Praktische Anwendungen von Pfahl-Plattengründungen

Berechnungsverfahren

Bei der Berechnung von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen wird jeder Pfahl wie zwei Einheiten behandelt – Pfahlmantel und Pfahlfuß – mit einer gleichförmigen Setzung entlang des Pfahlmantels und im Pfahlfuß. Diese Annahme ermöglicht die Modellierung des nichtlinearen Verhaltens, das auf der empirischen Beziehung der Last- Setzungslinie nach DIN 4014 beruht.
Als Verbindung zwischen empirischen und theoretischen Vorgehensweisen wurde für die nichtlineare Berechnung von Kombinierten Pfahl-Plattengründungen ein neues Verfahren entwickelt. Es erfüllt die Anforderungen der KPP-Richtlinie.

verschiedene Modelle zur Berechnung von
Pfahl-Plattengründungen

Das Verhältnis des Pfahl- Baugrundsystems kann anhand einer linearen sowie nichtlinearen Annahme erfolgen. Man unterscheidet zwischen den folgenden nichtlinearen Berechnungen der Pfahl- Plattengründungen mit:

  1. einer hyperbolischen Funktion für Last-Setzungskurve des Pfahles
  2. Verwendung der DIN 4014 für Last-Setzungskurve des Pfahles
  3. Verwendung der EA-Pfähle für Last Setzungskurve des Pfahles
  4. einer gegebenen Last-Setzungskurve des Pfahles
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Leistungsmerkmale
  • Benutzeroberfläche und Hilfesystem sind in 3 Sprachen verfügbar: Englisch, Deutsch und Arabisch
  • Berechnung einer elastischen oder starren Kombinierten Pfahl-Plattengründung
  • Berechnung einer starren Pfahlgruppe oder schlaffen Platte auf starrer Pfahlgruppe
  • Berechnungsmodell zur Baugrund/ Bauwerk-Wechselwirkung ist unter 9 Berechnungsverfahren
  • Bemessung der Sohlplatte nach ACI, EC 2, DIN 1045 und ECP
  • Generierung des FE-Netzes der Platte mit verschiedenen Elementtypen
  • Eine automatische Generierung des FE-Netzes der Sohlplatte
  • Leistungsfähiger Netzgenerator (u.a. für die Generierung von Quadrat-, Rechteck-, Kreis-, Kreisringplatten)
  • Stabelemente zur Modellierung von steifen Mauern auf der Sohlplatte
  • An Knoten können Senkfedersteifigkeiten und Drehfedersteifigkeiten für die Platte eingeführt werden
  • Es können feste oder vorgegebene Verschiebungen und Verdrehungen berücksichtigt werden
  • Berechnung der Sohldrücke, Setzungen, Schnittgrößen, Bettungsmoduli, Bewehrung und Pfahllasten
  • Knotenkoordinaten und Begrenzungsknoten des FE-Netzes aus Tabelle über MS Excel importierbar
  • Beliebiger Plattengrundriss mit Aussparungen, Ecken und Löchern
  • Unterschiedliche Plattendicke und Gründungstiefe auf in vertikaler und horizontaler Richtung
  • Berücksichtigung der Abminderungsbeiwerte α nach DIN 4019 Teil 1
  • Einzellasten, Linienlasten, Flächenlasten und Momente an beliebiger Stelle unabhängig vom Elementnetz
  • Polygonlast mit variablen Ordinaten und Linienmoment
  • Baugrund mit bilinearem Last-Verformungsverhalten
  • Der Baugrund wird durch ein oder mehrere Bohrprofile definiert
  • Bohrprofile bei beliebig geschichtetem Baugrund
  • Berücksichtigung der Variation des Baugrundes in den drei Richtungen nach drei Verfahren
  • Darstellung der Bohrprofile mit den Bezeichnungen, Symbolen und Farben nach DIN 4023
  • Berücksichtigung der Grundwassereinflüsse und Erfassung der Vorbelastung
  • Farbdarstellung der Abmessungen, Grundrisse und Ergebnisse auf dem Bildschirm oder Drucker
  • Darstellung der Ergebnisse als Ergebniswerte im Grundriss, Isolinien, Kreisdiagramme
  • Isometrische Darstellungen der Ergebnisse
  • Aufzeichnung des Verlaufes der Ergebnisse im Grundriss
  • Darstellung der Verformungen mit deformiertem Elementnetz
  • Strichdarstellung der Hauptmomente
  • Zeichnungsschnitte der Ergebnisse aus mehreren Berechnungsverfahren in einem Bild
  • Daten und Ergebnisse von mehreren Projekten können zusammen dargestellt werden
  • Tabellierung der Daten und Endergebnisse auf dem Bildschirm oder Drucker
  • Ergebnisse können in einer ASCII-Datei abgespeichert werden
  • Die Darstellungen können wahlweise als WMF-Datei ausgegeben werden
  • Es gibt im Benutzerhandbuch ausführliche Erläuterungen mit Berechnungsbeispielen
  • Zur Datenabfrage können kurze Hilfe-Informationen angefordert werden
  • Exportieren der Ergebnisse als Tabellen und Diagrammen nach MS Excel
  • Exportieren der Daten und Ergebnisse nach MS Word
  • Eine Gruppe von Daten mit Ergebnissen zusammen in einer Darstellung
  • Kopieren von Zeichnungen in die Zwischenablage zur Übernahme in die Textverarbeitungsprogrammen

Pfahl-Plattengründung des Torhauses in Frankfurt mit dem Programm ELPLA

Das Torhaus befindet sich in Frankfurt/ Main in Deutschland und teilt das Messegelände in einen östlichen und einen westlichen Geländeteil. Das Haus wurde zwischen 1983 und 1986 gebaut und stellt das erste Gebäude in Deutschland dar, das mit einer Pfahl-Plattengründung ausgestattet ist. Das Gebäude hat eine Höhe von 130 [m]. Mit Benutzung der installierten Instrumente in diesem Fundament wurde ein Messprogramm etabliert, um das Verhalten des Gebäudes zu überwachen. Weil diese Instrumente die Setzungen der Platte, Sohldrücke auf der Platte und Lasten auf den Pfählen notieren, war das Gebäude eine gute Chance für viele Autoren, um ihre Berechnungsverfahren zu überprüfen. Seitdem das Torhaus gebaut wurde, haben viele Autoren sein Verhalten untersucht. Einige von ihnen sind Sommer et al. (1985), Sommer (1989) und Reul/ Randolph (2003).

Pfahl-Plattengründung des Messeturmes in Frankfurt mit dem Programm ELPLA

Der Messeturm war bis 1997 das höchste Hochhaus in Europa. Das Gebäude steht in Frankfurt/ Main in Deutschland. Es ist 256 [m] hoch und steht auf einer Kombinierten Pfahl-Plattengründung.
Mit Benutzung der installierten Instrumente in diesem Fundament wurde ein umfangreiches Messprogramm etabliert, um das Verhalten des Gebäudes zu überwachen. Weil diese Instrumente die Setzungen der Platte, Sohldrücke auf der Platte und Lasten auf den Pfahlköpfen und entlang der Pfahlmäntel notieren, war das Gebäude eine gute Chance für viele Autoren, um ihre Berechnungsverfahren zu überprüfen. Seit der Messeturm gebaut wurde, haben viele Autoren sein Verhalten untersucht. Einige von ihnen sind Sommer (1989), Sommer/ Katzenbach (1990), Thaher (1991), Sommer/ Tamaro/ DeBenedittis (1991), EL-Mossallamy (1996), Katzenbach/ Arslan/ Moormann (2000), Reul/ Randolph (2003) und Chow/ Small (2005).

 Messeturm data

Pfahl-Plattengründung des Westend 1 in Frankfurt mit dem Programm ELPLA

Westend 1 hat eine Höhe von 208 [m] und steht auf einer Pfahl-Plattengründung. Das Hochhaus liegt in der Stadt Frankfurt, Deutschland. Es wurde 1993 fertiggestellt. Das Hochhaus war bis 1993 der dritthöchste Hochhaus in Frankfurt und auch in Deutschland.

Das Gebäude hat einen Keller mit drei Untergeschossen und 51 Stockwerken mit einem durchschnittlichen geschätzten angewandten Druck von 412 [kN/m2]. Das Gebäude wurde auf einer Fundamentplatte mit einer Fläche von ca. 2900 [m2]. Es wurde auf Frankfurter Ton in einer Tiefe von 14.5 [m] unter der Gelände gegründet. Die Platte weist in der Mitte eine Dicke von 4.65 [m] auf, die sich zu den Rändern auf 3 [m] verjüngt. Gestützt wird sie durch 40 gleich großen Bohrpfähle mit einem Durchmesser von je D = 1.3 [m] und Pfahllängen 30 [m]. Auf zwei Ringen unter den schweren Stützen des Überbaus sind die Pfähle angeordnet.

 Westend 1 data

Pfahl-Plattengründung des Skyper in Frankfurt mit dem Programm ELPLA

Skyper hat eine Höhe von 154 [m] und steht auf einer Pfahl-Plattengründung. Das Hochhaus liegt in der Stadt Frankfurt, Deutschland. Es wurde 2004 fertiggestellt, ‎Bild 6-1. Das Hochhaus war bis 2004 eines der drei höchsten Hochhäuser in Frankfurt und auch in Deutschland.

Um die Berechnungsverfahren der Kombinierten Pfahl-Plattengründung hinsichtlich ihrer Qualität abzuschätzen, werden insgesamt 4 nichtlinearen Berechnungen mit ELPLA durchgeführt wie folgt, El Gendy et al. (2006) and El Gendy (2007):
  • Nichtlineare Berechnung mit Verwendung einer hyperbolischen Funktion für Last Setzungskurve des Pfahles
  • Nichtlineare Berechnung mit Verwendung der DIN 4014 für Last-Setzungskurve des Pfahles
  • Nichtlineare Berechnung mit Verwendung der EA-Pfähle (untere Tabellenwerte) für Last-Setzungskurve des Pfahles
  • Nichtlineare Berechnung mit Verwendung der EA-Pfähle (obere Tabellenwerte) für Last- Setzungskurve des Pfahles
 Pfahl-Plattengründung des Skyper mit ELPLA

 Skyper data

Pfahl-Plattengründung des Westend 1 in Frankfurt mit dem Programm ELPLA

Westend 1 hat eine Höhe von 208 [m] und steht auf einer Pfahl-Plattengründung. Das Hochhaus liegt in der Stadt Frankfurt, Deutschland. Es wurde 1993 fertiggestellt. Das Hochhaus war bis 1993 der dritthöchste Hochhaus in Frankfurt und auch in Deutschland.

Das Gebäude hat einen Keller mit drei Untergeschossen und 51 Stockwerken mit einem durchschnittlichen geschätzten angewandten Druck von 412 [kN/m2]. Das Gebäude wurde auf einer Fundamentplatte mit einer Fläche von ca. 2900 [m2]. Es wurde auf Frankfurter Ton in einer Tiefe von 14.5 [m] unter der Gelände gegründet. Die Platte weist in der Mitte eine Dicke von 4.65 [m] auf, die sich zu den Rändern auf 3 [m] verjüngt. Gestützt wird sie durch 40 gleich großen Bohrpfähle mit einem Durchmesser von je D = 1.3 [m] und Pfahllängen 30 [m]. Auf zwei Ringen unter den schweren Stützen des Überbaus sind die Pfähle angeordnet.

 Westend 1 data
Analysis of Piled raft of Burj Khalifa in Dubai by ELPLA

Using the available data and results of the Burj Khalifa piled raft, which have been discussed in detail in the previous references, the nonlinear analyses of piled raft in ELPLA are evaluated and verified using the following load-settlement relations of piles, El Gendy et al. (2006) and El Gendy (2007):

1- Hyperbolic Function for Load-Settlement Curve.
2- Given Load-Settlement Curve.

The foundation system is analyzed as an elastic piled raft in which the raft is considered as an elastic plate supported on equal rigid piles.

A series of comparisons are carried out to evaluate the nonlinear analyses of piled raft for load-settlement relations of piles. In which, results of other analytical solutions and measurements are compared with those obtained by ELPLA.

 Analysis of Piled raft of Burj Khalifa in Dubai by ELPLA

 Burj Khalifa data
Analysis of Piled raft Shanghai Tower in Shanghai by ELPLA

The Shanghai Tower is a mega tall skyscraper in Lujiazui, Pudong, Shanghai, It is considered the second-tallest building in the world after Burj Khalifa. The height of the tower is 632 meters. It consists of a 124-storey tower, a 7-storey podium and a 5-storey basement.

The tower has a 5-storey basement, and its foundation depth is 31.4 [m]. The thickness of the raft under the tower is 6 [m] and the area of the raft is 8945 [m2]. The raft of Shanghai tower is supported by 955 bored piles with a diameter 1.0 [m]. The spacing between the piles is 3 [m] and the piles are distributed in different foundation arrangements where the entire raft area is divided into four sub areas A, B, C and D . The length of the pile in area A is 56 [m], while the length of the pile in other zones is 52 [m].

 
 Analysis of Piled raft of Shanghai Tower in Shanghai by ELPLA

 Shanghai Tower data