TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau Fachtagung Industriebau 24.06.2010 GMG – Ingenieurgesellschaft mbH Dresden / Berlin Aktuelle Tragwerkskonzepte und Konstruktionen im Hallenbau Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler TU Berlin,FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau Dr.-Ing. Peter Lieberwirth GMG - Ingenieurgesellschaft Dresden/ Berlin
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Aktuelle Tragwerkskonzepte und Konstruktionen im Hallenbau · TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau Fachtagung Industriebau 24.06.2010
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TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen
FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau
Fachtagung Industriebau
24.06.2010
GMG – Ingenieurgesellschaft mbH
Dresden / Berlin
Aktuelle Tragwerkskonzepte und Konstruktionen im Hallenbau
Prof. Dr.-Ing. Karsten Geißler TU Berlin,FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau
Dr.-Ing. Peter Lieberwirth GMG - Ingenieurgesellschaft Dresden/ Berlin
TU Berlin - Institut für Bauingenieurwesen
FG Entwerfen und Konstruieren - Stahlbau
Fachtagung Industriebau
24.06.2010
GMG – Ingenieurgesellschaft mbH
Dresden / Berlin
Allgemeines zum Tragwerksentwurf
Tragwerkskonzepte – Konstruktionsdetails und Beispiele
- Vollwandige Rahmen
- Quertragwerk mit Fachwerkbindern
- Tragwerk mit Fachwerkstützen
- Mehrschiffige Hallen mit Fachwerkbindern
- Hallen mit Spannbetonbindern
- Sonderkonstruktionen
Aktuelle Tragwerkskonzepte und Konstruktionen im Hallenbau
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1. Tragwerksentwurf
Hallen als Flachbauten
Vorteile
geringe Baukosten je qm
gleichmäßiges Tageslicht
weniger Gründungsaufwand
Nachteile
größerer Wärmeverlust
großer Grundstücksbedarf
Hallenhöhe durch Kranbahn bestimmt,
über KBT: ca. 2 – 3 m Bauhöhe erford.
wirtschaftliche und damit
häufige Systeme:
Vollwandrahmen,
Fachwerkbinder/ eingespannte Stützen
aus Neufert: Baukonstruktionslehre
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Unterteilung nach Baustoffen
- (Ganz-)Stahlkonstruktionen, oft als Rahmen
sehr häufig für Industriebauten
- Stahlbetonkonstruktionen
bis ca. 30m sinnvoll,
meist in Fertigteilbauweise,
bei größeren Stützweiten vorgespannte Binder
- Mischkonstruktionen
eingespannte Stahlbeton-Fertigteilstützen
mit Stahl- Fachwerkbindern
- Holzkonstruktionen
Tragsystem mit Brettschichtbindern,
für leichte Überdachungsbauten: leichte FW-Binder
1. Tragwerksentwurf
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Unterteilung nach Tragwerksystemen
vollwandige stählerne (Zweigelenk-)
Rahmen
eingespannter Rahmen
z. B. bei schwererem Kran
Variante mit Fachwerk- Binder
bei größerer Stützweite
oder hoher Schneelast
eingespannte Stahl- oder Stahlbeton-
stützen mit gelenkigem FW-Riegel
Fachwerkstützen bei schwerem
Kranbetrieb
1. Tragwerksentwurf
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Unterteilung nach Tragwerksystemen – mehrschiffige Hallen
analoge Systeme, FW-Binder auf eingespannten (Stahl- oder Stahlbeton-)Stützen
Randfelder ggf. auch
angependelt
mehrfeldriger Rahmen
z.B. bei schwerem Kran
Spannbeton-Binder auf
eingespannten Stützen
1. Tragwerksentwurf
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Vollwandige Zweigelenk- Stahlrahmen
- Stützen, Riegel vollwandige QS, tw. Vouten,
- Rahmenspannweite bis ca. 30 (35) m
- Rahmenabstände ca. 5 – 10 m
- (oft druckschlaffe) Dachverbände und
Seitenwindverbände
zur Längsaussteifung des Gebäudes
- Giebelwindstiele (für Windlast auf Giebel
und ggf. anteilige V-Last aus Dach)
- relativ einfache Gründung (aber Horizontalschub beachten)
- relativ verformungsweich gegenüber H- Lasten
z. B. bei höheren Hallen und/ oder schwerem Kran ggf. Stützen einspannen
Dreigelenkrahmen: kaum noch angewandt
- Vorteil: Unempfindlichkeit gegenüber Zwang, z. B. aus Stützensenkungen
- Nachteil: Firstgelenk, große horizontale und vertikale Verformungen
2. Vollwandige Stahlrahmen
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Details für Anschlüsse bzw. Stöße
Varianten für Rahmenecken von Hallen
Firststoß eines Rahmenriegelsoft auch kein überstehender Stirnplattenstoß, da
max. Momente im Firstbereich klein
2. Vollwandige Stahlrahmen
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BV Produktionshalle Nünchritz
Zweigelenkrahmen, Riegel und Stützen gevoutet
mehrere Stirnplattenstöße im Riegel
Koppelstäbe im oberen Drittel der Binder (auch für Montage)
2. Vollwandige Stahlrahmen - Beispiele
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2. Vollwandige Stahlrahmen - Beispiele
BV SMB Ludwigsfelde 2009
Zweigelenkrahmen mit Keilstützen, a= 6m
Trapezbleche spannen direkt über die Rahmen
(Schubfeldwirkung ausgenutzt)
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2. Vollwandige Stahlrahmen - Beispiele
BV Höchsmann Klipphausen 2008
Rahmenstützweite 30m, Keilstützen Schweißprofile
Rahmenhöhe 9,5m
(leichter) Kran 12,5t
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2. Vollwandige Stahlrahmen – Beispiele
BV Edelstahlwerke Schmees Pirna 2007
Rahmenstützweite 26m
Keilstützen als Schweißprofile
Kran 16t
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Zur Bemessung
Maßgebende Einwirkungen
- Eigengewichte, Schnee, Wind
- Imperfektionen (insbesondere Schiefstellung des Tragwerkes; Vorkrümmung der Stützen)
- Kranlasten in den verschiedenen möglichen Kombinationen
NW im Grenzzustand der Tragfähigkeit
- Spannungsnachweise
- Stabilitätsnachweise
- Biegedrillknicken des Rahmenriegels (Riegelmitte: Obergurt; Rahmeneckbereich: UG)
- Beulen (evtl. für schlanke Riegelstegbleche, Stützenstegbleche)
- BDK der Stützen
- Abheben der Stützenfüße (EG + Wind)
NW Ermüdung der Kranbahnträger einschl.
Konsolen
NW im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
- NW der maximalen Verformungen
(vertikal und horizontal)
2. Vollwandige Stahlrahmen
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2. Vollwandige Stahlrahmen
Spezielle Bemessungsprobleme
Rahmenecke: Beulnachweis infolge Biegung und Schub meist kritisch
(Stützensteg hat oft nur t= 8mm)
oft einseitige Blechaufdopplung
Kippen Riegel: durch Koppelstangen (oft Rundrohre) sowie durch
Trapezblechfelder günstig beeinflusst
Anprallasten:
- nur Stützen sind nachzuweisen,
für Gründungsbauteile nicht erforderlich (Stoßlasten)
- für schlankere Stützen Anprallschutz meist erforderlich
Sinn des Anprallschutzes: Energiedissipation
z. B. einbetonierter Stützenfuß, Abweiser aus Stahl
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Zweigelenkrahmen mit biegesteif angeschlossenen
Fachwerkbindern
BV Roth und Rau Hohenstein- Ernstthal 2008
Stützweite ca. 30m
Stützen Walzprofile, Stützenfüße gelenkig
Fachwerkbinder biegesteif zu Stützen
2. Stahlrahmen – Beispiele
KBT mit Spindeln gegen BDK
Drucksteifer Längsverband
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Eingespannte Stahlrahmen
Vorteile:
- verformungsarmes Verhalten,
z. B. günstig für Kranbetrieb,
- geringerer Stahlverbrauch
Nachteil:
- größere Aufwendungen für Fußeinspannungen,
auch für Genauigkeit (Höhenlage)
- für Neubauten neben Bestandsgebäuden sind große Fundamente oft nicht
möglich
abhängig von Größe des Biegemomentes am Stützenfuß:
- einbetonierte Ankerstangen (erfordern Stützenfußschablone beim Betonieren),
- Köcherfundamente
Mittelweg:
eingespannte Stützen in Verbindung mit aufgelegten Bindern,
letztere einfach montierbar (vermeidet Aufwand für Rahmenecken)
2. Stahlrahmen
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Hallen aus eingespannten Stahl- oder Stahlbetonstützen und (oft) gelenkig
angeschlossenen Fachwerkbindern
an Stütze gelenkig angeschlossener
Fachwerkbinder
ungeeignet für leichte Dachkonstruktion
(wenn Untergurt bei Wind Druck erhält)
an Stütze biegesteif
angeschlossener Fachwerkbinder
3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern
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Details üblicher Fachwerkträger - knotenblechlos
3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern
eher selten
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Spezielle Bemessungsprobleme
Kopfplatten für Stöße auf Querzugfestigkeit /
Dopplungsfreiheit zu prüfen
bei leichter Dachkonstruktion evtl. UG- Stabilisie-
rung für Wind erforderlich
(stehende Verbände zw. UG mit OG-Scheibe) Montageaussteifungen erforderl.
3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern
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Auszug Werkstatt-
zeichnung FW-Binder
(mit Montagestößen)
3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern
meist Versatzmoment bei Obergurtlagerung
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BV Industriehalle Schönherr Chemnitz
eingespannte Stützen, aufgesetzte
Fachwerkbinder
schwerer Kranbetrieb Schrottkran H4 / B5
(H Hubklasse, B Beanspruchungskollektiv)
3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern - Beispiel
Detail Stützenfußeinspannung
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3. Quertragwerk mit Fachwerkbindern – Beispiel
BV Frindt Schönbach 2008
Stützweite 35m
Schweißprofilstützen, am Fuß eingespannt
Fachwerkbinder gelenkig angeschlossen
Detail Stützenfuß-
einspannung
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4. Tragwerk mit Fachwerkstützen - Beispiel
BV Niles/ Simmons Chemnitz
Stützweite 23m, Firsthöhe 13m
FW-Träger gelenkig angeschlossen
80 t- Kran Fachwerkstützen
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Spez. Bemessungsprobleme – Einwirkungen aus Kranbetrieb
V-Kräfte
„schwerer“ Kran (Hublast ca. ab 25…30 t)
weiches oder ruckartiges Anheben Hubklasse „H“: mit Haken H1, H2; mit Magnet: H3, H4