2 Hallenbau. 2.1 Tragwerksentwurf. 2.1.1 Einführungsbeispiel

8/20/2019 2 Hallenbau. 2.1 Tragwerksentwurf. 2.1.1 Einführungsbeispiel

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2 Hallenbau

2.1 Tragwerksentwurf

2.1.1 Einführungsbeispiel

Grundaufgabe im Hallenbau ist die Schaffung einer Gebäudehülle über großen, mög-lichst stützenfreien Grundrissen. Die Aufgabe des Tragwerksplaners besteht in Ent-wurf und Bemessung eines Tragwerkes zur Weiterleitung aller auf diese Gebäudehüllewirkenden Lasten in den Baugrund. Im Hallenbau sind Schnee, Wind, Eigengewichtund eventuelle Lasten aus Kranbetrieb die maßgebenden Einwirkungen. Zur Abtra-gung der Lasten werden Tragwerks- bzw. Bauteile angeordnet. Dabei geht der Trag-werksplaner im Stahlhallenbau in der Regel von folgenden Lastfällen aus:

Schnee und Eigengewicht auf der Dachfläche (Lasten in z-Richtung gemäß

Bild 2.1), Wind auf den Längswänden (Lasten in y-Richtung gemäß Bild 2.1), Wind auf den Giebelwänden (Lasten in x-Richtung gemäß Bild 2.1).Das Tragwerk in Bild 2.1 soll als Einführungsbeispiel dienen, um eine Übersicht überdie erforderlichen Bauteile zu geben und die Zuordnung von Konstruktionsdetails ausden verschiedenen Abschnitten zum Thema Hallenbau zu zeigen. Randbedingungenfür den Tragwerksentwurf des Einführungsbeispieles sind:

Hallenlänge: 30 m Hallenbreite: 20 m Traufhöhe: 6 m Dachneigung: 3°Um eine Erweiterungsmöglichkeit vorzusehen, werden auch in den GiebelwändenRahmen angeordnet. Dach- und Wandkonstruktionen werden ohne Pfetten und ohneWandriegel ausgeführt. Die Ergebnisse der Bauteilwahl für die einschiffige Lagerhallegemäß Bild 2.1 sind in Tabelle 2.1 zusammengestellt. Angegeben wird auch das je-weils der Berechnung der einzelnen Bauteile zugrunde gelegte statische System (Ein-feldträger, Durchlaufträger, Rahmen, Fachwerk). Der Werkstoff für die gewähltenProfile ist Stahl S 235.

DOI 10.1007/978-3-8348-8634-7_ 2, © Vieweg+Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden 2012

R. Kindmann, M. Krahwinkel., Stahl- und Verbundkonstruktionen


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2.1 Tragwerksentwurf 31

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Bild 2.1 Räumliches Tragwerk und ebene Teilsysteme einer einschiffigen Halle


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2 2 Hallenbau

2Tabelle 2.1 Bauteile und konstruktive Ausführung zum Einführungsbeispiel

aus Bild 2.1

Bauteil, statisches System Ausführung

Zweigelenkrahmen: Abstand: 5 m

Riegel: IPE 360

Stiel: HEA 300

Voutenlänge: 2 m

Voute: Bild 2.39

Rahmenecke: Bild 2.43

Stegverstärkung: Bild 2.48

Firstpunkt: Bild 2.54

Fußpunkt: Bild 2.91

Dachdeckung:Dreifeldträger

Einschaliges Stahltrapezprofildach mit Wärmedäm-mung und oberseitiger Dichtungsbahn

Trapezprofil: 135 / 0,88, siehe Tabelle 2.10 bisTabelle 2.13

Dachquerschnitt: Bild 2.9

Dachverband:Fachwerkeinfeldträger mitdruckweichen Diagonalen

Gurte: Rahmenriegel

Pfosten: Rohre 88,9 x 3,2

Diagonalen: Rundstahl Ø 20

Konstruktion: Bild 2.123 Verbindung der Rahmenrie-

gel in der Dachebene Zugstangen: Rundstahl Ø 16 in den Achsen der

Dachverbandspfosten

alternativ: Rohre 88,9 x 3,2

Wandverkleidung:Einfeldträger

Porenbetonplatten: d = 20 cmliegend von Rahmenstiel zu Rahmenstiel gespannt

Konstruktion: Bild 2.104

Wandverbände:Fachwerkkragträger mitdruckweichen Diagonalen

Gurte: Rahmenstiele

Pfosten: Rohre 88,9 x 3,2

Diagonalen: Rundstahl Ø 20

Konstruktion: Bild 2.129

Giebelwandstützen:Einfeldträger

Profil: HEA 180

Anordnung: Bild 2.107

Kopfpunkt: Bild 2.110 und Bild 2.111

Fußpunkt: Bild 2.87

Die räumliche Tragstruktur kann häufig in ebene, orthogonal angeordnete Teilsystemezerlegt werden. Dabei ist jedoch die wechselseitige Beeinflussung der verschiedenenTeiltragwerke zu beachten. In den Abschnitten 2.1.2 bis 2.1.4 wird die Vorgehenswei-


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2se exemplarisch für die einschiffige Lagerhalle aus Bild 2.1 erläutert. Gegenüber dergewählten Lösung in Tabelle 2.1 werden auch Varianten, wie z.B. Hallen mit Pfettenund Wandriegeln, betrachtet. Explosionszeichnungen veranschaulichen die gedankli-che Trennung der orthogonal angeordneten Tragwerke. Die genannte Modellierung ist

häufig zulässig, wenn das jeweils lastabnehmende Bauteil im Verhältnis zum lastbrin-genden Bauteil so steif ist, dass es als festes Auflager angesehen werden kann, oderwenn das lastbringende Bauteil statisch bestimmt auf dem lastabnehmenden Bauteilaufgelagert ist. Systeme, die die vorgenannten Bedingungen nicht erfüllen, erforderngenauere Untersuchungen als räumliches Tragwerk. Pfetten und Dachbinder mit annä-hernd gleichen Stützweiten sind dann beispielsweise nicht mehr getrennt voneinanderzu berechnen, sondern als Trägerrost. In vielen Fällen ist es ausreichend, die mögli-chen Grenzfälle zu untersuchen (unnachgiebige Lagerung, maximale Nachgiebigkeit).

2.1.2 Abtragung der VertikallastenBis vor einigen Jahren waren Dächer mit Pfetten die Regelausführung. In jüngster Zeitsetzen sich in der Baupraxis vermehrt Dachkonstruktionen ohne Pfetten durch. Tabel-le 2.2 enthält eine Übersicht für die Tragglieder bei üblichen Stahlhallen.

Tabelle 2.2 Tragglieder für Vertikallasten bei üblichen Stahlhallen

Hallen mit Pfetten Hallen ohne Pfetten

Trapezprofile: – Tragrichtung: quer – Spannweite: 1,5 bis 4 m – Höhe: 35 bis 85 mm – „nacktes Blech“ möglich

Trapezprofile: – Tragrichtung: längs – Spannweite: 5 bis 7 m – Höhe: 100 bis 165 mm – Dachabdichtung wegen

Entwässerung erforderlich

Pfetten: – Tragrichtung: längs – Abstand: 1,5 bis 4 m – Spannweite: 5 bis 8 m

Zweigelenkrahmen: – Tragrichtung: quer – Spannweite: 10 bis 30 m

Hallen ohne Pfetten

Pfettenlose Dächer wie in Bild 2.2 werden überwiegend mit Binder- bzw. Rahmen-abständen von 5 bis 7 m realisiert. Häufig sind die Achsabstände kleiner als 6 m. DieDachhaut spannt in Hallenlängsrichtung und belastet die Binder durch Streckenlasten.Bild 2.2 zeigt die prinzipielle Abtragung der Vertikallasten (hier: g + s) durch dielängsorientierten Trapezprofile, siehe auch Tabelle 2.2.


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Bild 2.2 Abtragung der Vertikallasten durch die Dachdeckung bei Hallenohne Pfetten

Hallen mit Pfetten

Bei Pfettendächern gemäß Bild 2.3 spannt die Dachhaut in Hallenquerrichtung, wasder Gefällerichtung für die Entwässerung entspricht. Übliche Pfettenabstände sind 1,5 bis 4 m. Die Stützweite der Pfetten und damit die Binderabstände liegen zwischen 5und 8 m. In Bild 2.3 ist die prinzipielle Abtragung der Vertikallasten auf die Rahmen-riegel skizziert.

Neben Vollwandprofilen kommen insbesondere bei großen Spannweiten auch Fach-werkbinder zur Ausführung. Die Einzellasten aus den Pfetten werden dann möglichstin die Obergurtknotenpunkte der Fachwerkbinder eingeleitet, woraus eine Abhängig-keit zwischen den Pfettenabständen und der Füllstabgeometrie der Fachwerkbinderresultiert.


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Bild 2.3 Abtragung der Vertikallasten bei Hallen mit Pfetten

Dachschub

In Bild 2.2 und Bild 2.3 wird die prinzipielle Abtragung der Vertikallasten bei Hallenmit und ohne Pfetten skizziert. Zusätzlich ist zu beachten, dass aufgrund der vorhan-denen Dachneigung in Hallenquerrichtung infolge von vertikalen Lasten Lastkompo-nenten senkrecht zur Dachneigung und in Richtung der Dachneigung auftreten. DieKomponente senkrecht zur Dachneigung wird in der Regel direkt von den Stahltra-

pezprofilen und ggf. den Pfetten übertragen. Die Komponente in Richtung der Dach-neigung wird als Dachschub bezeichnet. Auf die Abtragung des Dachschubes wird inAbschnitt 2.3.5 näher eingegangen, siehe auch Bild 2.27.


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22.1.3 Abtragung der Horizontallasten in Hallenquerrichtung

Es werden Seitenwände mit und ohne Wandriegel betrachtet. Tabelle 2.3 enthält eineÜbersicht für die Tragglieder bei üblichen Stahlhallen.

Tabelle 2.3 Tragglieder für Horizontallasten in Querrichtung bei üblichenStahlhallen

Hallen mit Wandriegeln Hallen ohne Wandriegel

Wandverkleidung: – Trapezprofile oder Sandwichelemente – Tragrichtung: vertikal – Spannweite: 3 bis 5 m

Wandverkleidung: – Kassettenprofile oder Porenbetonplatten – Tragrichtung: horizontal – Spannweite: 5 bis 7 m

Wandriegel: – Tragrichtung: horizontal – Abstand: 3 bis 5 m – Spannweite: 5 bis 8 m

Zweigelenkrahmen: – Tragrichtung: vertikal – Rahmenhöhe: 4 bis 10 m

Hallen ohne Wandriegel

Die Wandverkleidung spannt in diesem Fall horizontal von Stütze zu Stütze. ÜblicheWandaufbauten bestehen dabei aus Stahlkassettenprofilen oder Porenbetonwandplat-ten. Die Horizontallasten in den Binderachsen werden durch Rahmenwirkung(Bild 2.4) oder alternativ durch eingespannte Stützen in den Baugrund geleitet.

Bild 2.4 Abtragung der Horizontallasten in Hallenquerrichtung bei Hallenohne Wandriegel


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2Hallen mit Wandriegeln

Die Wandverkleidung spannt in diesem Fall vertikal von Wandriegel zu Wandriegel.Übliche Wandaufbauten bestehen aus Stahltrapezprofilen oder Sandwichelementen,

wobei die vertikale Spannrichtung Schmutzablagerungen und Regenwasseransamm-lungen in den Profilrippen verhindert. In Bild 2.5 erkennt man, dass die Horizontallas-ten nicht gleichmäßig auf der Stützenhöhe angreifen, sondern als Einzellasten amStützenkopf und an Zwischenpunkten als Auflagerkräfte der Wandriegel auf das Quer-tragsystem (Zweigelenkrahmen) wirken.

Bild 2.5 Abtragung der Horizontallasten in Hallenquerrichtung bei Hallenmit Wandriegeln

2.1.4 Abtragung der Horizontallasten in Hallenlängsrichtung

In Tabelle 2.4 sind die Tragglieder bei üblichen Stahlhallen aufgeführt, die zur Abtra-gung der Horizontallasten in Hallenlängsrichtung dienen.

Tabelle 2.4 Tragglieder für Horizontallasten in Längsrichtung bei üblichenStahlhallen

Giebelwandstützen – Tragrichtung: vertikal – Abstand: 3 bis 6 m – Spannweite: 4 bis 10 m (Firsthöhe)

Dachverband – Tragrichtung: horizontal – Spannweite: 10 bis 30 m (Hallenbreite)

Wandverbände in den Seitenwänden – Tragrichtung: vertikal – Höhe: 4 bis 10 m (Traufhöhe)

Analog zu den Ausführungen in Abschnitt 2.1.3 kommen auch hier Konstruktionen

mit und ohne Giebelwandriegel zur Ausführung. Die zugehörige Lastabtragung derWindlasten durch Giebelwandstützen, Dachverband und Wandverbände ist in Bild 2.6und Bild 2.7 dargestellt.


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2Die Giebelwandstützen belasten in ihren Fußpunkten direkt die Fundamente. An denKopfpunkten werden die Windlasten in die Pfosten des Dachverbandes abgesetzt,dessen Auflager wiederum durch Wandverbände in den Seitenwänden gebildet wer-den.

Die Gurte des Dachverbandes werden durch die zwei, das Verbandsfeld begrenzendenBinder gebildet. Wenn zur Abtragung der Vertikallasten eine Konstruktion mit Pfettengewählt wird, können diese in den Verbandsfeldern zusätzlich als Pfosten des Dach-verbandes genutzt werden. Es sind dann lediglich die (druckweichen) Verbandsdiago-nalen als zusätzliche Bauteile zu ergänzen. Werden keine Pfetten angeordnet, odersollen die Pfetten normalkraftfrei bleiben, sind außerdem gesonderte Druckstäbe zwi-schen den Bindern erforderlich.

Bild 2.6 Abtragung der Horizontallasten in Hallenlängsrichtung bei Hallenohne Wandriegel


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Bild 2.7 Abtragung der Horizontallasten in Hallenlängsrichtung bei Hallenmit Wandriegeln

Die Gurte der Wandverbände werden durch die Stützen gebildet. Die Ausfachungerfolgt vorwiegend durch druckweiche Verbandsdiagonalen. Für niedrige Hallen, de-ren Traufhöhe den Achsabstand der Binder nicht wesentlich übersteigt, genügt überdie Höhe ein aussteifendes Kreuz. Die Diagonalen werden ungefähr im statisch güns-tigen Winkel von 45° eingebaut. Für höhere Hallen werden entsprechend mehr Ver- bandskreuze mit zwischengeschalteten Druckriegeln ausgeführt.


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22.2 Dacheindeckung

2.2.1 Übersicht

Tabelle 2.5 gibt eine Übersicht über die wichtigsten Dachdeckungen im Stahlhallen- bau. In der Baupraxis ist eine Tendenz zu möglichst geringen Dachneigungen festzu-stellen.

Tabelle 2.5 Übliche Dachdeckungen im Stahlhallenbau

Dachdeckung übliche Dachneigung übliche Stützweite

Faserzementwellplattennach DIN EN 494

10 bis 20° i. d. R. ca. 1,15 m

zwischen Pfetten

Einschaliges ungedämmtesStahltrapezprofildach

7 bis 15° 2 bis 3 mzwischen Pfetten

Einschaliges gedämmtesStahltrapezprofildach mit

Abdichtung

2 bis 5°

2 bis 3 mzwischen Pfetten

oder

5 bis 7 mzwischen Rahmenriegeln

Zweischaliges gedämmtesStahltrapezprofildach

7 bis 15°

Zweischaliges gedämmtesund belüftetesStahltrapezprofildach

10 bis 20°

PUR-Sandwichelemente 7 bis 15° 3 bis 5 mzwischen Pfetten

Porenbetonplatten mit Ab-dichtung

2 bis 5° 5 bis 6 mzwischen Rahmenriegeln

Im Stahlhallenbau werden eine Vielzahl von Dachkonstruktionen ausgeführt. Aus-wahlkriterien sind Wirtschaftlichkeit, Tragfähigkeit, Bauphysik (Wärme-, Feuchte-,Schall- und Brandschutz), Dauerhaftigkeit und architektonische Wirkung. Der letztge-nannte Aspekt entfällt häufig bei Flachdachkonstruktionen, da diese in der Regel hin-ter einer umlaufenden Attika nicht sichtbar für den Betrachter der Halle sind. BeiDachkonstruktionen mit Attika ist es wichtig, Durchbrüche in der Attika als Notüber-läufe für Starkregenereignisse vorzusehen, um eine Überlastung des Dachtragwerkesinfolge Belastung durch Regenwasser zu verhindern.


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2.2 Dacheindeckung 41

22.2.2 Stahltrapezprofildächer

Für den Stahlhallenbau sind Dächer mit Stahltrapezprofilen als tragende Bauteile dieRegelausführung. Die üblichen Stahltrapezprofile werden in Tafeln mit folgenden

Abmessungen geliefert: Bauhöhe der Querschnitte: 35–165 mm, Tafelbreite: 1035–750 mm (je nach Querschnittstyp),

Lieferlänge: 18–24 m (zu beachten ist die maximale Länge von 18 m für den Stra-ßentransport ohne Sondergenehmigung).

Die Bemessung und Konstruktion von Stahltrapezprofilen regelt aktuell noch DIN18807 (06.87) Teile 1 bis 3 [13] unter Beachtung der „Anpassungsrichtlinie Stahlbau“

(10.98) mit Ergänzung (12.01) und die „Grundsätze für den Nachweis der Standsi-cherheit von Stahltrapezprofilen“ (09.89). In Zukunft, voraussichtlich ab Juli 2012,wird die Bemessung von Stahltrapezprofilen auf der Basis von DIN EN 1993-1-3„EC3 Teil 1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformte dünnwandige Bauteile und Ble-che“ [24] erfolgen.

Bild 2.8 aus DIN 18807 Teil 1 zeigt beispielhaft eine Dachkonstruktion mit Stahltra- pezprofilen.

Bild 2.8 Dachkonstruktion mit Stahltrapezprofilen


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2Als Mindestblechdicke fordert DIN 18807 Teil 3 für tragende Dachschalent = 0,75 mm. Üblich sind jedoch in der Baupraxis Trapezprofile mit Blechdickent 0,88 mm, da sie bei der Montage besser zu verlegen sind. Sofern statisch und kon-struktiv möglich, wird t = 0,88 mm gewählt und die erforderliche Tragfähigkeit durch

Profile mit ausreichender Bauhöhe gewährleistet. Für die Trapezprofiltafeln ist feuer-verzinktes Blech der Stahlsorte S 320 GD + Z nach DIN EN 10147 zu verwenden. Fürden Korrosionsschutz gilt DIN 18807 Teil 1, Abschnitt 3.3.5 in Verbindung mitDIN 55928 Teil 8.

Für die Standsicherheitsnachweise von Stahltrapezprofilen können Prüfbescheide und Belastungstabellen für die verschiedenen Querschnittstypen bei den Herstellernangefordert werden. Die Tragfähigkeitswerte in den Prüfbescheiden sind keinezulässigen Beanspruchungsgrößen, da sie die Sicherheitsbeiwerte nicht enthalten. Mitden Tragfähigkeitswerten in den Prüfbescheiden sind die Nachweise der Gebrauchs-und Tragfähigkeit nach DIN 18807 Teil 3, Abschnitt 3.3.3 in Verbindung mit derAnpassungsrichtlinie Stahlbau für die Genehmigungsstatik zu führen. Für Entwurf undVorbemessung stellen die Hersteller von Stahltrapezprofilen zusätzlichBelastungstabellen für Ein-, Zwei- und Dreifeldträger unter Flächenlast zurVerfügung. Die Verwendung dieser Belastungstabellen ersetzt jedoch nicht diestatischen Nachweise auf der Basis der Tragfähigkeitswerte in den Prüfbescheiden.

Übliche Stützweiten für Stahltrapezprofile als Pfettenkonstruktionen betragen 1,5 bis4 m. Meistens werden Pfettenabstände zwischen 2 und 3 m ausgeführt. Die Höhen derStahltrapezprofile liegen dann etwa zwischen 35 und 85 mm. Tabelle 2.6 und Tabel-le 2.7 zeigen die Tragfähigkeitswerte aus dem Prüfbescheid für ein typisches Stahl-trapezprofil für Pfettenkonstruktionen. Tabelle 2.8 und Tabelle 2.9 enthalten die zuge-hörigen Belastungstabellen für Entwurf und Vorbemessung. Übliche Stützweiten fürStahltrapezprofile als Binderkonstruktionen betragen 5 bis 7 m. Die zugehörigen Hö-hen der Stahltrapezprofile liegen dann zwischen 100 und 165 mm. Tabelle 2.10 undTabelle 2.11 zeigen die Tragfähigkeitswerte aus dem Prüfbescheid für ein typischesStahltrapezprofil für Binderkonstruktionen. Tabelle 2.12 und Tabelle 2.13 enthaltendie zugehörigen Belastungstabellen für Entwurf und Vorbemessung.


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2Tabelle 2.6 Auszug aus Prüfbescheid zu Stahltrapezprofil Typ T50.1


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2Tabelle 2.8 Auszug aus Belastungstabellen zu Stahltrapezprofil Typ T50.1


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22.2.2.1 Nicht belüftetes Dach

Das nicht belüftete, wärmegedämmte, so genannte „Warmdach“ bildet für großflächi-ge Hallen mit geringer Dachneigung die am häufigsten angewandte Form des Stahl-

trapezprofildaches. Bei dieser Art des Daches können Stahltrapezprofile entweder imDachgefälle von Pfette zu Pfette oder quer dazu von Binder zu Binder gespannt wer-den. Dabei wird unmittelbar auf die Stahltrapezprofile als tragende Elemente eineWärmedämmung und darauf eine Dachhaut verlegt. Besteht die Dachhaut aus Dich-tungsbahnen, so sind Durchbiegungen der Stahltrapezprofile auf 1/300 der Stützweitezu begrenzen. Bei Dächern mit Metalldeckung sind Durchbiegungen von 1/150 derStützweite der Stahltrapezprofile zulässig.

Das einschalige Stahltrapezprofildach mit Wärmedämmschicht aus trittfestem Hart-schaum oder Mineralfasern und Polymerbitumen- oder Kunststoffbahnen als wasser-führender oberer Abdichtung kann mit minimalen Dachneigungen von etwa 3° ausge-

führt werden. Bild 2.9 zeigt diesen Typus für pfettenlose Konstruktionen. In Bild 2.10ist er für Dächer mit Pfetten dargestellt. Übliche Schichtenabfolgen des Dachquer-schnitts sind von innen nach außen:

1. Unterschale

2. Dampfsperre oder Luftsperre

3. Wärmedämmung

4. Abdichtung

Bild 2.9 Einschaliges gedämmtes Stahltrapezprofildach für Dächer ohne Pfetten


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Bild 2.10 Einschaliges gedämmtes Stahltrapezprofildach für Dächer mit Pfetten

1. Unterschalen sind tragende und raumabschließende Elemente aus Stahltrapezprofi-len gemäß DIN 18807, die mit der Unterkonstruktion aus Pfetten oder Bindern dasDachtragwerk bilden.

2. Dampfsperren sind Schichten der Dachkonstruktion, die dem Feuchtetransportinfolge Wasserdampfdiffusion einen geplanten Widerstand entgegensetzen. Luft- sperren verhindern eine Durchfeuchtung der Dämmschicht durch Konvektion, in-dem sie die Luftströmung blockieren. Beide Schichttypen werden üblicherweise alsFolien an der Innenseite der Wärmedämmschicht angeordnet.

3. Wärmedämmungen übernehmen den Wärmeschutz. Sie bestehen bei einschaligen

Dächern meistens aus Kunststoffhartschäumen oder Mineralfasermatten, bei zwei-schaligen Dächern in der Regel aus Mineralfasermatten. Die Bemessung erfolgtgemäß der vorgesehenen Nutzung des Gebäudes unter Berücksichtigung der Min-destanforderungen von DIN 4108 Teil 2 (07.03) „Wärmeschutz und Energie-Einsparung in Gebäuden“ und der Anforderungen, die sich aus der „Energieein-sparverordnung 2009“ und der DIN V 18599 „Energetische Bewertung vonGebäuden – Berechnung des Nutz-, End- und Primärenergiebedarfs für Heizung,Kühlung, Lüftung, Trinkwasser und Beleuchtung“ für Nichtwohngebäude ergeben.

4. Die Abdichtung als oberste Schicht bildet die Wetterhaut des Daches. Dichtungs- bahnen aus Polymerbitumen (in der Regel mehrere Lagen) können heiß aufgeklebt

werden. Die Dämmstoffplatten weisen bei Verwendung solcher Bahnen eine ober-seitige Kaschierung auf, die während des Klebevorganges als Wärmeschild für dennicht hitzebeständigen Hartschaum dient. Dichtungsbahnen aus Kunststoff (in derRegel eine Lage) müssen mechanisch befestigt werden. Dies geschieht meist mit


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2Befestigungsschrauben, die durch die Wärmedämmung hindurch in die Stahltra- pezprofilobergurte gebohrt werden. Die Anordnung der Befestigungsschrauben er-folgt im Überlappungsbereich am Längsrand zwischen zwei benachbarten Bahnen,so dass die Schrauben den Längsrand der unteren Bahn fixieren und der Schrau-

benkopf durch den Längsrand der oberen Bahn überdeckt wird. Der Überlappungs- bereich zweier benachbarter Bahnen wird nach dem Anbringen der Schrauben ver-schweißt und damit abgedichtet.

Für Flachdächer mit Dachneigungen kleiner als 7° werden Polymerbitumenbahn-Konstruktionen den zweischaligen Dächern mit Metalldeckung aufgrund der größerenDichtigkeit und Wirtschaftlichkeit vorgezogen. Sie stellen damit den Regelfall imStahlhallenbau dar. Bei der Planung solcher Dachkonstruktionen sind die DIN 18531(11.05) „Dachabdichtungen – Abdichtungen für nicht genutzte Dächer“ und die„Richtlinien für die Planung und Ausführung von Dächern mit Abdichtungen – Flach-

dachrichtlinien“ Ausgabe (10.08) des Zentralverbandes des deutschen Dachdecker-handwerkes [34] zu beachten.

Das zweischalige Dach mit Trapezprofil als wasserführende Schale erfordert gemäßDIN 18807 Dachneigungen von mindestens 3°, bei Vorhandensein von Querstößenoder Durchbrüchen von mindestens 5°. Üblich für diesen Dachtyp sind Dachneigun-gen von etwa 10°, um die Dichtigkeit der Dachhaut zu gewährleisten. Bild 2.11 undBild 2.12 zeigen den Dachaufbau für Konstruktionen mit und ohne Pfetten. Bei demDach ohne Pfetten gemäß Bild 2.11 ist zu beachten, dass das Z-förmige Distanzprofildiagonal verlegt werden muss, da es nicht gleichzeitig rechtwinklig zur wasserablei-tenden Oberschale und rechtwinklig zur tragenden Unterschale angeordnet werden

kann.

Bild 2.11 Zweischaliges gedämmtes Stahltrapezprofildach für Dächer ohne Pfetten


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Bild 2.12 Zweischaliges gedämmtes Stahltrapezprofildach für Dächer mit Pfetten

Übliche Schichtenabfolgen des Dachquerschnittes sind von innen nach außengemäß [81]:

1. Unterschale

2. Dampfsperre oder Luftsperre

3. Wärmedämmung mit Distanzkonstruktion

4. Schutzbahn

5. Oberschale

Zu 1. und 2. siehe Erläuterungen zum einschaligen Stahltrapezprofildach.

3. Distanzkonstruktionen sind die Verbindung zwischen Unter- und Oberschale, ab-gestimmt auf die Dicke der Wärmedämmung. Sie bestehen aus Z- oder hut-förmigen Metallprofilen, Holzlatten oder besonderen Spezialhaltern und dienen derLastübertragung von der Ober- auf die Unterschale. Der Abstand der Profile richtetsich nach den statisch möglichen Stützweiten der Oberschale. Er ist außerdem sozu wählen, dass Zuschnittarbeit bei der Wärmedämmung möglichst gering ist.


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24. Schutzbahnen sind geeignet, die Wärmedämmung zusätzlich vor dem an der Unter-

seite der Oberschale auftretenden Tauwasser, Treib- und Stauwasser sowie Flug-schnee zu schützen. Sie werden parallel zur Traufe verlegt, sind auf ca. 3 m Breiteauszuführen und müssen aus wasserdichtem, aber dampfdurchlässigem Material

bestehen. Im übrigen Dachbereich ist im Normalfall keine Schutzbahn erforderlich.5. Oberschalen sind Dachdeckungen aus metallischen Trapez-, Well-, Falz- oder

Klemmprofilen. Als Werkstoffe kommen Aluminium-, Kupfer- oder Stahlblechezum Einsatz. Die verschiedenen Oberschalentypen für zweischalige Stahltra- pezprofildächer ermöglichen eine gewisse architektonische Vielfalt. Einige Varian-ten mit Trapez-, Well-, Falz- und Klemmprofilen sind in Bild 2.13 dargestellt.

Falzprofile haben meistens einen trogförmigen Querschnitt, bei dem häufig derebene Gurt durch ein oder mehrere flache Sicken versteift wird. Die Profile werdenüber spezielle Halter auf der tragenden Unterschale, der Unterkonstruktion oderden Distanzprofilen mittels selbstbohrender Schrauben oder Blindnieten befestigt.Die kontinuierliche Längsverbindung der Profile untereinander erfolgt in Falztech-nik, mit gleichzeitiger Einfalzung der Halter. Die Mindestdachneigung für die häu-fig verwendeten Falzprofile mit dem Handelsnamen „Kalzip“ beträgt 3°.

Klemmprofile haben in Längsrichtung meist trapezähnliche Rippen. Die Befesti-gung erfolgt auf den Distanzprofilen oder direkt auf den Profilen der Unterschaleüber besondere Klemmleisten, die mittels selbstbohrender Schrauben oder Blind-nieten befestigt sind. Untereinander werden die Profile in der Regel nicht verbun-den, da durch ihre Geometrie ein Formschluss sichergestellt wird.

Bild 2.13 Oberschalen für zweischalige Dächer


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22.2.2.2 Belüftetes Dach

Das einschalige, ungedämmte Trapezprofildach (Bild 2.14) ist die einfachste Form des„Kaltdaches“. Es besteht aus Stahltrapezprofilen, die im Gefälle des Daches von Pfette

zu Pfette gespannt sind und so die wasserführende Schale des Daches bilden. Um einEindringen von Niederschlagswasser an Quer- und Längsstößen der Trapezprofiltafelnzu verhindern, muss die Dachneigung mindestens 5° betragen.

Bild 2.14 Einschaliges ungedämmtes Stahltrapezprofildach

Einen weiteren „Kaltdachtyp“ zeigt Bild 2.15. Das belüftete, zweischalige, wärmege-dämmte Dach mit Trapezprofil als wasserführende Schale erfordert ebenfalls Dach-neigungen von mindestens 5°. Günstiger für die Hinterlüftung der Oberschale sind jedoch Dachneigungen von über 15°. Die Ausführung des zweischaligen, belüfteten„Kaltdaches“ kann analog zu den nicht belüfteten „Warmdächern“ sowohl mit alsauch ohne Pfetten erfolgen.

Bild 2.15 Zweischaliges gedämmtes und belüftetes Stahltrapezprofildach fürDächer ohne Pfetten


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22.2.2.3 Belichtung

Zur Belichtung von Flachdächern mit Dichtungsbahnen werden zumeist Lichtkuppeln aus Kunststoff verwendet, die mit Aufsetzkranz in die Dachhaut eingebaut werden. Da

diese Öffnungen das statische System der Stahltrapezprofile unterbrechen, muss dieLastabtragung durch statische Auswechslungen gewährleistet werden. Zur Auswechs-lung von Öffnungen mit Kantenlängen über 300 mm werden häufig C-förmige Kalt- profile als statische Längs- und Querwechsel und Holzbohlen als umlaufende Aufla-gerkonstruktion für den Aufsetzkranz der Lichtkuppel angeordnet. KonstruktiveEinzelheiten können [81] entnommen werden.

Großflächige Lichtbänder in Dächern mit Metalldeckung werden mit profilierten Ta-feln aus glasfaserverstärktem Polyester, Acrylglas oder PVC realisiert. Die Quer-schnittsgeometrie muss dabei auf die Trapezprofile der übrigen Dachfläche abge-stimmt werden. Die Montage der Lichtplatten erfolgt analog unter Beachtung der Her-

stellerangaben. Aufgrund ihrer geringeren Tragfähigkeit benötigen die Lichtprofile inder Regel eine engere Pfettenteilung als die Stahltrapezprofile.

Bei Flachdächern kommen auch verstärkt verglaste Lichtbänder mit Metallrahmenzum Einsatz. Die Querschnittsform dieser Lichtbänder kann dabei sowohl dreieckigmit beliebiger Neigung der beiden Schrägen als auch gewölbt sein. Häufig können dievon den Bauaufsichtsbehörden geforderten Rauch- und Wärmeabzugsanlagen alsKomplettlösung integriert werden.

2.2.2.4 Verbindung der Profiltafeln

Als wasserführende Oberschale werden Trapezprofile in „ Negativlage“ (breiter Tra- pezprofilgurt unten) verlegt. Die Überdeckung am Längsstoß erfolgt damit am Ober-gurt der Trapezprofile außerhalb der Wasserebene (siehe Bild 2.14). Eine Abdichtungder Stöße von wasserführenden Trapezprofilen ist für Längsstöße bei Dachneigungen 8° und für Querstöße bei Dachneigungen 15° erforderlich. Tragende Unterschalenwerden in „ Positivlage“ (breiter Trapezprofilgurt oben) verlegt mit der Längsstoß-überdeckung am Untergurt der Trapezprofile, auf der Unterkonstruktion.

Für Längsstöße verwendet man Blindniete in vorgebohrten Löchern oder selbstboh-rende Schrauben. In der Praxis haben sich selbstbohrende Schrauben durchgesetzt, da

ihre Montage mit Elektroschraubern nur einen Arbeitsgang erfordert. Die Tragfähig-keit dieser Verbindungsmittel wird durch bauaufsichtliche Zulassungen geregelt. Zah-lenangaben für die aufnehmbaren Kräfte findet man in [82] oder Herstellerbroschüren.Beispiele für übliche Verbindungsmittel sind in Bild 2.16 dargestellt. Tabelle 2.14zeigt die Tragfähigkeitstabelle einer typischen selbstbohrenden Schraube als Auszugaus einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung.

Anforderungen an die Verbindung der Profiltafeln untereinander sind in DIN 18807Teil 3 (06.87) geregelt. Die Querstoßausbildung erfolgt beim gelenkigen Stoß mit ca.150 mm Überdeckungslänge, beim biegesteifen Stoß mit ca. 10% der Trapezpro-filstützweite. Biegesteife Stöße sind nur im Auflagerbereich zulässig. Sie werden z.B.

erforderlich, wenn beim Verlegen der Profiltafeln ein Einzelfeld übrigbleibt, auf derübrigen Dachfläche aber Durchlaufträger bemessen und ausgebildet werden.


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8 2 Hallenbau

2

Bild 2.16 Verbindungsmittel für Stahltrapezprofile untereinander und zur Befesti-gung auf der Unterkonstruktion aus Kaltprofilena) Blindniete Ø 4,8 oder 5,0 mm

b) Selbstbohrende Schraube Ø 4,22; 4,8; 5,5 oder 6,3 mm

2.2.2.5 Befestigung an der Unterkonstruktion

Für die End- und Zwischenauflager von Stahltrapezprofilen sind Mindestauflagerbrei-ten vorgeschrieben, weil die zulässigen Schnittgrößen der unterschiedlichen Profileauch von der vorhandenen Auflagerbreite der Unterkonstruktion abhängen. Die Min-destauflagerbreite in Profilrichtung beträgt in der Regel bei Ein- und Mehrfeldträgernam Endauflager 40 mm und bei Mehrfeldträgern bzw. auskragenden Profilen am Zwi-schenauflager 60 mm.

Parallel zur Spannrichtung der Trapezprofile ist der Rand der Verlegefläche zusätzlichauszusteifen, entweder durch eine Unterkonstruktion oder durch Randversteifungs-winkel. An ihren Enden, also auch an den Querstößen, werden die Trapezprofile in jedem an der Unterkonstruktion anliegenden Gurt, an den Zwischenauflagern mindes-tens in jedem zweiten Gurt befestigt. Siehe dazu auch Bild 2.8. Minimale und maxi-male Abstände der Befestigungselemente regelt DIN 18807 Teil 3 (06.87).

Als Befestigungsmittel für Unterkonstruktionen aus Baustahl werden gewindefur-chende Schrauben in vorgebohrten Löchern oder Setzbolzen verwendet. Analog zuden selbstbohrenden Schrauben für die Verbindung der Profiltafeln untereinander

haben sich Setzbolzen in der Praxis weitestgehend durchgesetzt, da die Montage mitBolzenschussgeräten nur einen Arbeitsgang erfordert. Setzbolzen eignen sich nur fürdie Befestigung auf Unterkonstruktionen mit einer Materialdicke von 6 mm undkönnen damit nicht zur Befestigung von Stahltrapezprofilen auf Kaltprofilpfetten ver-wendet werden. Für diesen Fall werden die Verbindungsmittel aus Bild 2.16 gewählt.Vorsicht ist bei Setzbolzen und Unterkonstruktionen aus S 355 geboten. Die hoheMaterialfestigkeit begrenzt die mögliche Bauteildicke der Unterkonstruktion aufgrunddes großen Eindringwiderstandes für den Setzbolzen. Die einzuhaltenden Grenzwertesind den bauaufsichtlichen Zulassungen der einzelnen Setzbolzentypen zu entnehmen.Angaben zur Tragfähigkeit von gewindefurchenden Schrauben und Setzbolzen findetman in [82] oder Herstellerbroschüren. Beispiele für übliche Befestigungsmittel sindin Bild 2.17 dargestellt. Tabelle 2.15 zeigt die Tragfähigkeitstabelle eines typischenSetzbolzen als Auszug aus einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung.


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2Tabelle 2.14 Auszug Prüfbescheid selbstbohrende Schraube

HILTI S-MS01Z 4,8 x 20


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0 2 Hallenbau

2

Bild 2.17 Verbindungsmittel zur Befestigung von Stahltrapezprofilen auf derUnterkonstruktion aus Baustahl

Tabelle 2.15 Auszug Prüfbescheid Setzbolzen HILTI ENP 2-21 L 15

Setzbolzen:Hilti ENP 2-21 L 15

Setzgerät:Hilti DX 650

Schubkolben:65/NP 2

Werkstoff – Setzbolzen:

Ck67 vergütet+ verzinkt

– Rondellen:St2 k 40 verzinkt

B a u t e i l I

B l e c

h d i c k e

i n m m

f e u

e r v e r z

i n k t e s

S t a h l b l e c

h

S

t E 2 8 0 o

d e r

S t E 3 2 0

z u

l ä s s

i g e

B e

f e s

t i g u n g s

t y p e n

Befestigungs-typen

kN kN

0,63 a,b,c,d 2,00 2,05

0,75 a,b,c,d 2,35 3,15

0,88 a,b,c,d 2,70 3,60

1,00 a,b,c,d 3,00 4,00

1,13 a,b,c,d 3,50 4,40

1,25 a,b,c,d 4,00 4,40

1,50 a 4,30 4,40

1,75 a 4,30 4,402,00 a 4,30 4,40

2,50 a 4,30 4,40

Bauteil II: S 235 Jxx oder S 355 Jxx nach DIN EN 10 025 Dicke 6 mm

Bei kombinierter Beanspruchung, d. h. gleichzeitiger Wirkung von Quer- und Zugkräften re-duzierten sich die zulässigen Kräfte auf:

Q ZQ,red Z,red

2 2Q Q

Z ZQ Z Z Q

zul F zul Fzul F ; zul F

zul F FF zul F1 1F zul F F zul F


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22.2.2.6 Schubfeldkonstruktionen

Stahltrapezprofildächer können nicht nur Vertikallasten aufnehmen, sie sind auch zurAufnahme und Weiterleitung von Horizontallasten in ihrer Fläche geeignet. Diese

Eigenschaft wird als Schubfeldwirkung bezeichnet. Voraussetzung ist die Anordnungder Befestigungsmittel in dichten Abständen an den Längsrändern und in jeder Profil-rippe an den Querrändern, um eine ausreichend schubsteife Scheibe aus Stahltra- pezprofilen und Randträgern zu bilden.

Da für die Ausbildung eines Schubfeldes umlaufende Randträger erforderlich sind,werden Schubfelder fast ausschließlich in pfettenlosen Dächern ausgeführt, bei wel-chen die Randträger in Hallenquerrichtung durch die Rahmenriegel und in Hallen-längsrichtung durch Traufprofile gebildet werden. Die Höhenkote der Traufprofi-lobergurte wird zwecks Verbindung mit der Stahltrapezprofilscheibe identisch mit derHöhenkote der Rahmenriegelobergurte an der Traufe gewählt. Bei Dächern mit Pfet-

ten ergibt sich das Problem, dass als Randträger in Hallenlängsrichtung zwar die Pfet-ten genutzt werden können, in Hallenquerrichtung aber zusätzliche schubübertragendeVerbindungsbleche zwischen Stahltrapezprofil und Rahmenriegeln als Randträger inHallenquerrichtung erforderlich sind, da die Stahltrapezprofile aufgrund der vorhan-denen Pfetten nicht direkt mit den Rahmenriegeln verbunden werden können.

2.2.3 Sandwich-Querschnitte

Alternativ zum wärmegedämmten Stahltrapezprofildach werden fertige Sandwich-

Elemente geliefert, die aus Stahlblech-Außenschalen und einem Kern aus Po-lyurethan-Hartschaum bestehen. Außenschalen und Schaumkern sind schubfestmiteinander verbunden, wodurch eine hohe Steifigkeit bei gleichzeitig geringemRaumgewicht realisiert wird. Mit trapezprofilförmigen Außenschalen, wie in Bild 2.18gezeigt, sind solche Sandwich-Elemente in der Lage, größere Spannweiten zu über- brücken. Die Profilierung der wasserführenden Oberschale erfordert die Ausführungdieser sogenannten „Iso-“ oder „Thermodächer“ als Pfettenkonstruktion. Die Bemes-sung von Sandwich-Elementen ist durch herstellergebundene bauaufsichtliche Zulas-sungen geregelt. Belastungstabellen mit zulässigen Stützweiten können bei den Her-stellern bezogen werden. Tabelle 2.16 zeigt ein Beispiel. Übliche Stützweiten liegen inAbhängigkeit von Querschnitt und statischem System zwischen 3 und 5 m. Als Dach-neigung sind ohne Querstoß der Sandwich-Elemente mindestens 3° erforderlich. Beisehr breiten Hallen mit erforderlichen Querstößen erhöht sich dieser Wert aufmindestens 5°.


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2 2 Hallenbau

2

Bild 2.18 Dacheindeckung mit Sandwich-Elementen

Tabelle 2.16 Belastungstabelle zu Sandwich-Element FischerTHERM DL 70


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22.2.4 Porenbetonplatten

Bild 2.19 zeigt die Dacheindeckung mit bewehrten Porenbetonplatten und bituminöserDichtungsbahn. Porenbetondachplatten eignen sich zur Direktverlegung auf den Bin-

derobergurten, auf denen sie mittels Flachstahllaschen und durchgesteckten Rundstäh-len verankert werden. Die Fugen können mit einer Nut- und Feder-Verbindung, miteiner Vergussnut oder auch mit einer Kombination aus beiden Verbindungstechnikenausgestattet sein. Zur Abdichtung erhalten die Dachplatten in der Regel einen Bitu-menvoranstrich, auf den eine bituminöse Dichtungsbahn aufgeklebt wird.

Bild 2.19 Dacheindeckung mit Porenbetonplatten

Bewehrte Porenbetondachplatten werden in Rohdichteklassen von 0,40 mit Eigenlas-ten von 5,2 kN/m3 bis Rohdichteklassen von 0,70 mit Eigenlasten von 8,4 kN/m3 undPlattendicken von 100 bis 300 mm gefertigt. Die maximalen Abmessungen liegen bei7500 mm Länge und 750 mm Breite.

Die Bemessung der Porenbetonplatten erfolgt nach DIN 4223 (12.03) „Vorgefertigte

bewehrte Bauteile aus dampfgehärteten Porenbeton“ und herstellerbezogenen Zulas-sungsbescheiden. Man unterscheidet Festigkeitsklassen von 2,2 bis 4,4. Als minimaleAuflagertiefe auf Stahlträgern fordert DIN 4223 in Abhängigkeit von der Stützweiteder Dachplatten L/80 50 mm. Als Mindestplattendicke werden für die 5 m lange


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2Platte 17,5 cm und die 6 m lange Platte 20 cm empfohlen. Tabelle 2.17 zeigt eine Ta- belle aus dem „Porenbetonhandbuch“ [78] als Beispiel für maximale Stützweiten vonPorenbeton-Dachplatten P 4,4-0,55 F90 für Flachdächer. Die maximalen Stützweitensind selbstverständlich in [m] angegeben (nicht in [mm]).

Tabelle 2.17 Maximale Stützweiten von Porenbeton-DachplattenP 4,4-0,55 F90 aus [78]

Die Ausführung von Auskragungen ist bis zu 1,50 m möglich. Einzelheiten der Be-wehrung, Herstellung und Ausführung sind statisch nachzuweisen. Bis zu einer freienKragarmlänge kleiner als die doppelte Plattendicke können Auskragungen, z. B. alsDachüberstände, ohne statischen Nachweis ausgeführt werden.

Einzelne Öffnungen bzw. Durchbrüche bis zu einem Durchmesser von 150 mm sindzulässig, wenn der Plattenquerschnitt dadurch um nicht mehr als 25 % vermindert

wird. Für den verbleibenden Plattenquerschnitt muss die Standsicherheit gesondertnachgewiesen werden. Bei größeren Öffnungen in der Dachfläche werden Auswechs-lungen erforderlich. Sie werden bei ausreichender Tragfähigkeit der benachbartenPlatten so ausgeführt, dass die Lasten auf diese abgeleitet werden. Besteht diese Mög-lichkeit nicht, werden Wechselrahmen eingesetzt.

In der Regel erweisen sich Bewegungsfugen in der Dachfläche von Porenbetondä-chern als nicht notwendig. Die Längenänderung der raumseitigen Oberfläche ist imWesentlichen von der Raumtemperatur abhängig und entsprechend gering. Tempera-turerhöhungen auf der Außenseite führen in erster Linie zu leichten Verwölbungen inden Platten. Thermisch bedingte Schubauswirkungen an den Auflagerstellen, wie sie

bei massiven Betondächern auftreten können, sind bei Porenbeton-Dachplatten übli-cher Länge aus der Praxis nicht bekannt und nicht zu befürchten. Bewegungsfugen inder Unterkonstruktion sind aber unbedingt in der Dachfläche fortzuführen. Falls dasEigengewicht der Dachplatten nicht ausreicht, um ein Abheben durch Windkräfte zuverhindern, sind sie mit der Unterkonstruktion zu verbinden. Ein Verschieben derPlatten untereinander ist wegen des Fugenvergusses und/oder der Nut-Feder-Verbindung im Allgemeinen nicht möglich. Verankerungen mit der Unterkonstrukti-on, z. B. durch Flachstahllaschen und Rundstahlbügel, sind auch erforderlich, wenneine Dachscheibenausbildung erfolgt oder eine Kippaussteifung der Binder notwendigist. Weitergehende Informationen, auch zu konstruktiven Einzelheiten, enthält das„Porenbetonhandbuch“ [78].


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2.3 Pfetten 65

22.3 Pfetten

2.3.1 Allgemeines

Dachkonstruktionen werden häufig ohne Pfetten ausgeführt. Bei Dächern mit Pfettenwerden diese in der Regel parallel zur Firstlinie angeordnet und senkrecht zur Dach-neigung auf den Binderobergurten befestigt.

Sie werden als tragende Elemente der Dachkonstruktion erforderlich, wenn die Dach-haut nicht von Binder zu Binder in Hallenlängsrichtung spannt, sondern in geringerenAbständen in Hallenquerrichtung unterstützt werden soll. Je nach zulässiger Stützwei-te der Hüllelemente werden Pfettenabstände zwischen 1 und 4 m ausgeführt. Um Bie-gebeanspruchungen im Obergurt von Fachwerkträgern zu vermeiden, sollen die Pfet-ten möglichst in den Fachwerkknoten angeordnet werden. Die Spannweite der Pfettenist vom Achsabstand der Unterkonstruktion abhängig und beträgt üblicherweise 5 bis8 m.

Neben den Vertikallasten können auch Horizontallasten weitergeleitet werden. AlsDachverbandspfosten oder Verbindungsstäbe zum Anschluss gedrückter Binderober-gurte an Dachverbände erhalten die Pfetten Normalkräfte zusätzlich zur planmäßigenBiegebeanspruchung.

2.3.2 Holzpfetten

Holzpfetten werden überwiegend aus Nadelholz Festigkeitsklasse C24 mit Rechteck-querschnitt gefertigt. Bild 2.20 zeigt die übliche Ausführung als Koppelpfetten. DieEinzelpfetten werden dabei über den Bindern gekoppelt, so dass im Bereich derStützmomente der doppelte Querschnitt im Vergleich zum Bereich der kleinerenFeldmomente zur Verfügung steht. Die Koppelung der Einzelpfetten wirkt sich für dieBemessung nur auf die Tragfähigkeit aus, die Ermittlung der Schnittgrößen erfolgt füreine konstante Biegesteifigkeit. Die erforderliche Überkoppelungslänge beträgt zu beiden Seiten des Auflagers jeweils 10 % der Pfettenstützweite. Nur im ersten Innen-feld von Durchlaufträgern beträgt sie am Auflager zum benachbarten Endfeld 17 %

der Pfettenstützweite. Für die Koppelung der Einzelpfetten miteinander sind Nägeloder Dübel besonderer Bauart üblich. Die Überkoppelungslänge ist dabei das Maßvom Auflager bis zum theoretischen Schwerpunkt der Nagelgruppe bzw. bis zum Dü- bel besonderer Bauart. Die Befestigung auf den Stahlbindern erfolgt mit aufge-schweißten Laschen oder aufgeschraubten Winkeln mit horizontal durchgestecktenBolzen. Alternativ werden auch Bolzen durch senkrechte Löcher in den Holzpfettengesteckt und direkt mit dem Binderobergurt verschraubt. Stahltrapezprofile könnenauf den Pfetten mit verzinkten Holzschrauben befestigt und damit gegen Abhebengesichert werden. Weitere Einzelheiten zur Bemessung und Konstruktion von Holz- pfetten sind in DIN 1052 (12.08) und dem NA zu DIN EN 1995-1-1 (12.10) geregelt

und können der einschlägigen Fachliteratur für den Holzbau z. B. Colling [50], [51]entnommen werden.


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6 2 Hallenbau

2

Bild 2.20 Holzpfetten als Koppelpfetten


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2.3 Pfetten 67

22.3.3 Walzprofilpfetten

Für Walzprofilpfetten werden in der Regel IPE-Profile verwendet, da sie für einachsi-ge Biegebeanspruchung besonders wirtschaftlich sind. Für große Lasten und Druck-

kräfte aus Dachverbandswirkung werden jedoch auch HEA- oder HEB-Profile ge-wählt.

Bild 2.21 IPE-Pfetten als Durchlaufträger

Bild 2.21 zeigt die Ausführung von IPE-Pfetten als Durchlaufträger. Biegesteife Pfet-tenstöße werden mit Stirnplatten oder mit geschraubten Flachstahl- oder U-Profil-Laschen im Bereich der Momentennullpunkte realisiert. Die Befestigung der Pfettenauf den Bindern erfolgt meistens durch Pfettenschuhe aus abgekanteten Flacheisen.


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2Für die IPE-Reihe können typisierte Pfettenstöße und Pfettenschuhe aus [145] ent-nommen werden. Stahltrapezprofile werden auf den IPE-Pfetten mit Setzbolzen odergewindefurchenden Schrauben befestigt, siehe Bild 2.17.

Die Auflagerung von Pfetten auf Rohrquerschnitten kann, wie in Bild 2.22 gezeigt,erfolgen. Für Walzprofilpfetten ist es vorteilhaft, ein flach liegendes U-Profil auf denRohrquerschnitt des Binders aufzuschweißen und die Verschraubung durch den ent-stehenden, zugänglichen Hohlraum auszuführen.

Bild 2.22 Auflagerung von IPE-Pfetten auf Rohrquerschnitten

2.3.4 Kaltprofilpfetten

In Bild 2.23 sind verschiedene Typen von Kaltprofilpfetten dargestellt. Durch Abkan-ten oder Kaltwalzen von dünnwandigen Blechen mit t = 1,5–4,0 mm kann eine Viel-zahl von Querschnitten hergestellt werden. Üblich sind Z-, Zeta- und Sigma-Pfetten.

Tabelle 2.18 gibt beispielhaft einen Überblick über die Geometrie der Z-Pfetten derFirma SCHRAG.

Die Bemessung der dünnwandigen Kaltprofilpfetten kann aktuell noch nach DASt-Richtlinie 016 (06.88) erfolgen. In Zukunft, voraussichtlich ab Juli 2012, wird dieBemessung von Kaltprofilpfetten, wie die Bemessung von Stahltrapezprofilen, auf derBasis von DIN EN 1993-1-3 „EC3 Teil 1-3: Ergänzende Regeln für kaltgeformtedünnwandige Bauteile und Bleche“ [24] erfolgen.

Da die erforderliche, iterative Ermittlung mitwirkender Querschnittsteile für Hand-rechnungen sehr aufwendig ist, stellen die Hersteller von Kaltprofilpfetten Belastungs-tabellen für die von ihnen produzierten Querschnittstypen zur Verfügung. Die ange-gebenen Tragfähigkeiten basieren dabei jedoch häufig auf Versuchsergebnissen. Bau-aufsichtliche Zulassungen regeln die Anwendung.


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2.3 Pfetten 69

2

Bild 2.23 Kaltprofilpfetten

Als statisches System wird in der Regel ein Durchlaufträger gewählt. An den Stoßstel-len kann die Durchlaufwirkung bei den meisten Querschnitten durch „Ineinander-schieben“ der Pfetten und Verbindung der beiden Stege hergestellt werden. DieseLösung entspricht dem Konstruktionsprinzip von Holzpfetten, wenn sie als Koppel- pfetten ausgeführt werden. Alternativ können auch Laschenstöße vorgesehen werden,wobei die Laschen, als Zubehörteile aus dünnwandigem Stahlblech, dem jeweiligenPfettenquerschnitt angepasst sind. Beispiele für biegesteife Stöße von Kaltprofilpfet-ten sind in Bild 2.24 dargestellt. Bild 2.25 zeigt die Anordnung von Z-Pfetten alsKoppelträgersystem. Tabelle 2.19 ist die zugehörige Belastungstabelle für ein ProfilZ220 der Firma SCHRAG.


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2Tabelle 2.18 Geometrie Z-Pfetten Firma SCHRAG

[http://www.schrag-kantprofile.de]


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2.3 Pfetten 71

2

Bild 2.24 Biegesteife Stöße von Kaltprofilpfetten

Bild 2.25 Z-Pfetten als Koppelträgersystem[http://www.schrag-kantprofile.de]

Auflagerung einer durchlaufendenPfette aus kaltgeformten Z-Profil

Auflagerung einer durchlaufendenPfette aus kaltgeformtenSonderprofil


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2 2 Hallenbau

2Tabelle 2.19 Belastungstabelle Z-Pfette Z220 (Koppelträgersystem)

Firma SCHRAG [http://www.schrag-kantprofile.de]


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2.3 Pfetten 73

2Die Befestigung der Pfetten auf den Stahlbindern erfolgt mit aufgeschweißten Flach-stahllaschen oder mit speziell der Querschnittsform angepassten Pfettenschuhen, dieals Zubehörteile ebenfalls bei den Herstellern von Kaltprofilpfetten geordert werdenkönnen. Stahltrapezprofile werden auf den Kaltprofilpfetten mit selbstbohrenden

Schrauben oder Blindnieten befestigt und damit gegen Abheben gesichert, sieheBild 2.16. Die Auflagerung von Z-Pfetten auf Rohrquerschnitten kann wie inBild 2.26 gezeigt erfolgen, indem der Pfettensteg mit aufgeschweißten Flachstahlla-schen verschraubt wird.

Bild 2.26 Auflagerung von Z-Pfetten auf Rohrquerschnitten

2.3.5 Dachschub

In Abschnitt 2.1.2 „Abtragung der Vertikallasten“ wurde bereits erwähnt, dass beiDächern mit Dachneigungen in Hallenquerrichtung Lastkomponenten senkrecht zur

Dachebene und in der Dachebene auftreten. Die Aufteilung von Vertikallasten qv in q und q ist in Bild 2.27 skizziert. Die Komponente q wird als „Dachschub“ bezeich-net.

Zur Abtragung des Dachschubes gibt es verschiedene Möglichkeiten, die durch eineentsprechende Ausbildung der Dachkonstruktion realisiert werden müssen. Dabeikann prinzipiell in zwei Lastabtragungsmodelle unterschieden werden:

Lastabtragung zu den benachbarten Rahmenriegeln

Lastabtragung zum First und (teilweise) Ausgleich der auftretendenBeanspruchungen


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4 2 Hallenbau

2

Bild 2.27 Dachschub q und Lastkomponente q senkrecht zur Dachebene

Lastabtragung zu den Rahmenriegeln

In der Baupraxis werden mehrere Varianten ausgeführt. Beim Pfettendach ist die Ab-tragung des Dachschubes über die Pfetten eine bewährte Lösung. Da die Pfetten dannLasten infolge q und q aufnehmen müssen, werden sie auf zweiachsige Biegung

beansprucht. Dies ist insbesondere für Kaltprofilpfetten eine ungünstige Beanspru-chung, da sie in der Regel für ihre schwache Achse nur geringe Tragfähigkeiten auf-weisen. Kaltprofilpfetten werden daher häufig, wie in Bild 2.28 dargestellt, mit Zug- stangen abgehängt, die im Bereich des Firstes zu den Rahmenriegeln geführt werden.Bei der konstruktiven Ausbildung gemäß Bild 2.28 werden die Pfetten durch die Zug-stangen in den Drittelspunkten seitlich gestützt und entsprechend bemessen. Bei derBemessung der Pfetten ist zusätzlich die Lage der Hauptachsen zu berücksichtigen,die bei unsymmetrischen Querschnitten (z. B. Z-Profilen) nicht mit den Richtungenvon q und q übereinstimmen muss.

In der aktuellen Bemessungspraxis ist die Tendenz festzustellen, die Pfetten nur für

einachsige Biegung infolge q zu bemessen und den Dachschub über andere Bauteileabzutragen. Dazu wird häufig der gesamte Dachschub einer Dachhälfte gegen eineverstärkte Traufpfette abgestützt. Bei Ausführung von IPE-Pfetten und geringenDachneigungen kann dies z. B. ein HEB-Profil gleicher Höhe sein, bei der Ausfüh-rung von Kaltprofilpfetten werden dann entsprechend tragfähigere C-förmige Trauf- profile verwendet.

Bei Leichtbauhallen wird auch häufig ein örtlicher Dachverband entlang der Traufeausgeführt, der den Dachschub aufnehmen kann. In weiteren Varianten werden dieDachdeckung oder Teile davon zur Abtragung des Dachschubes herangezogen. Beider Verwendung von Stahltrapezprofilen als Dachdeckung können Schubfelder ausge-

bildet werden. Da dann aber umlaufende Randträger an allen vier Rändern erforderlichsind, ist diese Lösung bei Pfettendächern unüblich.


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2.3 Pfetten 75

2

Bild 2.28 Pfettenverhängung mit schrägen Zugstangen am First


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2Lastabtragung zum First und Ausgleich von Kräften

Bei symmetrischen Dächern mit symmetrischer Vertikalbelastung tritt in beidenDachhälften der gleiche Dachschub auf, welcher jedoch in unterschiedlichen Richtun-

gen wirkt (Bild 2.27: beide nach außen). Man kann daher die Kräfte bis zum Firstleiten und dort gegenseitig „kurzschließen“. Eine übliche Lösung ist die in Bild 2.29dargestellte Pfettenverhängung mit Koppelung am First. Dabei bleibt zwar die Biege- beanspruchung der Pfetten um die schwache Achse erhalten, die Stützweite wird je-doch für die schwache Achse durch die Zugstangen reduziert.

Bild 2.29 Pfettenverhängung mit Koppelung am First


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2.3 Pfetten 77

2Für symmetrische Dächer ist die Firstkoppelung der Trapezprofile häufig die wirt-schaftlichste Maßnahme zur Aufnahme des Dachschubes. Bei der Lösung gemäßBild 2.30 muss der Dachschub einer Dachhälfte über entsprechend dimensionierteVerbindungsmittel in die zugehörige Firstpfette eingeleitet werden, welche dann mit

der Firstpfette der anderen Dachhälfte verbunden wird. Die Verbindungskonstruktionder beiden Firstpfetten kann einfach aus zwei vertikalen und einem horizontalen Win-kelprofil geschweißt werden, wobei die vertikalen Winkel auf der Baustelle mit denPfettenstegen verschraubt werden. Bild 2.31 zeigt eine Variante zur Firstkoppelungder Trapezprofile. Bei dieser Lösung kann der Dachschub mit dem Firstprofil zumSchließen des Spaltes in der Firstlinie „kurzgeschlossen“ werden. Querschnitt undVerbindungsmittel des Firstprofiles sind bei dieser Konstruktion für die Aufnahme desDachschubes nachzuweisen

Bild 2.30 Dachschubkoppelung mit Firstpfettenverbindung

Bild 2.31 Dachschubkoppelung mit Firstblech oder Firstkappe


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8 2 Hallenbau

22.4 Vollwandrahmen

2.4.1 Baustatische Systeme und Querschnitte

Rahmen für einschiffige Hallen können als Dreigelenkrahmen, Zweigelenkrahmenoder mit eingespannten Stielfüßen ausgebildet werden. Tabelle 2.20 erläutert Vor- und Nachteile der drei Systeme bei gleichen Hallenabmessungen.

Tabelle 2.20 Vor- und Nachteile verschiedener Rahmen

+ günstigungünstig

Dreigelenkrahmen Zweigelenkrahmen Rahmen mit einge-

spannten Stielfüßen

Stahlverbrauch(Biegemomenten-verteilung)

Fundament-abmessungen

(Horizontalschub)

Kranbetrieb(Seitensteifigkeit)

Besondere Vorteile

statisch bestimmt unempfindlich ge-

genüber Stützensenkungen

wirtschaftlichste Vari-ante bei Betrachtungder Gesamtkosten fürStahlprofile, Funda-mente und Anschlüsse

verformungsarm besonders geeignet

für große Horizon-tallasten aus Kran-betrieb

BesondereNachteile

Aufwand für First-gelenk und Abdich-tung der Dachfuge;große vertikale undhorizontale Verfor-mungen unter V- undH-Lasten

große horizontaleVerformungen unterH-Lasten

Aufwand für Fußein-spannung Köcherfundamente

Am häufigsten wird der Zweigelenkrahmen ausgeführt, da er unter Berücksichtigungder Kosten für die Gründungsmaßnahmen in den meisten Anwendungsfällen die wirt-

schaftlichste Lösung ist. Rahmen mit eingespannten Stielfüßen werden fast aus-schließlich in Hallen mit Kranbetrieb eingesetzt, um die Kopfpunktverschiebungender Rahmenstiele gering zu halten. Dreigelenkrahmen sind typische Tragwerke desIngenieurholzbaus in Brettschichtholzbauweise, im Stahlbau werden sie in der Regel


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2.4 Vollwandrahmen 79

2nicht ausgeführt. Dies liegt daran, dass biegesteife Montagestöße am Firstpunkt imHolzbau nur schwer zu verwirklichen sind, im Stahlbau mit vorgespannten Stirnplat-tenverbindungen jedoch keine Probleme verursachen. Mischsysteme aus den dreiGrundformen werden insbesondere für mehrschiffige Hallen gebaut. In solchen Sys-

temen werden auch Stützen mit gelenkigen Kopfpunkten ausgeführt, so dass einzelneHallenschiffe durch einhüftige Rahmen oder Pendelstützen gebildet werden. Bild 2.32zeigt einige Beispiele für mehrschiffige Hallenrahmen. Bei den Varianten a) und b) istzu beachten, dass es aufgrund der Dachgeometrie zu Schneeanhäufungen kommt unddass eine innen liegende Entwässerung notwendig wird, welche im Falle einer Ver-stopfung oder einer Überlastung bei Starkregenereignissen Ursache für eine Überlas-tung des Dachtragwerkes durch nicht abfließendes Wasser sein kann.

Bild 2.32 Mehrschiffige Hallenrahmen

Die Standardlösung für einschiffige Hallen ist der in Bild 2.33 skizzierte Zweigelenk-rahmen aus Walzprofilen. Ein Rahmen wird in der Regel aus vier Profilen, den beidenStielen und zwei Riegelhälften, zusammengesetzt. Dies erfordert Montageverbindun-gen an den Stützenfüßen, in den Rahmenecken und in Riegelmitte. Der Stoß der Rie-gelprofile in Feldmitte ist zum einen erforderlich, um die üblichen Dachneigungen von2 bis 15° zu verwirklichen, und zum anderen, um die normalen Transportlängen von bis zu 18 m nicht zu überschreiten. Die Bandbreite der mit Walzprofilen wirtschaftlichrealisierbaren Riegelstützweiten von 10 bis 30 m ist in der Regel mit nur einem Stoßdes Riegelprofils gemäß Bild 2.33 transportgerecht ausführbar.


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0 2 Hallenbau

2

Bild 2.33 Zweigelenkrahmen aus Walzprofilen mit Vouten

Für die überwiegend auf Biegung beanspruchten Rahmenriegel werden fast aus-schließlich Profile der IPE-Reihe verwendet. Für die zusätzlich durch nennenswerte Normalkräfte belasteten Stützen kommen neben den IPE- auch die gedrungenerenHEA- und HEB-Profile zur Anwendung. Zur überschlägigen Profilwahl kann die Hö-he des Riegelprofiles mit 1/55 der Stützweite abgeschätzt werden. Diesem Anhaltswertliegt ein Rahmenabstand von 5 m und eine Schneelast von 0,75 kN/m² zugrunde. Das

zugehörige erforderliche Stützenprofil ergibt sich aus dem Verhältnis von Feld- undStützmomenten, so dass in der Entwurfsphase mit der FaustformelM pl,Riegel = 0,7 · M pl,Stütze gearbeitet werden kann. Die Abschätzung der Höhe des Rie-gelprofiles mit 1/40 bis 1/60 der Stützweite kann nur eine grobe Näherung sein, da dieRahmenabstände meist zwischen 5 und 7 m schwanken, die üblichen Traufhöhen derHallen von 4 bis 10 m Unterschiede für die Horizontallasten aus Wind hervorrufenund größere Dachneigungen wie etwa 10° zu deutlich kleineren Feldmomenten führenals Dachneigungen von etwa 3°.

Die Stützmomente in den Rahmenecken werden für die Riegel im Gegensatz zu denStützen nicht bemessungsbestimmend, da in der Regel die statische Höhe der Profile

in diesem Bereich durch die Anordnung von Vouten dem Schnittgrößenverlauf angepasst wird. Die Höhe der gevouteten Querschnitte beträgt meist das 1,5- bis 2fache derRiegelhöhe, die Länge der Vouten misst häufig 1/8 bis 1/10 der Stützweite des Rah-menriegels. Die Erhöhung der Steifigkeit in den Rahmenecken hat dabei den positivenEinfluss, die Stützmomente zu vergrößern und damit die Feldmomente und den erfor-derlichen Riegelquerschnitt zu verkleinern.

Deutlich größere Profile sind in der Regel für Hallen mit Kranbetrieb erforderlich, daneben Horizontallasten und Einzelmomenten in Höhe der Kranbahnkonsolen zusätz-lich große Normalkräfte in die Stützen eingeleitet werden, was in „weichen“ Systemenzu einer unwirtschaftlichen Erhöhung der Schnittgrößen infolge Verformungen des

Tragwerkes führt (Theorie II. Ordnung).Bild 2.34 zeigt eine Variante für Zweigelenkrahmen aus Walzprofilen, die bei Spann-weiten über 20 m und Dachneigungen größer 10° wirtschaftlich sein kann. Bei dieserKonstruktion wird durch Anordnung eines Zugbandes in Höhe der Rahmenecken der


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2Horizontalschub des Rahmens unter Vertikallasten „kurzgeschlossen“. Die günstigesich einstellende Momentenverteilung erlaubt Konstruktionshöhen der Riegelprofilevon etwa 1/60 der Stützweite.

Bild 2.34 Zweigelenkrahmen mit Zugband

Die Zugbänder aus Winkel-, Flach- oder Rundstählen werden im Bereich der Rah-menecken mit unter den Untergurten der Vouten angeschweißten Knotenblechen ver-schraubt. Um einen zu großen Durchhang der Zugbänder zu vermeiden, werden sie inder Regel etwa in ihren Drittelspunkten am Riegelprofil zusätzlich abgehängt.

Wenn Fertigungsmöglichkeiten mit Schweißautomaten bestehen, können auch Kon-struktionen wie in Bild 2.35 eine wirtschaftliche Alternative sein. Gewalzte Riegelpro-file konstanter Höhe werden dabei mit vollständig geschweißten Stützenquerschnittenlinear veränderlicher Höhe kombiniert. Die Verbindung dieser Elemente erfolgt amEnde von ebenfalls vollständig geschweißten Vouten im Bereich der Momentennull- punkte. Wird die Tragfähigkeit der Riegelprofile oder des Stoßes am Firstpunkt über-schritten, bietet sich die Anordnung einer kleinen Voute im Bereich des maximalenFeldmomentes in Feldmitte an. Die Anordnung einer Voute am First gemäß der Vari-ante in Bild 2.35 ist typisch für Hallenrahmen in Großbritannien, da dort die Rahmenhäufig unter Ausnutzung der Systemreserven nach der Fließgelenktheorie bemessenwerden und Fließgelenke im Bereich der Verbindungen vermieden werden müssen.

Auch große Spannweiten über 30 m können mit Vollwandrahmen überbrückt werden.Für solche großen Hallenabmessungen sind häufig vollständig geschweißte Konstruk-tionen, wie in Bild 2.36 dargestellt, erforderlich. Das Verschweißen von jeweils zweiGurtblechen und einem Stegblech zu Riegel- und Stützenquerschnitten mit linear ver-änderlicher Höhe erfolgt unter Einsatz von Schweißautomaten, die Kehlnähte großerLänge wirtschaftlich fertigen können. Die hohen, schlanken Stege der geschweißten I-Profile neigen zum Beulen, so dass Beulsteifen erforderlich werden können, wie mansie aus den geschweißten Konstruktionen des Brückenbaus kennt.


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2 2 Hallenbau

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Bild 2.35 Zweigelenkrahmen mit geschweißten Keilstützen und Riegeln ausWalzprofilen

Sind Pfetten oder Wandriegel vorhanden, so können die innenliegenden Gurte derhohen geschweißten I-Profile durch die in Bild 2.37 dargestellten schrägen Zugstreben abgestützt werden. Diese konstruktive Lösung entspricht der Anordnung von Kopf- bändern, wie sie im Holzbau zur Stabilisierung hoher Brettschichtholzträger eingesetztwerden. Für die Zugstreben eignen sich Winkelstähle oder Kaltprofile, welche an ei-nem Ende direkt mit den Pfetten und am anderen Ende mit eingeschweißten An-schlussblechen am Innenflansch der Träger verschraubt werden. Durch die seitliche

Abstützung des Innenflansches wird die Verdrehung behindert. Die Konstruktion isteine Maßnahme zur Verringerung der Biegedrillknickgefahr, wenn die Konstruktionohne Abstützungen keine ausreichende Tragsicherheit aufweist.

In Großbritannien werden Rahmenkonstruktionen im Hallenbau fast ausschließlichmit den dort „ fly bracing “ genannten schrägen Zugstreben ausgeführt. Dies liegt zumeinen daran, dass in Großbritannien Pfettenkonstruktionen die Regelausführung sind,und zum anderen daran, dass die Hallenrahmen überwiegend nach der Fließgelenkthe-orie bemessen werden. Die aus dieser Bemessung resultierenden schlanken Quer-schnitte bedürfen dann insbesondere im Bereich der rechnerischen Fließgelenke einerseitlichen Abstützung, um ein Versagen infolge von Biegedrillknicken zu verhindern.


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Bild 2.36 Zweigelenkrahmen mit geschweißten Stützen- und Riegelquerschnitten

Bild 2.37 Abstützung des Riegeluntergurtes durch Zugstreben


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4 2 Hallenbau

22.4.2 Rahmenecken

2.4.2.1 VoutenMit der Anordnung von Vouten in den Rahmenecken wird das Tragwerk aus gewalz-ten Profilen konstanten Querschnitts dem veränderlichen Schnittgrößenverlauf angepasst und die Anschlusssituation mit maximalen Momenten in den Rahmenecken ver- bessert.

Bild 2.38 Kurze und lange Vouten mit und ohne Umlenksteife am Voutenende

Kurze Vouten, wie in Bild 2.38a dargestellt, dienen in erster Linie zur Schaffung einesgrößeren Hebelarmes für den geschraubten Montagestoß zwischen Riegel und Stiel.Das Riegelendmoment kann gedanklich in ein Kräftepaar zerlegt werden. Die Zug-kraft im oberen Flansch des Riegels und die Druckkraft im unteren Flansch der Vouteverringern sich dabei linear mit Zunahme der Voutenhöhe. Als direkte Folge nehmenauch die Zugkräfte in den hochfesten Schrauben des Montagestoßes ab, so dass weni-ger Schrauben und kleinere Schraubendurchmesser erforderlich sind. Jenseits desMontagestoßes wird die Zugkraft durch eine Stirnplatte und die Druckkraft durch

Steifen in den Stützenkopf eingeleitet.Die Umsetzung des horizontalen Kräftepaares aus dem Riegelmoment in ein vertikalesKräftepaar aus dem Stielmoment bewirkt eine hohe Schubspannungsbeanspruchung


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2für das Stützenkopfstegblech. Auch für diesen Teil der Rahmenecke bewirkt die An-ordnung einer Voute eine Vergrößerung des Hebelarms der inneren Kräfte und damiteine Reduzierung der Beanspruchung.

Bei kurzen Vouten mit starker Neigung ist die Notwendigkeit einer Umlenksteife amEnde der Voute im Riegel zu beachten. Die Umlenksteife leitet die Kraftkomponentein den Riegelquerschnitt ein, die durch Umlenkung der Untergurtdruckkraft beimÜbergang von der Voute zum Riegelprofil entsteht.

Lange Vouten, wie in Bild 2.38b dargestellt, haben die gleichen positiven Auswirkun-gen auf den Kraftfluss in der Rahmenecke wie die oben erläuterten kurzen Vouten.Die örtliche Verstärkung des Riegelquerschnittes dient zur Aufnahme der Biegemo-mente im Bereich der Rahmenecke. Zusätzlich führt die Vergrößerung der Steifigkeitin den Bereichen negativer Stützmomente an den Rahmenecken zu einer spürbarenVerringerung der positiven Feldmomente in Riegelmitte. Durch Anordnung langerVouten kann deshalb im Regelfall der erforderliche Querschnitt für das Riegelprofilreduziert werden. Umlenksteifen am Ende der Voute im Riegel sind aufgrund derschwachen Neigung langgestreckter Vouten und aufgrund geringer Untergurtkräfte inder Nähe des Momentennullpunktes meist nicht erforderlich.

Unterschiedliche Möglichkeiten zur Realisierung gevouteter Rahmenecken werden inBild 2.39, Bild 2.40, Bild 2.41 und Bild 2.42 vorgestellt.

Lange Vouten werden häufig aus zwei Hälften eines coupierten IPE-Profils gefertigt.Das in Bild 2.39 gezeigte, diagonal aufgetrennte Profil liefert auf diese Weise Vouten-querschnitte sowohl für die linke als auch für die rechte Rahmenecke eines Riegels.Im Regelfall wird für die Vouten das gleiche IPE-Profil verwendet wie für den Riegel,

da für die Materialbestellung dann keine zusätzliche Position entsteht und eingeplanteReststücke der Riegelprofile als Vouten dienen können. Die abzüglich Flanschdicke tund Ausrundungsradius r näherungsweise verdoppelte Höhe des Riegelprofils in derRahmenecke bewirkt über die Steiner-Anteile der Flansche überschlägig eine Erhö-hung der Riegelsteifigkeit am Voutenanfang um den Faktor 4.

Bild 2.39 Voute aus coupiertem IPE-Profil


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6 2 Hallenbau

2Höhere Vouten werden aus zwei Blechen, einem rechteckigen für den Voutenflanschund einem dreieckigen für den Voutensteg, gefertigt. Die Verbindung dieser beidenBleche verursacht gegenüber der Lösung mit coupiertem IPE-Profil eine zusätzlicherforderliche Doppelkehlnaht.

Bild 2.40 Voute aus Blechen

In Bild 2.40 ist neben der Ausbildung der Voute durch rechtwinklig miteinander ver-schweißte Bleche auch eine konstruktive Alternative für den geschraubten Montage-stoß zwischen Riegel und Stiel dargestellt. Der übliche Stirnplattenstoß mit hochfesten

vorgespannten Schrauben ist hierbei durch eine horizontale Lasche ersetzt worden, diedie Zugkraft aus dem Rahmeneckmoment durch eine Scher-Lochleibungsverbindungüberträgt. Die Schrauben im Stirnplattenstoß dienen bei dieser Verbindung lediglichder Übertragung der Querkraft. Diese Schrauben werden im Gegensatz zu den Stößenin Bild 2.39 und Bild 2.41 nur auf Abscheren beansprucht. Konstruktionen mit ge-schraubten Zuglaschen eignen sich besser bei Verwendung von Pfetten für das Dach-tragwerk, da der Höhenversprung zwischen Riegeloberkante und aufgelegter Zugla-sche eine direkte Auflagerung von Trapezprofilen in Hallenlängsrichtung behindert.

Bild 2.41 Voute aus eingeschweißtem Stegblech


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2Eine weitere Alternative zur Voutenausbildung zeigt Bild 2.41. In diesem Fall wirddas Riegelprofil oberhalb des Ausrundungsradius über dem Unterflansch aufgetrennt,anschließend aufgebogen und dann ein dreieckiges Blech als Voutensteg einge-schweißt. Das Riegelende sollte für den Biegevorgang erwärmt werden, um unnötige

Materialhärten infolge Kaltverformung zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für denFall, dass an dieser Stelle eine eingeschweißte Umlenksteife für die Einleitung derDruckkraft aus dem Voutenflansch erforderlich ist.

Eine andere häufig ausgeführte Lösung zur Realisierung gevouteter Rahmenecken istin Bild 2.42 dargestellt. Der Voutenquerschnitt wird hierbei vollständig geschweißt.Die Konstruktion erfordert drei Bleche, den Voutenunterflansch, das trapezförmigeVoutenstegblech und den verlängerten Voutenoberflansch, der zugleich den oberenAnschluss an die Stütze bildet und somit eine sehr gute direkte Kraftübertragung er-möglicht. Der Montagestoß zwischen Riegel und Stiel befindet sich, aus statischerSicht, im optimalen Bereich der Momentennullpunkte. Nachteilig für den Transport-

vorgang zur Baustelle wirkt sich die aus den rechtwinklig angeschweißten Voutenresultierende sperrige L-Form der Stützen aus.

Bild 2.42 Voute aus Blechen mit Montagestoß am Voutenende

2.4.2.2 Aussteifung des Stützenflansches

Die konstruktive Ausbildung von Rahmenecken wird wesentlich beeinflusst durch dieGröße der auftretenden Biegemomente. Für übliche Rahmenecken des Hallenbausentsprechend Bild 2.43 kann das Endmoment des Riegels in ein horizontales Kräfte- paar zerlegt werden. Die Druckkraft im Unterflansch des Riegels wird über Kontakt-

pressung der Stirnplatte mit dem Stützenflansch und weiter über beidseitig in die Stüt-zenprofilkammern eingeschweißte Steifen in den Stützenkopf eingeleitet. Die Zugkraftim Oberflansch des Riegels wird über Biegung der Stirnplatte, Zugkräfte in den obe-ren Schrauben und Biegung des Stützenflansches übertragen. Die auftretenden Span-


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2nungen und Verformungen sind mehrachsig und stark abhängig von den Steifigkeitender einzelnen Querschnittsteile. Ein Nachweis kann mit Hilfe des „äquivalenten T-Stummel-Modell“ gemäß EC3 Teil 1-8 geführt werden. Siehe dazu z. B. Kind-mann/Stracke [97].

Bild 2.43 Rahmenecke mit Horizontalsteifen und Futtern am Stützenflansch

Anzahl und Durchmesser der für den Stirnplattenstoß erforderlichen hochfestenSchrauben können aus dem Bemessungsmoment und dem Hebelarm der inneren Kräf-te in der Fuge zwischen Stirnplatte und Stützenflansch ermittelt werden. Zusätzlichsind die auftretenden Abstützkräfte im zugbeanspruchten Bereich der oberen Schrau- ben zu berücksichtigen, z. B. mit dem „äquivalenten T-Stummel-Modell“ gemäß EC3Teil 1-8. Die Blechdicke der Stirnplatte kann mit Hilfe von Tabelle 2.21 gewählt wer-den. Die Ausbildung der Schweißnaht zwischen Zugflansch und Stirnplatte kann ge-mäß Bild 2.44 erfolgen, wobei Lösung a) die Regelausführung darstellt und die Lö-

sungen b) und c) als Varianten dienen, wenn ein Überstand der Stirnplatteunerwünscht ist. Es ist zu beachten, dass die Stirnplatte durch den Anschluss des Zug-flansches in Dickenrichtung beansprucht wird, was die Gefahr eines Terrassenbruches beinhaltet. Die Terrassenbruchgefahr kann durch die Wahl geeigneter Stähle mit ver- besserten Verformungseigenschaften in Dickenrichtung nach DIN EN 10164 (Stählemit Z-Güte) ausgeschlossen werden. Die Anforderungen an die Z-Güte werden aktuellnoch in der DASt-Richtlinie 014 und in Zukunft in DIN EN 1993-1-10 „Auswahl derStahlsorten im Hinblick auf Eigenschaften in Dickenrichtung“ [24] geregelt. In Ab-hängigkeit diverser Parameter, wie Schweißnahtform, Schweißnahtdicke, Vorwärmenwährend des Schweißens und Werkstoffdicke der Stirnplatte, kann die erforderliche Z-Güte der Stirnplatte ermittelt werden.


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Bild 2.44 Ausführungsmöglichkeiten zur Verbindung von Trägerzugflansch undStirnplatte bei bündigen Stirnplatten

Tabelle 2.21 Stirnplattendicke dp, aus [52]

Form der Stirnplatte Anzahl der senkrechtenSchraubenreihen

Stirnplattendicke dpd = Nenndurchmesser der Schraube

überstehend 2 1,00 d

4 1,25 d

bündig 2 1,50 d

4 1,70 d

Für die praktische Ausführung sind die Stirnplattendicken dp jeweils auf volle 5 mm aufzurun-

den; min dp = 15 mm. Bei überstehenden Stirnplatten mit K-Nähten ist die Stirnplattendicke dpum jeweils 10 mm zu erhöhen.

Um die Querbiegebeanspruchung der Stirnplatte zu reduzieren, wird häufig wie inBild 2.43 eine horizontale Steife im Bereich der Kraftübertragung zwischen Riegel-steg, Stirnplatte und Montageschrauben angeordnet. Die gleiche Beanspruchung ergibtsich auf der anderen Seite des Montagestoßes für den Stützenflansch, so dass auch hierhäufig horizontale Steifen ausgeführt werden. Die in Bild 2.43 dargestellten Futtersind erforderlich, wenn der Flansch des Stützenprofiles zu dünn ist, um die Querbie-gebeanspruchung aufnehmen zu können.

Bild 2.45 zeigt vier Möglichkeiten zur Anordnung der Schrauben im Bereich des zugbeanspruchten Oberflansches. Die Anordnungen a) und b) gelten als überstehend, dieAnordnungen c) und d) als bündig im Sinne von Tabelle 2.21 und Tabelle 2.22. An-ordnung a) erfordert eine oben überstehende Stirnplatte. Mit dem zentrisch zwischenden Schrauben angeordneten Zugflansch können große Biegemomente übertragenwerden. Ein Beispiel für diese Lösung ist die Rahmenecke in Bild 2.46. Anordnung b)mit zusätzlicher horizontaler Steife kommt ohne überstehende Stirnplatte aus, der He- belarm der inneren Kräfte in der Fuge zwischen Stirnplatte und Stützenflansch wird jedoch verkleinert, so dass die übertragbaren Biegemomente geringer sind als bei An-ordnung a). Die Rahmenecke in Bild 2.43 ist ein Beispiel für Lösung b), die sich wie

Lösung a) durch eine zentrische Anordnung der zugbeanspruchten Horizontalsteifezwischen den Schrauben auszeichnet. Bei Anordnung c) weisen Zugflansch undSchrauben eine Exzentrizität zueinander auf, was negative Auswirkungen auf die er-forderliche Stirnplattendicke und die Mindestdicke des Stützenflansches hat (siehe:


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0 2 Hallenbau

2Tabelle 2.21 und Tabelle 2.22). Die übertragbaren Biegemomente sind aufgrund vonnur zwei Schrauben im Zugbereich deutlich kleiner als bei Anordnung a) und b). Bei-spiele für Lösung c) sind die Rahmenecken in Bild 2.39 und Bild 2.41. Größere Bie-gemomente können mit Anordnung d) übertragen werden, da hier vier vertikale

Schraubenreihen vorhanden sind. Die Anordnung der Schrauben nebeneinander erfor-dert jedoch meist eine breitere Stirnplatte, die in der Regel nur dann ausgeführt wer-den kann, wenn die Stütze ein HEA- oder HEB-Profil ist und damit ausreichend breiteFlansche für den Anschluss zur Verfügung stehen.

Bild 2.45 Varianten zur Schraubenanordnung am zugbeanspruchten OberflanschTabelle 2.22 Mindestdicke t der Stützenflansche, aus [52]

Anschlussart Form derStirnplatte

Anzahl dervertikalen Schrau-benreihen

Mindestdicke t des Stützenflan-schesd = Nenndurchmesser derSchraube

Ausgesteifter An-schluss

überstehend2

4

0,80 d

1,00 d

bündig2

4

1,00 d

1,25 d

Rippenloser Anschluss

überstehend2

4

1,10 d

1,40 d

bündig2

4

1,00 d

1,30 d

min t = 0,5 dp mit: dp = Stirnplattendicke


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2Zur Aufnahme der Biegebeanspruchung im Stützenflansch kann die Flanschdicke desStützenprofils mit Hilfe von Tabelle 2.22 gewählt werden. Die sich in Abhängigkeitvom Schraubendurchmesser ergebenden Werte sind häufig nicht einzuhalten, insbe-sondere bei Verwendung von IPE-Profilen für die Rahmenstützen. Gängige Praxis ist

daher die lokale Verstärkung des Stützenflansches im Bereich der Zugschrauben durchdie in Bild 2.43 dargestellten quadratischen Futter . Größere Verformungen und Bie-gebeanspruchungen des Stützenflansches werden verhindert, wenn die Materialstärkeder Futter etwa der Dicke der Stirnplatte entspricht. Der Stützenflansch muss aberauch bei Anordnung von Futtern mindestens die halbe Stirnplattendicke aufweisen.

Biegesteife Anschlüsse mit Stirnplatten, wie sie bei Rahmenecken verwendet werden,verformen sich je nach Dicke der Stirnplatten bzw. Stützenflansche und in Abhängig-keit der Aussteifung durch Rippen verschieden stark. Bei einer steifen Konstruktiondes Anschlusses kann in der Rahmenberechnung von einer biegesteifen Verbindungder Stäbe ausgegangen werden. Bei nachgiebigen Anschlüssen entzieht sich die Rah-

menecke der Lastabtragung. Dies hat geringere Eckmomente und größere Feldmomen-te im Riegel zur Folge. Die veränderte Steifigkeitsverteilung wirkt sich auch auf dieStabilitätsnachweise aus. Die Mindestdicken von Stirnplatten gemäß Tabelle 2.21 undvon Stützenflanschen gemäß Tabelle 2.22 stellen sicher, dass der Anschluss sich nurso wenig verformt, dass er als biegesteif betrachtet werden kann.

Bild 2.46 Rahmenecke mit horizontaler Stirnplatte

Eine weitere sehr montagefreundliche Lösung zur Ausbildung des Anschlusses zwi-schen Rahmenriegel und Rahmenstielen ist in Bild 2.46 dargestellt. Bei dieser zur

Rahmenkonstruktion in Bild 2.36b gehörigen Lösung erfolgt der Anschluss mit einerhorizontalen Stirnplatte.


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22.4.2.3 Stegblechverstärkungen

Die Umsetzung des horizontalen Kräftepaares aus dem Riegelmoment in ein vertikalesKräftepaar aus dem Stielmoment bewirkt große Schubspannungen im Stützen-kopfstegblech. Insbesondere bei Rahmenecken ohne Vouten, d. h. mit kleinem Hebel-arm für die Eckmomente, wird die zulässige Grenzschubspannung häufig über-schritten. Übliche konstruktive Gegenmaßnahmen sind die Anordnung vonDiagonalsteifen oder flächigen Stegblechverstärkungen.

Bild 2.47 zeigt die Ausführung einer Diagonalsteife in einer geschweißten Rahmen-ecke. Der Steifenquerschnitt wird so angeordnet, dass er auf Druck beansprucht wird.Diese einfach zu fertigende Lösung ist besonders für vollständig geschweißte Rah-menecken gemäß Bild 2.42 geeignet, da die Diagonalsteifen die Zugänglichkeit vonMontageschrauben im Stützenflansch beeinträchtigen würden. In Großbritannien istes üblich, die Steifen in der anderen Diagonalenrichtung anzuordnen, so dass sie auf

Zug beansprucht werden. Für die Bemessung der Steifen ist das günstiger, da keinStabilitätsproblem vorliegt. Ungünstig ist aber die Zugbeanspruchung der Schweiß-nähte an den Enden der Diagonalsteifen, die bei der in Deutschland üblichen Lösungnicht auftritt.

Bild 2.47 Rahmenecke mit Diagonalsteife

In Bild 2.48 ist die klassische Lösung für geschraubte Rahmenecken dargestellt. DieMaterialstärke des Stegbleches wird dabei durch ein aufgelegtes und allseitig ver-schweißtes Blech den statischen Erfordernissen angepasst. Varianten zur Ausführung zusätzlicher Stegbleche zeigt Bild 2.49, in Anlehnung an EC3 Teil 1-8. Dort werdenunter anderem folgende ergänzende Hinweise gegeben:

Der Stahl des zusätzlichen Stegblechs sollte dem Stahl der Stütze entsprechen. Die Breite bS sollte derart gewählt werden, dass die Schweißnähte an die Eckaus-

rundungen heranreichen (siehe Bild 2.49).

Die Blechdicke tS sollte mindestens der Stegblechdicke twc des Stützenprofilsentsprechen.


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Bild 2.48 Rahmenecke mit aufgeschweißter Verstärkung des Stützenkopfsteg-bleches

Bild 2.49 Zusätzliches Stegblech nach EC 3

Der Beulnachweis für das Eckblech kann nach EC3 Teil 1-8 entfallen, wenn dieSchlankheit des Stützensteges d/tw < 69 ist, mit d = Höhe des geraden Stegteils, = (235/f y)

0,5. Bei den üblichen Walzprofilen ist d/tw stets kleiner als der Grenzwertd/tw = 69 für S 235 und d/tw = 0,81 69 = 56 für S 355. Schubbeanspruchte Stege vonWalzprofilen (oder vergleichbaren Querschnitten) als Eckbleche sind daher nicht

beulgefährdet.


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22.4.2.4 Rahmenecken an Innenstützen

Rahmenecken an Innenstützen sind dadurch gekennzeichnet, dass jeweils drei Profile,die Stütze und die Riegel aus den beiden benachbarten Hallenschiffen, in einem Kno-

ten zusammenstoßen. In Bild 2.32 erkennt man, dass drei verschiedene Typen für diestatische Modellbildung unterschieden werden können:

Typ 1: Alle drei Profile sind biegesteif miteinander verbunden.

Typ 2: Die beiden Riegel sind biegesteif miteinander verbunden. Die Stütze istgelenkig angeschlossen.

Typ 3: Ein Riegel und die Stütze bilden

2 Hallenbau. 2.1 Tragwerksentwurf. 2.1.1 Einführungsbeispiel

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