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Verbundstrukturen

Beim Verbundbau aus Stahl und Beton muss der Träger mechanisch mit der Betonplatte verbunden werden, um die Materialien zu optimieren. Außerdem wird die verstärkte Betonplatte, die bereits als horizontale tragende Oberfläche dient, als Kompressionskomponente des Verbundprofils verwendet. Dadurch wird sowohl Widerstandsfähigkeit als auch Festigkeit des Trägers erhöht, bei dem es sich um das Spannungselement bei Biegebelastungen handelt.

Auf diese Weise können Beton und Stahl in Verbundstützen mit verschiedenen Profilen kombiniert werden.

Bei mehrstöckigen Gebäuden tragen Verbundstützen (Profile, die mit verstärktem Beton überzogen sind) nicht nur zum Brandschutz bei, sondern auch zur Weiterleitung vertikaler Lasten. Dies gewährleistet einerseits die Stabilität der Struktur und ermöglicht andererseits eine beträchtliche Verringerung von Querschnitt und Anzahl der benötigten Stützen.

Aufgrund der Hohlform der H-Profile können diese vor dem Zusammenbau der Teile zwischen den Flanschen mit Beton gefüllt werden, wodurch die Kosten für die Schalung entfallen. Durch diese Technik bleibt bei Bedarf ein Teil der Metalloberflächen sichtbar, was möglicherweise aus architektonischen Gründen gewünscht ist.

Verbundstrukturen bieten unerreichte Eigenschaften bei seismischen Belastungen.

Mega columns with 4 encased steel profiles

Composite mega columns of tall buildings are currently designed with continuous built-up sections, welded in the fabrication shop and spliced on the job site without any prequalified welding procedure. This leads to highly restrained welds and splices which, under severe dynamic loadings, will likely crack before exhibiting any ductile behavior. These tall buildings have not been submitted to severe earthquakes, but it will happen. The 1994 earthquake in Northridge, California, taught us that welding procedures, beam-to-column connections and column splices have to be as simple as possible to properly and reliably work as anticipated.

Using multiple rolled sections encased into concrete is the solution for increasing the safety of tall buildings. It leads to less welding, less fabrication works and reliable simple splices which have been used for decades in high-rise projects.

AISC allows engineers to design composite sections built-up from two or more encased steel. But, it doesn’t explain how to perform and check the design. Those papers offers a method to do it. The method is explained by means of design examples covering combined axial compression, bending and shear.

  • Design examples combined axial compression, bending and shear in metric units PDF
  • Design examples combined axial compression and bending in imperial units PDF
  • Design examples combined axial compression and shear in imperial units PDF