem Stahl erreicht werden. Ein weiteres Problem ergibt sich im Stützen-Deckenknoten bei der Durchleitung von hohen Lasten durch die Decke. Angesichts der unterschiedlichen Betonfestigkeiten und der Verwendung von schlanken UHPC Stützen entstehen Spannungsspitzen im Deckenbereich. Aufbauend auf dieser Problematik wurde von der TU-Wien ein Patent eines Stützen- Deckenknotens entwickelt, das eine verbesserte Kraftdurchleitung ermöglicht. Abschließend wurden unterschiedliche Stützen-Deckenknoten mittels FE-Analyse berechnet. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse lieferten respektable Werte für weiterführende Untersuchungen.

In view of the trend of constructing buildings increasingly bigger, wider, and taller, the limits of conventional reinforced concrete columns are already being reached. Therefore, in high-rise construction, intriguing areas of application come up for high-performance materials currently used primarily in the field of research. One of these areas of application involves high loaded reinforced concrete columns, where such components can be realised by substituting conventional materials with the mentioned high-performance building materials. The development of high-performance materials enables the construction of slim columns, which in turn leads to material-, spaceand resource savings. Thus, under the right conditions, high-performance columns can be used more cost-efficiently than conventional reinforced concrete columns. In the course of this diploma thesis the use of high strength steel SAS 670/800 and ultra high performance concrete (UHPC) is investigated. The current normative regulation for reinforced concrete columns in the EN 1992-1-1 allows a maximum compression of 2.00h. Therefore, the high-strength steel SAS 670/800 cannot be strained up to its yield point and would hence be uneconomical as pressure reinforcement. Due to creep in the concrete, there is a load redistribution from concrete to steel. By taking advantage of this phenomenon, a higher degree of utilisation of high-strength steel can be achieved. Another problem arises in the column-slab joint when transmitting high loads through the slab. Because of the different concrete strengths, stress concentrations occur in the slab joint. Building on this issue, the Vienna University of Technology has developed a patent for a column-slab joint, which enables a better transmission of loads. Finally, different column slab joints are calculated through an FE analysis. The obtained findings provide respectable values for further investigations.