Formeln und Tabellen Stahlbau: Nach DIN 18800 (1990)

304 Pages·1999·14.404 MB·German

by  Erwin Piechatzek, Eva-Maria Kaufmann (auth.)

Erwin Piechatzek
Eva-Maria Kaufmann
Formeln und Tabellen
Stahlbau
Aus dem Programm ____________- -.....
Bauingenieurwesen
Baubetriebslehre - Grundlagen
von Kh. Stark und W. Brecheler
Baubetriebslehre - Projektmanagement
von P. Greiner, P. Mayer und Kh. Stark
Baubetriebslehre - Kosten und Leistungsrechnung -
Bauverfahren
von W. Brecheler, 1. Friedrich, A. Hilmer und R. Weiß
Massivbau
von P. Bindseil
Stahlbau
von Ch. Petersen
Formeln und Tabellen Stahlbau
von E. Piechatzek und E.-M. Kaufmann
Stahlbau
von R. Fritsch und H. Pasternak
Statik
von K. Wohlhart
Dynamik
von K. Wohlhart
Bauchemie
von H. Cammenga u. a.
Geotechnik
von K. Kuntsche
vieweg _________________
Erwin Piechatzek
Eva-Maria Kaufmann
Formeln und Tabellen
Stahlbau
Nach DIN 18800 (1990)
Mit 146 Tabellen und 18 vollständig
durchgerechneten Beispielen
~
vleweg
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Piechatzek, Erwin:
Formeln und Tabellen Stahlbau: nach DIN 18800 (1990); mit 146 Tabellen
und 18 vollständig durchgerechneten Beispielen/Erwin Piechatzek;
Eva-Maria Kaufmann. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1999
(Viewegs Fachbücher der Technik)
ISBN 978-3-528-02557-1 ISBN 978-3-322-93913-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-93913-5
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© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 1999
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Konzeption und Layout des Umschlags: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Gedruckt auf säurefreiem Papier
ISBN 978-3-528-02557-1
v
Vorwort
Die Zusammenstellung der gebräuchlichsten Formeln und Tabellen für den Stahlbau dient als
Arbeitshilfe für alle, die sich mit dem Stahlbau befassen. Angesprochen sind insbesondere
Studenten des Bauingenieurwesens, Statiker, Konstrukteure und Techniker. Neben dem klassi
schen Stahlbau sind auch Themen des gültigen Baurechts in Stichworten beschrieben.
Die Neufassung der DIN 18800 (1990), ersetzt seit 1997 endgültig die Fassung aus dem Jahre
1981. Tragwerke des allgemeinen Stahlhochbaues dürfen nicht mehr nach DIN 18800 (1981)
berechnet werden. Eine Ausnahme bilden Tragwerke für den Kran- und Brückenbau. Die DIN
18800 (1990) ist dabei auf einem ganz neuen Sicherheitskonzept nach EC 3 aufgebaut.
Mit der bauaufsichtlichen Einführung des Eurocode 3 (EC 3) stehen dem Stahlbauer nun
2 Regelwerke für die Auslegung und Berechnung von Stahlbauten zur Verfügung.
Im Rahmen der Globalisierung der Märkte in der Europäischen Gemeinschaft wurden auch
andere technische Regeln überarbeitet und eingeführt. Die neuen Regelwerke verwenden neue,
bisher unbekannte Begriffe, einige werden hier kurz erläutert. Der Stahlbauer muß sich heute
mit solchen Begriffen auseinandersetzen wie Bauprodukte, Ü-Zeichen usw. Allgemein be
kannte Bezeichnungen von Stahlsorten wie St37, St52 sind nicht mehr gültig.
Mit dieser Formel- und Tabellensammlung wird dem Anwender eine, in systematischer Rei
henfolge aufgelistete Zusammenstellung der wichtigsten Regeln, Begriffe, Bezeichnungen und
Formeln nach DIN 18800 (1990) und anderen gültigen Regelwerken zur Verfügung gestellt.
Es sind ausgewählte Bereiche und es besteht kein Anspruch auf Vollständigkeit für den ge
samten Stahlbaubereich . Die Anwendung der neuen Regelwerke wird anhand von Zahlenbei
spielen vorgestellt.
Der Aufbau der einzelnen Kapitel ist methodisch so angelegt, dass sie für alle Anwender eine
praktische Arbeitshilfe darstellen. Der Griff zur Norm ist nur in Randbereichen erforderlich,
die zugehörigen Normen sind in jedem Kapitel aufgelistet.
Die vorliegende Bearbeitung kann jedoch nicht die vorhandenen Lehrbücher des Stahlbaues
ersetzen. Die Kenntnis der Grundlagen der Statik, der Festigkeitslehre, des Stahlbaues, sowie
der geltenden Normen und Vorschriften ist Voraussetzung zur Anwendung. Alle Kapitel wur
den sorgfältig bearbeitet, dennoch sind Fehler oder Irrtümer nicht ganz auszuschließen, und
somit sind wir für jeden Hinweis bzw. Stellungnahme sehr dankbar. Es ist darauf hinzuweisen,
dass jeder bei einem Bauvorhaben tätige Ingenieur für seine Arbeit selbst voll verantwortlich
ist. Insbesonders muss er die zum Zeitpunkt der Arbeit gültigen technischen Baubestimmungen
einhalten.
Für die weitgehende Hilfestellung bei der Erstellung dieser Formel- und Tabellensammlung
möchten wir uns bei den Damen und Herren im Lektorat Technik des Verlages Vieweg bedan
ken, insbesondere bei Frau Ehl für die Anregungen und Hinweise die zur Entstehung dieses
Werkes beigetragen haben.
Köln im Sommer 1999 Die Autoren.
VI
Inhaltsverzeichnis
1 Der bauaufsichtliche Kontext 1
1.1 EG-Bauproduktenrichtlinie und nationales Recht .............................. .............. 1
1.1.1 Bauproduktenrichtlinie und Grundlagendokumente ................ ............. 1
1.1.2 Landesbauordnungen LBO................................................................... 2
1.1.3 Technische Baubestimmungen............................................................. 4
1.2 Venvendbarkeit von Bauprodukten ................... ....................... ........................ 6
1.2.1 Venvendbarkeitsnachweise für Bauprodukte ..... ............ ...... ... ........... ... 6
1.2.2 Ubereinstimmungsnachweise ....... ............ ......... .... ........... ...... ........... ... 6
1.2.3 Bauregelliste........................................................................................ 9
1.2.4 Eingeführte Technische Regeln für den Metallbau nach Bauregelliste A 9
1.3 Korrosionsschutz ...... .. .... ..... .. .... .. . ... .. .... .. ... .. .. ................ .. .... .. ..... .. ......... .. ... . ... 14
1.3.1 Korrosionsarten ................................................................................... 14
1.3.2 Konstruktiver Korrosionsschutz ........................................................... 15
1.3.3 Korrosionsschutzverfahren................................................................... 15
1.3.4 Vorbereitung der Stahloberflächen....................................................... 16
1.4 Brandschutz. .................................................................................................... 17
1.4.1 Allgemein........... .. .... .. ..... .. ... ... ... ............. .... .. .. ..... .. ...................... ... . ... 17
1.4.2 Brandschutzplanung ............................................................................ 18
1.4.3 Bauaufsichtliche Brandschutzforderungen ........................................... 19
1.4.4 Brandschutzmaßnahmen...................................................................... 20
1.5 Maß-und Modulordnung, Toleranzen ............................................................ 21
1.5.1 Maßordnung ...... ............................ ............... ......................... .............. 21
1.5.2 Modulordnung..................................................................................... 21
1.5.3 Bauwerksmaße, Bezugssystem...... ........... ............................................ 21
1.5.4 Koordinaten-und Bezugssystem .......................................................... 22
1.5.5 ToleranzenimHochbau....................................................................... 22
1.6 Prüfstatik, Anforderungen, Aufbau............ .......... ............................................ 24
1.6.1 Allgemein............................................................................................ 24
1.6.2 Ausgabe.. ... ........ .......................... ......... ... ............................... ............. 26
2 Sicherheits-und Bemessungskonzept 29
2.1 Regelwerke für den Stahlbau. .................. ......... ... ......... .......... ..... ...... .... .......... 29
2.2 Grundbegriffe .................................................................................................. 30
2.3 Bemessungs-und NachweiSkonzept nach DIN 18800 (1990-11)...................... 32
Inhaltsverzeichnis VII
2.4 Beanspruchungen... ....................... .... ..... .................... ........ ........... .................. 33
2.4.1 Beanspruchungen aus direkten Einwirkungen...................................... 33
2.4.2 Beanspruchungen aus indirekten Einwirkungen................................... 33
2.4.3 Kombinationsregeln fiir die Bemessung ............. ... ........... ....... ............. 34
2.4.4 Beanspruchungen durch Imperfektionen .............................................. 36
2.5 Beanspruchbarkeit........................................................................................... 40
251 Widerstandsgrößen fiir Werkstoffe .. ....................................... ......... ..... 40
2.5.2 Widerstandsgrößen fiir Profile.............................................................. 43
2.5.3 Teilsicherheitsbeiwerte.......... ............................. .................................. 43
2.6 Nachweis der Tragsicherheit............................................................................ 44
2.6.1 Abgrenzungskriterien. ..................................... '" ......................... ......... 44
2.6.2 Verfahren Elastisch-Elastisch .............................................................. 44
2.6.3 Verfahren Elastisch-Plastisch............................................................... 45
2.6.4 Verfahren Plastisch-Plastisch............................................................... 46
2.7 Nachweis der Lagesicherheit............................................................................ 46
2.8 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit................................................................ 47
2.9 Nachweis der Dauerhaftigkeit.......................................................................... 48
3 Formeln für Bemessung und Nachweise 49
3.1 Formelzeichen, Bezeichnungen und Darstellungen......... .... ..... ...... .... .......... .... 49
3.2 BemessungundNachweise.............................................................................. 53
3.2.1 Grenzbeanspruchbarkeiten, FormelnnachDIN 18800-1...................... 53
3.2.2 Beanspruchungen und Nachweise nach dem Verfahren El.-E1.............. 57
3.2.3 Nachweise nach dem Verfahren El.-Pl., Pl.-P1...................................... 59
3.2.4 Nachweis ausreichender Bauteildicke................................................... 62
3.2.5 Wertevorh(b/t) .................................................................................... 66
3.3 Stabilitätsnachweise, einteilige Stäbe............................................................... 70
3.3.1 Systemgrößen bei Druckbeanspruchung ........ ......... ........... .... .... ... ........ 70
3.3.2 Querschnittswerte fiir das Biegedril1knicken ........................................ 72
3.3.3 Planmäßig mittiger Druck ................................................................... 73
3.3.4 Einachsige Biegung ohne Normalkraft................................................. 79
3.3.5 Einachsige Biegung mit Normalkraft ................................................... 87
3.3.6 Zweiachsige Biegung mit oder ohne Normalkraft................................. 88
3.4 Stabilitätsnachweise, mehrteilige einfeldrige Stäbe .......................................... 93
3.4.1 System-und Querschnittsgrößen fiir mehrteilige Stäbe......................... 94
3.4.2 Schnittgrößen am Gesamtstab .............................................................. 95
3.4.3 Nachweis Gesamtstab........................................................................... 96
VIII Inhaltsverzeichnis
3.4.4 Nachweis der Einzelstäbe..................................................................... 96
3.4.5 Nachweis der Bindebleche ................................................................... 97
3.4.6 Mehrteilige Rahmenstäbe mit geringer Spreizung................................ 98
3.5 Stabwerke........................................................................................................ 99
3.5.1 Fachwerke ........................................................................................... 99
3.5.2 Rahmen und Durchlaufträger mit unverschieblichen Knotenpunkten... 100
3.5.3 Knicklängenbeiwerte für freistehende Rahmen....................... .............. 101
3.6 Plattenbeulen................................................................................................... 102
3.6.1 Beulfe1der ............................................................................................ 102
3.6.2 Maßgebende Beulfeldbreite.................................................................. 103
3.6.3 Beanspruchungen................................................................................. 103
3.6.4 Systemgrößen für Plattenbeulen........................................................... 104
3.6.5 Beulsteifen........................................................................................... 105
3.6.6 Beulwerte und Abminderungsfaktoren für Beulfelder........................... 106
3.6.7 Nachweise, Abgrenzungskriterien........................................................ 108
3.6.8 Vereinfachter Nachweis ....................................................................... 108
3.6.9 Grenzspannungen und Nachweise........................................................ 111
3.6.10 Herstellungsbedingte Abweichungen von der Sollform......................... 112
3.7 Schraubenveibindungen........................... ........................................................ 113
3.7.1 Allgemeine Regeln für Verbindungen.................................................. 113
3.7.2 Regeln für Verbindungen mit Schrauben.............................................. 113
3.7.3 Ausführungsformen von Schraubenverbindungen ................................ 114
3.7.4 Nachweise............................................................................................ 115
3.7.5 Beanspruchungen und Nachweise von Schraubenv erbindungen ........... 117
3.7.6 Darstellung von Schraubveibindungen................................................. 123
3.7.7 Augenstäbe . ....... ....... .................. .......... ............... ... .................. ........... 124
3.7.8 Beanspruchungen und Nachweise von Bolzen................ ..................... 125
3.8 Schweißveibindungen...................................................................................... 126
3.8.1 Allgemeine Grundsätze........................................................................ 126
3.8.2 Ausführung von Stößen........................................................................ 127
3.8.3 Beanspruchungen und Nachweise von Schweißnähten......................... 129
3.8.4 Wahl der Stahlgütegruppen für geschweißte Stahlbauten ..................... 133
3.9 Verankerungen, Lagesicherheit ....................................................................... 135
3.9.1 Gleiten................................................................................................. 135
3.9.2 Umkippen............................................................................................ 135
3.9.3 Abheben .............................................................................................. 135
Inhaltsverzeichnis IX
3.9.4 Beanspruchungen und Nachweise von Verankerungen......................... 136
3.9.5 Berübrungsdruck für Lagerteile und Gelenke ....................................... 136
4 Statik und Festigkeitslehre 137
4.1 Formeln für ausgewählte Bereiche der Statik. ...... ... ........ ..... ........ ... ..... ........ ..... 137
4.2 Formeln für ausgewählte Bereiche der Festigkeitslehre .................................... 148
4.2.1 Träger mit I-förmigem Querschnitt ...................................................... 150
4.2.2 T-Profil................................................................................................ 152
4.2.3 I-Träger einfachsymmetrisch................................................................ 153
4.2.4 Rechteckige Hohlprofile....................................................................... 154
4.2.5 Runde Hohlprofile................................................................................ 155
4.2.6 Zusammengesetzte Stützenp rofile, einfachsymmetrisch........................ 156
4.2.7 Zusammengesetzte Stützenprofile, doppeltsymmetrisch........................ 157
4.2.8 Aus Walzprofilen zusammengesetzte Stützenprofile, doppeltsymmetr. 158
5 Berechnungsbeispiele 159
5.1 Berechnungsabläufe für Tragsicherheitsnachweise........................................... 159
5.2 Berechnungsabläufe - Struktogramme... ..... ...... ... ............. ......... ...... .... ........ .... 160
5.3 Tragsicherheitsnachweise ................................................................................ 169
5.3.1 Einfeldträger........................................................................................ 169
5.3.2 Kragträger ........................................................................................... 171
5.3.3 Biegedrillknicken, Nachweis nach DIN 18800 T2 (1990)..................... 173
5.3.4 Stabilitätsnachweis; Stütze mit planmäßig mittigem. Druck..... ..... ........ 175
5.3.5 Stabilitätsnachweis; Fachwerkstab mit planmäßig mittigem Druck ...... 176
5.3.6 Stabilitätsnachweis; Stütze mit einachsiger Biegung und mittigem Druck 178
5.3.7 Stabilitätsnachweise, Stütze mit zweiachsiger Biegung und Druck.. ..... 181
5.3.8 Mehrteilige Rahmenstütze.................................................................... 184
5.3.9 Rippenlose Kra:fteinleitung, Träger auf Träger ..................................... 188
5.3.10 Stoß eines Zugstabes ............................................................................ 189
5.3.11 Kopfplattenanschluß ............................................................................ 191
5.3.12 Trägerstoß, Nachweis im Grundquerschnitt ......................................... 193
5.3.13 Trägerstoß, Nachweis der Schraubenverbindung.................................. 195
5.3.14 Anschluss Träger-Stütze mit Knagge .................................................. 198
5.3.15 Knotenblechanschluss Diagonalstab-Stütze.......................................... 199
5.3.16 Nachweis der Halsnähte eines geschweißten Vollwandträgers.............. 200
5.3.17 Geschweißter Anschluss Kragträger-Stütze.......................................... 201
5.3.18 Unversteiftes Beulfeld. Beulnachweis nach Näherungsverfahren ... ,...... 202