Inhaltsu¨bersicht · 7.1 Zuordnung der Bauprodukte fu¨r den Stahlbau zu den Zeilen (lfd. Nr.) der Bauregelliste A Teil 1 250 7.2 Zusammenstellung der Anlagen zur Bau-regelliste

VII

Inhaltsubersicht

1 Stahlbaunormen – Kommentierte Stahlbauregelwerke 1Sascha Hothan

2 Schlanke Stabtragwerke 273Joachim Lindner, Stefan Heyde

3 Bemessung und Konstruktion von aus Blechen zusammengesetzten Bauteilennach DIN EN 1993-1-5 381Benjamin Braun, Ulrike Kuhlmann

4 Kaltgeformte, dunnwandige Bauteile und Bleche aus Stahl nach DIN EN 1993-1-3 –Hintergrunde, Bemessung und Beispiele 455Bettina Brune, Jens Kalameya

5 Stabilitat stahlerner Schalentragwerke 529Herbert Schmidt

6 Einwirkungen auf Silos aus Metallwerkstoffen 613Cornelius Ruckenbrod, Martin Kaldenhoff

7 Membrantragwerke 707Knut Goppert, Markus Balz

8 Stahlprofiltafeln fur Dacher und Wande 761Knut Schwarze, Oliver Raabe

9 Gerustbau – Stabilitat und statisch-konstruktive Aspekte 857Robert Hertle

10 Dynamisches Verhalten von Lamellen-Dehnfugen 949Joachim Braun, Johan Sebastian Leendertz, Tobias Schulze, Bernd Urich, Bernard Volk

11 Stahlpreise (Stand: 01.01.2009) 991Karl Heinz Guntzer, Peter Hammacher

Stichwortverzeichnis 1005

Hinweis des VerlagesDie Recherche zum Stahlbau-Kalender ab Jahrgang 1999 stehtim Internet zur Verfugung unter www.ernst-und-sohn.de

1StahlbaunormenKommentierte Stahlbauregelwerke

Dr.-Ing. Sascha Hothan

Stahlbau-Kalender 2009Herausgegeben von Ulrike KuhlmannCopyright c 2009 Ernst & Sohn, BerlinISBN: 978-3-433-02909-1

2 1 Kommentierte Stahlbauregelwerke

Inhalt

Hinweis zum Beitrag 5

Zeichenerklarung und Abkurzungen 5

1 Grundnormen mit Erlauterungen 6

1.1 DIN 18 800 StahlbautenTeil 1: Bemessung und Konstruktion 6

Vorwort 6

1 Allgemeines 71.1 Anwendungsbereich 71.2 Normative Verweisungen 8

2 Bautechnische Unterlagen 11

3 Begriffe und Formelzeichen 133.1 Grundbegriffe 133.2 Weitere Begriffe 163.3 Haufig verwendete Formelzeichen 17

4 Werkstoffe 194.1 Bauteile 194.2 Verbindungsmittel 254.2.1 Schrauben, Niete, Kopf- und Gewinde-

bolzen 254.2.2 Schweißzusatze, Schweißhilfsstoffe 294.3 Hochfeste Zugglieder 294.3.1 Drahte von Seilen 294.3.2 End- und Zwischenverankerungen 304.3.3 Zugglieder aus Spannstahlen 314.3.4 Qualitatskontrolle 314.3.5 Charakteristische Werte fur mechanische

Eigenschaften von hochfesten Zuggliedern 31

5 Grundsatze fur die Konstruktion 345.1 Allgemeine Grundsatze 345.2 Verbindungen 355.2.1 Allgemeines 355.2.2 Schrauben- und Nietverbindungen 375.2.3 Schweißverbindungen 425.3 Hochfeste Zugglieder 455.3.1 Querschnitte 455.3.2 Verankerungen 465.3.3 Umlenklager und Schellen fur Spiralseile 475.3.4 Umlenklager und Schellen fur Zugglieder

aus Spannstahlen 48

6 Annahmen fur die Einwirkungen 49

7 Nachweise 517.1 Erforderliche Nachweise 517.2 Berechnung der Beanspruchungen aus den

Einwirkungen 53

7.2.1 Einwirkungen 537.2.2 Beanspruchungen beim Nachweis der

Tragsicherheit 547.2.3 Beanspruchungen beim Nachweis der

Gebrauchstauglichkeit 577.3 Berechnung der Beanspruchbarkeiten aus

den Widerstandsgroßen 587.3.1 Widerstandsgroßen 587.3.2 Beanspruchbarkeiten 607.4 Nachweisverfahren 617.5 Verfahren beim Tragsicherheitsnachweis 677.5.1 Abgrenzungskriterien und Detail-

regelungen 677.5.2 Nachweis nach dem Verfahren

Elastisch-Elastisch 727.5.3 Nachweis nach dem Verfahren

Elastisch-Plastisch 777.5.4 Nachweis nach dem Verfahren

Plastisch-Plastisch 837.6 Nachweis der Lagesicherheit 857.7 Nachweis der Dauerhaftigkeit 88

8 Beanspruchungen und Beanspruchbarkeitender Verbindungen 91

8.1 Allgemeine Regeln 918.2 Verbindungen mit Schrauben oder Nieten 918.2.1 Nachweise der Tragsicherheit 918.2.2 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit 978.2.3 Verformungen 988.3 Augenstabe und Bolzen 998.4 Verbindungen mit Schweißnahten 1018.4.1 Verbindungen mit Lichtbogenschweißen 1018.4.2 Andere Schweißverfahren 1088.5 Zusammenwirken verschiedener

Verbindungsmittel 1098.6 Druckubertragung durch Kontakt 110

9 Beanspruchbarkeit hochfester Zuggliederbeim Nachweis der Tragsicherheit 111

9.1 Allgemeines 1119.2 Hochfeste Zugglieder und ihre

Verankerungen 1119.2.1 Tragsicherheitsnachweise 1119.2.2 Beanspruchbarkeit von hochfesten

Zuggliedern 1119.2.3 Beanspruchbarkeit von Verankerungs-

kopfen 1139.3 Umlenklager, Klemmen und Schellen 1159.3.1 Grenzquerpressung und Teilsicherheits-

beiwert 1159.3.2 Gleiten 115

3Inhalt

Anhang A (normativ) Regelungen 117A.1 Sonderregelungen fur die Stahlsorte

St 52-3 117A.2 Bezeichnungen 117A.3 Kennzeichnung der Erzeugnisse 117A.6 Ausfuhrungen 117A.7 Nachweis der Nahtgute 117A.8 Fertigungsbeschichtungen 117

Anhang B (normativ) Liste der zuruck-gezogenen oder ersetzten Normen undtechnischen Regelwerke soweit sie inBezug genommen werden 117

Literaturhinweise 122

1.2 DIN 18 800 StahlbautenTeil 2: Stabilitatsfalle, Knickenvon Staben und Stabwerken 123

Vorwort 123

1 Allgemeine Angaben 1241.1 Anwendungsbereich 1241.2 Normative Verweisungen 1241.3 Begriffe 1251.4 Haufig verwendete Formelzeichen 1251.5 Grundsatzliches zum Tragsicherheits-

nachweis 1271.5.1 Allgemeines 1271.5.2 Tragsicherheitsnachweis bei Berechnung der

Schnittgroßen nach der Elastizitatstheorie 1331.5.3 Tragsicherheitsnachweis bei Berechnung der

Schnittgroßen nach der Fließgelenktheorie 135

2 Imperfektionen fur Stabe und fur Stabwerkeaus planmaßig geraden Staben 135

2.1 Allgemeines 1352.2 Vorkrummung 1372.3 Vorverdrehung 1382.4 Gleichzeitiger Ansatz von Vorkrummung

und Vorverdrehung 139

3 Einteilige Stabe 1403.1 Allgemeines 1403.2 Planmaßig mittiger Druck 1413.2.1 Biegeknicken 1413.2.2 Biegedrillknicken 1433.3 Einachsige Biegung ohne Normalkraft 1443.3.1 Allgemeines 1443.3.2 Behinderung der Verformung 1443.3.3 Nachweis des Druckgurtes als Druckstab 1493.3.4 Biegedrillknicken 1503.4 Einachsige Biegung mit Normalkraft 1513.4.1 Stabe mit geringer Normalkraft 1513.4.2 Biegeknicken 1513.4.3 Biegedrillknicken 153

3.5 Zweiachsige Biegung mit oder ohneNormalkraft 155

3.5.1 Biegeknicken 1553.5.2 Biegedrillknicken 156

4 Mehrteilige, einfeldrige Stabe 1574.1 Allgemeines 1574.2 Haufig verwendete Formelzeichen 1574.3 Ausweichen rechtwinklig zur

stofffreien Achse 1594.3.1 Schnittgroßenermittlung am

Gesamtstab 1594.3.2 Nachweis der Einzelstabe 1604.3.3 Nachweis der Einzelfelder von

Rahmenstaben 1614.4 Mehrteilige Rahmenstabe mit geringer

Spreizung 1614.5 Konstruktive Anforderungen 163

5 Stabwerke 1635.1 Fachwerke 1635.1.1 Allgemeines 1635.1.2 Knicklangen planmaßig mittig gedruckter

Fachwerkstabe 1645.2 Rahmen und Durchlauftrager mit

unverschieblichen Knotenpunkten 1675.2.1 Vernachlassigbarkeit von Normalkraft-

verformungen 1675.2.2 Definition der Unverschieblichkeit von

Rahmen 1685.2.3 Berechnung der Aussteifungselemente 1695.2.4 Berechnung von Rahmen und

Durchlauftragern 1695.3 Rahmen und Durchlauftrager mit

verschieblichen Knotenpunkten 1715.3.1 Vernachlassigbarkeit von Normalkraft-

verformungen 1715.3.2 Verschiebliche ebene Rahmen 1715.3.3 Elastisch gelagerte Durchlauftrager 176

6 Bogentrager 1786.1 Mittiger Druck (Stutzlinienbogen) 1786.1.1 Ausweichen in der Bogenebene 1786.1.2 Ausweichen rechtwinklig zur Bogen-

ebene 1816.2 Einachsige Biegung in Bogenebene mit

Normalkraft 1846.2.1 Ausweichen in der Bogenebene 1846.2.2 Ausweichen rechtwinklig zur

Bogenebene 1846.3 Planmaßig raumliche Belastung 186

7 Planmaßig gerade Stabe mit ebenendunnwandigen Querschnittsteilen 187

7.1 Allgemeines 1877.2 Berechnungsgrundlagen 188

4 1 Kommentierte Stahlbauregelwerke

7.3 Wirksame Breite beim VerfahrenElastisch-Elastisch 189

7.4 Wirksame Breite beim VerfahrenElastisch-Plastisch 192

7.5 Biegeknicken 1927.5.1 Spannungsnachweis beim Verfahren

Elastisch-Elastisch 1927.5.2 Vereinfachte Nachweise 1927.6 Biegedrillknicken 1947.6.1 Nachweis 1947.6.2 Planmaßig mittiger Druck 1887.6.3 Einachsige Biegung ohne Normalkraft 1947.6.4 Einachsige Biegung mit Normalkraft 1967.6.5 Zweiachsige Biegung mit oder ohne

Normalkraft 196

Anhang A (infnormativ) Liste der zuruck-gezogenen oder ersetzten Normen undtechnischen Regelwerke soweit sie inBezug genommen werden 197

Literaturhinweise 198

1.3 SynopseDIN 18 800 Teile 1 und 2 DCEurocode 3-1-1; -1-8; -1-10; -1-11 199

1.4 DIN 18 800 StahlbautenTeil 3: Stabilitatsfalle, Platten-beulen 209

1.5 Literatur zum KommentarDIN 18 000 Teile 1 und 2 210

1.6 DIN 18 800 Stahlbauten,Teile 4 und 5 211

2 DIN 18 800 Stahlbauten, Teil 7 211

3 DIN 18 801 Stahlhochbau, Bemessung,Konstruktion, Herstellung 211

4 Muster-Liste der TechnischenBaubestimmungen 212

4.1 Vorbemerkungen 2124.2 Muster-Liste Lastannahmen mit Anlagen 2134.3 Muster-Liste Metallbau mit Anlagen 2164.4 Muster-Liste Sonderkonstruktionen mit

Anlagen 221

5 Normen und Richtlinien fur denStahlbau 226

6 Zulassungen des Deutschen Institutsfur Bautechnik DIBt 229

6.1 Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen 2296.1.1 Verzeichnis Sachgebiet Verbundbau 2296.1.2 Verzeichnis Sachgebiet Metallbau –

Werkstoffe 2306.1.3 Verzeichnis Sachgebiet Metallbau und

Metallbauarten 2336.2 Europaische Technische Zulassungen 247

7 Bauregelliste A, Bauregelliste Bund Liste C 250

7.1 Zuordnung der Bauprodukte fur den Stahlbauzu den Zeilen (lfd. Nr.) der Bauregelliste ATeil 1 250

7.2 Zusammenstellung der Anlagen zur Bau-regelliste A Teil 1 Abschnitte 4 (Stahlbau),15 (Behalter, Rohre) und 16 (Geruste) 258

7.3 Stahlsorten fur den bauaufsichtlichgeregelten Bereich 266

7.4 Auszug aus der Bauregelliste A Teil 2 2687.5 Auszug aus der Bauregelliste B Teil 1

Abschnitt 1 2717.6 Bauprodukte der Liste C aus dem Bereich

Stahl/Stahlbau 272

5DIN 18 800-1 Vorbemerkungen

Hinweis zum Beitrag

Die Aktualisierung erfolgte zum Redaktions-schluss September 2008.

x Die im Jahre 2007 getroffene Entscheidung, dieDIN 18 800 neu zu fassen, wurde mittlerweilefur die Teile 1 bis 4 sowie 7 umgesetzt. Dieneuen Dokumente von November 2008 umfas-sen die bisherigen �nderungen und alle Ergan-zungen aus den verschiedenen Fassungen derAnpassungsrichtlinien und ersetzen die Fassun-gen von November 1990 bzw. September 2002in der Muster-Liste der Technischen Baube-stimmungen. Siehe auch Abschnitt 4 diesesBeitrags.

Zahlreiche Teile des Europaischen Regelwerksfur Stahbau – des EUROCODE 3 – sind als DINEN-Normen erschienen und die Nationalen An-hange (NA) befinden sich in der Bearbeitung.

xErschienen sind bisher folgende Normenteile:Im Jahr 2005 die Teile 1-1; 1-8; 1-10 und 1-11;im Jahr 2006 der Teil 1-2 und im Jahr 2007 dieTeile 1-3; 1-4; 1-5; 1-6; 1-7; 1-11; 1-12; 2;3-1; 3-2; 4-1; 4-2; 4-3; 4-5; 4-6; 5 und 6.Die wichtigsten �nderungen, die sich fur denGeltungsbereich von DIN 18 800 Teile 1 und 2ergeben, werden hier in einer Synopse mit-geteilt. �berall dort, wo eine Gegenuberstellungvorgenommen wurde, wird dies mit einer ein-gekreisten Nummer vermerkt. Diese Nummerstimmt uberein mit der laufenden Nummer derZusammenstellung im Anschluss an den Ab-druck von DIN 18 800 Teil 2. Zu DIN 18 800Teil 2 erfolgte eine Beschrankung auf den Be-reich, der auch in den verglichenen EC-Teilengeregelt ist.

Zeichenerklarung und Abkurzungen

x kennzeichnet �nderungen/Neuerungen gegen-uber der Ausgabe des Vorjahres

3* Lfd. Nummer der Synopse DIN 18 800 C EC 3MLTB Muster-Liste der Technischen

BaubestimmungenMBO MusterbauordnungNA Nationaler Anhang

2Schlanke Stabtragwerke

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Joachim Lindner

Dr.-Ing. Stefan Heyde


274 2 Schlanke Stabtragwerke

Inhalt

1 Einleitung 2771.1 Generelle Anmerkungen 2771.2 Allgemeines 2781.3 Zum Begriff der Schlankheit 2791.4 Querschnittstragfahigkeit 2801.5 Unterscheidungen bei Stabilitats-

problemen 2811.6 Trennung von Biegeknicken und Biege-

drillknicken 282

2 Tragsicherheitsnachweise 2832.1 Untersuchungen nach Theorie II. Ordnung 2832.2 Einzelstabe, die durch mehrere Schnittgroßen

gleichzeitig beansprucht werden 2842.3 Versagensmoglichkeiten 2852.3.1 Biegeknicken in einer Ebene 2852.3.2 Biegeknicken bei doppelter Biegung 2852.3.3 Biegedrillknicken 2852.4 Zusammenstellung der Moglichkeiten der

baupraktischen Behandlung von Stabilitats-problemen 285

3 Querschnittsnachweis 2863.1 Allgemeines 2863.2 Spannungsnachweis nach Elastizitats-

theorie N S My S Mz 2873.3 Plastische Querschnittsinteraktion 2873.3.1 Allgemeines 2873.3.2 I-Profile unter N S My 2883.3.3 I-Profile unter N S Mz 2923.3.4 Berucksichtigung von Schubspannungen aus

Querkraft und Torsion 2933.3.5 Rohrprofile unter N S My 2933.3.6 Rechteckhohlprofile unter N S My 2943.4 Spannungsnachweis fur My S Mz S Mw 2953.5 Plastische Querschnittsinteraktion

N S My S Mz 295

4 Elastizitatstheorie II. Ordnung fur denStabilitatsfall Biegeknicken 295

4.1 Schnittgroßen Theorie II. Ordnung 2954.2 Imperfektionen 2964.3 Anordnung und Form von Vorverformungen

bei Durchlauftragern 2984.4 Große und Schlankheitsabhangigkeit der

Vorkrummungen 299

4.5 Vorverdrehungen 3024.6 Integraler Ansatz der maßgebenden

Knickeigenform 304

5 Nachweise mit vereinfachtenVerfahren als Ersatzstabverfahren,Interaktionsgleichungen 306

5.1 Allgemeines 3065.2 Planmaßig mittiger Druck 3075.3 Einachsige Biegung My 3085.4 Einachsige und zweiachsige Biegung mit

Normalkraft – Biegeknicken und Biege-drillknicken nach DIN 18800-2 310

5.5 Einachsige und zweiachsige Biegung mitNormalkraft – Biegeknicken und Biege-drillknicken nach DIN EN 1993-1-1 311

5.5.1 Allgemeines 3115.5.2 Gleichformige Stabe unter Biegung und

Normalkraft 3125.5.3 Beanspruchung durch Druck und einachsige

Biegung – Stabilitatsfall Biegeknicken 3135.5.4 Verdrehsteife Stabe unter zweiachsiger

Biegung und Normalkraft 3155.5.5 Verdrehweiche Stabe unter einachsiger

Biegung My und Normalkraft 3165.5.6 Verdrehweiche Stabe unter zweiachsiger

Biegung und Normalkraft 3175.5.7 Beispiel 3185.5.8 Allgemeines Verfahren nach DIN EN 1993-1-1

(6.3.4) fur Stabilitatsnachweise 320

6 Ideales Biegedrillknickmoment MKi

nach Elastizitatstheorie 3206.1 Allgemeines 3206.2 Darstellungsarten 3216.3 Positive Effekte aus der Konstruktion 3246.3.1 Horizontale Halterung am Obergurt durch

angrenzende Bauteile 3246.3.2 Drehbettung mit mehreren Anteilen 3286.3.3 Drehbettung fur Trapezprofile beim Vorliegen

vergroßerter Auflast 3296.3.4 Bedeutung des Kontaktmomentes bei

Berucksichtigung der Drehbettung 3316.3.5 Elastische Wolbbehinderung durch

Kopfplatten 332

275Inhalt

6.4 Negative Effekte aus derKonstruktion 335

6.4.1 Kopfplattenanschlusse mit reduziertenKopfplatten 335

6.4.2 Ausklinkungen 3396.4.3 Lagerung nur am Untergurt 340

7 Wirkung und Erfassung derDrehbettung 342

7.1 Mindeststeifigkeit 3427.2 Direkte Berucksichtigung von c4 bei der

Berechnung von MKi 3467.3 Erfassung von c4 in MKi uber ein

ideelles St. Venant‘sches Torsionstragheits-moment IT* 347

7.4 Ideales Biegedrillknickmoment MKi

bei gebundener Drehachse undDrehbettung c4 – Verbundtrager mit obenliegendem Betongurt 348

8 Biegedrillknicken vonHallenrahmen 350

8.1 Allgemeines 3508.2 Untersuchung von elastisch gelagerten

Teilsystemen 3508.2.1 Allgemeines 3508.2.2 Beispiel 3508.3 Annahme unvollstandiger Gabellagerung

am Kopf der Stutze 3538.4 Mindeststeifigkeit C4 fur Stutzen 354

9 Theorie II. Ordnung fur raumlichbelastete Stabe 357

9.1 Losung nach der Elastizitatstheorie 3579.2 Vorverformungen 3589.3 Verdrehung und Wolbbimoment nach

Wolbkrafttorsion 3599.4 Vereinfachte Bestimmung von Verdrehung

und Wolbbimoment 3609.5 Anwendung des Verfahrens

Elastisch-Plastisch 3609.6 Erweiterung der Interaktionsgleichungen auf

planmaßige Torsion, Kranbahntrager 3639.6.1 Vereinfachte Erfassung der Torsion 3639.6.2 Interaktionsgleichung 3639.6.3 Vereinfachter Nachweis fur U-Profile 364

10 Spezielle Losungen fur Stutzen 36510.1 Biegeknicken von Stutzen aus gewalzten

I-Profilen mit Kontaktstoßen 36510.1.1 Allgemeines 36510.1.2 Imperfektionen 36510.1.3 Kontaktstoße mit Kopfplatten 36610.1.4 Kontaktstoße mit Gurtlaschen 36710.2 Historische Stutzen aus Grauguss 37010.2.1 Allgemeines 37010.2.2 Besonderheiten historischer Stutzen 37010.2.3 Zentrisch belastete Stutzen 37110.2.4 Exzentrisch belastete Stutzen 37310.2.5 Teilsicherheitsbeiwerte fur historische

Gussstutzen 374

11 Literatur 375

3Bemessung und Konstruktionvon aus Blechen zusammen-gesetzten Bauteilennach DIN EN 1993-1-5

Dipl.-Ing. Benjamin Braun

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann


382 3 Bemessung und Konstruktion von aus Blechen zusammengesetzten Bauteilen

Inhalt

1 Einleitung 385

2 Entwicklung der Regelwerke zurPlattenstabilitat in Deutschland 385

3 Einfuhrung in DIN EN 1993-1-5 3873.1 Allgemeines 3873.2 Beulsicherheitsnachweise 3883.2.1 Allgemeines 3883.2.2 Verfahren mit wirksamen Breiten 3893.2.3 Methode der reduzierten Spannungen 3893.2.4 Berechnungen mit der

Finite-Elemente-Methode 3893.3 Berucksichtigung von Schubverzerrungen 3893.3.1 Allgemeines 3893.3.2 Mittragende Breite fur die Tragwerks-

berechnung 3913.3.3 Mittragende Breite im Grenzzustand der

Gebrauchstauglichkeit und Ermudung 3913.3.4 Mittragende Breite im Grenzzustand der

Tragfahigkeit 3923.4 Einfluss des Plattenbeulens 393

4 Beulsicherheitsnachweise nachKap. 4 bis 7, DIN EN 1993-1-5 394

4.1 Allgemeines 3944.2 Langsspannungen 3944.2.1 Tragverhalten 3944.2.2 Berechnung nach Kap. 4,

DIN EN 1993-1-5 3954.2.3 Anwendungshilfen fur Trager mit langs

unversteiften Stegblechen [53] 4044.3 Schubbeulen 4064.3.1 Tragverhalten 4064.3.2 Berechnung nach Kap. 5,

DIN EN 1993-1-5 4064.4 Querspannungen 4094.4.1 Tragverhalten 4094.4.2 Berechnung nach Kap. 6,

DIN EN 1993-1-5 410

4.5 Interaktion 4134.5.1 Interaktion zwischen Biegemoment,

Normalkraft und Schub 4134.5.2 Interaktion zwischen Biegemoment und

Querlast an den Langsrandern 4154.5.3 Interaktion zwischen Schub und Querlast

an den Langsrandern 4154.6 Bemessungsbeispiel „Langs unversteifter

I-Querschnitt“ 4164.7 Bemessungsbeispiel „Kastenquerschnitt“ 4184.7.1 Allgemeines 4184.7.2 Nachweis der Momententragfahigkeit 4184.7.3 Nachweis der Querkrafttragfahigkeit 4264.7.4 Nachweis der Momenten-Querkraft-

Interaktion 427

5 Beulsicherheitsnachweise nachKap. 10, DIN EN 1993-1-5 428

5.1 Allgemeines 4285.2 Wahl der Abminderungsbeiwerte 4295.3 Bemessungsbeispiel Kastenquerschnitt 4315.3.1 Allgemeines 4315.3.2 Nachweis des Stegblechs 431

6 Beulsicherheitsnachweise aufGrundlage der Finite-Elemente-Methode (FEM) 433

6.1 Allgemeines 4336.2 Verzweigungslastberechnung (LBA) 4336.3 Tragfahigkeitsberechnung (GMNIA) 434

7 Beulsicherheitsnachweise fur Hybrid-trager und Bauteile mit profiliertenStegblechen 434

7.1 Hybridtrager nach Kapitel 4.3(6) bis (8),DIN EN 1993-1-5 434

7.2 Bauteile mit profilierten Stegblechen nachAnhang D, DIN EN 1993-1-5 435

7.2.1 Allgemeines 4357.2.2 Momententragfahigkeit 4367.2.3 Querkrafttragfahigkeit 437

383Inhalt

8 Anforderungen an Steifen 4388.1 Quersteifen 4388.1.1 Allgemeines 4388.1.2 Mindestanforderungen an Quersteifen –

Knicken 4398.1.3 Mindestanforderungen an Quersteifen –

Drillknicken 4428.1.4 Zusatzliche Anforderungen an

Auflagersteifen 4428.1.5 Zusatzliche Anforderungen an

zwischenliegende Quersteifen 4438.1.6 Zusatzliche Anforderungen an Quersteifen

mit planmaßigen Normalkraften ausQuerlasten 443

8.2 Langssteifen 444

9 Detailausbildung 4449.1 Geschweißte Blechstoße 4449.2 Ausschnitte in Quersteifen 4459.3 Ausschnitte in Langssteifen 4459.4 Diskontinuierliche Langssteifen 4459.5 Schweißnahte 445

10 Handrechenformeln zur Bestimmungelastischer kritischer Beul- undKnickspannungen von ebenenBlechfeldern 445

10.1 Allgemeines 44510.2 Langsspannungen 44610.2.1 Ermittlung der elastischen kritischen

Beulspannung 44610.2.2 Ermittlung der elastischen kritischen

Knickspannung 44910.3 Schubspannungen 44910.3.1 Ermittlung der Schubbeulwerte fur Blechfelder

nur mit Quersteifen oder Einzelfelder vonGesamtfeldern 449

10.3.2 Ermittlung der Schubbeulwerte furQuerschnitte mit Quer- und Langssteifen 449

11 Schlussbemerkungen 450

12 Literatur 451

4Kaltgeformte, dunnwandigeBauteile und Bleche ausStahl nach DIN EN 1993-1-3

Hintergrunde, Bemessung und Beispiele

Priv. Doz. Dr.-Ing. habil. Bettina Brune

Dipl.-Ing. Jens Kalameya


456 4 Kaltgeformte, dunnwandige Bauteile und Bleche aus Stahl nach DIN EN 1993-1-3

Inhalt

1 Einfuhrung 4591.1 Deutsche und europaische Regelwerke fur

kaltgeformte, dunnwandige Bauteile 4591.2 Allgemeines 4601.3 Kaltgeformte, dunnwandige Bauteile und

Bleche aus Stahl nach DIN EN 1993-1-3 460

2 Allgemeine Randbedingungen 4612.1 Kaltgeformte Bauteile und Bleche 4612.2 Verbindungen kaltgeformter Bauteile und

Bleche 4622.3 Materialien 4632.4 Geometrische Proportionen 4632.4.1 Stahlkerndicke 4632.4.2 Geometrische Abmessungen 4632.4.3 Biegeradien 464

3 Versagensformen dunnwandiger,kaltgeformter Querschnitte 465

4 Querschnittstragfahigkeit dunnwand-iger Kaltprofile 466

4.1 Lokales Plattenbeulen 4664.1.1 Die Methode der wirksamen Breiten 4664.1.2 Wirklichkeitsnahe Randbedingungen der

Plattenelemente in zusammengesetztenStahlquerschnitten 470

4.2 Forminstabilitat von Kaltprofilen –Biegeknicken der Rand- oder Zwischen-steifen 471

4.3 Ermittlung des wirksamen Querschnitts unterBerucksichtigung des lokalen Beulens und derForminstabilitat 471

4.4 Vergleich der Bemessungsansatze nachDIN EN 1993 fur dunnwandige, versteifteQuerschnittselemente 473

4.5 Querschnittstragfahigkeit 4744.5.1 Druckbeanspruchung 4744.5.2 Biegebeanspruchung 4754.5.3 Kombinierte Druck- und

Biegebeanspruchung 4754.5.4 Schubbeanspruchung 4764.5.5 Kombinierte Druck-, Biege- und

Schubbeanspruchung 476

5 Stabtragfahigkeit dunnwandigerkaltgeformter Bauteile 476

5.1 Beul-Biegeknicken eines Stabes unterDruckbeanspruchung 476

5.2 Beul-Biegedrillknicken eines Tragers unterBiegebeanspruchung 477

5.3 Beul-Biege(drill)knicken eines Stabes unterDruck- und Biegebeanspruchung 478

5.4 Neuere Forschungen zu Gesamt-stabilitatsproblemen dunnwandigerQuerschnitte 478

5.4.1 Forschungen zur Gesamtstabilitat auf derGrundlage DIN EN 1993-1-3 478

5.4.2 Direct Strength Method 480

6 Besondere Bemessungsregeln furkaltgeformte Pfetten 481

6.1 Allgemeines 4816.2 Besondere Angaben zu Pfetten nach

DIN EN 1993-1-3, Abschn. 10 4816.3 Vereinfachte Bemessung von Pfetten nach

DIN EN 1993-1-3, Anhang E 483

7 Numerische Analysen vonkaltgeformten, dunnwandigenBauteilen 484

7.1 Allgemeines 4847.2 Modellierung 4857.2.1 Software 4857.2.2 Elementierung 4867.2.3 Modellierung des Materials 4877.2.4 Modellierung der Randbedingungen /

Auflagerbedingungen 4887.2.5 Lasten 4907.3 Verzweigungsanalysen 4907.3.1 Allgemeines 4907.3.2 Ergebnis der Verzweigungslast-Analysen 4917.4 Traglastanalysen 4927.4.1 Allgemeines 4927.4.2 Geometrische Imperfektionen 4937.4.3 Strukturelle Imperfektionen 4967.4.4 Ergebnisse der Analysen 496

457Inhalt

8 Beispielrechnungen nachDIN EN 1993-1-3 497

8.1 Kaltgeformtes C-Profil unter Druck-beanspruchung 497

8.1.1 Allgemeines 4978.1.2 System und Beanspruchung 4978.1.3 Querschnittswerte und Material-

kenndaten 4978.1.4 Idealisierter Querschnitt 4988.1.5 �berprufung der allgemeinen Vorgaben 4998.1.6 Querschnittswerte des Brutto-

querschnitts 4998.1.7 Querschnittstragfahigkeit – Plattenbeulen

und Forminstabilitat 5008.1.8 Grenzzustand der Tragfahigkeit –

Querschnittstragfahigkeit 5098.1.9 Grenzzustand der Tragfahigkeit –

Beanspruchbarkeit unter Berucksichtigungder Gesamtstabilitat(DIN EN 1993-1-3, Abschn. 6.2) 510

8.2 Kaltgeformte S-Pfette unterBiegebeanspruchung 513

8.2.1 Allgemeines 5138.2.2 System und Beanspruchung 5138.2.3 Beanspruchungen 5138.2.4 Lastfallkombinationen 5148.2.5 Schnittgroßen 515

8.2.6 Querschnitt 5158.2.7 �berprufung der allgemeinen Vorgaben 5168.2.8 Querschnittswerte 5168.2.9 Seitliche Wegfeder des freien Gurtes 517

9 Literatur 525

5Stabilitat stahlernerSchalentragwerke

Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt


530 5 Stabilitat stahlerner Schalentragwerke

Inhalt

1 Einleitung 5331.1 Zu diesem Beitrag 5331.2 Kurzer geschichtlicher Ruckblick 5341.2.1 Entwicklung des wissenschaftlichen

Kenntnisstandes zur Schalenstabilitat 5341.2.2 Entwicklung der Stahlbau-Regelwerke

zur Schalenstabilitat 536

2 Berechnung und Bemessungvon Schalen 537

2.1 Allgemeines 5372.2 Nachweiskonzepte fur Schalen 5372.2.1 Spannungsbasierter

Trag-(Beul-)sicherheitsnachweis 5382.2.2 Direkter Trag-(Beul-)sicherheitsnachweis 5382.2.3 Numerisch gestutzter

Trag-(Beul-)sicherheitsnachweis 5392.3 Berechnungskonzepte fur Schalen 5392.4 Grenzzustande der Tragfahigkeit

fur Schalen 5422.4.1 Grenzzustand LS1: Plastische Grenze oder

Zugbruch 5422.4.2 Grenzzustand LS2:

Zyklisches Plastizieren 5472.4.3 Grenzzustand LS3: Beulen 5492.4.4 Grenzzustand LS4: Ermudung 5492.5 Herstellqualitat und

geometrische Toleranzen 5512.6 Randbedingungen 553

3 EN-Formate fur den Beulsicherheits-nachweis von Schalen 553

3.1 Allgemeines 5533.2 Spannungsbasierter

Beulsicherheitsnachweis 5543.2.1 Grundsatzliches 5543.2.2 Bemessungswerte der Spannungen 5543.2.3 Bemessungswerte des Widerstandes

(Beultragfahigkeit) 5563.2.4 Begrenzung der Spannungen

(Beulsicherheitsnachweis) 557

3.3 Numerisch gestutzter Beulsicherheits-nachweis mittels globaler MNA- undLBA-Berechnung 559

3.3.1 Grundsatzliches 5593.3.2 Bemessungswerte der Einwirkungen 5593.3.3 Bemessungswerte des Widerstandes

(Beultragfahigkeit) 5593.3.4 Einfaches Anwendungsbeispiel fur

MNA/LBA-Nachweis 5643.3.5 Erganzende Kommentare zum

MNA/LBA-Nachweis 5653.4 Numerisch gestutzter Beulsicherheitsnachweis

mittels globaler GMNIA-Berechnung 5673.4.1 Grundsatzliches 5673.4.2 Bemessungswerte des Widerstandes

(Beultragfahigkeit) 5683.4.3 Schlussbemerkung zum GMNIA-Nachweis 572

4 Unversteifte Kreiszylinderschalen 5724.1 Allgemeines 5724.2 Standardbeulfalle mit vorwiegend

einachsigem Membranspannungs-zustand 573

4.2.1 Membrandruck in Meridianrichtung(Axialrichtung) 573

4.2.2 Membrandruck in Umfangsrichtung 5764.2.3 Membranschub 5784.3 Standardbeulfalle mit kombiniertem

Membranspannungszustand 5794.3.1 Meridiandruck und/oder Umfangsdruck

und/oder Schub 5794.3.2 Beulrelevante Membranbeanspruchung

und Membranzug 5804.3.3 Einfaches Anwendungsbeispiel fur

den spannungsbasierten Beulsicherheits-nachweis 582

4.4 Ausgewahlte weitere Beulfalle 5824.4.1 Lange dickwandige Kreiszylinder unter

Außendruck 5824.4.2 Kreiszylinder aus austenitischen Stahlen 5834.4.3 Windbelastete Kreiszylinder 5844.4.4 Kreiszylinder unter konzentrierten Lasten 585

531Inhalt

5 Ausgewahlte versteifteKreiszylinderschalen 586

5.1 Allgemeines 5865.2 Gleichmaßig versteifte Kreiszylinder 5865.2.1 Gleichmaßig ringversteifte Zylinder unter

Außendruck 5865.2.2 Gleichmaßig langsversteifte Zylinder unter

Axialdruck 5895.2.3 Gleichmaßig orthogonal versteifte Zylinder

unter Axialdruck 5905.3 Ungleichmaßig versteifte Kreiszylinder 5985.3.1 Zylinder mit versteiften Manteloffnungen

unter Axialdruck 5985.3.2 Zylinder mit anderen Formen ungleichmaßiger

Versteifung 601

6 Ausgewahlte unversteifteRotationsschalen 601

6.1 Allgemeines 6016.2 Kegelstumpfschalen 6026.3 Zusammengesetzte Kreiszylinder-

Kegel-Schalen 6026.3.1 Meridiandruckbeanspruchung 6036.3.2 Umfangsdruckbeanspruchung 6066.4 Doppelt gekrummte Schalen 606

7 Literatur 608

6Einwirkungen auf Silosaus Metallwerkstoffen

Dr.-Ing. Cornelius Ruckenbrod

Dr.-Ing. Martin Kaldenhoff


614 6 Einwirkungen auf Silos aus Metallwerkstoffen

Inhalt

1 Grundsatzliches zur Konstruktion vonSilobauwerken aus Metallen 615

2 Einwirkungsarten 618

3 Beschreibung der einzelnenEinwirkungen 618

3.1 Eigen- und Nutzlasten 6183.2 Windlasten 6193.3 Schnee- und Eislasten 6243.4 Lasten auf Silozellen infolge von

Schuttgutern 6243.4.1 Differenzierung hinsichtlich der Fullguter 6243.4.2 Besonderheiten von Schuttgutern 6243.4.3 Entwicklung der Ansatze zur Beschreibung

der Schuttgutlasten 6263.4.4 Einfluss der Siloforschung im In- und Ausland

auf die Entwicklung der Silonormen 6293.4.5 Schuttgutkennwerte 6323.4.6 Fulllasten 6363.4.7 Symmetrische Entleerungslasten 6393.4.8 Unsymmetrische Lastanteile 6403.4.9 Trichterlasten 6513.4.10 Dynamische Lasten bei der Entleerung

von Silozellen 6543.5 Schuttgutlasten nach

DIN 1055-6:2005-03 6573.5.1 �nderungen der DIN 1055-6:2005-03

gegenuber DIN 1055-6:1987-05 6573.5.2 Allgemeines 6573.5.3 Anwendungsbereich der

DIN 1055-6:2005-03 6583.5.4 Klassifikationen 6583.5.5 Lasten infolge von Einfullen, Lagerung und

Entnahme von Schuttgutern 658

3.6 Lasten aus Maschinen und Gerate 6643.7 Ungleichformige Setzungen, Verformungen

der Unterkonstruktion 6683.8 Temperatureinwirkungen 6713.9 Erdbeben 6723.10 Staubexplosion 6753.11 Außergewohnliche Lasten 6793.12 Umwelteinflusse – Korrosion 6803.13 Einflusse aus Bauungenauigkeiten/

Imperfektionen 6813.14 Garfutter- und Gullesilos 682

4 Bemessung von Silobauwerken 6854.1 Allgemeines 6854.2 Ermittlung der Schnittgroßen 6864.2.1 Schnittgroßenermittlung der

Schalentragwerke 6864.2.2 Schnittgroßen durch Lasten infolge von

Schuttgutern 6894.2.3 Entleerung mit großen Exzentrizitaten 6904.2.4 Schnittgroßen durch Lasten infolge von

Schuttgutern in konischen kreisformigenTrichtern 691

4.2.5 Schnittgroßen aus Windlasten 6924.2.6 Schnittgroßen von Silodachern 6924.3 Tragfahigkeitsnachweise 6934.3.1 Spannungsnachweise 6934.3.2 Stabilitatsnachweise, Beulen von

dunnwandigen Schalen 695

5 Bauausfuhrung 699

6 Literatur 700

7Membrantragwerke

Dipl.-Ing. Knut Goppert

Dipl.-Ing. Markus Balz


708 7 Membrantragwerke

Inhalt

1 Einfuhrung 7091.1 Vorbemerkung 7091.2 Geschichte und Ausblick 7091.3 Definition Membran und Unterschiede zu

konventionellen Konstruktionen 7101.4 Grundformen des Membranbaus 711

2 Primartragwerke fur Membran-bauten – die Prinzipien 712

2.1 Bogengestutzte Tragwerke 7122.2 Punktformige Primarstutzungen 7132.3 Das Prinzip von Grat und Kehle 7142.4 Luftgestutzte Flachen (Kissen) 7152.5 Luftgestutzte Stabe (Schlauche) 717

3 Großstrukturen 7173.1 Speichenrad 7183.2 Seilnetze 7203.3 Maststrukturen 7203.4 Bogendacher 721

4 Wandelbare Strukturen 7224.1 Geraffte Strukturen am Radialsystem 7224.2 Parallel verschobene Faltstrukturen 7224.3 Schirmkonstruktionen 7244.4 Verschiebung ganzer Dachteile 724

5 Beschichtete Gewebe 7255.1 Allgemeine Hinweise 7255.2 Materialeigenschaften 726

6 Besondere Materialien undBauelemente furStutzkonstruktionen 728

6.1 Stahlguss 7286.2 Edelstahl 7296.3 Seile 730

7 Membran-Berechnungen 7317.1 Formfindung und Modellierung 7317.2 Lastanalyse, Tragverhalten und Material-

abhangigkeit 7327.3 Bemessungskonzept 7347.4 Zuschnitt 736

8 Detaillierung 7378.1 Allgemeines 7378.2 Verbindungen der Membranbahnen

untereinander 7388.3 Linienformige Verbindungen zu anderen

Strukturelementen 7398.4 Hochpunkte – konzentrierte

Lasteinleitungen 742

9 Fertigung und Montage 7439.1 Fertigung von Membranen 7439.2 Montagemethoden und Montagehilfen 7469.2.1 Allgemeine (temporare) Zustande 7469.2.2 Montageplanung (Bauzustande, montage-

gerechtes Konstruieren, temporareSicherungen – Segeleffekt in Zwischen-zustanden –, ponding) 747

9.2.3 Gerate und Werkzeuge (Kran, hydraulischePressen, Greifzuge, Spanngurte) 748

9.2.4 Dauerhaftigkeit (Spannkraftmessungen,Kriechen, Bauzustandskontrollen,Prufstande) 749

10 ETFE-Foilen 75010.1 Allgemeines 75010.2 Ausgewahlte Beispiele 75110.3 Materialeigenschaften 75510.4 Entwurf / Bemessung 757

11 Literatur 758

1 Einfuhrung

1.1 Vorbemerkung

Der vorliegende Beitrag wurde in seiner erstenForm im Stahlbau-Kalender 2004 zum erstenMal veroffentlicht. In den letzten Jahren habendie erstellten Bauwerke, die Konstruktionen mittransparenten Folien beinhalten, stark an Bedeu-tung gewonnen. Das Wissen um die Besonder-heiten dieser Bauweise ist allerdings leidernicht besonders weit verbreitet und schwer zu-ganglich. Hier, und auch im Bereich der Fer-tigung und Montage von Membrantragwerkensoll dieser erweiterte Beitrag Abhilfe schaffen.Folien sind dem Membranbau zuzurechnen unddoch durch das nicht vorhandene Gewebe invielen Bereichen sehr unterschiedlich zu behan-deln. Die Autoren haben sich daher entschlossendem Planen und Bauen mit Folien ein eigenesKapitel zu widmen.

1.2 Geschichte und Ausblick

Die Ursprunge unserer heutigen Membranarchi-tektur liegen weit zuruck in den Behausungender Nomaden. Das Zelt ist eine Urform mensch-licher Behausung, das die Grundanforderungennach Witterungsschutz zu erfullen vermag.Man kann davon ausgehen, dass bereits ca.28 000 v. Chr. Zelte mit Grundflachen von nahe-zu 50 m2 in Gebrauch waren.Durch eine Vielzahl von stutzenden Konstruk-tionen und geometrischen Ausbildungen, in Ver-bindung mit den jeweils zur Verfugung stehen-den Zeltmaterialien, entstehen vielfaltige Bau-formen, die sich in den jeweiligen Kulturen ent-wickeln. Diese Entwicklungen reichen von deneinfachsten Urhausern mit Verankerungen ausKnochen und Steinen und Zelthauten aus Blat-tern, Rinden, Fellen und Hauten uber die Tipider nordamerikanischen Indianer, die mit See-hundfell eingedeckten Zelte der Inuits, diemehr runden Formen der Lappenzelte bis hinzu den Zelten der Hochkulturen, in denen dieZelte nicht mehr primar als Behausung, sondernoffentlich, hofisch und militarisch genutztwurden.Seit dem Mittelalter bilden Zeltstadte in denkriegerischen Auseinandersetzungen fur vieleMenschen vorubergehende Unterkunft. Ge-plante Zeltstadte fur Großereignisse, die Pilger-stadt in Mekka und fur Fluchtlinge und Obdach-lose bei Naturkatastrophen finden sich bis in dieheutige Zeit.

Im 19. und 20. Jahrhundert ergeben sich gravie-rende Veranderungen in der Entwicklung undNutzung der Zelte in den Industrielandern.Zum einen entsteht ein ungeheurer Bedarf antemporaren großen Hallen fur kulturelle Zweckeund zur Ausstellung der gewerblichen undindustriellen Produkte. Zum anderen wirddurch die Verwendung immer leichterer Stahl-strukturen und weiterer Verbesserungen derZeltmaterialien eine immense Steigerung derQualitat und Dauerhaftigkeit der Zelte erreicht.Die, fur den Zeltbau fundamentalen Arbeitenvon Frei Otto bewirken von 1954 an, die Ent-wicklung vom Zelt- zum Membranbau. Gegen-sinnige Krummung, Vorspannung, und allge-mein, die Verwendung zugbeanspruchter Bau-teile und Materialien in ihrer jeweils gunstigstenkonstruktiven Ausbildung werden zu Grund-prinzipien dieser Entwicklung.Die rasante Weiterentwicklung der Materialien,die technischen Textilien mit Polyester- undGlasfasergeweben losen die Naturtextilien ab,grundlegende Arbeiten zum Tragverhalten undzur Detaillierung von Seilen und Membranensowie die ungeheuren Entwicklungen derComputerprogramme fuhren zu einer bis heuteungebrochenen Ausbreitung textiler Konstruk-tionen.Neben dem Einsatz der Membran in wandel-baren Dachern bis zur Verwendung mehrlagigerDachaufbauten und der neu in die Architektureingefuhrten transparenten Folien erweiternsich die Anwendungen und Materialien standig.Die Zuwachsraten in diesem Bereich sindenorm. Folienkonstruktionen decken einen Be-reich ab, der zwischen den klassischen Glas-dachern und den weitgespannten Membrankon-struktion liegt. Zudem konnen so auch diebauphysikalischen Schwachen der einlagigenMembrananwendungen uberwunden werden.Immer hoher werden im Laufe dieser Ent-wicklungen, ausgehend von den ingenieurtech-nischen Grundlagen, die im Zuge der Arbeitenam Munchener Olympiadach vom Team umJorg Schlaich begonnen werden, die Anforde-rungen an die Planung dieser Bauwerke, die innahezu allen Fallen unmittelbar Tragwerke sind(Bild 1). Eine wesentliche Rolle in der Zusam-menfuhrung und Vermittlung der erforderlichenKenntnisse spielt das europaische Expertennetz-werk Tensinet.

709Einfuhrung

1.3 Definition Membran und Unterschiedezu konventionellen Konstruktionen

Die systematische Betrachtung der Tragwerkezeigt, dass sich alle Systeme verstehen lassen,durch die Verfolgung der im Tragwerk vorhan-denen Zug- und Druckkrafte.Weit verbreitete Tragelemente, die einfacheStrukturen ermoglichen, sind die Biegebalken.Auch bei diesen Bauteilen bilden sich Zug-und Druckbereiche aus. Beim Einfeldtragerunter vertikal nach unten gerichteter Last imunteren Balkenbereich Zug und oben Druck.Die Analyse zeigt, dass sich große Bereichedes Elements und damit einiges an Masse nichtam Lastabtrag beteiligen. Aus dieser Erkenntnisresultiert der als Fachwerk aufgeloste Biege-trager. Hier wird jedem Stab eine exakteBeanspruchung zugewiesen, fur die er optimiertwird. Wesentlich einfacher ist jedoch, wenn dieLast durch nur ein Element abgetragen werdenkann. Die simplen Bogen- und Seilhangetrag-werke stellen solche optimierten Systeme dar.

Komplexe Aufgaben der beschriebenen Opti-mierung ergeben sich bei der Bewaltigungeines flachigen Lastabtrags. Hier stellen sichnun die Membrantragwerke neben die Biege-tragwerke. Membrantragwerke sind in derLage, die auftretende Belastung ausschließlichuber Normalkrafte in der Tragwerksebeneabzutragen. Analog zum Bogen ergeben sichdie Schalen- und Netzkuppelsysteme. Die raum-lichen Entsprechungen des Hangeseils bildendie Seilnetze und die textilen Flachentragwerke(Bild 2).Beide, die Schale und die Membranen, sindmechanisch mathematisch betrachtet Membran-tragwerke. Die ersten ausschließlich auf Druckund die zweiten ausschließlich auf Zugbeansprucht. So wird klar, dass der gewahlteBegriff „Membrankonstruktionen“ neben derDefinition des textilen Baustoffs auch die Artdes Lastabtrags beschreibt und daher richtiger-weise auch auf die „nicht-textilen“ Folienkon-struktionen Anwendung findet.Immer wieder wurden die Membrankonstruk-tionen als schwierig klassifiziert und in einigenPunkten gibt es auch bei der Planung der Trag-werke und in der Bewertung ihres Tragverhal-tens signifikante Unterschiede im Vergleich zu

710 7 Membrantragwerke

Bild 1. Olympiagelande Munchen mit temporarerMembranuberdachung im Vordergrund

Bild 2. Systematische Entwicklung der Flachen-tragwerke

den konventionellen Bauarten. Die Unsicherheitim Umgang mit den Materialien des Membran-baus und deren wenig bekannten Kurz- undLangzeiteigenschaften und der ungewohnlichePlanungsprozess mit Formfindung und fruherInteraktion der Disziplinen haben dazu beigetra-gen. Gleichzeitig sind, anders als gewohnt,Details zu entwickeln und zu berechnen, diefur große Verformungen geeignet sein mussen.Durch die Vielzahl der in den letzten 15 Jahrenerrichteten und auch veroffentlichen Projekte,hat das Wissen uber die Bauart weiter zugenom-men. Die Vielfalt der moglichen Losungen unddie Bandbreite der Einsatzgebiete sind heute all-gemein bekannt.

1.4 Grundformen des Membranbaus

Die Grundformen der Membranflachen ergebensich aus den Definitionen der Mechanik. Diezwei-sinnige Krummung ist zum Lastabtragmit Membrankraften unabdingbar. Daher habensich folgende Grundformen etabliert:

– das hyperbolische Paraboloid (im Membran-bau angenahert z. B. als Vierpunkt-Segel)(Bild 3a),

– die Sattelflache, gebildet aus zwei parallelverschobenen Bogen (Bild 3b),

– die Hochpunkt-Flache (Bild 3c).

In den zuvor genannten Fallen sind dieKrummungsorientierungen jeweils gegensinnigund so bedingt die von den Randern eingetra-gene Vorspannung in der einen Richtung zurHerstellung des Gleichgewichts auch eine Vor-

spannung in der anderen Richtung. Die Vor-spannverhaltnisse sind uber die Krummungsver-haltnisse gekoppelt.Zusatzlich bilden auch gleichsinnig gekrummteMembranflachen eine mogliche Grundform. Indiesen Fallen ist eine Vorspannung allerdingsnur durch eine gleichmaßige flachige Belastungeinzupragen. Praktisch bedeutsam sind in die-sem Zusammenhang die durch Luftdruckgestutzten Formen, die Pneus (Bild 3d).

711Einfuhrung

Bild 3a. Bundeskanzleramt Berlin – Angenaherteshyperbolisches Paraboloid

Bild 3b. �berdachung Urban-Loritz-Platz, Wien –Reihung von Sattelflachen

Bild 3c. Stadion Kuwait – Reihung von Hoch-punktmembranen

Bild 3d. Vista Allegre, Madrid – Membrankissenunter innerer Luftdruckbeanspruchung

8Stahlprofiltafeln furDacher und Wande

Dr.-Ing. Knut Schwarze

Dipl.-Ing. (FH) Oliver Raabe


762 8 Stahlprofiltafeln fur Dacher und Wande

Inhalt

1 Einfuhrung 7651.1 Allgemeines 7651.2 Bauelemente aus Stahlblech 7651.2.1 Werkstoffe 7651.2.2 Wellprofile 7661.2.3 Trapezprofile 7671.2.4 Kassettenprofile 7681.2.5 Sonderprofile 7681.3 Baurechtliche Situation 769

2 Bemessung 7702.1 Grundlagen und Vorschriften 7702.1.1 Grundlagen 7702.1.2 Bemessungskonzepte nach DIN 18800-1

und DIN 1055-100 7722.1.3 Bemessungskonzepte nach DIN 18807

einschließlich Anpassungsrichtlinie 7732.1.4 Bemessungskonzept fur die

Verbindungen 7762.2 Einwirkungen 7772.2.1 Allgemeines 7772.2.2 Standige Einwirkungen 7772.2.3 Windlasten 7772.2.4 Schnee- und Eislasten 7792.2.5 Wasseransammlungen 7802.2.6 Kiesschuttungen und abgehangte

Installationen 7822.2.7 Zwangungen infolge von

Temperatureinfluss 7832.2.8 Einwirkungen aus Stabilisierungs-

kraften 7832.2.9 Einwirkungen bei stark geneigten

Dachern 7862.3 Widerstandsgroßen der Trapezprofile 7872.3.1 Allgemeines 7872.3.2 Widerstandsgroßen fur Biegung mit

Querkraft 7872.3.3 Widerstandsgroßen fur Normalkraft-

beanspruchung 7922.3.4 Widerstandsgroßen fur Schubfeld-

beanspruchung 7942.3.5 Widerstandsgroßen fur die Begehbarkeit 7952.4 Widerstandsgroßen der Kassettenprofile 7962.4.1 Allgemeines 7962.4.2 Widerstandsgroßen fur Biegung mit

Querkraft 796

2.4.3 Widerstandsgroßen fur Schubfeld-beanspruchung 798

2.4.4 Widerstandsgroßen fur die Begehbarkeit 7982.5 Verbindungen dunnwandiger

Bauelemente 7992.5.1 Tragverhalten der Verbindungen 7992.5.2 Widerstandsgroßen der Verbindungen 7992.6 Nachweise fur Trapezprofildacher

und -wande 8022.6.1 Grundsatzliches zu den

Einwirkungskombinationen 8022.6.2 Einwirkungskombinationen beim Nachweis

der Tragsicherheit 8022.6.3 Einwirkungskombinationen beim Nachweis

der Gebrauchstauglichkeit 8042.6.4 Berechnung der Beanspruchungen 8042.6.5 Nachweise fur Biegung mit Querkraft 8082.6.6 Nachweise fur Normalkraft 8102.6.7 Nachweise fur Schubfelder 8112.6.8 Nachweise der Verbindungen 8112.7 Nachweise fur Kassettenwande 8122.7.1 Nachweise der Kassettenprofile 8122.7.2 Nachweise der Verbindungen 8122.8 Beanspruchungen der

Unterkonstruktionen 8152.9 Beispiele 8172.9.1 Trapezprofildach 8172.9.2 Kassettenwand 8252.10 Bemessungshilfsmittel 8282.10.1 Bemessungstabellen der Firmen 8282.10.2 Bemessungsdiagramme 8332.10.3 Bemessungsprogramme 835

3 Konstruktion und Verbindungen 8363.1 Dachsysteme 8363.1.1 Allgemeines 8363.1.2 Einschaliges ungedammtes Dach 8363.1.3 Einschaliges oberseitig warmegedammtes

Dach 8383.1.4 Zweischaliges warmegedammtes

nichtbeluftetes Dach 8383.2 Wandsysteme 8403.2.1 Einschalige ungedammte Wand 8403.2.2 Wandbekleidung 8403.2.3 Zweischalige warmegedammte Wand, Innen-

und Außenschale aus Trapezprofilen 841

763Inhalt

3.2.4 Zweischalige warmegedammteWand, Innenschale Kassettenprofil undAußenschale Trapezprofil 841

3.3 Randausbildung der Verlegeflache 8433.4 Stoßausbildung der Profile 8443.4.1 Langsstoße 8443.4.2 Querstoße 8443.4.3 Biegesteife Stoße 8443.5 Verbindungselemente und planerische

Vorgaben 8453.5.1 Wahl und Ausfuhrung von Verbindungs-

elementen 8453.5.2 Verlegeplane und Montageanweisungen 847

3.6 Dachoffnungen 8483.6.1 Allgemeines 8483.6.2 Kleine �ffnungen 8483.6.3 Große �ffnungen 8493.7 Schubfelder 8493.7.1 Allgemeines 8493.7.2 Konstruktive Voraussetzungen 8493.7.3 Befestigung der Profile 8513.7.4 Schubfeldsteifigkeiten beim

Biegedrillknicken 8513.7.5 �ffnungen in Schubfeldern 853

4 Literatur 854

9Gerustbau –Stabilitat und statisch-konstruktive Aspekte

Dr.-Ing. Robert Hertle


858 9 Gerustbau – Stabilitat und statisch-konstruktive Aspekte

Inhalt

1 Einleitung 859

2 Konstruktionen temporarerBauhilfsmittel 861

2.1 Konstruktive und anwendungsorientierteRandbedingungen 861

2.2 HerstellungsorientierteRandbedingungen 863

2.3 Besonderheiten bei Entwurf undBemessung 866

3 Werkstoffe 8693.1 Allgemeines 8693.2 Metallische Werkstoffe 8703.3 Holzwerkstoffe 8733.4 Kunststoffe 875

4 Knotenkonstruktionen undVerbindungsmittel 876

4.1 Allgemeines 8764.2 Gerustkupplungen 8774.3 Tragerklemmen 8784.4 Kontaktstoße 8794.5 Modulgerustknoten 8804.6 Gerustverankerungen 8824.6.1 Leichte Gerustverankerung fur Arbeits- und

Schutzgeruste 8834.6.2 Mittelschwere Gerustverankerung fur Arbeits-

und Klettergeruste 8844.6.3 Schwere Gerustverankerungen fur

Traggeruste 8854.7 Stahlbaumaßige Verbindungen 885

5 Regelwerk 8865.1 Allgemeines 8865.2 Normen, technische Regeln und Regeln fur die

Arbeitssicherheit 8875.3 Erlauterungen zu den

Europaischen Regelungen 8885.4 Arbeitssicherheit im Gerustbau 895

6 Versuche 8976.1 Allgemeines 8976.2 Versuche an aussteifenden Elementen 9006.3 Versuche an Knotenpunkten 9026.4 Grundsatze zur Auswertung der Versuche 904

7 Arbeits- und Schutzgeruste 9057.1 Allgemeines 9057.2 Rahmengeruste 9107.3 Modulgeruste 9157.4 Stahlrohrkupplungsgeruste, Leitergeruste 917

8 Traggeruste 9178.1 Vertikale Tragelemente 9178.2 Joche und Aussteifungssysteme 9268.3 Rustbinder 9298.4 Schalungskonstruktionen 9328.5 Klettergeruste 9348.6 Geruste fur den Bruckenbau 939

9 Schlussbemerkungen 943

10 Literatur 944

10Dynamisches Verhalten vonLamellen-Dehnfugen

Dr.-Ing. Joachim Braun

Dr.-Ing. Johan Sebastian Leendertz

Dipl.-Ing. Tobias Schulze

Dipl.-Ing. Bernd Urich

Dipl.-Ing. Bernard Volk


950 10 Dynamisches Verhalten von Lamellen-Dehnfugen

Inhalt

1 Einleitung 951

2 Geschichte 9512.1 Allgemeines 9512.2 Lasten und Bewegungen 9522.2.1 Verkehrslasten 9522.2.2 Bewegungen 952

3 Zukunftige Entwicklungen 9523.1 Europaische Leitlinie fur Fahrbahnubergange

(ETAG) 9523.2 Verkehrslasten nach Anhang G der ETAG 032

fur Fahrbahnubergange 9533.3 Zukunftige europaische Zulassungen (ETZ) fur

Fahrbahnubergange 954

4 Bauarten 9544.1 Allgemeines 9544.2 Einzeltraversen-Dehnfuge 9584.2.1 Mageba (Robek) 9584.2.2 RW Sollinger Hutte (WSG) 9594.2.3 Maurer Schwenktraversen-Dehnfuge 9604.3 Tragerrost-Dehnfuge 961

5 Dynamisches Verhalten (allgemein) 962

6 Dynamischer Versuch 9636.1 Feldversuch 9636.1.1 Allgemeines 9636.1.2 Vorgehensweise 9646.1.3 Versuchsanordnung 9646.1.4 Lastanordnung und Durchfuhrung

des Versuchs 9656.2 Versuchsauswertung 9666.2.1 Allgemeines 9666.2.2 Vertikale Einflusse 9666.2.3 Horizontale Einflusse 9676.2.4 Kombination von vertikalen und

horizontalen Effekten 9676.2.5 Brems- und Beschleunigungsversuche 9676.3 Berechnungsmodell 9686.4 Auskragende Lamellen 9686.5 Berechnungsergebnisse 9686.6 Kombination von Einflussen 9696.7 Versuchsbericht 969

6.8 Anwendung der Versuchsergebnisse 9696.9 Beispiele zum �berrollversuch 9696.9.1 Maurer Schwenktraversen-Dehnfuge 9696.9.2 Mageba Robek Modular-Lamellenfuge 9736.9.3 RW Sollinger Hutte WSG-Lamellen-

dehnfuge 9776.10 Dynamisches Verhalten der Komponenten 979

7 Bestimmung derErmudungsfestigkeit 979

7.1 Allgemeines 9797.2 Ermudungsdetailklassen von metallischen

Komponenten 9807.3 Ermudungsdetailklassen von

nicht-metallischen Komponenten 9807.4 Probekorper 9807.5 Bewegungen und Belastungen 9807.5.1 Bewegungen aus Temperatur und Verkehr

auf der Brucke (Phase 1) 9807.5.2 Verkehrslasten (Phase 2) 9817.6 Versuchsdurchfuhrung 9817.7 Protokoll der Ergebnisse 9827.8 Versuchsbericht 982

8 Ermudungsfestigkeitsanalyse 9828.1 Allgemeines 9828.2 Ermudungslebensdauer und Anzahl der

Fahrzeuge 9828.3 Anzahl der Achsen pro Lastwagen/

Radaufstandsflachen 9838.4 Dynamische Effekte 9858.5 Spannungsintervalle 9868.6 Ermudungsklassen und Schadens-

folgeklassen 9868.7 Schadensberechnungen und Ermudungs-

lebensdauer 9868.8 Verschleiß 9868.9 Beispiele 986

9 Inspektion und Unterhaltung 989

10 Schlussfolgerungen undkunftige Entwicklungen 990

11 Literatur 990

11Stahlpreise(Stand: 01.01.2009)

RA Karl Heinz Guntzer

RA Dr. Peter Hammacher


992 11 Stahlpreise

Inhalt

1 Einfuhrung 9931.1 Ausgangssituation 9931.2 Etwas Statistik 993

2 Wie sieht die Situation in derPraxis aus? 994

2.1 Materialeinkauf 9942.2 Wie wirken sich Preisschwankungen auf

laufende Vertrage aus? 9952.3 Welche Konsequenzen hat dies fur den

Auftragnehmer? 995

3 Preisgleitklauseln derPrivatwirtschaft 996

3.1 Preisberichtigungsklausel 9963.2 Berechnungsbeispiel 9963.3 Preisklauselgesetz 997

4 �ffentliche Preisgleitklauseln 9984.1 Gesetzes- und Verordnungslage 9984.2 Die offentliche Preisberichtigungsklausel 9994.3 Rechtslage bei laufenden Auftragen

(sog. „Altvertrage“) 1000

5 Gibt es einen „Notanker“? 10005.1 Storung der Geschaftsgrundlage 10005.2 Ein Prazedenzfall 10015.3 Chancen bei Verlangerung der

Zuschlagsfrist 10025.4 Fazit 1003

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Inhaltsu¨bersicht · 7.1 Zuordnung der Bauprodukte fu¨r den Stahlbau zu den Zeilen (lfd. Nr.) der Bauregelliste A Teil 1 250 7.2 Zusammenstellung der Anlagen zur Bau-regelliste