Tragkonstruktionen im Hochbau. Beispielsammlung Anschlussdetails

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1 Beispiele für Anchlussdetails Prof. Dr.-Ing. Michael Maas Tragkonstruktionen im Hochbau Beispielsammlung Anschlussdetails

2 1. Verankerung von Zuggliedern 1.1 Holzbau 1.2 Holzbau 1.3 Stahlbetonbau 2. Querkraftverbindungen 2.1 Holzbau 2.2 Stahlbau Träger - Träger Träger - Stützen 2.3 Stahlbetonbau 3. Biegesteife Verbindungen 3.1 Holzbau Holz- Stahlbau 3.2 Stahlbau 3.3 Stahlbetonbau 4. Gelenkige Verbindungen 4.1 Idealgelenkige Verbindungen Holzbau Stahlbau Stahlbetonbau 4.2 Fachwerkknoten Holzbau Stahlbau Inhaltsverzeichnis 5. Umlenken von Seilkräften 6. Trägerauflager 6.1 Auflagerung auf Mauerwerk 6.2 Auflagerung Stahl- auf Stahlträger 6.3 Auflagerung Stahlträger auf Beton 6.4 Auflagerung von Betonplatten 7. Gelenkige Stützenköpfe 7.1 Holzbau 7.2 Stahlbau 8. Gelenkige Stützenfüße 8.1 Holzbau 8.2 Stahlbau 9. Biegesteife Stützenköpfe 9.1 Stahlbau 9.2 Stahlbetonbau 9.3 Betonplatte auf Stahlstütze 10. Biegesteife Stützenfüße 10.1 Holzbau 10.2 Stahlbau 11. Quellen

3 1. Verankerung von Zuggliedern 1.1 Holzbau Abb. 1: Stahllasche Abb. 2: Ankerplatte Zugverankerungen mittels Laschen aus Winkelprofilen sind nur für kleine bis mittelgroße Kräfte geeignet. Bei größeren Kräften bieten Ankerplatten die Möglichkeit zur Rückverankerung von Zugkräften. Zur Längenjustierung der Zugstäbe sind Spannschlösser notwendig. Bei der Dimensionierung des Querschnitts ist hier die Querschnittsschwächung zu beachten! Bei direkter Beregnung der Bauteile ist der konstruktive Holzschutz zu beachten!

4 1. Verankerung von Zuggliedern 1.2 Stahlbau Abb. 4: geschraubte Knotenbleche bei Windverbänden Auch hier sind Spannschlösser zur Längenjustierung der Zugstäbe notwendig. Abb. 3: geschweißte Knotenbleche bei Windverbänden

5 1. Verankerung von Zuggliedern 1.3 Stahlbetonbau Zugglieder werden in Stahlhülsen durch den Beton geführt und nachträglich montiert und gespannt. Abb. 6: Pylonköpfe mit sichtbarer Verankerung Abb. 5: Verankerung eines Zugstabs an Auflager Gewindestäbe werden mit endsprechender Endverankerung einbetoniert und an die Ankerplatten geschraubt. Durch das Verbinden der Gewindestangen untereinander wird ein Herausziehen verhindert. Innenliegende sind zwar möglich, erfordern jedoch einen höheren Schalungsaufwand. Abb. 7: Pylonköpfe mit innen liegender Verankerung

6 1. Verankerung von Zuggliedern 1.3 Stahlbetonbau Abb. 8: Verankerung eines Zugstabs an Auflager

7 2. Querkraftverbindungen 2.1 Holzbau Abb. 11: Vollgewindeholzschrauben Abb. 9: Scherzapfen Neben Querkräften kann dieser Anschluss auch Normalkräfte übertragen. Die Querschnittsschwächung muss hier bei der Querschnittsdimensionierung berücksichtigt werden. Anschlusswinkel behindern das Schwinden quer zur Faserrichtung und sind daher gegebenenfalls mehrteilig auszuführen. Abb. 10: Balkenschuhe Einfache und wirtschaftliche Lösungen. Abb. 12: Anschlusswinkel Bei direkter Beregnung der Bauteile ist der konstruktive Holzschutz zu beachten!

8 2. Querkraftverbindungen 2.2 Stahlbau Träger Träger Abb. 15: ausgeklinkter geschraubter Winkellaschenstoß Abb. 13: geschraubter Laschenstoß Abb. 16: ausgeklinkter geschweißter Winkellaschenstoß Abb. 14: geschweißte Laschenstöße Geschraubte und geschweißte Laschenstöße können mit geringem Konstruktionsaufwand hergestellt werden und bieten die Möglichkeit Toleranzen auszugleichen. Langlöcher erlauben ggf. eine horizontale Verschieblichkeit. Bei Anschlüssen von Haupt- und Nebenträgern sind sowohl geschraubte als auch geschweißte Winkellaschenstöße üblich. Anschlüsse mit Ausklinkungen sind ebenfalls möglich.

9 2. Querkraftverbindungen 2.2 Stahlbau Träger Stütze Abb. 20: durchgesteckte Lasche Abb. 17: geschraubter Doppelwinkel Abb. 18: Konsole und Doppelwinkel Geschraubte Doppelwinkel sind gelenkige und einfach auszuführende Anschlüsse. Das Durchbohren der Flansche sollte vor dem Aufbringen des Korrosionsschutzes erfolgen. Eine zusätzliche Konsole hilft bei der Montage und der Aufnahme von Schubkräften. Abb. 21: Knagge Geschweißte Laschen verringern die sichtbaren Verbindungsmittel. Abb. 19: geschweißte Lasche Knaggen können hohe Querkräfte übertragen. Die Schrauben dienen hier lediglich der Lagesicherung.

10 2. Querkraftverbindungen 2.3 Stahlbetonbau Einbauteile, die z.b. durch Kopfbolzen im Beton verankert sind, können Querkräfte aus Stahlbauteilen in Betonbauteile übertragen. Dabei ist auf eine ausreichende Toleranzaufnahme zu achten, um Lageungenauigkeiten auszugleichen. Abb. 22: Kopfbolzenanker

11 3. Biegesteife Verbindungen 3.1 Holzbau Abb. 23: Rahmenecke Holz (Stabdübelkreis) Abb. 24: Rahmenecke Holz (Einlassdübelkreis) Insbesondere im Holzbau ist auf ausreichende Außenabmessungen der Bauteile zu achten! Das in einer biegesteifen Verbindung auftretende Biegemoment wird über den inneren Hebelarm der Verbindungsmittel in Zug- und Druckkräfte aufgeteilt. Die Tragfähigkeit der Verbindungsmittel ist gegenüber der Tragfähigkeit der Querschnitte weit geringer, daher müssen diese Zug- und Druckkräfte verhältnismäßig klein sein. Aus diesem Grund ist darauf zu achten, dass der innere Hebelarm zwischen den Verbindungsmitteln groß gewählt wird. Darüber hinaus sind im Holzbau große Rand- und Abstände der Verbindungsmittel untereinander erforderlich.

12 3. Biegesteife Verbindungen 3.1 Holzbau Holz- und Stahlbau Abb. 25: Rahmenecke Holz/Stahl Die infolge des Biegemoments resultierenden Kräfte werden auf der Druckseite des Querschnitts über Kontaktpressung, auf der Zugseite mit stiftförmigen Verbindungsmitteln und Stahlformteilen übertragen. Die Druckkraft wird in das Knotenblech eingeleitet. Durch seitliches Aufkleben von Brettlagen auf der Druckseite des Holzquerschnitts kann die Kontaktfläche vergrößert werden. So können größere Kräfte übertragen werden.

13 3. Biegesteife Verbindungen 3.2 Stahlbau Abb. 26: geschweißter Stumpfstoß Geschweißte Stumpfstöße sind aufwendig herzustellen, bieten aber den Vorteil, dass keine Verbindungsmittel zu sehen sind. Abb. 27: geschraubte Kopfplatte Kopfplattenverbindungen können Toleranzen mit Futterplatten bis zu einem gewissen Maße ausgleichen. Abb. 28: überstehende Kopfplatten Überstehende Kopfplattenstöße können die Tragfähigkeit erhöhen. Zusätzliche Steifen wirken stabilisierend bei der Einleitung von Kräften. Voute Abb. 30: geschraubte Rahmenecken Abb. 29: geschraubter Laschenstoß Geschraubte Laschenstöße können ohne großen Aufwand auf der Baustelle zusammengefügt werden. Steifen sind auch bei Rahmenecken häufig zur Krafteinleitung notwendig. Sind die Biegemomente in der Rahmenecke groß kann der innere Hebelarm der Kräfte durch eine Voute vergrößert werden.

14 3. Biegesteife Verbindungen 3.2 Stahlbau Abb. 31: Rahmenecke mit Voute [200]

15 3. Biegesteife Verbindungen 3.3 Stahlbetonbau Abb. 32: vorgefertigter Betonstahlanschlusskorb (Bewehrung) Abb. 33: Stahlbetonrahmenecke Abb. 34: durchlaufender, biegesteifer Anschluss Stütze-Decke Im Stahlbetonbau wird das in biegesteifen Verbindungen auftretende Biegemoment durch das Zusammenwirken von Bewehrungsstahl und Beton abgetragen. Dabei übernimmt der Bewehrungsstahl die Zug- und der Beton die Druckkräfte. In der Ortbetonbauweise werden häufig monolithische Verbindungen hergestellt. Allerdings sind diese nicht ohne Weiteres biegesteif. Die Bewehrung muss dementsprechend ausgebildet werden. Die Umlenkung einer Zugkraft in der Stahlbetonrahmenecke erfordert z.b. die Ausbildung von besonderen Biegerollendurchmesser in der Bewehrung. Die Durch die Krümmung entstehenden Umlenkkräfte sind bei der Wahl der Bemessung und bei der Wahl der Randabstände zu beachten.

16 4. Gelenkige Verbindungen 4.1 Idealgelenkige Verbindungen Holzbau Abb. 37: Knoten aus Stahlformteilen Neben dem Stahlkugelknoten gibt es für räumliche Tragwerke andere standardisierte Knotensysteme aus Stahlformteilen. Abb. 35: Gelenkausbildung mit Stahlgussformteilen Verbindungen mit Stahlgussformteilen sind erst ab einer sehr großen Stückzahl wirtschaftlich einsetzbar. Die Horizontalkräfte werden über den Gelenkbolzen und die Kontaktpressung ins Holz übertragen. Die Vertikalkräfte werden über den Gelenkbolzen und die Stabdübel ins Holz geführt. Abb. 38: Firstrahmengelenk Als Alternative zu Stahlgussformteilen können bei räumlichen Tragwerken Stahlkugelknoten dienen. Abb. 36: Stahlkugelknoten Verbindungen mit Schlitzblechen eignen sich auch besonders für direkt beregnete Bauteile!

17 4. Gelenkige Verbindungen 4.1 Idealgelenkige Verbindungen Stahlbau Abb. 39: Steglasche Abb. 40: Konsole mit Gleitlager Verbindungen mit Gelenken können z.b. über aufgeschweißte und verbolzte Steglaschen oder Konsolen mit Rollenlager (veraltet!!!) bzw. mit Neoprenlagern hergestellt werden. Neoprenlager können Querkräfte aber nur in eine Richtung übertragen. Abb. 41: Neoprenlager

18 4. Gelenkige Verbindungen 4.1 Idealgelenkige Verbindungen Stahlbetonbau Abb. 42: Gleitlager Abb. 43: Betongelenk Für die Ausbildung von Gelenken im Stahlbetonbau ist der Einsatz von Lagern erforderlich, über die sich die gelagerten Bauteile verdrehen können. In manchem Fällen werden Betongelenke ausgebildet. Dabei wird an einem Lager der Betonquerschnitt und damit auch die Steifigkeit reduziert. Die sich kreuzenden Bewehrungsstäbe können keine Momente aber Querkräfte übertragen.

19 4. Gelenkige Verbindungen 4.2 Fachwerkknoten Holzbau Gelenkige Verbindungen müssen keine ideale Gelenke sein!!! Abb. 44: Nagelblech Abb. 45: innen liegende Nadelplatte Nagelblechverbindungen sind sehr wirtschaftliche Lösungen. Außen liegende Nagelbleche treten dabei sehr stark in Erscheinung. Innenliegende Nagelblechverbindungen erfordern eine doppelte Führung von Gurthölzern oder Füllstäben. Abb. 46: Kombination von verschraubten und zimmermannsmäßigem Knoten Abb. 47: eingeschlitztes Knotenblech In einem Knoten können Stahlverbindungsmittel und zimmermannsmäßige Verbindungen kombiniert werden. Eingeschlitzte Knotenbleche sind nicht nur gestalterisch von Vorteil, sie sind auch für direkt beregnete Bauteile geeignet. Abb. 48: Außenliegendes Knotenblech Abb. 49: Schraubverbindung Schraubverbindungen dienen zur Aufnahme von vergleichsweise großen Kräften.

20 4. Gelenkige Verbindungen 4.2 Fachwerkknoten Holzbau Abb. 50: Anschlussdetail mit eingeschlitztem Knotenblech [300]

21 4. Gelenkige Verbindungen 4.2 Fachwerkknoten Stahlbau Abb. 54: L-Profile mit geschweißtem Knotenblech Abb. 55: geschlitzte Rohre mit geschraubtem Knotenblech Abb. 51: geschweißtes Knotenblech Abb. 52: geschweißtes und geschraubtes Knotenblech Abb. 56: Doppel T-Profile mit geschraubtem Knotenblech Geschweißte Knotenbleche bieten genügend Platz zur Aufnahme aller ankommenden Profile. Aus Gründen der Montagefreundlichkeit ist auch eine teilweise geschraubte Verbindung möglich. Hohlprofile werden häufig ohne Knotenbleche miteinander verschweißt. Gleiche Profilbreiten sind dabei konstruktiv günstig und ermöglichen die Übertragung von höheren Knotenkräften. Knotenbleche können zur Verbindung unterschiedliche Querschnittsgeometrien und unter Verwendung unterschiedliche Verbindungsmethoden zum Einsatz kommen. Hohlprofile werden zur Verbindung mit offenen Querschnitten geschlitzt. Abb. 53: geschweißter Hohlprofilknoten Abb. 57: geschlitzte und geschweißte Hohlprofile

22 5. Umlenken von Seilkräften Abb. 58: Seilverankerungen an Knotenblechen Die Kraftein- und Weiterleitung der Seilkräfte erfolgt durch Knotenbleche, an denen die Seile verankert sind. Abb. 59: Seilverankerungen an Knotenblechen Eine Umlenkung von Seilkräften ist ebenfalls möglich. Dazu ist ein Umlenksattel notwendig, um ein Abknicken der Seile und die damit einhergehende Zerstörung des Seilquerschnitts über eine Ecke zu vermeiden. Abb. 60: Umlenksattel

23 5. Umlenken von Seilkräften Abb. 61: Umlenksattel

24 6. Trägerauflager 6.1 Auflagerungen auf Mauerwerk Abb. 62: Lagerung Betonplatte auf Mauerwerk Träger aus Holz, Stahl oder Stahlbeton werden mit Elastomeren oder ähnlichem Material auf Mauerwerk gelagert, um Spannungsspitzen im Mauerwerk und damit die Gefahr der Absprengung von Kanten zu vermeiden. Das Elastomer erlaubt eine freie Rotation des Trägers. Bei größeren Auflagerkräften kann ein Druckverteiler aus Beton notwendig werden.

25 6. Trägerauflager 6.2 Auflagerungen Stahl- auf Stahlträger Abb. 63: Lagerung Stahlträger auf Stahlträger Abb. 64: Lagerung Stahlträger auf Stahlträger [400] Stahlträger können direkt aufeinander gelagert werden. Im Einzelfall sind die Erfordernisse des dauerhaften Korrosionsschutzes zu berücksichtigen. Bei größeren zu übertragenden Kräften können Steifen notwendig werden.

26 6. Trägerauflager 6.3 Auflagerungen Stahlträger auf Beton Die Lagerung von Stahlträgern auf Beton erfolgt über spezielle Lager oder auf einer Unterfütterung mit Mörtel, die auch gleichzeitig zum Ausgleich von Toleranzen dient. Abb. 65: Lagerung Stahlträger auf Beton Abb. 66: Lagerung eines Stahlträgers auf einer Mörtelschicht zum Ausgleich von Bautoleranzen [500]

27 6. Trägerauflager 6.4 Auflagerung von Betonplatten Die Lagerung von Betonplatten kann über verschiedene Arten von Auflagern oder bei kleineren Spannweiten direkt auf ein weiterführendes Bauteil erfolgen. Wichtig ist eine ausreichende Endverankerung der Feldbewehrung über dem Auflager, beispielsweise durch Ausbildung von aufgebogenen Endverankerungen. Abb. 67: Lagerung einer Betonplatte Abb. 68: Aufgebogene Endverankerungen einer Stahlbetondecke [600]

28 7. Gelenkige Stützenköpfe 7.1 Holzbau Abb. 69: verschraube Stahlwinkel Abb. 70: Stahlformteil Abb. 71: Sattelholz Eine einfache und schnelle Verbindungsmethode ist die Übertragung über Druckkontakt mit zusätzlicher Lagesicherung. Sattelhölzer erhöhen die Aufnahmefähigkeit von Trägern quer zur Faser im Auflagerbereich. Formteile können bei entsprechender Ausbildung die Kontaktfläche der reinen Querschnittsabmessung deutlich vergrößern.

29 7. Gelenkige Stützenköpfe 7.2 Stahlbau Abb. 72: überstehende Kopfplatte Abb. 73: bündige Kopfplatte Der einfachste Anschluss von Hohlprofilstützen ist die überstehende Kopfplatte mit außen liegenden Schrauben. Doppel T-Profile können mit bündigen Kopfplatten und innen liegenden Schrauben auf einfache Weise gelenkig verbunden werden. Abb. 74: Baumstütze mit ideal ausgebildeten Gelenken Je nach Tragwerk bzw. den aufzunehmenden Rotationen im Gelenkpunkt kann die Ausbildung idealer Gelenke sinnvoll sein.

30 8. Gelenkige Stützenfüße 8.1 Holzbau Abb. 75: zimmermannsmäßiger Stützenfuß Abb. 76: Stützenfuß mit Stahlformteil Zimmermannsmäßige Verbindungen übertragen die Kräfte über Druckkontakt von Holz zu Holz. Bei Anschluss an weiterführende Bauteile, z.b. einem Betonfundament bieten Stahlformteile die Möglichkeit zur Lastübergabe. Abb. 77: Kippleiste Größere Querschnittsabmessungen erfordern die Ausbildung von Kippleisten, um eine ungewollte Einspannung zu vermeiden. In der Regel sind dafür Stahlformteile notwendig.

31 8. Gelenkige Stützenfüße 8.2 Stahlbau Abb. 78: Fußplatte auf Mörtelbett Abb. 79: Fußplatte mit Zentrierdorn Abb. 80: Fußplatte mit Lasche Abb. 81: verschraubte Fußplatte Ein Mörtelbett unter Fußplatte ermöglicht den Ausgleich von Toleranzen und eine vollflächige Übertragung von Druckkräften. Stützenfüße mit Zentrierdorn erlauben zudem die Übertragung von Querkräften. Laschen und einbetoniert Gewindestangen können zusätzlich Zugkräfte übertragen.

32 8. Gelenkige Stützenfüße 8.2 Stahlbau Abb. 82: Stahlstützenfuß mit Gelenkbolzen Abb. 83: Gelenk mit Stahlzylinder Treten in den Gelenken größere Verdrehungen auf, so kann die Ausbildung von idealen Gelenken notwendig und sinnvoll sein.

33 8. Gelenkige Stützenfüße 8.2 Stahlbau Abb. 84: Stahlstützenfuß mit Kugellager

34 9. Biegesteife Stützenköpfe 9.1 Stahlbau Abb. 88: Anschluss Stahlstütze-Träger Die Kopfplatte ist angeschweißt und mit dem unteren Flansch des Trägers verschraubt. Aussteifungsrippen verhindern das Beulen des Trägerstegblechs.

35 9. Biegesteife Stützenköpfe 9.2 Stahlbetonbau Abb. 89: punktgestützte Stahlbetonplatte mit Dübelleisten als Durchstanzbewehrung Üblicherweise werden Betonstützen im Hochbau als gelenkig gelagert (Pendelstützen) betrachtet. Für die Aufnahme der Querkraft und zur Verhinderung des Durchstanzens sind Bügelbewehrungen erforderlich, es werden auch Dübelleisten eingesetzt. Die Bewehrung der Stütze muss ausreichend in der Decke verankert sein.

36 9. Biegesteife Stützenköpfe 9.3 Betonplatte auf Stahlstütze Abb. 90: punktgestützte Stahlbetonplatte mit Stahlkranz und Stahlstütze Spezielle Stahleinbauteile, sogenannte Stahlkränze, werden in die Betondecke eingebaut und übertragen die Kräfte an die Stahlstütze. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass auch stützennahe Aussparung für die Leitungsdurchführung möglich sind.

37 10. Biegesteife Stützenfüße 10.1 Holzbau Die Übertragung der Stützendruckkraft erfolgt über Kontakt zu einem Stahlteil, das in das Fundament biegesteif einbetoniert ist. Über Stabdübel und ein Schlitzblech ist das Stahlbauteil biegesteif mit der Holzstütze verbunden. Abb. 91: Holzstütze mit eingespanntem Stahlformteil

38 10. Biegesteife Stützenfüße 10.2 Stahlbau Stahlstützen können direkt in ein entsprechend dimensioniertes Fundament einbetoniert werden. Die vorgesehene Aussparung im Fundament wird dazu vermörtelt, die Einspanntiefe beträgt etwa das Zweifache des Stützendurchmessers. Abb. 93: Stahlstütze mit Fußplatte und Gewindestange Bei größeren Einspannmomenten ist es sinnvoll eine Einspannung über Fußplatten und einbetonierte Gewindestangen auszuführen. Die Fußplatte wird dazu mit Mörtel untergossen. Bei großen Fußplatten müssen Flansche und Stege im Stützenfußbereich durch aufgeschweißte Rippen verbreitert werden. Abb. 92: Stahlstütze im Köcherfundament

39 11. Quellen : Faustformel Tragwerksentwurf; Philippe Block, Christoph Gengnagel, Stefan Peters; Deutsche Verlagsanstalt [200]: [300]: [400]: [500]: [600]: