Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken mit integrierten Hohlräumen unter Längszug

Zur Realisierung von schlanken, weit gespannten Deckensystemen im Hochbau werden zunehmend zweiachsig gespannte Hohlkörperdecken eingesetzt. Bei dieser Bauweise sind die Deckenquerschnitte im Vergleich zu massiven Stahlbetondecken planmäßig geschwächt. Gleichermaßen gilt dies für Stahlbetondecken, die als Installationsebene für Gebäudetechnik genutzt werden. In beiden Fällen führen die integrierten Hohlräume zu einer Minderung der Querkrafttragfähigkeit von nicht querkraftbewehrten Stahlbetondecken. An der TU Kaiserslautern wurde in den vergangenen Jahren die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken mit integrierten Leitungen eingehend erforscht. Die entwickelten Bemessungskonzepte stehen der Baupraxis mit den nationalen Erläuterungen zu EC2 [1] zur Verfügung. Der Einfluss von Längszug auf die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken mit integrierten Hohlräumen ist jedoch weitgehend unbekannt. Aus diesem Grund wurde in einem Kooperationsprojekt zwischen der TU Kaiserlautern und der HS Bochum mithilfe von experimentellen Untersuchungen und numerischen Berechnungen das Querkraftversagen dieser Bauteile erforscht und es wurden Bemessungsvorschläge für die Praxis abgeleitet. Die Versuchsergebnisse zeigen den erwartungsgemäß ungünstigen Einfluss von Längszug auf die Querkrafttragfähigkeit massiver Stahlbetondecken. Im Gegensatz dazu zeigt sich bei Stahlbetondecken mit integrierten Hohlräumen ein deutlich geringerer ungünstiger Einfluss von Längszug auf die Querkrafttragfähigkeit. Die Forschungsinhalte geben Aufschluss über das Tragverhalten geschwächter Stahlbetonbauteile unter Längszug infolge einer direkten Einwirkung. Auf Grundlage der Ergebnisse wurde das bestehende Konzept nach [1] für die Bemessung der Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetonbauteilen mit integrierten Hohlräumen unter Längszug erweitert. Das Forschungsprojekt wurde durch das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau finanziell gefördert [2].

Shear strength of reinforced concrete slabs with cavities subjected to tensile stress
Due to architects' and owners' ever-present wish of using slim and wide-spanned slabs the employment of biaxial voided slab systems in building structures has significantly increased over the last few years. It is obvious that compared to massive reinforced concrete slabs the cross sections of biaxial voided slabs are weakened. This equally applies to concrete slabs, which are used as an installation space for the piping systems of building services. In either case, these integrated cavities lead to a significant reduction of the shear strength of reinforced concrete slabs without shear reinforcement. During the last few years the shear strength of reinforced concrete slabs with cavities has intensively been studied at University of Kaiserslautern. The developed design methods have been included in the german national annex of EC2 [1] and can therefore be used in structural design practice. However, the effects of longitudinal tensile forces on the shear strength of reinforced concrete slabs with cavities have not been studied to date. This issue has now been addressed in a cooperation project between University of Kaiserslautern and Bochum University of Applied Sciences in which the shear strength of these structural elements was investigated in experimental tests and numerical simulations. Based on the results of the project, respective design formulas have been derived. The test results clearly show an adverse effect of direct longitudinal tensile forces on the shear strength of reinforced concrete slabs without cavities and a good correlation with the existing design method of EC2. Conversely, the test results show a significantly less adverse effect of direct longitudinal tensile forces on the shear strength of reinforced concrete slabs with cavities. Based on the results of this research, the existing design concept [1] was extended for the calculation of the shear strength of reinforced concrete slabs with cavities subjected to longitudinal tensile forces.
The research project was funded by the Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) within the research program “Zukunft Bau”.