Optimierung von Hohlkörpern in Stahlbetonplatten für beliebige Schnittgrößenkombinationen

Abstract

Der Einsatz von Hohlkörpern in Stahlbetonplatten leistet einen wichtigen Beitrag zur Reduktion der Treibhausgasemissionen im Bauwesen. Während sich die Biegetragfähigkeit der Stahlbetonplatten durch die Anordnung der Hohlkörper im Allgemeinen nicht verändert, wird die Querkrafttragfähigkeit gegenüber einer Massivplatte reduziert. Durch optimierte Hohlkörperformen, deren Geometrie so gestaltet ist, dass die mögliche Volumenverdrängung maximiert und die Tragfähigkeitsreduktion minimiert wird, können die Vorteile der Hohlkörperbauweise noch besser genutzt werden. Der Beitrag beschreibt ein Verfahren, mit dem sich Hohlkörper für beliebige vorgegebene Beanspruchungskombinationen aus Biegemomenten und Querkräften hinsichtlich ihrer Volumenverdrängung optimieren lassen. Dazu wird ein genetischer Algorithmus in Kombination mit nichtlinearen FE‐Simulationen genutzt. Die Ergebnisse von 39 Optimierungsläufen unterschiedlicher Beanspruchungskombinationen werden vorgestellt und die Einflüsse der Biege‐ und der Querkraftbeanspruchung auf die mögliche Volumenverdrängung herausgearbeitet. Zwischen Querkrafttragfähigkeit und Volumenverdrängung wird ein umgekehrt proportionaler Zusammenhang festgestellt. Der praktische Nutzen wird in Form eines Anwendungsbeispiels für eine Fundamentplatte mit optimierten und beanspruchungsaffin angeordneten Hohlkörpern, durch die das verbaute Betonvolumen minimiert wird, aufgezeigt.

Optimierungsgestützte Platzierung individueller Hohlkörper in Platten

“…Die Reduktion des Eigengewichts wirkt sich fortlaufend auch auf die darauffolgend lastabtragenden Elemente wie Balken, Stützen und Fundamente aus und führt so zu weiteren Einsparungen. Darüber hinausgehende Betonreduktionen sind möglich, wenn unterschiedliche, an lokalen Schnittgrößen dimensionierte Hohlkörper [24,25] innerhalb einer Decke verwendet werden.…”

“…Es wird hier vereinfachend angesetzt, ist für beliebige Hohlkörper allerdings noch zu validieren, insbesondere ob die für den Querkraftwiderstand maßgebliche Bogentragwirkung sich auch bei den hier verwendeten Formen einstellt. Ein alternativer Bemessungsansatz wird aktuell in[25] hergeleitet.…”