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Aussteifungselemente: Wandscheiben

Die bisher vorgestellten Aussteifungselemente aus Stabwerken spielen vor allem für den Stahlbau eine wichtige Rolle. Im Massivbau (Stahlbetonbau, Mauerwerksbau) ist jedoch das am meisten verwendete Aussteifungselement die Wandscheibe.

Die waagrechte Länge einer Wand ist mindestens viermal so groß wie ihre Dicke, da sie ansonsten als Stütze betrachtet wird. Außerdem muss sie über ihre ganze Länge auf einem Fundament gelagert sein. Für den Abtrag von horizontalen Lasten wird sie als Kragarm abgebildet, der im Fundament eingespannt ist. Da die Biegesteifigkeit EI einer Wand um die schwache Achse sehr klein ist, wird die aussteifende Wirkung senkrecht zur Wandfläche vernachlässigt.

Flächenträgheitsmomente einer Wandscheibe:

		Flächenträgheitsmomente I:
		Starke Achse (y-Achse)
		Schwache Achse (z-Achse)
		da

Eine Wandscheibe darf also genau wie ein Verband oder Rahmen nur in Richtung der Längsachse zur Aussteifung herangezogen werden. Auch die Rotationssteifigkeit einer Wand ist zu vernachlässigen, da sie nur ein sehr geringes Torsionsmoment um die senkrechte Achse aufnehmen kann.

Für die Bemessung einer Wandscheibe müssen die Spannungen in Höhe der Einspannebene ermittelt werden. Wie die Spannungsverläufe für horizontale und vertikale Belastungen aussehen, soll an der folgenden Grafik erläutert werden.

Da Beton nur eine sehr kleine Zugfestigkeit aufweist, müssen Zugspannungen durch eingelegte Bewehrungsstähle aufgenommen werden. Das Einlegen von Bewehrung ist zeitaufwendig und teuer. Um den Querschnitt zu überdrücken, sollte deshalb versucht werden, möglichst hoch belastete Wandscheiben des Gebäudes als aussteifende Konstruktionselemente heranzuziehen. Es muss aber auch immer überprüft werden, ob die maximale Druckspannung die zulässige Betondruckfestigkeit nicht überschreitet.

Beim Bau von Gebäuden werden oft mehrere Wandscheiben schubfest miteinander verbunden. Sie bilden dann einen Aussteifungskern und es kann die Gesamtbiegesteifigkeit des Kerns zur Aussteifung herangezogen werden. Das bedeutet, dass die Flächenträgheitsmomente am Gesamtquerschnitt berechnet werden dürfen. Die Torsionssteifigkeit des Kerns gegen Verdrehung um die senkrechte Achse darf ebenfalls voll in Rechnung gestellt werden. Aussteifungskerne werden in Gebäuden oft als Aufzugs- oder Versorgungsschacht integriert.

Beispiel: Flächenträgheitsmomente eines Aussteifungskerns aus drei schubfest miteinander verbundenen Wandscheiben.

Flächenträgheitsmomente I:

Vergleicht man die berechneten Trägheitsmomente des Kerns mit denen von allein stehenden Wänden, erkennt man, dass die Verwendung von Aussteifungskernen erhebliche Verbesserungen bezüglich der Biegesteifigkeit in beide Richtungen bringen kann. Die Spannungen in der Einspannebene werden betragsmäßig kleiner, da das Moment durch ein größeres Trägheitsmoment I geteilt wird.

Merke!

Eine Wandscheibe kann für den Abtrag horizontaler Lasten als Kragarm abgebildet werden. Die Biegesteifigkeit EIz um die schwache Achse und die Torsionssteifigkeit einer Wand werden vernachlässigt. Die vertikalen Lasten auf einer Aussteifungswand sollten so groß sein, dass der Querschnitt möglichst weit überdrückt ist und nur geringe oder gar keine Zugspannungen auftreten. Mehrere Wandscheiben, die schubfest miteinander verbunden sind, bezeichnet man als Aussteifungskern. Die Flächenträgheitsmomente ürfen am Gesamtquerschnitt des Kerns berechnet werden, und die Torsions-steifigkeit des Querschnitts darf ebenfalls voll in Rechnung gestellt werden.