Vorwort + Inhaltsverzeichnis (PDF) - Bauwerk Verlag

Vorwort
Stahlbau-Praxis erscheint in zwei Bänden. Im ersten Band werden die
Grundlagen besprochen, die für die Tragwerksplanung von Stahltragwerken in
Verbindung mit den Nachweisen nach der Stahlbaugrundnorm DIN 18800
(November 2008) notwendig sind. Das Teilsicherheitskonzept, die elastische
und plastische Querschnittstragfähigkeit und der Nachweis ausreichender
Beulsicherheit werden ausführlich dargestellt. Auf die Fließgelenktheorie und
die Torsion sowie die stabilisierende Wirkung von Drehbettungen und
Schubfeldsteifigkeiten für das Biegedrillknicken wird besonders eingegangen.
Die Berechnung nach Theorie II. Ordnung wird erklärt. Zugstäbe, Druckstäbe,
Biegeträger, Stäbe mit Biegung und Normalkraft, mehrteilige Druckstäbe,
rahmenartige Tragwerke und Verbände werden behandelt.
Im vorliegenden zweiten Band wird ausführlich auf die Konstruktion und die
Nachweise der Konstruktionsdetails eingegangen. Zunächst werden die
Schraubenverbindungen und Schweißverbindungen erklärt. Dann werden die
typischen Anschlüsse und Stöße des Stahlbaus besprochen, wie Anschlüsse des
Normalkraftstabes, gelenkiger Anschluss, Rippen und rippenlose
Krafteinleitung, biegesteife Stöße und Anschlüsse sowie die Konstruktion der
Stützenfüße. Der Ermüdung und dem Plattenbeulen wird ein eigener Abschnitt
gewidmet. Von den Stahlbauteilen wird der Fachwerkträger behandelt.
Besonders hervorzuheben ist das didaktische Konzept dieses Buches. Zunächst
werden die Grundlagen der Statik und Festigkeitslehre angegeben, die für das
Verständnis der Nachweise nach der Stahlbaugrundnorm erforderlich sind. Nach
den Erläuterungen der entsprechenden Abschnitte der Norm folgen ausführliche
Beispiele, wobei die Formeln der Nachweise angegeben werden. Eine Auswahl
von Tabellen erleichtert die Berechnung. Die Anwendung von Programmen in
der täglichen Praxis wird auch hier beispielhaft aufgezeigt. Das hier
angewendete Programm GWSTATIK kann als Vollversion für Studierende von
der Internetadresse www.fh-giessen.de, Fachbereich Bauwesen, Fachgebiet
Stahl- und Verbundbau, Lehre, Skripte heruntergeladen werden.
Dieses Buch wendet sich an Studierende des Faches Bauingenieurwesen und an
Ingenieurinnen und Ingenieure, die sich in der Baupraxis mit der
Tragwerksplanung von Stahltragwerken befassen.
In der 2. Auflage dieses Bandes wurde ein Abschnitt über den Einfluss
planmäßig vorgespannter Schraubenverbindungen auf die Rotationssteifigkeit
von Stirnplattenstößen aufgenommen, da bei der Berechnung der
Rotationssteifigkeit im EC 3 nicht zwischen nicht vorgespannten und planmäßig
V

vorgespannten Schrauben unterschieden wird. Im Abschnitt Stützenfüße wurde
der Bemessungsvorschlag für eingespannte Stützen überarbeitet und ergänzt.
Weiterhin wurden Fehler in den Gleichungen und Beispielen, die trotz aller
Sorgfalt aufgetreten sind, verbessert.
Gießen, Dezember 2008 Gerd Wagenknecht
Dank
Im Jahre 1987 wurde ich als Professor für das Fachgebiet Stahlbau an die
Fachhochschule Gießen-Friedberg berufen. Herrn Prof. Wolfgang Lindenborn
danke ich sehr dafür, dass ich sein Stahlbaukolleg, das er in seiner 30-jährigen
Tätigkeit als Dozent und dann als Professor an der Fachhochschule Gießen-
Friedberg erarbeitet hat, übernehmen durfte. Besonderen Wert legte er auf die
Konstruktion und die Nachweise der Konstruktionsdetails, auf die in diesem
Band ausführlich eingegangen wird. Das didaktische Konzept, den Aufbau des
Kollegs, viele Ideen und praktische Beispiele habe ich in mein eigenes Kolleg
und in dieses Buch übernommen. Für die anregenden Gespräche und die
Hinweise zum Manuskript möchte ich ihm herzlich danken.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Wilfried Zwanzig von der Fachhochschule Koblenz danke
ich für die langjährige Zusammenarbeit auch in der Weiterbildung und die
wertvollen Hinweise und Anregungen für das Manuskript dieses Buches.
Herrn Dipl.-Ing. Helmut Mankel gilt mein besonderer Dank für die Durchsicht
des Manuskriptes, die praktischen Hinweise und die Überprüfung der Beispiele.
Herrn Dipl.-Ing. Gerhard Gröger möchte ich für die langjährige
Weiterentwicklung des Programms GWSTATIK meinen Dank sagen.
Meinem Sohn, Herrn Dipl.-Ing. Frank Wagenknecht, möchte ich besonders
danken. Er hat alle Zeichnungen dieses Buches angefertigt und das Layout
gestaltet. Ohne seine ständige Mitarbeit und seine Geduld bei den vielen
Änderungen wäre dieses Buch nicht zustande gekommen.
Die Zeichnungen wurden mit dem Programm ArchiCAD erstellt, wofür ich der
Firma GRAPHISOFT herzlich danke.
Dem Bauwerk Verlag und besonders Herrn Prof. Klaus-Jürgen Schneider
möchte ich für die gute Zusammenarbeit bei der Herausgabe dieses Buches
meinen Dank aussprechen.
VI

Inhaltsverzeichnis
1 Schraubenverbindungen............................................... 1
1.1 Allgemeines ............................................................................... 1
1.2 Schraubenarten .......................................................................... 1
1.2.1 Schraubenwerkstoffe ................................................................. 1
1.2.2 Schraubenform und Bezeichnungen ......................................... 2
1.2.3 Art der Vorspannung ................................................................. 3
1.2.4 Art der Beanspruchung ............................................................. 4
1.2.5 Wirkungsweise der Schrauben .................................................. 5
1.2.6 Querschnittswerte der Schrauben ............................................. 6
1.3 Konstruktive Gestaltung ........................................................... 7
1.4 Planmäßig vorgespannte Schraubenverbindung ...................... 11
1.5 Grenztragfähigkeit der Schraubenverbindung .......................... 14
1.5.1 Versagensarten .......................................................................... 14
1.5.2 Grenzabscherkraft ..................................................................... 16
1.5.3 Grenzlochleibungskraft ............................................................. 16
1.5.4 Grenzzugkraft ............................................................................ 21
1.5.5 Zug und Abscheren ................................................................... 22
1.5.6 Grenzgleitkraft .......................................................................... 22
1.6 Beanspruchung der Schraubenverbindung ............................... 23
1.6.1 Elastische Berechnung .............................................................. 23
1.6.2 Plastische Berechnung .............................................................. 29
1.7 Beispiele .................................................................................... 35
2 Schweißverbindungen.................................................... 52
2.1 Herstellung ................................................................................ 52
2.2 Symbole für Schweißverbindungen .......................................... 55
2.3 Grenztragfähigkeit der Schweißverbindung ............................. 56
2.4 Beanspruchung der Schweißverbindung .................................. 58
2.4.1 Stumpfnaht ................................................................................ 58
2.4.2 Kehlnaht .................................................................................... 59
2.4.3 Linienquerschnitt ....................................................................... 64
2.5 Beispiele .................................................................................... 75
3 Anschlüsse des Normalkraftstabes......................... 89
3.1 Konstruktion .............................................................................. 89
3.2 Knotenblechanschlüsse ............................................................. 91
IX

Inhaltsverzeichnis
3.3 Knotenblechnachweis ............................................................... 99
3.4 Ausgeschnittene Knotenbleche ................................................. 102
3.5 Beispiele .................................................................................... 109
4 Rippen und rippenlose Krafteinleitung............... 124
4.1 Problemstellung ......................................................................... 124
4.2 Rippenlose Krafteinleitung ....................................................... 126
4.3 Rippen ....................................................................................... 130
4.4 Beispiele .................................................................................... 134
5 Gelenkige Anschlüsse..................................................... 140
5.1 Tragwerksplanung ..................................................................... 140
5.2 Doppelwinkelanschluss ............................................................. 142
5.2.1 Konstruktion .............................................................................. 142
5.2.2 Nachweise ................................................................................. 143
5.2.3 Typisierte Anschlüsse ............................................................... 148
5.3 Stirnplattenanschluss ................................................................. 149
5.3.1 Konstruktion .............................................................................. 149
5.3.2 Nachweise ................................................................................. 150
5.4 Anschluss mit Anschlussblech .................................................. 152
5.5 Anschluss mit Knagge ............................................................... 153
5.6 Trägerauflager ........................................................................... 154
5.7 Wandriegel ................................................................................ 155
5.8 Beispiele .................................................................................... 156
6 Biegesteife Stöße................................................................ 171
6.1 Konstruktive Lösungen ............................................................. 171
6.2 Geschweißter Stoß .................................................................... 171
6.3 Laschenstoß .............................................................................. 172
6.4 Stirnplattenstoß ......................................................................... 174
6.4.1 Konstruktion ............................................................................ 174
6.4.2 Äquivalenter T-Stummel .......................................................... 177
6.4.3 Trägerflansch auf Druck ........................................................... 184
6.4.4 Trägersteg auf Zug .................................................................... 184
6.4.5 Momententragfähigkeit ............................................................. 184
6.5 Verformbare Verbindungen ...................................................... 185
6.6 Planmäßig vorgespannte Stirnplattenverbindungen.................... 190
6.6.1 Allgemeines ............................................................................ 190
6.6.2 Erläuterungsbeispiel ................................................................. 191
X
XII

Inhaltsverzeichnis
6.6.3 Zweigelenkrahmen .................................................................... 203
6.7 Beispiele .................................................................................... 210
7 Biegesteife Anschlüsse.................................. ................. 225
7.1 Konstruktive Lösungen ............................................................. 225
7.2 Geschweißter Anschluss ........................................................... 226
7.3 Geschraubter Anschluss ............................................................ 228
7.4 Schubfeld in der Stütze ............................................................. 229
7.5 Schubfeld im Riegel .................................................................. 236
7.6 Scheibe in der Rahmenecke ...................................................... 238
7.7 Beispiele .................................................................................... 240
8 Stützenfüße........................................................................... 255
8.1 Allgemeines ............................................................................... 255
8.2 Grenzpressung des Betons ....................................................... 257
8.3 Zentrisch belastete Stützenfüße ................................................ 258
8.3.1 Elastische Bettung ..................................................................... 258
8.3.2 Plattentheorie ............................................................................. 268
8.3.3 T-Stummel ................................................................................. 272
8.3.4 Bündige Platte ........................................................................... 275
8.3.5 Fast bündige Platte .................................................................... 277
8.3.6 Fußplatte für quadratisches Hohlprofil ..................................... 278
8.3.7 Fußplatte für rechteckiges Hohlprofil ....................................... 279
8.3.8 Anschluss an die Fußplatte ........................................................ 280
8.4 Übertragung von Scherkräften .................................................. 280
8.5 Übertragung von Zugkräften ..................................................... 282
8.6 Fußeinspannung ........................................................................ 283
8.6.1 Konstruktive Lösungen ............................................................. 283
8.6.2 Fußriegeleinspannung ............................................................... 284
8.6.3 Köcherfundament ...................................................................... 293
8.7 Beispiele .................................................................................... 301
9 Fachwerke............................................................................. 316
9.1 Anwendungen ............................................................................ 316
9.2 Systemwahl ................................................................................ 316
9.3 Profilwahl .................................................................................. 318
9.4 Fachwerkknoten ........................................................................ 319
9.5 Berechnung der Schnittgrößen .................................................. 322
9.6 Knicklängen der Fachwerkstäbe ............................................... 325
XI

Inhaltsverzeichnis
9.7 Nachweise der Fachwerkstäbe .................................................. 326
10 Ermüdung............................................................................. 327
10.1 Allgemeines ............................................................................... 327
10.2 Begriffe und Bezeichnungen ..................................................... 328
10.3 Wöhlerlinie ................................................................................ 329
10.4 Einflussfaktoren für die Ermüdungsfestigkeit .......................... 331
10.5 Dauerfestigkeitsdiagramm ........................................................ 334
10.6 Spannungskollektiv ................................................................... 336
10.7 Schädigungsberechnung ........................................................... 338
10.8 Betriebsfestigkeitsnachweis nach DIN 15018 ......................... 339
10.9 Ermüdungsnachweis nach Eurocode 3 ..................................... 344
10.9.1 Allgemeines ............................................................................... 344
10.9.2 Ermüdungsfestigkeitskurve ....................................................... 346
10.9.3 Ermüdungsnachweis mit der Schädigungsberechnung ............ 347
10.9.4 Schadensäquivalente Spannungsschwingbreite ........................ 350
10.9.5 Klassifizierung in Anwendungsnormen .................................... 353
11 Plattenbeulen....................................................................... 355
11.1 Nachweiskonzept ...................................................................... 355
11.2 Verzweigungslast ...................................................................... 356
11.3 Ausgesteifte Platten ................................................................... 364
11.4 Grenzbeulspannungen ............................................................... 367
11.5 Gurtbreite gedrückter Steifen .................................................... 370
11.5.1 Gurtbreite gedrückter Längssteifen .......................................... 370
11.5.2 Gurtbreite gedrückter Randsteifen ............................................ 371
11.5.3 Gurtbreite nicht gedrückter Steifen ........................................... 372
11.5.4 Gurtbreite von Quersteifen ........................................................ 372
11.6 Knickstabähnliches Verhalten .................................................. 372
11.7 Nachweis der Quersteifen ......................................................... 376
11.8 Nachweise nach DIN 18800 .................................................... 378
11.9 Beispiele .................................................................................... 382
12 Tabellen.................................................................................. 390
13 Literaturverzeichnis........................................................ 401
14 Stichwörterverzeichnis.................................................. 405
XII