Schriftenreihe des Instituts fur Stahlbau der Universitat Hannover. Heft 23. Alexander Heise. Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande

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Gerhardt Burgstaller
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1 Schriftenreihe des Instituts fur Stahlbau der Universitat Hannover Heft 23 Alexander Heise Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande Shaker Verlag Aachen 2005

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande IV 1.1 Zielsetzung ' 1.2 Vorgehensweise 2 Normenbezogene Voraussetzungen 2.1 Brandschutztechnischen Anforderungen ^ 2.2 Anforderungen an Brandwande und Wande zur Trennung von Brandbekampfungsabschnitten 2.3 Bemessung der Bauteile Bemessung von Stahlbauten Bemessung von Brandwanden und Trennwanden " Bemessung der Anschliisse 3 Konstruktive Grundlagen 3.1 Grundlagen der Bemessung von Verbindungen 3.2 Einsatz von Anschlussen an Brandwande AbreiBverbindungen - maximale Schraubentragfahigkeit Kammverbindungen Kombination der beiden Losungsstrategien 3.3 Zusammenfassung der konstruktiven Grundlagen 4 Materialeigenschaften 4.1 Der Zugversuch 4.2 Wahre Spannungs-Dehnungslinie Definition Spannungs-Dehnungslinie zur Bestimmung der Lochleibungstragfahigkeit 4.3 Materialfestigkeit von Schrauben Der Zugversuch an Schrauben Vergleich der Priifverfahren - Zugversuch Der Abscherversuch an Schrauben Vergleich der Priifverfahren - Abscherversuch Schraubenquerschnittsflachen Toleranzgrenzen von Schrauben 4.4 Dynamische Einfliisse auf die Zugfestigkeit - Belastung im Brandfall Relaxation Normative Regelungen zu Dehngeschwindigkeiten im Zugversuch Dehngeschwindigkeiten - Literaturstudie GroBenordnung der Dehngeschwindigkeit beim Versagen eines Bauteils Einfluss der Erwarmung auf die Versagenszeiten Schlussfolgerungen 4.5 Materialeigenschaften unter erhohten Temperaturen 5 Grundlagen der Sicherheitstheorie 5.1 Allgemeines ^ 9 15

3 Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande V 5.2 Nachweisformat Bestimmung von statistischen Parametern - Verteilungen Ermittlung von Teilsicherheitsbeiwerten Grenzzustand der Tragfahigkeit, Bemessungswerte Teilsicherheitsbeiwerte mit festgelegten Wichtungsfaktoren Bestimmung eines Teilsicherheitsbeiwertes aus Versuchen Allgemeines Modellfaktor und Quantilwerte Beriicksichtigung der statistischen Unsicherheit Methode zur Bestimmung von Kombinationsbeiwerten im Brandfall Nachweisformat des EC Bemessungswerte fur veranderliche Einwirkungen Wichtungsfaktoren der begleitenden Einwirkung Borges Castanheta Methode Kombinationsbeiwert \ /b fiir den Brandfall 48 Zuverlassigkeitsindex Zuverlassigkeitsniveau Beriicksichtigung der Auftretenswahrscheinlichkeit eines Brandes Schlussbetrachtung zum Zuverlassigkeitsindex 54 Bemessungswerte der maximalen Schraubentragfahigkeit Bemessungswerte nach EC und DIN Grenzzugkrafte Grenzabscherkrafte Datenbank zur Bestimmung der Schraubentragfahigkeiten Schraubenzugkraft Statistische Parameter der Schraubenzugkraft Modellfaktor zur Bestimmung der Schraubenzugkraft Schraubenabscherfestigkeit ,,4.6" Schrauben - Abscherfestigkeit ,,5.6" Schrauben - Abscherfestigkeit ,,8.8" Schrauben - Abscherfestigkeit ,,10.9" Schrauben - Abscherfestigkeit Festigkeitsquotient Schlussfolgerung zur Abscherfestigkeit Bemessungswerte der maximalen Schraubentragfahigkeiten Voraussetzungen Nachweisformat zur Bestimmung der Bemessungswerte der maximalen Schraubentragfahigkeiten Bemessungswert der maximalen Schraubentragfahigkeit Teilsicherheitsbeiwerte zur Bestimmung der maximalen Zugkraft und Abscherkraft von Schrauben der Festigkeitsklasse 4.6 bis Einwirkungen auf die Brandwand im Brandfall 68

4 Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande VI 8.1 Bestimmung von Kombinationsbeiwerten fur den Lastfall der,,maximalen Schraubentragfahigkeit" Methode Eigengewicht Verkehrslasten Grundzeitintervalle Kombinationsbeiwerte \)/b Interaktion der thermischen Brandbelastung mit AbreiBlasten Tabellarische Nachweise auf der Grundlage von Normbrandversuchen Windbeanspruchung nach einem Brand 72 9 Teilsicherheitsbeiwerte der Widerstande im Brandfall Schraubenzug-und Abscherfestigkeiten Bemessungswert der Schraubenabscherkraft Bemessungswert der Schraubenzugkraft Schlussbetrachtung - Teilsicherheitsbeiwerte Schrauben Bauteiltragfahigkeiten Modell zur Bestimmung der Bauteilwiderstande Teilsicherheitsbeiwerte - Stahlbauteile Teilsicherheitsbeiwerte - Stahlbetonbauteile Schlussbetrachtung zu den Teilsicherheitsbei werten auf der Widerstandsseite Kammbleche Einleitung Geometrie Torsionsfreie Lasteinleitung Ortliche Instabilitaten Lochleibungstragfahigkeit von Kammblechen 11.1 Versuchsaufbau und Versuchsparameter Versuchsaufbau Versuchsparameter MessgroBen Materialeigenschaften 11.2 FE-Modell zur Bestimmung der Lochleibungstragfahigkeit ^ 11.3 Ergebnisse der ersten Versuchsreihe Vergleich der ersten Versuchsreihe mit FE-Berechnungen Numerische Analyse der ersten Versuchsreihe 11.4 Bestimmungsgleichung der theoretische Widerstandsfunktion 11.5 Ergebnisse der zweiten Versuchsreihe Numerische Analyse der zweiten Versuchsreihe 11.6 Untersuchung weiterer Parameter mit den kalibrierten FE-Modellen Blechdicke Schraubendurchmesser ^ Horizontal Krafte l ( * 89 9^

5 Anschliisse von Stahlbauteilen an Brandwande VII 11.7 Bemessungsgleichung der Lochleibungstragfahigkeit von Kammverbindungen aus Versuchen Geometrische und materialspezifische Parameter aus den Versuchen Definition der im Versuch gemessenen Traglasten Methode Materialfestigkeit Geometrische Parameter, Zahnhohe h, Blechdicke t VorhaltemaBe Varianz der theoretischen Widerstandsfunktion g(x) Bestimmung des Modellfaktors und der Modellunsicherheiten Bestimmung des Bemessungswertes der Lochleibungstragfahigkeit Ergebnisse der Untersuchung zur Lochleibungstragfahigkeit von Kammverbindungen Schrauben in Kammverbindungen Drehfedersteifigkeit von Kammblechen Problemstellung Bemessung der Pfetten mit Hilfe der Drehfedersteifigkeit Drehfedersteifigkeit FE-Modell zur Bestimmung der Drehfedersteifigkeit Versuche zur Bestimmung der Drehfedersteifigkeit Versuchsergebnisse Ergebnisse der FE-Berechnung Parameterstudien zur elastischen Drehfedersteifigkeit Analytische Naherungslosung der elastischen Drehfedersteifigkeit Pfettenbemessung mit Hilfe der elastischen Drehfedersteifigkeit AuBermittigkeit infolge einschnittiger Anschliisse an Kammverbindungen Zusammenfassung und Schlussbetrachtung - Drehfedersteifigkeit Bauteile an Brandwanden unter Brandbeanspruchung Verformungen des Einfeldtragers Berechnung der Durchbiegung w Bestimmung der horizontalen Verschiebung Maximale horizontale Verschiebung Verformungen des einfach statisch unbestimmten Balkens Verifikation der verwendeten Programme Temperatur-Verformungskurven des einfach statisch unbestimmten Balkens Zwangungskrafte auf die Brandwand Tragverhalten in Abhangigkeit des VorhaltemaBes Normalkrafte in Abhangigkeit des VorhaltemaBes Nachgiebigkeit der Auflager Teilsicherheitsbeiwerte Zusammenfassung zur Untersuchung des Tragverhaltens von Bauteilen an Brandwande 177

6 Anschlusse von Stahlbauteilen an Brandwande VIII 15 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick 180 Literatur 182 Normen- und Richtlinienverzeichnis 187 Anhang Al 1 Beispiel - AbreiBverbindung, auben liegende Brandwand A2 1.1 System A2 1.2 Nachweise A Nachweis unter Raumtemperatur A Nachweis der maximalen Schraubentragfahigkeiten A4 2 Beispiel - Innenliegende Brandwand - Kammverbindung A6 2.1 System A6 2.2 Belastung A6 2.3 Maximale horizontale Verschiebung A Belastungsgrad A Maximale horizontale Verschiebung A7 2.4 Geometrie des Kammbleches 2.5 Nachweis des Kammbleches 2.6 Reibungskrafte und AuBermittigkeit im Brandfall 2.7 Belastung der Brandwand (e < enm) Maximale Zwangungskraft e = Reduktion des VorhaltemaBes fur den Nachweis eines 10 mm dicken Kammblechs Kalt unterstutzt heib A A8 A A A1 A11 A11

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