Grundlagen (Lösungen) Tragkonstruktionen. Verbindungen. Konstruktionen. Baustahlprofile Biegetragelemente Flächentragelemente Windaussteifungen

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1 Grundlagen (Lösungen) Tragkonstruktionen Baustahlprofile Biegetragelemente Flächentragelemente Windaussteifungen Verbindungen Grundsätze Schrauben Schweissen Betonverankerungen Konstruktionen Knoten Beispiel einer Laschenverbindung Stützen und Träger in Beton Trägerverbindungen Fassade und Dach Fassade Beispiel Fassadenaufbau Inklusive Flachdach Verbindungen am Beispiel von Tragelementen Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 1 von 12

2 nennen erklären unterscheiden konstruieren berechnen beurteilen Gewerblich- Industrielle Berufsschule Olten 1. Stahlbau - Grundlagen - Tragkonstruktionen: Stützen, Träger, Biegetragelemente, Flächenelemente, Windaussteifungen 2. - Verbindungen: Schrauben, Schweissen, Betonverankerungen LZ Grundlagen, Tragkonstruktionen und Verbindungen kennen. Besprechen LG GA 7 Lek Aufgabe 1: Wieso werden Industriebauten oft mit Stahl gebaut? Stahlbauten sind anpassungsfähig (bei Umbauten und Erweiterungen von best. Gebäuden Aufgabe 2: Welche Stelle biete umfassende Unterlagen für die Planung von Stahlbauten an? SZS, Schweizerische Zentralstelle für Stahlbau (Zürich) Aufgabe 3: Welche Stahlprofile würden Sie verwenden? (Auswahl: HEB, IPE, LNP, ROR) a) Biegeträger IPE b) Zugstange ROR (LNP) c) Windverband LNP (ROR) d) Stütze HEB (ROR) Aufgabe 4: a) Skizzieren Sie einen Beton- Stahl- Verbundträger im Querschnitt b) Beschriften Sie die 3 Konstruktionsteile Kopfbolzen Betondecke c) Welche Länge darf der Kopfbolzen max. haben, wenn die Betondecke 180mm stark ist? 150mm Stahlträger Aufgabe 5: Welche Verbindungsarten sind heute üblich? Schrauben Schweissen Betonverankerung Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 2 von 12

3 Aufgabe 6: Um welche Schraube resp. Schraubenverbindung (SBS, SHV, BSA und BVA) handelt es sich? (BSA = Beton- Spreizanker; BVA = Beton- Verbundanker) a) maximale Zugfestigkeit = 1000 N/mm 2 SHV Hochfeste Schrauben b) Die Schraubenverbindung ist auf Abscheren und Lochleibung beansprucht SBS Stahlbau Schrauben c) Für die Verankerung benötigt man Zweikomponentenkleber BVA Betonverbundanker d) Die Verbindung wird vorgespannt SHV Hochfeste Schrauben Aufgabe 7: Erklären Sie den Begriff S235. Die Zahl gibt den Rechenwert der Fliessgrenze fy in N/mm 2 an. Aufgabe 8: Welches Stahlprofil (Skizze) verwenden Sie für folgende Tragelemente? Geben Sie zudem je drei Beispiele an Skizze a) Biegeträger 3 Bsp. INP, IPE, IPEA b) Stütze 3 Bsp. HEA, HEB, HEM, c) Windverband 2 Bsp. LNP, ROR Aufgabe 9: Stahlschweissung a) Zeichnen Sie eine durchgeschweisste Stahlverbindung. b) Wieso ist bei der durchgeschweissten Verbindung kein statischer Nachweis erforderlich? weil die Verbindung wie ein durchgehendes Element wirkt. Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 3 von 12

4 Aufgabe 10 Zu welchen Plänen (Ingenieur- oder Werkstattplan) gehören folgende Aussagen? a) Vermassung von Bohrlöcher Werkstattplan b) Schweissnahtstärken Werkstattplan c) Belastungsangaben Ingenieurplan d) Hallenachsmasse Ingenieurplan Aufgabe 11: Zeichnen Sie schematische ein biegesteifer Stützen- Trägeranschluss. Aufgabe 12: Zeichnen Sie schematische ein gelenkiger Stützen- Trägeranschluss. Aufgabe 13: Beton- Stahl- Verbund a) Skizzieren Sie einen gelenkigen Stützenfuss im Querschnitt auf eine Betondecke. b) Bezeichnen Sie die folgende Elemente: (Stütze, Fussplatte, Mörtel, Dorn) Stütze Fussplatte Mörtel schwindfrei 40 Dorn: Loch spitzen oder Aussparung in Decke vorsehen Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 4 von 12

5 Aufgabe 14: Eine runde, 5 m lange Stange aus Baustahl wird mit einer Zugkraft von N=200 kn beansprucht. Berechnen Sie: N N 200' 000N a) den erforderlichen Stangendurchmesser D A 2 A 147N /mm D d = 42 mm N L 200' 000N 5000mm b) die Verlängerung infolge Kraft l 2 2 A E 1361mm 210' 000N / mm = 3.5 mm c) Um wie viele Grad müsste die Stange t = 0.01mm/ abkühlen, damit die Verlängerung aus b) rückgängig gemacht werden könnte? l T (L ) t T = 70 Grad Aufgabe 15: Tragen Sie eine Schraubenverbindung als Ansicht für einen IPE- Dachträger, welcher biegesteif an eine HEA- Fassadenstütze angeschlossen wird. 1 Beschriften Sie in der Ansicht die folgenden Elemente mit Nummern: 1. Stirnplatte 2. Schrauben (Bezeichnung mit SHV oder SBS?) 3. Aussteifungsbleche 3 2 Aufgabe 16: Ein 30 cm breiter Stahlträger überträgt an seinen Enden eine Auflagerkraft von je 5.4 to. Die zul. Beanspruchung der Backsteinmauer wird mit 6 kg/cm 2 angenommen. Wie weit muss der Stahlträger auf der Mauer aufliegen? F F 5' 400kg 2 900cm fzul A 900cm L b L 30cm A f kg zul 6 30cm cm 2 2 Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 5 von 12

6 Stahlhalle für Werkstattneubau Ein Handwerker hat uns einen Planungsauftrag für seinen Werkstattneubau erteilt. Die Bauvorstellungen hat er uns wie folgt kundgetan: Gebäudemasse (Hauptabmessungen) - Grundriss 12 x 18m - Höhe 7m (ab OK Boden bis OK- Dachbinder) Auf der Ost- und Westseite (Seitenabmessungen = 12m) soll eine spätere Erweiterung möglich sein. Nachdem wir bereits erste Baugrunduntersuchungen gemacht haben, welche auf einen setzungsempfindlichen und wenig tragfähigen Baugrund schliessen lassen, vereinbaren wir mit dem Bauherrn eine 1. Sitzung. An dieser Sitzung soll die Materialwahl für die Tragkonstruktion ein Thema sein. Sie werden an dieser Sitzung dem Bauherrn Stahl als Material für die Tragkonstruktion vorschlagen. Der Bauherr hat in seinem Bekanntenkreis einen Bauunternehmer, welcher natürlich gerne einen Auftrag für ein Betontragwerk erhalte würde. Darum ist es für Sie wichtig, dass Sie genügend stichhaltige Argumente für eine Stahlkonstruktion vortragen können. Welche Argumente sprechen für die Stahlbauweise? Stahl ist sehr robust und trotzdem relativ leicht Fundamente sind einfach und kostengünstig zu fertigen der Transport zur Baustelle verläuft unkompliziert. freie Spannweiten von bis zu 100 m sind realisierbar alle Teile werden passgenau vorgefertigt einfache Montage vor Ort kurze Bauzeit Verformungen am Tragwerk zulässig Welche Bedenken könnte der Bauherr mit der Wahl von Stahl für die Tragkonstruktion haben? kleiner Brandwiderstand, Stahlbauwerke benötigen oft besondere Brandschutzvorkehrungen, da durch die dünnwandigen Querschnitte der Träger und deren gute Wärmeleitfähigkeit diese bei einem Brand schnell erwärmen und sich dadurch deren Festigkeit verringert relativ aufwändiger Korrosionsschutz Was sagen Sie dem Bauherrn in Bezug auf seine Bedenken? Die Bauteile sind mit einer Brandschutzverkleidung zu versehen, die der kritischen Temperatur entgegenwirkt Die breite Palette der Steinwollbrandschutzplatten hält Produkte für alle Einsatzbereiche im Feuerschutz von Stahlbaukonstruktionen massgeschneiderte und wirtschaftliche Lösungen bereit. Feuerwiderstandsklassen von F30 bis F180 Das Bauteil erfüllt im Brandfall mindestens 30 resp. 180 Minuten seine Funktion Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 6 von 12

7 Mit einem erfahrenen Stahlbauunternehmer haben Sie folgende Grunddaten für das Tragkonzept erarbeitet: - Stützenanordnung: - Stützenachsabstand = 6m - West- und Ostfassade Mittelstütze nur konstruktiv für die Fassadenbefestigung. - im Halleninnern sind keine Stützen vorgesehen - für alle Stützen wurde ein HEA 200- Profil gewählt - Dachbinder: - in Richtung Süd- Nord - alle Binder (auch Fassadenbinder West und Ost weisen ein IPE 500- Profil auf. - Dachpfetten: - als Auflager für Dachblech, rechtwinklig zu den Dachbindern verlaufend; OK wie Dachbinder - maximale Dachblechspannweite = 3m - alle Pfetten weisen ein IPE 240- Profil auf. - Windverbände: - Kreuzverbände in Dachebene (UK- Dachpfetten) Kreuz 6x6m; zwischen Achse 2-3 und Achse A-B - K- Verband West- und Ostfassade - Kreuzverband Nord- und Südfassade - die Kreuzverbände weisen ein LNP- Profil 80/8 auf und die K- Verbände ein HEA 140- Profil. Weiteres Vorgehen: 1. Stellen Sie zunächst die Tragkonstruktion als Perspektive (Beilage 01) mit folgenden Angaben inkl. Beschriftung (Legende) dar: (Isometrie Mst. 1:200) - Stützen HEA Dachbinder IPE Dachpfetten IPE K- Verband HEA Windverband LNP 80/8 2. Ergänzen Sie den Ingenieurplan (siehe Beilage 02 im Mst. 1:100) mit allen erforderlichen Angaben (gemäss Theorie Stahlbau Ingenieurplan). Die Profilgrössen sind aus obigen Angaben zu entnehmen. 3. Berechnen Sie die Massen und tragen Sie die Werte in die Stahlliste (Aufgabe 7. Massenauszug Seite 4) ein. Berechnen Sie das Gesamtgewicht der Stahlkonstruktion als Basis für eine 1. Kostenschätzung. Im weiteren Projektverlauf geht es nun darum, die konstruktiven Details mit den entsprechenden Verbindungen zu lösen. Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ3a Seite 7 von 12

8 Beilage 01: Isometrie zu Theorie 01 bis 13 Dachbinder IPE 550 K-Verband HEA 140 Dachpfetten IPE 240 Stütze HEA 200 Windverband LNP 80/8 Legende: Stützen Dachbinder Dachpfetten K-Verband Windverband HEA 200 IPE 550 IPE 240 HEA 140 LNP 80/8 Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ 3a Seite 8 von 12

9 Beilage 02: Ingenieurplan zu Theorie 01 bis 13 Stützengrundriss 1:200 Draufsicht 1:200 Fassadenansicht Süd 1:200 Fassadenansicht Ost 1:200 Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ 3a Seite 9 von 12

10 Beilage 03: Detail der Anschlüsse zu Theorie 01 bis 13 Anschluss Dachbinder an Fassadenstütze 1:10 Anschluss Dachpfette an Dachbinder 1:10 Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ 3a Seite 10 von 12

11 Beilage 04: Anschluss auf Fundament zu Theorie 01 bis 13 Anschluss Fassadenstütze auf Betonfundation 1:10 Grundriss auf Betonfundament 1:10 Massenauszug für Kostenschätzung Der Fachlehrer: Reto Cantamessi Klasse BZ 3a Seite 11 von 12