Table Of ContentHUTTE Bautechnik Band VI
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HUTTE
Taschenbiicher
derTechnik
Herausgegeben vom
Wissenschaftlichen AusschuB des Akademischen Vereins Hiitte e.Y.
29. Auflage
Bautechnik
Band VI
Konstruktiver Ingenieurbau 3:
Massiv- und Stahlbau
Bandherausgeber E. Cziesielski
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg NewY ork
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest 1993
Bandherausgeber:
Prof. Dr. rer. nat. Erich eziesielski, Technische Universitiit Berlin
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. Klaus-Wolfqang Rieger, Universitiit Hannover
Dr.-Ing. Jurgen Lierse, Universitiit Hannover
Prof. Dr.-Ing. habi!. Joachim Lindner, Technische Universitiit Berlin
Prof. Dr.-Ing. Jurgen Roth, Universitiit Hannover
Mit 544 Abbildungen
ISBN-13:978-3-642-95668-3 e-ISBN-13: 978-3-642-95667-6
DOl: 10.1007/978-3-642-95667-6
Clp· Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Hutte: Taschenbiicher def Technik/hrsg, vom Wissenschaftlichen Ausschuss des Akademischen Vereins Hutte e.V. - Berlin;
Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer.
Teilw. im Ernst·Verl., Berlin, Munchen, Dusseldorf. --Teilw. hrsg. von Hiitte, Ge's. fUr Techn. Informationen mbH, Berlin
NE: Akademischer Verein Hutte (Berlin, West) / Wissenschaftlicher Ausschuss; Hutte, Gesellschaft fUr Technische Tnformationen
(Berlin, West)
Bautechnik. 6. Konstruktiver Ingenieurbau. -3. -[29. Auft.]. .. 1993 Berlin: Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer.
(Hutte) [Bd.-Hrsg.: Erich Cziesielski. Autoren: Klaus·Wolfgang Bieger .j.-[29. Auft.] -1993
ISBN-13:978-3-642-95668-3
NE: Cziesielski, Erich [Hrsg.]
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zulassig. Sie ist grundsiitzlich vergiitungspftichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgeset
zes.
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993
Softcover reprint of the hardcover 29th edition 1993
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Satz: Macmillan, Indien
68/3020/543210 -Gedruckt auf siiurefreiem Papier
Vorwort
Seit mehr als hundert lahren verfolgen die HOTTE-Taschenbiicher das Ziel, aufwichtigen Gebieten
der Technik ein zuverliissiges Nachschlagewerk fiir Praxis und Studium zu sein.
Der Bautechnik wurde erstmals in der 20. Auflage (1909) ein eigener Band gewidmet, der als
HOTTE III bekannt war und in der 28. Auflage (1956) bereits ca. 1600 Seiten umfaBte. Die
zahlreichen Fortschritte im Bauwesen sowie dessen technische und wirtschaftliche Bedeutung
fiihrten zu dem EntschluB, fiir die 29. Auflage ein mehrbiindiges Werk "HOTTE Bautechnik" zu
schaffen, das inzwischen an die Stelle des friiheren Bandes III getreten ist. Mit der Obernahme der
Buchreihe durch den Springer-Verlag wurde auch das in der Vergangenheit vie! verwendete
"Taschenbuch fiir Bauingenieure" von Schleicher in die Planungen der HOTTE Bautechnik
integriert.
Zum Inhalt und zur Zielsetzung des vorliegenden Bandes VI ist folgendes zu bemerken:
Der Teil Stahlbau behandelt im wesentlichen die Grundlagen der Bemessung und der Konstruk
tion im Stahlhochbau. Die bisher fiir die Anwendung wichtigen Normen des Stahlbaus sind durch
neue Ausgaben ersetzt worden. Mit den Grundnormen DIN 18800 Teil 1 bis 4 (1990) findet ein
Obergang zur konsequenten Bemessung nach Grenzzustiinden statt. Andererseits ist das bisherige
Bemessungskonzept nach zuliissigen Spannungen den Ingenieuren vertraut und wird fiir eine
Obergangszeit dane ben weiterhin angewendet werden. Daher sind beide Miiglichkeiten dargestellt,
so daB nach dem Obergang auf die Anwendung der neuen Grundnormen der Reihe DIN 18800
(1990) der kiinftige Obergang auf den Eurocode 3 wegen der groBen Ahnlichkeit der Prinzipien
leichtfallen wird. Oem wird auch durch die Obernahme der internationalen Bezeichnungen
Rechnung getragen.
Der Teil Verbundbau behandelt ein Gebiet, das dem Stahlbau in den letzten lahren zusiitzliche
Einsatzmiiglichkeiten gebracht hat. Hier finden die Vorteile der Baustoffe Stahl und Beton konse
quente Anwendung. Waren es zuniichst die Verbunddecken, so haben danach auch Verbundstiitzen
und Verbundtriiger ihren Anwendungsbereich erweitert. 1m Bereich der Normung ist hier noch kein
Obergang auf das neue Nachweiskonzept erfolgt, da auch die Stahlbetonnormen diesen Schritt noch
nicht vollzogen haben. Die Darstellung beschriinkt sich nicht auf die Anwendung der Grenzzu
stiinde, sondern bringt auch die Erfassung des zeitabhiingigen Verhaltens des Betons, das besonders
fUr den Briickenbau von Interesse ist. Die Erliiuterung von Konstruktionsprinzipien fUr den Brand
schutz und von fUr den Verbundbau entwickelten rechnerischen Brandschutznachweisen bringt eine
Ergiinzung zu den AusfUhrungen im Teil E, Kapitel 6, in Band V.
Die Beitriige Stahlbeton, Spannbeton und Anwendungen des Stahl-und Spannbetons behandeln
die Berechnung und Konstruktion von Massivbauwerken nach den derzeit noch giiltigen DIN
Vorschriften, wobei aber auch auf Neuerungen eingegangen wird, die bei der Einfiihrung des
Eurocode 2 zu erwarten sind. Es ist deshalb auch bewuBt die klassische Einteilung in Stahlbeton und
in Spannbeton beibehalten worden. Spiiter hingegen werden nach dem Eurocode 2 aile Stahl beton
konstruktionen, gleichgiiltig ob ohne oder mit Vorspannung, einheitlich zu behandeln sein.
In den Teilen Stahlbeton und Spannbeton werden Grundlagen und Bemessung knapp und
miiglichst praxisnah dargestellt. Zur weitergehenden Information hinsichtlich spezieller Probleme
ist die wichtigste Literatur genannt. Angaben zu den Baustoffen und Einzelheiten zur Schnitt
griiBenermittlung kiinnen den Biinden I und IV entnommen werden.
VI Vorwort
Der Teil Stahlbeton behandelt im wesentlichen die Querschnittbemessung fiir die verschiedenen
Beanspruchungen im Grenzzustand der Tragflihigkeit. Fiir Druckglieder wird auBer dem Ersatz
stabverfahren auch die genauere Berechnung nach der Theorie 2. Ordnung dargestellt. Den Ab
schluB bilden die unter der Gebrauchslast zu fiihrenden Nachweise.
1m Teil Spannbeton wird neben der Erzeugung der Vorspannung vor aHem die Schnitt
griiBenermittiung fUr die LastfliHe Vorspannung sowie Schwinden und Kriechen behandelt, wobei
auch auf die teilweise Vorspannung und die Vorspannung ohne Verbund eingegangen wird. Die
erforderlichen Nachweise fiir den Gebrauchs- und den Bruchzustand schlieBen sich an.
1m Teil Anwendungen des Stahl-und Spannbetons wird zunachst das Grundsatzliche zur Beweh
rung und Konstruktion iiblicher Bauelemente behandelt. Die folgenden Abschnitte behandeln
exemplarisch die wesentiichen Stahlbetonkonstruktionen des Hoch-, Industrie- und Briickenbaus,
aber auch bemerkenswerte Sonderkonstruktionen.
Besonderer Dank gilt den Autoren, die ihr fachliches Wissen und ihre didaktische Erfahrung
eingebracht und viel Verstandnis fiir die Wiinsche des Herausgebers und der Redaktion gezeigt
haben, insbesondere auch dafiir, daB sie bereit waren, ihre Beitrage - zum Teil mehrfach - zu
aktualisieren.
Berlin, im September 1992 Dr. rer. nat. Erich Cziesielski
Bandherausgeber
Dipl.-Ing. Ulrich Kluge
Redaktion der HOTIE-Taschenbiicher
Dr.-Ing. Werner Sommerfeld
Vorsitzender des Wissenschaftlichen Ausschusses
des Akademischen Vereins HOTIE e.V., Berlin
Inhalt
Teil G. Stahlbau
(J. Lindner)
1. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.1 Vorbemerkung ............... .
1.2 Kennzeichnende Eigenschaften von Stahlbauten 2
1.3 Der Werkstoff Stahl. . . . . . . . . . . . . . 4
2. Berechnung und Dimensionierung 5
2.1 Allgemeines............ 5
2.1.1 Brauchbarkeitsnachweise.. 5
2.1.2 Konzept der zuliissigen Spannungen. 5
2.1.3 Untersuchung von Grenzzustiinden . 6
2.1.4 Beispiel 1.1-1. Seitlich unverschieblicher Rahmen. 9
2.2 Elastische Beanspruchbarkeit 10
2.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 10
2.2.2 Normalspannungen. . . . . . . 11
2.2.3 Schubspannungen aus Querkraft 14
2.2.4 Spannung aus Torsion 16
2.2.5 Vergleichsspannungen. 19
2.3 Vorbemessung .... 20
2.4 Ermudungsfestigkeit. . 22
2.4.1 Dauerfestigkeit. 22
2.4.2 Betriebsfestigkeit 23
2.4.3 Nachweise fur Krane und Kranbahnen 25
2.5 Plastische Beanspruchbarkeit 26
2.5.1 Allgemeines . . . . . . . . 26
2.5.2 Plastisches Moment . . . . 28
2.5.3 Einflul3 von Normalkriiften 34
2.5.4 Einflul3 von Querkriiften 36
2.5.5 Mindestdicken. . . 38
3. Stabilitatsuntersuchungen . 38
3.1 Einfiihrung........ 38
3.2 Planmiil3ig zentrisch gedruckte Stiibe. 39
3.2.1 Begriffe......... 39
3.2.2 Verzweigungslasten NKi. 41
3.2.3 Verzweigungslasten NK . 43
VIII Iohal!
3.2.4 Traglast N oach Jezek . . . 43
Kr
3.2.5 Elastizitiitstheorie II. Ordnung 44
3.2.6 Nachweis nach DIN 4114. . . 46
3.2.7 Europiiische Knickspannungslinie . 50
3.2.8 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 51
3.3 Planmii13ig einachsige Biegung mit Normalkraft 57
3.3.1 Nachweis nach DIN 4114 ....... . 57
3.3.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 59
3.3.2.1 Nachweis der Tragsicherheit allgemein 59
3.3.2.2 Imperfektionsannahmen . . . . 59
3.3.2.3 Biegeknicken in der Lastebene . 61
3.4. Zweiachsige Biegung mit Normalkraft. . . . 63
3.4.1 Nachweis nach DIN 4114 ...... . 63
3.4.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 63
3.5 Systemstabilitiit. . . . . . . . . 63
3.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . 63
3.5.2 Nachweis nach DIN 4114 ....... . 63
3.5.3 Nachweis nach der Elastizitiitstheorie II.Ordnung 66
3.5.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 68
3.6 Elastisch gestiitzte Stiibe. . . . . . . . . 70
3.6.1 Statisch bestimmte Systeme . . . . 70
3.6.2 Federnd gestiitzte Durchlauftriiger. 71
3.6.3 Elastisch gebetteter Druckstab 72
3.7 Biegedrillknicken. . . . . . . . . . . . 72
3.7.1 Einleitung............ 72
3.7.2 Ideale Verzweigungslasten ......................... 73
3.7.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.7.2.2 Momenten- und Querlastbeanspruchung ohne Normalkriifte. 73
3.7.2.3 Normalkraftbeanspruchung . . . . . . . . 77
3.7.2.4 Biegedrillknicken mit gebundener Drehachse 79
3.7.3 Nachweis nach DIN 4114. . . . . . . . . . . 80
3.7.3.1 Normalkraftbeanspruchung . . . . . . 80
3.7.3.2 Momenten- und Querlastbeanspruchung 80
3.7.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 81
3.7.4.1 Normalkriifte allein . . . . . . 81
3.7.4.2 Momente und Querlasten allein . 82
3.7.4.3 Momente und Normalkriifte . . . 83
3.7.4.4 Planmii13ig zweiachsige Biegung und Normalkraft. 86
3.7.5 Konstruktive Ma13nahmen 88
3.7.5.1 Allgemeines . . . . 88
3.7.5.2 Mindeststeifigkeiten 89
3.8 Knicken von mehrteiligen Stiiben 90
3.8.1 Allgemeines . . . . . . . 90
3.8.2 Knicken rechtwinklig zur Stoffachse . 90
3.8.3 Knicken rechtwinklig zur stoftTreien Achse . 90
3.8.3.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . 90
3.8.3.2 Ideelle Schubsteifigkeit des Ersatzstabes. 92
3.8.3.3 Nachweis nach DIN 4114 ...... . 94
3.8.3.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) . 95
Inhalt IX
3.9 Beulen von Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.9.2 Ideale kritische Beulspannung nach der Elastizitiitstheorie 97
3.9.3 Grenzbeulspannung bei einachsiger Beanspruchung 99
3.9.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . 99
3.9.3.2 Nachweis nach DASt-Richtlinie 012 99
3.9.3.3 Berechnung nach DIN 18800 Teil 3 100
3.9.4 Mehrachsige Beanspruchungen . . . . . . 101
3.9.4.1 Nachweis nach DASt-Richtlinie 012 101
3.9.4.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 3 102
3.9.5 Sonderfragen. . . . . . . . . . . . 104
3.9.5.1 Beulen ausgesteifter Platten . 104
3.9.5.2 Erforderliche Beulsicherheiten 105
3.9.5.3 Knickstabiihnliches Verhalten 105
3.9.5.4 Wirksame Breite von versteiften Blechen 106
3.9.5.5 Beulknicken. . . . . . . . . 107
3.9.5.6 Uberkritisches Tragverhalten. 107
3.10 Schalenbeulen. . . . . . . . . . . . . . . 109
3.10.1 Allgemeines............ 109
3.10.2 Nachweis nach DASt-Richtlinie 013 110
3.10.3 Beispiel 3.10-1. Untersuchung des Normalbereiches eines Kalksilos. 111
3.10.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 4 112
4. Stabilisierungskrafte. . . . . . . . . . . 113
4.1 Allgemeines.... . . . . . . . . . . . 113
4.2 Aussteifung eines Druckstabes mit konstanter Normalkraft 113
4.3 Aussteifung eines Druckstabes mit veriinderlicher Normalkraft 116
4.4 AnschluBmomente bei der Aussteifung von Biegetriigern 116
5. Abtragung von Horizontallasten . . 117
5.1 Allgemeines............. 117
5.2 Art und GroBe von Horizontallasten. 117
5.3 Konstruktionselemente zur Abtragung von Horizontallasten 118
5.3.1 Grundsiitze fur die Anordnung von Aussteifungen 118
5.3.2 GeschoBbauten . 119
5.3.3 Hallen. . . . . . . . . 121
5.3.4 Brucken. . . . . . . . 122
5.4 Beanspruchung von Verbiinden 123
5.4.1 Beanspruchungen aus Querkriiften. 123
5.4.2 Zusatzbeanspruchung aus elastischer Zusammendruckung 124
6. Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.1 Allgemeines.... . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
6.2 Allgemeine Angaben zu Verbindungen mit Schrauben. 127
6.2.1 Schrauben.................. 127
6.2.2 Ausfuhrungsformen fur Schraubenverbindungen 128
6.2.3 Schraubenabstiinde. . . . . . . . . . . . . . 128
x (nhalt
6.3 Scher-Lochleibungsverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.3.1 Versagensarten und Tragfiihigkeit einer einzelnen Schraube. 129
6.3.2 Tragwirkung bei mehreren Schrauben hintereinander. 133
6.3.3 Triigerstii13e . . . . . . . . . 134
6.3.3.1 Anteilige Schnittgrii13en 134
6.3.3.2 Stegsto13 . . . . . 135
6.3.3.3 Stegblechliingssto13 . . 136
6.4 Zugverbindungen. . . . . . . . . . 136
6.5 Gleitfeste planmii13ig vorgespannte Verbindungen. 137
6.6 Biegesteife Kopfplattenanschliisse . . . . . . 139
6.7 Verbindungen mit Schwei13niihten ..... . 142
6.7.1 Schwei13vorgang und Schwei13verfahren 142
6.7.2 Einflu13 der Schwei13wiirme . 143
6.7.3 Priifung von Schwei13niihten ..... . 145
6.7.4 Gestaltungsgrundsiitze . . . . . . . . 145
6.7.5 Ma13e und Querschnittswerte von Schwei13niihten 146
6.7.6 Schwei13nahtspannungen . . . . . . . . . . 147
6.8 Zusammenwirken verschiedener Verbindungsmittel . 148
Literatur zu Teil G. Stahlbau . . . . . . . . . . . . . . . 148
Teil H. Verbundbau
(J. Lindner)
1. Einfiihrung . . . . . . . 151
1.1 Begriffsbestimmungen. 151
1.2 Briickenbau. 152
1.3 Hochbau. . . . . . . 153
2. Grenztragfahigkeit von Verbundtragern. 154
2.1 Allgemeines................ 154
2.2 Grenztragfiihigkeit von Stahlteilen. . . . . 154
2.3 Grenztragfiihigkeit von Betonquerschnitten. 156
2.4 Verbundtriiger . . . . . . . . . . . . . . 157
2.5 Beispiel zur Berechnung der Grenztragfiihigkeit. 161
3. Verbundsicherung. 164
3.1 Verbundmittel . 164
3.2 Diibelkriifte. . . 164
3.3 Diibeltragfiihigkeit 166
3.4 Teilweise Verdiibelung. 168
Inhalt XI
4. Beriicksichtigung des VerformungsverhaItens des Betons 171
4.1 Allgemeines.... . . . 171
4.2 Bezeichnungen ..... . 171
4.2.1 Materialkennwerte 171
4.2.2 Querschnittswerte. 172
4.2.2.1 Betonquerschnitt. 172
4.2.2.2 Stahlquerschnitt . 172
4.2.2.3 Verbundquerschnitt 173
4.2.2.4 Querschnittskennwerte . 173
4.2.3 SchnittgriiBen. . . . . . . . 174
4.2.3.1 GesamtschnittgriiBen. 174
4.2.3.2 TeilschnittgriiBen. 174
4.2.3.3 Hilfswerte 174
4.2.4 Spannungen . . . . . 174
4.2.5 Verformungen ..... 174
4.3 Formanderungen des Betons . 174
4.3.1 Elastische F ormanderungen 174
4.3.2 Plastische F ormanderungen 175
4.3.3 Zeitintervall. . . . . . . . 175
4.3.4 Berucksichtigung der Gesamtverformungen uber fiktive
Elastizitiitsmoduln. 177
4.4 VerteilungsgriiBen ............... . 178
4.4.1 Allgemeines................ 178
4.4.2 VerteilungsgriiBen fur kurzzeitige Belastung 178
4.4.3 VerteilungsgriiBen fUr langzeitige Belastung. 180
4.5 Verbundtragerberechnung iiber die Lasung von Differentialgleichungen 180
4.5.1 UmlagerungsgriiBen............... 180
4.5.2 UmlagerungsgriiBen fur konstante Einwirkungen . . . . . . . . 180
4.5.2.1 Differentialgleichungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 180
4.5.2.2 UmlagerungsgriiBen fUr den Sonderfall: nur Normalkriifte 182
4.5.2.3 UmlagerungsgriiBen fur ausschliel3liche Momentenbelastung bei
doppeltsymmetrischem Querschnitt . . . . . . . . . . . . . . 183
4.5.2.4 UmlagerungsgriiBen bei gleichzeitiger Einwirkung VOn Normalkraft
und Moment. . . . . . . . . . 183
4.5.2.5 Gesamtbeanspruchungen. . . . 183
4.5.2.6 GriiBe VOn Schwindspannungen. 184
4.5.3 UmlagerungsgriiBen aus SchnittgriiBen,
die sich affin zum Kriechen aufbauen . 184
4.5.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 184
4.5.3.2 Differentialgleichungen und ihre Liisungen 185
4.6 Verbundtriigerberechnung mit Hilfe fiktiver Elastizitatsmoduln. 185
4.6.1 Allgemeines...................... 185
4.6.2 Zeitlich konstante N ormalkraftbelastung. . . . . . . . 186
4.6.3 Zusammenstellung VOn Kriechbeiwerten fiir be1iebige Belastungsfalle 187
4.6.4 Spannungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
4.7 Vorspannung .......................... . 191
4.8 Beispiel einer Verbundbriicke, berechnet mit der Methode der fiktiven
Elastizitatsmoduln 192
