SICHERHEITSKONZEPT

Erläutern sie in Worten und Skizzen das semiprobalbilistische Sicherheitskonzept für Eurocodes

basiert auf wahrscheinlichkeitstheoretischen und statistischen Methoden betrachtet getrennt Streuung auf Last- (Teilsicherheitsbeiwerte) und Widerstandsseite (Teilsicher heitsfaktoren ermöglicht materialübergreifende Anwendung, bemessung v. Tragwerken baustoffunabhängig, anschaulichereBetrachtungderEinflussgrößen da insbesondere an Verteilungsenden unzureichende empir. Kenntnisse vorliegen, zwischen definiertenWerten(Bemessungswerte,charakt.Werte)ausreichendSicherheitsabstand Versagen: R-E<0, Grenzzustand R-E=0 Ziel ist es eine AUssage über Tragfähigkeit u Gebrauchstauglichkeit eines Bauwerkes zu ermöglichen (Versagensmodelle)

Häufigkeit

Erklären Sie die Begriffe Grenzzustand der Tragfähigkeit und Grenzzustand der Gebrauchstaug-lichkeit. Wie unterscheiden sich diese Bemessungszustände? Grenzzustand der Tragfähigkeit (Nachweis auf Traglastniveau)Sicherheit von Menschen ist gefährdet!

Versagendurch übermäßigeVerformung Bruch Verlust d. statischen Gleichgewichts Verlust der Standsicherheit

ULS, Spannungsnachweise, Stabilitätsnachweise ULS: Ständige Bemessungssituation z.b.: qd = gd + nd + 0,5 sd (Nutzlasten sind so anzuordnen, dass sie ungünstigste Ergebnisse liefern! WirkensichständigeLastengünstigausistΔinf=1zusetzen) AußergewöhnlicheBemessungssituationz.b.:qfi=gk+0,5nk+0,0sk (Brand, Erdbeben)

Grenzzustand der GebrauchstauglichkeitBestimmte Gebrauchsfunktionen sind eingeschränkt

Versagen durch Verformung oder Durchbiegung Schwingungen

SLS, Erscheinungsbild, Schäden an untergeordneten Bauteilen (nichttragende Wände), Schwingungen SLS: charakteristische Bemessungssituation z.b.: qk = gk + nk + 0,5nk Quasi – ständige Bemessungssituation z.b.: qk = gk + 0,3nk

Erklären Sie in Worten und Skizzen die Begriffe:

Gauß-Normalverteilung von Werten: EineNormalverteilungbeschreibtdieunterschiedlichenHäufigkei-teneinerdurchMessungenerhobenenGröße,derenErgebnissegraphischinFormeinerGlockenkurvedargestellt werden können.

Mittelwert

Fraktilwert ( unterer Fraktilwert oberer Fraktilwert )Statistischer Wert, der angibt, dass nur 5% der Einzelwerte mit einer bestimmten Aus-sagewahrscheinlichkeit unter diesem Grenzwert liegen

Charakteristischer WertEntsprichtdem5%-FraktilderHöchstlasten für die jeweilige Versagensartund Beanspruchungsrichtung

Designwert (=Bemessungswert)Entspricht einem charakteristischen Widerstand geteilt durch den dazugehörigenMaterial- und Montagesicherheitsbeiwert. Rd= Rk /γM

Kombinationsbeiwerte: wieso besteht die Möglichkeit für Nachweiße des Grenzzustands der Tragfähigkeit und des Grenzzustands der Gebrauchstaglichkeit Kombinatiosbeiwerte einzusetzen. Welche Größe können diese Werte annehmen.

Da ein auftreten aller Lastfälle gleichzeitig eher unwahrscheinlich ist, dürfen die veränderlichen Lasten um einen Kombinationsbeiwert vermindert werden.

Ψ0: für die Kombination von mehreren Nutzlasten beim Nachweis ULS im Hochbau, Wohngebäude= 0,7 imHochbau,Lagerflächen=1,0Ψ2: für die Abminderung der Nutzlasten beim Nachweis SLS im Hochbau, Wohngebäude= 0,3 imHochbau,Lagerflächen=0,8

Häufigkeit

Kombinationsbeiwerte: wieso besteht die Möglichkeit für Nachweiße des Grenzzustands der Tragfähigkeit und des Grenzzustands der Gebrauchstaglichkeit Kombinatiosbeiwerte einzusetzen. Welche Größe können diese Werte annehmen.

Da ein auftreten aller Lastfälle gleichzeitig eher unwahrscheinlich ist, dürfen die veränderlichen Lasten um einen Kombinationsbeiwert vermindert werden.

Ψ0: für die Kombination von mehreren Nutzlasten beim Nachweis ULS im Hochbau, Wohngebäude= 0,7 imHochbau,Lagerflächen=1,0Ψ2: für die Abminderung der Nutzlasten beim Nachweis SLS im Hochbau, Wohngebäude= 0,3 imHochbau,Lagerflächen=0,8

Warum werden Teilsicherheitsfaktoren eingesetzt, warum unterscheidet man Teilsicherheitsbei-werte für unterschiedliche Lastarten und Materialien?

ermöglicht materialübergreifende Anwendung, bemessung v. Tragwerken baustoffunabhängig, anschaulichereBetrachtungderEinflussgrößenDa verschiedene Lastarten unterschiedliche Wirkungen/Dauer haben: Erdbeben wirkt nicht gleich auf Gebäude wie Schneelast;

Materialien unterschiedliche Eigenschaften/(homogenität der Stoffeigenschaften): zB Holz isotrop, vonFeuchteabhängig,inhomogenimVergleichzuStahl

Schreiben Sie die Bemessungsgleichung für den Nachweis der Tragfähigkeit von Tragwerksele-menten an.

Ed<= RdEd = Bemessungswert der einwirkenden Lasten Rd = Bemessungswert des Bauteilwiderstandes

Die folgende Formel definiert den Nachweis der Tragfähigkeit nach dem semiprobalistischen Be-messungskonzept:

a) Wofür stehen die einzelnen Bezeichnungen bzw. Parameter?R = Resistance (Materialseite)S = Stress (Lastseite)ys =Teilsicherheitsbeiwert für Einwirkungen, Streuung Lastseite ( Erhöhung der Lasten)yr = Teilsicherheitsbeiwert für Material, Streuung Material(Verminderung der Materialkennwerte)

b) Formulieren Sie in Worten den Nachweis der Tragfähigkeit.Die der Summe der Einwirkenden Lasten (ständige und veränderliche) erhöht mit dem Teilsicherheitsbei-wert wird mit der Summe der Wiederstände (Materialien) vermindert um den Teilsicherheitsbeiwert vergli-chenundmusszugleichgrößerseinumTragfähigkeitzugewährleisten.

d) Welche Nachweise sind außer der Tragfähigkeit noch zu führen?

AN Allgemeiner Spannungsnachweis – Tragfähigkeit (Querschnitt) SN Stabilitätsnachweis – Tragfähigkeit (Bauteil) FNFormänderungsnachweis-Gebrauchstauglichkeit(System) AN Nachweis der Anschlüsse (Knoten)

Beschreiben Sie den prinzipiellen Ablauf der Bemessung eines Bauteils.

1.statischesSystemdefinieren 2.Belastungenermitteln(Einwirkungen)γ-facheLasten 3.Schnittgrößenermitteln(N,Q,M) 4.MaterialundProfilwählen 5. Vorhandene Spannungen ermitteln 6.Spannungsnachweiseführen→Standsicherheit 7.Durchbiegungsnachweise→Gebrauchstauglichkeit(z.B.maxf<l/300fürHolzbalken)

Erklären Sie die Begriffe Mittelwert, charakteristischer Wert und Bemessungswert anhand eines Beispiels.

Warum werden die Sicherheitsfaktoren auf der Last- und der Widerstandsseite für den außerge-wöhnlichen Lastfall Brand mit „1“ angegeben?

Bemessung nach Grenzzuständen mittels Teilsicherheitsbeiwerten: Erklären Sie die Begriffe Trag-fähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. Welche Teilsicherheitsbeiwerte kennen Sie?

c) Nennen Sie ihnen bekannte Werte für yR und ys.

HOLZ

Holz ist ein anisotroper Werkstoff. Wie unterscheiden sich die Festigkeitseigenschaften quer und längs der Faserrichtung und um welches Maß unterscheiden sie sich (Größenordnung)?

AnisotropiedarörchenförmigeTracheiden(fürFestigkeitmaßgeblich)stammparallel

Zugfestigkeit quer: 3-5% (annähernd Null)Druckfestigkeitquer:10-20%

Natürliche Resistenz: Welche Heimische Holzart würden Sie im Außenbereich bevorzugt einsetzen (hohe Resistenz) Welche Resistenzklasse weißt Fichte auf?

Teak:1(sehrresistent)Eiche, Kastanie: 2 (resistent)Lärche:3,3-4(mäßigresistent)Fichte4(wenigresistent)

Quellen und Schwinden: geben Sie eine Erklärung für das Verformungsverhalten des Brettquerschnitts bei Feuchtigkeitsänderung ΔU

TracheidenbesitzenauchnachFällendesBaumesEigenschaft,Wasseraufnehmenuabgebenzukönnen.wennunterhalbFasersättigungsbereichFeuchtigkeitaufnimmt/abgibt->Quellen/SchwindeninQuerrichtungstärkeralsinLängsrichtung,dhVolumen-+Formänderung

Natürliche Resistenz: Welche Heimische Holzart würden Sie im Außenbereich bevorzugt einsetzen (hohe Resistenz) Welche Resistenzklasse weißt Fichte auf?Teak:1(sehrresistent)Eiche, Kastanie: 2 (resistent)Lärche:3,3-4(mäßigresistent)Fichte4(wenigresistent)

Quellen und Schwinden: geben Sie eine Erklärung für das Verformungsverhalten des Brettquerschnitts bei Feuchtigkeitsänderung ΔUTracheidenbesitzenauchnachFällendesBaumesEigenschaft,Wasseraufnehmenuabgebenzukönnen.wennunterhalbFasersättigungsbereichFeuchtigkeitaufnimmt/abgibt->Quellen/SchwindeninQuerrichtungstärkeralsinLängsrichtung,dhVolumen-+Formänderung

Abbrandgeschwindigkeit: geben Sie eine mittlere Abbrandrate für einen Holzquerschnitt in mm/min an.0.4-1.3mm/minspontan ab 305°C, verkolhung ab 300°C

kmod: welche speziellen Randbedingungen bei der Festlegung von Materialkennwerten werden hier berücksichtigt. Wo müssen Sie diesen Beiwert in der Bemessunsgleichung berücksichtigen?

Modifikationsbeiwertabh.von: Baustoff/Holzart(Materialeigenschaft) Nutzungsklasse NKL (Umgebungsklima) Klasse der Lasteinwirkungsdauer KLED fd = fk * kmod / gammaR

Festigkeitsklassen: z.B.: C16, GL24, was charakterisieren die Zahlenwerte, in welcher Einheit sind sie angegeben?Holzart + charakt. Wert der Biegefestigkeit [N/mm2]C...NadelholzD...LaubholzGL...Brettschichtholz

Sortierung: Warum wird Holz einer Festigkeitssortierung unterzogen? Was bedeutet S7 und MS13.DieMaterial-undsomitFestigkeits-uSteifigkeitseigenschaftenvonunsortiertemSchnittholzstreuenin weiten Bereichen, da Holz ein von Natur hervorgebrachter Rohstoff, physikalische u mechanische EigenschaftennatürlichenSchwankungenunterworfen,Äste,Faserneigung dhSortierunginversch.FestigkeitsklassenVisuelle Beurteilung:- Sortierklasse S 7 : Schnittholz mit geringer Tragfähigkeit-SortierklasseS10:SchnittholzmitüblicherTragfähigkeit-SortierklasseS13:SchnittholzmitüberdurchschnittlicherTragfähigkeit

Maschinelle Beurteilung:- Sortierklasse MS 7: Schnittholz mit geringer Tragfähigkeit-SortierklasseMS10:SchnittholzmitüblicherTragfähigkeit-SortierklasseMS13:SchnittholzmitüberdurchschnittlicherTragfähigkeit-SortierklasseMS17:SchnittholzmitbesondershoherTragfähigkeit

Zeichnen Sie das Spannungs-Dehnungsdiagramm von Stahl und Holz.

Warum wird das Brandverhalten von Holz als berechenbar bezeichnet? Welche Eigenschaften des Materials tragen dazu bei? In welcher Größenordnung bewegt sich die Abbrandgeschwindigkeit von Holz?

Gitternetzschalen aus Holz (zB Centre Pompidou Metz 2010): Geben Sie zwie materialtechnologische Gründe an, warum doppeltgekrümmte Gitternetzschalen vorteilhaft in Holz umgesetzt werden können.

Erklären Sie die Eigenschaften von BSH und Vorraussetzungen zur Herstellung von BSH. BSH läßt sich auch gekrümmt herstellen, skizzieren Sie die Herstellungsschritte.

Nennen Sie mechanische Verbindungsmittel für den Holzbau und beschreiben Sie deren Wirkungsweise in Skizzen und Text.

Bolzen und Stabdübelverbindungen (selbstschneidend)Bolzen sind mit Kopf und Mutter versehen. Stabdübel sind zylindrische Stahlstifte mit glatterodergerillterOberfläche.Siewerdeninvorgebohrte,kleinereLöchereingetrieben.TragendeBolzenverbindungen sind nur bei untergeordneten Bauten zugelassen, weil die Bolzen an Klemmwirkung verlieren und nachgezogen werden müssen, wenn das Holz beim Austrocknen schwindet. Stabdübeldagegen können bei allen Bauwerken verwendet werden.schlanke Stabdübel + Stahlbleche ermöglichen duktile Verbindungen

Nagelplatten und BlechformteileNagelplatten werden von Spezialbetrieben mit Pressen in das Holz eingepresst; einEinschlagen mit dem Hammer ist nicht zulässig. Nagelplatten sind daher für den Holzbau inderLandschaftsarchitekturnurbedingtgeeignet.SehrflexibeldagegensindBlechFormteileauskorrosionsgeschütztemStahlblechfürdieVerbindungvonHolzteilen.DieFormteilewerdenmitfürBohrungenpassendenNägelngeliefert.ZudenhäufigverwendetenFormstückenzählenWinkelbeschlägeundBalkenschuhe.

Holzschrauben, Gewindestangen, Querzugverstärkungen, Zuganker, Pfettenanker, Windrispenbänder

Erklären Sie den Begriff Anisotropie und Inhomogenität am Beispiel desWerkstoffes Holz. Nennen Sie heimische Nadel- und Laubhölzer, die als Bauholz Einsatz findenund geben Sie Grenzwerte für die zugehörige Rohdichte an.

Nadelhölzer:Fichte,Tanne,Kiefer,Föhre,Lärche,Weißtanne,Rottanne. Rohdichte des trockenen Holzes: 400 – 600 kg/m3Laubhölzer: Buche, Eiche Rohdichte des trockenen Holzes: 600 – 800 kg/m3

Brettschichtholz: Nennen Sie 3 Punkte, die Brettschichtholz von Vollholzunterscheiden.

Skizzieren Sie eine traditionelle, handwerkliche Holzverbindung. Auf welchem Prinzip beruhen diese Verbindungen? Welche Nachteile hat diese Fügetechnik?Prinzip des Wegnehmens – Schwächung der KonstruktionsstelleLängsverbindungwaagrecht:erfordertimStoßbereicheineUnterstützung.Verbindungkannauch Druck und Zug beansprucht werden.

Die Werkstoffe Stahl und Holz werden in der Regel als stabförmige Elementehergestellt und auf der Baustelle additiv zusammengefügt. Nennen Sie Nennwerte für die charakteristische Zug-Druckfestigkeit sowie für das E-Modul. Beschreiben Sie die charakteristischen Materialeingenschaften der beidenWerkstoffe.

Stahl: Stahl ist hart und fest.Trotzdem kann Stahl gut verformt werden.Schon bei normaler Raumtemperatur (20°C) kann Stahl gebogen werden.Stahlca.:190000bis210000N/mm2(beiRaumtemperatur)emodul:210kN/mm²

Holz: hygroskopisch, anisotrop, inhomogen, elastomechanische EigenschaftenHolz,parallelzurFaser:9000bis12000N/mm2Holz,querzurFaser:300bis1000N/mm2emodul:7-20kN/mm²

Bei welcher mittleren Feuchte spricht man von trockenem Holz?

Frisch,wenneseinemittlereHolzfeuchtevonüber30%hat(beiQuerschnittenüber200cm2über35%).Halbtrocken, wenn es eine mittlere Holzfeuchte von über 20 % und von höchstens 30 % hat (bei Querschnitten über 200 cm2 höchstens 35 %).Trocken, wenn es eine mittlere Holzfeuchte bis 20 % hat.

STAHL

Hochlegierte Stähle: Welche Legierungselemente werden zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Stahl beigemengt? Wie wirken sich diese Elemente auf die Eigenschaft Zähigkeit, Festigkeit und Schweißbarkeit aus?

Skizzieren Sie das Spannungs-Dehnungsdiagramm für Baustahl und für hochfesten Stahldraht. Worin unterscheiden sich die Eigenschaften dieser beiden Materialien?+Fließgrenze und E-ModulBaustahlgeringeStreckgrenze;Zugfestigkeit;höhereDehnungbeiVerformung→Bruch

hochfester StahldrahthoheStreckgrenze;Zugfestigkeit;kaumDehnungbeiVerformung→Bruch

elastische Verformung = Stahl wird gedeht – RissbildungFliessgrenze=Dehnungnimmtbeigleichbleiben der Spannung zu – StahlfließtVerfestigungsbereich – Stahl kann bis zum Bruch eine weitere Belastung aufnehmen =plastische VerformungBruch – Material versagt.

Beschreiben Sie die Wirkungsweise und den Lastfluss einer einschnittigen Scher-Lochleibungsschraubverbindung von zwei Flachstahlelementen anhand einer Skizze.

Was bezeichnet man als Fließen des Stahls?

plastische,irreversibleVerformungvonStahl(=Kriechen),wennBelastungsogroß,dassSpannunggrößeralsjeweiligeStreckgrenze(=Fließgrenze)desStahls.

Nennen Sie zwei Verbindungstechniken im Stahlbau. Beschreiben Sie ihre Wirkungsweisen.

SchraubenverbindungenVorteile:SchraubenverbindungenhabeneinehoheFestigkeitundlösensichnichtselber,Sehr hohe Belastbarkeit der Verbindung auf Zug in Schraubenachse, Schraubverbindungensind gut wieder lösbar, Bei der Befestigung entstehen keine Erschütterungen.Nachteile: Höherer Materialpreis gegenüber Nägeln, Schrauben können zu fest angezogen(überdreht) werden, wobei entweder das Gewinde ausreisst oder die Schraube sogar bricht,Manche Schrauben sind sehr hart und unelastisch. Sie brechen beim Verbiegen gerne ab.

SchweißverbindungenVorteile:GestattetstatischunddynamischgünstigeundeleganteFormgebung,Verknüpftkonstruktive Bedingungen mit ästhetischen Ansprüchen, Verbindungsfreie Bauweise vonhoherFestigkeit,ErleichtertVorfabrikationundMontagearbeitenNachteile: erfordert hohe Wärmeeinbringung d.h. Wärmespannungen, Veränderung desGefüges,Formänderungen,Verwerfungensindmöglich

Beschreiben Sie den elastischen und plastischen Verformungszustand bei Stahl, welche Aussagen im Bezug auf das Versagen eines Stahltragwerkes können Sie dadurch treffen (Skizzen)

Welche Methoden zur Umformung von Stahl kennen Sie, welche sind für den Baubereich bedeutend? Nennen Sie 2 Methoden.

StrangpressenWarmwalzen

Abkanten, Prägen, Stanzen, (Tief)ziehen

[Lichtbogen-Handschweißen]

Welche Schweißnahtverbindungen kennen sie für das Fügen von Bauteilen ina.) einer Achse und b.) für die Bauteilstöße unter einem Winkel? Skizzieren siedie Schweißnähte.

Ihnen stehen für einen Träger über eine Spannweite von 10m drei Arten zurVerfügung: Stahlprofil, Edelstahlprofil, Aluminium. Nennen Sie dieUnterschiede und den Einfluss auf die Bemessung sowie dieEinsatzmöglichkeiten für die drei Materialien.

Stahlprofil:hoheFestigkeit,BaustahlE-Modul=21000KN/cm2bzw.210000N/mm2Edelstahlprofil:sehrhoheFestigkeitAluminiumprofil:nichtmöglich.DieDauerderplastischenDehnungistzugeringdasheißtderBruch tritt relativ rasch ein.JegrößerdasE-ModulumsogeringerVerformung.

Welche Materialeigenschaften haben sich von der Entwicklung der frühenGusseisenkonstruktionen bis heute verändert und welchen Einfluss hat dies aufdie Verbindungen?

Formgebung:ModellierungwieStein,FügetechnikwieHolzGusseisen wird als Baustoff bereits seit vielen Jahren verwendet und hat vor allem imRohrleitungsbau aufgrund seiner hohen Beständigkeit gegen mechanische und chemischeEinflüsseTradition.Gusseisengilt-inFormdesGraugusses-nachwievoralssehrspröderund wenig schlagfester Werkstoff. Diese nachteiligen Eigenschaften des Gusseisens konntendurch die Entwicklung von „Duktilem Gusseisen“ entscheiden verbessert werden, sodass derWerkstoff heute der hohen Schlagenergie einer Pfahlrammung einwandfrei standhält. DuktilesGusseisen ist Gusseisen mit Kugelgraphit

BETONEine punktgelagerte Decke aus Stahlbeton hat das Problem des Durchstanzens. Beschreiben sie das Problem und machen sie einen Lösungsvorschlag ( Skizze ).

Überbeanspruchung der Decke durch Querkraft aus folge der Stütze wirkt sich als „Durchstanzen“ aus, die Decke wird im Lagerbereich der Stütze ab geschert.

Der zwischen den Stützen liegende Bereich der Deckenplatte wird stark von der Normalkraftder Stützen beansprucht, und die Spannung in der Deckenplatte kann die einachsigeBetondruckfestigkeitüberschreiten.AußerdemwirddiePlatteumdieStützevonhohenQuerkräften, die von den Deckenlasten herrühren, beansprucht. Diese Querkräfte können zueinemDurchstanzversagenführenundsindoftmaßgebendfürdieBemessungdiesesBereichs.Massnahmen: Schubkörbe, Schubbewehrung (Bügel, Doppelkopfbolzen)

Varianten für die Ausbildung von Stützen-Deckenknoten:(a)Stützen und Decke aus verschiedenen Betonfestigkeiten vor Ort betoniert;(b)Wechsel der Betonfestigkeit in der Decke in Knotennähe;(c) Decke mit eingelegter Umschnürbewehrung;(d) vorgefertigte Stützen und vor Ort betonierte Decke;(e) Verbindung der beiden Stützen mit Stahlelementen;(f) Durchdringung der Decke mit der Stütze(g)obenunduntenmitStahlplattenverseheneStützenohnebesondereMaßnahmeinderDecke zur Durchleitung der Normalkraft

Varianten für die Ausbildung von Stützen-Deckenknoten:(a)Stützen und Decke aus verschiedenen Betonfestigkeiten vor Ort betoniert;(b)Wechsel der Betonfestigkeit in der Decke in Knotennähe;(c) Decke mit eingelegter Umschnürbewehrung;(d) vorgefertigte Stützen und vor Ort betonierte Decke;(e) Verbindung der beiden Stützen mit Stahlelementen;(f) Durchdringung der Decke mit der Stütze(g)obenunduntenmitStahlplattenverseheneStützenohnebesondereMaßnahmeinderDecke zur Durchleitung der Normalkraft

Was versteht man unter dem Begriff Spannbeton und welche Vorteile ergeben sich durch seinen Einsatz?Unterschied zu herkömmlichen Stahlbeton durch eine mit Zugkraft vorgespannten Stahleinlagen (Spannkabel).DadurchstehtBetonschonvollerBelastungunterDruckspannungundreißterstwenndiesedurchAuftretenvonZugkräftenzurGänzeabgebautist.DieAnwendungfindetmanhäufigbeigroßenStützweitenumdieVerformunggeringzuhalten.Vorteil und Anwendung: keine Rissbildung... bevorzugt bei BrückenbauFertigteilbauweiseundVollmontagebauweise.

Stahlbetondecken haben ein hohes Eigengewicht. Skizzieren Sie zwei Lösungsvorschläge, die das Problem deutlich reduzieren.

Skizzieren Sie eine Ortbeton-Hohlkörperdecke und beschreiben Sie die Vorteile.

Vorteile:- Keine Schalung oder Montageunterstützung erforderlich- Sofort nach der Montage mit voller rechnerischer Last belastbar- Material- bzw. Gewichtsersparnis bis zu 40% gegenüber Massivplatten-IngroßenStückzahlensehrwirtschaftlich,davollständigindustriellvorgefertigtNachteil:- Nur Ausbildung von Einfeldträgersystemen möglich (keine Durchlaufträgerwirkungherstellbar)

BestehtauseinerBetonleistemitStahleinlagenalsZugzoneundFüllsteinenbzw.Füllziegel,welchealsverloreneSchalungfürdennochplastischenFüllbetonzwischendenSteinendienen Vorteile: kann nachträglich in Häuser mit bestehendem Dach eingebaut werden (z.B.Altbauten), durch den Hohlraum relativ leicht und mobil, für Bauherren moher EigenleistungbeiderErrichtungihresWohnhauses„Häuslbauer“geeignet.Nachteile:keinegroßenSpannweiten(maxca.7,50m)

Geben Sie eine Definition für den Werkstoff Beton an und nennen Sie je zwei positive und negative charakteristische Eigenschaften.

Beton ist ein Gemenge aus Gesteinskörnung (Zuschlagstoffen), Zement und Wasser.Es besitzt steinartige Eigenschaften und eine Nachbehandlung ist möglich.Vorteile:hoheDruckfestigkeit,großeLebensdauer,mitstahlnochhöhereZug-DruckfestigkeitNachteile: Bauzeitverlängerung durch Aushärtezeiten des Ortbetons, guter Wärmeleiter, ziemlich Dampfdicht

Beschreiben Sie die Begriffe Stahlbeton, Bewehrung und Verbund. Erläutern Sie ihre Ausführung durch Skizzen.

StahlbetonVerbundwerkstoff aus Beton und Betonstahl. Verbindet Vorteile beider Werkstoffe (Zug-Druckfestigkeit). BeideweiseneineninetwagleichenlinearenTemperaturdehnungskoeffizientenauf.

BewehrungEinlage von vorwiegend gerippten Stahlstäben, wodurch eine Dübel artige Verzahnung zwischen Stahl und Beton entsteht. Der Stahl übernimmt die Zugkraft nach der Rissbildung im Beton.

VerbundDer Beton stützt sich gegen die aufgewalzten Rippen des Stahles und ermöglicht so eine Kraftübertragung zwischen dem Bewehrungsstahl und dem ihn umgebenden Beton, was für die Tragwirkung wichtig ist.

Warum ist die Betondeckung des Bewehrungsstahls notwendig? Geben Sie sinnvolle Werte an und begründen Sie diese.

IstderkürzesteAbstandzwischenderäußerenBetonoberflächeundderBewehrung.Korrosionsschutzder Bewehrung, Sicherung des Verbundes, Brandschutz, Verhinderung von Abplatzungen.

Aus welchen Bestandteilen besteht unbewehrter Normalbeton?Beton= Zement + Wasser + Zuschlagsstoffe + Betonzusatzmittel

Was bezeichnet der W/Z-Wert und welche Auswirkung hat er auf die Betonfestigkeit und welche Größe nimmt er bei Normalbeton an?

Der W/Z-Wert gibt an in welchem Verhältnis die Wassermenge zum Zementgehalt eines Betons steht,d.h., das Verhältnis des Gewichts des Wassers , zum Gewicht des Zements.Grundsätzlich kann gesagt werden, dass, je höher der Wasserzementwert des Betons ist, desto besser lässt er sich zwar verarbeiten, die angestrebte Endfestigkeit fällt dadurch jedoch teilweise dramatisch ab. JekleinerderWasserzementwertist,destogeringeristdieSchwindgefahr(=Risse),Frostbeständigkeit,Korrosionsschutz nehmen abDas theoretische Optimum liegt bei W/Z = 0,40.InderPraxisliegtderW/Z-WertausGründenderVerarbeitbarkeitundzumAusgleichvonVerlusteninderRegel zwischen (0.25)0,45 - 0,60.

Nennen Sie 3 Nachteile von Stahlbeton.hohe Eigengewichtskräftehohe Wärmeleitfähigkeithoher Aufwand bei Umbau und Abbruch

Beschreiben Sie die Tragwirkung einer zweiachsig gespannten Platte.Die Plattenwirkung von Einzellasten kann mit einem Trägerrost simuliert werden: Beide Balken sind miteinander gekoppelt, daher haben sie an der Stelle der Lasteintragung die gleiche Durchbiegung. BeigleicherSteifigkeitundgleicherDurchbiegungwirddiekürzerePlattenseiteeinegrößereLast abtragen.Platte≈TrägerrostmitunendlichvielengekoppeltenBalken

Zweiachsig gespannte Platten•zweiachsigeLagerungsbedingungen•zweidimensionalerSpannungszustand•SchnittgrößenmitFlächenstatik

Abtragung der Lasten über zweiachsige Biegung zu den Auflagern•beigleichenLastengrößereSchlankheitenmöglichalsbeieinachsiggespanntenPlatten•TragwirkungabhängigvonStützweitenverhältnisundLagerungsbedingungenAuflagerkräfteSeitenverhältnis

Beschreiben Sie die dreifache Tragwirkung einer einfach gefalteten Platte.

DieeinzelnenFlächenwerdenalsPlatteundScheibebeansprucht.DabeitragendieeinzelnenElementeBelastungenquerzurFlächeab.SprichPlattentragendieBelastungenzudenKantenabwelchealsAuflagerdienen.EntlangdieserKantenwerdendieKräftedanninRichtungderFlächenverteilt.DadurchwerdendieseFlächenalsScheibenaktiviert.WichtigistdabeieineSchubfesteVerbundenheitwelchedieeinzelnen Verformungen ausgleicht.

TragverhaltenvonFaltwerkenDieeinzelnenFlächenwerdensowohlalsPlattealsauchalsScheibebeansprucht.DabeitragendieeinzelnenElementeBelastungenquerzurFlächezunächstalsPlattezudenKantenhinab,welchealsAuflagerdienen.EntlangderKantenwerdendieKräfteinRichtungderbenachbartenFlächenzerlegt.DadurchwerdendieseFlächenalsScheibenaktiviert.DadieVerformungen der Einzelscheiben unter Belastung unterschiedlich sind, verschieben sich dieKanten gegeneinander. Um dies zu verhindern, müssen sie schubfest miteinander verbundensein.· Querrichtung – Plattenwirkung· Längsrichtung – Scheibenwirkung·Diagonalrichtung–Fachwerkwirkung

Skizzieren Sie Aussteifungsmöglichkeiten für ein Faltwerk.

DieFlächenübertragenalsPlattenBiegemomentundalsScheibenNormalkräfte. Sie müssen daher gegen Knicken stabilisiert werden.

Möglichkeiten zur Stabilisierung

Aufkantung oder Verstärkung durch Rippen

SandwichkonstruktionfüreineSteifigkeitinalleRichtungen

Kemmaterial für eine Aufnahme der Schubspannungen (entscheidend für die Lichtdurchlässigkeit)

Gegeben sind nachfolgende Deckenkonstruktionen:Beschreiben Sie den Unterschied zwischen einachsigem und zweiachsigemLastabtrag und nennen Sie sinnvolle Seitenverhältnisse für den zweiachsigenAbtrag.

Einachsig: Platten sind meist monolithisch (Stahlbetonplatten, Stahlblechplattten,Homogenholzplatten)unddienenzurÜberbrückungkleinererSpannweiten.GrößereSpannweitenverlangenausGewichtsgründeneineAuflösungingegliederteTragwerke.DiemassivenPlattenwerdenbeigrößerenSpannweitenersetztdurchHohlplatten,Fachwerkplatten,RippenplattenundTrägerroste.Einachsige LagerungsbedingungenSchnittgrößenmitMethodenderStabstatikLastabtragungbeigleichmäßigverteilterBelastung,wiebeifreinebeneinanderliegendenBalken

Zweiachsig: Platten sowie Trägerroste tragen alle senkrecht auf die TragwerksebeneeinwirkendeLasteninderTragwerksebene,dasheißtzweiachsig,zuihrenAuflagernab.EserfolgtdieLastabtragungindenTrägerrostenüberBiegungundauchüberTorosion.ZweiachsigeLagerungsbedingungen,zweidimensionalerSpannungszustand,SchnittgrößenmitFlächenstatikAbtragungderLastenüberzweiachsigeBiegungzudenAuflagern•beigleichenLastengrößereSchlankheitenmöglichalsbeieinachsiggespanntenPlatten•TragwirkungabhängigvonStützweitenverhältnisundLagerungsbedingungen

1/b=1:1–1-1,5

Einer der Gründe für das Zusammenwirken von Beton und Stahl als Stahlbetonist der gleiche Wärmedehnungskoeffizient. Warum?

Beide Stoffe verändern ihre Länge/Volumen bei Temperaturveränderung ähnlich und dehnensich in etwa gleich aus oder ziehen sich in etwa gleich zusammen. Dadurch bleibt werdenunerwünschte innere Spannungen vermieden während gewünschte KraftübertragungenzwischenBetonundStahlaufrechterhaltenbleibt.TemperaturdehnungskoeffizientStahlundBeton:T=1,2x10-51/K.

Beschreiben Sie, wie der Werkstoff Stahlbeton funktioniert und nennen Siecharakteristische Werte für die Druckfestigkeit und den E-Modul.Stahlbeton ein Verbundwerkstoff aus den beiden Komponenten Beton und Betonstahl, der dieVorteile von Beton (relativ hohe Druckfestigkeit) und Stahl (hohe Zugfähigkeit) miteinanderkombiniert. Ein Verbund beider Komponenten entsteht durch die Verklebung mit demBindemittel Zement und die Rippung des Bewehrungsstahls. Beton hat im Vergleich zurDruckfestigkeit nur eine geringe Zugfestigkeit. Stahl besitzt dagegen eine hohe Zugfestigkeit.Das Tragprinzip beim Baustoff Stahlbeton ist es daher, auf Zug beanspruchte Stellen einesBauteils mit Stahl zu verstärken, also zu bewehren, und in den übrigen Bereichen dieDruckfestigkeit des Betons auszunutzen (in hauptsächlich biegebeanspruchten Bauteilen z.B.Balken). Bei hauptsächlich auf Druck beanspruchten Bauteilen (z.B. Stützen) wird der Stahl(Bewehrung) auch zur Erhöhung der Druckfestigkeit herangezogen, also auf Druckbeansprucht. Im Stahlbeton ist nicht mit Temperaturzwang zwischen Bewehrung und Beton zurechnen.BeideweiseneineninetwagleichenlinearenTemperaturdehnungskoeffizientenauf.

Druckfestigkeit: C20/25, C25/30, C40/50E-Modul=Stahlca.:190000bis210000N/mm2(beiRaumtemperatur)Beton: 22 000 bis 45 000 N/mm2Zylinderförmig:20N/mm2

Auskragende Betonplatte aus Stahlbeton: Schätzen Sie für eine Auskragung von 4,00m die Bauhöhe ein und zeichnen Sie die Lage der Bewehrung ein. Mit welcher Bemessungsgleichung können Sie die Bewehrungsfläche abschätzen? Fertigen Sie eine Zeichnung (Schnitt) im Maßstab 1:50 an.