Stahlbau-Kalender 2013

3.1.3.3 Lasteinleitung Hanger

Abschließend soll noch auf die Lasteinleitung der Han-ger eingegangen werden, da auch hier wieder die unter-schiedlichen Ansatze der Kraftwerksbetreiber erkenn-bar sind. So werden im einen Fall die Kesselhangerzwischen den Doppeltragern (Bild 27b) durchgefuhrtund uber ein kurzes Querblech die Last aus einem

Hanger auf die beiden Trager gleichmaßig verteilt.Im anderen Fall werden an die geschweißten Kasten-trager seitlich Konsolen angebracht (Bild 27c und d),die die Last aus den Hangern der Kesselwande aufneh-men. Dies fuhrt zu einer erheblichen Torsions-beanspruchung der Trager und macht Querschotte er-forderlich. Zudem muss fur die Aufnahme der Torsi-onsmomente Sorge getragen werden, was im vorliegen-den Fall im Wesentlichen durch eine biegesteife Ver-bindung mit den orthogonal verlaufenden Kastentra-gern geschieht. Schließlich gibt es noch die Moglich-keit Hutprofile auszufuhren, die an der Unterseite offensind und im Oberflansch entsprechende Bohrungen zurDurchfuhrung der Hanger der Kesseldecke besitzen.

3.1.4 Statisches System

3.1.4.1 Kesseltragrost Kraftwerk Datteln

Das statische System dieses Kesseltragrostes (Bild 36)entspricht einem klassischen Tragerrost mit biegestei-fen Verbindungen in den Tragerkreuzungen, mit demUnterschied, dass der Lastabtrag im Wesentlichen nurin Richtung der Haupttrager erfolgt, da nur diese aufdem Kesselgerust aufgelagert sind und die Steifigkeitder beiden Tragerlagen sehr unterschiedlich ist. Es wer-den die im Abschnitt 3.1.3 beschriebenen konstrukti-ven Gegebenheiten (biegesteife/gelenkige Anschlusse)modelltechnisch entsprechend umgesetzt. Da sowohlVertikal- als auch Horizontallasten zu berucksichtigensind, erfolgt die Berechnung am raumlichen System.Die Lasten aus dem Kessel (Kesselwande, Kessel-decke) werden entsprechend ihrem Lastangriffspunktals Einzellasten aufgebracht. Das Verschmieren derEinzellasten in Streckenlasten wurde zwar eine Verein-fachung bei der Lasteingabe bedeuten, konnte aberaufgrund der geringen Tragerlangen zu unsicheren An-schlussquerkraften fuhren (teilweise nur vier Last-punkte je Trager!). Zusatzlich zu den Vertikallastenaus dem Kessel sind noch Horizontallasten aus denHangern zu berucksichtigen. Diese resultieren aus einerSchiefstellung der Hanger, die sich aus der Tempera-turausdehnung des Kessels ergibt. Um die Horizontal-lasten auf ein moglichst geringes Maß zu reduzieren,werden die Hanger im kalten Zustand planmaßignach innen schief gestellt, sodass sich bei Erwarmungeine reduzierte Schiefstellung nach außen ergibt. Sokonnen die Horizontallasten nahezu halbiert werden.Die horizontale Aussteifung des Kesseltragrostes uber-nimmt ein Horizontalverband in der Obergurtebene derHaupttrager. Dieser muss neben den Stabilisierungslas-ten auch noch die Horizontallasten aus Wind, die ausder Dachkonstruktion eingeleitet werden, aufnehmen.Die horizontale Halterung der Haupttrager und der Ab-trag der Windlasten werden schließlich uber je einenVertikalverband in den beiden Seitenwanden (Auf-lagerebene der Haupttrager) gewahrleistet.Durch die Verwendung von Kalottengleitlagern bei denHaupttragern wird eine Entkopplung des Kesseltrag-

723Tragwerksplanung von Kesselgerust und Tragrost

Bild 34. Auflagerbereich Hutprofil

Bild 35. Schneidenlagerung der Vorder-/Ruckwandtragerauf KG-Riegel

rostes vom Kesselgerust erreicht. Die Horizontallastenauf den obersten KG-Riegel sind im Wesentlichen ab-hangig von der Lagerreibung und nicht von der Steifig-keit des Riegels. Daher kann auf die Modellierung desobersten Stockwerks des Kesselgerustes verzichtetwerden. Bei der Berechnung des Kesselgerustes mus-sen lediglich die Horizontallasten aus Lagerreibungund die exzentrische Lasteinleitung, die sich aus derHorizontalverschiebung des Auflagers aufgrund desEnddrehwinkels der Haupttrager ergibt, berucksichtigtwerden.Die einzelnen Lastfalle und �berlagerungen werdengemaß der VGB-R-Richtlinie bzw. nach Vorgabender Anlagenbauer gewahlt.Die Bemessung beinhaltet neben den ublichenSpannungs- und Stabilitatsnachweisen vor allem die

Beulnachweise fur die Haupttrager. Die Beulnachweisewerden mithilfe einer FE-Berechnung (Bild 37) durch-gefuhrt, sodass samtliche Einflusse aus Anordnung undGeometrie von Langs- und Quersteifen sowie aus derEinleitung von Einzellasten moglichst genau beruck-sichtigt werden konnen.

3.1.4.2 Kesseltragrost Kraftwerk GKM

Dieser Typ Kesseltragrost ist in der Modellierung auf-wendiger als der oben beschriebene. Die gestapelteTragerlage (Hutprofile liegen uber Schneidenlagerauf den Seitenwandtragern auf) sowie die Querschnitts-sprunge und Tragerausklinkungen mussen im Modellentsprechend berucksichtigt werden (Bild 38). Hinzukommt, dass durch die Schneidenlagerung der Vorder-/Ruckwandtrager die Horizontallasten, die durch dieAuflagerverschiebung infolge des Enddrehwinkelsder Vorder-/Ruckwandtrager in den KG-Riegel ein-geleitet werden, wesentlich von der Steifigkeit desRiegels abhangig sind. Um diese Horizontalkrafte(bei denen es sich um Zwangungskrafte handelt) mog-lichst genau zu ermitteln, wird das oberste Stockwerkdes Kesselgerustes im statischen Modell des Kessel-tragrostes abgebildet (Bild 39).Die Einzellasten aus dem Kessel (Kesselwande, Kes-seldecke) konnen uber die Tragerlange verschmiertals Streckenlasten angesetzt werden, was die Eingabeetwas vereinfacht. Bei den Tragern des außeren Kessel-tragrostes sind hierbei auch die Torsionsmomente ausder exzentrischen Lasteinleitung zu berucksichtigen.Die biegesteife Verbindung der Trager des außerenKesseltragrostes hat zur Folge, dass Stutzensenkungender Kesselgeruststutzen eine nicht zu vernachlassi-gende Beanspruchung in diesen Tragern hervorrufenund daher auch zu berucksichtigen sind.Im Hinblick auf die Lastfalle, �berlagerungen undNachweise gelten die Ausfuhrungen von weiter oben.

724 11 Kraftwerke

Bild 36. Statisches System Kesseltragrost Kraftwerk Datteln

Bild 37. Beulfigur eines typischen Beulfeldes

Bild 38. Modellierung im statischen System

3.2 Kesselgerust

3.2.1 Funktion und Belastung

Das Kesselgerust (Bild 40) ist das Haupttragelementdes Kesselhauses und hat vier Kastenstutzen, in derRegel begehbar, die durch Diagonalen und Riegel zueinem quadratischen Stahlgerust verbunden sind. DieRiegel des Gerustes liegen meistens in den Hohender Hauptbuhnen. Die Gesamthohe richtet sich nachder Große des Kessels. Es ist quasi das tragende Haupt-skelett des Kesselhauses. Die Hauptbelastung des Kes-selgerustes sind die Eigengewichts- und Betriebslastendes Kessels, welche uber den Kesseltragrost am Kopfdes Kesselgerustes eingeleitet werden. Vielfach werdenzusatzlich dazu erhebliche Lasten aus den Rauchgaska-nalen am Kopf des Gerustes ausmittig eingeleitet. ZurEinleitung dieser vertikal und horizontal wirkendenLasten werden am obersten Riegel der betreffendenKesselgerustwand senkrecht und waagerecht Fach-werktrager angeordnet.Ein weiterer erheblicher Lastanteil kommt aus den Kes-selhausbuhnen, welche entweder direkt in die Riegelund Stutzen des Kesselgerustes oder uber Hanger ein-geleitet werden. Die Hanger sind erforderlich, da auchzwischen den Hauptebenen, wo keine Riegel vorhan-den sind, Lasten aus Bedienbuhnen und Abstutzungenfur Anlagenteile eingeleitet werden mussen. Die Han-ger verteilen diese Lasten auf die Riegel der Haupt-ebenen und werden dort ausmittig angeschlossen.Daruber hinaus ist das Kesselgerust ein wesentlichesElement der Aussteifungskonstruktion des Kessel-hauses und muss fur anteilige Wind-, Stabilisierungs-und Erdbebenlasten bemessen werden. Die Wind-und Aussteifungslasten werden im Wesentlichen durchdie in den Außenwanden liegenden Stutzen in die aus-steifenden Hauptbuhnen des Kesselhauses eingeleitet.In den Buhnenebenen liegende Verbande verteilendie Lasten auf die Wandverbande der Kesselhauswande

und auf die Fachwerkrahmen des Kesselgerustes. Hier-bei ist zu beachten, dass durch die konstruktive Aus-bildung der Kesselgerustriegel, welche im Regelfallals Hohlkastenprofil ausgebildet sind, eine nicht zu ver-nachlassigende Biegesteifigkeit der Riegel in horizon-taler Richtung vorhanden ist. Dies fuhrt dazu, dass dieHorizontallast in Abhangigkeit vom Steifigkeitsver-haltnis von Riegel zu Buhnenverband aufgeteilt werdenmuss (Bild 41) und dass die Riegel des Kesselgerustesaus diesem Sachverhalt nicht unerhebliche horizontaleBiegemomente erhalten, welche in der Bemessung zuberucksichtigen sind.Die wesentlichen Einwirkungen, welche das Kessel-gerust belasten, sind in Tabelle 2 zusammengefasst. In-folge der großen Zahl von Lastfallen (Tabelle 3) undder unterschiedlichen Kombinationsfaktoren musseine nicht unerhebliche Zahl von Lastfallkombinatio-nen untersucht werden. Fasst man die untenstehendenLastfalle nach Einwirkungen zusammen, so ergebensich je nach Aufstellungsort, anzuwendenden Vor-schriften und Kundenspezifikation 7 bis 8 Einwirkun-gen, welche mit den entsprechenden Faktoren zu uber-lagern sind.Die Berechnung des Kesselgerustes wird in den meis-ten Fallen vor allen anderen Berechnungen durchge-fuhrt. Dies erfordert, dass die Belastungen als Basis


Bild 39. Statisches System Kesseltragrost Kraftwerk GKM

Bild 40. Statisches Modell Kesselgerust

fur die statischen Nachweise der Riegel, Stutzen undDiagonalen des Kesselgerustes aus Lastvorermitt-lungen der einzelnen Buhnen ermittelt werden. Dadie Ausarbeitung der Buhnen zu diesem Zeitpunktnoch nicht abgeschlossen ist und aus diesem Grunddie Lasten mit gewissen Unsicherheiten behaftet sind,werden Reservelasten berucksichtigt, welche dieseLastunsicherheiten kompensieren sollen.

Daruber hinaus durfen die Montagelastfalle bei derBerechnung des Kesselgerusts nicht unberucksichtigtbleiben. Diese sind je nach gewahltem Montageablaufsorgfaltig mit Auftraggeber und den ausfuhrendenFirmen abzustimmen. Folgende Montagelastfalle sindin der Regel zu beachten:– Lasten aus den Litzenhebern zur Montage des

Tragrostes,– Lasten aus den Litzenhebern zur Montage der

Seitenwandbandagen,– Windanlenkungskrafte aus der Montage der

Seitenwandbandagen,– Lasten aus Montage der Brenner,– Lasten aus Montage des Rauchgaskanals.Durch die Vielzahl der Lasten, die auf das Kesselgerusteinwirken, ist es sehr wichtig, Lasten und deren An-griffspunkte genau darzustellen und zu dokumentieren.In den nachfolgenden Bildern 42 und 43 wird gezeigt,wie dies im Falle einer Stutze und eines Riegels erfolgenkann. Die gezeigten Stutzen- und Riegellastbilder, diemit einem Tabellenkalkulationsprogramm erstellt wer-den konnen, zeigen genau die Lastgroße, den Lastangriffmit Knotennummer und Koordinaten in x-, y- undz-Richtung sowie den dazugehorigen Lastfallen in jederEbene. Damit kann jede am Kesselgerust angreifendeEinwirkung anschaulich dokumentiert werden.Infolge der großen Lasten und der erforderlichen Ge-samtsteifigkeit zur Einhaltung von vorgegebenen Ver-formungsgrenzwerten ergeben sich vor allen Dingenfur die Stutzen sehr große Querschnittsabmessungen.Die mittleren Abmessungen einer Kesselgeruststutzebewegen sich zwischen 1800 bis 3500 mm. Aufgrunddieser Tatsache ist im Regelfall der Einfluss der Theo-rie II. Ordnung sehr gering und kann vernachlassigtwerden. Dies gestattet es, die Schnittgroßenermittlungund die �berlagerung der einzelnen Einwirkungenlinear, d. h. nach Theorie I. Ordnung durchzufuhren.

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Bild 41. Lastverteilung von Horizontalverband zu Kesselgerustriegel

Tabelle 2. Einwirkungen

Standige Einwirkungen Gi

Gk,1 EG-Stahl (Buhnen + Giro etc.)

Gk,2 EG-Komponenten (Kessel, Kanale, Rohr-leitungen, Betondecken, Fassade etc.)

Gk,3 Setzungsdifferenzen (DIN 18800-1, EL. 706)

Gk,4 Stabilisierungslasten (Imperfektionen)

Gd,i = gG · Gk,i

Veranderliche Einwirkungen Qi

Qk,1 Kundenspezifikation

Qk,2 Buhnenflachenlasten

Qk,3 n. s. Betriebslast (Wasserfullung, Asche,Bunkerfullung etc.)

Qk,4 Wind

Qk,5 e Innendruck, Rohrschub, Reibung,besondere Einzellasten

Qd, i = gQ,i · Qk, i

3.2.2 Besonderheiten des statischen Modells

Die Geometrie des Tragsystems wird im Wesentlichendurch die Randbedingungen der Kraftwerksanlage,Rohrleitungen und Kanale bestimmt. Dadurch ergebensich im Regelfall fur die einzelnen Wande des Kessel-gerustes unterschiedliche statische Systeme, lediglichdie beiden Seitenwande sind in der Regel symmetrisch.Vielfach ist es erforderlich, Fullstabe der Wande nichtim Systempunkt, sondern mit großem Versatz derSystemlinien anzuschließen. Dadurch ergibt sich einFachwerkrahmensystem, welches seine Tragfahigkeitdurch das Zusammenwirken von biegesteif verbunde-nen Riegeln und Stutzen und gelenkig angeschlossenenDiagonalstaben erhalt. Mit den heutigen Moglichkeitender EDV kann das statische System des Kesselgerustesmit hoher Annaherung an die Realitat abgebildet wer-den. Die leistungsfahigen Computer der heutigen Zeitgestatten es, das Kesselgerust als dreidimensionalesGesamtsystem mit Rahmen und Fachwerkstaben zumodellieren. Dadurch wird eine sehr genaue Erfassungder Belastungen und Lasteinleitungsdetails moglich.Wie schon oben erwahnt, wird das Kesselgerust nebender Hauptlast aus dem Kesseltragrost von vielenBuhnentragern und Hangern belastet (Bild 44). Auskonstruktiven Grunden mussen diese Lasten sowohlan den Stutzen als auch an die Riegeln exzentrisch an-geschlossen werden. Sinnvollerweise sollten die Last-einleitungspunkte im Modell mit abgebildet werdenund zum Beispiel uber starre Kopplungen mit denSystempunkten der Stutzen und Riegel verbundenwerden.Schon bei der Generierung des Rechenmodells ist da-rauf zu achten, dass Belange der Detailkonstruktion be-achtet werden (Bilder 45 und 46). Besonderes Augen-merk ist auf die Knotenverbindungen zwischen Riegelnund Diagonalen zu richten. Generell sind die Quer-schnitte von Riegeln, Diagonalen und Stutzen ausKastenprofilen hergestellt, die geplante Knotenver-bindung ist bei der Wahl der Profilabmessungen zuberucksichtigen.Die ubliche Vorgehensweise, Verbindungen zwischenStutzen und Fullstaben ohne Exzentrizitat zu planen,fuhrt im Fall der Kesselgeruste spater zu unwirtschaft-lichen und konstruktiv schwer beherrschbaren An-schlussdetails. Um die Knotenblechgroßen im Rahmenzu halten, ist deshalb dringend zu empfehlen, schon beider Wahl des statischen Grundsystems eine planmaßigeAusmitte der Stabschnittpunkte zu wahlen. Dadurchentstehen gedrungene Knotenpunkte mit minimiertenAbmessungen der Knotenbleche, was auch im Hinblickauf die Anordnung von Rohrleitungen und Anlagen-teilen ein wichtiger Aspekt ist.


Tabelle 3. Lastfalle

LF-Nr. LF-Bezeichnung Eigenschaften

1 Eigengewicht Kesselgerust standig

2 Eigengewicht Buhnen/Dach standig

3 Eigengewicht Buhnenbelag standig

4 Eigengewicht Dachaufbau standig

5 Eigengewicht Kesseldecke standig

6 Standige Lasten Anlage standig

7 Standige Lasten Kessel standig

8 Standige Lasten Rauchgaskanal standig

10 Reservelasten standig

21 Nutzlasten, Betriebslasten, Fulllasten veranderlich

22 Wasser Kessel veranderlich

23 Asche Kessel veranderlich

24 Betriebslasten Rauchgaskanal veranderlich

31 Flachenlasten veranderlich

41 Innendruck, Reibung, Temperatur veranderlich

42 Druck Rauchgaskanal + veranderlich

43 Druck Rauchgaskanal – veranderlich

44 Temperatur Rauchgaskanal veranderlich

45 Rohrschub und Kesselfuhrung +x veranderlich

46 Rohrschub und Kesselfuhrung –x veranderlich

47 Rohrschub und Kesselfuhrung +y veranderlich

48 Rohrschub und Kesselfuhrung –y veranderlich

51 Wind in +x veranderlich

52 Wind in –x veranderlich

53 Wind in +y veranderlich

54 Wind in –y veranderlich

61 Stabilisierung in +x veranderlich

62 Stabilisierung in –x veranderlich

63 Stabilisierung in +y veranderlich

64 Stabilisierung in –y veranderlich

71 Stutzensenkung 1 veranderlich




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Bild 42. Riegellastbild

Bild 43. Stutzenlastbild

3.2.3 Konstruktive Details

Eine wesentliche Bemessungsaufgabe bei Stahlkons-truktionen und insbesondere bei Kesselgerusten stelltdie Auslegung der Detailknoten dar. Hierbei kommtes besonders darauf an, die Knoten entsprechend dergewahlten statischen Systeme und dem Gebot der Wirt-schaftlichkeit tragsicher zu entwerfen und zu konstruie-ren.

Eine Besonderheit stellen die Knotenverbindungenzwischen Riegeln und Diagonalen dar. Generell sinddie Querschnitte von Riegeln, Diagonalen und Stutzenaus Kastenprofilen hergestellt. Es wird hierbei ubli-cherweise so vorgegangen, dass die Profilabmessungender Riegel und Diagonalen so gewahlt werden, dass dieBreite gleich groß ist. In der Hohe konnen die Quer-schnitte dann den statischen Erfordernissen angepasst


Bild 44. Beispiel fur die Belastung eines Riegels

Bild 45. Statisches Modell Kesselgerustknoten Bild 46. Statisches Modell Kesselgerustknoten gerendert

werden. Dadurch kann zumindest die Schraubver-bindung zwischen Riegel und Stiel durch eine seitlicheVerschraubung zwischen Profilsteg und Knotenblechstandardisiert werden.Generell werden die Verbindungen zwischen Riegel undStutze als biegesteife Einheit ausgebildet. Der Anschlusserfolgt uber Stirnplattenverbindungen mit HV-Schrau-ben. An den meisten Knoten schließen zusatzlich eineoder mehrere Diagonalen an. Zu diesem Zweck werdenan diesen Stellen die Stegbleche durch entsprechend ge-formte Knotenanschlussbleche ersetzt. Zum Teil mussenzur Abtragung der Zug- und Druckkrafte aus den Biege-momenten an den Flanschen zweireihige Schraubenangeordnet werden. Um diese Schrauben anziehen zukonnen, werden die Stege der Rahmenriegel bzw. dieKnotenbleche halbkreisformig ausgespart.Der Querschnitt der Stutzen ist als quadratischer Hohl-kasten ausgefuhrt, hat aber im Regelfall eine wesent-lich großere Breite und Hohe als die Riegel und Diago-

nalen. Im Anschlussbereich sind zur Lasteinleitung ent-sprechende Steifen und Rippen anzuordnen. Wie be-reits oben ausgefuhrt, wird schon bei der Wahl des sta-tischen Grundsystems eine Ausmitte der Stabschnitt-punkte berucksichtigt. Sinnvollerweise wird die Aus-mitte fur alle Knoten gleich gewahlt, sodass derRechenvorgang standardisiert werden kann. Vorteilhaftist nach Meinung der Verfasser, wenn sich die Achseder Diagonalen bei fallenden Diagonalen an derStutzeninnenseite mit der Achse des Riegeloberflan-sches und bei steigenden Diagonalen mit der Achsedes Riegelunterflansches schneidet.Das Rechenmodell berucksichtigt zwar die Ausmittig-keit der Anschlusse genau, durch die fehlenden Ver-tikalschotte wird die Vertikalkomponente der Diagona-len jedoch nur uber den inneren Steg der Stutze einge-leitet. Dadurch ergeben sich lokale Abweichungen inder Spannungsverteilung der Stutzen, welche gesondertrechnerisch zu erfassen und nachzuweisen sind.

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Bild 47. Anschluss Riegel/Stutze miteiner Diagonale

Bild 48. Anschluss Riegel/Stutze mitzwei Diagonalen

Beispiele aus einem ausgefuhrten Kraftwerksprojektzeigen die Bilder 47 bis 49. Neben den Nachweisenfur Schrauben und Schweißnahte mit den maßgeben-den Schnittgroßen und Ausmitten ist ein wesentlicherAspekt der Nachweisfuhrung, die Stabilitat der hohenKnotenbleche im Bereich der Diagonalanschlusse si-cherzustellen. Aus der Sicht einer wirtschaftlichenund rationellen Fertigung ist es naturlich wunschens-wert, diese Bleche ohne Rippen und Quersteifen aus-

zubilden. Trotzdem ist es manchmal nicht vermeidbar,diese Bleche immer dann, wenn ein Nachweis gegenAusknicken aus der Ebene der Kesselwand mit wirt-schaftlich vertretbaren Blechdicken nicht zu fuhrenist, mit Rippen zu versteifen.Die Diagonalstabe des Kesselgerustes werden ublicher-weise als Fachwerkstabe konzipiert. Die Knotenver-bindungen der Kesselwandriegel mit den Diagonalenund Fullstaben (Bilder 50 und 51) konnen deshalbals reine Normalkraftanschlusse ausgefuhrt werden.Dies geschieht im Regelfall durch geschraubte Ver-bindungen mit zweischnittigen Laschenverbindungenan den außen- und innenliegenden Stegen. Bei Sonder-fallen mit nur auf Druck beanspruchten Knoten, oderfalls eine Laschenverbindung nicht mehr wirtschaftlichauszufuhren ist, wird stattdessen vielfach ein Stirn-plattenstoß verwendet.Neben der Tragsicherheit stellt das Verformungsverhal-ten der Rahmenknoten einen wichtigen Aspekt bei derBemessung dar, welcher schon in der Stabstatik durchdie Modellierung von Rahmeneckfedern oder entspre-chende Stabenden mit reduzierter Steifigkeit, welchedie Biegeverformung der Anschlussplatten berucksich-tigen, Eingang finden sollte.Die Querschnittsabmessung, das Gewicht und dieLange der Kesselgeruststutzen machen es erforderlich,Stoße (Bilder 52 und 53) in relativ kurzen Abstandenvon 15 bis 20 m anzuordnen. Diese Stutzenstoße derKesselgeruststutzen werden ublicherweise entspre-chend den jeweils zur Anwendung kommenden Rege-lungen als Kontaktstoße ausgefuhrt. Diese Vorgehens-weise muss in der Herstellung der Stutzen entsprechendumgesetzt werden und erfordert eine hohe Herstell-genauigkeit bei der Ebenheit der Stirnplatten. Diezulassigen Toleranzen nach den jeweils anzuwenden-den Regelwerken sind zwingend einzuhalten, dies er-fordert in der Fertigung den Einsatz gefraster Stirn-platten.


Bild 49. 3-D-Bild Kesselgerustknoten

Bild 50. AnschlussdetailDiagonalen/Riegel

Die Stirnplatten sind im Regelfall außen bundig,Schrauben werden nur im Inneren des Stutzenquer-schnittes angeordnet. Innenliegende Steifen und Langs-rippen sorgen fur die notwendige Aussteifung undBeulsicherheit der Stutzen. Die Stutzenstoße werdensinnvollerweise an Stellen geringer Biegemomente an-geordnet. Zusatzlich zu den Normalkraften und plan-maßigen Querkraften werden die Schraubverbindun-gen fur unplanmaßige Horizontallasten in Hohe von2,5 % der Normalkraft bemessen.Eine weitere Besonderheit bei der Detailgestaltungstellt der Fußpunkt der Rahmenstutzen dar. �blicher-weise wird er im statischen Modell als gelenkigerFußpunkt abgebildet. Die Fundamentbemessung wirdebenfalls mit den Werten aus der gelenkigen Lagerungdurchgefuhrt. In der Realitat ist aber ein Fußpunkt einerKesselgeruststutze, deren Abmessungen sich im Be-reich von ca. 1,80 m q 1,80 m bis ca. 2,80 m q 2,80 mbewegen, in der Praxis nicht als reines Gelenk aus-zubilden. Eine gewisse Teileinspannung muss bei der

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Bild 51. Anschlussdetail Diagonalen/Pfosten/Riegel

Bild 52. Stutzenstoß Draufsicht

Bild 53. Stutzenstoß Schnitt

Festlegung der Stahlbaudetails des Fußpunktes beruck-sichtigt werden.Ein Beispiel fur einen derartigen Fußpunkt zeigt Bild55. Die Großenordnung der einzuleitenden Lasten ver-deutlicht, dass ubliche Stahlbaudimensionen gesprengtwerden. Die Vertikallasten liegen bei durchschnitt-lichen Kesselgerusten von Steinkohlekraftwerken bei150.000 kN und die zugehorigen Horizontallasten beica. 20.000 kN. Um eine ordentliche Lasteinleitungder Diagonalenkrafte zu gewahrleisten, ist der Fuß-punkt gemaß den Bildern 54 und 55 auszusteifen.

4 Projektlogistik in Großprojekten amBeispiel von Kohlekraftwerken

Bei dem folgenden Abschnitt handelt es sich um einenErfahrungsbericht aus diversen, in den letzten Jahrenabgewickelten Kraftwerksprojekten aus der Sicht desausfuhrenden Unternehmens. Die Autoren haben dabeials Projektverantwortliche in den Bereichen Tech-nisches Buro, Montage und Projektleitung bei derDonges SteelTec GmbH aktiv an der Realisierungdes Stahlbaus fur Kohlekraftwerke mitgearbeitet. Aufden folgenden Seiten wird dargestellt, welche logisti-schen Anspruche im Rahmen des Projektmanagementszu bewaltigen sind, um Großprojekte im Anlagenbauzu einem erfolgreichen Ergebnis zu fuhren.

4.1 Projektsteuerung

4.1.1 Leistungsumfang

Es soll am Beispiel von aktuell im Bau befindlichenbzw. in der jungeren Vergangenheit umgesetzten Stein-kohlekraftwerken ein Einblick in die Projektsteuerungvon Großprojekten im Anlagenbau gegeben werden.Bei der Planung von Dampferzeugergebauden liegt dieHerausforderung nicht in der Bewaltigung hochst kom-plizierter statischer Untersuchungen, sondern in einernicht zu unterschatzenden Organisationsaufgabe, der„Projektlogistik“. Die Montagezeit von Kraftwerkenunterliegt einem sehr engen Zeitrahmen. Um dabeieinen reibungslosen Ablauf zu erreichen, mussen Infor-mationen an diverse Schnittstellen strukturiert uber-geben werden. Eine Besonderheit im Anlagenbau istdie ausgepragte Durchflechtung der lastabtragendenStahlstruktur mit den Anlagenkomponenten zurDampferzeugung. Die Montage des Stahlbaus undder Anlage muss haufig gleichzeitig erfolgen. Groß-komponenten wie z. B. das Druckteil, der sog. Luftvor-warmer (Luvo), viele der Kanale in der Große einesublichen Einfamilienhauses konnen nur in enger Ab-stimmung integriert in die Montage des Stahlbaus ein-

733Projektlogistik in Großprojekten am Beispiel von Kohlekraftwerken

Bild 54. Ansicht Stutzenfuß

Bild 55. Stutzenfuß 3-D-Ansichtund Detailschnitt

gehoben werden. Somit ist haufig keine Trennung zwi-schen der Montage des einen und der Montage des an-deren Bauteils mehr moglich. Der Montageablauf allerBauteile ist zu optimieren, wobei die Stahlstrukturbereits bei der Montage der Anlagenteile als Unter-stutzungskonstruktion dient.Das Dampferzeugergebaude (Bild 56) gliedert sichdabei in unterschiedliche Bereiche mit unterschied-lichen Tragelementen. Den Kern des Gebaudes bildetdabei das Kesselgerust (1). Umgeben ist das Kessel-gerust vom Kesselhaus, mit den vier Bereichen (2)Kesselhaus Stirnwand, (3) rechte- und (4) linke Seiten-wand, (5) Kesselhaus-Ruckwand, und die Bereiche (6)Bunkerhaus und (7) Luvohaus.Der Dampferzeuger mit Gebaude stellt einen abge-schlossenen Leistungsbereich des Anlagenbauers ge-genuber dem Kraftwerksbetreiber dar. In der Regelwird Planung, Herstellung und Lieferung vom Anlagen-bauer in den nachfolgend naher beschriebenen Leis-tungspaketen als Teil oder Gesamtleistung vergeben.Die folgenden Leistungen sind innerhalb des GewerkesStahlbau zu erbringen: Erstellung der pruffahigen stati-schen Berechnung (Basic Engineering bzw. Stabstatik),Anfertigung der Werkstattzeichnungen (Detail Engi-neering), Montageplanung, Fertigung der Konstruktionund schließlich die Montage.Die Entwurfsplanung (Conceptual Engineering) wirddurch den Anlagenplaner erstellt. In diesem Zugewird haufig bereits die Stabstatik an die Tragwerkspla-ner vergeben. Die Werkplanung erfolgt als losgelostesLeistungspaket, ebenso die Montageplanung, die Fer-tigung und die Montage. Es kann Vorteile bieten,Synergien aus den einzelnen Leistungspaketen zur Ver-meidung von Schnittstellen zu nutzen und sinnvoll ge-

wahlte Pakete zusammenzufassen. Wird die Variantegewahlt, das Gesamtpaket von der Werkstattplanungbis hin zur Montage an ein Unternehmen zu vergeben,mussen im Vorfeld insbesondere die Kapazitat der Pro-jektleitung, die Erfahrung auf dem Gebiet des Anlagen-baus und die Ressourcen in allen Leistungsbereichenuberpruft werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dassStahlbauunternehmen mit unzweifelhafter Kompetenzin der Abwicklung von Großprojekten bei Großkraft-werken uberfordert waren, was zu massiven Problemenmit Terminverzogerungen in der Projektrealisierunggefuhrt hat. Dabei ist der Stahlbau von Kohlekraftwer-ken fur sich betrachtet keine besondere ingenieurtech-nische Herausforderung. �berwiegend Tragerroste mitEinfeldtragern, Stutzen und Verbanden haben denZweck, die Komponenten, die Kanale etc., zu unter-stutzen bzw. die Zuganglichkeit zu Revisionszweckenvon Anlagenbauteilen zu ermoglichen. In der Regelgibt es somit klare Strukturen zur Lastabtragung, diesich in Buhnen und Wande aufgliedern. Dennoch hates sich bei diversen in der jungeren Vergangenheitneu gebauten Kraftwerken gezeigt, dass dies zu planenoffensichtlich nicht trivial ist.Vom Beginn der Planung bis zum Ende der Montageliegt der Stahlbau meist auf dem kritischen Weg. Umdas Montageziel zu erreichen, muss mit der Planungdes Stahlbaus bereits begonnen werden, wenn dieDetailplanung der Anlage noch nicht abgeschlossenist. Planungsrevisionen sind dadurch vorprogrammiert.�nderungen vom Beginn des Projektes bis nach demEnde der planmaßigen Montagearbeiten sind unver-meidlich. Der Umfang der Unterlagen bei den aktuellgangigen Steinkohlekraftwerken ist dabei enorm. Biszu 15.000 t Stahl und 20.000 bis 40.000 Werkstatt-

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Bild 56. Grundriss Dampferzeuger-gebaude und Ansicht Kesselgerust

zeichnungen, sowie weit uber 40.000 Hauptpositionenbzw. 120.000 Anbaupositionen sind zu planen, her-zustellen und zu montieren.

4.1.2 Aufbau Projektteam

Um das Projekt mit den oben beschriebenen Rand-bedingungen erfolgreich umzusetzen, sollte bereits zuBeginn des Projektes eine vorausschauende Projekt-struktur zur Koordination der mitwirkenden Abteilun-gen und Aufgaben gebildet werden. Unabhangig vonder Vergabeform – Vergabe der Teilleistungen DetailEngineering, Fertigung, Montageplanung, Montageeinzeln – oder – Vergabe als Gesamtpaket (sog. EPC– „Erection, Production, Construction“) – mussen diebeteiligten Nachunternehmer koordiniert werden. DieBasis fur eine erfolgreiche Projektabwicklung bildendie Spezifikationen und der Terminplan des Auftrag-gebers. Die Spezifikationen sollten den einschlagigeninternationalen Normen folgen und unmissverstandlichformuliert sein. Der Terminplan des Auftraggebers ent-halt Fixtermine (Meilensteine), an denen bestimmteTeilleistungen oder Gebaudeabschnitte fertiggestelltsein mussen, damit die Schnittstelle zu anderen Gewer-ken bedient werden kann.

4.1.3 Terminplanung

Eine der Kernaufgaben der Projektleitung ist die Er-stellung eines detaillierten Terminplans. Hierzu ist be-reits das zu bewaltigende Leistungspaket zu analysierenund mit den zur Verfugung stehenden Ressourcen ab-zugleichen. Der vom Auftraggeber ubergebene grobeTerminplan mit den vorgegebenen Meilensteinen bietetdabei die Basis, auf der die detaillierten Termine furMontageeinheiten heruntergebrochen werden mussen.Hierbei kann diese Unterteilung bis hin zur Bauteil-ebene gehen, was fur große Bauteile erforderlich seinkann, in der Regel sollten aber sinnvolle Einheiten ge-wahlt werden, also z. B. Gebaudeabschnitte, Buhnenetc. Es muss dabei nicht nur die Erstellung des Termin-plans bedacht werden, sondern auch die mit der konti-nuierlichen Aktualisierung des Terminplans verbunde-ne Arbeit, sodass dieser zu jedem Zeitpunkt in seinerletzten Fassung zur Verfugung steht. Die exakte Kennt-nis des jeweiligen Projektstatus ist Basis fur die tech-nisch und kommerziell erfolgreiche Projektabwicklung.

4.1.4 Vorleistung fur das Engineering

Die Bearbeitung der Stabstatik wird in der Regel durchden Anlagenbauer direkt vergeben. Wie auch im Ab-schnitt 4.1.10 detailliert erlautert, mussen Montage-belange bereits in dieser Planungsphase berucksichtigtwerden, um eine effiziente und wirtschaftliche Mon-tage zu ermoglichen. Es genugt nicht, eine gutstrukturierte Stabstatik mit gut lesbaren Stahlbauuber-sichten als Basis fur die Werkstattplanung zu liefern.Grundlage fur den an der Montagezeit gemessenen

Erfolg des Stahlbaus ist eine fruhzeitige Montage-planung, damit Montagebelange bereits bei der Werk-stattplanung berucksichtigt und vollstandig umgesetztwerden konnen.Fur die Werkstattplanung ist entscheidend, dass denIngenieurburos Vorgaben zum Montageablauf, zu dengeplanten Vormontageeinheiten und Abhangigkeitenmit verbundenen Gewerken gemacht werden. Auf-grund dieser Vorgaben ist die Planung so umzusetzen,dass z. B. das Einheben großer vormontierter Buhnen-segmente, die bereits mit Belag und Gelandern ver-sehen sind, moglich ist.Um diese Vorgaben erarbeiten zu konnen, muss bereitsvor dem Beginn der Werkstattplanung das Krankonzeptmindestens der Großkrane festgelegt sein. Flachen zurLagerung, Vormontageflachen sowie deren logistischeVersorgung mussen bekannt sein. Erschwerend kommtim nachsten Schritt die Berucksichtigung der Kanal-und Großkomponentenmontage hinzu. So mussen imBasic Engineering bereits Lasten berucksichtigt wer-den, die wahrend der Montage auftreten, wenn z. B.große Kanale und Komponenten temporar auf Buhnenabgelegt werden, die im Endzustand dadurch planma-ßig keine Belastung erfahren. Gleiches gilt fur das De-tail Engineering. Es kann erforderlich sein, Montage-offnungen zu belassen und so zu gestalten, dass dieseohne großeren Aufwand wieder geoffnet werden kon-nen.Unter Einbeziehung dieser Rahmenbedingungen mus-sen Vorgaben fur die Ingenieurburos erarbeitet undzur Verfugung gestellt werden.Erst diese Unterlagen machen das Basic Engineering zueiner vollstandigen und weiterverwendbaren Leistung.

4.1.5 Detail Engineering

Auf die Abwicklung der technischen Bearbeitung wirdin Abschnitt 4.2 detailliert eingegangen. Daher wirdhier nur die Sicht der Projektleitung zum Detail Engi-neering kurz erlautert. Mit klaren Vorgaben an dieKonstruktion wie standardisierte Verbindungen, kon-struktive Vorgaben aus der Montageplanung, Beruck-sichtigung der Moglichkeiten der Fertigungsbetriebe– sofern sie bereits feststehen – mussen aufgrund deshohen Kapazitatsbedarfs mehrere Ingenieurburos zurErstellung der Werkstattzeichnungen gebunden wer-den. Die Leistung der Ingenieurburos muss dabei durchdie technische Projektleitung als Teil des Projektteamskontinuierlich uberwacht werden. Mit steigender An-zahl der eingebundenen Ingenieurburos wachst auchder Koordinationsaufwand. Insbesondere dann, wennwahrend der Planungsphase �nderungen durch die pa-rallel laufende Anlagenplanung erforderlich werden.Auch in Zeiten von virtueller 3-D-Planungssoftwarehat sich gezeigt, dass mit zunehmender raumlicherDistanz zu den Ingenieurburos die Koordination inder Abwicklung schwieriger wird. Durch die problem-lose Datenubertragung großer Datenmengen uber dasweltweite Netz ist die Versuchung groß, billige Anbie-

735Projektlogistik in Großprojekten am Beispiel von Kohlekraftwerken

ter global mit in das Projekt einzubinden. Die konti-nuierliche �bergabe von Zeichnungen bzw. Teilmodel-len hilft zwar bei der Koordination der Ingenieurburos,ist jedoch in keinem Fall ein Garant fur Termintreueund qualitativ hochwertige Zeichnungen.

4.1.6 Fertigung

�hnlich wie bei den Ingenieurburos ist auch die Fer-tigung der Stahlkonstruktion fur Großkraftwerke ort-lich ungebunden. Die Fertigung kann grundsatzlichuberall auf der Welt vergeben werden. Die erhohtenTransportkosten werden schnell durch geringere Lohnekompensiert. Einzig das Kesselgerust mit Einzel-gewichten der Bauteile von bis zu 160 t stellen hohere,jedoch nicht unlosbare Anspruche an die Versand-abwicklung. Die Fertigung des Kesselhauses mit ubli-chen Stuckgewichten meist kleiner als 20 t konnenohne Weiteres weltweit produziert werden. Wegendes in der Regel sehr engen Terminablaufs ist eherdie Versandzeit der limitierende Faktor. Oft ist derTerminplan so rigide aufgebaut, dass nur wenigeTage zwischen Fertigungsende eines Bauteils odereiner Baugruppe bis zur geplanten Ankunft auf derBaustelle zur Verfugung stehen. Mit dem Ziel, dieZeit bis zur Inbetriebnahme der Anlage immer weiterzu verkurzen, ist die Zeit fur lange Transporte stark ein-geschrankt. Dazu kommen zwei weitere aus Projekt-leitungssicht kritische Faktoren. Die Kosten zur �ber-wachung der Fertigungsqualitat vor Ort steigen mit derEntfernung des Stahlbauunternehmens zum Ort derProjektabwicklung. Diese Kosten, insbesondere wennder Projektablauf nicht planmaßig verlauft, konnenschnell dazu fuhren, dass sich ein vermeintlicher Ver-gabegewinn in das Gegenteil kehrt. Des Weiteren istaus der Sicht der Projektleitung das Risiko, resultierendaus Kosten zur Beseitigung unvermeidlicher Fer-tigungsfehler, im schlimmsten Falle auch Verschrot-tung und Neufertigung von Bauteilen, erheblich. Einweit von der Baustelle gelegener Fertigungsbetriebist kaum in der Lage, seine Fehler kurzfristig zu kor-rigieren. Hier bietet sich die Moglichkeit auf lokaleStahlbauer zuruckzugreifen, wobei sich selbstverstand-lich diverse Fragen der Gewahrleistung sowie derfinanziellen Abwicklung aufwerfen. Hinzu kommtdas Risiko des Verlustes der Bauteile auf dem Trans-portweg bzw. nicht durch den Lieferanten zu beein-flussende Lieferverzogerungen. Sollte es nicht beiden „ublichen“ Fertigungsfehlern bleiben, sondern er-hebliche Mangel der Herstellung erst bei der Montagefestgestellt werden, sind langfristige juristische Strei-tigkeiten mit unvorhersehbarem Ergebnis die Folge.

4.1.7 Zulieferung

Im Leistungsumfang des Stahlbauunternehmens sindoft uber das Detail Engineering und die Fertigungdes reinen Stahlbaus hinausgehende Leistungen enthal-ten. Insbesondere Buhnenbelage wie Gitterroste, Tra-

nenbleche, verlorene Schalung, aber auch Gelanderund Schrauben.Alle oben genannten Teilleistungen haben ihre hoheVariabilitat gemeinsam. Bei einem Kraftwerk sindeinige hunderttausend Schrauben zu verbauen sowiediverse tausend Quadratmeter Gitterroste und mehrereKilometer Gelander zu installieren. Es ist kaum mog-lich, eine standardisierte Konstruktion zu entwerfen,dass eine individuelle Planung vermieden werdenkann. Trotzdem sollte versucht werden, das Maximuman einheitlichen Abmessungen fur z. B. Gitterroste undGelander zu erreichen. Nur so ist eine wirtschaftlichoptimierte Konstruktion realisierbar. Die einzelnen Lie-ferungen mussen gemaß den bereits erwahnten Monta-geabschnitten erfolgen. Nur eine klare Struktur, dievorgibt, welche Schrauben, welche Gitterroste und wel-che Gelander zu welchem Bauabschnitt gehoren, ge-wahrleistet eine Kostentransparenz, die zum Projekt-erfolg fuhrt. Ohne eine derartige Struktur ist es unmog-lich, eine Planungs- und Kostensicherheit wahrend derMontage zu erreichen. In diesem Zuge sei auf Ab-schnitt 4.4 – �nderungsmanagement verwiesen. Dienicht dokumentierte Entnahme von Material aus demLager kann katastrophale Auswirkungen auf den finan-ziellen Erfolg eines Montageauftrags haben.

4.1.8 Qualitatsanforderungen und Dokumentation

Grundsatzlich sind Qualitatsanforderungen durch dievereinbarten Normen geregelt. Diese werden durcheine umfangreiche Spezifikation des Anlagenbetreibersund des Anlagenplaners weiter detailliert. Selten gehendabei die Anforderungen an die zu erbringende Qualitatdes Stahlbaus uber die Forderungen der Normen hi-naus. Leider hat sich jedoch gezeigt, dass die Spezifi-kationen als Bestandteil des Vertrages teilweise nicht insich schlussig und kongruent mit den vereinbarten Nor-men sind. Diese Unstimmigkeiten fuhren haufig, sofernsie nicht bei einer intensiven Prufung vor Vertragsun-terzeichnung gefunden werden, zu Diskussionen wah-rend der Projektabwicklung. Um dem vorzubeugen,sollten die allgemeingultigen Normen vereinbart wer-den, ohne diese in den Spezifikationen erneut auf-zufuhren. Gegebenenfalls muss auf Details der Normmit besonderer Relevanz als direkter Verweis hinge-wiesen werden. Da die Normen allgemeingultig sindund von keiner Vertragspartei infrage gestellt werden,kann nach Ansicht der Autoren der Umfang anKundenspezifikationen stark reduziert werden, dadurch Mehrfachnennung die Qualitat eines Produktesnicht verbessert wird.Die uber die ublichen Anforderungen der Norm hinaus-gehenden Anspruche an die Dokumentation in Bezugauf Materialgute, Materialherkunft und Materialeigen-schaften sowie die Fertigung und Montage werdenebenfalls in den Spezifikationen geregelt. Hier mussenim Stahlbaubetrieb Rahmenbedingungen geschaffenwerden, um die Forderungen erfullen zu konnen. Esmuss bereits eine gut organisierte und strukturierte

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