Stahlbau Grundlagen. Einführung. Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

Transkript

1 Stahlbau Grundlagen Einführung Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka

2 Stahl hat Tradition und Zukunft Die Hohenzollernbrücke und das Dach des Kölner Doms sind beides Stahlkonstruktionen, die auch nach über 100 Jahren noch die Kühnheit und Kunst der Stahlbauer dieser Epoche spüren lassen. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 2

3 Stahl hat Tradition und Zukunft Sie setzt sich heute ungebrochen fort. Ausnahmebauwerke und Stahlbau waren und sind eine gute Paarung. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 3

4 Stahl hat Tradition und Zukunft Dieser Anspruch verlangt kreative Ingenieure mit sehr guten Kenntnissen, denn der Stahlbau ist etwas Besonderes. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 4

5 Stahl hat Tradition und Zukunft Die spannendsten Konstruktionen sind aus Stahl!! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 5

6 Konstruktion Ziel dieser Grundlagenveranstaltung ist jedoch erst einmal: Die Konstruktion und Berechnung einfacher Stahltragwerke Etwas, was jeder Bauingenieur können sollte. Eine einfache Industriehalle aus Stahl dient dabei als Leitbauwerk und wird uns durch die Veranstaltung begleiten. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 6

7 Konstruktion Am Anfang steht das konstruktive Konzept, das die Tragfähigkeit des gesamten Bauwerks integral gewährleisten muss. Architektur und Funktion bestimmen die konstruktive Lösung Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 7

8 Konstruktion Selbst so einfache Tragwerke sind räumliche Strukturen, die aber i.d.r. aus ebenen Teiltragwerken zusammengesetzt sind, hier: Pfette Rahmen Dachscheibe Wandscheibe Jedes Teiltragwerk übernimmt dabei eine bestimmte Aufgabe in der Lastabtragung Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 8

9 Konstruktion Die Teiltragwerke bestehen wiederum aus Bauteilen, wie Stützen, Träger oder Diagonalen, die durch ihre hauptsächliche Lastabtragung gekennzeichnet sind. Diese wiederum werden durch Anschlüsse miteinander verbunden. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 9

10 Bemessung Beispiel: Pfette Sie trägt die von der Dachhaut weitergeleiteten Lasten auf die Rahmen ab. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 10

11 Bemessung Es entsteht ein statisches System mit Lasten Durch die Dachneigung entsteht eine 2-axiale Belastung. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 11

12 Bemessung Damit werden Schnittgrößen als Beanspruchung E berechenbar Dies ist die Domäne der Statik V-Fläche M-Fläche Das räumliche System mit Lasten und Auflagerreaktionen wird für die Hauptlastrichtung zu einem einfachen, ebenen Stabwerk, hier ein 2- Feldsystem. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 12

13 Bemessung Die Beanspruchbarkeit Rwird durch wissenschaftliche Untersuchungen ermittelt, z.b. die Tragfähigkeit eines plastizierenden Einfeldträgers Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 13

14 Bemessung Daraus entstehen Ingenieurmodelle, die Grenzzuständeleicht berechenbar machen, hier das Modell der Gelenkkettemit plastischen Gelenken. Durch Vergleich von Beanspruchung E und Beanspruchbarkeit R wird der Tragsicherheitsnachweis geführt: E<R Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 14

15 Grenzzustände In dieser Veranstaltung beschäftigen wir uns mit wichtigen Grenzzuständen im Stahlbau. Bereits vorgestellt ist der plastische Grenzzustand am Beispiel der Pfette: Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 15

16 Grenzzustände Grenzzustand Einzelstabknicken am Beispiel Dachfachwerk Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 16

17 Grenzzustände Grenzzustand Einzelstabknicken am Beispiel Dachfachwerk Dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 17

18 Grenzzustände Grenzzustand Systemknicken am Beispiel Wandaussteifung Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 18

19 Grenzzustände Grenzzustand Systemknicken am Beispiel Wandaussteifung Antimetrisch Symmetrisch Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 19

20 Grenzzustände Grenzzustand Biegedrillknicken am Beispiel Rahmen: Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 20

21 Grenzzustände Versagen von Anschlüssen, hier Schraubenanschluss einer Diagonalen Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 21

22 Grenzzustände Ein möglicher Grenzzustand ist der Bruch im Nettoquerschnitt Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 22

23 Einige Ingenieurmodelle für wichtige Grenzzustände Daraus werden praxisfähige Nachweismethoden entwickelt. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 23

24 Was wir machen: Wir zeigen Ihnen in den Vorträgen die grundlegenden Ingenieurmodelle für den Stahlbau, ohne deren Verständnis keine tragfähige Konstruktion möglich ist. Sie erfahren ebenfalls in den Vorträgen, wie daraus die heutigen Nachweisverfahren in ihren Grundzügen entstanden sind, damit Sie sie korrekt anwenden können. Dann lernen Sie in den Übungen und Seminaren mit diesen Nachweisverfahren so umzugehen, dass Sie am Ende ein einfaches Stahltragwerk, wie unsere Halle, praxisgerecht konstruieren und nach Norm nachweisen können. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 24

25 Was Sie mitbringen müssen: Gute Kenntnisse sind insbesondere gefordert in: Mathematik Mechanik Statik Darstellungstechnik Räumliches Vorstellungsvermögen Interesse an Konstruktionen Eigeninitiative Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 25

26 Aufbau der Veranstaltung Vorträge (V) Zur Erlangung des erforderlichen Verständnisses Beispielrechnungen (Ü) Herausgelöst aus dem Leitbauwerk zur Demonstration der Berechnungsverfahren Konstruktion und Nachweis einer eigenen Halle(S) Tragwerksplanung und Erstellung von Konstruktionszeichnungen zur praxisgerechten Einübung und Erprobung des Gelernten Der aktuelle Fahrplan ist auf der Homepage des Fachgebiets zu finden. Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 26

27 Fahrplan V Einführung in den Stahlbau Einführung Halle und Ausgabe der Aufgabenstellung V + Ü Plastische Grenzlast: Querschnittstragfähigkeit V + Ü Plastische Grenzlast: Plastische Ketten V + Ü Knicken S Halle: Lastermittlung und Pfettenstatik V + Ü Theorie II. Ordnung V + Ü Biegedrillknicken S Testat: Lasten und Pfetten Halle: Rahmenstatik :00 Uhr E Besichtigung der Fa. Stahlbau Lamparter Pflichtveranstaltung, Testat S V + Ü V S Testat: Rahmen Verbindungen Gastvortrag Korrosionsschutz, Dipl.-Ing. Patrick Düren-Rost Halle: Aussteifungsverbände, Verbindungen Änderungen vorbehalten! S Tutorium: Häufig gestellte Fragen zur Klausur S Testat: Aussteifungsverbände und Verbindungen Halle: Konstruktionszeichnungen Legende: V Vortrag Ü Übungsbeispiele SSeminar Leitobjekt Stahlhalle E Exkursion, Besichtigung Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 27

28 Externe Pflicht-Veranstaltung Stahlbau Lamparter Anwesenheit wird überprüft! Termin: :00 Uhr Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 28

29 Prüfung und Wertungen 1/3 Theorie 90 Min Prüfung (Verständnis) 1/3 Verfahren 90 Min Prüfung (Umgang) PRÜFUNG zusammen in einem Termin, aber getrennte Bearbeitung 1/3 Konstruktion und Tragwerksplanung (Praxis) Hausübung mit Partner Zeitlich begrenzt! Testate! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 29

30 Hilfen für Sie 1. Diese Normen brauchen Sie zumindest auszugsweise: DIN EN : Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN : Einwirkungen auf Bauwerke 2. Das können Sie von unserer Webseite bekommen: Übungen, Beispiele Hallenstatik und Konstruktionspläne 3. ACCESS STEEL: Das Online-Portal für moderne Stahlbaunachweise mit Beispielen und interaktiver Statik 4. Lesen bildet und schärft den Verstand: Für konstruktive Ingenieure ist der Petersen ([3] in der Referenzliste) immer noch ein Muß! Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 30

31 Referenzen [1] DIN EN : Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Beuth Verlag, 2005 [2] DIN : Einwirkungen auf Tragwerke Beuth Verlag, 2002 [3] Petersen Stahlbau Vieweg, 3. Auflage, 2001 [4] Petersen Statik und Stabilität der Baukonstruktionen Vieweg, 2. Auflage, 1982 [5] Roik Vorlesungen über Stahlbau Verlag Ernst und Sohn, 2., überarbeitete Auflage, 1983 [6] Videos: European Steel Design Education Programme ESDEP Stahl-Informations-Zentrum Düsseldorf Prof. Dr.-Ing. Dorka Fachgebiet Stahl-& Verbundbau 31