Geschraubte Verbindungen im Stahlbau. Merkblatt 322

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1 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Merkblatt 322

2 Merkblatt 322 Wirtschaftsvereinigung Stahl Die Wirtschaftsvereinigung Stahl ist der wirtschaftspolitische Verband der Stahlindustrie in Deutschland mit Sitz in Düsseldorf und Büros in Berlin und Brüssel. Der Verband vertritt die branchenpolitischen Interessen der in Deutschland ansässigen Stahlproduzenten und assoziierter ausländischer Mitgliedsunternehmen gegenüber Politik, Wirtschaft und Öffentlichkeit. Die wichtigsten Aufgaben sind: Das wirtschaftspolitische Umfeld mitgestalten Zentrales Anliegen ist es, ein wirtschaftspolitisches Umfeld zu ermöglichen, das die inter - nationale Wettbewerbsfähigkeit der Stahlunternehmen in Deutschland auch in Zukunft sichert. Aufmerksamkeit schaffen, Meinungen bilden Die Wirtschaftsvereinigung Stahl vertritt die Interessen der Mitgliedsunternehmen gegen - über politischen Entscheidungsträgern, Behörden, anderen wirtschaftlichen Branchen sowie der Öffentlichkeit und den Medien. Bündelung wirtschaftlicher Interessen Die Mitgliedsunternehmen haben gemein - same Ziele. Diese gilt es zu bündeln und mit einer Stimme an die Politik zu richten. Expertise für die Mitgliedsunternehmen Austausch fachlicher Expertise in Ausschüssen und Gremien ist ein weiteres Ziel der Wirtschaftsvereinigung Stahl. International vernetzt Durch die Mitgliedschaften im europäischen Stahlverband EUROFER und dem Welt-Stahlverband World Steel Association werden die Interessen der Mitgliedsunternehmen auch inter - national vertreten. Marketing für Stahlanwendungen Markt- und anwendungsorientiert werden firmenneutrale Informationen über Verarbeitung und Einsatz des Werkstoffs Stahl bereit - gestellt. Publikationen bieten ein breites Spektrum praxisnaher Hinweise für Konstrukteure, Entwickler, Planer und Verarbeiter von Stahl. Sie werden auch in Ausbildung und Lehre eingesetzt. Vortragsveranstaltungen schaffen ein Forum für Erfahrungsberichte aus der Praxis. Messen und Ausstellungen dienen der Präsentation neuer Werkstoff entwicklungen und innovativer, zukunftsweisender Stahlanwendungen. Alle drei Jahre wird der Stahl-Innovationspreis ( ausgelobt. Er ist einer der bedeutendsten Wett bewerbe seiner Art und zeichnet beson ders innovative Stahl - anwendungen aus. Impressum Merkblatt 322 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Ausgabe 2012, ISSN Herausgeber: Wirtschaftsvereingung Stahl, Postfach , Düsseldorf Autoren: Prof. Dr.-Ing. Rolf Kindmann, Ruhr Universität Bochum, Lehrstuhl für Stahl-, Holz- und Leichtbau Prof. Dr.-Ing. Jan Vette, Fachhochschule Münster, Fachbereich Bauingenieurwesen Redaktion: Wirtschaftsvereingung Stahl Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist auch auszugsweise nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers und bei Quellenangabe gestattet. Die zugrunde liegenden Informationen wurden mit größter Sorgfalt recherchiert und redaktionell bearbeitet. Eine Haftung ist jedoch ausgeschlossen. DIN-Normen: Wiedergegeben mit Erlaubnis des DIN Deutsches Institut für Normung e. V. Maßgebend für das Anwenden der DIN-Norm ist die Fassung mit dem neuesten Ausgabe - datum, die bei der Beuth Verlag GmbH, Burg - grafen straße 6, Berlin, erhältlich ist. Inhalt Seite 1 Einleitung und Übersicht Schrauben, Muttern und Scheiben Herstellen von geschraubten Verbindungen Kraftübertragung und Tragverhalten Bemessung nach DIN EN Bemessungsbeispiele nach DIN EN Normen Literatur

3 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau 1 Einleitung und Übersicht 1.1 Einführung Stahltragwerke bestehen in der Regel aus Trägern, Stützen und Rahmen, die aus Blechen und gewalzten Profilen hergestellt werden. Für die erforderlichen Verbindungen, Stöße, Anschlüsse und Befestigungen werden geeignete Techniken benötigt, die die Ausführung wirtschaftlicher und dauerhafter Konstruktionen ermöglicht. Alte Stahlkonstruktionen belegen, dass man Verbindungen früher ausschließlich mit Nieten hergestellt hat. Da sie keine Zugkräfte aufnehmen konnten, musste man so konstruieren, dass sie nur durch Scherkräfte beansprucht wurden, also nur durch Kräfte senkrecht zur Nietachse. Von wenigen Ausnahmen abgesehen kommen Nietverbindungen heutzutage nicht mehr zum Einsatz. Aus wirtschaftlichen Gründen sind sie schon seit langem durch geschweißte und geschraubte Verbindungen ersetzt worden. Aufgrund der runden, stiftartigen Form sind Nieten und Schrauben unmittelbar miteinander vergleichbar. Dies galt zeitweise auch für das Tragverhalten, weil man Schrauben zunächst so angeordnet hat, dass sie wie Nieten nur durch Scherkräfte beansprucht wurden. Die Weiterentwicklung der Konstruktionstechniken und Schraubenfestigkeiten hat zwischenzeitlich zu einem weiteren Wandel geführt: Heutzutage können Schrauben sowohl Scherkräfte als auch Zugkräfte aufnehmen. Diese Entwicklung ist auch an den einschlägigen Normen für Stahlbauten erkennbar. In den Regelungen von DIN stehen Scher-/Lochleibungsverbindungen im Vordergrund, was dort insbesondere durch die Einteilung in sechs Ausführungsformen von geschraubten Verbindungen deutlich wird. In DIN EN , die die DIN abgelöst hat, werden scher- und zugbeanspruchte Verbindungen mit Schrauben gleichrangig behandelt. Grundlage der folgenden Ausführungen ist die DIN EN in Verbindung mit dem nationalen Anhang für Deutschland. Darüber hinaus werden die aktuellen Produktnormen für Schrauben und die DIN EN heran gezogen. Dieses Merkblatt richtet sich an Studenten, Ingenieure und Architekten. Es betrifft Stahlbauten im Sinne der DIN EN 1993 (Eurocode 3) und gilt für die Bemessung und Konstruktion tragender Bauteile aus Stahl. Für Bauteile mit nicht vorwiegend ruhender Belastung sind zusätzliche Regelungen zu beachten, ebenso wie zusätzliche Bestimmungen in den entsprechenden Teilen der DIN EN 1993 oder in den Vorschriften der Bahn. Auf solche Regeln wird in diesem Merkblatt nicht eingegangen. Das Merkblatt behandelt die im Stahlbau üblichen Schrauben mit metrischem Gewinde und Sechskantköpfen der Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 8.8 und 10.9 sowie die zugehörigen Sechskantmuttern und Scheiben, siehe Tabelle Inhalt der Kapitel Einleitung und Übersicht Nach einer allgemeinen Einführung in die Thematik wird die prinzipielle Vorgehensweise bei der Bemessung geschraubter Verbindungen anhand eines Einführungsbeispiels beschrieben, und es wird auf Grundsätze für die konstruktive Ausbildung und die Berechnungen hingewiesen. Darüber hinaus werden die Kategorien für geschraubte Verbindungen nach DIN EN und die verwendeten Bezeichnungen zusammengestellt Schrauben, Muttern und Scheiben Dieses Kapitel enthält Informationen zu den Produkten, die in Schraubengarnituren zu verwenden sind. Im Wesentlichen geht es dabei um die entsprechenden Normen, Abmessungen und Festigkeiten Herstellung Die Herstellung geschraubter Verbindungen wird erläutert, aber auch die Darstellung auf Zeichnungen vermittelt, und es werden Hinweise zum Korrosionsschutz und zur Vorspannung gegeben Kraftübertragung und Tragverhalten Das Kapitel enthält Erläuterungen zur Berechnung von Kräften in den Schrauben einer Verbindung, zur Übertragung der Schnittgrößen und zum Tragverhalten einzelner Schrauben Bemessung nach DIN EN Hier sind die wichtigsten Grundlagen für normengerechte Nachweise zusammengestellt. Das Kapitel enthält Berechnungsformeln und Tabellen mit den Bemessungswerten der Tragfähigkeit einzelner Schrauben nach DIN EN

4 Merkblatt Bemessungsbeispiele Mithilfe von sechs Bemessungsbeispielen wird die Durchführung der erforderlichen Nachweise erläutert. 1.3 Einführungsbeispiel Bei der konstruktiven Ausbildung und der Bemessung geschraubter Verbindungen sind die folgenden Grundsätze zu beachten: Stöße und Anschlüsse sollen gedrungen ausgebildet werden. Es ist eine unmittelbare und symmetrische Stoßdeckung anzustreben. Versatzmomente sollten möglichst vermieden werden. Die einzelnen Querschnittsteile sollen für sich angeschlossen oder gestoßen werden. Die Beanspruchung der Verbindung eines Querschnittsteils soll aus den Schnittgrößenanteilen dieses Querschnittsteils bestimmt werden. Abb. 1.1: Einführungsbeispiel Trägerstoß Die Vorgehensweise bei der Bemessung geschraubter Verbindungen wird mit dem in Abb. 1.1 dargestellten Trägerstoß erläutert. Der Träger besteht aus einem Walzprofil HEA500, d.h., er hat einen doppeltsymmetrischen Querschnitt. Die rechts in der Abbildung angegebenen Schnittgrößen wirken unmittelbar an der Stoßstelle. Zunächst sollte man entsprechend den o. g. Grundsätzen die Teilschnittgrößen in den Einzelteilen des Querschnitts infolge N, M und V ermitteln und dann festlegen, wie diese Teilschnittgrößen durch die Schrauben übertragen werden sollen. Beim klassischen Laschenstoß, siehe Abb. 1.1b, werden die Schrauben nur durch Scherkräfte beansprucht, was unmittelbar anhand der Teilschnittgrößen erkennbar ist. Dies sind in den Gurten die Normalkräfte infolge N und M, die von den Gurten durch die Schrauben in die Laschen und auf der anderen Seite des Stoßes wieder in die Gurte übertragen werden. Im Steg ergeben sich die Teilschnittgrößen N w, M w und V w = V, die die Schrauben ebenfalls durch Scherkräfte beanspruchen. Bei der Ermittlung der Kräfte in den Schrauben ist zu beachten, dass infolge V ein Versatzmoment auftritt. Als prinzipielle Vorgehensweise können die folgenden Grundsätze für die Nachweisführung herangezogen werden: 1. Teilschnittgrößen in den Einzelteilen des Querschnitts ermitteln. 2. Scherkräfte in den einzelnen Schrauben ermitteln (in der Regel die Maximalwerte). 3. Nachweise führen: Abscheren der Schrauben, Lochleibung der Bleche, Beanspruchung des Nettoquerschnitts (Lochabzug). Bei dem in Abb. 1.1c dargestellten Stirnplattenstoß wird der Obergurt infolge N und M durch eine Drucknormalkraft beansprucht. Sie kann unmittelbar durch die Stirnplatten und Druckkontaktkräfte übertragen werden. Im Untergurt ergibt sich infolge N und M eine Zug - normalkraft, so dass die Schrauben im Bereich des Untergurtes durch Zugkräfte beansprucht werden. Die Tragfähigkeit des Stirnplattenstoßes wird in der Regel unter Verwendung des T-Stummel-Modells ermittelt (siehe Abschnitt 5.12). Aufgrund der Zugbeanspruchung in den Schrauben wird der Stirnplattenstoß gemäß DIN EN den Kategorien D oder E zu - geordnet (siehe Abschnitt 1.4). Die Querkraft V wird in der Regel den Schrauben im Bereich des Obergurtes zugewiesen. Sie hat häufig eine untergeordnete Bedeutung. 4

5 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Kategorie Nachweiskriterium Anmerkungen Scherverbindungen (scherbeanspruchte Schrauben) A F v,ed F v,rd Keine Vorspannung erforderlich. Scher-/Lochleibungsverbindungen F v,ed F b,rd Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis 10.9 dürfen verwendet werden. Tabelle 1.1: Kategorien von geschraubten Verbindungen nach DIN EN B F v,ed,ser F s,rd,ser In der Regel sind hochfeste Schrauben Gleitfeste Verbindungen im Grenz- F v,ed F v,rd der Festigkeitsklasse 8.8 oder 10.9 zu verwenden. zustand der Gebrauchstauglichkeit F v,ed F b,rd Gleitwiderstand für die Gebrauchstauglichkeit. C F v,ed F s,rd In der Regel sind hochfeste Schrauben der Gleitfeste Verbindungen im F v,ed F b,rd Festigkeitsklasse 8.8 oder 10.9 zu verwenden. Grenzzustand der Tragfähigkeit ΣF v,ed N net,rd Gleitwiderstand für die Tragfähigkeit. Zugverbindungen (zugbeanspruchte Schrauben) D F t,ed F t,rd Keine Vorspannung erforderlich. Nicht vorgespannt F t,ed B p,rd Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis 10.9 dürfen verwendet werden. B p,rd siehe Abschnitt 5.5. E F t,ed F t,rd In der Regel sind hochfeste Schrauben der Vorgespannt F t,ed B p,rd Festigkeitsklasse 8.8 oder 10.9 zu verwenden. B p,rd siehe Abschnitt 5.5. F v,rd F b,rd F s,rd,ser F s,rd F t,rd Grenzabscherkraft pro Schraube Grenzlochleibungskraft pro Schraube Grenzgleitwiderstand pro Schraube im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Grenzgleitwiderstand pro Schraube im Grenzzustand der Tragfähigkeit Grenzzugkraft pro Schraube 1.4 Kategorien nach DIN EN Geschraubte Verbindungen werden gemäß DIN EN in die Kategorien A bis E eingeteilt. Die Kategorien beziehen sich auf die Beanspruchung der Schrauben (Abscheren oder Zug) und Varianten in der Ausführung (gleitfest, vorgespannt, handfest angezogen). Weitere Einzelheiten können Tabelle 1.1 entnommen werden. Geschraubte Verbindungen mit scherbe - anspruchten Schrauben werden in der Regel für die Bemessung in folgende Kategorien unterteilt: a) Kategorie A: Scher-/Lochleibungsverbindungen Zu dieser Kategorie gehören Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis Vorspannung und besondere Oberflächenbehandlungen sind in der Regel nicht erforderlich. Der Bemessungswert der einwirkenden Scherkraft darf weder den Bemessungswert der Schertragfähigkeit noch den Bemessungswert des Lochleibungswiderstandes überschreiten, siehe Abschnitt 5.4. b) Kategorie B: Gleitfeste Verbindungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit Zu dieser Kategorie gehören hochfeste Schrauben, die kontrolliert vorgespannt werden. Im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit darf in der Regel kein Gleiten auftreten. Der Bemessungswert der einwirkenden Scherkraft im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit darf in der Regel den Bemessungswert des Gleitwiderstandes nicht überschreiten. Der Bemessungswert der einwirkenden Abscherkraft im Grenzzustand der Tragfähigkeit darf in der Regel den Bemessungswert der Schertragfähigkeit und des Lochleibungswiderstandes nicht überschreiten. c) Kategorie C: Gleitfeste Verbindungen im Grenzzustand der Tragfähigkeit Zu dieser Kategorie gehören hochfeste Schrauben, die kontrolliert vorgespannt werden. Im Grenzzustand der Tragfähigkeit darf kein Gleiten auftreten. Der Bemessungswert der einwirkenden Scherkraft im Grenzzustand der Tragfähigkeit darf den Bemessungswert des Gleit - 5

6 Merkblatt 322 widerstandes und des Lochleibungswiderstandes nicht überschreiten. Zusätzlich darf bei Zugverbindungen der Bemessungswert des plastischen Widerstands des Nettoquerschnitts im kritischen Schnitt durch die Schraubenlöcher N net,rd (siehe DIN EN , 6.2) nicht überschritten werden. Für die Baupraxis hat die Kategorie A die mit Abstand größte Bedeutung. Gleitfeste Verbindungen nach den Kategorien B und C kommen nur selten zum Einsatz, weil sie eine Behandlung der Reibflächen zur Sicherstellung der Reibung erfordern. Bezüglich des Tragverhaltens bieten sie bei ermüdungsbeanspruchten Verbindungen, d. h. bei häufig veränderlichen Beanspruchungen, Vorteile. Bei geschraubten Verbindungen mit zug - beanspruchten Schrauben werden in der Regel für die Bemessung folgende Kategorien unterschieden: a) Kategorie D: Nicht vorgespannt Zu dieser Kategorie gehören Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis Vorspannung ist nicht erforderlich. Diese Kategorie darf bei Verbindungen, die häufig veränderlichen Zugbeanspruchungen ausgesetzt sind, nicht verwendet werden. Der Einsatz in Verbindungen, die durch normale Windlasten beansprucht werden, ist dagegen erlaubt. b) Kategorie E: Vorgespannt Zu dieser Kategorie gehören hochfeste vorgespannte Schrauben der Festigkeitsklasse 8.8 oder 10.9, die kontrolliert vorgespannt werden. In Tabelle 1.1 sind die Nachweiskriterien für diese Verbindungskategorien zusammengefasst. Vereinzelt werden Schrauben in Verbindungen durch hohe Scher- und hohe Zugkräfte be - ansprucht, so dass dann auch die Kombination nachzuweisen ist. Einzelheiten zur Kraftüber - tragung und zum Tragverhalten werden in Kapitel 4 vermittelt, Einzelheiten zur Bemessung nach DIN EN in Kapitel Bezeichnungen Schrauben, Muttern und Scheiben d Schraubendurchmesser d 1 Kerndurchmesser d 2 Flankendurchmesser d 0 Lochdurchmesser Dd Lochspiel A Schaftquerschnitt A s Spannungsquerschnitt b Gewindelänge s Schlüsselweite e Eckenmaß k Kopfhöhe m Mutternhöhe h Scheibendicke P Steigung l Schraubenlänge (ohne Kopf) Allgemeine Bezeichnungen M Biegemoment N Normalkraft V Querkraft A Querschnittsfläche (brutto) A net Querschnittsfläche (netto) F v Abscherkraft pro Schraube F b Lochleibungskraft pro Schraube F t Zugkraft pro Schraube t Blechdicke t Klemmlänge t s Paketdicke der verbundenen Bleche ohne Scheiben n Bedeutung 1: Anzahl der Schrauben in einer Verbindung Bedeutung 2: Abstand der Schraubenreihe zum Angriffspunkt der Abstützkräfte (T-Stummel-Modell) m Bedeutung 1: Anzahl der Scherfugen (Schnittigkeit) Bedeutung 2: Abstand der Schraubenreihe zum gezogenen Blech (T-Stummel-Modell) e Abstand von der Schraubenreihe bis zum Rand (T-Stummel-Modell) p Abstand der Schrauben untereinander g M0 Teilsicherheitsbeiwert für die Beanspruchbarkeit von Querschnitten g M1 Teilsicherheitsbeiwert für die Beanspruchbarkeit von Bauteilen bei Stabilitätsversagen g M2 Teilsicherheitsbeiwert für die Beanspruchbarkeit von Querschnitten bei Bruchver - sagen infolge Zugbeanspruchung g F Teilsicherheitsbeiwert für Einwirkungen m Reibungszahl σ Normalspannung t Schubspannung f u Zugfestigkeit f y Streckgrenze Indizes f Flansch (engl.: flange) w Steg (engl.: web) Ed Bemessungswert der Einwirkung Rd Bemessungswert der Beanspruchbarkeit 6

7 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau 2 Schrauben, Muttern und Scheiben 2.1 Normen Die DIN EN umfasst die folgenden Bezugsnormen hinsichtlich der Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben: DIN EN 14399: Hochfeste planmäßig vorspannbare Schraubenverbindungen für den Metallbau Teil 1: Allgemeine Anforderungen ( ) Teil 2: Prüfung der Eignung zum Vorspannen ( ) Teil 3: System HR Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern ( ) Teil 4: System HV Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern ( ) Teil 5: Flache Scheiben ( ) Teil 6: Flache Scheiben mit Fase ( ) DIN EN : Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen Teil 2: Muttern mit festgelegten Prüfkräften; Regelgewinde ( ) DIN EN ISO 898-1: Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl Teil 1: Schrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen Regelgewinde und Feingewinde ( ) DIN EN ISO 4014: Sechskantschrauben mit Schaft Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4016: Sechskantschrauben mit Schaft Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 4017: Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4018: Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 4032: Sechskantmuttern, Typ 1 Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4033: Sechskantmuttern, Typ 2 Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4034: Sechskantmuttern Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 7089: Flache Scheiben Normale Reihe, Produktklasse A ( ) DIN EN ISO 7090: Flache Scheiben mit Fase Normale Reihe, Produktklasse A ( ) DIN EN ISO 7091: Flache Scheiben Normale Reihe, Produktklasse C ( ) In Klammern ist jeweils das Ausgabedatum der zurzeit aktuellen Norm angegeben (z. B ). Darüber hinaus ist für die Ausführung von Stahlbauten und somit auch für geschraubte Verbindungen von Bedeutung: DIN EN : Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 2: Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken ( ) In der Ausführungsnorm DIN EN wird ergänzend auf die folgenden Normen verwiesen, die geschraubte Verbindungen betreffen: DIN EN 14399: Hochfeste planmäßig vorspannbare Schraubenverbindungen für den Metallbau Teil 7: System HR Garnituren aus Senkschrauben und Muttern ( ) Teil 8: System HV Garnituren aus Sechskant-Passschrauben und Muttern ( ) Teil 9: System HR oder HV Direkte Kraft - anzeiger für Garnituren aus Schrauben und Muttern ( ) Teil 10: System HRC Garnituren aus Schrauben und Muttern mit kalibrierter Vorspannung ( ) DIN EN 15048: Garnituren für nicht planmäßig vorgespannte Schraubenverbindungen für den Metallbau Teil 1: Allgemeine Anforderungen ( ) Teil 2: Eignungsprüfung ( ) Die aufgeführten, übergeordneten Regelwerke DIN EN und DIN EN sind in der Bauregelliste B enthalten, so dass auch nationale Produkte nach DIN-Normen, die den Konformitätsnachweis dieser Normen erfüllen, in Deutschland gehandelt werden dürfen und die CE-Kennzeichnung tragen. 2.2 Schraubenformen und -arten Beschreibung einer geschraubten Verbindung Eine Schraube besteht aus dem Kopf und dem Schaft, siehe Abb Der Schaft hat bereichsweise oder über die gesamte Länge ein Gewinde. Bei den im Stahlbau üblichen Schrauben werden in der Regel Schrauben mit glattem Schaft und Gewinde verwendet (siehe Abb. 2.1, oben). 7

8 Merkblatt 322 Abb. 2.1: Schrauben Die Mutter wird auf das Gewinde der Schraube aufgeschraubt. Es gibt aber auch die Möglichkeit, ein Gewinde in ein Bauteil einzuschneiden, wobei das Bauteil dann die Funktion der Mutter übernimmt. Zwischen den zu verbindenden Blechteilen und dem Schraubenkopf bzw. der Mutter werden Unterlegscheiben (nachfolgend als Scheiben bezeichnet) angeordnet. In der Regel befinden sich diese unter dem Teil, das beim Anziehen gedreht wird. Bei hochfesten planmäßig vorgespannten Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9 sind sowohl unter dem Schraubenkopf als auch unter der Mutter Scheiben anzuordnen. Sie dienen zu einer gleichmäßigeren Krafteinleitung und schützen durch Fasen den Übergang des Schraubenkopfes in den Schaft vor einer Kerbwirkung. Insgesamt werden die Schrauben zusammen mit den Muttern und den zugehörigen Scheiben als Schraubengarnitur bezeichnet, siehe Abb Während nach den alten, deutschen Regelungen die Klemmlänge als Summe der als Klemmpaket verbundenen Bleche definiert war (jetzt Klemmpaketdicke t s ), wird nach den europäischen Regelungen die Klemmlänge als Länge zwischen Schraubenkopf und Mutter definiert, siehe Abb Die Klemmlänge ist daher gleich der Dicke des Klemmpakets einschließlich der Dicke der Scheiben. Gemäß DIN EN wird zwischen planmäßig vorgespannten und planmäßig nicht vorgespannten Schraubenverbindungen unterschieden. Vorgespannte Verbindungen bestehen in der Regel aus planmäßig vorspannbaren Schraubengarnituren. Vorgespannte, auf Zug beanspruchte Schrauben gemäß Abschnitt haben gegenüber nicht vorgespannten Verbindungen, siehe Abschnitt 3.3.1, Vorteile im Hinblick auf den Korrosionsschutz und die Ermüdung. Auf den Begriff planmäßig wird im Folgenden bei vorgespannten Verbindungen verzichtet. Gemäß den übergeordneten Schrauben - normen DIN EN und DIN EN soll die gesamte Schraubengarnitur von einem Hersteller geliefert werden. Er ist für die Funktionsfähigkeit der Garnitur verantwortlich. Das Gleiche gilt für den Oberflächenüberzug der Garnituren, siehe Abschnitt 3.2. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Schrauben sehr empfindlich auf Unterschiede in der Herstellung und Schmierung reagieren. Abb. 2.2: Schraubengarnitur mit Klemmpaket- Bezeichnungen Gewinde Die im Stahlbau verwendeten Schrauben und Muttern haben ein metrisches Gewinde nach DIN ISO 724. Die Gewindetoleranzen sind in DIN ISO geregelt. Die Schrauben und Muttern werden mit dem Buchstaben M bezeichnet. M16 bedeutet: Schraube oder Mutter mit metrischem Gewinde und Nenndurchmesser d = 16 mm. In Abb. 2.3 ist ein typisches Regelgewinde mit den wichtigsten Abmessungen dargestellt. Folgende Bezeichnungen sind nach DIN ISO 724 am Außengewinde zu unterscheiden: d: Außendurchmesser (Nenndurchmesser) d 2 : Flankendurchmesser d 1 : Kerndurchmesser 8

9 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Abb. 2.3: Metrisches Regelgewinde nach DIN ISO 724 Der Flankenwinkel ist für alle Durchmesser konstant. Die Maße P und H sind von d abhängig. Das ISO-Regelgewinde hat beispielsweise für d = 12 mm (Schraube M12) die Steigung P = 1,75 mm und bei M30 ist P = 3,5 mm. Außer dem Regelgewinde gibt es noch Feingewinde, die hier nicht behandelt werden, da sie im Stahlbau keine Rolle spielen Schraubenköpfe und -schäfte Im Allgemeinen werden Schrauben mit Sechskantköpfen und Sechskantmuttern verwendet. Das wichtigste Maß ist der Durchmesser der Schraube, da die Tragfähigkeiten von der Querschnittsfläche und somit vom Durchmesser abhängen. Die übrigen Maße wie z. B. die Schlüsselweite s und die Gewindelänge b sind vom Durchmesser des Schraubenschaftes d abhängig. Schraubengarnituren, die für nicht vorgespannte Schraubenverbindungen (Kategorien A und D gemäß Tabelle 1.1) geeignet sind, werden in der übergeordneten DIN EN geregelt. Darüber hinaus werden die Schrauben in Produktklassen eingeordnet. Für nicht vorgespannte Schraubengarnituren können sämtliche Produktnormen herangezogen werden, wenn sie den Konformitätsnachweis nach DIN EN erfüllen. Dafür muss die Übereinstimmung der Komponenten und Garnituren mit den dort angegebenen Anforderungen nachgewiesen werden. Diese umfassen eine Erstprüfung und die werkseigene Produktionskontrolle durch den Hersteller, einschließlich der Beurteilung des Produktes. Nähere Informationen hierzu sind in DIN EN und bezüglich des Eignungsnachweises in DIN EN enthalten. Aus diesem Grund können Schraubengarnituren nach den europä - ischen Normen, siehe Abschnitt 2.1, und auch nach den deutschen Produktnormen verwendet werden. Schrauben nach den deutschen Produktnormen haben kürzere Gewinde. Damit kann leichter erreicht werden, dass der glatte Teil des Schaftes in der Scherfuge liegt, so dass eine höhere Schertragfähigkeit ausgenutzt werden kann (siehe Abschnitt 5.4). Nachteilig ist, dass eine genaue Planung der Schraubenlängen erforderlich ist. Die Produktklasse hängt im Wesentlichen von der Festigkeitsklasse und dem Schraubendurchmesser ab. Diese Angaben für Stahlbauschrauben können Tabelle 2.1 entnom - men werden. Bemerkenswert ist, dass neben den Schrauben mit glattem Schaft auch die Schrauben mit Gewinde bis zum Kopf verwendet werden können. Die Angaben hierzu finden sich ebenfalls in Tabelle 2.1. Hochfeste Schraubengarnituren, die den Anforderungen in DIN EN genügen, dürfen als vorgespannte Schraubenverbindungen (Kategorien B, C und E), aber auch als nicht vorgespannte Schraubenverbindungen (Kategorien A und D) verwendet werden. Für den Nachweis der CE-Konformität ist neben der Erstprüfung und der werkseigenen Kontrolle auch der Nachweis der Funktionseigenschaften gemäß DIN EN vorgeschrieben. Nach DIN EN werden vorspannbare Schrauben in HV-Schrauben (mit kurzem Gewinde) und HR- Schrauben (mit mittellangem Gewinde) unterschieden. Vorspannbare Schraubengarnituren Produktnorm Gewindelänge Produkt- Festigb klasse keitsklasse DIN 7990 DIN ) Kurz (1,4 bis 1,6) d Tabelle 2.1: Schrauben für nicht vorspannbare Schraubenverbindungen C 4.6, 5.6 DIN EN ISO 4014 Mittellang M24: A 5.6, 8.8, > M24: B 10.9 (2,2 bis 2,5) d DIN EN ISO 4016 C 4.6 DIN EN ISO 4017 Lang M24: A 5.6, 8.8, > M24: B 10.9 l DIN EN ISO 4018 C 4.6 1) Passschraube mit d s = d + 1 mm

10 Merkblatt 322 Produktnorm Bez. Gewindelänge Produkt- Festigb klasse keitsklasse DIN EN DIN EN DIN EN ) HR HV HV 1) Passschraube mit d s = d + 1 mm. Abb. 2.4: Verbindung mit einer Senkschraube Mittellang (2,2 3,3) d Kurz (1,4 1,9) d Kurz (1,4 1,9) d Tabelle 2.2: Schrauben für vorspannbare Schraubenverbindungen B 8.8, 10.9 B 10.9 B 10.9 haben eine größere Schlüsselweite als nicht vorspannbare Schraubengarnituren. Schrauben mit geringerer Festigkeitsklasse (4.6 und 5.6) dürfen grundsätzlich nur handfest angezogen, aber planmäßig nicht vorgespannt werden. Nähere Angaben enthalten die Tabellen 2.2 und 2.6. Die HR-Schraube unterscheidet sich von der HV-Schraube durch ihr längeres Gewinde. Außerdem weisen die Muttern vom Typ HR eine größere Höhe auf. Ansonsten sind die Abmessungen nahezu identisch. Begründet werden die Unterschiede damit, dass sich bei einer HV-Garnitur das Verformungsvermögen durch Abstreifen der Mutter einstellen soll. Demgegenüber soll bei einer HR-Garnitur die Schraube ihr Dehnungsvermögen durch plastische Verlängerung der Schraube erreichen. Passschrauben nach DIN 7968 (nicht vor - gespannt) und DIN EN (vorspannbar) werden nach DIN EN im Wesentlichen wie normale Schrauben bemessen und daher hier nicht gesondert behandelt. Neben den Sechskantschrauben gibt es im Stahlbau unter anderem die Senkschrauben nach DIN 7969 bzw. DIN EN (siehe Abb. 2.4) und HRC-Schrauben nach DIN EN Aufgrund ihrer eher untergeordneten Bedeutung werden sie hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt Muttern und Scheiben Genauso wie die Schrauben sind auch die Muttern sowie die Scheiben in Produktnormen geregelt. Auch hierbei ist die Unterscheidung zwischen Muttern und Scheiben für vorspannbare und nicht vorgespannte Schraubengarnituren zu beachten. In Tabelle 2.3 sind Produktnormen für Muttern und in Tabelle 2.4 für Scheiben zusammengestellt. Wie bei den Schrauben sind die Schlüsselweiten der Muttern bei nicht vorgespannten Verbindungen ca. 1,5 bis 1,6 d. Bei vorspannbaren Schraubengarnituren sind die Muttern wie die Schraubenköpfe eine Schlüsselweite größer als bei nicht vorspannbaren Garnituren (siehe Tabelle 2.6). Bei den Scheiben wird zwischen Scheiben mit und ohne Fasen unterschieden. Während es für die Scheiben unter den Muttern und bei nicht vorspannbaren Schraubengarnituren auch unter dem Kopf keine Rolle spielt, ob Scheiben mit oder ohne Fase verwendet werden, dürfen unter den Schraubenköpfen bei vorspannbaren Schrauben nur die mit Fase verwendet werden. Die Fasen sind innen und außen vorhanden und sind beim Einbau dem Schraubenkopf bzw. der Mutter zugewandt. Dadurch wird der Übergang vom Schraubenkopf zum Schaft vor einer Kerbe geschützt. Die außenliegende Fase ermöglicht die Kontrolle des richtigen Einbaus von außen. Auf der anderen Seite liegt die Scheibe vollflächig auf und gewährleistet eine konstante Kraftübertragung. 2.3 Schraubenbezeichnung und -kennzeichnung Alle Schrauben und Muttern für geschraubte Verbindungen müssen ein Herstellerkennzeichen und die Kennzeichnung der Festigkeitsklasse bzw. des Schraubentyps enthalten, so dass die Gefahr einer Verwechselung minimiert wird und eine spätere Kontrolle der Verbindungsmittel möglich ist. In Abb. 2.5 sind beispielhaft die Herstellerangaben auf Scheiben für vorspann - bare Schraubengarnituren, auf Schraubenköpfen und Muttern dargestellt. Die Kennzeichnung der Festigkeitsklasse für Schrauben erfolgt durch zwei Zahlen, z. B Die beiden Zahlen werden durch einen Punkt getrennt; der Punkt wird mitgelesen: vier Punkt sechs. Für den Stahlhochbau kommen in Deutschland gemäß nationalem Anhang zur DIN EN nur Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 8.8 und 10.9 in Frage. Für die Muttern 10

11 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Nicht vorspannbar Vorspannbar Produkt- Muttern- Produkt- Festignorm höhe klasse keitsklasse DIN EN ISO M16: A (6), 8, 4032 Mittel > M16: B 10 DIN EN ISO 4034 m 0,9 d DIN EN ISO Groß M16: A 4033 m d > M16: B DIN EN ( HR ) DIN EN ( HV ) Mittel m 0,9 d Kurz m 0,8 d ( ) keine Vorzugsvariante C 4, 5 (9), 12 B 8, 10 B 10 Tabelle 2.3: Muttern für nicht vorspannbare und vorspannbare geschraubte Verbindungen Nicht vorspannbar Vorspannbar Produkt- Geo- Pro- Min. Fasen norm metrie dukt- Härte klasse DIN C Typ 1 DIN A 100 HV Ohne DIN EN ISO A oder Ohne DIN EN ISO Typ 300 HV Außen DIN EN ISO 7091 C 100 HV Ohne DIN EN Ohne Typ 3 A 300 HV DIN EN Innen und außen Typ 1: Dicke: h = 8 mm (dick) Außen-ø: d a e + (3 bis 5 mm) Typ 2: Dicke: h 2,5 bis 5 mm (dünn) Außen-ø: d a e + (3 bis 5 mm) Typ 3: Dicke: h 3 bis 6 mm (mittel) Außen-ø: d a e Tabelle 2.4: Scheiben für nicht vorspannbare und vorspannbare Verbindungen und Scheiben gelten die entsprechenden Festigkeits- und Härteklassen (siehe Tabelle 2.5). Die Bedeutung der Festigkeitsklassen für die Trag - fähigkeit und die zugehörigen Werte werden in den Kapiteln 4 und 5 behandelt. Darüber hinaus muss bei Schrauben, Muttern und Scheiben durch eine CE-Kennzeichnung auf dem Etikett der Verpackung bestätigt werden, dass sie den Anforderungen der Produktnorm entsprechen. Durch eine werkseigene Produktionskontrolle des Herstellers sind die geforderten Grenzbedingungen im Zugversuch an einer kompletten Garnitur nach DIN EN oder im Anziehversuch nach DIN EN nachzuweisen. Abb. 2.5: Kennzeichnung von Schrauben Zusätzlich zur Festigkeitsklasse ist die Verwendungsart der Schraubengarnitur durch ein Kurzzeichen anzugeben. Schrauben für nicht vorspannbare Verbindungen werden mit SB (Structural Bolting) gekennzeichnet. Bei vorspannbaren Verbindungen tragen Schrauben, Muttern und Scheiben die Bezeichnung H. Dazu kommt die Angabe des Systems, so dass die vollständige Bezeichnung HV oder HR zu finden ist. Die Kennzeichnung bei Scheiben befindet sich auf der der Fase gegenüberliegenden Seite, damit keine Beeinträchtigung des Vorspannvorgangs entsteht. Scheiben in nicht vorspannbaren Verbindungen brauchen nicht gekennzeichnet zu werden. Die folgende Angabe zeigt beispielhaft die vollständige Bezeichnung einer Schraubengarnitur, bestehend aus Schraube und Mutter: Garnitur Schraube/Mutter DIN EN M16 x /10 HV tzn Es handelt sich um eine vorspannbare Schraubengarnitur mit d = 16 mm in der Festigkeitsklasse 10.9 vom Typ HV. Die zusätzliche Bezeichnung tzn weist auf eine Feuerverzinkung der Garnitur hin, siehe Abschnitt

12 Merkblatt 322 Kategorie Schrauben Muttern Flache Scheiben gemäß FK gemäß FK gemäß HK gemäß DIN EN ) DIN EN ISO DIN EN ISO Produktnorm [HV] A, D 4.6 > M16: 4 3) M16 : 5 3) A, D ) Tabelle 2.5: Schraubengarnituren nach DIN EN und DIN EN in Abhängigkeit von der Kategorie 2.4 Zusammenstellung der Schraubengarnituren A, D A E 2) 300 4) A E 2) ) 1) Grundsätzlich ist vorwiegend ruhende Zugbeanspruchung zulässig. 2) Zusätzlich auch für nicht vorwiegend ruhende Zugbeanspruchung zulässig. 3) Auch Muttern der Festigkeitsklasse 8 sind zulässig. 4) Zusätzlich gekennzeichnet mit dem Herstellerkennzeichen an der Fase gegenüberliegenden Seite. Entsprechend den Regelungen in den Produktnormen wurden in Abschnitt 2.2 Schrauben, Muttern und Scheiben vorgestellt. Dabei fällt auf, dass es unterschiedliche Bezeichnungen bei den Festigkeitsklassen gibt. Für Scheiben wird statt einer Festigkeitsklasse (FK) eine Härteklasse (HK) angegeben. Die Festigkeiten und Härten beziehen sich auf DIN ISO für Schrauben, auf DIN ISO für Muttern sowie auf die Produktnormen der Scheiben. In Tabelle 2.5 sind die Festigkeitsklassen so zusammen gestellt, dass die Schraubengarnituren den Forderungen nach DIN EN entsprechen, siehe auch DIN EN und DIN EN Bei der Konstruktion von vorwiegend nicht ruhenden Konstruktionen sind in der Regel vorgespannte Schraubenverbindungen oder bei reiner Scherbeanspruchung auch Passschrauben zu verwenden. Die wesentlichen Vorteile der Vorspannung liegen in der Sicherung gegen Lockern und in der Reduzierung des Spannungsspiels in der geschraubten Verbindung, so dass sie bezüglich der Ermüdung Vorteile aufweisen. 2.5 Abmessungen und Maße In diesem Abschnitt sind Abmessungen von Schrauben, Muttern und Scheiben sowie die Klemmlängen für die in der Regel verwendeten Stahlbauschrauben zusammengestellt. Schrauben, die größer als M36 sind, werden in der DASt-Richtlinie 021 Schraubenverbindungen aus feuerverzinkten Garnituren M39 bis M64 entsprechend DIN 6914, DIN 6915, DIN 6916 geregelt. Die Richtlinie ist in der Bau - regelliste A enthalten und ist bauaufsichtlich eingeführt. Der Übereinstimmungsnachweis wird anhand des Ü-Zeichens bestätigt. Da sie sich auf die deutschen Produktnormen bezieht, ist zu überprüfen, ob sie auch in Verbindung mit den europäischen Bemessungsnormen angewendet werden darf. Bei Passschrauben ist zu beachten, dass der Nenndurchmesser gleich dem Gewindedurchmesser ist. Der Schaftdurchmesser ist einen Millimeter größer als der Nenndurchmesser (siehe Tabelle 2.6). Da in Deutschland zu einem sehr großen Anteil die hochfesten vorspannbaren Schrauben vom Typ HV verwendet werden, sind in Tabelle 2.7 die Klemmlängen für vorspannbare Schraubengarnituren nach DIN EN bzw zusammengestellt. Für ein einwandfreies Funktionieren der vorspannbaren geschraubten Verbindungen müssen die Klemmlängen t folgende Bedingung erfüllen: (l g max + 2 P) < t < (l min P m max ) Darin ist P die Steigungshöhe und m max die maximale Mutternhöhe nach Tabelle 2.6. Die in Tabelle 2.7 aufgeführten Klemmlängen t min und t max liegen in diesem Bereich. Die Werte für t max werden unter der Bedingung festgelegt, dass im nicht vorgespannten Zustand das Schraubengewinde mindestens eine Steigungshöhe hinausragt. In Tabelle 2.8 sind darüber hinaus die möglichen Paketdicken t s unter Berücksichtigung von Scheiben unter Schraubenkopf und Mutter zusammengestellt. 12

13 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Bezeichnungen M12 M16 M20 M24 M27 M30 M36 Gewinde(nenn)durchmesser in mm d Schaftdurchmesser der Schrauben in mm d Lochdurchmesser bei normalen runden Löchern d Schaftdurchmesser von Passschrauben in mm d Schaftquerschnitt der Schrauben in mm 2 A Schaftquerschnitt von Passschrauben in mm 2 A Spannungsquerschnitt für normale Schrauben und Passschrauben in mm 2 A s 84, Steigungshöhe in mm P 1,75 2 2, ,5 4 Schrauben für nicht vorspannbare Garnituren nach DIN EN ISO 4014, DIN EN ISO 4016, DIN EN ISO 4017, DIN EN ISO 4018 sowie DIN 7990 Schlüsselweite in mm s Maß über Eck in mm e 19,85 26,17 32,95 39,55 45,2 50,85 60,79 Kopfhöhe in mm k 7, , ,7 22,5 Gewindelänge in mm nach DIN 7990 b 17, , ,5 Gewindelänge in mm nach Länge 125 mm b DIN EN ISO 4014 und 125 mm < Länge 200 b DIN EN ISO 4016 Länge > 200 mm b Gewindelänge in mm nach DIN EN ISO 4017 und DIN EN ISO 4018 b Gewinde geht bis zum Kopf Muttern für nicht vorspannbare Garnituren nach DIN EN ISO 4032, DIN EN ISO 4033, DIN EN ISO 4034 Schlüsselweite in mm s Mutterhöhe m in mm außer nach DIN EN ISO 4033 min./max. 10,37/10,8 14,1/14,8 16,9/18 20,2/21,5 22,5/23,8 24,3/25,6 29,4/31,0 Mutterhöhe m in mm nach DIN EN ISO 4033 min./max. 11,57/12,0 15,7/16,4 19,0/20,3 22,6/23,9 27,3/28,6 33,1/34,7 Scheiben für nicht vorspannbare Garnituren nach DIN EN ISO 7089, DIN EN ISO 7090 und DIN EN ISO 7091 sowie nach DIN 7989 Lochdurchmesser der Scheibe in mm, außer nach DIN EN ISO 7091 d Lochdurchmesser der Scheibe in mm nach DIN EN ISO 7091 d 1 13,5 17, Scheibendurchmesser in mm d Scheibendicke nach DIN EN ISO 7089, DIN EN ISO 7090 und DIN EN ISO 7091 in mm h 2, Scheibendicke nach DIN und DIN in mm h 8 Schrauben für vorspannbare Garnituren nach DIN EN bzw. -8 (Typ HV) und DIN EN (Typ HR) Schlüsselweite in mm s Maß über Eck in mm e 23,91 29,56 35,03 45,2 50,85 55,37 66,44 Kopfhöhe in mm nach DIN EN (Typ HV) k Gewindelänge in mm nach DIN EN (Typ HV) b Kopfhöhe in mm nach DIN EN (Typ HR) k 7, , ,7 22,5 Länge 125 mm b Gewindelänge in mm nach 125 mm < Länge 200 b DIN EN (Typ HR) Länge > 200 mm b Muttern für vorspannbare Garnituren nach DIN EN (Typ HV) und DIN EN (Typ HR) Schlüsselweite in mm s Mutterhöhe m in mm nach min./max. 9,64/10 12,3/13 14,9/16 18,7/20 20,7/22 22,7/24 27,7/29 DIN EN (Typ HV) = nom. Mutterhöhe m in mm nach min./max. 10,37/10,8 14,1/14,8 16,9/18 20,2/21,5 22,5/23,8 24,3/25,6 29,4/31 DIN EN (Typ HR) Scheiben für vorspannbare Garnituren nach DIN EN (ohne Fasen) und DIN EN (mit Fasen) Lochdurchmesser der Scheibe in mm d Scheibendurchmesser in mm d Dicke der Scheibe in mm h Tabelle 2.6: Abmessungen von Schrauben, Muttern und Scheiben gemäß den Produktnormen 13

14 Merkblatt 322 Schraube M12 M16 M20 M24 M27 M30 M36 Länge Klemmlängen Σ t min und Σ t max ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) Nur nach DIN EN Tabelle 2.7: Klemmlängen t nach DIN EN und DIN EN für vorspannbare Schrauben 14

15 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Schraube M12 M16 M20 M24 M27 M30 M36 Länge Minimale und maximale Paketdicken t s ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) Nur nach DIN EN Tabelle 2.8: Paketdicken t s = t 2 h gemäß DIN EN und DIN EN für vorspannbare Schrauben für Garnituren mit zwei Scheiben 15

16 Merkblatt Herstellen von geschraubten Verbindungen 3.1 Vorbemerkungen Das Herstellen von geschraubten Verbindungen kann in die Herstellung im Werk und das Herstellen auf der Baustelle unterteilt werden. Die Arbeitsvorgänge, die im Werk oder in einer Fertigungshalle ausgeführt werden, z. B. das Herstellen der Löcher und das Aufbringen des Korrosionsschutzes, können als Herstellung im Werk bezeichnet werden. Die Herstellung auf der Baustelle umfasst u. a. das Ausrichten der Bauteile und das Verbinden mit den Schrauben. Dazu gehören z.b. das Aufbringen der planmäßigen Vorspannung und die Kontrolle der geschraubten Verbindungen. Die normative Grundlage zur Herstellung von geschraubten Verbindungen ist DIN EN In dieser Norm sind die Regelungen enthalten, die für die Herstellung geschraubter Verbindung von Bedeutung sind. Darüber hinaus enthält der nationale Anhang der DIN EN ergänzende Regelungen, die bei der Herstellung von geschraubten Verbindungen zu beachten sind. 3.1 Schraubenlöcher Um eine Schraube durch das vorbereitete Loch stecken zu können, ist es erforderlich, Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Aus diesem Grund werden die Schraubenlöcher etwas größer gebohrt als der Durchmesser des Schraubenschaftes beträgt. Die Differenz wird als Lochspiel Dd bezeichnet und ist vom Durchmesser der Schraube abhängig. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Langlöcher auszubilden, um Verschiebungen der geschraubten Verbindung in einer festgelegten Richtung zuzulassen. In Tabelle 3.1 sind die Nennlochspiele von normalen runden und übergroßen runden Löchern sowie von kurzen und langen Langlöchern angegeben. Für normale runde Schraubenlöcher bei kleinen Schraubendurchmessern (M12) sind nach DIN EN etwas kleinere Löcher zu bohren als nach DIN Werden jedoch die Schraubenlöcher für Schrauben M12 wie in DIN mit einem Lochspiel von 2 mm ausgeführt, so muss der Bemessungswert der Abschertragfähigkeit kleiner sein als der Bemessungswert der Lochleibungstragfähigkeit. Zusätzlich ist bei hochfes - ten Schrauben die Abschertragfähigkeit um 15 % zu reduzieren. Bei geschraubten Verbindungen mit übergroßen runden Löchern ist die Lochleibungstragfähigkeit um den Faktor 0,8 abzumindern, bei Langlöchern quer zur Längsachse um den Faktor 0,6. Nach DIN EN ist der Schlupf in Schraubenlöchern bei der Tragwerksberechnung zu berücksichtigen, falls er maßgebend ist. Für Passschraubenverbindungen haben die Schraubenlöcher den gleichen Nenndurchmesser wie der Schaft (Dd = 0 mm). Während sich für die normalen Löcher kaum Änderungen ergeben, sind die Regelungen bei Passschraubenverbindungen gegenüber der DIN (Dd = 0,3 mm) in der Form so verändert worden, dass sie nun der Toleranzklasse H11 entsprechen müssen. Die Abweichungen dürfen dementsprechend bis zu Dd = 0,16 mm je nach Durchmesser betragen. Aufgrund der hohen Passgenauigkeit und des damit verbundenen hohen Montageaufwands werden in der Regel normale Schrauben den Passschrauben vorgezogen. Lochdefinition Normale runde Löcher Übergroße runde Löcher Kurze Langlöcher (in der Länge) Lange Langlöcher (in der Länge) M12 M16 und M20 Schraubengröße M24 M27 und größer ,5 d Tabelle 3.1: Nennlochspiel Dd in mm bei Schrauben und Bolzen nach DIN EN Bezüglich Tabelle 3.1 sind folgende Anmerkungen zu beachten: Bei Anwendungsfällen, wie z.b. bei Türmen oder Masten, muss das Nennlochspiel für normale runde Löcher um 0,5 mm abgemindert werden, sofern nichts anderes festgelegt wird. Bei beschichteten Verbindungsmitteln M12 mit normalen runden Löchern kann das Nennlochspiel von 1 mm um die Überzugdicke des Verbindungsmittels erhöht werden. Bei Schrauben in Langlöchern muss das Nennlochspiel in Querrichtung gleich dem für normale runde Löcher beim entsprechenden Durchmesser sein. 16

17 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau 3.2 Korrosionsschutz Grundsätzlich gilt nach DIN EN der Grundsatz, dass eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit der Verbindungsmittel und der anzuschließenden Bauteile bestehen soll. Nach der Herstellung der Konstruktionsteile oder nach der Montage der Bauteile erhalten die Schrauben den gleichen Korrosionsschutz durch Überzüge (z. B. Anstrich oder Verzinkung) wie die Stahlkonstruktion. Bei verzinkten Konstruktionen sind verzinkte Schrauben zu verwenden. Immer häufiger werden auch bei nicht verzinkten Konstruktionen verzinkte Schrauben ein - gesetzt. Bei wetterfesten Stählen werden entsprechende wetterfeste Schrauben verwendet. Für mechanische Verbindungselemente aus nichtrostenden Stählen gelten gemäß der bauaufsichtlich eingeführten Zulassung Z die technischen Lieferbedingungen nach DIN ISO 3506 Teil 1 und 2. Stahlbauteile werden zum Schutz gegen Korrosion häufig feuerverzinkt. Die Montage dieser Teile erfolgt mit feuerverzinkten Schrauben, deren technische Lieferbedingungen in DIN EN ISO geregelt sind. Werden feuerverzinkte oder galvanisch verzinkte Schrauben verwendet, so ist die komplette Schraubengarnitur entsprechend beschichtet. Auch hochfeste Schrauben werden vorwiegend in feuerverzinkter Ausführung verwendet. Die namhaften Schraubenhersteller sind heute in der Lage, auch hochfeste Schrauben so zu verzinken, dass Wasserstoffversprödung, Sprödbruchanfälligkeit und Spannungsrisskorrosion in der Flüssigzinkphase ausgeschlossen werden können. 3.3 Anziehen und Vorspannen von geschraubten Verbindungen Handfestes Anziehen Nach DIN EN sind geschraubte Verbindungen mindestens handfest anzuziehen. Damit ist gemeint, dass der Schraubenkopf bzw. die Mutter flächig aufliegt und das Klemmpaket keine klaffenden Fugen aufweist. Die Ausnahme sind Fälle, bei denen im mittleren Bereich der Verbindung ein Anliegen der Kontaktflächen erreicht wird und kein planmäßiger Kontaktstoß festgelegt ist. Bei diesen Verbindungen dürfen bei Konstruktionsmaterialien mit t 4 mm bei Blechen und t 8 mm bei Profilquerschnitten bis zu 4 mm große Spalte zwischen den Kanten verbleiben. Inwieweit durch das handfeste Anziehen fest definierte Vorspannkräfte bzw. Anziehmomente aufzubringen sind, ist in DIN EN nicht geregelt. Als Anhaltswert wird in [3] empfohlen, 10 % der Mindestvorspannkraft für hochfeste Schraubengarnituren zu wählen. Die dadurch aufgebrachte Vorspannkraft ist selbst bei Schrauben der Festigkeitsklasse 4.6 mit ca % der Streckgrenze als akzeptabel zu bewerten Vorspannung von hochfesten Schraubengarnituren Für vorgespannte geschraubte Verbindungen (Kategorien B, C und E nach Tabelle 1.1) sind Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 nach DIN EN zu verwenden (siehe Tabelle 2.2). Vorspannverfahren und Anforderungen an die Vorspannung geschraubter Verbindungen sind in DIN EN und im nationalen Anhang zur DIN EN geregelt. Als Vorspannkraft für gleitfeste Verbindungen (Kategorien B und C) und für Verbindungen der Kategorie E ist in der Regel die Mindestvorspannkraft wie folgt anzusetzen: F p,c = 0,7 f ub A s Für die Vorspannung als Qualitätssicherungsmaßnahme und für nicht voll vorgespannte Verbindungen der Kategorie E darf eine Vorspannkraft von bis zu F p,c * = 0,7 f yb A s ausgeführt werden. Sie kann mit den in Tabelle 3.4 aufgeführten Verfahren aufgebracht werden. Die geringere Vorspannkraft F p,c * wird nach - folgend als Regelvorspannkraft und F p,c als volle Vorspannkraft bezeichnet. Für die Sicherung der Garnitur gegen Lockern reicht in der Regel eine reduzierte Vorspannung von 50% von F p,c * aus. Die volle Vorspannkraft F p,c (70% der Zugfestigkeit) wird z. B. zur Sicherstellung der Reibungskraft für gleitfeste Verbindungen der Kategorien B und C benötigt, während die Regelvorspannkraft F p,c * (70 % der Streckgrenze) als gebrauchstauglichkeitsorientiert angesehen werden kann. Für vorgespannte Schrauben mit voller Vorspannung F p,c dürfen in der Regel nur Schrauben nach DIN EN (HR) und (HV) mit den zugehörigen Muttern und Scheiben verwendet werden. Zum Aufbringen der vollen Vorspannkraft sind nach DIN EN verschiedene Vorspannverfahren zugelassen. Hierbei sind besonders das Drehmomentverfahren und das kombinierte 17

18 Merkblatt 322 Vorspannverfahren zu nennen. Um vom auf - gebrachten Drehmoment M r Rückschlüsse auf die Vorspannkraft F p,c machen zu können, ist der Einfluss der Schmierung von Schraube und Mutter von Bedeutung. Daher sind die Verfahren in verschiedene k-klassen eingeteilt. In Abhängigkeit von der k-klasse ist der Faktor k m zu bestimmen. Bei der K1-Klasse, geeignet für das kombinierte Vorspannverfahren, liegt der k m -Faktor in der Mitte des vom Schraubenhersteller gewährleisteten Streubands, d. h. zwischen 0,1 < k i < 0,16. Sofern nichts anderes festgelegt ist, kann daher k m = 0,13 vereinfachend angesetzt werden. Bei der K2-Klasse, geeignet für das Dreh - momentverfahren oder das kombinierte Vorspannverfahren, ist der mittlere k m -Faktor individuell und für jede Schraubenlieferung separat zu bestimmen. Er berechnet sich als tatsächlicher, statistisch ermittelter Wert, der bei der Auslieferung angegeben wird. Er liegt in den Grenzen 0,10 < k m < 0,23. Das Referenzdrehmoment M r kann dementsprechend wie folgt bestimmt werden: M r = k m d F p,c Das planmäßig aufzubringende Drehmoment M A,Soll ist für das Drehmomentverfahren bei der K2-Klasse zusätzlich um 10 % gegenüber dem Referenzdrehmoment M r2 zu erhöhen. Eine planmäßige Vorspannung wird meistens mithilfe von Drehmomentschlüsseln aufgebracht, die bei Erreichen eines einstellbaren Drehmoments deutlich knacken, oder mit elek - tronisch geregelten Elektroschraubern. Impulsschrauber sind zum planmäßigen Vorspannen eher nicht geeignet. Die planmäßige Vorspannung wird in der Regel in zwei Schritten auf - gebracht. Der Ablauf des Vorspannens und weitere Hinweise zu den Vorspannverfahren können DIN EN entnommen werden. Darüber hinaus werden in [3] die Vorspannverfahren kritisch beurteilt. Dort wird herausgestellt, dass mit dem kombinierten Vorspannverfahren Voranziehen mit festen Anziehmomenten (0,75 M r1 ) und drehwinkelgesteuertem Nachziehen ein kontrollierteres und gleichmäßigeres Vorspannen der hochfesten Schrauben möglich ist. In Tabelle 3.2 sind die Weiterdrehwinkel für den zweiten Anziehvorgang des kombinierten Verfahrens zusammengestellt. Die Werte in den Klammern beziehen sich auf das Aufbringen der Regelvorspannkraft nach DIN EN /NA mit dem modifizierten kombinierten Verfahren (nur für 10.9-Schrauben). Bei diesem Verfahren besteht eine deutlich ge- ringere Abhängigkeit vom Schmierungsgrad der Schrauben und der Muttern. Es wird daher in [3] empfohlen, das kombinierte Vorspannverfahren anzuwenden. Gemäß NA zur DIN EN sind Verbindungen der Kategorien B, C und E mit dem kombinierten Vorspannverfahren nach DIN EN und der vollen Vorspannkraft F p,c vorzuspannen. Klemmlänge t Während des zweiten Anziehschrittes aufzubringender Weiterdrehwinkel Winkel in [ ] Drehung t < 2 d 60 (45) 1/6 (1/8) 2 d t < 6 d 90 (60) 1/4 (1/6) 6 d t < 10 d 120 (90) 1/3 (1/4) 10 d < t Keine Empfehlung Tabelle 3.2: Weiterdrehwinkel für das kombinierte Vorspannverfahren nach DIN EN (8.8- und 10.9-Schrauben) Das Aufbringen der Regelvorspannkraft F p,c * kann gemäß Anhang A des NA zur DIN EN mit den folgenden Vorspannmaßnahmen erfolgen: Drehimpulsverfahren modifiziertes Drehmomentverfahren modifiziertes kombiniertes Verfahren Einzelheiten zu diesen Verfahren sind in Tabelle 3.3 für Garnituren der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 zusammengestellt. Sie gelten für die k-klasse K1 nach DIN EN Das modifizierte kombinierte Verfahren darf nur für Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9 verwendet werden. 3.4 Kontrolle von vorgespannten Verbindungen Zunächst müssen alle Verbindungen mit planmäßig vorgespannten mechanischen Verbindungsmitteln vor Beginn des Vorspannens einer Sichtprüfung unterzogen werden, nachdem sie am örtlich ausgerichteten Tragwerk verschraubt wurden. Ist die Ursache für die Nichtkonformität ein Dickenunterschied in der gleichen Lage, der die in DIN EN Abschnitt 8.1 festgelegten Werte überschreitet, muss die Verbindung durch Futterbleche ergänzt werden. Andere Nichtkon- 18

19 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Volle Vorspannkraft Regelvorspannkraft Drehimpuls- Modifiziertes Modifiziertes F p,c [kn] F p,c * [kn] verfahren Drehmoment- kombiniertes verfahren Verfahren Einzustellende Aufzubringendes Voranzieh- Vorspannkraft F v,di [kn] Anziehmoment M A [Nm] moment zum Erreichen der zum Erreichen der M A,MKV Regelvorspannkraft Regelvorspannkraft F p,c * F p,c * [Nm] Oberflächenzustand: feuerverzinkt und geschmiert *) oder wie hergestellt und geschmiert *) Schraube M M M M M M M * ) Muttern mit Molybdänsulfid oder gleichwertigem Schmierstoff behandelt. Tabelle 3.3: Volle Vorspannkräfte für das kombinierte Verfahren nach DIN EN und Regelvorspannkräfte sowie Drehimpulsverfahren, modifiziertes Drehmomentverfahren und modifiziertes kombiniertes Verfahren nach DIN EN /NA k-klasse K1 nach DIN EN formitäten dürfen, falls möglich, durch Anpassung der örtlichen Bauteilausrichtung korrigiert werden. Korrigierte Verbindungen sind erneut zu prüfen. Bei den Ausführungsklassen EXC2 bis EXC4 müssen die Vorspannverfahren nach den Regelungen in DIN EN kalibriert und überprüft werden. Nach dem Anziehen ist die Kontrolle der vorgespannten Verbindungen stichprobenhaft durchzuführen. Für Bauwerke der Ausführungsklasse EXC2 sind 5 % aller Verbindungen und für Bauwerke der Klassen EXC3 und EXC4 sind mindestens 10 % aller Verbindungen zu überprüfen. Die Überprüfung erfolgt je nach Vorspannverfahren nach DIN EN Die Einteilung der Stahlkonstruktion in die EXC-Ausführungsklassen erfolgt ebenfalls nach DIN EN Sinnbilder für Schrauben In DIN 407 waren Sinnbilder für Schrauben und Nieten genormt, die z.t. auch in CAD-Programmen verwendet worden sind ist die internationale Norm ISO unverändert in die Deutsche Norm DIN ISO übernommen worden. Danach werden die Schrauben oder Nieten in der Beschriftung angegeben, z. B. 4 M16 x 100 DIN EN ISO (für 4 Passschrauben M16, Länge 100 mm). Zusätzlich zur Produktnorm ist stets die Festigkeitsklasse anzugeben. Dies kann entweder durch eine globale Angabe oder einzeln für jede Schraube erfolgen. In den Zeichnungen wird nach der Darstellung senkrecht zur Achse (Draufsicht) und der Darstellung parallel zur Achse (Schnitt oder Seitenansicht) unterschieden (siehe Tabelle 3.4). 19

20 Merkblatt 322 Bedeutung des Zeichenebene Symbols Senkrecht zur Achse Parallel zur Achse Nicht Senkung auf der Mutterseite Mutterseite Senkung gesenkt Vorderseite Rückseite freigestellt rechts rechts Schraube in der Werkstatt eingebaut Schraube auf der Baustelle eingebaut Schraube auf der Baustelle gebohrt und eingebaut Bei den Sinnbildern für Löcher entfällt der Punkt in der Mitte bzw. in der Ansicht parallel zur Achse die senkrechten Striche. Zusätzlich ist der Lochdurchmesser anzugeben. Tabelle 3.4: Sinnbilder für Löcher und Schrauben nach DIN ISO Kraftübertragung und Tragverhalten 4.1 Vorbemerkungen In den folgenden Abschnitten werden die Kraftübertragung und mögliche Versagensarten bei geschraubten Verbindungen erläutert. Dabei geht es zunächst um die Übertragung von Scheroder Zugkräften durch einzelne Schrauben, ihr Tragverhalten und die gängigen Berechnungsmodelle für normengerechte Nachweise. Danach werden die Berechnung von Schraubenkräften in scherbeanspruchten Verbindungen und die Ermittlung der Tragfähigkeit in Verbindungen mit zugbeanspruchten Schrauben behandelt. 4.2 Scherverbindungen Kategorie A Abb. 4.1: Scherbeanspruchung einer Schraube Scherverbindungen der Kategorie A sind Scher-/Lochleibungsverbindungen, die abgekürzt auch SL-Verbindungen genannt werden (siehe auch Tabelle 1.1). Gemäß Abb. 4.1 werden die äußeren Kräfte durch Kontaktspannungen von den Blechen auf den Schraubenschaft übertragen. Dadurch entstehen im Schraubenschaft Schubspannungen, so dass er durch Scherkräfte beansprucht wird. Bei der SL-Verbindung in Abb. 4.1 wird die Kraft F durch zwei Scherfugen in die außenliegenden Bleche übertragen. Es handelt sich daher um eine zweischnittige Verbindung (m = 2). In der Praxis werden hauptsächlich ein- und zweischnittige, jedoch teilweise auch mehrschnittige Verbindungen ausgeführt. Tabelle 5.3 (siehe Abschnitt 5.4) zeigt die maximalen Scherkräfte F v,rd von Schrauben für eine Scherfuge, die bei zweischnittigen Verbindungen verdoppelt werden müssen. Wegen der Bedeutung für die Bemessung ist die Bestimmung der Scher - fugen in Abb. 4.2 anschaulich dargestellt. Ergänzend zu Abb. 4.1 sind in Abb. 4.2 die auf den Schraubenschaft und auf die Bleche wirkenden Lochleibungsspannungen eingezeichnet. 20

21 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Abb. 4.2: Ein- und zweischnittige SL-Verbindungen Abb. 4.3: Mögliche Versagensarten bei einer SL-Verbindung Die Tragfähigkeit von SL-Verbindungen wird bei vorwiegend ruhender Belastung durch drei mögliche Versagensarten begrenzt. Sie sind anhand eines Beispiels in Abb. 4.3 dargestellt. Wenn man dicke, breite Bleche mit Schrauben verbindet, die im Vergleich zu den Blechen kleine Durchmesser haben, kommt es zum Abscheren der Schraubenschäfte. Bei vergleichsweise dünnen Blechen kann der Lochleibungsdruck auf die Bleche so groß werden, dass ein unzulässiges Aufweiten der Löcher bzw. Aus - reißen der Bleche das maßgebende Versagenskriterium ist. Die Rand- und Lochabstände müssen daher ausreichend groß sein. Die dritte Versagensart ergibt sich, wenn Schrauben mit großem Durchmesser im Vergleich zur Breite der Bleche die Tragfähigkeit der Bleche so stark reduzieren, dass das Blech im Nettoquerschnitt versagt. Aufgrund der drei möglichen Versagensarten in Abb. 4.3 ergeben sich Schubspannungen im Schraubenschaft (a), Lochleibungsdruckspannungen zwischen Blech und Schraubenschaft (b) sowie Zugnormalspannungen im Blech mit Lochschwächung (c). Die Spannungen haben nach der Elastizitätstheorie stark nichtlineare Verläufe in den Schrauben und Blechen. Zur anschaulichen Erläuterung sind die qualitativen Spannungsverläufe in Abb. 4.4 skizziert. Da geschraubte Verbindungen duktiles Verhalten aufweisen, plastizieren bei Steigerung der Belastung Teile der Konstruktion, so dass Spannungsspitzen abgebaut und die Spannungsverteilungen vergleichmäßigt werden. Bei weiterer Laststeigerung bis hin zur Grenztragfähigkeit ergeben sich näherungsweise konstante Spannungsverteilungen (Abb. 4.4c). Für die Bemessung von geschraubten Verbindungen werden daher folgende Verteilungen angenommen: a) konstante Schubspannungen t a im Schraubenschaft b) konstanter Lochleibungsdruck σ l im Blech über Blechdicke und Schraubenschaftdurchmesser c) konstante Normalspannungen σ x im Nettoquerschnitt des Bleches Die Annahme konstanter Spannungen ist eine Näherung, die die Berechnung erleichtern soll. Sie führt zu einer ausreichend sicheren Bemessung, da die zulässigen Beanspruchbarkeiten, Konstruktionsregeln und Bemessungsvorschriften auf diese Annahme abgestimmt sind. Zu beachten ist jedoch, dass ausreichend duktiles Tragverhalten nur bei vorwiegend ruhender Belastung vorausgesetzt werden kann. Wenn die Ermüdung eine Rolle spielt, haben Spannungsspitzen große Bedeutung. Das in diesem Abschnitt beschriebene Tragverhalten gilt für Schrauben mit glattem Schaft ( Stahlbauschrauben ) und Schrauben mit Gewinde bis zum Schraubenkopf. Die Berechnung der Schraubenkräfte in SL-Verbindungen wird in Abschnitt 4.5 behandelt, die Bemessung in Abschnitt

22 Merkblatt 322 Abb. 4.4: Spannungsver - teilungen in SL-Verbindungen Abb. 4.5: Kraftübertragung in gleitfesten Verbindungen zusammen, so dass die äußeren Kräfte F durch Reibung übertragen werden können. Die Größe der übertragbaren Reibkräfte hängt von der Vorspannung und der Beschaffenheit der Blechoberflächen ab (gestrahlt, aufgeraut, gleitfester Anstrich). Gemäß DIN EN werden die Gleitflächenklassen A, B, C und D unterschieden, denen Reibungszahlen von m = 0,5, 0,4, 0,3 bzw. 0,2 zugeordnet sind. Nach dem Überschreiten der Reibkräfte wirkt eine gleitfeste Verbindung wie eine SL-Verbindung, so dass gemäß Tabelle 1.1 entsprechende Nachweise zu führen sind. Im Vergleich zu SL-Verbindungen treten bei gleitfesten Verbindungen kleinere Spannungen in den verbundenen Blechen auf, solange die Kraftübertragung durch Reibung wirksam ist. Die Skizzen in Abb. 4.6 zeigen die Spannungsverläufe qualitativ. Da die ausgeprägten Spannungsspitzen an den Schraubenlöchern entfallen, ist die Ermüdungsfestigkeit von gleitfesten Verbindungen wesentlich höher als die von SL-Verbindungen. Sie werden aufgrund dieses Vorteils bevorzugt bei dynamisch beanspruchten Konstruktionen verwendet. 4.3 Scherverbindungen der Kategorien B und C Gleitfeste Verbindungen im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit bzw. der Tragfähigkeit sind gemäß Tabelle 1.1 Scherverbindungen der Kategorien B und C. Ihre Wirkungsweise wird mithilfe von Abb. 4.5 erläutert. Wenn die Schrauben einer Verbindung vorgespannt werden, können Kräfte senkrecht zur Schraubenachse durch Reibung übertragen werden. Durch das Vorspannen werden die Schrauben auf Zug beansprucht und es entstehen zwischen Schraubenkopf und -mutter Druckkräfte. Sie pressen die Kontaktflächen der Bleche örtlich Abb. 4.6: Spannungen in Blechen bei SL-Verbindungen und gleitfesten Scherverbindungen 22

23 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau 4.4 Zugverbindungen der Kategorien D und E Geschraubte Verbindungen können auch so konstruiert werden, dass Kräfte in Richtung der Schraubenachse auftreten. Gemäß Abb. 4.7 werden die Schrauben dann durch Zugkräfte beansprucht, was die kennzeichnende Beanspruchung der Verbindung ist. Bei dieser Verbindungsart können Abstützkräfte auftreten, die Auswirkungen auf die Schraubenzugkräfte und auf die Beanspruchungen der Anschlussbleche haben. Gemäß Abb. 4.7 kommen folgende Versagensarten in Frage: a) Überschreiten der maximalen Schraubenzugkräfte b) Überschreiten der maximalen Blechbiegemomente c) Durchstanzen der Schraubenköpfe oder der Mutter durch die Anschlussbleche Abb. 4.8: Ermittlung der Schraubenkräfte bei symmetrischen Schraubenbildern Abb. 4.7: Verbindung mit zugbeanspruchten Schrauben sowie Versagensarten Zugbeanspruchte Schrauben kommen hauptsächlich in Verbindung mit Stirnplatten vor. Auf die Ermittlung der Tragfähigkeit dieser Verbindungen wird in Abschnitt 4.6 näher eingegangen. Maximale Schraubenzugkräfte können Tabelle 5.7 entnommen werden. 4.5 Schraubenkräfte in Scherverbindungen Geschraubte Verbindungen werden fast ausschließlich so konstruiert, dass alle Schrauben der Verbindung den gleichen Durchmesser und gleiche Abstände untereinander haben (siehe beispielsweise Abb. 4.3 b). Von Ausnahmen abgesehen werden die Schrauben symmetrisch angeordnet, so dass der Schwerpunkt S des Schraubenbildes im Schnittpunkt der Symmetrielinien liegt. Gemäß Abb. 4.8 werden die Schnittgrößen N S, V S und M S auf diesen Punkt bezogen. Sofern die zu übertragenden Schnittgrößen des anzuschließenden Querschnittsteils (siehe Abschnitt 1.3) nicht in diesem Punkt wirken, sind entsprechende Schnittgrößentransformationen durchzuführen. Die allgemein übliche Vorgehensweise zur Ermittlung der Schraubenkräfte ist in Abb. 4.8 an einem Beispiel mit vier Schrauben dargestellt: 1. Zunächst werden die Schnittgrößen N S und V S gleichmäßig auf die vier Schrauben verteilt, so dass man N i = N S / 4 und V i = V S / 4 erhält. 2. Nun werden die Schraubenkräfte infolge M S ermittelt, die senkrecht auf den Hebel - armen r i zum Schwerpunkt S stehen. Bei dem Beispiel in Abb. 4.8 ergeben sie sich aus Gleichgewichts- und Symmetriegründen zu M S / (4 r i ). 3. Nun wird die maximale Schraubenkraft infolge N S, V S und M S berechnet. Sie tritt stets in Schrauben auf, die vom Schwerpunkt am weitesten entfernt liegen. Bei dem Beispiel in Abb. 4.8 genügt ein Blick, um festzustellen, dass die Schraube unten links die größte Schraubenkraft aufnehmen muss. 23

24 Merkblatt 322 Abb. 4.9: Bezeichnung bei symmetrischer und regelmäßiger Anordnung der Schrauben Bei der Berechnung werden zunächst die horizontale Komponente max V x,i infolge N S und M S sowie die vertikale Komponente max V z,i infolge V S und M S ermittelt und anschließend wird damit die Resultierende max R i bestimmt. Diese Resultierende ist die maximale Schraubenkraft des untersuchten Schraubenbildes. Sie darf unter Beachtung der Scherfugen gemäß Abb. 4.2 nicht größer sein als die in Tabelle 5.3 zusam - mengestellten Tragfähigkeiten F v,rd. Darüber hinaus ist damit auch der Lochleibungsdruck gemäß Abschnitt 5.4 zu überprüfen. 4.6 Schraubenkräfte in Zugverbindungen Bei symmetrischer und regelmäßiger Anordnung der Schrauben kann die maximale Schraubenkraft mithilfe von Abb. 4.9 und Tabelle 4.1 wie folgt berechnet werden: N s M s a max V x,i = + n h l + b (b/h) 2 V s M s a b max V z,i = + n h l + b (b/h) 2 h max R i = max V 2 x,i + max V 2 z,i (Resultierende) Erläuterungen: n x : Anzahl der Schrauben in x-richtung n z : Anzahl der Schrauben in z-richtung n = n x n z b = (n x 1) e x h = (n z 1) e z Typische Anwendungsbeispiele für Verbindungen mit zugbeanspruchten Schrauben sind Trägerstöße mit Stirnplatten, siehe beispielsweise Abb. 1.1c, Einführungsbeispiel. Abb zeigt den Stoß eines Trägers mit überstehenden Stirnplatten. Der I-förmige Trägerquerschnitt besteht aus dem Steg und den beiden Gurten. Die Verbindung wird in der Regel so bemessen, dass das Biegemoment durch ein Kräftepaar ersetzt wird, dessen Kräfte in den Gurten wirken. Bezüglich der Kraftübertragung wird angenommen, dass die Druckkraft im Obergurt durch Druckkontakt zwischen den Stirnplatten ausgeglichen wird. Die Zugkraft im Untergurt muss durch Schraubenzugkräfte übertragen werden. Dabei entstehen auf dem Wege zu den Schrauben Biegemomente in den Stirnplatten (Blechbiegemomente) und, wie in Abb. 4.7 dargestellt, ggf. Abstützkräfte. Für die Bemessung kann das in Abschnitt 5.12 erläuterte Modell des äquivalenten T-Stummels mit Zugbeanspruchung verwendet werden. Bei vielen baupraktischen a für n x = n z ,0000 0,5000 0,3333 0, ,0000 0,5000 0,3333 0, ,9000 0,4500 0,3000 0, ,8000 0,4000 0,2667 0, ,7143 0,3571 0,2381 0, ,6429 0,3214 0,2143 0, ,5833 0,2917 0,1944 0, ,5333 0,2667 0,1778 0, ,4909 0,2455 0,1636 0, n z 1 a = n x n z n z + 1 b für n x = n z ,000 0,667 0, ,500 1,000 0, ,800 1,200 1, ,000 1,333 1, ,143 1,429 1, ,250 1,500 1, ,333 1,556 1, ,400 1,600 1, ,455 1,636 1,364 n x + 1 n z 1 b = n x 1 n z + 1 Tabelle 4.1: Beiwerte a und b zur Ermittlung maximaler Schraubenkräfte 24

25 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Abb. 4.10: Trägerstoß mit überstehenden Stirnplatten und Übertragung des Biegemomentes M y Abb. 4.12: Trägerstoß mit bündigen Stirnplatten Anwendungsfällen wird der Versagensmodus 2 Schraubenversagen gleichzeitig mit Fließen der Stirnplatte gemäß Tabelle 5.9 maßgebend. Die Nachweisführung mithilfe von Abschnitt 5.12 (T-Stummel) in Verbindung mit Abschnitt 5.13 (wirksame Längen für Stirnplatten) ist re - lativ aufwändig. Man kann sie abkürzen, wenn man das vereinfachte Modell gemäß Abb verwendet. Bei diesem Modell wird der Steg des Trägers beim T-Stummel vernachlässigt, so dass alle vier Schrauben die gleichen Zugkräfte aufnehmen. Auf der sicheren Seite kann darüber hinaus der Nachweis ohne Abstützkräfte geführt werden. Mithilfe von Tabelle 5.9 unten ergibt sich folgender Doppelnachweis: N z M pl,l,rd b p t 2 p f y,p F t,ed = = 4 2 m 8 m g M0 F t,ed F t,rd Sofern nur kleine Biegemomente im Stoß zu übertragen sind, reichen bündige Stirnplatten wie in Abb aus. Bei dieser Lösung wird die Zugkraft im Untergurt auf zwei Wegen durch die Schrauben geführt. Einerseits erfolgt die Kraftübertragung vom Flansch aus und andererseits vom Trägersteg aus in die Stirnplatte. Die Stirnplatten werden durch Biegemomente beansprucht und es können wie bei den überstehenden Stirnplatten in Abb und 4.11 Abstützkräfte entstehen. 5 Bemessung nach DIN EN Allgemeines Die Bemessung von Anschlüssen ist in DIN EN (150 Seiten) und dem zuge - hörigen deutschen nationalen Anhang (20 Seiten) geregelt. Im Folgenden werden aus diesen Dokumenten wichtige Grundlagen für die Bemessung geschraubter Verbindungen zusammengestellt und ergänzend dazu Bemessungshilfen gegeben, die die Nachweisführung erleichtern. 5.2 Werkstofffestigkeiten Gemäß NA (nationaler Anhang) dürfen Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 8.8 und 10.9 verwendet werden. Die Streckgrenzen und die Zugfestigkeiten können Tabelle 5.1 entnommen werden. Abb. 4.11: Vereinfachtes Modell für Trägerstöße mit überstehender Stirnplatte 25

26 Merkblatt 322 Festigkeitsklasse der Schraube Streckgrenze f yb [N/mm 2 ] Zugfestigkeit f ub [N/mm 2 ] Tabelle 5.1: Nennwerte der Streckgrenze f yb und der Zugfestigkeit f ub von Schrauben Da bei geschraubten Verbindungen auch Nachweise für die Anschlusskonstruktionen (Bleche und Profile) zu führen sind, werden Werkstoffkennwerte für Baustahl in Tabelle 5.2 als Auszug aus der DIN EN (siehe dort Tabelle 3.1) angegeben. zu ermitteln, wenn das Schraubengewinde in der Scherfuge liegt. Dabei ist A s die Spannungsquerschnittsfläche der Schraube und a v wie folgt festgelegt: a v = 0,6 für die Festigkeitsklassen 4.6, 5.6 und 8.8 a v = 0,5 für die Festigkeitsklasse 10.9 Wenn der glatte Teil des Schraubenschaftes in der Scherfuge liegt, ist F v,rd = 0,6 f ub A / g M2 Hier ist A die Querschnittsfläche des Schraubenschaftes. Als Bemessungshilfe sind in Tabelle 5.3 Grenzabscherkräfte für gängige Schraubengrößen und die Festigkeitsklassen 4.6, 5.6, 8.8 und 10.9 zusammengestellt. 5.3 Teilsicherheitsbeiwerte Festigkeit Schraubengröße M12 M16 M20 M24 M27 M30 Für die Ermittlung der Beanspruchbarkeit von Schrauben ist als Teilsicherheitsbeiwert g M2 = 1,25 zu verwenden. Dieser Wert gilt auch für das Versagen auf Zug im Nettoquerschnitt geschraubter Anschlüsse. Für Bauteile und deren Querschnitte sind gemäß DIN EN und NA g M0 = 1,0 und g M1 = 1,1 für den Grenzzustand der Tragfähigkeit anzusetzen. 5.4 Scherverbindungen Kategorie A Für Scherverbindungen der Kategorie A dürfen Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis 10.9 verwendet werden. Die Tragfähigkeit einer Schraube ist bezüglich des Abscherens einer Scherfuge mit F v,rd = a v f ub A s / g M2 Glatter Teil des Schaftes in der Scherfuge ,7 38,6 60,3 86,8 110,0 135, ,1 48,2 75,4 108,5 137,5 169, ,4 77,2 120,6 173,6 220,0 271, ,3 96,5 150,7 217,0 275,0 339,4 Gewinde in der Scherfuge ,2 30,1 47,0 67,8 88,1 107, ,2 37,7 58,8 84,7 110,2 134, ,4 60,3 94,1 135,6 176,3 215, ,7 62,8 98,0 141,2 183,6 224,4 Tabelle 5.3: Tragfähigkeit F v,rd von Schrauben bezüglich Abscheren (eine Scherfuge) Tabelle 5.2: Nennwerte der Streckgrenze f y und der Zug - festigkeit f u für warmgewalzten Baustahl Werkstoffnorm Stahlsorte Blechdicke t 40 mm 40 mm < t 80 mm f y [N/mm 2 ] f u [N/mm 2 ] f y [N/mm 2 ] f u [N/mm 2 ] S EN S Unlegierte Baustähle S S S 235 H EN S 275 H Warmgefertigte Hohlprofile S 355 H EN S 235 H Kaltgefertigte geschweißte S 275 H Hohlprofile S 355 H

27 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Neben dem Abscheren ist auch die Loch - leibung der Anschlusskonstruktionen, d. h. der Druck des Schraubenschaftes auf die Bleche, nachzuweisen. Die Tragfähigkeit bezüglich Lochleibungsdruck auf ein Blech der Dicke t wird durch F b,rd = a b k l f u d t / g M2 begrenzt. Dabei ist d der Nennwert des Schraubendurchmessers und f u die Zugfestigkeit des Bleches. Die Beiwerte a b und k 1 können mit - hilfe von Tabelle 5.4 ermittelt werden. Sie sind in Abhängigkeit von den Lochabständen untereinander und zu den Rändern hin (in und senkrecht zur Kraftrichtung) zu bestimmen. Sofern die Loch- und Randabstände groß sind und darüber hinaus f ub f u ist, kann mit den maximal möglichen Werten a b = 1,0 und k 1 = 2,5 gerechnet werden. Bei schräg angreifenden Schraubenkräften darf die Lochleibungstragfähigkeit getrennt für die Kraftkomponenten parallel und senkrecht zum Rand nachgewiesen werden. Innere Schrauben: Schrauben 4 und 5 Randschrauben in Kraftrichtung: Schrauben 3 und 6 Randschrauben senkrecht zur Kraftrichtung: Schrauben 1, 2 und 3 Rand- bzw. Kleinste Größte Lochabstände Abstände Abstände Löcher, : p 1 2,2 d mm; 14 t Ränder, : e 1 1,2 d 0 40 mm + 4 t Ränder, : e 2 1,2 d 0 40 mm + 4 t Löcher, : p 2 2,4 d mm; 14 t Tabelle 5.5: Grenzwerte für Rand- und Lochabstände von Schrauben Beiwert a b Beiwert k 1 (in Kraftrichtung) (senkrecht zur Kraftrichtung) Innere Schrauben: Innere Schrauben: p 1 1 p 2 a b = k 1 = 1,4 1,7 3 d 0 4 d 0 Randschrauben: Randschrauben: e 1 e 2 a b = k 1 = 2,8 1,7 3 d 0 d 0 p 2 1,4 1,7 d 0 f ub Jedoch a b f u Jedoch k 1 2,5 und a b 1 Bei der Anordnung der Schrauben müssen Grenzwerte für die Rand- und Lochabstände eingehalten werden. Sie sind in Tabelle 5.5 für die übliche Lochanordnung ohne gegenseitigen Versatz angegeben. Darüber hinaus gelten sie für Stahl, der dem Wetter oder anderen korrosiven Einflüssen ausgesetzt ist, jedoch nicht für wetterfeste Baustähle. Als Bemessungshilfe sind in Tabelle 5.6 maximale Tragfähigkeiten max F b,rd und dazu erforderliche minimale Rand- und Lochabstände zusammengestellt. Tabelle 5.4: Beiwerte a b und k 1 zur Ermittlung der Tragfähigkeit bezüglich Lochleibung Schraubengröße M12 M16 M20 M24 M27 M30 Maximale Tragfähigkeiten bezüglich Lochleibung in kn für 1 cm Blechdicke S 235, t = 40 mm S 355, t = 40 mm Minimale Rand- und Lochabstände in mm Lochdurchmesser min p min e 1 und min p min e Tabelle 5.6: Maximale Tragfähigkeiten max F b,rd sowie erforderliche Rand- und Lochabstände 27

28 Merkblatt 322 Durch die Schraubenlöcher in den Anschlusskonstruktionen wird die Tragfähigkeit dieser Bauteile beeinträchtigt. Die erforderlichen Nachweise sind in der DIN EN wie folgt geregelt: Abschnitt Zugbeanspruchung Als Bemessungswert der Zugbeanspruchbarkeit des Nettoquerschnitts längs der kritischen Risslinie durch die Löcher wird N u,rd = 0,9 A net f u / g M2 angesetzt. Abschnitt Druckbeanspruchung Außer bei übergroßen Löchern oder Lang - löchern nach DIN EN 1090 müssen Löcher bei druckbeanspruchten Bauteilen nicht abgezogen werden, wenn sie mit den Verbindungsmitteln gefüllt sind. Abschnitt Biegebeanspruchung Löcher für Verbindungsmittel dürfen in zugbeanspruchten Flanschen vernachlässigt werden, wenn folgende Bedingung für die Flansche eingehalten wird: A f,net 0,9 f u / g M2 A f f y / g M0 Dabei ist A f die Fläche des zugbeanspruchten Flansches. Ein Lochabzug im Zugbereich von Stegblechen ist nicht notwendig, wenn die o. g. Bedingung für die gesamte Zugzone, die sich aus Zugflansch und Zugbereich des Stegbleches zusammensetzt, sinngemäß erfüllt wird. Außer bei übergroßen Löchern und Langlöchern müssen Löcher in der Druck - zone vom Querschnitt nicht abgezogen werden, wenn sie mit den Verbindungsmitteln gefüllt sind. Abschnitt Querkraftbeanspruchung Bei Verbindungen ist daher der Nettoquerschnitt anzusetzen. 5.5 Zugverbindungen der Kategorien D und E Für Zugverbindungen der Kategorie D (nicht vorgespannt) dürfen Schrauben der Festigkeitsklassen 4.6 bis 10.9 verwendet werden. Bei der Kategorie E (vorgespannt) sind in der Regel hochfeste Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 einzusetzen. Die Tragfähigkeit einer Schraube bezüglich einer Zugkraft in Richtung der Schraubenachse ist mit F t,rd = k 2 f ub A s / g M2 Festigkeit Schraubengröße M12 M16 M20 M24 M27 M ,3 45,2 70,6 101,7 132,2 161, ,3 56,5 88,2 127,1 165,2 202, ,6 90,4 141,1 203,3 264,4 323, ,7 113,0 176,4 254,2 330,5 403,9 Tabelle 5.7: Tragfähigkeit F t,rd von Schrauben auf Zug zu ermitteln. Als Beiwert ist k 2 = 0,9 bei normalen Schraubenköpfen anzusetzen, jedoch bei Senkschrauben nur k 2 = 0,63. Tabelle 5.7 zeigt eine Zusammenstellung von Schraubenzugkräften für gängige Schraubengrößen. Im Vergleich zu den Abscherkräften in Tabelle 5.3, Fall Gewinde in der Scherfuge, sind die Schraubenzugkräfte bei den Festigkeitsklassen 4.6, 5.6 und 8.8 um 50 % größer, bei der Festigkeitsklasse 10.9 sogar um 80 %. Bei zugbeanspruchten Schrauben besteht die Gefahr, dass die Anschlusskonstruktionen über die Schraubenköpfe hinweg abgerissen werden. Die Schraubenköpfe werden dabei durch die Bleche gestanzt. Die Tragfähigkeit einer Schraube bezüglich Durchstanzen ist mit B p,rd = 0,6 p d m t p f u / g M2 zu ermitteln. Dabei ist d m der Mittelwert aus Eckmaß und Schlüsselweite des Schrauben - kopfes oder der Schraubenmutter. Maßgebend ist der kleinere Wert. t p ist die Blechdicke des angeschlossenen Bleches. (Anmerkung: Gemäß DIN EN ist t p die Blechdicke der Scheibe. Dies ist offensichtlich nicht zutreffend.) Das Durchstanzen ist in der Regel nicht maßgebend, weil aufgrund der Blechbiegung entsprechend dicke Bleche benötigt werden. Beispielsweise erhält man für eine Schraube M30 der Festigkeitsklasse 10.9 und ein 15 mm dickes Blech aus S 235 die folgende Durchstanzkraft: B p,rd = 0,6 p (5,0 + 5,54) / 2 1,5 36,0 / 1,25 = 429 kn Der Vergleich mit der maximalen Schraubenzugkraft von 403,9 kn (siehe Tabelle 5.7) zeigt, dass das Durchstanzen für t p 15 mm bei Schrauben bis M30 der Festigkeitsklasse 10.9 nicht maßgebend ist. Zugkräfte können in Schrauben nur eingeleitet werden, wenn sie durch Bleche dorthin übertragen werden. Die Bleche werden dabei durch Biegemomente beansprucht (Blechbiegung). Häufig ist die Blechbiegung das maßgebende Tragfähigkeitskriterium und muss daher unbedingt beachtet werden. In der Regel wird die Biegemomententragfähigkeit eines Bleches 28

29 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau der Breite b und der Dicke t nach der Plastizitätstheorie wie folgt bestimmt: M pl,rd = 0,25 b t 2 f y / g M0 Einzelheiten der Nachweisführung werden in Abschnitt 5.12 behandelt. 5.6 Kombination Scher-/Lochleibung und Zug Sofern Schrauben durch Scherkräfte (Kat. A) und gleichzeitig durch Zugkräfte (Kat. D und E) beansprucht werden, ist diese Kombination mit der folgenden Bedingung nachzuweisen: F v,ed F t,ed + 1,0 F v,rd 1,4 F t,rd 5.7 Scherverbindungen der Kategorien B und C Gemäß Tabelle 1.1 handelt es sich um gleitfeste Verbindungen, bei denen die Kräfte durch Reibung übertragen werden. Sie werden in der Baupraxis relativ selten eingesetzt und daher hier nicht im Detail behandelt (siehe auch Abschnitt 4.3). 5.8 Lange Scherverbindungen Wenn der Abstand L j zwischen den Achsen des ersten und des letzten Verbindungsmittels in einem langen Anschluss, gemessen in Richtung der Kraftübertragung, mehr als 15 d beträgt, so ist in der Regel der Bemessungswert der Abschertragfähigkeit F v,rd (siehe Abschnitt 5.4) aller Verbindungsmittel mit einem Abminderungsbeiwert b Lf abzumindern. Er kann wie in Abb. 5.1 angegeben bestimmt werden. Wenn man eine Abminderung so weit wie möglich vermeiden will, sollten für den Lochabstand p 1 die kleinsten Abstände, also p 1 = 2,2 d 0, gewählt werden. Die Abminderung wird erst dann wirksam, wenn mehr als n = 1 + 6,8 d / d 0 Schrauben nebeneinander angeordnet werden. 5.9 Einschnittige Scherverbindungen mit einer Schraubenreihe In einschnittigen Anschlüssen mit nur einer Schraubenreihe sollten Scheiben sowohl unter dem Schraubenkopf als auch unter der Mutter eingesetzt werden. Die Lochleibungstragfähigkeit F b,rd der Schrauben ist zu begrenzen auf: F b,rd 1,5 f u d t / g M2 Im Vergleich zur Ermittlung von F b,rd in Abschnitt 5.4 bedeutet dies, dass a b k 1 = 1,5 angesetzt wird, also 60 % des maximal möglichen Wertes. Bei Schrauben der Festigkeitsklassen 8.8 und 10.9 in einschnittigen Anschlüssen mit nur einer Schraube oder einer Schraubenreihe sind in der Regel gehärtete Scheiben zu verwenden. Abb. 5.2: Einschnittige Verbindung mit einer Schraubenreihe 5.10 Einschenklig angeschlossene Winkel unter Zugbelastung Abb. 5.1: Abminderungsfaktor für lange Scherverbindungen Die Exzentrizität von Anschlüssen sowie die Einflüsse von Loch- und Randabständen der Schrauben sind in der Regel bei der Bestimmung der Tragfähigkeiten von unsymmetrischen Bauteilen und symmetrischen Bauteilen, deren Anschluss unsymmetrisch erfolgt, z. B. bei einseitig angeschlossenen Winkeln, zu berücksichtigen. Einschenklig mit einer Schraubenreihe angeschlossene Winkel, siehe Abb. 5.3, dürfen wie zentrisch belastete Winkel bemessen werden, wenn die Tragfähigkeit N u,rd mit einem effektiven Nettoquerschnitt wie folgt bestimmt wird: 29

30 Merkblatt 322 bei einer Schraube: 2,0 (e 2 0,5 d 0 ) t f u N u,rd = g M2 bei zwei Schrauben: b 2 A net f u N u,rd = g M2 bei drei und mehr Schrauben: b 3 A net f u N u,rd = g M2 b 2, b 3 Abminderungsbeiwerte abhängig vom Lochabstand p1 gemäß Tabelle 5.8. Zwischenwerte dürfen linear interpoliert werden. A net Nettoquerschnittsfläche des Winkel - profils. Bei ungleichschenkligen Winkelprofilen mit Anschluss des kleineren Schenkels ist für A net die Nettoquerschnittsfläche eines entsprechenden gleichschenkligen Winkelprofils mit einer Schenkellänge gleich der kleineren Schenkellänge anzunehmen. von Schraubengruppen, was durch die Kombination von Schub- und Zugversagen der Anschlussbleche verursacht wird. Für eine symmetrisch angeordnete Schraubengruppe unter zentrischer Belastung ergibt sich der Widerstand gegen Blockversagen zu: f y V eff,1,rd = f u A nt / g M2 + A nv / g M0 3 Dabei ist A nt die zugbeanspruchte und A nv die schubbeanspruchte Querschnittsfläche. Für eine Schraubengruppe unter exzentrischer Belastung wird in DIN EN folgender Grenzwert angegeben: f y V eff,2,rd = 0,5 f u A nt / g M2 + A nv / g M0 3 Abb. 5.4: Blockversagen von Schraubengruppen bei Knotenblechen Abb. 5.3: Einschenklig angeschlossene Winkel Lochabstand p 1 2,5 d 0 5,0 d 0 2 Schrauben b 2 = 0,4 b 2 = 0,7 3 Schrauben und mehr b 3 = 0,5 b 3 = 0,7 Tabelle 5.8: Abminderungsbeiwerte b 2 und b Blockversagen von Schraubengruppen Bei den in Abb. 5.4 und 5.5 dargestellten Anschlüssen kann es zum Herausreißen der Anschlussbereiche kommen, wenn große Anschlusskräfte in relativ kleinen Anschlussbereichen übertragen werden sollen. Gemäß DIN EN handelt es sich um das Blockversagen Abb. 5.5: Blockversagen von Schraubengruppen an Trägerenden 5.12 T-Stummel mit Zugbeanspruchung Zur Berechnung der Tragfähigkeit der folgenden Grundkomponenten geschraubter Anschlüsse kann das Modell des äquivalenten T-Stummels mit Zugbeanspruchung verwendet werden: Stützenflansch mit Biegebeanspruchung Stirnblech mit Biegebeanspruchung Flanschwinkel mit Biegebeanspruchung Fußplatte mit Biegebeanspruchung infolge Zugbeanspruchung 30

31 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Abstützkräfte können auftreten, d.h. L b L b * Modus 1 Verfahren 1 Verfahren 2 (alternatives Verfahren) 4 M pl,1,rd (8n 2e w ) M pl,1,rd Ohne Futterplatten F T,1,Rd = F T,1,Rd = m 2mn e w (m + n) 4 M pl,1,rd + 2 M bp,rd (8n 2e w ) M pl,1,rd + 4n M bp,rd Mit Futterplatten F T,1,Rd = F T,1,Rd = m 2mn e w (m + n) Tabelle 5.9: Tragfähigkeit F T,Rd eines T-Stummel- Flansches bei Zugbean - spruchung Modus 2 2 M pl,2,rd + nσf t,rd F T,2,Rd = m + n Modus 3 F T,3,Rd = ΣF t,rd Keine Abstützkräfte 2 M pl,1,rd Modus 1 und Modus 2 F T,1,Rd = F T,2,Rd = m Modus 3 F T,3,Rd = ΣF t,rd Modus 1: Vollständiges Fließen des Flansches Modus 2: Schraubenversagen gleichzeitig mit Fließen des Flansches Modus 3: Schraubenversagen Die in Tabelle 5.9 enthaltenen Parameter haben folgende Bedeutung: L b Dehnlänge der Schraube, angesetzt mit der gesamten Klemmlänge (Gesamtdicke des Blechpakets und der Scheiben), plus der halben Schraubenkopfhöhe und halben Mutternhöhe. Bei Ankerschrauben die Dehnlänge, angesetzt mit der Summe aus dem 8-fachen Schraubendurchmesser, den Dicken der Mörtelschicht, der Fußplatte, der Scheiben und der halben Mutternhöhe. 8,8 m 3 A s n b l eff,1 t 3 f Lb* = F T,Rd Bemessungswert der Zugtragfähigkeit eines T-Stummel-Flansches M pl,1,rd = 0,25 l eff,1 t f2 f y / g M0 M pl,2,rd = 0,25 l eff,2 t f2 f y / g M0 M bp,rd = 0,25 l eff,1 t bp2 f y,bp / g M0 Q Abstützkraft n = e min, jedoch n 1,25 m n b Anzahl der Schraubenreihen (mit 2 Schrauben je Reihe) F t,rd Bemessungswert der Zugtragfähigkeit der Schraube, siehe Tabelle 5.7 F t,rd Summe aller F t,rd der Schrauben im T-Stummel l eff,1 Wert von l eff für Modus 1 l eff,2 Wert von l eff für Modus 2 e min, m und t f sind in Abb. 5.6 dargestellt f y,bp Streckgrenze der Futterplatten (siehe Abb. 5.7) t bp Dicke der Futterplatten e w = d w /4 d w Durchmesser der Scheibe oder Eckmaß des Schraubenkopfes oder der Mutter je nach Maßgeblichkeit Anmerkung: Bei Verfahren 2 wird angenommen, dass die zwischen T-Stummel-Flansch und Schraubenkopf bzw. Mutter wirkenden Kräfte gleichmäßig verteilt sind und nicht konzentriert in der Schraubenachse angreifen (siehe Skizze in Tabelle 5.9). Diese Annahme führt zu einer höheren Tragfähigkeit für Modus 1. Die Abmessungen eines äquivalenten T-Stummel-Flansches sind in Abb. 5.6 angegeben. Seine Tragfähigkeit kann mithilfe von Tabelle 5.9 bestimmt werden. Wenn Abstützkräfte auftreten können, ist die Zugtragfähigkeit F T,Rd eines T-Stummel-Flansches als der kleinste der Werte für die drei möglichen Versagensarten Modus 1, Modus 2 und Modus 3 anzusetzen. Treten keine Abstützkräfte auf, ist die Zugtragfähigkeit F T,Rd eines T-Stummel-Flansches als der kleinste der Werte für die beiden möglichen Versagensarten nach Tabelle 5.9 festzulegen. 31

32 Merkblatt 322 Abb. 5.6: Abmessungen eines äquivalenten T-Stummel-Flansches Abschnitt der DIN EN enthält ergänzende Regelungen für Verstärkungsbleche, einzelne Schraubenreihen, Schraubengruppen und Gruppen von Schraubenreihen, die bei der Ermittlung der Tragfähigkeit zu beachten sind (siehe Abb. 5.7) Stirnbleche mit Biegebeanspruchung Zur Ermittlung der Tragfähigkeit von T-Stummel-Flanschen mithilfe von Tabelle 5.9 werden wirksame Längen l eff benötigt. Sie können nach Abb. 5.7: Stützenflansch mit Verstärkungsblechen (Futterplatten) DIN EN für ausgesteifte und nicht ausgesteifte Stützenflansche sowie für Stirnbleche bestimmt werden. Als Beispiel ist hier die Ermittlung wirksamer Längen für Stirnbleche in Tabelle 5.10 dargestellt. Der Beiwert a in Abb. 5.8 wird benötigt, wenn aufgrund zusätzlicher Aussteifungen (im Vergleich zu Abb. 5.6 rechts) die Schraubenkräfte in zwei Richtungen übertragen werden können. Die Durchführung der Berechnungen wird mit den Berechnungsbeispielen in den Abschnitten 6.5 und 6.6 erläutert. Tabelle 5.10: Wirksame Längen für Stirnplatten Lage der Schraubenreihe Schraubenreihe als Teil Schraubenreihe einzeln betrachtet einer Gruppe von Schraubenreihen Kreisförmiges Nicht kreisförmiges Kreisförmiges Nicht kreisförmiges Muster Muster Muster Muster l eff,cp l eff,nc l eff,cp l eff,nc Äußere Schraubenreihe neben Trägerzugflansch Der kleinste Der kleinste Wert von: Wert von: 4m x + 1,25e x 2pm x e + 2m x + 0,625e x pm x + w 0,5 bp pm x + 2e 0,5w + 2m x + 0,625e x Innere Schraubenreihe neben Trägerzugflansch 2pm am (a siehe Abb. 5.8) pm + p 0,5p + am (2m + 0,625e) (a siehe Abb. 5.8) Andere innere Schraubenreihe Andere äußere Schraubenreihe 2pm 4m + 1,25e 2p p 2pm 4m + 1,25e pm + p 2m + 0,625e + 0,5p Modus 1: l eff,1 = l eff,nc, jedoch l eff,1 l eff,cp Σl eff,1 = Σl eff,nc, jedoch Σl eff,1 Σl eff,cp Modus 2: l eff,2 = l eff,nc Σl eff,2 = Σl eff,nc 32

33 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Abb. 6.1: Anschluss einer Zuglasche Die Zugkraft wird auf alle Schrauben gleichmäßig verteilt, so dass F v,ed = 240 / 4 = 60 kn beträgt. Zum Nachweis ausreichender Tragfähigkeit sind das Abscheren und die Lochleibung zu untersuchen. Außerdem ist die Tragfähigkeit im Nettoquerschnitt zu überprüfen. Abb. 5.8: Beiwert a zur Ermittlung wirksamer Längen für ausgesteifte Stützenflansche und Stirnplatten 6 Bemessungsbeispiele nach DIN EN Vorbemerkungen In den folgenden Abschnitten werden Nachweise für sechs Berechnungsbeispiele geführt. Grundsätzlich ist dabei vorab zu klären, in welche Kategorie der geschraubte Anschluss ein zuordnen ist und welche Nachweiskriterien einzuhalten sind. Hierzu ist Tabelle 1.1 als Grundlage heranzuziehen. Für in der Praxis häufig vorkommende standardisierte Anschlüsse können die Tragfähigkeiten nach [2] bestimmt werden. Zahlreiche weitere Beispiele sowie ergänzende Erläuterungen zum Tragverhalten geschraubter Verbindungen finden sich in [4]. 6.2 Anschluss Flachblech/Knotenblech Der Anschluss entspricht der Kategorie A nach Tabelle 1.1 und ist in Abb. 6.1 dargestellt. Nachweiskriterium Abscheren: N M (Gewinde): d = 16 mm; f ub = 800 mm 2 F v,rd = a v f ub A s / g M2 = 0,6 80 1,57 / 1,25 = 60,3 kn (siehe Tabelle 5.3, Gewinde in der Scherfuge) F v,ed 60,0 = = 0,995 1,0 F v,rd 60,3 Nachweiskriterium Lochleibung: Die Abstände genügen offensichtlich den Mindestabständen, da die Randabstände größer als 1,2 d 0 und die Lochabstände größer als 2,2 d 0 sind. Beiwerte k 1 und a b nach Tabelle 5.4 (für alle Schrauben): p 2 6,0 1,4 1,7 = 1,4 1,7 = 2,97 d 0 1,8 e 2 3,0 k l = 2,5 2,8 1,7 = 2,8 1,7 = 2,97 d 0 1,8 2,5 p 1 1 6,0 1 = = 0,86 3 d ,8 4 e 1 3,0 = = 0,55 3 d 0 3 1,8 f ub 80 = = 2,2 f u 36 1,0 a b = 0,55 33

34 Merkblatt 322 Bemessungswert der Tragfähigkeit: F b,rd = k l a b d t f u / g M2 = 2,5 0,55 1,6 1,2 36 / 1,25 = 76,0 kn Nachweis: F b,ed 60 = = 0,789 < 1,0 F b,rd 76,0 Tragfähigkeit im Nettoquerschnitt: A net = (12 2 1,8) 1,2 = 10,08 cm 2 0,9 10,08 36 N u,rd = = 261 kn 1,25 N Ed = 240 kn < N u,rd 6.3 Einseitig an ein Knotenblech angeschlossener Winkel Für den in Abb. 6.2 abgebildeten Anschluss eines zugbeanspruchten Winkels an ein Knotenblech sind die Tragfähigkeitsnachweise zu führen. Auch in diesem Fall kann der Anschluss in die Kategorie A (Tabelle 1.1) eingeordnet werden. Gemäß DIN EN ist neben den Nachweisen gegen Abscheren und Lochleibung auch die Tragfähigkeit des Profils zu untersuchen. Wenn der Nachweis nach Abschnitt 5.10 für einen effektiven Nettoquerschnitt erfolgt, kann der Winkel als zentrisch belastet angesehen werden. Abb. 6.2: Anschluss eines auf Zug beanspruchten Winkels an ein Knotenblech Nachweiskriterium Abscheren: N M (Schaft): d = 20 mm; f ub = 500 mm 2 50 F v,rd = 0,6 3,14 = 75,4 kn 1,25 Nachweis mit F v,ed = 110 / 2 = 55 kn: F v,ed 55 = = 0,730 < 1,0 F v,rd 75,4 Nachweiskriterium Lochleibung: Die Mindestrand- und Lochabstände sind eingehalten (siehe Tabelle 5.5). Beiwerte k 1 und a b : e 2 3,6 2,8 1,7 = 2,8 1,7 = 2,88 d 0 2,2 k l = 2,5 2,5 p 1 1 7,0 1 = = 0,81 3 d ,2 4 e 1 5,0 = = 0,76 3 d 0 3 2,2 f ub 50 = = 1,02 f u 49 1,0 49 F b,rd = 2,5 0,76 0,8 2,0 1,25 = 119,2 kn Nachweis: F b,ed 55 = = 0,461 < 1,0 F b,rd 119,2 a b = 0,76 Nachweiskriterium Zugstab: Die Tragfähigkeit des mit zwei Schrauben angeschlossenen Winkels darf wie folgt bestimmt werden: 3,18 2,5 b = 0,4 + 0,3 (mit p 1 /d = 70/22 = 3,18) 5,0 2,5 = 0,48 A net = 13,89 0,8 2,2 = 12,13 cm 2 0,48 12,13 49 N u,rd = = 228,2 kn 1,25 N Ed = 110 kn < N u,rd 34

35 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau 6.4 Gelenkiger Trägeranschluss mit Winkel In Abb. 6.3 ist ein gelenkiger Nebenträgeranschluss an einen Hauptträger dargestellt. Die verwendeten Anschlusswinkel sind mit zuge - hörigen Maßen in Abb. 6.4 abgebildet. Die zu übertragende Querkraft beträgt V z,ed = 80 kn und wirkt in der Stegachse des Hauptträgers. Für den dargestellten Anschluss sind zwei Verbindungen nachzuweisen: die Verbindungen Träger Winkel und Winkel Querträger. Sie werden getrennt voneinander untersucht. Der Gelenkpunkt liegt im Steg des Hauptträgers. Abb. 6.4: Detail Anschlusswinkel (S 235) mit Abmessungen Nachweiskriterium Lochleibung Nebenträger: Der Nachweis bezüglich Lochleibung kann für jede Richtung separat geführt werden. Der Spalt zwischen Nebenträger und Hauptträger beträgt planmäßig 5 mm. Abb. 6.3: Anschluss eines Nebenträgers an einen Hauptträger mit Winkeln Verbindung Nebenträger Winkel: Schnittgrößen im Schwerpunkt des Winkelanschlusses: V z,ed = 80 kn M y,ed = 80 (5,5 + 1,4 / 2) = 496 kncm Schraubenkräfte in x- und z-richtung sowie Resultierende: V z,ed,i = 80 / 2 = 40 kn V x,ed,i = 496 / 11 = 45,1 kn V R,Ed,i = ,1 2 = 60,3 kn Nachweis Abscheren: F v,rd,i = 2 96,5 = 193 kn (siehe Tabelle 5.3, Schaft in den Scherfugen, 2 Scherfugen) F v,ed,i 60,3 = = 0,312 < 1,0 F v,rd,i 193 Horizontale Richtung: e l = 55 5=50mm e l /d 0 = 2,78 Mit e 2 = 46 mm e 2 /d 0 = 2,56 Tab. 5.4 p 2 = 110 mm p 2 /d 0 = 6,11 k l a b = 2,3 F b,rd = 2,3 0,71 1,6 36 / 1,25 = 75,2 kn F b,ed 45,1 = = 0,600 F b,rd 75,2 Vertikale Richtung: e l = 46 mm Mit Tab. 5,4 p 1 = 110 mm k e 2 = 55 5=50 mm l a b = 2,1 F b,rd = 2,1 0,71 1,6 36 / 1,25 = 68,7 kn F b,ed 40 = = 0,582 F b,rd 68,7 Nachweiskriterium Lochleibung Winkel: Horizontale Richtung: e l = 35 mm e l /d 0 = 1,94 Mit e 2 = 45 mm e 2 /d 0 = 2,50 Tab. 5.4 p 2 = 110 mm p 2 /d 0 = 6,11 k l a b = 1,6 F b,rd = 1,6 0,9 1,6 36 / 1,25 = 66,4 kn F b,ed 45,1 / 2 = = 0,340 < 1,0 F b,rd 66,4 Vertikale Richtung: analog zur horizontalen Richtung, o.w.n. 35

36 Merkblatt 322 Abb. 6.5: Biegesteifer Stoß eines HEB 260 Verbindung Winkel Hauptträger: Schnittgrößen im Schwerpunkt des Schraubenbildes: V z,ed = 80 / 2 = 40 kn M x,ed = 40 (5,5 + 0,71 / 2) = 234,2 kncm Da die Schraubenkräfte hinsichtlich des Abscherens in etwa identisch oder kleiner sind, ist der Nachweis offensichtlich erfüllt. Ähnlich verhält es sich mit dem Nachweis bezüglich Lochleibung, der im vorliegenden Fall nicht maßgebend wird. Neben den Nachweisen für die geschraubte Verbindung ist auch die Querschnittstragfähigkeit des Winkels und des ausgeklinkten Trägers zu untersuchen. 6.5 Biegesteifer Stoß mit Laschen Im Folgenden wird der biegesteife Laschenstoß gemäß Abb. 6.5 betrachtet. Neben der Zugkraft N Ed = 250 kn sind das Biegemoment M y,ed = 160 knm und die Querkraft V z,ed = 180 kn zu übertragen. Der Anschluss entspricht der Kategorie A nach Tabelle 1.1. Teilschnittgrößen: Zunächst werden die Beanspruchungen der Gurte und des Steges ermittelt. Die Normalkraft und das Biegemoment werden den Gurten zugeteilt. Die Querkraft wird dem Steg zugewiesen. Dabei ist das Versatzmoment von der Stoßmitte bis zum Schwerpunkt des Schraubenbildes zu berücksichtigen. Flansch oben: N OG = = 535 kn 2 (26 1,75) Flansch unten: N UG = + = 785 kn 2 (26 1,75) Steg: V z = 180 kn M y,versatz = 180 (10 + 7) / 2 = 1530 kncm Verbindung Untergurt Lasche: Für die Bemessung der Flanschverbindungen ist die Laschenverbindung des unteren Flansches maßgebend. Nachweiskriterium Abscheren: F v,ed 785 /6 = = 0,60 < 1,0 F v,rd 217 Nachweiskriterium Lochleibung: e l /d 0 = 50 / 26 = 1,92 e 2 /d 0 = 60 / 26 = 2,30 Nach Tab. 5.4 p 1 /d 0 = 70 / 26 = 2,69 k l a b = 1,60 p 2 /d 0 = 140 / 26 = 5,38 Maßgebend ist der Trägerflansch mit t f = 17,5 mm. F b,ed 785 /6 = = 0,676 < 1,0 F b,rd 1,6 1,75 2,4 36 / 1,25 Tragfähigkeit des unteren Flansches: 0,9 (26 2 2,6) 1,75 36 N UG,Rd = = 944 kn 1,25 N UG,Ed = 785 kn < N u,rd Verbindung Steg Lasche: Die maximalen Schraubenkraftkomponenten in x- und z-richtung betragen (Tabelle 4.1: a = 0,5; b = 1): ,5 F x,ed = = 54,2 kn (7,0 / 8,0) ,0 F z,ed = + 54,2 = 92,4 kn 4 8,0 Nachweiskriterium Abscheren für die zweischnittige Verbindung (m = 2): F v,ed 54, , ,1 = = = 0,247 < 1,0 F v,rd Nachweiskriterium Lochleibung: Vertikale Komponente: e l /d 0 = 45 / 26 = 1,73 e 2 /d 0 = 50 / 26 = 1,93 Nach Tab. 5.4 p 1 /d 0 = 80 / 26 = 3,08 k l a b = 1,19 p 2 /d 0 = 70 / 26 = 2,69 36

37 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau Laschen: F b,ed 92,4 = = 0,702 < 1,0 F b,rd 1,19 0,8 2 2,4 36 / 1,25 Steg: e 1 /d 0 > 3,0; e 2 /d 0 = 45/26 = 1,73 k 1 a b = 1,6 F b,ed 92,4 = = 0,836 < 1,0 F b,rd 1,6 1,0 2,4 36 / 1,25 Horizontale Komponente: Bei analoger Vorgehensweise erhält man: F b,ed /F b,rd = 54,2 / (1,44 1,0 2,4 36 / 1,25) = 0, Anschluss eines Zugstabes mit Stirnplatte Ein vertikaler Zugstab soll an einen horizontal liegenden Träger mithilfe einer Stirnplattenverbindung angeschlossen werden, siehe Abb Die Verbindung soll aus Gründen der Gebrauchstauglichkeit planmäßig vorgespannt werden. Sie entspricht der Kategorie E nach Tabelle 1.1. Abb. 6.7: T-Stummel des Anschlusses von einem Zugstabflansch M pl,rd = 0,25 l eff t p2 f y / g M0 = 0, ,5 / 1,0 = 400 kncm F t,rd = 176,4 kn Tragfähigkeit des T-Stummels nach Tabelle 5.9 (vereinfacht, ohne den Steg des IPE 300): L b = 2,0 + 2,6 +2 0,4 + 1,6 /2+1,3/ 2 = 6,85 cm 8,8 3,17 3 2,45 2 L b * = = 10,1 cm 17,0 2,0 3 Wegen L b < L b * können Abstützkräfte auftreten F T,1,Rd = 3,17 = 505,0 kn , ,4 F T,2,Rd = 3,17 + 3,0 = 473,0 kn (maßgebend) F T,3,Rd = 4 176,4 = 705,6 kn Nachweis des T-Stummels: N Ed 400 = = 0,846 < 1,0 F T,Rd Biegesteifer Stoß mit Stirnplatten Abb. 6.6: Anschluss eines Zugstabes mit Stirnplatte Für die Nachweisführung wird der Anschluss in zwei T-Stummel-Anschlüsse mit jeweils vier Schrauben aufgeteilt, siehe Abb Die Zugkraft wird zu gleichen Teilen auf die Gurte aufgeteilt und der günstige Einfluss des Steges wird vernachlässigt. Der in Abb. 6.8 dargestellte Stoß (Katego - rien A und E nach Tabelle 1.1) eines IPE 400 mit überstehenden Stirnplatten ist für die folgenden Einwirkungen nachzuweisen: M y,ed = 185 knm V z,ed = 100 kn Wie bei dem vorherigen Beispiel wird das T-Stummel-Modell verwendet und es wird der günstige Einfluss des Steges vernachlässigt. Den 37

38 Merkblatt 322 Nachweiskriterium Abscheren: F v,ed = 100 / 2 = 50 kn < 150,7 kn = F v,rd (siehe Tabelle 5.3, Schaft in der Scherfuge) Nachweiskriterium Lochleibung: Mit e 2 /d 0 = 45 / 22 = 2,05 ergibt sich a b k 1 = 2,5, so dass F b,rd für 1 cm Blechdicke aus Tabelle 5.6 abgelesen werden kann. F v,ed = 50 kn < 114 2,0 = 228 kn = F b,rd Abb. 6.8: Biegesteifer Stoß eines IPE 400 mit Stirnplatten beiden oberen Schrauben wird die Übertragung der Querkraft zugewiesen, die daher der Kategorie A nach Tabelle 1.1 zuzuordnen sind. Die Schrauben am Untergurt werden gemäß Abschnitt 4.6 durch Zugkräfte beansprucht und zusätzlich vorgespannt (Kategorie E). Die Zugnormalkraft im unteren Flansch beträgt: N Ed = / (40 1,35) = 478,6 kn Für die Berechnung der Tragfähigkeit des T-Stummels werden folgende Werte benötigt: n = e = 3,0 cm l eff = b = 18 cm m = (9,5 1,35) / 2 0,8 0,9 2 = 3,06 cm F t,rd = 176,4 kn M pl,rd = 0, ,5 / 1,0 = 423 kncm Bemessungswert der Tragfähigkeit unter der Annahme, dass sich Abstützkräfte ausbilden können: F T,1,Rd = 3,06 = 553 kn , ,4 F T,2,Rd = 3,06 + 3,0 = 489 kn (maßgebend) F T,3,Rd = 4 176,4 = 705,6 kn Nachweis des T-Stummels: N Ed 478,6 = = 0,979 < 1,0 F T,Rd 489 Die Querkraft wird den beiden Schrauben im Bereich des oberen Trägerflansches zugewiesen. 7 Normen DIN EN Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken Teil 2: Technische Regeln für die Ausführung von Stahltragwerken ( ) DIN EN Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau ( ) mit NA ( ) DIN EN Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten Teil 1-8: Bemessung von Anschlüssen ( ) mit NA ( ) DIN EN Hochfeste planmäßig vorspannbare Schraubenverbindungen für den Metallbau Teil 1: Allgemeine Anforderungen ( ) Teil 2: Prüfung der Eignung zum Vorspannen ( ) Teil 3: System HR Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern ( ) Teil 4: System HV Garnituren aus Sechskantschrauben und -muttern ( ) Teil 5: Flache Scheiben ( ) Teil 6: Flache Scheiben mit Fase ( ) Teil 7: System HR Garnituren aus Senkschrauben und Muttern ( ) Teil 8: System HV Garnituren aus Sechskant- Passschrauben und Muttern ( ) Teil 9: System HR oder HV Direkte Kraft - anzeiger für Garnituren aus Schrauben und Muttern ( ) Teil 10: System HRC Garnituren aus Schrauben und Muttern mit kalibrierter Vorspannung ( ) 38

39 Geschraubte Verbindungen im Stahlbau DIN EN Garnituren für nicht planmäßig vorgespannte Schraubenverbindungen für den Metallbau Teil 1: Allgemeine Anforderungen ( ) DIN EN Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen Teil 2: Muttern mit festgelegten Prüfkräften; Regelgewinde ( ) DIN EN ISO Geometrische Produktspezifikation (GPS) ISO- Toleranzsystem für Längenmaße Teil 2: Tabellen der Grundtoleranzgrade und Grenzabmaße für Bohrungen und Wellen ( ) DIN EN ISO Mechanische Eigenschaften von Verbindungselementen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl Teil 1: Schrauben mit festgelegten Festigkeitsklassen Regelgewinde und Feingewinde ( ) DIN EN ISO 4014 Sechskantschrauben mit Schaft Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4016 Sechskantschrauben mit Schaft Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 4017 Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4018 Sechskantschrauben mit Gewinde bis Kopf Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 4032 Sechskantmuttern, Typ 1 Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4033 Sechskantmuttern, Typ 2 Produktklassen A und B ( ) DIN EN ISO 4034 Sechskantmuttern Produktklasse C ( ) DIN EN ISO 7089 Flache Scheiben Normale Reihe, Produktklasse A ( ) DIN EN ISO 7090 Flache Scheiben mit Fase Normale Reihe, Produktklasse A ( ) DIN EN ISO 7091 Flache Scheiben Normale Reihe, Produktklasse C ( ) DIN ISO 724 Metrische ISO-Gewinde allgemeiner Anwendung Grundmaße (ISO 724: Cor. 1:2009) ( ) DIN ISO Metrisches ISO-Gewinde allgemeiner Anwendung Toleranzen Teil 1: Prinzipien und Grundlagen ( ) DIN ISO 1891 Mechanische Verbindungselemente Benennungen ( ) DIN 6917 Scheiben, vierkant, keilförmig, für HV-Schrauben an I-Profilen in Stahlkonstruktionen ( ) DIN 6918 Scheiben, vierkant, keilförmig für HV-Schrauben an U-Profilen in Stahlkonstruktionen ( ) 8 Literatur [1] Oberegge, O., Hockelmann, H.-P.: Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren. Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbh, 3. Auflage, Köln 1997 [2] Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau. Stahlbau-Verlagsgesellschaft, 2. Auflage, Düsseldorf 2002 [3] Schmidt, H., Stranghöner, N.: Ausführung geschraubter Verbindungen nach DIN EN Stahlbau-Kalender 2011, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2011 [4] Kindmann, R., Stracke, M.: Verbindungen im Stahl- und Verbundbau. Verlag Ernst & Sohn, 2. Auflage, Berlin 2009 [5] Kindmann, R., Kraus, M., Niebuhr, H. J.: Stahlbau kompakt. Verlag Stahleisen, 2. Auflage, Düsseldorf 2008 [6] Schneider, S., Ungermann, D.: Geschraubte Anschlüsse und Verbindungen nach DIN EN Stahlbau 89, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2010 [7] Weynand, K., Stark, S.: Anwendungen von Schrauben im Stahlbau. Merkblatt 322, Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf

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