Erwin Piechatzek Eva-Maria Kaufmann. Formeln und Tabellen Stahlbau

Transkript

1 Erwin Piechatzek Eva-Maria Kaufmann Formeln und Tabellen Stahlbau

2 Aus dem Programm Bauingenieurwesen Baubetriebslehre - Grundlagen von Kh. Stark und W. Brecheler Baubetriebslehre - Projektmanagement von P. Greiner, P. Mayer und Kh. Stark Baubetriebslehre - Kosten und Leistungsrechnung - Bauverfahren von W. Brecheler, J. Friedrich, A. Hilmer und R. Weiß Massivbau von P. Bindseil Stahlbau von Ch. Petersen Formeln und Tabellen Stahlbau von E. Piechatzek und E.-M. Kaufmann Stahlbau von R. Fritsch und H. Pasternak Statik von K. Wohlhart Dynamik von K. Wohlhart Bauchemie von H. Cammenga u. a. Geotechnik von K. Kuntsche vieweg

3 Erwin Piechatzek Eva-Maria Kaufmann Formeln und Tabellen Stahlbau Nach DIN (1990) Mit 146 Tabellen und 18 vollständig durchgerechneten Beispielen 2., verbesserte Auflage ~ vleweg

4 Die Deutsche Bibliothek - ClP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz für diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhältlich. 1. Auflage August , verbesserte Auflage März 2001 Alle Rechte vorbehalten Springer Fachmedien Wiesbaden 2001 Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft 2001 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtiich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfaltigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, Gedruckt auf säurefreiem Papier ISBN ISBN (ebook) DOI /

5 v Vorwort Die Zusammenstellung der gebräuchlichsten Formeln und Tabellen für den Stahlbau dient als Arbeitshilfe für alle, die sich mit dem Stahlbau befassen. Angesprochen sind insbesondere Studenten des Bauingenieurwesens, Statiker, Konstrukteure und Techniker. Neben dem klassischen Stahlbau sind auch Themen des gültigen Baurechts in Stichworten beschrieben. Die Neufassung der DIN (1990), ersetzt seit 1997 endgültig die Fassung aus dem Jahre Tragwerke des allgemeinen Stahlhochbaues dürfen nicht mehr nach DIN (1981) berechnet werden. Eine Ausnahme bilden Tragwerke für den Kran- und Brückenbau. Die DIN (1990) ist dabei auf einem ganz neuen Sicherheitskonzept nach EC 3 aufgebaut. Mit der bauaufsichtlichen Einführung des Eurocode 3 (EC 3) stehen dem Stahlbauer nun 2 Regelwerke für die Auslegung und Berechnung von Stahlbauten zur Verfügung. Im Rahmen der Globalisierung der Märkte in der Europäischen Gemeinschaft wurden auch andere technische Regeln überarbeitet und eingeführt. Die neuen Regelwerke verwenden neue, bisher unbekannte Begriffe, einige werden hier kurz erläutert. Der Stahlbauer muß sich heute mit solchen Begriffen auseinandersetzen wie Bauprodukte, Ü-Zeichen usw. Allgemein bekannte Bezeichnungen von Stahlsorten wie St37, St52 sind nicht mehr gültig. Mit dieser Formel- und Tabellensammlung wird dem Anwender eine, in systematischer Reihenfolge aufgelistete Zusammenstellung der wichtigsten Regeln, Begriffe, Bezeichnungen und Formeln nach DIN (1990) und anderen gültigen Regelwerken zur Verfügung gestellt. Es sind ausgewählte Bereiche und es besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit für den gesamten Stahlbaubereich. Die Anwendung der neuen Regelwerke wird anhand von Zahlenbeispielen vorgestellt. Der A. au der einzelnen Kapitel ist methodisch so angelegt, dass sie für alle Anwender eine praktische Arbeitshilfe darstellen. Der Griff zur Norm ist nur in Randbereichen erforderlich, die zugehörigen Normen sind in jedem Kapitel aufgelistet. Die vorliegende Bearbeitung kann jedoch nicht die vorhandenen Lehrbücher des Stahlbaues ersetzen. Die Kenntnis der Grundlagen der Statik, der Festigkeitslehre, des Stahlbaues, sowie der geltenden Normen und Vorschriften ist Voraussetzung zur Anwendung. Alle Kapitel wurden sorgfältig bearbeitet, dennoch sind Fehler oder Irrtümer nicht ganz auszuschließen, und somit sind wir für jeden Hinweis bzw. Stellungnahme sehr dankbar. Es ist darauf hinzuweisen, dass jeder bei einem Bauvorhaben tätige Ingenieur für seine Arbeit selbst voll verantwortlich ist. Insbesonders muss er die zum Zeitpunkt der Arbeit gültigen technischen Baubestimmungen einhalten. Für die weitgehende Hilfestellung bei der Erstellung dieser Formel- und Tabellensammlung möchten wir uns bei den Damen und Herren im Lektorat Technik des Verlages Vieweg bedanken, insbesondere bei Frau Ehl für die Anregungen und Hinweise die zur Entstehung dieses Werkes beigetragen haben. Köln im Sommer 1999 Die Autoren.

6 VI Vorwort Vorwort zur 2. Auflage Erfreulicherweise wurde durch eine rege Nachfrage nach dem Werk eine Neuauflage bereits ein Jahr nach dem Erscheinungsdatum erforderlich. Für das große Interesse an diesem Werk und die zahlreichen Zuschriften mit Anregungen und Hinweisen, auch auf Druckfehler, möchten wir uns sehr herzlich bedanken. Sie waren uns bei der Vorbereitung dieser Neuauflage von großem Nutzen. Ganz besonders herzlicher Dank gilt Herrn Prof. Dr. Ing. E.h. Joachim Scheer, für seine Anmerkungen und Hinweise zu dem Vorgehen in der DIN Es konnten so einige Formulierungen der Grundbegriffe zum besseren Verständnis dieser Norm geändert werden. Alle erkannten Druck- und sonstige Fehler wurden korrigiert, einige Anregungen aus den Zuschriften konnten noch in diese Auflage übernommen werden. Wir denken dass durch die vorgenommen Korrekturen, die Verständlichkeit des Inhaltes verbessert wurde. Wir sind auch weiterhin an jeder Zuschrift sehr interessiert. Köln/Wuppertal im Winter 2000 Die Autoren

7 VII Inhaltsverzeichnis 1 Der bauaufsichtiiche Kontext EG-Bauproduktenrichtlinie und nationales Recht Bauproduktenrichtlinie und Grundlagendokumente Landesbauordnungen LBO Technische Baubestimmungen Verwendbarkeit von Bauprodukten Verwendbarkeitsnachweise für Bauprodukte Übereinstimmungsnachweise Bauregelliste Eingeführte Technische Regeln für den Metallbau nach Bauregelliste Korrosionsschutz Korrosionsarten Konstruktiver Korrosionsschutz Korrosionsschutzverfahren Vorbereitung der Stahloberflächen Brandschutz Allgemein Brandschutzplanung Bauaufsichtliche Brandschutzforderungen BrandschutzmaBnahmen MaB- und Modulordnung, Toleranzen MaBor~nung Modulordnung BauwerksmaBe, Bezugssystem Koordinaten- und Bezugssystem Toleranzen im Hochbau Prüfstatik, Anforderungen, Aufbau Allgemein Ausgabe Sicherheits-und Bemessungskonzept Regelwerke für den Stahlbau Grundbegriffe Bemessungs- und Nachweiskonzept nach DIN ( ) Beanspruchungen Beanspruchungen aus den Einwirkungen Kombinationsregeln für die Bemessung Beanspruchungen durch Imperfektionen Beanspruchbarkeit WiderstandsgröBen für Werkstoffe WiderstandsgröBen für Profile Teilsicherheitsbeiwerte... 43

8 VIII Inhaltsverzeichnis 2.6 Nachweis der Tragsicherheit Abgrenzungskriterien Verfahren Elastisch-Elastisch Verfahren Elastisch-Plastisch Verfahren Plastisch-Plastisch Nachweis der Lagesicherheit Nachweis der Gebrauchstauglichkeit Nachweis der Dauerhaftigkeit Formeln für Bemessung und Nachweise Fonnelzeichen, Bezeichnungen und Darstellungen Bemessung und Nachweise Grenzbeanspruchbarkeiten, Fonneln nach DIN Beanspruchungen und Nachweise nach dem Verfahren El.-El Nachweise nach dem Verfahren El.-Pl., Pl.-Pl Nachweis ausreichender Bauteildicke Werte vorh(b/t) Stabilitätsnachweise, einteilige Stäbe Systemgrößen bei Druckbeanspruchung Querschnittswerte für das Biegedrillknicken Planmäßig mittiger Druck Einachsige Biegung ohne Nonnalkraft Einachsige Biegung mit Nonnalkraft Zweiachsige Biegung mit oder ohne Nonnalkraft Stabilitätsnachweise, mehrteilige einfeldrige Stäbe System und Querschnittsgrößen für mehrteilige Stäbe Schnittgrößen am Gesamtstab Nachweis Gesamtstab Nachweis der Einzelstäbe.: Nachweis der Bindebleche Mehrteilige Rahmenstäbe mit geringer Spreizung Stabwerke Fachwerke Rahmen und Durchlaufträger mit unverschieblichen Knotenpunkten Knicklängenbeiwerte für freistehende Rahmen Platten beulen Beulfelder Maßgebende Beulfeldbreite Beanspruchungen Systemgrößen für Plattenbeulen Beulsteifen, Beulwerte und Abminderungsfaktoren für Beulfelder Nachweise, Abgrenzungskriterien Vereinfachter Nachweis Grenzspannungen und Nachweise Herstellungsbedingte Abweichungen von der Sollfonn

9 3.7 Schraubenverbindungen Allgemeine Regeln für Verbindungen Regeln für Verbindungen mit Schrauben Ausführungsformen von Schraubenverbindungen Nachweise Beanspruchungen und Nachweise von Schraubenverbindungen Darstellung von Schraubverbindungen Augenstäbe Beanspruchungen und Nachweise von Bolzen Schweißverbindungen Allgemeine Grundsätze Ausführung von Stößen Beanspruchungen und Nachweise von Schweißnähten Wahl der Stahlgütegruppen für geschweißte Stahlbauten Verankerungen, Lagesicherheit Gleiten Umkippen Abheben Beanspruchungen und Nachweise von Verankerungen.... Berührungsdruck für Lagerteile und Gelenke Statik und Festigkeitslehre 4.1 Formeln für ausgewählte Bereiche der Statik Formeln für ausgewählte Bereiche der Festigkeitslehre Träger mit I-förmigem Querschnitt T-Profil I-Träger einfachsymmetrisch Rechteckige Hohlprofile Runde Hohlprofile Zusammengesetzte Stützenprofile, einfachsymmetrisch Zusammengesetzte Stützenprofile (gekreuzt), doppeltsymmetrisch Aus Walzprofilen zusammengesetzte Stützenprofile, doppeltsymmetr. 5 Berechnungsbeispiele Berechnungsabläufe für Tragsicherheitsnachweise Berechnungsabläufe - Struktogramme Tragsicherheitsnachweise Einfeldträger Kragträger Biegedrillknicken, Nachweis nach DIN TI (1990) Stabilitätsnachweis; Stütze mit planmäßig mittigem Druck Stabilitätsnachweis; Fachwerkstab mit planmäßig mittigem Druck Stabilitätsnachweis; Stütze mit einachsiger Biegung und Druck Stabilitätsnachweise, Stütze mit zweiachsiger Biegung und Druck Mehrteilige Rahmenstütze Rippenlose Krafteinleitung, Träger auf Träger Stoß eines Zugstabes Kopfplattenanschluß, IX

10 x Inhaltsverzeichnis Trägersto8, Nachweis im Grundquerschnitt Trägersto8, Nachweis der Schraubenverbindung Anschluss Träger-Stütze mit Knagge Knotenblechanschluss Diagonalstab-Stütze Nachweis der Halsnähte eines geschwei8ten Vollwandträgers Geschwei8ter Anschluss Kragträger-Stütze Unversteiftes Beulfeld. Beulnachweis nach Näherungsverfahren Profiltabellen Walzerzeugnisse für den Stahlbau Schmale I-Träger mit geneigten Flanschen Mittelbreite und breite I-Träger U-Stahl Winkelstahl T-Stahl Halbierte I-Träger Walzprofile, Anreißmaße und Lochdurchmesser Hohlprofile für den Stahlbau, Auswahl Andere Walzerzeugnisse Zusammengesetzte Querschnitte I-Träger, doppeltsymmetrisch I-Träger, einfachsymmetrisch mit unterschiedlichen Gurtbreiten T-Profile aus Flachstahl Stützenprofile einfachsymmetrisch Stützenprofile gekreuzt, doppeltsymmetrisch Rechteckige Hohlprofile geschweißt (Kasten) Tabellen, Verbindungsmittel Schrauben, Muttern und Scheiben Klemmlängen Literatur Sachwort 291