Bearbeitet von Dr.-Ing. Wolfram Lohse Professor fur Stahlbau und Baustatik an der Fachhochschule Aachen Prtifingenieur fur Baustatik (Metallbau)

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1 Thiele/Lohse Stahlbau Teil2 Bearbeitet von Dr.-Ing. Wolfram Lohse Professor fur Stahlbau und Baustatik an der Fachhochschule Aachen Prtifingenieur fur Baustatik (Metallbau) 19., tiberarbeitete Auflage Mit 407 Bildern, 65 Tafeln und 43 Beispielen Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2000

2 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz for diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek e rh ă ltlich. ISBN DOI / ISBN (ebook) Additional material to this book can be downloaded from Das Werk einschlie8lich aher seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung au8erhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulăssi g und strafbar. Das gilt besonders for Vervielfăltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen Springer Fachmedien Wiesbaden UrsprUnglich erschienen bei B.G. Teubner Stuttgart. Leipzig 1997 Softcover reprint of the hardcover 19th edition 1997 GesamthersteHung: AZ Druck und Datentechnik GmbH. Kempten Einbandgestaltung: Peter Pfitz, Stuttgart

3 Vorwort zur 18. Auflage Die im Teil 1 begonnene Behandlung von Konstruktion und Berechnung der Stahlbauten auf der Grundlage von DIN bis -3 (11.90) wird im Teil 2 fortgesetzt, wobei auch Berechnungsweisen nach dem Eurocode 3 und 4 zur Anwendung kommen. In konsequenter Fortführung von Teil 1 werden zunächst die geschweißten Vollwandträger behandelt. Dabei wird auf die Theorie der Plattenbeulung ausführlicher als bisher eingegangen. Es folgt der Abschnitt über Fachwerke (Fachwerkträger) aus offenen und geschlossenen Profilen. Bei letzteren werden die Nachweise nach Eurocode 3 vorgestellt. Unter den Vollwandträgern nehmen die Kranbahnträger infolge der sich häufig ändernden Beanspruchungen aus dem beweglichen Kran eine besondere Stellung ein. Wegen der Bedeutung des Verhaltens der Stähle bei dynamischer Beanspruchung ist dem Betriebsfestigkeitsnachweis ein eigenständiger Abschnitt gewidmet, in dem auch auf die theoretischen Hintergründe der einschlägigen Regelungen unter Einbezug von Eurocode 3 eingegangen wird. Die Behandlung der Rahmentragwerke wurde wesentlich erweitert. Neben der elastischen Berechnung nach Theorie I. und 11. Ordnung wird auch die Fließgelenktheorie behandelt. Es wird gezeigt, wie diese baustatische Berechnungsmethode mit Hilfe üblicher Rechenprogramme auch auf die Theorie 11. Ordnung angewendet werden kann. Die Berechnung steifenloser Rahmenecken erfolgt nach Eurocode 3. Es schließt sich der Abschnitt über die Berechnung von Tragelementen mit dünnwandigen Querschnittssteilen an, wobei eine Beschränkung auf Druckstäbe und Vollwandträger mit schlanken Stegen sinnvoll erschien. Eine Erweiterung hat auch der Abschnitt über Verbundkonstruktionen erfahren. Es werden jedoch nur die Verbundträger und Verbundstützen behandelt. Auf die Regelungen für Verbunddecken wird hier nicht eingegangen, da diese i. allg. anhand von bauaufsichtlichen Zulassungen ausgewählt werden. Dabei erschien es sinnvoll, nur die einheitlichen Berechnungsmethoden nach Eurocode 4 vorzustellen, deren theoretische Hintergründe weitgehendst mit den nationalen Regelwerken übereinstimmen. Aufgrund der Fülle des behandelten Stoffes mußte auf einige Abschnitte der letzten Ausgabe dieses Teils 2 verzichtet werden. Bezüglich des Stahlbrückenbaus ist mir dies nicht schwergefallen, da er ohnehin den Spezialisten vorbehalten bleibt. Dies gilt jedoch nicht für die Abschnitte über Dachkonstruktionen, Stahlskelettbau und Hallenbau sowie die Treppen bei den Bauwerksteilen, die - bei gründlicher Überarbeitung - nur aus Umfangsgründen nicht mehr aufgenommen werden konnten. Ich habe mich bemüht, stets Sinn und Zweck der rechnerischen und konstruktiven Maßnahmen ausführlich zu erklären, damit der Studierende und der Praktiker bei ähnlichen Aufgaben selbständig die technisch richtige und wirtschaftlichste Lösung finden kann. Dabei war eine lückenlose Darstellung der Zusammenhänge natürlich nicht immer möglich und erfordert fallweise ein zusätzliches Studium der einschlägigen Fachliteratur. Auch wurde bei den Abbildungen die konsequente Anwendung der neuesten Normen für technische Zeichnungen nicht immer beachtet, weil es dem Zweck des Buches nicht von Nachteil erschien. Man könnte den Vorwurf erheben, daß es besser gewesen wäre, den gesamten Teil 2 nur nach dem Regelwerk "Eurocode 3" abzufassen. Ich habe mich dennoch entschieden, fallweise die nationalen Regelwerke oder den Eurocode 3 vorzustellen mit Rücksicht auf die

4 4 Vorwort zur 19. Auflage Baupraxis und die Unsicherheiten mit einer generellen Einführung europäischer Vorschriften. Schwierigkeiten gab es auch mit der Bezeichnung der Stahlwerkstoffe, die neu geregelt wurden. Diese werden hier auch noch so benannt wie in den jeweiligen Vorschriften über "Berechnung und Anwendung", damit der Leser auf eine Übersetzung beim Studium der Normen verzichten kann. Die neuen Bezeichnungen sind dann in Klammern gesetzt. In allen anderen Fällen (also ohne Bezug auf Berechnung und Anwendung) werden die neuen Bezeichnungen verwendet. Mit vorgenannten Ausführungen wird deutlich, daß der 2. Teil des Werkes eine völlige Neubearbeitung darstellt. Ich hoffe, daß die Fachwelt auch diesen Teil mit gleichem Interesse aufnimmt, wie die vorhergehenden Auflagen und mich durch Hinweise und sachliche Kritik bei der Weiterentwicklung des Werkes unterstützt. Aachen, im Juni 1997 W. Lohse Vorwort zur 19. Auflage Die vorliegende Auflage stellt lediglich eine Überarbeitung der 18. Auflage dar, indem gefundene Druck- und Rechenfehler beseitigt und einige Bilder durch zusätzliche Texte bzw. erläuternde Darstellungen ergänzt bzw. korrigiert wurden. Es fand auch der neueste Stand der Normung Berücksichtigung, wobei sich jedoch nur im Beispiel 13, Abschnitt einige geringfügige Änderungen in den Berechnungsergebnissen ergaben. Ich hoffe, daß auch diese Auflage einen ebenso regen wie positiven Zuspruch erfährt wie die vorausgegangene, und bin allen Lesen dankbar für anregende Kritik zur Weiterentwicklung und möglicher Verbesserung des Werkes. Aachen. im Dezember 1999 W. Lohse

5 Inhalt Geschweißte Vollwandträger Allgemeines.... Querschnittsformen..... Bemessung und Nachweise. Konstruktive Durchbildung Trägerabstufungen (Gurtplatten) Stegblechaussteifungen Stoßausbildung. Sonderfälle Beispiele.... Beultheorie ebener Rechteckplatten Allgemeines.... Die lineare Beultheorie und ihre Gültigkeitsgrenze.... Ideale Beulspannung der ebenen Rechteckplatte mit Ox = konst. Beulspannungen 0xPi, (OyPi), Tpi bei beliebigen Lagerungsbedingungen und Spannungsverteilungen Tragverhalten ausgebeulter Platten oberhalb der idealen Beulspannungen Reale Beulspannungen Plattenbeulnachweise nach DIN Einführung Definitionen und Begriffe.... Grenzbeulspannungen und Nachweise Nachweis der Quersteifen.... Herstellungsungenauigkeiten und konstruktive Forderungen Beispiele.... Fachwerke, Fachwerkträger Fachwerksysteme Fachwerkstäbe Stabquerschnitte Bemessung der Fachwerkstäbe Ermittlung der Stabkräfte... Fachwerke mit offenen oder zusammengesetzten Querschnitten Anfertigung der Werkstattzeichnung Konstruktive Details und Nachweise Beanspruchung der Fachwerkknoten, der Stab enden und -stöße Konstruktive Durchbildung Auflager und Anschlüsse Berechnungsbeispiele Fachwerke aus Rund- und Rechteckrohren. Allgemeines.... Nachweise für ebene Fachwerke aus Hohlprofilen Gegenüberstellung gültiger Regelwerke Die Gestaltsfestigkeit von Hohlprofil-Fachwerkknoten-Anschlüssen nach Eurocode 3 (EC 3), [31] und [44]

6 6 Inhalt Berechnungsbeispiele Konstruktive Details und Ergänzungen. Unterspannte Träger Kranbahnen Allgemeines Krane - Einteilung und Begriffe Kranschienen - Formen, Befestigung und Stöße Kranbahnträger, konstruktive Gestaltung.. Berechnungsgrundlagen für Kranbahnträger.. Einwirkungen Ständige Einwirkungen Veränderliche, lotrechte Einwirkungen (Lasten) von Kranlaufrädern Veränderliche Einwirkungen (Lasten) quer zur Fahrbahn Veränderliche Einwirkungen (Lasten) in Richtung der Fahrbahn (längs) Veränderliche Einwirkungen auf Laufstege, Wind, Schnee und Wärmewirkung Außergewöhnliche Einwirkungen aus Pufferanprall Einwirkungskombinationen Beispiele.... Tragsicherheitsnachweise Spannungen, Nachweise (Elastisch- Elastisch) Stabilitätsnachweise Berechnungsbeispiele Kranbahnauflagerungen, Stützen, Verbände Auflagerungen, Konsolen. :. Kranbahnstützen Verbände in Kranbahnebene Dauerfestigkeit und Betriebsfestigkeit Das Verhalten der Stähle bei dynamischer Beanspruchung Einführung Wöhlerlinie, Dauerfestigkeitsschaubild.... Einflüsse der Konstruktion und des Werkstoffes Betriebsfestigkeit.... Das Beanspruchungskollektiv Lineare Schädigungsberechnung nach Palmgren/Miner. Der Betriebsfestigkeitsnachweis für Kranbahnen. Allgemeines.... Spannungsspielbereich, Beanspruchungskollektiv und Beanspruchungsgruppe.... Kerbfälle.... Grenzspannungen und Nachweise Grenzspannungen grenzobe, grenztbe Nachweise Berechnungsbeispiele Nachweis der Werkstoffermüdung nach Eurocode 3 Einführung Teilsicherheitsbeiwerte

7 Inhalt Ermüdungsbelastung, Spannungsspektren Kerbfälle Ermüdungsfestigkeitskurven und Nachweise Ermüdungsfestigkeitskurven für offene Profile dungsfestigkeitsnachweis Anwendung auf Kranbahnträger Ermü Rahmentragwerke Allgemeines, Systeme und Querschnitte Berechnungsgrundlagen (DIN ) Allgemeine Begriffe Elastische Berechnungsverfahren Baustatische Verfahren Vernachlässigungen, Abgrenzungskriterien, Näherungen Baustatisches Näherungsverfahren, Beispiele Plastische Berechnungsverfahren (Fließgelenktheorie) Abgrenzungskriterien, Näherungen Fließgelenktheorie 1. Ordnung Fließgelenktheorie H. Ordnung, Beispiele Berechnung von Knicklängen bei Stabtragwerken Rahmenecken Grundformen ausgesteifter Rahmenecken Geschweißte Rahmenecken Geschraubte Rahmenecken Rahmenecken mit Gurtausrundungen Beanspruchungen in ausgesteiften Rahmenecken Berechnungsmodelle Beanspruchungen der Verbindungsmittel Berechnungs- und Konstruktionsbeispiele Umlenkkräfte bei ausgerundeten Rahmenecken Steifen lose Rahmenecken Rippenlose Lasteinleitung nach [12] Träger-Stützenverbindungen nach EC3, Beispiel Rahmenfüße Gelenkige Auflagerung.... Eingespannte Stielfüße Tragelemente mit dünnwandigen Querschnittsteilen Allgemeines.... Druckstäbe und Biegeträger mit dünnwandigen Querschnittsteilen Der Begriff der wirksamen Breite... Bestimmung der wirksamen Breite [14].... Tragsicherheitsnachweise Ersatzstabverfahren (vgl. Abschn. 6.3, Teil 1) Nachweis nach Theorie H. Ordnung Berechnungsbeispiele.... Träger mit schlanken Stegen und Quersteifen Einführung, Geltungsbereich Tragsicherheitsnachweise Bestimmung der rechnerischen Grenzquerkraft VR,d Grenzbiegemoment MR,d - 7,3,2,3 Nachweis der Steifen Berechnungsbeispiel,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

8 8 Inhalt Verbundkonstruktionen des Hochbaus nach EC 4 Allgemeines.... Verbundbauweise im Hochbau Vorschriften, Richtlinien.... Werkstoffe Allgemeine Bemessungsgrundlagen. Grenzzustände der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit Bemessungswerte der Einwirkungen und Widerstände.... Schnittgrößenermittlung bei statisch unbestimmtem System. Verbundträger Allgemeines, Tragverhalten, Herstellungsverfahren Mitwirkende Betongurtbreite und Querschnittsklassifizierung Elastische Querschnittsberechnung und Tragfähigkeit Ideelle Querschnittswerte Einfluß von Kriechen und Schwinden Spannungsermittlung Elastisches Grenzmoment Berechnungsbeispiel Plastische Querschnittsberechnung Plastische Grenztragfähigkeiten für Biegung und Querkraft Interaktionsbeziehungen für Biegung und Querkraft Berechnungsbeispiele Biegedrillknicken (Kippen).... Verbund- und Schubsicherung Längsschubkräfte, erforderliche Dübelanzahl Schubsicherung des Betongurtes Berechnungsbeispie1 Verbundstützen.... Querschnittsformen, Anwendungsgrenzen Plastische Querschnittstragfähigkeiten Plastische Grenznormalkraft Np1,Rd Plastische Grenzmomente Interaktionsbeziehung zwischen N und M Einfluß von Kriechen und Schwinden Tragsicherheitsnachweise Planmäßig mittiger Druck Einachsige Biegung mit Normalkraft Verbundsicherung und Krafteinleitung Berechnungsbeispiel Querschnittstragfähigkeiten Tragfähigkeitsnachweise Verbund- und Schubsicherung, Krafteinleitung Konstruktive Hinweise Bemessung von Verbundkonstruktionen im Brandfall Normen und Richtlinien, Literatur Sachverzeichnis