Table Of ContentWolfram Lohse
Jörg Laumann
Christian Wolf
Stahlbau 2
21. Auflage
Stahlbau 2
(cid:2) (cid:2)
Wolfram Lohse Jörg Laumann
Christian Wolf
Stahlbau 2
21., vollständig aktualisierte und
überarbeitete Auflage
WolframLohse
FB2Bauingenieurwesen
FHAachen
Aachen,Deutschland
JörgLaumann
FachgebietStahl-,Stahlverbund-undBrückenbau
FHAachen
Aachen,Deutschland
ChristianWolf
FakultätBauingenieurwesen
HochschulefürTechnikundWirtschaftDresden
Dresden,Deutschland
ISBN978-3-8348-1511-8 ISBN978-3-8348-2116-4(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-2116-4
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Lektorat:Dipl.-Ing.RalfHarms
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DieAnschriftderGesellschaftist:Abraham-Lincoln-Str.46,65189Wiesbaden,Germany
Vorwort zur 21. Auflage
Nach15JahrenerscheintnunmehrauchderzweiteTeildeszweibändigenWerkes„Stahl-
bau“ in stark überarbeiteter und erweiterter Fassung in der bereits 21. Auflage. Bei der
ÜberarbeitungwaresdasvorrangigeZiel,dieInhaltedenneuenErkenntnissenderTech-
nikanzupassen,diesichunterandereminden2012bauaufsichtlicheingeführtenEURO-
CODES wiederspiegeln. Diese sind nun – in jeweils aktueller Fassung – durchgängig
GrundlageallerAusführungendiesesBuches.So,wiedieNormunginIhremUmfangzu-
genommenhat,wurdenauchdieInhaltedesBucheszumTeilstarkerweitert,derbewährte
Aufbau aber weitgehend beibehalten. Neben der Anpassung an den aktuellen Stand der
Technik ging es den neu hinzugekommenenVerfassern, Prof. Laumann und Prof. Wolf,
bei der Überarbeitung vor allem auch darum, noch stärker als bisher die Prinzipien und
Methoden zu vermitteln und zu erläutern, die für das Verständnis und die Lösung von
baupraktischenProblemstellungennotwendigsind.IndiesemSinnehoffendieVerfasser,
dastraditionsreicheWerkfüreineerfolgreicheZukunftweiterentwickeltzuhaben.
In konsequenter Fortführung zu Band 1, welcher im letzten Kapitel mit dem Thema
„Träger“ endet, werden zu Beginn von Band 2 zunächst die geschweißten Vollwandträ-
gerbehandelt.DamitIhneni.d.R.einewirtschaftlicheOptimierungerreichtwerdensoll,
spieltdasThema„Plattenbeulen“einewichtigeRolle.InKap.2werdendahersowohldie
theoretischen Grundlagender „Beultheorie“als auch dieTragsicherheitsnachweisedazu
behandelt, die nach der Methode der mitwirkenden Breiten oder der reduzierten Span-
nungengeführtwerdenkönnen.Unter denVollwandträgern nehmendieKranbahnträger
infolgedersich häufigänderndenBeanspruchungeninfolgederbeweglichenKraneeine
besondereStellungein,weshalbdieseinKap.4gesondertundinallenDetailsbesprochen
werden. Wegen der Bedeutung des Verhaltens der Stähle bei dynamischer Beanspru-
chungistdem,auchfürdieKranbahnträgernwichtigen,Betriebsfestigkeitsnachweisdas
eigenständige Kap. 5 gewidmet, in dem auch auf die theoretischen Hintergründe der
einschlägigenRegelungeneingegangenwird.Für weitgespannteTragwerkeist derEin-
satz von Fachwerksystemen unerlässlich, die daher in Kap. 3 ausführlich besprochen
und erläutert werden. Neu hinzugekommen ist in diesem Zusammenhang auch ein Ab-
schnitt zur Verbandsbemessung mit der Ermittlung von Stabilisierungskräften, die für
eine wirtschaftliche Bemessung von Rahmenriegeln erforderlich sind. Die entsprechen-
den Biegedrillknicknachweise unter Ansatz verschiedenster Aussteifungskonstruktionen
V
VI Vorwortzur21.Auflage
sind insofern eine wichtige Ergänzungin Kap. 6 „Rahmentragwerke“, welches alle As-
pektederBemessungundderkonstruktivenDurchbildungberücksichtigt,wozuvorallem
auch die Rahmenecken in unterschiedlichen Varianten gehören. Es schließt sich Kap. 7
mitBetrachtungenundErläuterungenzurBemessungvon„kaltgeformten,dünnwandigen
Bauteilen“an,dieimHochbauinFormvonTrapezprofilensowiePfettenundWandriegeln
ihre regelmäßige Anwendung finden. Die Ausführungen zu den „Stahlverbundbauweise
im Hochbau“ in Kap. 8 bilden den Abschluss des Bandes. Neben den Verbundträgern
und Verbundstützen werden darin nun auch die wesentlichen Tragsicherheitsnachweise
fürVerbunddeckenbehandeltundanBeispielendemonstriert.
Die Verfasser danken dem Verlag für die vielfältige Unterstützung bei der Erstellung
des Manuskripts sowie Frau Dipl.-Ing. Schmidt von der HTW Dresden und den Mit-
arbeiterinnen und Mitarbeitern der FH Aachen, Frau Lenz und Herrn Hennes, für die
KorrekturlesungenundKontrollrechnungender Beispiele. UnserenFamilien dankenwir
fürdasVerständnisunddieUnterstützungbeiderErstellungdiesesWerkes.Eswürdedie
Verfassersehrfreuen,wenndieFachweltihrInteresseandiesemWerkdurchAnregungen
undHinweiseabermalsbekundet.
AachenundDresden JörgLaumann
Dezember2020 WolframLohse
ChristianWolf
Inhaltsverzeichnis
1 GeschweißteVollwandträger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Querschnittsformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Stegbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Gurtquerschnitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 BemessungundDimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.1 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3.2 Dimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.2.1 Stegblechhöheh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
w
1.3.2.2 Stegblechdicket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
w
1.3.2.3 GurtquerschnittA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
f
1.4 KonstruktiveDurchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.1 Trägerabstufungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.4.1.1 TrägerabstufungdurchaufgeschweißteGurtlamellen. . . 8
1.4.1.2 TrägerabstufungdurchDickenänderungindenGurten
und/oderGurtverbreiterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4.1.3 TrägerabstufungdurchHöhenänderung . . . . . . . . . . . 11
1.4.2 Stegblechaussteifungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.3 Stoßausbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.4 Sonderfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.4.1 Stegdurchbrüche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.4.2 AussteifunggegenBiegedrillknicken . . . . . . . . . . . . 18
1.5 BeispielgeschweißterVollwandträger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.5.1 Dimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5.1.1 Stegblechhöhe(vgl.Abschn.1.3.2.1) . . . . . . . . . . . . 21
1.5.1.2 Stegblechdicke(vgl.Abschn.1.3.2.2) . . . . . . . . . . . . 22
1.5.1.3 Gurtquerschnitte(vgl.Abschn.1.3.2.3) . . . . . . . . . . . 22
1.5.2 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.2.1 QuerschnittsklassifizierungundKennwerte. . . . . . . . . 22
1.5.2.2 NachweisderQuerschnittstragfähigkeit . . . . . . . . . . . 23
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
1.5.2.3 Biegedrillknicknachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.5.2.4 Gurtplattenabstufung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.5.2.5 Hals-undFlankenkehlnähte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.5.2.6 NachweisderEndquersteife . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.5.2.7 Gebrauchstauglichkeitsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . 28
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2 BeulenebenerRechteckplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2 DielineareBeultheorieundihreGültigkeitsgrenze . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.1 IdealeBeulspannungderebenenRechteckplattemit(cid:2) Dkonst. . 35
x
2.2.2 Beulspannungen (cid:2) , ((cid:2) ), (cid:3) bei beliebigen
x;cr y;cr cr
LagerungsbedingungenundSpannungsverteilungen . . . . . . . . 38
2.2.3 Tragverhalten ausgebeulter Platten oberhalb der idealen
Beulspannungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.2.4 RealeBeulspannungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.3 AusgesteifteBeulfelder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3.2 BeulwertelängsausgesteifterBlechfelder . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4 Schubverzerrungen–mittragendeBreite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5 Plattenbeulnachweis nach DIN EN 1993-1-5 mit der Methode
derreduziertenSpannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.2 DefinitionenundBegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5.3 GrenzbeulspannungenundNachweise . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.5.4 GrenzbeulspannungenbeiknickstabähnlichemVerhalten . . . . . 64
2.5.5 LängsausgesteifteBeulfelder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5.6 NachweisgegenSchubbeulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.5.7 NachweisderQuersteifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.5.8 HerstellungsungenauigkeitenundkonstruktiveForderungen . . . 75
2.6 Beispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.7 NachweismitderMethodedereffektivenBreite . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.7.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.7.2 DruckstäbeundBiegeträgermitdünnwandigenQuerschnitten . . 88
2.7.2.1 DerBegriffderwirksamenBreite. . . . . . . . . . . . . . . 88
2.7.2.2 BestimmungderwirksamenBreitenachEN1993-1-5 . . 91
2.7.2.3 LasteinleitungquerzurBauteilachse . . . . . . . . . . . . . 96
2.7.2.4 Tragsicherheitsnachweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.7.2.5 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.7.2.6 LängsausgesteifteBlechfelder . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Inhaltsverzeichnis IX
2.7.3 TrägermitschlankenStegenundQuersteifen . . . . . . . . . . . . . 108
2.7.3.1 Einführung,Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.7.3.2 Tragsicherheitsnachweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.7.3.3 Berechnungsbeispiel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
3 Fachwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
3.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
3.2 Fachwerksysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.2.1 Grundformen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
3.2.2 AnordnungderFüllstäbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.2.3 BeispielefürDachbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.2.4 SonderformenderFachwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3 Fachwerkstäbe–Kräfte,QuerschnittswahlundBemessung . . . . . . . . 130
3.3.1 ErmittlungderStabkräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3.1.2 StatischbestimmteFachwerke. . . . . . . . . . . . . . . . . 131
3.3.1.3 StatischunbestimmteFachwerke . . . . . . . . . . . . . . . 132
3.3.2 Stabquerschnitte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
3.3.2.1 Gurtstäbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3.2.2 Füllstäbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
3.3.3 BemessungderFachwerkstäbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.3.3.1 Zugstäbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.3.3.2 Druckstäbe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
3.3.4 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.3.4.1 Dachbinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
3.3.4.2 NebenbinderDachkonstruktionIndustriebau . . . . . . . . 144
3.4 Knotenpunkte und Anschlussdetails für Fachwerke
mitoffenenQuerschnitten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.4.1 Knotenpunkte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.4.1.1 KräfteimKnotenpunkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.4.1.2 Knotenbleche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3.4.1.3 StoßoderKnickeinesGurtesimKnotenpunkt. . . . . . . 151
3.4.2 KonstruktiveDurchbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
3.4.2.1 AllgemeineGrundsätze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
3.4.2.2 GeschweißteFachwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
3.4.2.3 Geschraubte(genietete)Fachwerke. . . . . . . . . . . . . . 158
3.4.2.4 GemischteBauweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.4.2.5 Überhöhung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
3.4.3 AuflagerundAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
3.4.3.1 AuflageraufmassivenWänden,StützenundKonsolen . 161
3.4.3.2 AnschlüsseanStahlstützen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
X Inhaltsverzeichnis
3.4.4 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
3.4.4.1 Dachbinder–FortsetzungAbschn.3.3.4.1 . . . . . . . . . 165
3.4.4.2 Nebenbinder–FortsetzungAbschn.3.3.4.2 . . . . . . . . 171
3.5 FachwerkeausHohlprofilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
3.5.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
3.5.2 NachweisezurGestaltfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
3.5.2.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
3.5.2.2 AllgemeineAnforderungenundRegeln . . . . . . . . . . . 175
3.5.2.3 AnschlüssevonKHP-StrebenanKHP-Gurtstäbe . . . . . 178
3.5.2.4 Anschlüsse von QHP- oder KHP-Streben
anQHP-Gurtstäbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
3.5.3 NachweisundAusführungderSchweißnähte. . . . . . . . . . . . . 180
3.5.4 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.5.4.1 Überlappter N-Knoten im Untergurt
einesFachwerkträgers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
3.5.4.2 K-KnotenmitSpaltimObergurteinesFachwerkträgers . 187
3.5.5 KonstruktiveDetailsundErgänzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.5.5.1 StößeundAnschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
3.5.5.2 AnschlüsseanKnotenbleche. . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
3.5.5.3 Auflagerungen,Bauteilanschlüsse . . . . . . . . . . . . . . 192
3.5.5.4 VerstärkteKnotenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 194
3.5.5.5 BiegesteifeKnotenverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 195
3.5.5.6 BesondereBauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
3.6 UnterspannteTräger. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
3.7 Verbände–ErmittlungvonStabilisierungskräften . . . . . . . . . . . . . . 199
3.7.1 Berechnungsmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.7.1.1 DruckstabmitkonstanterNormalkraft–
DINEN1993-1-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
3.7.1.2 DruckstabmitveränderlicherNormalkraft–Petersen . . 201
3.7.1.3 Vollwandträger mit durchschlagender
Biegebeanspruchung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
3.7.2 BerechnungsbeispielRahmenriegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
4 Kranbahnen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
4.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
4.2 Krane–EinteilungundBegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
4.3 Kranschienen–Formen,BefestigungundStöße . . . . . . . . . . . . . . . 218
4.4 Kranbahnträger,konstruktiveGestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
