HUTTE Bautechnik Band VI

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HUTTE Herausgegeben vom

Taschenbiicher derTechnik

Wissenschaftlichen AusschuB des Akademischen Vereins Hiitte e.Y.

29. Auflage

Bautechnik Band VI Konstruktiver Ingenieurbau 3: Massiv- und Stahlbau

Bandherausgeber E. Cziesielski

Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest 1993

Bandherausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Erich eziesielski, Technische Universitiit Berlin

Autoren: Prof. Dr.-Ing. Klaus-Wolfqang Rieger, Universitiit Hannover Dr.-Ing. Jurgen Lierse, Universitiit Hannover Prof. Dr.-Ing. habi!. Joachim Lindner, Technische Universitiit Berlin Prof. Dr.-Ing. Jurgen Roth, Universitiit Hannover

Mit 544 Abbildungen

ISBN-13:978-3-642-95668-3 e-ISBN-13: 978-3-642-95667-6 DOl: 10.1007/978-3-642-95667-6

Clp· Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Hutte: Taschenbiicher def Technik/hrsg, vom Wissenschaftlichen Ausschuss des Akademischen Vereins Hutte e.V. - Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer. Teilw. im Ernst·Verl., Berlin, Munchen, Dusseldorf. -- Teilw. hrsg. von Hiitte, Ge's. fUr Techn. Informationen mbH, Berlin NE: Akademischer Verein Hutte (Berlin, West) / Wissenschaftlicher Ausschuss; Hutte, Gesellschaft fUr Technische Tnformationen (Berlin, West)

Bautechnik. 6. Konstruktiver Ingenieurbau. - 3. - [29. Auft.]. .. 1993 Berlin: Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo: Springer. (Hutte) [Bd.-Hrsg.: Erich Cziesielski. Autoren: Klaus·Wolfgang Bieger .j.- [29. Auft.] -1993 ISBN-13:978-3-642-95668-3 NE: Cziesielski, Erich [Hrsg.]

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zulassig. Sie ist grundsiitzlich vergiitungspftichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgeset­zes.

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993

Softcover reprint of the hardcover 29th edition 1993

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Satz: Macmillan, Indien

68/3020/543210 - Gedruckt auf siiurefreiem Papier

Vorwort

Seit mehr als hundert lahren verfolgen die HOTTE-Taschenbiicher das Ziel, aufwichtigen Gebieten der Technik ein zuverliissiges Nachschlagewerk fiir Praxis und Studium zu sein.

Der Bautechnik wurde erstmals in der 20. Auflage (1909) ein eigener Band gewidmet, der als HOTTE III bekannt war und in der 28. Auflage (1956) bereits ca. 1600 Seiten umfaBte. Die zahlreichen Fortschritte im Bauwesen sowie dessen technische und wirtschaftliche Bedeutung fiihrten zu dem EntschluB, fiir die 29. Auflage ein mehrbiindiges Werk "HOTTE Bautechnik" zu schaffen, das inzwischen an die Stelle des friiheren Bandes III getreten ist. Mit der Obernahme der Buchreihe durch den Springer-Verlag wurde auch das in der Vergangenheit vie! verwendete "Taschenbuch fiir Bauingenieure" von Schleicher in die Planungen der HOTTE Bautechnik integriert.

Zum Inhalt und zur Zielsetzung des vorliegenden Bandes VI ist folgendes zu bemerken: Der Teil Stahlbau behandelt im wesentlichen die Grundlagen der Bemessung und der Konstruk­

tion im Stahlhochbau. Die bisher fiir die Anwendung wichtigen Normen des Stahlbaus sind durch neue Ausgaben ersetzt worden. Mit den Grundnormen DIN 18800 Teil 1 bis 4 (1990) findet ein Obergang zur konsequenten Bemessung nach Grenzzustiinden statt. Andererseits ist das bisherige Bemessungskonzept nach zuliissigen Spannungen den Ingenieuren vertraut und wird fiir eine Obergangszeit dane ben weiterhin angewendet werden. Daher sind beide Miiglichkeiten dargestellt, so daB nach dem Obergang auf die Anwendung der neuen Grundnormen der Reihe DIN 18800 (1990) der kiinftige Obergang auf den Eurocode 3 wegen der groBen Ahnlichkeit der Prinzipien leichtfallen wird. Oem wird auch durch die Obernahme der internationalen Bezeichnungen Rechnung getragen.

Der Teil Verbundbau behandelt ein Gebiet, das dem Stahlbau in den letzten lahren zusiitzliche Einsatzmiiglichkeiten gebracht hat. Hier finden die Vorteile der Baustoffe Stahl und Beton konse­quente Anwendung. Waren es zuniichst die Verbunddecken, so haben danach auch Verbundstiitzen und Verbundtriiger ihren Anwendungsbereich erweitert. 1m Bereich der Normung ist hier noch kein Obergang auf das neue Nachweiskonzept erfolgt, da auch die Stahlbetonnormen diesen Schritt noch nicht vollzogen haben. Die Darstellung beschriinkt sich nicht auf die Anwendung der Grenzzu­stiinde, sondern bringt auch die Erfassung des zeitabhiingigen Verhaltens des Betons, das besonders fUr den Briickenbau von Interesse ist. Die Erliiuterung von Konstruktionsprinzipien fUr den Brand­schutz und von fUr den Verbundbau entwickelten rechnerischen Brandschutznachweisen bringt eine Ergiinzung zu den AusfUhrungen im Teil E, Kapitel 6, in Band V.

Die Beitriige Stahlbeton, Spannbeton und Anwendungen des Stahl- und Spannbetons behandeln die Berechnung und Konstruktion von Massivbauwerken nach den derzeit noch giiltigen DIN­Vorschriften, wobei aber auch auf Neuerungen eingegangen wird, die bei der Einfiihrung des Eurocode 2 zu erwarten sind. Es ist deshalb auch bewuBt die klassische Einteilung in Stahlbeton und in Spannbeton beibehalten worden. Spiiter hingegen werden nach dem Eurocode 2 aile Stahl beton­konstruktionen, gleichgiiltig ob ohne oder mit Vorspannung, einheitlich zu behandeln sein.

In den Teilen Stahlbeton und Spannbeton werden Grundlagen und Bemessung knapp und miiglichst praxisnah dargestellt. Zur weitergehenden Information hinsichtlich spezieller Probleme ist die wichtigste Literatur genannt. Angaben zu den Baustoffen und Einzelheiten zur Schnitt­griiBenermittlung kiinnen den Biinden I und IV entnommen werden.

VI Vorwort

Der Teil Stahlbeton behandelt im wesentlichen die Querschnittbemessung fiir die verschiedenen Beanspruchungen im Grenzzustand der Tragflihigkeit. Fiir Druckglieder wird auBer dem Ersatz­stabverfahren auch die genauere Berechnung nach der Theorie 2. Ordnung dargestellt. Den Ab­schluB bilden die unter der Gebrauchslast zu fiihrenden Nachweise.

1m Teil Spannbeton wird neben der Erzeugung der Vorspannung vor aHem die Schnitt­griiBenermittiung fUr die LastfliHe Vorspannung sowie Schwinden und Kriechen behandelt, wobei auch auf die teilweise Vorspannung und die Vorspannung ohne Verbund eingegangen wird. Die erforderlichen Nachweise fiir den Gebrauchs- und den Bruchzustand schlieBen sich an.

1m Teil Anwendungen des Stahl- und Spannbetons wird zunachst das Grundsatzliche zur Beweh­rung und Konstruktion iiblicher Bauelemente behandelt. Die folgenden Abschnitte behandeln exemplarisch die wesentiichen Stahlbetonkonstruktionen des Hoch-, Industrie- und Briickenbaus, aber auch bemerkenswerte Sonderkonstruktionen.

Besonderer Dank gilt den Autoren, die ihr fachliches Wissen und ihre didaktische Erfahrung eingebracht und viel Verstandnis fiir die Wiinsche des Herausgebers und der Redaktion gezeigt haben, insbesondere auch dafiir, daB sie bereit waren, ihre Beitrage - zum Teil mehrfach - zu aktualisieren.

Berlin, im September 1992 Dr. rer. nat. Erich Cziesielski Bandherausgeber

Dipl.-Ing. Ulrich Kluge Redaktion der HOTIE-Taschenbiicher

Dr.-Ing. Werner Sommerfeld Vorsitzender des Wissenschaftlichen Ausschusses des Akademischen Vereins HOTIE e.V., Berlin

Inhalt

Teil G. Stahlbau (J. Lindner)

1. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Vorbemerkung ............... .

1.2 Kennzeichnende Eigenschaften von Stahlbauten

1.3 Der Werkstoff Stahl. . . . . . . . . . . . . .

2. Berechnung und Dimensionierung 2.1 Allgemeines............

2.1.1 Brauchbarkeitsnachweise.. 2.1.2 Konzept der zuliissigen Spannungen. 2.1.3 Untersuchung von Grenzzustiinden . 2.1.4 Beispiel 1.1-1. Seitlich unverschieblicher Rahmen.

2.2 Elastische Beanspruchbarkeit 2.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 2.2.2 Normalspannungen. . . . . . . 2.2.3 Schubspannungen aus Querkraft 2.2.4 Spannung aus Torsion 2.2.5 Vergleichsspannungen.

2.3 Vorbemessung ....

2.4 Ermudungsfestigkeit. . 2.4.1 Dauerfestigkeit. 2.4.2 Betriebsfestigkeit 2.4.3 Nachweise fur Krane und Kranbahnen

2.5 Plastische Beanspruchbarkeit 2.5.1 Allgemeines . . . . . . . . 2.5.2 Plastisches Moment . . . . 2.5.3 Einflul3 von Normalkriiften 2.5.4 Einflul3 von Querkriiften 2.5.5 Mindestdicken. . .

3. Stabilitatsuntersuchungen . 3.1 Einfiihrung........

3.2 Planmiil3ig zentrisch gedruckte Stiibe. 3.2.1 Begriffe......... 3.2.2 Verzweigungslasten NKi . 3.2.3 Verzweigungslasten NK .

2

4

5

5 5 5 6 9

10 10 11 14 16 19

20

22 22 23 25

26 26 28 34 36 38

38

38

39 39 41 43

VIII Iohal!

3.2.4 Traglast NKr oach Jezek . . . 3.2.5 Elastizitiitstheorie II. Ordnung 3.2.6 Nachweis nach DIN 4114. . . 3.2.7 Europiiische Knickspannungslinie . 3.2.8 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90)

3.3 Planmii13ig einachsige Biegung mit Normalkraft 3.3.1 Nachweis nach DIN 4114 ....... . 3.3.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90)

3.3.2.1 Nachweis der Tragsicherheit allgemein 3.3.2.2 Imperfektionsannahmen . . . . 3.3.2.3 Biegeknicken in der Lastebene .

3.4. Zweiachsige Biegung mit Normalkraft. . . . 3.4.1 Nachweis nach DIN 4114 ...... . 3.4.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90)

3.5 Systemstabilitiit. . . . . . . . . 3.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Nachweis nach DIN 4114 ....... . 3.5.3 Nachweis nach der Elastizitiitstheorie II.Ordnung 3.5.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90)

3.6 Elastisch gestiitzte Stiibe. . . . . . . . . 3.6.1 Statisch bestimmte Systeme . . . . 3.6.2 Federnd gestiitzte Durchlauftriiger. 3.6.3 Elastisch gebetteter Druckstab

43 44 46 50 51

57 57 59 59 59 61

63 63 63

63 63 63 66 68

70 70 71 72

3.7 Biegedrillknicken. . . . . . . . . . . . 72 3.7.1 Einleitung............ 72 3.7.2 Ideale Verzweigungslasten ......................... 73

3.7.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.7.2.2 Momenten- und Querlastbeanspruchung ohne Normalkriifte. 73 3.7.2.3 Normalkraftbeanspruchung . . . . . . . . 77 3.7.2.4 Biegedrillknicken mit gebundener Drehachse 79

3.7.3 Nachweis nach DIN 4114. . . . . . . . . . . 80

3.7.4

3.7.5

3.7.3.1 Normalkraftbeanspruchung . . . . . . 3.7.3.2 Momenten- und Querlastbeanspruchung Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) 3.7.4.1 Normalkriifte allein . . . . . . 3.7.4.2 Momente und Querlasten allein . 3.7.4.3 Momente und Normalkriifte . . . 3.7.4.4 Planmii13ig zweiachsige Biegung und Normalkraft. Konstruktive Ma13nahmen 3.7.5.1 Allgemeines . . . . 3.7.5.2 Mindeststeifigkeiten

3.8 Knicken von mehrteiligen Stiiben 3.8.1 Allgemeines . . . . . . . 3.8.2 Knicken rechtwinklig zur Stoffachse . 3.8.3 Knicken rechtwinklig zur stoftTreien Achse .

3.8.3.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . 3.8.3.2 Ideelle Schubsteifigkeit des Ersatzstabes. 3.8.3.3 Nachweis nach DIN 4114 ...... . 3.8.3.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 2 (11.90) .

80 80 81 81 82 83 86 88 88 89 90 90 90 90 90 92 94 95

Inhalt IX

3.9 Beulen von Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.9.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.9.2 Ideale kritische Beulspannung nach der Elastizitiitstheorie 97 3.9.3 Grenzbeulspannung bei einachsiger Beanspruchung 99

3.9.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . 99 3.9.3.2 Nachweis nach DASt-Richtlinie 012 99 3.9.3.3 Berechnung nach DIN 18800 Teil 3 100

3.9.4 Mehrachsige Beanspruchungen . . . . . . 101 3.9.4.1 Nachweis nach DASt-Richtlinie 012 101 3.9.4.2 Nachweis nach DIN 18800 Teil 3 102

3.9.5 Sonderfragen. . . . . . . . . . . . 104 3.9.5.1 Beulen ausgesteifter Platten . 104 3.9.5.2 Erforderliche Beulsicherheiten 105 3.9.5.3 Knickstabiihnliches Verhalten 105 3.9.5.4 Wirksame Breite von versteiften Blechen 106 3.9.5.5 Beulknicken. . . . . . . . . 107 3.9.5.6 Uberkritisches Tragverhalten. 107

3.10 Schalenbeulen. . . . . . . . . . . . . . . 109 3.10.1 Allgemeines............ 109 3.10.2 Nachweis nach DASt-Richtlinie 013 110 3.10.3 Beispiel 3.10-1. Untersuchung des Normalbereiches eines Kalksilos. 111 3.10.4 Nachweis nach DIN 18800 Teil 4 112

4. Stabilisierungskrafte. . . . . . . . . . . 113

4.1 Allgemeines.... . . . . . . . . . . . 113

4.2 Aussteifung eines Druckstabes mit konstanter Normalkraft 113

4.3 Aussteifung eines Druckstabes mit veriinderlicher Normalkraft 116

4.4 AnschluBmomente bei der Aussteifung von Biegetriigern 116

5. Abtragung von Horizontallasten . . 117

5.1 Allgemeines............. 117

5.2 Art und GroBe von Horizontallasten. 117

5.3 Konstruktionselemente zur Abtragung von Horizontallasten 118 5.3.1 Grundsiitze fur die Anordnung von Aussteifungen 118 5.3.2 GeschoBbauten . 119 5.3.3 Hallen. . . . . . . . . 121 5.3.4 Brucken. . . . . . . . 122

5.4 Beanspruchung von Verbiinden 123 5.4.1 Beanspruchungen aus Querkriiften. 123 5.4.2 Zusatzbeanspruchung aus elastischer Zusammendruckung 124

6. Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.1 Allgemeines.... . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

6.2 Allgemeine Angaben zu Verbindungen mit Schrauben. 127 6.2.1 Schrauben.................. 127 6.2.2 Ausfuhrungsformen fur Schraubenverbindungen 128 6.2.3 Schraubenabstiinde. . . . . . . . . . . . . . 128

x (nhalt

6.3 Scher-Lochleibungsverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Versagensarten und Tragfiihigkeit einer einzelnen Schraube. 6.3.2 Tragwirkung bei mehreren Schrauben hintereinander. 6.3.3 Triigerstii13e . . . . . . . . .

6.3.3.1 Anteilige Schnittgrii13en 6.3.3.2 Stegsto13 . . . . . 6.3.3.3 Stegblechliingssto13 . .

6.4 Zugverbindungen. . . . . . . . . .

6.5 Gleitfeste planmii13ig vorgespannte Verbindungen.

6.6 Biegesteife Kopfplattenanschliisse . . . . . .

6.7 Verbindungen mit Schwei13niihten ..... . 6.7.1 Schwei13vorgang und Schwei13verfahren 6.7.2 Einflu13 der Schwei13wiirme . 6.7.3 Priifung von Schwei13niihten ..... . 6.7.4 Gestaltungsgrundsiitze . . . . . . . . 6.7.5 Ma13e und Querschnittswerte von Schwei13niihten 6.7.6 Schwei13nahtspannungen . . . . . . . . . .

6.8 Zusammenwirken verschiedener Verbindungsmittel .

Literatur zu Teil G. Stahlbau . . . . . . . . . . . . . . .

Teil H. Verbundbau (J. Lindner)

1. Einfiihrung . . . . . . . 1.1 Begriffsbestimmungen.

1.2 Briickenbau.

1.3 Hochbau. . . . . . .

2. Grenztragfahigkeit von Verbundtragern. 2.1 Allgemeines................

2.2 Grenztragfiihigkeit von Stahlteilen. . . . .

2.3 Grenztragfiihigkeit von Betonquerschnitten.

2.4 Verbundtriiger . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Beispiel zur Berechnung der Grenztragfiihigkeit.

3. Verbundsicherung. 3.1 Verbundmittel .

3.2 Diibelkriifte. . .

3.3 Diibeltragfiihigkeit

3.4 Teilweise Verdiibelung.

129 129 133 134 134 135 136

136

137

139

142 142 143 145 145 146 147

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Inhalt XI

4. Beriicksichtigung des VerformungsverhaItens des Betons 4.1 Allgemeines.... . . .

171

171

171 171 172 172 172 173 173 174 174 174 174 174 174

4.2 Bezeichnungen ..... . 4.2.1 Materialkennwerte 4.2.2 Querschnittswerte.

4.2.2.1 Betonquerschnitt. 4.2.2.2 Stahlquerschnitt . 4.2.2.3 Verbundquerschnitt 4.2.2.4 Querschnittskennwerte .

4.2.3 SchnittgriiBen. . . . . . . . 4.2.3.1 GesamtschnittgriiBen. 4.2.3.2 TeilschnittgriiBen. 4.2.3.3 Hilfswerte

4.2.4 Spannungen . . . . . 4.2.5 Verformungen .....

4.3 Formanderungen des Betons . 4.3.1 Elastische F ormanderungen 4.3.2 Plastische F ormanderungen 4.3.3 Zeitintervall. . . . . . . .

174 174 175 175

4.3.4 Berucksichtigung der Gesamtverformungen uber fiktive Elastizitiitsmoduln.

4.4 VerteilungsgriiBen ............... .

177

178 178 178 180

4.4.1 Allgemeines................ 4.4.2 VerteilungsgriiBen fur kurzzeitige Belastung 4.4.3 VerteilungsgriiBen fUr langzeitige Belastung.

4.5 Verbundtragerberechnung iiber die Lasung von Differentialgleichungen 180 4.5.1 UmlagerungsgriiBen............... 180 4.5.2 UmlagerungsgriiBen fur konstante Einwirkungen . . . . . . . . 180

4.5.2.1 Differentialgleichungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 180 4.5.2.2 UmlagerungsgriiBen fUr den Sonderfall: nur Normalkriifte 182 4.5.2.3 UmlagerungsgriiBen fur ausschliel3liche Momentenbelastung bei

doppeltsymmetrischem Querschnitt . . . . . . . . . . . . . . 183 4.5.2.4 UmlagerungsgriiBen bei gleichzeitiger Einwirkung VOn Normalkraft

und Moment. . . . . . . . . . 183 4.5.2.5 Gesamtbeanspruchungen. . . . 183 4.5.2.6 GriiBe VOn Schwindspannungen. 184

4.5.3 UmlagerungsgriiBen aus SchnittgriiBen, die sich affin zum Kriechen aufbauen . 184 4.5.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 184 4.5.3.2 Differentialgleichungen und ihre Liisungen 185

4.6 Verbundtriigerberechnung mit Hilfe fiktiver Elastizitatsmoduln. 185

4.7

4.8

4.6.1 Allgemeines...................... 185 4.6.2 Zeitlich konstante N ormalkraftbelastung. . . . . . . . 186 4.6.3 Zusammenstellung VOn Kriechbeiwerten fiir be1iebige Belastungsfalle 187 4.6.4 Spannungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Vorspannung .......................... .

Beispiel einer Verbundbriicke, berechnet mit der Methode der fiktiven Elastizitatsmoduln

191

192

XII Inhalt

4.8.1 System, Abmessungen, Baustoffe . 192 4.8.2 Allgemeines. . . . . . . . . . . 193

4.8.2.1 Herstellung und Lastfiille . 193 4.8.2.2 Berechnung des statisch unbestimmten Systems fUr langzeitige

Belastung . 193 4.8.3 Lastannahmen . . . . . . . . . . 194 4.8.4 Querschnittswerte. . . . . . . . . 195 4.8.5 Spannungen iiber der Mittelstiitze 197

5. Verbundtrager im Hochbau. . . . 199

5.1 Allgemeines............ 199

5.2 Erliiuterungen zu den Nachweisen . 201 5.2.1 Bauzustand......... 201 5.2.2 Nachweis unter Grenzlasten. 201

5.2.2.1 Allgemeines. . . . . 201 5.2.2.2 Querschnittsmitwirkung . 201 5.2.2.3 Biegedrillknicken . . . . 201 5.2.2.4 Plastische Grenzlast fUr Verbundtriiger . 203 5.2.2.5 Betongurt. . . . . . . . . . 203

5.2.3 Nachweis unter Gebrauchslasten . . 204

5.3 Beispiel eines Zweifeldtriigers im Hochbau . 204 5.3.1 System und Abmessungen. . 204 5.3.2 Belastungen . . . . . . . . . . . . 204 5.3.3 Bemessung der Betonplatte . . . . . 205 5.3.4 Nachweis des Stahltriigers im Bauzustand . 206 5.3.5 Nachweis des Verbundtriigers im Grenzzustand 207 5.3.6 Verbundsicherung durch Diibel . . . . . . . . 211 5.3.7 Nachweis der Schubdeckung in der DiibelumriBfliiche 213 5.3.8 Nachweis der Hauptzugspannungen und Schubdeckung im Betongurt. 214 5.3.9 BewehrungsfUhrung. . . . . . 215 5.3.10 Abschiitzung der Verformung . 215

6. Stahldecken mit Flachenverbund. . 220

6.1 Allgemeines............. 220

6.2 Verbundwirkung beim Fliichenverbund 221

6.3 Verwendung von Versuchsergebnissen 223

6.4 Montagezustand . . . . . . . . . . . 223

6.5 Biegetragfiihigkeit fiir Feldmomente . . 225

6.6 Biegetragfiihigkeit fiir Stiitzenmomente . 226

6.7 Verbundsicherung. . . . 227 6.8 Querkrafttragfiihigkeit. . 228

6.9 Verformungsberechnung. 229

6.10 Rissebeschriinkung 229 6.11 Querbewehrung. . . . . 229

6.12 Scheibenwirkung . . . . 229

6.13 Beispiel: Verbunddecke iiber 4 Felder 230

7. Verbundstiitzen. 7.1 Allgemeines..

Inhalt

7.2 Grenztragfiihigkeit von Verbundstiitzen 7.2.1 Allgemeines, Werkstoffkennwerte 7.2.2 Normalkraft ........ . 7.2.3 Normalkraft und Biegemoment

7.2.3.1 Allgemeines . . . . . . 7.2.3.2 Einbetonierte I-Profile. 7.2.3.3 Hohlprofile . . . . .. 7.2.3.4 Interaktionsgleichungen

7.2.4 Anwendungsgrenzen .....

7.3 PlanmiiJ3ig mittiger Druck. . . . . .

7.4 Normalkraft und einachsige Biegung . 7.4.1 Allgemeines ........ . 7.4.2 Niiherungsverfahren nach DIN 18806 Teill

7.5 Verbundsicherung .......... . 7.5.1 Allgemeines ......... . 7.5.2 Schubkriifte zum Zeitpunkt t = 0 7.5.3 Schubkriifte zur Zeit t ..... ::JJ •

7.6 Beispiel. . . . . . . . . . . . 7.6.1 Allgemeines . . . . . . 7.6.2 Traglast um die y-Achse 7.6.3 Traglast um die z-Achse 7.6.4 Verbundsicherung ...

8. Anschlu8technik und Brandschutz 8.1 Brandschutz . . .

8.1.1 Allgemeines 8.1.2 Beispiel

8.2 Anschliisse. . . .

Literatur zu Teil H. Verbundbau.

Teil I. Stahlbetonbau (J. Roth)

1. Verbundbaustoff Stahlbeton. 1.1 Beton ...... .

1.1.1 Zement . . . 1.1.2 Betonzuschlag 1.1.3 Zugabewasser 1.1.4 Betonzusammensetzung. 1.1.5 Frischbetoneigenschaften 1.1.6 Festbetoneigenschaften.

XIII

234

234

235 235 236 236 236 237 241 241 243

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245 245 245

247 247 248 248

250 250 253 256 256

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261 261 262

264

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268

268 269 270 270 270 271 271

XIV Inhalt

1.2 Betonstahl . . . . . . . . . . . . . . 273 1.3 Zusammenwirken von Beton and Stahl. 274

2. Bauelemente und Tragverhalten 276

2.1 Stahlbetonbalken........ 276

2.2 Stahlbetonstiitzen. . . . . . . . 279

2.3 Torsionsbeanspruchte Stahlbetonstabe . 280

2.4 Stahlbetonplatten. . . . . . . . . 280 2.4.1 Einachsig gespannte Platten. 280 2.4.2 Vierseitig gelagerte Platten 281 2.4.3 Sonstige Platten 282

2.5 Stahlbetonscheiben . . . . . . . 283

2.6 Faltwerke und Schalen . . . . . 284

2.7 Ermittlung der SchnittgriiBen statisch unbestimmter Stahlbetontragwerke 285

3. Bemessung fUr Biegung und Normalkraft. 285

3.1 Grundlagen der Biegebemessung. . . . . . . 286 3.1.1 Vorbemerkung............ 286 3.1.2 Spannungs-Dehnungs-Linien von Beton und Stahl. 286 3.1.3 Dehnungen und Sicherheitsbeiwerte. . . . . . . . 287 3.1.4 AuBere SchnittgriiBen. . . . . . . . . . . . . . . 289

3.2 Rechteckquerschnitt unter einachsiger Biegung mit Normalkraft. 290 3.2.1 Innere SchnittgriiBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 3.2.2 Zusammenstellung einiger Hilfswerte . . . . . . . . . . 291

3.2.2.1 Nullinie innerhalb des Querschnittes (Zustand II) . 291 3.2.2.2 Nullinie auBerhalb des Querschnittes (Zustand I) 293 3.2.2.3 Darstellung der Hilfswerte. . . . . 294 3.2.2.4 Bezeichnung der Bewehrungsgrade . 295

3.2.3 Gleichgewichtsbedingungen. 295 3.2.3.1 Zustand II . . • . . . . . . . . 295 3.2.3.2 Zustand I. . . . . . . . . . . . 295

3.2.4 Entwicklung von Bemessungshilfsmitteln. 296 3.2.4.1 Allgemeines Bemessungsdiagramm fUr mittlere bis groBe

Lastausmitte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 3.2.4.2 Zahlentafeln fUr mittlere bis groBe Lastausmitte. . . 302 3.2.4.3 "Dimensionsgebundene" Zahlentafeln fUr mittlere bis

groBe Lastausmitte (kh-Verfahren) . . . . . . . . . 306 3.2.4.4 Bemessungsdiagramme fUr symmetrische Bewehrung bei Druckkraft

mit kleiner Ausmitte (Interaktionsdiagramme). . . . . . . . 309 3.2.4.5 Diagramme fUr beliebiges Bewehrungsverhaitnis AsIi As2 fUr

Langskraft mit kleiner, mittlerer und groBer Ausmitte . 314 3.2.5 Mittige Druckkraft ohne Knickgefahr . 317

3.2.5.1 Nachweis der Tragfahigkeit . . . . . . . . . . 317 3.2.5.2 Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

3.2.6 Naherungsverfahren bei gering ausmittiger Druckkraft . 318 3.2.7 Mittige und gering ausmittige Zugkraft . . . . . . . . 318

3.3 Plattenbalkenquerschnitte.... 3.3.1 Mitwirkende Plattenbreite. 3.3.2 Bemessung. . . . . . . .

Inhalt

3.3.2.1 Bemessung mit Zahlentafeln 3.3.2.2 Bemessung nach Niiherungsverfahren.

3.3.2.2.1 Schlanke Plattenbalken . . . 3.3.2.2.2 Gedrungene Plattenbalken .

3.3.3 Plattenbalken mit schief verlaufender Nullinie

3.4 Beliebige Form der Betondruckzone ....

3.5 Rechteckquerschnitt unter schiefer Biegung.

3.6 Umschnurte Druckglieder. . .

3.7 Unbewehrte Betonquerschnitte.

4. Bemessung fiir Querkraft . 4.1 Grundlagen........

4.2 Ma13gebende Querkraft . .

4.3 Stabkriifte nach der Fachwerkanalogie .

4.4 Ermittlung der Schubspannungen . . . 4.4.1 Homogene Querschnitte . . . . 4.4.2 Stahlbetonquerschnitte im Zustand II

4.5 Grundwert der Schubspannung . . . . . .

4.6 Schubbereiche und Bemessungswert der Schubspannungen

4.7 Erforderliche Schubbewehrung .......... . 4.7.1 Ermittlung aus der bezogenen Schubkraft .. 4.7.2 Vereinfachter Nachweis der Schubbewehrung

4.8 Sonderfiille der Schubbemessung. . . . . . 4.8.1 Anschlu13 von Druck- und Zuggurten 4.8.2 Durchstanzen von Platten. 4.8.3 Konsolen. . . . . . . . . . . . . .

5. Bemessung fiir Torsion 5.1 Grundlagen......

5.2 Schubspannungen unter Gebrauchslast .

5.3 Erforderlicher Bewehrungsquerschnitt

5.4 Zusammengesetzte Querschnitte. . .

6. Bemessung schlanker Druckglieder

xv

319 319 321 322 323 326 327 331

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6.1 Grundlagen............. 365 6.1.1 Verhalten rein e1astischer Stiibe . 366 6.1.2 Verhalten von Stahlbetonstiiben . 367 6.1.3 Ermittlung der Knickliinge . . . 370 6.1.4 Abgrenzung zwischen verschieblichen und unverschieblichen Systemen 373 6.1.5 Ungewollte Ausmitte . . . . . . . . . . 374 6.1.6 Einflu13 der Verteilung der Biegemomente 375 6.1.7 Einflu13 des Kriechens. . . . . . . . . . 376

XVI Inhalt

6.2 Durchfiihrung des Knicksicherheitsnachweises nach dem Ersatzstabverfahren 377 6.2.1 Kriterien fiir den Verzicht auf einen Knicksicherheitsnachweis . . . . 377 6.2.2 MiiJ3ig schlanke Stiibe mit Schlankheiten 20 < A ,,; 70 378 6.2.3 Sehr schlanke Stiibe mit Schlankheiten 70 < A ,,; 200 . 380

6.3 Direkter Stabilitiitsnachweis. . . . . . . . . . . . . . . . 384 6.3.1 Momenten-Kriimmungs-Linien........... 384 6.3.2 Iterative Ermittlung der Stabausbiegungen und Momente 389 6.3.3 Ermittlung der Stabausbiegungen und Momente ohne Iteration

fiir die Biegelinie . . . . . . . . . . . 394

6.4 Bemessung mit Hilfe von Traglastdiagrammen 396

6.5 Nachweis am Gesamtsystem. . . . . . . . 398

6.6 Knicken nach zwei Richtungen . . . . . . 398

6.7 Sonderfiille des Knicksicherheitsnachweises. 402 6.7.1 Umschniirte Stiitzen . . . . . . . . 402 6.7.2 Stahlbetonwiinde. . . . . . . . . . 404 6.7.3 Druckglieder aus unbewehrtem Beton. 405

7. Nachweise unter Gebrauchslast . . . . 406

7.1 Durchbiegungen von Stahlbetonbauteilen 406 7.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . 406 7.1.2 Ermittlung von Durchbiegungen 406 7.1.3 Begrenzung der Biegeschlankheit 407

7.2 Beschriinkung der RiJ3breite . . . 407 7.2.1 Allgemeines . . . . . . . 407 7.2.2 Nachweis nach DIN 1045. 411

7.2.2.1 Mindestbewehrung 411 7.2.2.2 Regeln fiir die statisch erforderliche Bewehrung . 411

7.2.3 Wasserundurchliissige Betonkonstruktionen . . . . . 413

7.3 Stahlspannungen unter nicht vorwiegend ruhender Belastung 414

Formelzeichen, GriiJ3en und Einheiten 416

Literatur zu Teil I. Stahlbetonbau . . 418

Teil J. Spannbeton (K.-W. Bieger)

1. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Vor- und Nachteile des Spannbetons.

1.2 Abgrenzung zum Stahlbeton. . . .

2. Die Erzeugung der Vorspannung. 2.1 Spannbettvorspannung . . .

2.2 Vorspannung ohne Verbund ....

425

425

426

429

429

430

Inhalt XVII

2.3 Vorspannung mit nachtriiglichem Verbund . 432

2.4 Besondere Vorspannarten 434

3. Der Gebrauchszustand. . 437

3.1 Lastfall Vorspannung . . 437 3.1.1 Spannbettvorspannung. 437 3.1.2 Vorspannung ohne Verbund 440

3.1.2.1 Statisch bestimmte Systeme 440 3.1.2.2 Statisch unbestimmte Systeme 443

3.1.3 Umlenkkraftmethode.. 448 3.1.4 Reibungsbehinderung.. . 453

3.2 Lastfiille Eigen-und Nutzlasten. . 456 3.2.1 Vorspannung mit Verbund 456 3.2.2 Vorspannung ohne Verbund 457 3.2.3 Teilweise Vorspannung . . 459

3.3 Lastfall Schwinden und Kriechen . 463 3.3.1 Grundlagen . . . . . . . . 463 3.3.2 Einfiihrung eines Relaxationskennwerts 465 3.3.3 Spannkraftabfall bei Vorspannung ohne Verbund in statisch bestimmten

Systemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 466 3.3.4 Spannkraftabfall bei Vorspannung mit Verbund in statisch bestimmten

Systemen. . . . . . . . . . . 467 3.3.5 Methode der Kriechintervalle. . . . 470 3.3.6 Systemschwinden. . . . . . . . . . 473 3.3.7 Zwiingungen infolge Spannkraftabfall 474 3.3.8 Stiitzensenkungen und Systemiinderungen . 478

3.4 Hauptspannungen infolge Gebrauchslasten . 480 3.5 Querschnittswahl und Spanngliedfiihrung 482

3.6 Ermittlung der Spannwege. . . 484 3.7 Berechnung der Verformungen. . . 487

4. Die Beschrankung der Ri8breite . 488

4.1 Grundlagen............ 488 4.2 SchnittgroBen und Stahlspannungen . 489

4.3 Spannglieder mit nachtriiglichem Verbund 492

5. Der rechnerische Bruchzustand. . . . . 496

5.1 Versagen infolge Biegung mit Liingskraft. 496 5.1.1 Grundlagen und SchnittgroBen . . 496 5.1.2 Vorspannung mit Verbund . . . . 498

5.1.2.1 Halbgraphisches Verfahren (Morsch) . 498 5.1.2.2 Rechnerisches Verfahren (Riisch) . 500

5.1.3 Vorspannung ohne Verbund . . . . . . . . . 500

5.2 Versagen infolge Querkraft und Torsion. . . . . . 503 5.2.1 Hauptspannungen im rechnerischen Bruchzustand . 503

5.2.1.1 Grundlagen und SchnittgroBen. . . . . . . 503

XVIII Inhalt

5.2.1.2 Hauptspannungen in Zone a. . . . . . . 5.2.1.3 Rechenwert der Schubspannung in Zone b

5.2.2 Nachweis der Schubbewehrung . . . . . .

6. Der Verbund zwischen Spannglied und Beton.

7. Die Einleitung der Vorspannkrafte. 7.1 Ankerkorper am Tragerende. . . . .

7.2 Verankerungen innerhalb des Tragers

7.3 Verankerung durch Verbund .

8. Einige Konstruktionshinweise . 8.1 Spannglieder im Querschnitt.

8.2 Aufnahme der Umlenkkrafte.

8.3 Zwischenverankerungen. . .

Formelzeichen. Grol3en und Einheiten

Literatur zu Teil 1. Spannbeton . . .

Teil K. Anwendungen des Stahl- und Spannbetons

1. Bewehren von Stahlbetonbauwerken . 1.1 Vorbemerkungen ..... .

1.2 Allgemeine Bewehrungsregeln

1.3 Mindestbewehrung . . . . .

1.4 Verankerung der Bewehrung.

1.5 Bewehrungsstol3e....

1.6 Verlegen der Bewehrung.

2. Stahlbetonbauteile '. . . . 2.1 Druck- oder zugkraftbeanspruchte Bauelemente

2.1.1 Stahlbetonstiitzen. 2.1.2 Betonwande . . . . . . . . . 2.1.3 Zugglieder. . . . . . . . . .

2.2 Stahlbetonbalken und -plattenbalken. 2.2.1 Allgemeines . . . . 2.2.2 Biegezugbewehrung. . . . . . 2.2.3 Schubbewehrung. . . . . . . 2.2.4 Torsionsbeanspruchte Balken . 2.2.5 Balkenauflagerung . . . . . . 2.2.6 Rahmenecken und Rahmenknoten.

(J. Lierse)

505 507 507

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545 545 546 549 551 551 554

Inhalt XIX

2.2.7 Balken und Plattenbalken aus Fertigteilen . 557 2.2.8 Stahlbetonrippendecken. 559

2.3 Konsolen. . . . . 560

2.4 Stahlbetonplatten. . . . . . . 563 2.4.1 Allgemeines . . . . . . 563 2.4.2 Einachsig gespannte Platten. 564 2.4.3 Zweiachsig gespannte Platten . 568 2.4.4 Punktfiirmig gestiitzte Platten. 569 2.4.5 Platten aus Fertigteilen . 573 2.4.6 Sonderfalle. 575

2.5 Treppen . . . . . 575

2.6 Scheibentragwerke 578 2.6.1 Allgemeines 578 2.6.2 Wandartige Trager. 578 2.6.3 Decken- und Wandscheiben zur Gebaudeaussteifung. 581

3. Anwendungen des Stahl- und Spannbetons im Hoch- und Industriebau . . 582

3.1 Einfiihrung.......

3.2 Stockwerkbauten. . . . 3.2.1 Vorbemerk ungen . 3.2.2 Einwirkungen, Lastannahmen .

3.2.2.1 Vertikale Lasten . . . 3.2.2.2 Horizontale Lasten. . 3.2.2.3 Weitere Einwirkungen

3.2.3 Wandbauten. . . . . 3.2.3.1 Mischbauweise 3.2.3.2 Betonbauweise 3.2.3.3 Tafelbauweise .

3.2.4 Stahlbetonskelettbauten. 3.2.4.1 Allgemeines . . . 3.2.4.2 Deckenkonstruktionen. 3.2.4.3 Gebaudeaussteifung . . 3.2.4.4 Fertigteilbauweise . . . 3.2.4.5 Besondere Bauverfahren . 3.2.4.6 Dehnungsfugen

3.2.5 Hochhauser . . . . . . . . . . 3.2.5.1 Allgemeines . . . . . . . 3.2.5.2 Hochhauser mit durchgangigem Traggeriist. 3.2.5.3 Hochhauser mit Abfangungen 3.2.5.4 Hangehochhauser . . . . . . . . . . . 3.2.5.5 Hochhauser aus Fertigteilen . . . . . .

3.3 Hallenbauten und weitgespannte Dachkonstruktionen 3.3.1 Allgemeines . . . . . . . . 3.3.2 Flachdachhallen . . . . . . . . .

3.3.2.1 Klassische Bauweise. . . . 3.3.2.2 Hallen aus Grof3fertigteilen. 3.3.2.3 Rahmenkonstruktionen . .

582

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602 602 603 603 605 606

xx Inhalt

3.3.3 Hallen mit geneigten Dachfliichen . 3.3.3.1 Shedhallen . . . . . . . . 3.3.3.2 Faltwerkdiicher . . . . . . 3.3.3.3 Weitgespannte Schalendiicher 3.3.3.4 Hiingediicher

3.4 Behiilter und Tiirme. 3.4.1 Allgemeines . . 3.4.2 Silobauwerke.. 3.4.3 Wasserbehiilter. 3.4.4 Faulbehiilter. . 3.4.5 Sicherheitsbehiilter 3.4.6 Kiihltiirme. . . . 3.4.7 Schornsteine und Fernmeldetiirme.

4. Briicken aus Stahl- und Spannbeton . . 4.1 Einfiihrung...............

4.1.1 Entwicklung des Massivbriickenbaus 4.1.2 Begriffsbestimmungen. . . . . . . . 4.1.3 Allgemeine Grundsiitze fiir Entwurf und Gestaltung 4.1.4 Vorschriften, Normen und Richtlinien fiir den Briickenbau . 4.1.5 Einwirkungen, Lastannahmen .....

4.2 Durch1iisse und tunne1artige Unterfiihrungen .

4.3 Plattenbriicken.. . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Schlaff bewehrte Massivplattenbriicken 4.3.3 Vorgespannte Massivplattenbriicken. 4.3.4 Schiefwinklige Plattenbriicken. 4.3.5 Pilzbriicken . . . . . . . . . 4.3.6 Plattenbriicken aus Fertigteilen

4.4 Balkenbriicken . . . . . . . 4.4.1 Vorbemerkungen ... 4.4.2 Plattenbalkenbriicken.

4.4.2.1 Allgemeines 4.4.2.2 Ermittlung der Schnittkriifte . 4.4.2.3 Bewehrung von Plattenbalkenbriicken 4.4.2.4 Einstegige Plattenbalkenbriicken . . . 4.4.2.5 Zweistegige, quertriigerlose Plattenbalkenbriicken . 4.4.2.6 Mehrstegige Plattenbalkenbriicken . 4.4.2.7 Trogbriicken

4.4.3 Kastentriigerbriicken.. . . . . . . . . 4.4.3.1 Allgemeines ......... . 4.4.3.2 Zur Bemessung und Konstruktion 4.4.3.3 Fe1dweiser Vorbau mit Vorschubriistung . 4.4.3.4 Spannbetonbriicken im Freivorbau. . 4.4.3.5 Briickenbau im Taktschiebeverfahren. 4.4.3.6 Kastentriigerbriicken aus Fertigteilen .

4.5 Rahmenbriicken.

4.6 Bogenbriicken . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.7 Seilabgespannte Briicken

4.8 Briickenausbau.... . 4.8.\ Allgemeines . . .

Inhalt

4.8.2 Randausbildung bei StraBenbriicken. 4.8.3 Fahrbahnaufbau und Abdichtung .. 4.8.4 Rand- und Liingsfugenausbildung bei Eisenbahnbriicken . 4.8.5 Fahrbahniibergiinge

4.9 Briickenlager. . . . 4.9.1 Allgemeines . . 4.9.2 Betonlagerung. 4.9.3 Stiihlerne Lager 4.9.4 Bewehrte Elastomerlager 4.9.5 Topflager. . . 4.9.6 Kalottenlager.

4.10 Unterbauten ... 4.10.1 Allgemeines . 4.1 0.2 Widerlager. . 4.10.3 Stiitzen und Pfeiler .

Literatur zu Teil K. Anwendungen des Stahl- und Spannbetons ....

Sachverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XXI

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692 692 693 693 694 695 695

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. .. 713