Beispiele zur Bemessung von Stahltragwerken nach DIN EN 1993 Eurocode 3 (Probekapitel)

XI

Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort .........................................................................................................................................

Autorenübersicht ..........................................................................................................................

VII IX

Projekt 1

Halle ohne Kranbetrieb

Beispiel 1.1 Beispiel 1.2 Beispiel 1.3 Beispiel 1.4 Beispiel 1.5 Beispiel 1.6 Beispiel 1.7 Beispiel 1.8 Beispiel 1.9 Beispiel 1.10

Vorbemerkungen .................................................................................................

Zusammenstellung der Einwirkungen für Projekt 1 .............................................

Dachtragschale aus Trapezprofilblechen ............................................................

Dachpfette ...........................................................................................................

Geschweißter Fachwerkbinder ............................................................................

Dachverband .......................................................................................................

Wandriegel ..........................................................................................................

Längswandstütze.................................................................................................

Geschweißter Vollwandträger..............................................................................

Eingespannter Stützenfuß ...................................................................................

Giebelwandstütze ................................................................................................

Projekt 2

Halle mit Kranbetrieb

Beispiel 2.1 Beispiel 2.2 Beispiel 2.3 Beispiel 2.4 Beispiel 2.5 Beispiel 2.6 Beispiel 2.7

Vorbemerkungen .................................................................................................

Zusammenstellung der Einwirkungen für Projekt 2 .............................................

Dachscheibe aus Trapezprofilblechen.................................................................

Kranbahnträger für leichten Kranbetrieb..............................................................

Kranbahnträgerauflager.......................................................................................

Zweigelenkrahmen mit geschraubten Anschlüssen ............................................

Längswandverbände ...........................................................................................

Gelenkiger Stützenfuß .........................................................................................

181 185 201 227 257 271 319 335

Quellenverzeichnis .......................................................................................................................

349

1 7 17 43 59 85 105 121 137 155 173

227

Beispiel 2.3: Kranbahnträger für leichten Kranbetrieb Inhalt Seite Aufgabenstellung .............................................................................................................

228

1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4

System, Querschnitt und Einwirkungen ...........................................................................

System .............................................................................................................................

Querschnitt.......................................................................................................................

Abmessungen und allgemeine Querschnittswerte ...........................................................

Obergurtquerschnittswerte (oberer Flansch + 1/5 Steg) ..................................................

Spezielle Querschnittswerte.............................................................................................

Materialkennwerte ............................................................................................................

Charakteristische Werte der Einwirkungen ......................................................................

Eigenlasten ......................................................................................................................

Einwirkungen aus Kranbetrieb .........................................................................................

Teilsicherheitsbeiwerte für die Einwirkungen ...................................................................

228 228 228 228 228 229 229 229 229 229 231

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

Beanspruchungen ............................................................................................................

Kombination 1: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 1)................................................

Kombination 2: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 5)................................................

Kombination 3: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 9)................................................

Kombination 4: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 103)............................................

Kombination 5: Ermüdungsbeanspruchungen .................................................................

231 231 232 233 234 235

3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 3.5 3.6 3.6.1 3.6.2 3.7

Grenzzustände der Tragfähigkeit .....................................................................................

Teilsicherheitsbeiwerte für die Beanspruchbarkeiten.......................................................

Querschnittsklassifikation.................................................................................................

Querschnittsnachweise ....................................................................................................

Nachweise der Momententragfähigkeit ............................................................................

Nachweise der Querkrafttragfähigkeit ..............................................................................

Bauteilnachweise .............................................................................................................

Nachweis gegen Biegeknicken des Obergurtes ..............................................................

Nachweis gegen Biegedrillknicken des Kranbahnträgers ................................................

Spannungsnachweise für die Radlasteinleitung in den Steg ...........................................

Beulnachweise .................................................................................................................

Beulnachweis des Stegblechs unter der Radlast .............................................................

Nachweis gegen flanschinduziertes Stegblechbeulen .....................................................

Nachweise für die Auflagersteifen....................................................................................

235 235 235 236 236 237 237 237 239 242 244 244 246 246

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit ......................................................................

Nachweise vertikaler Verformungsbegrenzungen............................................................

Nachweise horizontaler Verformungsbegrenzungen .......................................................

Nachweis der Begrenzung des Stegblechatmens............................................................

Nachweis gegen Schwingung des unteren Flansches.....................................................

Sicherstellung des elastischen Verhaltens.......................................................................

248 248 248 249 249 250

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

Ermüdungsnachweise ......................................................................................................

Teilsicherheitsbeiwert für die Beanspruchbarkeiten.........................................................

Nachweis für den oberen Flansch im Feld .......................................................................

Nachweis für die Schienenschweißnähte.........................................................................

Nachweis für den Steg am Auflager und die Auflagersteife .............................................

Nachweis für den Steg im Feld ........................................................................................

250 250 250 251 252 254

228

Projekt 2: Halle mit Kranbetrieb

Beispiel 2.3: Kranbahnträger für leichten Kranbetrieb Aufgabenstellung Für die Kranbahnträger in den Achsen 聯 und 連, die als Einfeldträger auf den an die Stützen der Hallenrahmen angeschweißten Konsolen aufliegen, sind die Nachweise der Tragfähigkeit, der Gebrauchstauglichkeit und der Betriebsfestigkeit (Ermüdungsnachweise) zu führen.

1

System, Querschnitt und Einwirkungen

1.1

System Kranschiene: Fl 60x40, S 355

9

10

1

2

5

x

für die Bezeichnung der Achsen siehe Vorbemerkungen S. 181, für die Konsolen siehe Beispiel 2.4, für die Hallenrahmen siehe Beispiel 2.5

Querschnittsachsen entsprechend DIN EN 1993-1-1, Bild 1.1

y

L=6m

Kranbahnträger: HE 260 B, S 235

1.2 1.2.1

z

Querschnitt Abmessungen und allgemeine Querschnittswerte

HE 260 B, S 235

Bezeichnung der Querschnittsabmessungen nach DIN EN 1993-1-1, Bild 1.1 r

f

bfr

Querschnittswerte nach [47] S. 36/37

f

w

tw r

Anmerkung: bzw. wurden aus den in [47], S. 37 angegebenen plastischen Momenten zurückgerechnet.

Die Kranschiene wird als statisch nicht mittragend angenommen!

b

1.2.2

Obergurtquerschnittswerte (oberer Flansch + 1/5 Steg) Fläche Trägheitsradius, [47] S. 37 Trägheitsmoment elastisches Widerstandsmoment plastisches Widerstandsmoment

Beispiel 2.3: Kranbahnträger für leichten Kranbetrieb 1.2.3

229

Spezielle Querschnittswerte statisches Moment am Übergang vom Ausrundungsradius zum Steg plastisches Wölbwiderstandsmoment

1.2.4

Materialkennwerte

Baustahl S 235, DIN EN 10025-2

Streckgrenze und Zugfestigkeit nach DIN EN 1993-1-1, Tabelle 3.1 Elastizitätsmodul, Schubmodul und Querdehnzahl nach DIN EN 1993-1-1, Absatz 3.2.6 (1)

Hinweis: Die Festigkeiten des Kranschienenmaterials (Baustahl S 355) sind für die zu führenden Nachweise nicht relevant.

1.3 1.3.1

Charakteristische Werte der Einwirkungen Eigenlasten

Kranbahnträger: Kranschiene: Ausrüstung:

1.3.2

Pauschale für Schleifleitung etc.

Einwirkungen aus Kranbetrieb

vertikale Radlasten: infolge Kraneigengewicht:

siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.2.1

infolge Hublast: horizontale Radlasten: infolge Anfahren/Bremsen der Kranbrücke: infolge Schräglauf der Kranbrücke: Pufferkräfte: infolge Anprall der Kranbrücke: infolge Anprall der Laufkatze:

Die Horizontalkraft infolge Anprall der Laufkatze ist kleiner als die Horizontalkräfte infolge Anfahren/Bremsen bzw. Schräglauf der Kranbrücke und kann daher unberücksichtigt bleiben.

Die Horizontalkraft infolge Anfahren/Bremsen der Kranbrücke parallel zum Kranbahnträger ist gering und wird vernachlässigt.

siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.3.1 c) siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.3.3 c)

siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.3.4 siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.3.5

siehe Beispiel 2.1, Abschnitt 6.3.1 b)

230

Projekt 2: Halle mit Kranbetrieb

Die Einwirkungen aus Kranbetrieb sind für die zu führenden Nachweise der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Betriebsfestigkeit mit unterschiedlichen dynamischen Faktoren zu beaufschlagen.

Außerdem ist die Zusammenfassung der Einwirkungen aus Kranbetrieb zu Lastgruppen bei der Ermittlung der charakteristischen Einwirkungen zu berücksichtigen.

Ez Ex

Ey

Ez E y,1

E y,2

Die zu berücksichtigenden Lastgruppen für die Einwirkungen aus Kranbetrieb sind in Beispiel 2.1, Abschnitt 6.5 erläutert.

Der Abstand der Laufräder der Kopfträger der Kranbrücke beträgt jeweils a = 2,5 m (siehe auch Beispiel 2.1, Abschnitt 6.1).

g

z,x

Ez

Die Bestimmung der dynamischen Faktoren für die Einwirkungen aus Kranbetrieb ist in Beispiel 2.1, Abschnitt 6 dargestellt.

x

y

a = 2,5 m

y z

L=6m

z

a) Lastgruppe 1

dynamischer Faktor bereits enthalten

b) Lastgruppe 5

c) Lastgruppe 9

dynamischer Faktor bereits enthalten ist der Abstand der Puffermitte zur Oberkante der Kranschiene.

d) Lastgruppe 103 maximale und zugehörige vertikale Radlasten (siehe dazu Beispiel 2.1, Abschnitt 6.2)

Beispiel 2.3: Kranbahnträger für leichten Kranbetrieb

231

e) Ermüdungseinwirkungen schadensäquivalente dynamische Faktoren entsprechend Beispiel 2.1, Abschnitt 6.2.3

1.4

Teilsicherheitsbeiwerte für die Einwirkungen

a) Tragfähigkeitsnachweise, ständige Bemessungssituation ständige Einwirkung, Auswirkung ungünstig:

DIN EN 1990/NA, Tabelle NA.A.1.2(B)

veränderliche Kraneinwirkung, Auswirkung ungünstig:

DIN EN 1991-3/NA, Tabelle NA.A.1

b) Tragfähigkeitsnachweise, außergewöhnliche Bemessungssituation ständige Einwirkung, Auswirkung ungünstig:

DIN EN 1990/NA, Tabelle NA.A.1.2(B)

veränderliche Kraneinwirkung, Auswirkung ungünstig:

DIN EN 1991-3/NA, Tabelle NA.A.1

außergewöhnliche Einwirkung:

DIN EN 1991-3/NA, Tabelle NA.A.1

c) Lagesicherheitsnachweis, außergewöhnliche Bemessungssituation ständige Einwirkung, Auswirkung stabilisierend:

DIN EN 1990/NA, Tabelle NA.A.1.2(A)

veränderliche Kraneinwirkung, Auswirkung günstig:

DIN EN 1991-3/NA, NDP zu A.2.2 (2)

außergewöhnliche Einwirkung:

DIN EN 1991-3/NA, Tabelle NA.A.1

d) Ermüdungsnachweise veränderliche Kraneinwirkung, Auswirkung ungünstig:

2

Beanspruchungen

2.1

Kombination 1: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 1)

Die Beanspruchungen der Kombination 1 sind für die Nachweise der Tragfähigkeit in der ständigen Bemessungssituation anzuwenden.

DIN EN 1993-6, Absatz 9.2 (1)P

charakteristische Werte der Einwirkungen siehe Abschnitte 1.3.1 und 1.3.2 a)

Bemessungswert der Eigenlast Bemessungswerte der vertikalen und der horizontalen Radlasten

232

Projekt 2: Halle mit Kranbetrieb

maximales Moment

:

E z,d E z,d E y,d E y,d gd

Die Culmannsche Laststellung ist maßgebend.

a

x M y,Ed 109,6 M (z),Ed

78,6 -5,0

10,6 maximales Moment

: Das maximale Moment um die z-Achse ergibt sich, wenn das linke Rad über dem linken Auflager steht. zugehöriges Moment um die y-Achse

maximale Querkräfte

und

:

Die maximalen Querkräfte ergeben sich, wenn ein Rad über einem Auflager und das andere im Feld steht.

Querkraft parallel zum Steg

Querkraft parallel zu den Flanschen

2.2

Kombination 2: Eigenlasten + Kranlasten (Lastgruppe 5)

Die Beanspruchungen der Kombination 2 sind für die Nachweise der Tragfähigkeit in der ständigen Bemessungssituation anzuwenden.

charakteristische Werte der Einwirkungen siehe Abschnitte 1.3.1 und 1.3.2 b)

Bemessungswert der Eigenlast Bemessungswerte der vertikalen und der horizontalen Radlasten

maximales Moment

:

Das maximale Moment um die y-Achse ergibt sich für die Culmannsche Laststellung (siehe Abschnitt 2.1).

zugehöriges Moment um die z-Achse

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Stand: Februar 2012 (homepage_Probekapitel)