Vorbemerkungen: 1. Aufgabe

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1 Universität Siegen FB Bauingenieurwesen - Prüfung Stahlbau I / Holzbau I (Grundlagen Konstruktiver Ingenieurbau II) Klausurteil Stahlbau - Prof. Dr.-Ing. J. Falke Name, Vorname: Matr.-Nr.: Aufgabe Σ Mögliche Punkte Erreichte Punkte Vorbemerkungen: Zu den einzelnen Aufgaben ist zu Ihrer Orientierung die maximal erreichbare Punktzahl angegeben. Diese Punktzahl orientiert sich am Zeitaufwand zur Lösung und am Schwierigkeitsgrad der Aufgabe. Alle Nachweise sind nach DIN V ENV 1993 Teil 1-1 (Eurocode 3) zu führen! Es dürfen alle Hilfsmittel, außer programmierbare Taschenrechner, Notebooks, Telekommunikationsgeräte o. ä., verwendet werden. Lösungen bzw. Antworten zu den einzelnen Fragen tragen Sie bitte im dafür freigehaltenen Raum auf den Aufgabenblättern ein. Sollte dieser Raum nicht ausreichen, so verwenden Sie bitte die Rückseite des Aufgabenblattes. Andere als die Aufgabenblätter sind nicht zu verwenden. Lassen Sie bitte die Aufgabenblätter zusammengeheftet. 1. Aufgabe a) Nennen Sie die drei wesentlichsten Einflussfaktoren für die Auswahl der Stahlgütegruppe und zeigen Sie in Stichworten oder mit einer Skizze zu jedem der drei Einflussfaktoren eine günstige und eine ungünstige Situation auf! b) Ist für die Stahlprodukte ein Qualitätsnachweis erforderlich? Wenn ja: welcher? Wenn nein: Warum nicht?

2 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 2 2. Aufgabe Führen Sie für den abgebildeten Druckstab einer Fassadenkonstruktion und für die angegebene Einwirkung (Bemessungswert) den Nachweis gegen Biegeknicken! Einwirkungen: P d = 178,0 kn Stütze: U S 235 J2 (Querschnittsklasse 1) y z

3 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 3 3. Aufgabe Führen Sie den Nachweis (genaues Nachweisverfahren) gegen Biegeknicken für die dargestellte Stütze! Verwenden Sie elastische Querschnittswerte! H d = 35 kn M d = 175 knm P d = 2830 kn Profil: HE 450 A Material: S 355 JR H d = 75 kn H d = 30 kn y z

4 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 4 4. Aufgabe An einen Träger (HE 600 B) ist ein vertikaler Zugstab (IPE 600) anzuschließen. Es ist eine geschraubte Verbindung vorzusehen, ggf. vorgesehene Stirnplatten o. ä. dürfen angeschweißt werden. Z d = 2000 kn Schrauben: M Bestimmen Sie die erforderliche Schraubenanzahl (Schrauben nicht vorgespannt)! Konstruieren Sie den Anschluss und stellen Sie ihn zeichnerisch dar (Ergänzen Sie die Skizze.)! Wäre es aus Ihrer Sicht günstiger, die Verbindung vorspannen? Begründen Sie Ihre Antwort!

5 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 5 5. Aufgabe Ein Träger, IPE 360, wird wie dargestellt an eine Stütze, HE 300 A, angeschlossen. In der Anschlussachse (= Achse durch die Schraubenreihe) liegen folgende Beanspruchungen vor: N Sd = -170 kn Q Sd = 290 kn a) Bemessen Sie die Schweißnaht, d. h. bestimmen Sie die statisch erforderliche Kehlnahtdicke! b) Geben Sie die ggf. davon abweichende schweißtechnisch empfohlene Kehlnahtdicke an! c) Geben Sie die statisch erforderliche Kehlnahtdicke an für den Fall, dass das Knotenblech 280 mm hoch ist (statt bisher 220 mm). Würden Sie diese Ausführung empfehlen? Begründung! d) Würden Sie anstelle einer Höhe von 220 mm oder 280 mm eine Höhe von 310 mm empfehlen? Begründen Sie Ihre Antwort! 12 Stahlsorten: Träger: S 355 J2 Stütze + Knotenblech S 235 J2 Schrauben: M Scherfuge im Schaft Lage der Bauteile: außen liegende Bauteile

6 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 6 6. Aufgabe Ein Träger, IPE 360, wird wie dargestellt an eine Stütze, HE 300 A, angeschlossen. In der Anschlussachse (= Achse durch die Schraubenreihe) liegen folgende Beanspruchungen vor: N Sd = -160 kn Q Sd = 280 kn a) Weisen Sie das Knotenblech nach (näherungsweise darf ein konstanter Schubspannungsverlauf angenommen werden)! Was empfehlen Sie im Falle einer Überschreitung der Beanspruchbarkeiten? b) Weisen Sie die Schrauben (Abscheren, Lochleibung, Schraubenabstände) nach! Sofern Beanspruchbarkeiten (Abscheren, Lochleibung) der Schrauben gering überschritten werden, geben Sie ggf. Gesichtspunkte an, weshalb diese geringen Überschreitungen toleriert werden können! 12 Stahlsorten: Träger: S 355 J2 Stütze + Knotenblech S 235 J2 Schrauben: M Scherfuge im Schaft Lage der Bauteile: außen liegende Bauteile

7 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 7 7. Aufgabe Der Randträger einer Bühnenkonstruktion soll als U-Profil in S 235 ausgeführt werde. System und Einwirkungen gehen aus nachstehender Skizze hervor. Stabilitätsversagen sei ausgeschlossen. P k = 4,0 kn p k = 8,1 kn/m g k = 4,9 kn/m inkl. Eigenlast des U-Profils l = 8,70 m Bemessen Sie die Profilgröße und führen Sie die erforderlichen Tragsicherheitsnachweise! (Nachweise mit elastischen Querschnittswerten führen.)

8 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 8 8. Aufgabe Ein Biegeträger mit einer Stützweite L = 40,0 m und dem dargestellten Querschnitt erfülle den Nachweis gegen Biegedrillknicken nicht. a=? I y = cm 4 I z = cm 4 W y = cm³ I t = cm 4 A = 880 cm² I w = cm 4 Stahlsorte: S 355 J Zur Erhöhung der Sicherheit gegen Biegdrillknicken stehen folgende Maßnahmen zur Verfügung: a) Verbreiterung des gedrückten Gurtes (bei Beibehaltung der Gurtfläche) auf 800 mm, b) gedrückten Gurt dicker machen (bei Beibehaltung der Gurtfläche) auf 55 mm, c) Träger höher machen (bei Beibehaltung der Gurtdicke und breite) auf 2700 mm und d) gedrückten Gurt seitlich im ½-Punkt halten. Eine der Maßnahmen soll ausgeführt werden! Welche schlagen Sie vor? Begründen Sie Ihre Antwort!

9 Klausur Stahlbau I /Holzbau I, Teil Stahlbau, Seite 9 9. Aufgabe Ist der dargestellte Rahmen seitlich unverschieblich? Bestimmen Sie die kritische Last P cr und die Knicklänge für den dargestellten Rahmen! P d P d H I S I R H = 13,0 m B = 30,0 m I S = cm 4 I R = cm 4 Werkstoff: S 355 B