Bachelorarbeit: Vorbemessungstafeln für Verbundstützen in Tiefgaragen
Wie groß muss eine Verbundstütze in der Tiefgarage sein – und das, bevor die eigentliche Statik beginnt? Genau diese Frage stellt sich Architekten, Bauträgern und Tragwerksplanern in jeder frühen Entwurfsphase. In seiner Bachelorarbeit an der Hochschule Biberach hat unser Mitarbeiter Patrick Aumann dafür in Zusammenarbeit mit der Ingenieurbüro Stevens GmbH praxistaugliche Vorbemessungstafeln für Verbundstützen entwickelt. Betreut wurde die Arbeit von Prof. Dr.-Ing. Christian Kulas (HBC) und B. Eng. Shpend Stevens.
Titel der Arbeit: „Entwicklung von Vorbemessungstafeln für Verbundstützen unter Berücksichtigung verschiedener Entwurfs- und Belastungsfaktoren“
→ Direkt zum Online-Rechner für die Vorbemessung
Motivation: schnelle Querschnitte für Tiefgaragen
Im Wohn- und Geschossbau tragen Stützen in Tiefgaragen und Untergeschossen hohe Lasten aus mehreren Obergeschossen ab. Gleichzeitig sollen sie schlank sein, damit Stellplätze und Fahrgassen frei bleiben, und sie müssen die Brandschutzanforderungen erfüllen. Verbundstützen aus betongefüllten Stahlhohlprofilen vereinen beides. Ihre Bemessung ist jedoch aufwendig. Ziel der Arbeit war deshalb ein Werkzeug, mit dem sich in wenigen Sekunden ein belastbarer Vorbemessungsquerschnitt ablesen lässt.
Bemessung nach Eurocode 4
Grundlage ist die vollständige Verbundwirkung von Stahl und Beton. Die plastische Normalkrafttragfähigkeit ergibt sich aus der Summe der Traganteile von Stahlprofil, Beton und Betonstahl; für betongefüllte Hohlprofile darf der Beton dabei voll angesetzt werden. Für den Stabilitätsnachweis wird die effektive Biegesteifigkeit EIeff = Ea·Ia + Es·Is + 0,6·Ec,eff·Ic berücksichtigt.
- Kaltbemessung nach DIN EN 1994–1‑1 mit dem vereinfachten Bemessungsverfahren (Ersatzstabverfahren und Interaktionskurven)
- Heißbemessung nach DIN EN 1994–1‑2 für die Feuerwiderstandsklassen R 30, R 60 und R 90
- Durchstanznachweis der anschließenden Decken nach DIN EN 1992–1‑1 mit Nationalem Anhang
Randbedingungen aus der Praxis
Stützenlängen: Die Garagenverordnung Baden-Württemberg fordert eine lichte Höhe von mindestens 2,00 m. Praxisübliche Untergeschosse liegen darüber, die Obergrenze wurde bei 2,75 m gesetzt. Untersucht wurden daher lichte Höhen von 2,25 m, 2,50 m und 2,75 m.
Schnitt Tiefgarage: Die lichte Höhe bestimmt die Stützenlänge (untersucht: 2,25 m, 2,50 m, 2,75 m).
Materialien: Beton C30/37, Hüllrohr S235, Einstellprofil S355, Betonstahl B500SA.
Lasten: Bemessungsnormalkräfte von 400 bis 3.000 kN mit 80 % ständigem und 20 % veränderlichem Lastanteil.
Anschlüsse: Kopf- und Fußplatten mit schwindarmem, selbstverdichtendem Vergussmörtel, Anschlussdornen bzw. ‑blechen, Ankerstangen und angeschweißten Anschlussplatten. Für das Durchstanzen wurde VEd mit 40 % der Bemessungsnormalkraft angesetzt.
Anschlussdetail der Verbundstütze mit Kopfplatte Bl 400/500 und Vergussmörtel.
Die Berechnungen erfolgten mit mb WorkSuite 2025 (Verbundstützen), der Würth Technical Software (Kopfplatten) und der HDB-Software von Halfen (Durchstanzen).
Ergebnis: Vorbemessungstafeln und Diagramme
Entstanden sind zwei sich ergänzende Werkzeuge:
- Vorbemessungstabellen – übersichtlich und schnell zu bedienen. Für jede Feuerwiderstandsklasse, lichte Höhe und Laststufe liefern sie die erforderliche Bewehrung bzw. das Einstellprofil, die Kopfplattendicke und die Mindestdeckenstärke.
- Vorbemessungsdiagramme – genau und vergleichbar. Sie zeigen die mögliche Knicklänge in Abhängigkeit von der Bemessungsnormalkraft für den Kaltzustand sowie R 30, R 60 und R 90 und bilden damit eine Grundlage für Kalkulationen.
Auszug Vorbemessungstafel F30: Bewehrung bzw. Einstellprofil, Mindestdeckenstärke und Kopfplattendicke je Laststufe.
Vorbemessungsdiagramm: mögliche Knicklänge in Abhängigkeit von der Bemessungsnormalkraft NEd (Hüllrohr 200×300×10 S235, Einstellprofil HEB 140 S355, Beton C30/37).
Zur einfachen Anwendung wurden die Tabellen zusätzlich als HTML-Rechner umgesetzt – diesen stellen wir hier kostenfrei zur Verfügung:
→ Online-Vorbemessung Verbundstütze öffnen
Fazit
Die Arbeit liefert eine einfache und praktikable Vorbemessung für Verbundstützen in Tiefgaragen, hinter der sehr umfangreiche Berechnungen stehen. Für uns als Ingenieurbüro für Tragwerksplanung in Ravensburg ist sie ein gutes Beispiel dafür, wie Hochschule und Praxis voneinander profitieren. Herzlichen Dank an Patrick Aumann für diese praxisorientierte Arbeit!
Hinweis: Vorbemessungswerte ersetzen keinen prüffähigen Standsicherheitsnachweis. Sie planen eine Tiefgarage oder ein Bauvorhaben mit Verbundstützen? Sprechen Sie uns an – wir übernehmen die Tragwerksplanung von der Vorbemessung bis zur Ausführungsstatik.