Ausführung von Stahltragwerken nach DIN EN

Transkript

1 Ausführung von Stahltragwerken nach DIN EN Mechanisches Verbinden Vortrag am DVS -BV Südwestfalen bbz Arnsberg

2 Inhalt des Vortrages Vorstellung des Referenten Warum interessiert sich die DIN EN 1090 für das mechanische Verbinden? Welche Material-Nachweise sind notwendig? Welche Arten von mechanischem Verbindungen sind nach DIN EN 1090 von Interesse? Einschränkungen und Erweiterungen durch nationale Vorgaben. Wie wird geprüft? Muss ein Montagebetrieb zertifizieren sein?

3 Zur Person Name: Andreas Otte Jahrgang 1964, verheiratet, 1 Tochter Ausbildung zum Maschinenschlosser bei der PHB Weserhütte AG in Bad Oeynhausen Studium an der Fachhochschule Bielefeld, Fachrichtung Maschinenbau Zusatzausbildung zum Schweißfachingenieur an der SLV Hannover Mehrjährige Tätigkeit im Stahl- und Metallbau, teilweise als verantwortlicher Schweißfachingenieur Von 1998 bis 2013 Leiter der anerkannten Stelle bei der Handwerkskammer Ostwestfalen-Lippe zu Bielefeld Vom Juli 2013 bis Juni Leiter der Zertifizierungsstelle DIN EN 1090 bei ZDH-ZERT Seit dem Selbstständig im Ingenieurbüro

4 Mechanisches Verbinden INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Ziel der DIN EN 1090 ist es, dass Tragwerke aus Stahl oder Aluminium hergestellt werden, die ihre Standsicherheit gewährleisten, für die sie ausgelegt und berechnet worden sind. Hierzu hat der Hersteller Verfahren anzuwenden, die als sicher gelten, solange er die Regeln einhält. Diese Regeln der Technik sind in Normen beschrieben. Werden diese nicht befolgt, so gilt ein Tragwerk als nicht normgerecht hergestellt und damit als nicht standsicher. Die Verwendung des Tragwerkes ist somit nicht zulässig, es ist nachzubessern oder rückzubauen. Die Verbindung zwischen zwei Bauteilen oder die Verbindung zwischen einem Bauteil und einem anderen Konstruktionswerkstoff (Beton, Mauerwerk, usw.) ist ein Faktor, der die Standsicherheit beeinflusst.

5 Prüfbescheinigung nach Tabelle 1 der DIN EN

6 Prüfbescheinigung INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER DIN EN Schrauben bzw. Dübel für den Stahlbau verfügen über harmonisierte Produktnormen bzw. über eine europäische technische Zulassung und tragen das CE-Zeichen nach der europäischen Bauproduktenverordnung. Der Schraubenhersteller erstellt hierfür eine Leistungserklärung. Somit steht dem Hersteller von Stahltragwerken doch eine Bescheinigung (Leistungserklärung) des Schraubenherstellers zur Verfügung, in der dieser die Erfüllung der Anforderungen bestätigt. Da an Schrauben nicht geschweißt werden darf, interessiert eine chemische Analyse überhaupt nicht.

7 Verbindungsarten INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Einsatz von Schraubengarnituren nicht planmäßig vorgespannte Schrauben planmäßig vorgespannte Schrauben Niete Dübel Befestigung dünnwandiger Bauteile Grundlage für die Berechnung der mechanischen Verbindungen im Bereich der Stahltragwerke ist die DIN EN (Anschlüsse) und für die Ausführung gilt die DIN EN Für die Berechnung von Aluminiumtragwerke gelten die entsprechende Teile der DIN EN und für die Ausführung die DIN EN

8 Das Verbinden dünnwandiger Bauteile (z.b. Trapezbleche) mit dem Stahltragwerk soll hier nur kurz erwähnt werden. Da hier in der Regel keine Kräfte übertragen werden, sind diese für die weitere Betrachtung nicht von Bedeutung. Ändern wird sich dies mit der Einführung von DIN EN und -5, die die Verwendung von dünnwandigen Bauteilen als tragende bzw. aussteifende Elemente berücksichtigt.

9 Niete INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Das Nieten von Stahltragwerken ist nicht mehr wirtschaftlich und wird darum nicht mehr in der Fertigung angewendet. Lediglich in ganz speziellen Fällen und bei Restaurierungen von Tragwerken kann das Nieten noch zum Einsatz kommen. An dieser Stelle wird auf eine ausführliche Präsentation verzichtet.

10 Schraubengarnituren INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Schraubengarnituren bestehen aus Komponenten, also Schraube, Mutter und Scheibe(n), von ein und demselben Schraubenhersteller. Nach DIN EN sind folgende Festigkeitsklassen in Europa zugelassen: Schraubenfestigkeitsklasse yb [N/mm²]Streckgrenze ub [N/mm²]Zugfestigkeit Nach dem nationalen Anwendungsdokument DIN EN /NA sind die Festigkeitsklassen 4.8, 5.8 und 6.8 nicht in Deutschland zugelassen. Grund: Mangelndes Dehnungsvermögen.

11 Kategorien von Schraubverbindungen Kategorie A: Scher-/Lochleibungsverbindung (SL-Verbindung) Bei dieser Art der Schraubverbindung geht der Konstrukteur vom Abscheren des Schraubenquerschnittes aus. Dabei muss die Flächenpressung zwischen der Schraube und der Bohrung innerhalb zulässiger Grenzen bleiben. MERKE: Je größer die Bohrung desto kleiner wird die Fläche und desto größer ist die Flächenpressung. Aus diesem Grund ist der Bohrungsdurchmesser wichtig.

12 Kategorien von Schraubverbindungen Kategorie B oder C: Scher-/Lochleibungsverbindung mit Vorspannung (SLV-Verbindung) Gleitfeste-Verbindung (GV-Verbindung) Bei dieser Art der Schraubverbindungen werden die Schrauben vorgespannt, d.h. mit einer definierten Vorspannkraft versehen. Es kommen Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 und 10.9 zum Einsatz. Während bei der SLV-Verbindung die Vorspannung lediglich das Lösen der Mutter verhindern soll, werden bei der GV-Verbindung auch Kräfte über die Gleitebene zwischen den Blechen rechnerisch berücksichtigt.

13 Kategorien von Schraubverbindungen Kategorie D: zugbeanspruchte Schraubverbindung Bei dieser Art der Schraubverbindungen geht der Konstrukteur von einer reinen Zugbeanspruchung aus, wie sie z.b. in Zugstäben auftreten. Das dies oft ein Wunschdenken ist, soll diese Zeichnung verdeutlichen. zugbeanspruchter Plattenstoß

14 Kategorien von Schraubverbindungen Kategorie E: zugbeanspruchte vorgespannte Schraubverbindung Bei dieser Art der Schraubverbindungen geht der Konstrukteur von einer dynamischen Zugbeanspruchung aus. Es sind nur Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 und 10.9 zugelassen.

15 Verschiedene Schraubenarten INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Zu den in EN erlaubten Schraubengarnituren zählen: Bezeichnung Kategorie Norm Festigkeitsklasse Stahlbauschraube Stahlbau- Passschraube HV- Schraube HV- Passschraube HR- (Senk) Schraube HRC- Schraube A (Scher/Lochleibung) D (zugbelastet, vorwiegend ruhend) A / D B Gleitfest-GdG C Gleitfest GdT E zugbelastet (Erdbeben/ Ermüdung) DIN 7990 ISO 4014 ISO 4016 ISO DIN Mutter Scheibe Prüfung und Kennzeichnung ISO 4032 ISO 4033 ISO 4034 (FK 4/5) DIN DIN DIN ISO 7089 ISO 7090 ISO 7091 (100 HV) DIN EN ; -2 Konformität CE Kennzeichnung: SB EN EN EN DIN EN ; -2 Konformität: CE EN EN EN EN EN EN EN EN EN

16 Schraubenarten INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Nicht vorgespannte Stahlbauschraube (DIN 7990) Schraubverbindungen die nicht vorgespannt sind (Kategorie A und D) können mit Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis 10.9 ausgeführt werden. Sie müssen mindestens handfest angezogen werden. Das bedeutet: Zwischen Schraubenkopf, Mutter sowie zwischen den Blechen darf keine klaffende Fuge sein. Ausnahme sind Fälle, in denen im mittleren Bereich ein Anliegen erreicht wird. Bei Blechen 8 mm und Profilquerschnitten darf ein Spalt an den Kanten bis max. 4 mm verbleiben. Die Vorspannkräfte bzw. Anziehmomente sind in der EN nicht geregelt. Als Anhaltswert wird empfohlen 10% der Mindestvorspannkräfte für hochfeste Schraubengarnituren zu wählen.

17 Schraubenarten INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Planmäßig vorgespannte Schraubverbindungen HV- Schrauben (DIN EN ) Sowohl national, als auch auf europäischer Ebene kommen überwiegend Schrauben nach DIN EN als HV-System zum Einsatz. HV bedeutet: Hochfest (Materialeigenschaft) Vorgespannt (Montagezustand der Schraube) HV-Muttern werden werksseitig mit Molybdän-Sulfid (MoS 2 ) eingeschmiert und dürfen daher vom Anwender nicht zusätzlich mit Schmierstoff versehen werden. Hinweis: Veränderungen beim Schmiermittel führen zu Veränderungen bei den Anziehmomenten. Damit sind die Herstellerangaben nicht mehr verbindlich und eine Verfahrensprüfung muss den Beweis erbringen, dass das System funktioniert. Schrauben aus nichtrostendem Stahl dürfen nicht als planmäßig vorgespannte Schrauben verwendet werden, es sei denn, dass dies vorher vereinbart wurde.

18 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen

19 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen

20 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Für Deutschland war nach DIN das bewährte Drehmomentverfahren mit fest definierten Anziehmoment je Durchmesser festgelegt. Sofern keine Einschränkungen hinsichtlich der Anwendung vorliegen, kann jedes nach DIN EN 1090 angegebene Anziehverfahren eingesetzt werden. Drehmomentverfahren Kombiniertes Vorspannverfahren HRC Anziehverfahren Verfahren mit direkter Kraftanzeige (DTI) Vorspannung erfolgt überwiegend durch Drehen der Mutter. Beim Drehen des Schraubenkopfes ist das Erreichen der planmäßigen Vorspannkraft durch eine Verfahrensprüfung zum Anziehverhalten mit geeigneter Schmierung nachzuweisen.

21 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Drehmomentverfahren DIN EN in Verbindung mit DIN EN ermöglicht eine um ca. 11 % höhere Ausnutzung der Vorspannkraft F p,c nur bei der Verwendung von Schraubengarnituren der Klasse k2. Die Klasse k2 erfordert für jede Paarung von Schraube, Mutter und Scheiben, je Fertigungslos, individuell ermittelte Anziehmomente. Ein derart hoher Aufwand (hohe Kosten) sind nur bei besonderen Anwendungsfällen der Kategorie B,C und E vertretbar. Für die am häufigsten vorkommenden Kategorien A und D kann man auf das im deutschen Anhang zur EN beschriebene modifizierte Drehmomentverfahren mit F p,c* - Werten zurückgreifen, welches den bewährtem alten DIN Drehmomentverfahren entspricht.

22 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Drehmomentverfahren Somit ergibt sich, dass zu den in DIN EN beschriebenen Verfahren durch den nationalen Angang in Deutschland zusätzlich das: Modifizierte kombinierte Drehwinkelverfahren Modifizierte Drehmomentverfahren Drehimpulsverfahren gibt. Während beim modifizierten Drehmomentverfahren das Anziehen der Schraubengarnituren im ersten Schritt beliebig gewählt werden kann, muss im zweiten Schritt das Aufbringen des Drehmomentes unter Verwendung eines Drehmomentschlüssels mit einer Unsicherheit von weniger als 4% (kalibriert) erfolgen. Hierbei ist ein Ausgleich von Vorspannverlusten durch Nachziehen zulässig. Das Drehimpulsverfahren erfolgt mit einem Schlagschrauber, der mit einer etwa 10% höhere Vorspannkraft eingestellt wird. Dieses gleicht Ungenauigkeiten im Verfahren aus.

23 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Drehmomentverfahren Maße Festigkeitsklasse 8.8 Festigkeitsklasse 10.9 Regelvorspannkraft F p,c * kn (Drehimpulsverfahren) Einzustellende Vorspannkraft F V;DI kn Aufzubringendes Anziehmoment M A Nm Regelvorspannkraft F p,c * kn (Drehimpuls-verfahren) Einzustellende Vorspannkraft F V;DI kn [Tabelle NA.A1 und NA.A.2] Aufzubringendes Anziehmoment M A M M M M M M M M * Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff behandelt Nm

24 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Kombiniertes Vorspannverfahren Das kombinierte Vorspannverfahren besteht aus zwei Schritten: 1. Schritt: Aufbringen des Voranziehmomentes [Nm] 2. Schritt: Aufbringen des Weiterdrehwinkels nach Tabelle 21 Der Weiterdrehwinkel ist abhängig von der Klemmlänge und somit indirekt auch von der Schraubenlänge.

25 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Kombiniertes Vorspannverfahren

26 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen Kombiniertes Vorspannverfahren Gewinde Voranziehmoment [Nm] Weiterdrehwinkel [ ] Klemmlänge [ t] Schraubenlänge [L] Klemmlänge [ t] Schraubenlänge [L] Klemmlänge [ t] Schraubenlänge [L] M12 75 < t < L t L 95 M < t < L t L 130 M < t < L t L 155 M < t < L t L 165 M < t < L t L 195 M < t < L t L 200 M < t < L t L -- M < t < L t L --

27 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen HRC- Schrauben (DIN EN ) ACHTUNG: Bruchfläche ohne Korrosionsschutz

28 Anziehen und Vorspannen von Schraubverbindungen DTI- Scheibe (Lastanzeigende Scheibe) ACHTUNG: Gefahr von Spaltkorrosion

29 Prüfen und Kennzeichnung von Schrauben Prüfungen von vorgespannten Schraubverbindungen muss zwischen 12 und 72 Stunden nach dem abschließenden Anziehen erfolgen. Die Gesamtzahl der in einem Tragwerk zu kontrollierenden Garnituren muss ( beim Drehmomentverfahren) wie folgt sein: - EXC 2 => 5% - EXC 3 und 4 => 10% Prüfung erfolgt durch Aufbringen des 1,05-fachen Anziehmomentes mittels kalibrierten Drehmomentschlüssels. Dreht sich die Schraubenmutter um mehr als 15, gilt die Verbindung als nicht ausreichend vorgespannt. Die zu kontrollierenden Garnituren müssen nach dem Zufallsprinzip ausgewählt werden und sollten ggf. folgende Parameter erfassen: Anschlussart, Schraubengruppe, Los, Art und Größe der Verbindungsmittel, verwendete Ausrüstung und die Arbeitskräfte. Wird eine nicht ausreichende Vorspannung festgestellt, sind alle Garnituren einer Schraubengruppe zu prüfen.

30 Prüfen und Kennzeichnung von Schrauben Nach dem Vorspannen der Schraubengarnitur erfolgt das Kennzeichnen der Garnitur durch einen wasserunlöslichen Farbstift. Nach dem Prüfen der Schraubengarnitur erfolgt das Kennzeichnen durch einen andersfarbigen wasserunlöslichen Farbstift oder durch das Kennzeichnen mit einem Kreuz. Die einheitliche Vorgehensweise ist auf der Baustelle abzustimmen.

31 Mauerwerk Beton INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Dübel Ein Synonym für viele verschiedene Befestigungsverfahren in Beton oder Mauerwerk. Befestigungsverfahren im Beton- und Mauerwerksbau Einlegemontage Nachträgliche Montage Gewindehülse Bohrmontage Direktmontage Ankerschiene Kopfbolzen Sonstige Metallspreizdübel Hinterschnittanker Verbunddübel Verbund-Spreizdübel Verbund- Hinterschnittdübel Betonschraube Setzbolzen Kunststoffdübel Injektionsdübel Gasbetondübel

32 Dübel INGENIEURBÜRO FÜR QUALITÄT IN DER Die Befestigung in Beton oder Mauerwerk bedarf ebenso einer genauen Planung, wie auch einer genauen Ausführung. Die Art und die Belastung vom Untergrund (z.b. gerissener Beton, Gitterziegel); die vom Dübel eingeleiteten Kräfte (z.b. Spreitzkräfte); die örtliche Situation (z.b. Randabstände); und sogar die klimatischen Bedingungen (Frost, Regen, etc.) sind wichtige Parameter zur Bestimmung eines geeigneten Befestigungselementes. All diese Dinge an dieser Stelle vorzustellen und zu erläutern würde den Rahmen sprengen. ABER Eins ist in Hinblick auf die DIN EN 1090 noch wichtig!

33 Dübel Jeder verwendete Dübel im Bereich der tragenden Bauprodukte braucht eine entsprechende europäische technische Zulassung. Diese ETA beinhaltet die Regeln zur Montage, die zulässigen abzutragenden Lasten, die Abstände untereinander und die Randabstände. Und (vor allem auch) das aufzubringende Drehmoment für den Dübel. Ein zu geringes Drehmoment kann das Herausrutschen des Dübels aus dem Bohrloch zur Folge haben (zu geringe Spreitzkraft). Ein zu hohes Drehmoment kann das Sprengen des Befestigungsgrundes zur Folge haben. Darum sind die erforderlichen Drehmomente immer mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel aufzubringen.

34 Muss ein Montagebetrieb zertifiziert sein? Einfache Antwort: NEIN ABER: Wer ein Bauprodukt herstellt oder ein Bauprodukt in Verkehr bringt, muss zertifiziert sein. D.h. nur der Hersteller selbst oder ein Importeur von Bauprodukten, die nicht im EU-Binnenmarkt hergestellt werden, muss sein Bauprodukt EU-konform mit CE-Zeichen kennzeichnen. Wer ein bereits CE-gekennzeichnet Bauprodukt montiert bringt dieses nicht in Verkehr und ist selbst nicht CE-kennzeichnungspflichtig. Somit braucht er auch nicht zertifiziert sein. Trotzdem gilt für den Montagebetrieb, dass er die Vorgaben zur fachgerechten Montage, wie sie in der DIN EN und -3 beschrieben worden sind, mindestens erfüllen muss.

35 Muss ein Montagebetrieb zertifiziert sein? Noch etwas schwieriger wird es, wenn man sich dem Thema Schweißen auf der Baustelle widmet. Hier galt bis zu Letzt, dass der Betrieb, der auf der Baustelle schweißen will, entweder eine Herstellerqualifikation nach DIN oder ein Schweißzertifikat nach DIN EN 1090 besitzen muss. Da es die DIN nicht mehr gibt, bleibt nur die zweite Alternative. Da zu befürchten ist, dass in der Überarbeitung der DIN EN zukünftig auch noch das Schweißzertifikat entfällt, wird es noch spannend, was die deutschen Bauaufsichten zukünftig fordern werden. MÖGLICHERWEISE: Ein Zertifikat nach DIN EN ISO 3834 von einer akkreditierten Stelle.

36 VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT. Für Fragen stehe ich nun gerne zur Verfügung.