Formoptimierung außermittig belasteter Stützen – Theorie und experimentelle Verifizierung

Abstract Bei der Formoptimierung wird die äußere Gestalt eines Bauteils entsprechend dem vorherrschenden Kraftfluss gewählt. Hierdurch lassen sich bei gleichem Materialeinsatz große Laststeigerungen erzielen bzw. bei gleicher Tragfähigkeit hohe Materialeinsparungen. Im vorliegenden Beitrag wird eine Formoptimierung für außermittig beanspruchte Stützen vorgestellt, bei denen die Biegebeanspruchung aus einer Rahmenwirkung des Tragsystems resultiert. Dies ist z. B. in Randstützen typischer Stahlbetonskelettbauten der Fall, wie sie üblicherweise bei Wohn‐ und Geschäftshäusern zum Einsatz kommen. Das im Beitrag vorgestellte Formoptimierungsverfahren kann auf Stützen mit einem beliebigen Verhältnis von Momenten‐ zu Normalkraftbeanspruchung angewendet werden, unter Voraussetzung eines eintretenden Materialversagens. Ergebnisse zur Formoptimierung bei einem Stabilitätsversagen wurden für zentrisch gedrückte Stützen bereits gesondert veröffentlicht. Die Optimierung selbst erfolgt iterativ an einer über die Höhe segmentierten Stütze unter dem Kriterium, einen gleichmäßigen Spannungszustand im Bauteil zu erreichen. Mithilfe einer experimentellen Überprüfung an 3,3 m hohen Stützen konnte das gewählte Berechnungs‐ und Optimierungsverfahren verifiziert werden. Neben den Versagenslasten wurden an ausgewählten Punkten zudem die Betondehnungen sowie das Verformungsverhalten analysiert und bewertet.