Stahlbau-Kalender 2015 - Kuhlmann, Ulrike (Hrsg.)

MSH Profile - das Original!www.vallourec.com

Mannesmann-Stahlbau-Hohlprofile aus dem Hause Vallourec inspirieren seit Jahr-zehnten führende Architekten weltweit zu gewagten, innovativen Werken. Es sind nicht nur die hohe Qualität oder die besonders glatten Oberflächen und die größte Auswahl an Abmessungen, auch unser technischer Support spricht für das Original. Wir begleiten mit unserer Erfahrung und unserem Know-how Ihr Bauwerk: von derProjektierung über die Just in Time-Lieferung – bis hin zum After Sales Service und sind Ihr verlässlicher Partner, wenn es um tragfähige, wirtschaftliche Lösungen geht. Profitieren Sie von unserer Kompetenz und weltweiten Präsenz.

DIN EN 1993-1-1

Anwendung DIN EN 1993-1-8

Metallleichtbau – Dach und Wand

Brandschutz im Stahl- und Verbundbau

Erdbeben

Anprall und Explosion

Robustheit nach DIN EN 1991-1-7

Baudynamik

Nachhaltigkeit

www.ernst-und-sohn.de9 7 8 3 4 3 3 0 3 0 5 2 3

ISBN 978-3-433-03052-3

Vorwort III

Vorwort

Leicht bauen heißt entweder Gewichtsreduzierung durch Einsatz besonders leichter Materialien wie Mem-branstoffe, Faserverbundwerkstoffe oder Holz, oder hochtragfähiger Werkstoffe wie Stahl, mit denen „leichte Strukturen“ gebaut werden können. In seinem Schwer-punkt „Leichtbau“ fasst der Stahlbau-Kalender 2015 das Thema sehr weit auf und behandelt sowohl leichte Werkstoffe als auch leichte Strukturen unterschiedlichs-ter Herkunft und Anwendung. Daneben stehen, nicht weniger wichtig, die Themen der neuen europäischen Normung, die nicht nur die Bemessung, sondern auch die Konstruktion und die Ausführung betreffen. Erneut wird die Grundnorm DIN EN 1993-1-8: Bemes-sung und Konstruktion von Stahlbauten, Bemessung von Anschlüssen mit Nationalem Anhang sowie ergän-zenden, an den jeweiligen Stellen eingearbeiteten Kom-mentaren und Erläuterungen von Prof. Dr.-Ing. Dieter Ungermann und Dipl.-Ing. Stephan Schneider, Techni-sche Universität Dortmund, abgedruckt. Diese regel-mäßige Aktualisierung gerade auch der Kommentare ermöglicht so, auf aktuell entstandene Fragen oder Klärungsbedarf einzugehen.In bewährter Form haben Dr.-Ing. Karsten Kathage und Dipl.-Ing. Christoph Ortmann, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), Berlin, wieder die derzeit gülti-gen Technischen Baubestimmungen, Normen, Bauregel-listen und Zulassungen im Stahlbau zusammengestellt. Der Beitrag gibt neben Auszügen aus der Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen, Ausgabe März 2014, den Normen und Richtlinien für den Stahlbau auch die für den Stahl- und Verbundbau wichtigen gül-tigen deutschen und europäischen Zulassungen (Stand Dezember 2014) sowie Auszüge aus den neuen Bau-regellisten (Ausgabe 2014/2) wieder.Im Zusammenhang mit dem Thema „Leicht Bauen“ steht der Beitrag von Dipl.-Ing. Ralph Timmers und Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerhard Lener, Univer-sität Innsbruck, Österreich, zusammen mit Dr. Franc Sinur, Universität Ljubljana, Slowenien, Dr. Balázs Kövesdi, Technische und Wirtschaftswissenschaftliche Universität Budapest, Ungarn, und Dr. Rolando Chacón, Polytechnische Universität von Katalonien in Barcelona, Spanien, über Stabilitätsnachweise nach EN 1993-1-5 – Theorie und Beispiele, denn leichte, d. h. schlanke hoch-tragfähige Stahlbleche neigen zum Beulen und Stabili-tätsversagen. Nach einer kompakten Zusammenstellung und Erläuterung der wesentlichen Regeln von EN 1993-1-5 werden Beispielrechnungen durchgeführt, die die verschiedenen in der Norm aufgeführten Nachweisver-fahren im Vergleich gegenüberstellen. Besonders interes-sant sind die Erläuterungen zum Vorgehen beim Nach-weis der Stabilitätsfälle des Beulens unter Anwendung der Finite-Elemente-Methode, die sich bei komplexen Geometrieformen bzw. Belastungssituationen anbietet.Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt, Essen, Dipl.-Ing. Volker Hüller und Dipl.-Ing. Gregor Machura, bau-forumstahl/DSTV, fassen in ihrem Beitrag Fertigung

und Errichtung von Stahltragwerken – praktische Um-setzung der neuen Regelungen nach DIN EN 1090 die relevanten Normregelungen der DIN EN 1090 für die Ausführung von Stahlbauten kompakt und systema-tisch zusammen. Darüber hinaus wird für ausgewählte Einzelthemen die praktische Umsetzung der neuen Re-gelungen beleuchtet. Aus ihrer umfassenden Praxiser-fahrung heraus können die Autoren anhand von Bei-spielen die Probleme bzw. Irritationen und Unsicherhei-ten aufzeigen und mögliche Lösungsansätze darstellen.Der Beitrag Stahlwasserbau – neue Entwicklungen von Dipl.-Ing. Ulrike Gabrys, Dr. rer. nat. Günter Binder, Dipl.-Ing. Claus Kunz und Heiner Stahl, Bundesanstalt für Wasserwesen (BAW), Karlsruhe, stellt die Entwick-lung der Normung von Stahlwasserbauten als Sonder-konstruktionen des Stahlbaus dar. Es geht dabei im Wesentlichen um Verschlüsse von Schleusen und Weh-ren, aber auch um Sicherheitstore, Kanalbrücken, He-bewerke, Stoßschutzeinrichtungen und Revisionsver-schlüsse. Die fachspezische Norm DIN 19704 Stahl-wasserbauten ist in den vergangenen Jahren überarbeitet und an die Eurocodes angepasst worden. So kann die neue Ausgabe 2014-11 in gewisser Weise als wasser-bauspezischer nationaler Anhang zur europäischen Stahlbaunorm DIN EN 1993 verstanden werden. We-gen verstärkter Schadensfälle Ende der 80er-Jahre des vorigen Jahrhunderts spielt der Nachweis der Ermü-dungsfestigkeit für den Stahlwasserbau eine zunehmend wichtigere Rolle, auf die im Beitrag eingegangen wird.Leichtbau im Sinne von leichten Strukturen behandelt der Beitrag von Prof. Dr.-Ing. Robert Hertle und Dr.-Ing. Johannes Linhard, Hertle Ingenieure, Gräfelng, Gerüstbau – Vereinheitlichte Europäische Regeln und deren Anwendung. Als temporär eingesetzte Bauten müssen die Traggerüste bzw. Arbeits- und Schutzge-rüste leicht für den einfachen Auf- und Abbau sein, sie sind deshalb häug hochgradig stabilitätsgefährdet. Der vorliegende Beitrag erläutert die Grundlagen der europaweiten Harmonisierung des technischen Regel-werks für temporäre Bauhilfsmittel. Es werden die we-sentlichen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Normen herausgearbeitet und deren Anwendung in Beispielen vorgestellt.Leichtbau im Sinne von leichten Werkstoffen wird von Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Institut für Tragkonstruk-tionen und Konstruktives Entwerfen an der Universität Stuttgart mit seinem Mitarbeiter Dipl.-Ing. Frédéric Waimer und Dr.-Ing. Matthias Oppe, Knippers Helbig GmbH, in dem Beitrag Faserverbundwerkstoffe im Bauwesen beschrieben. Neben dem geringen Eigenge-wicht verbunden mit einer hohen mechanischen Festig-keit führen Eigenschaften wie die vielfältigen Form- und Farbgebungsmöglichkeiten zu neuen konstruktiven und architektonischen Ansätzen zum Beispiel für Fas-saden- und Hüllkonstruktionen. Bevor Hinweise zur Berechnung und Nachweisführung gegeben werden, erläutert der vorliegende Beitrag die eingesetzten Mate-

IV Vorwort

rialien und die Herstellung und Verarbeitung der Ver-bundwerkstoffe daraus. Da für die mechanischen Ei-genschaften von Faserverbundbauteilen oft keine Re-chenwerte bzw. nur unzureichende Abschätzungen für die Tragfähigkeit vorliegen, sind experimentelle Unter-suchungen von besonderer Bedeutung. Trotz dieser Schwierigkeiten nden sich zunehmend, hier ebenfalls dargestellte, interessante Anwendungsgebiete. Membrantragwerke sind Bauwerke, mit denen sich die Vorstellung von Leichtbau unmittelbar verbindet. Al-lerdings gibt es auch heute nur recht wenige Regelwerke. Die Erkenntnisse und Forschungsergebnisse sind im Wesentlichen bei den Spezialisten, den Membranpla-nern und den membranverarbeitenden Betrieben, zu nden. Es wird deshalb als besondere Gelegenheit er-achtet, von solchen Fachleuten wie Dipl.-Ing. Bernd Stimpe, formTL, Radolfzell, und seinem Mitarbeiter Dipl.-Ing. (FH) Michael Schäffer, beide als Tragwerks-planer und auch in der einschlägigen Normung aktiv, hier eine Einführung zu bekommen. Neben den Mate-rialien und Details werden die Berechnung, die eng mit der Formndung verknüpft ist, sowie die Fertigung und Montage beschrieben. Mehr als 20 ausgeführte Bei-spiele illustrieren die Vielfalt und die Möglichkeiten dieser zukunftsweisenden Konstruktionsform.Der Beitrag Strukturentwicklung im Leichtbau – Inte-grierte CAE-Prozesse von Dr.-Ing. Benjamin Braun, Space Structures GmbH, Berlin, behandelt das Thema der Strukturoptimierung als Entwicklungswerkzeug im Leichtbau und ordnet dessen Rolle in den Entwurfspro-zess ein. Der inhaltliche Fokus liegt dabei auf der Inte-gration des Optimierungsprozesses in die Prozesse der simulationsgestützten Entwicklung technischer Sys-teme (Computer Aided Engineering CAE). Während für dynamische Systeme der Verkehrstechnik (Straßen-, Schienen- und Luftfahrzeuge), im Maschinenbau (Auf-züge, Roboterarme) und in der Medizintechnik (Pro-thesen) der Leichtbau und seine Optimierung seit Jahr-zehnten einen hohen Stellenwert besitzen, wird im Bau-bereich hier eher Neuland beschritten. Beispiele wie weitgespannte Überdachungen, Fassaden oder tem-poräre Bauten zeigen das Potenzial.Glas wird schon lange nicht mehr nur als Werkstoff für „das Fenster“ mit einer untergeordneten statischen Funktion verwendet, sondern Glas übernimmt inzwi-schen gezielt lastabtragende Funktionen innerhalb der Tragstruktur und ist als Teil von Fassaden und Leicht-baustrukturen nicht wegzudenken. Da Glas ein spröder Werkstoff ist, der ohne Vorankündigung versagen kann, ergeben sich auch entsprechend hohe An-forderungen bei der statischen Dimensionierung von Glasbauteilen. Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann und Dr.-Ing. Ruth Kasper, RWTH Aachen, behandeln in Glasbau im europäischen Kontext die europäische Ent-wicklung zu einem Eurocode „Structural Glass“ und stellen sie den deutschen Regelungen nach DIN 18808 gegenüber. In Vorbereitung auf die europäische Nor-mungsarbeit wurde federführend von den Autoren ein sehr umfangreicher Bericht „Guidance for European

Structural Design of Glass Components“ zusammen-gestellt, der zum Teil diesem Beitrag zugrunde liegt.Eigentlich ist Holz nichts anderes als ein natürlicher Faserverbundwerkstoff und damit auch ein typisches Leichtbau-Material. Dr.-Ing. habil. Jörg Schänzlin, Konstruktionsgruppe Bauen Kempten AG, stellt in Holzbauteile nach Eurocode 5 und ihre Anschlüsse an Stahl nach einer Einführung in das Material die Bemes-sung von Bauteilen aus Holz und ihrer Verbindungen nach der neuen europäischen Normung vor. Eine we-sentliche Entwurfsaufgabe im Rahmen des Planungs-prozesses ist die Entwicklung und Auslegung von An-schlüssen, vor allem bei Mischkonstruktionen aus Holz und Stahl. Hierfür werden im Beitrag einige typische Konstruktionslösungen aufgezeigt. Regale in Stahlbauweise bilden die Tragstruktur für einzulagernde Güter in der Lagertechnik. Es kommen vor allem kaltgeformte dünnwandige offene Stahlquer-schnitte für Stützen und Träger zum Einsatz, die mit-hilfe einfacher, leicht lösbarer Anschlusskonstruktionen miteinander verbunden sind. Wegen der großen Zahl gleichartiger Bauteile und Verbindungen lohnt sich eine Optimierung dieser Leichtbauteile. Der Beitrag von Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Bettina Brune und Prof. Dr.-Ing. Dieter Ungermann, Technische Universität Dort-mund, gemeinsam mit Dipl.-Ing. Olaf Heptner, Wirt-schaftsvereinigung Industrie- und Bau-Systeme e. V., Hagen, und Dipl.-Ing. Peter Stangenberg, Institut für Schweißtechnik und Ingenieurbüro ISIB Dr. Möll GmbH, Darmstadt, behandelt sowohl die statisch-kon-struktive Ausführung von Paletten-Regalsystemen als auch die Bemessung von Regalprolen einschließlich der versuchsgestützten Bemessung nach DIN EN 15512. Zusätzlich wird die nicht immer ganz eindeutige bauaufsichtliche Situation dargestellt.Der Leichtbau ist eine Chance für den Stahlbau, da in vielen Bereichen Stahl für wirtschaftliche und hochtrag-fähige Bauteile nicht ersetzbar ist. Vorteilhaft sind vor allem auch Mischkonstruktionen mit anderen „leich-ten“ Baustoffen, wie Holz, Membrane oder Glas. Die-ser Stahlbau-Kalender 2015 mit seinen Schwerpunk-ten Leichtbau und neue Normung rund um den Euro-code 3 gibt hierzu Informationen und Hilfestellungen.Ich möchte mich – auch im Namen des Verlags Ernst & Sohn – bei allen Autoren und Mitarbeitern für ihre Leistung bedanken. Ihren persönlichen Einsatz dabei weiß ich besonders zu schätzen, weil er neben einer Viel-zahl von anderen Verpichtungen und Aufgaben unter enormem Zeitdruck erbracht wurde und trotzdem zu Beiträgen auf fachlich hohem Niveau geführt hat.Hinweisen möchte ich auch auf den diesjährigen Stahl-bau-Kalender-Tag am Freitag, den 12. Juni 2015, bei dem die Autoren aus ihren Beiträgen vortragen werden und zur Diskussion und für Fragen zur Verfügung ste-hen. Alle Interessenten möchte ich dazu wieder herzlich einladen.

Stuttgart, Februar 2015Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

Inhaltsübersicht V

Inhaltsübersicht

1 Stahlbaunormen DIN EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen 1Dieter Ungermann, Stephan Schneider

2 Technische Baubestimmungen, Normen, Bauregellisten und Zulassungen im Stahlbau 125Karsten Kathage, Christoph Ortmann

3 Stabilitätsnachweise nach EN 1993-1-5 – Theorie und Beispiele 209Ralph Timmers, Gerhard Lener, Franc Sinur, Balázs Kövesdi, Rolando Chacón

4 Fertigung und Errichtung von Stahltragwerken – praktische Umsetzung der neuen Regelungen nach DIN EN 1090 287Herbert Schmidt, Volker Hüller, Gregor Machura

5 Stahlwasserbau – neue Entwicklungen 367Ulrike Gabrys, Günter Binder, Claus Kunz, Heiner Stahl

6 Gerüstbau – Vereinheitlichte Europäische Regeln und deren Anwendung 409Robert Hertle, Johannes Linhard

7 Faserverbundwerkstoffe im Bauwesen 463Jan Knippers, Frédéric Waimer, Matthias Oppe

8 Membrantragwerke 517Bernd Stimpe, Michael Schäffer

9 Strukturentwicklung im Leichtbau – Integrierte CAE-Prozesse 567Benjamin Braun

10 Glasbau im europäischen Kontext 607Markus Feldmann, Ruth Kasper

11 Holzbauteile nach EC 5 und ihre Anschlüsse an Stahl 703Jörg Schänzlin

12 Regale in Stahlbauweise 757Bettina Brune, Olaf Heptner, Peter Stangenberg, Dieter Ungermann

Stichwortverzeichnis 825

Stahlbau-Kalender 2015: Eurocode 3 – Grundnorm, Leichtbau. Herausgegeben von Ulrike Kuhlmann © 2015 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2015 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

3 Stabilitätsnachweise nach EN 1993-1-5 – Theorie und Beispiele

Dipl.-Ing. Ralph Timmers

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Gerhard Lener

Dr. Franc Sinur

Dr. Balázs Kövesdi

Dr.-Ing. Rolando Chacón

210 3 Stabilitätsnachweise nach EN 1993-1-5 – Theorie und Beispiele

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 211

2 Übersicht zu den Nachweisverfahren 2122.1 Nachweise nach der Methode der effektiven

Querschnitte 2132.1.1 Plattenbeulen bei Längsspannungen 2132.1.1.1 Einzelblechfelder ohne Längssteifen 2132.1.1.2 Längs ausgesteifte Blechfelder 2172.1.1.3 Nachweis 2202.1.2 Schubbeulen 2212.1.2.1 Bemessungswert der Beanspruchbarkeit 2212.1.2.2 Beitrag des Stegs 2212.1.2.3 Beitrag der Flansche 2242.1.2.4 Nachweis 2242.1.3 Beanspruchbarkeit bei Querbelastung 2242.1.4 Interaktion 2272.1.4.1 Interaktion zwischen Schub, Biegemoment und

Normalkraft 2272.1.4.2 Interaktion zwischen Querbelastung an den

Längsrändern, Biegemoment und Normalkraft 2282.2 Nachweis nach der Methode der reduzierten

Spannungen 2282.3 Nachweis nach der FEM 2302.4 Nachweise für Bauteile mit prolierten

Stegblechen 2342.4.1 Momententragfähigkeit 2352.4.2 Schubtragfähigkeit 2372.4.3 Widerstand gegen lokale Krafteinleitung 239

3 Beispiel 1: I-Prol ohne Aussteifung 2403.1 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der

effektiven Querschnitte 2413.2 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der

reduzierten Spannungen 2443.2.1 Nachweis für den Flansch 2443.2.2 Nachweis für den Steg 2453.3 Beulsicherheitsnachweis nach der FEM 2473.3.1 Modell und Randbedingungen 2473.3.2 Lineare Strukturanalyse und lineare

Beulanalyse 2483.3.3 Nichtlineare Analyse 2483.4 Vergleich der Nachweiskonzepte 250

4 Beispiel 2: Längsausgesteiftes Bodenblech einer Hohlkastenbrücke 251

4.1 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der effektiven Querschnitte 252

4.1.1 Einzelfeldbeulen 2524.1.2 Plattenartiges Verhalten 2524.1.3 Knickstabähnliches Verhalten 2534.1.4 Interaktion zwischen plattenartigem und

knickstabähnlichem Verhalten 254

4.1.5 Nachweis 2544.2 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der

reduzierten Spannungen 2544.2.1 Plattenartiges Verhalten 2554.2.2 Knickstabähnliches Verhalten 2554.2.3 Interaktion zwischen plattenartigem und

knickstabähnlichem Verhalten 2564.2.4 Nachweis 2564.3 Beulsicherheitsnachweis nach der FEM 2564.3.1 Modell und Randbedingungen 2564.3.2 Lineare Strukturanalyse und lineare

Beulanalyse 2574.3.3 Nichtlineare Analyse 2594.4 Vergleich der Nachweiskonzepte 262

5 Beispiel 3: Schubbeulen M-N-V-Interaktion 263

5.1 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der effektiven Querschnitte 263

5.1.1 Effektive Querschnittsäche 2645.1.1.1 Flansch 2645.1.1.2 Steg 2645.1.1.3 Effektive Querschnittsäche 2685.1.2 Effektives Widerstandsmoment 2685.1.2.1 Flansch 2695.1.2.2 Steg 2695.1.2.3 Effektives Widerstandsmoment 2725.1.3 Nachweis (M-N-Interaktion) 2735.1.4 Schubbeulen 2735.1.4.1 Nachweis gegen Schubbeulen 2745.1.5 Interaktion zwischen Schub, Biegemoment und

Normalkraft (M-N-V-Interaktion) 274

5.2 Beulsicherheitsnachweis nach der Methode der reduzierten Spannungen 275

6 Beispiel 4: Einfeldträger mit Querbelastung 278

6.1 Unversteiftes Einzelfeld 2796.2 Einzelfeld mit Längssteife 280

7 Beispiel 5: Bauteil mit proliertem Stegblech 282

7.1 Widerstand gegenüber Biegung und Schub 2827.1.1 Momententragfähigkeit 2827.1.2 Schubtragfähigkeit 2837.2 Spannungsermittlung in den Flanschen 2847.3 Widerstand gegenüber lokaler Lasteinleitung 285

8 Zusammenfassung 286

9 Literatur 286

Einleitung 211

1 Einleitung

Generell gilt unabhängig vom Material für alle hinreichend schlanken Bauteile unter Druckspannungen, dass diese aufgrund der stets vorhandenen geometrischen und ma-teriellen Imperfektionen z. B. aus der Fertigung nicht bis zum vollen plastischen Bau-teilwiderstand ausgenutzt werden können. Speziell im Stahlbau nden sich oft sehr schlanke plattenförmige Konstruktionen bzw. Querschnittsformen, die sich aus schlan-ken plattenförmigen Bauteilen zusammensetzen. In diesen Fällen ist daher die Reduk-tion des Bauteilwiderstandes infolge Beulens der Bleche zu beachten.Generell regelt die Norm EN 1993-1-5 [6] die Bemessung und Konstruktion plat-tenförmiger Bauteile. Der folgende Beitrag orientiert sich am Hauptdokument EN 1993-1-5 generell ohne die Einarbeitung nationaler Festlegungen. Es sei aber darauf hingewiesen, dass in anderen Teilen des Eurocodes bzw. in den nationalen Anhängen der jeweiligen Länder abweichende bzw. ergänzende Informationen zur Anwendung enthalten sein können.Die Norm gilt generell für plattenförmige Bauteile. Als ebenes (plattenförmiges) Bau-teil wird dabei jedes Blech eingestuft, das folgenden Grenzwert des Krümmungsradius r einhält.

r ≥ a 2

__ t

Darin bezeichnet a die Blechfeldbreite und t die Blechdicke. Wie in [12] dargestellt, kann die Bezeichnung a für die Blechfeldbreite hier irreführend sein, da diese in der Regel die Blechfeldlänge bezeichnet, wenn die Längsspannungen in Längsrichtung wirken. Im Regelfall sollte Gl. (1.1) daher lauten:

r ≥ b 2

__ t

Dieser Sachverhalt ist auch in Bild 1 dargestellt.

Bild 1. Zur Denition des Krümmungsradius (vgl. [12])

Wird dieser Grenzwert nicht eingehalten, ist für die Nachweisführung die dafür vorge-sehene Norm zu verwenden, wie z. B. Schalenbeulen für zylinderförmige Silos. Des Weiteren wird für die Beanspruchung vorausgesetzt, dass diese immer in Blechebene wirkt. Eine eventuelle Querbelastung normal zur Plattenebene wird in der Norm EN 1993-1-5 nicht behandelt.Die EN 1993-1-5 regelt zwei grundlegende Effekte, welche bei plattenförmigen Bautei-len auftreten können – die ungleichmäßige Spannungsverteilung aufgrund von Schub-verzerrungen und die Effekte des Plattenbeulens. Um diese Effekte zu unterscheiden, werden in der Norm die folgenden Bezeichnungen verwendet:– „wirksam“ bezeichnet die Wirkung von Plattenbeulen;– „mittragend“ bezeichnet die ungleichförmige Spannungsverteilung aufgrund von

Schubverzerrungen;– „effektiv“ bezeichnet die Verbindung von wirksamem Querschnitt und mittragen-

dem Querschnitt.

Abschnitt 1.1

Gl. (1.1)

Abschnitt 2.1

Abschnitt 1.3.4


Generell sind mittragende Breiten und die Auswirkungen des Plattenbeulens auf den Grenzzustand der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit oder Ermüdung zu berück-sichtigen. Die mittragenden Breiten werden üblicherweise schon am Beginn einer sta-tischen Berechnung in der globalen Tragwerksberechnung berücksichtigt und werden deshalb hier nicht ausführlicher behandelt. Wenn in weiterer Folge von effektiven Querschnitten die Rede ist, so sind die Effekte aus Schubverzerrungen, falls erforder-lich, bereits berücksichtigt.

2 Übersicht zu den Nachweisverfahren

Die EN 1993-1-5 stellt unterschiedliche Methoden zur Berücksichtigung des Platten-beulens zur Verfügung:Die Abschnitte 4 bis 7 basieren auf der Methode der effektiven Breiten. Für Spannun-gen in Längsrichtung besteht die Idee darin, beulgefährdete Bereiche aus dem Blech-feld gedanklich herauszuschneiden und mit dem Restquerschnitt (effektiver Quer-schnitt) einen elastischen Querschnittsnachweis zu führen. Der eigentliche Querschnitt mit der Querschnittsklasse 4 (QSKL 4) wird somit in einen Querschnitt der Quer-schnittsklasse 3 übergeführt. Für die weiteren Beanspruchungen aus z. B. Schub oder lokaler Lasteinleitung werden ebenfalls Ausnutzungsgrade bestimmt und anschließend mittels Interaktionsbeziehungen in Verbindung gesetzt. Je nach Art der Beanspru-chung bzw. erforderlicher Interaktion sind hierfür in den Abschnitten 4 bis 7 der Norm die entsprechenden Reduktionsbeiwerte und Interaktionsformeln angegeben. Die Anwendung der Methode der effektiven Querschnitte der Abschnitte 4 bis 7 ist an folgende Anwendungsgrenzen gebunden:

Bild 2. Denition des Beulfeldes (aus [6])

– Die Plattenfelder sind rechteckig und die Flansche verlaufen näherungsweise parallel.

– Der Durchmesser nicht ausgesteifter Löcher oder Ausschnitte ist kleiner als 0, 05 ⋅ b , wobei b die Beulfeldbreite bezeichnet.

– Flanschinduziertes Stegbeulen wird ausgeschlossen.

Die Methode der effektiven Querschnitte darf auch auf nicht rechteckige Beulfelder angewendet werden, wenn der Winkel α ≤ 10° ist (s. Bild 2). Für Winkel > 10° darf ein Ersatzbeulfeld mit einer Breite gleich dem größeren Wert aus b 1 und b 2 verwendet werden.Als Alternative stellt die Norm die Methode der reduzierten Spannungen zur Verfü-gung. Dabei darf ein Querschnitt der Querschnittsklasse 3 zugeordnet werden, wenn die maßgebende Drucklängsspannung eine reduzierte Spannung nicht überschreitet. Anders formuliert – es wird ein elastischer Spannungsnachweis mit einer reduzierten Spannung geführt. In dieser reduzierten Spannung sind die Effekte des Plattenbeulens berücksichtigt.Bei der Methode der effektiven Querschnitte kommt es aufgrund der Reduzierung der Blechbreiten üblicherweise zu einer Änderung der Querschnittswerte und somit zu ei-ner Änderung des Spannungsverlaufs, woraus sich wieder neue effektive Breiten erge-ben. Es ist daher in der Regel ein iteratives Vorgehen erforderlich. Diese Methodik ermöglicht Lastumlagerungen zwischen den einzelnen Bauteilen, wodurch die Me-thode der effektiven Breiten tendenziell wirtschaftlichere Ergebnisse als die Methode der reduzierten Spannungen liefert. Die Methode der reduzierten Spannungen berück-

Abschnitt 2.1

Abschnitt 2.3

EN 1993-1-5,Bild 2.1

Abschnitt 2.3 Anmerkung

Abschnitt 2.4

Abschnitt 2.4 Anmerkung

Übersicht zu den Nachweisverfahren 213

sichtigt diese Lastumlagerungen nicht, vielmehr werden Einzelnachweise geführt und das schwächste Bauteil ist für die Gesamttraglast maßgebend. Für Einzelblechfelder (ohne Längssteifen) unter Längsspannungen entspricht die Methode der reduzierten Spannungen prinzipiell der Methode der effektiven Breiten. Es ist allerdings darauf zu achten, dass im Nachweiskonzept unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte verwendet werden. Die EN 1993-1-5 lässt prinzipiell beide Methoden zur Berechnung des Plat-tenbeulens zu. In anderen Teilen des Eurocodes bzw. in den nationalen Anhängen der jeweiligen Länder kann die Anwendung der Methoden aber weiter reglementiert sein.Sind die oben erwähnten Anwendungsgrenzen für ein Beulfeld nicht erfüllt, bietet die EN 1993-1-5 die Möglichkeit, den Nachweis auf Grundlage der Finite-Elemente-Me-thode (FEM) zu führen. Solche Bauteile werden in der Norm auch als Bauteile mit veränderlichem Querschnitt bezeichnet. Grundsätzlich bestehen hierzu zwei Möglich-keiten. Entweder kann ein erweitertes Nachweisformat auf Basis der Methode der reduzierten Spannungen verwendet werden, oder es kann eine reine Berechnung auf Basis der FEM durchgeführt werden. Die erste Variante ist im Anhang B und die zweite Variante ist im Anhang C geregelt.Für Bauteile mit trapezförmig oder sinusförmig prolierten Stegblechen und Blech-gurten ndet sich in der EN 1993-1-5 eine eigene Berechnungsmethodik, welche im Anhang D geregelt ist.Die bis hier angeführten Berechnungsmethoden werden in den nächsten Abschnitten theoretisch aufbereitet und die jeweilige Nachweisführung bzw. der jeweilige Rechen-gang wird anschließend anhand von Beispielen nachvollziehbar dargestellt.

2.1 Nachweise nach der Methode der effektiven Querschnitte

Je nach Art der Belastung sind in der EN 1993-1-5 die entsprechenden Abschnitte 4 bis 7 zu verwenden. Die Norm unterscheidet hinsichtlich Belastung zwischen:– Abschnitt 4: Plattenbeulen bei Längsspannungen im Grenzzustand der Tragfähig-

keit (nicht ausgesteifte und längs ausgesteifte Beulfelder),– Abschnitt 5: Schubbeulen,– Abschnitt 6: Beanspruchbarkeit bei Querbelastung,– Abschnitt 7: Interaktion.

2.1.1 Plattenbeulen bei Längsspannungen

Prinzipiell ndet eine Unterscheidung zwischen längs unausgesteiften und längs aus-gesteiften Beulfeldern statt, wobei bei den ausgesteiften Beulfeldern von den Rechen-regeln der nicht ausgesteiften Beulfelder Gebrauch gemacht wird.

2.1.1.1 Einzelblechfelder ohne Längssteifen

Der Abminderungsfaktor ρ zur Reduktion der tatsächlichen Beulfeldbreite auf die effektive Breite basiert auf einer Modikation der sogenannten Winterkurve. Die Auf-teilung der effektiven Breiten ist abhängig vom Randspannungsverhältnis ψ . Da nur druckbeanspruchte Bauteile beulen können, bezieht sich die Abminderung üblicher-weise auf die unter Druck stehenden Querschnittsteile. Die Einzelfelder können hierbei einseitig oder zweiseitig gestützt sein. Dies ist in den Bildern 3 und 4 exemplarisch dargestellt.

Abschnitt 2.5

Abschnitt 4.4


Bild 3. Wirkung von Normalkräften bei Querschnitten der Klasse 4 (aus [6])

Bild 4. Wirkung von Biegemomenten bei Querschnitten der Klasse 4 (aus [6])

Für die wirksame Querschnittsäche gilt

A c,eff = ρ ⋅ A c

Der Wert des Abminderungsfaktors wird mit den folgenden Beziehungen bestimmt:– für beidseitig gestützte Querschnittsteile

ρ = 1, 0 für λ p ≤ 0, 5 + √ _____________

0, 085 − 0, 055 ψ

ρ = λ p − 0, 055 (3 + ψ)

___________ λ p

2 ≤ 1, 0 für λ p > 0, 5 + √

_____________ 0, 085 − 0, 055 ψ

EN 1993-1-5, Bild 4.1

EN 1993-1-5, Bild 4.2

Gl. (4.1)

Gl. (4.2)


– für einseitig gestützte Querschnittsteile

ρ = 1, 0 für λ p ≤ 0, 748

ρ = λ p − 0, 188

_______ λ p

2 ≤ 1, 0 für λ p > 0, 748

Der darin enthaltene Schlankheitsgrad λ p errechnet sich aus

λ p = √

___

f y __ σ cr

= b ∕ t ________

28, 4 ⋅ ε ⋅ √ __

k σ

Die kritische elastische Beulspannung kann mittels der bekannten Beziehungen der Festigkeitslehre bestimmt werden. Diese sind auch im Anhang A angeführt und gelten für Einzelblechfelder und Blechfelder mit mindestens drei Längssteifen, deren Steig-keit verschmiert werden darf (äquivalente orthotrope Platte). Die kritische Beulspan-nung errechnet sich aus dem Produkt der äquivalenten Beulspannung und dem ent-sprechenden Beulwert zu

σ cr,p = k σ,p ⋅ σ E

Für den Grundwert der Beulspannung (Eulerspannung) gilt hierbei

σ E = π 2 ⋅ E ⋅ t 2

___________ 12 (1 − ν 2 ) b 2

Tabelle 1. Zweiseitig gestützte druckbeanspruchte Querschnittsteile (aus [6])

Der Beulwert k σ ist abhängig vom Seitenverhältnis α = a ∕ b und dem Randspannungs-verhältnis ψ . In den Tabellen 1 und 2 sind die Beulwerte für Einzelfelder laut Norm angegeben. Auch die Aufteilung der effektiven Breiten zur anschließenden Berechnung der Querschnittswerte kann diesen Tabellen entnommen werden. Die Tabellen beziehen sich auf ein plattenartiges Verhalten des Beulfeldes. Dies ist für Einzelblechfelder üb-licherweise mit einem Seitenverhältnis α > 1 gegeben.Bei der Anwendung der Tabellen 1 und 2 sind für Gurte von I-Querschnitten und Kastenträgern die Spannungsverteilungen mit den Bruttoquerschnittswerten zu ermit-teln. Hierbei ist stets auf eine mögliche Reduktion der Querschnittswerte aufgrund von mittragenden Breiten zu achten. Für den Steg ist die Spannungsverteilung in der Regel mit der wirksamen Breite des Druckansches und den Bruttoquerschnittswerten des Stegs zu ermitteln. Dies führt bei der Berechnung der Spannungsverteilungen auf das bereits angeführte iterative Vorgehen. Mit der erwähnten Vorgehensweise wird übli-cherweise aber bereits ein ausreichend genaues Ergebnis erzielt und weitere Iterationen sind in der Regel nicht erforderlich.

Gl. (4.3)

Anhang A

Gl. (A.1)

EN 1993-1-5, Tabelle 4.1

Abschnitt 4.4 (3)


Tabelle 2. Einseitig gestützte druckbeanspruchte Querschnittsteile (aus [6])

Für Einzelblechfelder mit α < 1 kann es zu einem knickstabähnlichen Tragverhalten kommen, wie in Bild 5 dargestellt. Die Regeln zur Bestimmung des Abminderungsfak-tors für knickstabähnliches Verhalten sind in der Norm gemeinsam mit den längs ausgesteiften Beulfeldern geregelt.

Bild 5. Fälle von knickstabähnlichem Tragverhalten (aus [6])

EN 1993-1-5, Tabelle 4.2

Abschnitt 4.4 (6) und Abschnitt 4.5.3

EN 1993-1-5, Bild 4.3


2.1.1.2 Längs ausgesteifte Blechfelder

Bei längs ausgesteiften Beulfeldern sind in der Regel sowohl die wirksamen Flächen infolge lokalen Beulens der Einzelfelder im Blech und in den Steifen als auch die wirk-samen Flächen aus dem Gesamtfeldbeulen des ausgesteiften Gesamtfeldes zu berück-sichtigen.Dies führt zu einer Vorgehensweise in zwei Schritten. Zuerst werden die effektiven Flächen der Einzelfelder und anschließend, falls erforderlich, der Steifen bestimmt. Im zweiten Schritt erfolgt die Ermittlung der Beulsicherheit für das Gesamtfeld unter Berücksichtigung des knickstabähnlichen Verhaltens. Mit dem Abminderungsfaktor des Gesamtfeldbeulens werden die effektiven Breiten der Einzelfelder erneut abgemin-dert und man erhält einen Nettoquerschnitt (effektiver Querschnitt), welcher als Quer-schnitt der Querschnittsklasse 3 behandelt werden darf. Wie bereits bei den Einzel-blechfeldern erwähnt, ist auch hier ggf. auf eine iterative Vorgehensweise zu achten.Die wirksame Fläche der Druckzone eines ausgesteiften Blechfeldes wird bestimmt mit

A c,eff = ρ c ⋅ A c,eff,loc + ∑ b edge,eff ⋅ t

wobei für die wirksame Fläche der Einzelfelder und Steifen

A c,eff,loc = A sl,eff + ∑ c ρ loc ⋅ b c,loc ⋅ t

gilt. Zur Erläuterung sind diese Flächen in Bild 6 dargestellt.

Bild 6. Längs ausgesteiftes Blechfeld unter konstanter Druckbeanspruchung (aus [6])

Die Abminderung der unter Druckbeanspruchung stehenden lokalen wirksamen Flä-chen A c,eff,loc infolge Gesamtfeldbeulens darf als konstant über diesen Gesamtquer-schnitt angenommen werden.Aus dem Restquerschnitt, welcher nach der zweifachen Abminderung noch übrig bleibt, wird das wirksame Flächenträgheitsmoment I eff bestimmt. Das wirksame Wi-derstandsmoment W eff ist in der Regel als das wirksame Flächenträgheitsmoment ge-teilt durch den Randabstand zur Mittelebene der Gurtbleche anzusetzen.Der Abminderungsfaktor für das Gesamtfeldbeulen setzt sich aus dem plattenartigen Tragverhalten und dem knickstabähnlichen Tragverhalten zusammen. Über den Bei-wert ξ wird das vorliegende Tragverhalten bestimmt und mittels einer Interpolations-funktion entsprechend gewichtet.Das plattenartige Verhalten wird nach dem Konzept der äquivalenten orthotropen Platte berechnet. Der Schlankheitsgrad einer äquivalenten orthotropen Platte ist de-niert mit

λ p = √

_____

β A,c ⋅ f y _____

σ cr,p

Der Anhang A der EN 1993-1-5 gibt Hinweise zur Bestimmung der elastischen Ver-zweigungsspannung. Darin sind im Abschnitt A.1 Hinweise für Beulfelder mit mindes-tens drei Längssteifen gegeben, deren Steigkeit über die Beulfeldbreite als verschmiert angenommen werden kann. Der Abschnitt A.2 gibt Informationen zur Berechnung der kritischen Beulspannung mit einer oder zwei Steifen in der Druckzone. Da es sich hierbei um Näherungen handelt und der Berechnungsaufwand im Vergleich zu Einzel-

Abschnitt 4.5

Abschnitt 4.5 (1)

Abschnitt 4.5 (3)

Gl. (4.5)

Gl. (4.6)

EN 1993-1-5, Bild 4.4

Abschnitt 4.5 (7)

Abschnitt 4.5 (10)

Abschnitt 4.5.2

Gl. (4.7)

Anhang A


feldern erheblich steigt, kann die kritische Beulspannung vorteilhaft auch mittels nu-merischer Methoden, wie z. B. mit der Spezialsoftware EBPlate [5] oder mit der FEM, bestimmt werden.Mit dem so ermittelten Schlankheitsgrad wird analog zum Beulen von Einzelfeldern der Abminderungsfaktor aus der modizierten Winterformel nach den Gleichungen der EN 1993-1-5 bestimmt.Das knickstabähnliche Verhalten kann z. B. bei Einzelfeldern mit kleinem Seitenver-hältnis oder bei einem längsausgesteiften Blechfeld mit großem Seitenverhältnis α vor-kommen (s. Bild 5). Die elastische kritische Knickspannung wird generell am Blechfeld mit freigesetzten Längsrändern ermittelt. Über das Modell des gelenkig gelagerten Einfeldträgers können die kritischen Spannungen bestimmt werden.Für ein unausgesteiftes Blechfeld folgt die Knickspannung somit zu

σ cr,c = π 2 ⋅ E ⋅ t 2

___________ 12 (1 − ν 2 ) a 2

Bei einem ausgesteiften Blechfeld darf die Knickspannung für knickstabähnliches Ver-halten mithilfe der Knickspannung der am höchstbelasteten Druckrand liegenden Steife ermittelt werden. Es gilt

N cr,sl = σ cr,sl ⋅ A sl,1 = π 2 ⋅ E ⋅ I sl,1 _______

l cr 2 → σ cr,sl =

π 2 ⋅ E ⋅ I sl,1 _______ a 2 ⋅ A sl,1

Dabei bezeichnet I sl,1 das Flächenträgheitsmoment unter Ansatz der Bruttoquerschnittsäche der

als Ersatzdruckstab betrachteten Steife und der angrenzenden mittragenden Blechstreifen bezogen auf Knicken senkrecht zur Blechebene,

A sl,1 die Bruttoquerschnittsäche des Ersatzdruckstabes, die sich aus der Steife und den angrenzenden mittragenden Blechstreifen entsprechend Bild A.1 (s. Bild 7) zusammensetzt.

Die kritische Knickspannung kann nun durch Extrapolation der Knickspannung der Steife zum Druckrand bestimmt werden

σ cr,c = σ cr,sl b c ___

b sl,1

Die Werte beziehen sich auf den Druckrand bzw. die unter Druck stehende Breite des Beulfeldes und sind in Bild 7 dargestellt.Der Schlankheitsgrad des Ersatzdruckstabs ist für nicht ausgesteifte Einzelblechfelder mit

λ c = √

___

f y ___

σ cr,c

deniert und für ausgesteifte Blechfelder mit

λ c = √

_____

β A,c ⋅ f y _____

σ cr,c

Bei den ausgesteiften Blechfeldern darf der Faktor

β A,c = A sl,1,eff _____ A sl,1

berücksichtigt werden. Dieser stellt das Verhältnis der Bruttoquerschnittsäche des Ersatzdruckstabs der Steife und den angrenzenden mittragenden Blechstreifen zu der wirksamen Querschnittsäche der Steife und den angrenzenden mittragenden Blech-streifen unter Berücksichtigung des Beulens dar. Zur Erläuterung sind die erforderli-chen Querschnitte auch in Bild 7 dargestellt.

Gln. (4.2) und (4.3)

Abschnitt 4.5.3

Abschnitt 4.5.3 (2)

Gl. (4.8)

Abschnitt 4.5.3 (3)

Gl. (4.9)

Abschnitt 4.5.3 (3)Anmerkung

Abschnitt 4.5.3 (4)

Gl. (4.10)

Gl. (4.11)


Bild 7. Bezeichnungen für längs ausgesteifte Beulfelder (aus [6])

Der Abminderungsfaktor für das knickstabähnliche Verhalten χ c errechnet sich analog zu einem Knickstab, wie es in EN 1993-1-1, 6.3.1.2 geregelt ist. Bei einem nicht ausge-steiften Blechfeld wird dieser der Knicklinie a mit dem Imperfektionsbeiwert α = 0, 21 zugeordnet. Im Fall eines ausgesteiften Blechfeldes wird ein vergrößerter Imperfek-tionsbeiwert angesetzt.

α e = α + 0, 09

____ i ∕ e

Dieser berücksichtigt evtl. vorhandene größere Imperfektionen der geschweißten Plat-ten sowie Exzentrizitäten zwischen Steife und Blech. Die Beiwerte sind abhängig von der Steifengeometrie und es gilt:

i = √

____

I sl,1 ____ A sl,1

EN 1993-1-5, Anhang A, Bild A.1

Abschnitt 4.5.3 (5)

Gl. (4.12)


e = max ( e 1 , e 2 ) ist der größere der beiden Abstände nach Bild 7, d. h. entweder der Abstand zwischen dem Schwerpunkt der vom Blech isoliert betrachteten einseitig an-gebrachten Einzelsteifen ohne mitwirkende Breite (bei zweiseitig angebrachten Steifen wird hierbei nur eine Seite betrachtet) zur Schwerachse des ausgesteiften Blechfeldes oder der Abstand der Schwerachse des ausgesteiften Blechfeldes zur Mittelebene des Bleches α = 0, 34 Imperfektionsbeiwert (Kurve b ) für Hohlsteifenquerschnitte α = 0, 49 Imperfektionsbeiwert (Kurve c ) für offene Steifenquerschnitte

Mit den bis hier beschriebenen Methoden können die Abminderungsfaktoren für das plattenartige Tragverhalten und das knickstabähnliche Tragverhalten ermittelt werden. Sind diese bekannt, wird nun bestimmt, welches Tragverhalten maßgebend ist. Dies geschieht über den Beiwert ξ mit

ξ = σ cr,p ___ σ cr,c

− 1 jedoch 0 ≤ ξ ≤ 1

Dabei ist σ cr,p die elastische Plattenbeulspannung und σ cr,c die elastische Knickspan-nung. Der endgültige Abminderungsfaktor ρ c folgt aus der Interaktionsbeziehung

ρ c = (ρ − χ c ) ⋅ ξ ⋅ (2 − ξ) + χ c

Mit dieser Funktion wird das Tragverhalten gewichtet. Für ξ = 0 folgt ρ c = χ c und man erhält ein rein knickstabähnliches Tragverhalten, für ξ = 1 folgt ρ c = ρ und man erhält ein rein plattenartiges Tragverhalten.Mit diesem kombinierten Abminderungsfaktor wird, wie bereits oben beschrieben, der Gesamtquerschnitt ein zweites Mal abgemindert.

2.1.1.3 Nachweis

Mit den wirksamen Querschnittsgrößen aus der zweischrittigen Abminderung der Bauteilbreiten kann nun der elastische Querschnittsnachweis geführt werden. Für den Ausnutzungsgrad eines nicht ausgesteiften bzw. ausgesteiften Beulfeldes infolge Längs-spannungen gilt:

η 1 = N Ed _____

f y ___ γ M0

A eff +

M Ed + N Ed ⋅ e N __________

f y ___ γ M0

W eff ≤ 1, 0

Aufgrund der effektiven Breiten kommt es üblicherweise zu einer Verschiebung des Schwerpunktes bezogen auf den nicht abgeminderten Bruttoquerschnitt um den Wert e N . Diese Verschiebung der neutralen Achse erzeugt bei Normalkraftbeanspruchung ein Zusatzmoment, welches bei der Spannungsermittlung und im Nachweis berück-sichtigt werden muss.Die Gleichung für den Ausnutzungsgrad darf bei zweiachsiger Biegung wie folgt er-weitert werden: η 1 =

N Ed _____ f y ___ γ M0

A eff +

M y,Ed + N Ed ⋅ e y,N ____________

f y ___ γ M0

W y,eff +

M z,Ed + N Ed ⋅ e z,N ___________

f y ___ γ M0

W z,eff ≤ 1, 0

Dabei bezeichnen e y,N und e z,N die jeweiligen Verschiebungen der neutralen Achse.Gegebenenfalls sind die Schnittgrößen nach Theorie II. Ordnung zu ermitteln.Für eine längs des Beulfeldes veränderliche Spannung ist in der Regel der Beulnachweis für die Schnittgrößen an der Querschnittsstelle zu führen, die sich im Abstand 0, 4 ⋅ a oder 0, 5 ⋅ b (kleinster Wert) von dem Beulfeldrand bendet, an dem die größten Span-nungen auftreten. In diesem Fall ist am Beulfeldrand zusätzlich ein reiner Querschnitts-nachweis zu führen.

Abschnitt 4.5.4

Gl. (4.13)

Abschnitt 4.6

Gl. (4.14)

Abschnitt 4.5.4 (1) Anmerkung

Gl. (4.15)

Abschnitt 4.5.4 (2)Abschnitt 4.5.4 (3)


2.1.2 Schubbeulen

Schlanke Beulfelder bzw. schlanke Bleche zeigen einen hohen Widerstand gegenüber Beulversagen für den Fall, dass sich im Nachbeulbereich Zugmembranspannungen ausbilden können. Dies ist auf Spannungsumlagerungen zurückzuführen, sobald es zum Ausbeulen des Bleches kommt. Werden die einwirkenden Normalspannungen σ und Schubspannungen τ in die Hauptspannungsrichtungen transformiert, so entspre-chen diese den Hauptnormalspannungen. Darin steht σ 1 für die Hauptzugspannung und σ 2 für die Hauptdruckspannung, wobei diese beiden Spannungen denselben Wert aufweisen und zueinander um 45° geneigt sind. Dies gilt für den Fall, dass das Lastni-veau sich noch unter der Verzweigungslast des Bauteils bendet. Wird nun die Last gesteigert und die Verzweigungslast des Systems erreicht, kommt es zum Ausbeulen des Bleches und zu den erwähnten Spannungsumlagerungen. Es bildet sich ein „Zugfeld“ aus. In der Regel erhöht sich die Hauptzugspannung σ 1 , es wird aber keine wesentliche Erhöhung der Hauptdruckspannung σ 2 beobachtet.Die wesentlichen Regeln zur Bestimmung des Bauteilwiderstandes gegenüber Schub-beanspruchung werden in diesem Abschnitt näher erläutert und sind allgemein im Abschnitt 5 der EN 1993-1-5 geregelt. Um diesen Abschnitt anwenden zu dürfen, müssen die folgenden Kriterien eingehalten werden:– Die Beulfelder sind näherungsweise rechteckig und für den Winkel α in Bild 2 gilt

≤ 10° .– Steifen, falls vorhanden, sind nur in Längs- bzw. Querrichtung angeordnet.– Alle Löcher oder Ausschnitte sind klein gegenüber den restlichen Bauteilabmessungen.– Die Bauteile sind gleichförmig bzw. weisen einen gleichförmigen Querschnitt auf.

Das Schubbeulen muss berücksichtigt werden, falls das Grenzverhältnis von Platten-höhe h w zu Blechstärke t die folgenden Grenzwerte überschreitet:

– für nicht ausgesteifte Blechfelder gilt: h w

__ t > 72

ε __ η

– für ausgesteifte Blechfelder gilt: h w

__ t > 31

ε __ η √

__ k τ

Darin wird k τ als Schubbeulkoefzient bezeichnet und abhängig von der verwendeten

Stahlgüte gilt ε = √ ___________

235 ∕ f y [MPa] . Werden die oben angeführten Grenzwerte über-schritten, ist ein Schubbeulnachweis zu führen und es sind Quersteifen an den Lagern vorzusehen.

2.1.2.1 Bemessungswert der Beanspruchbarkeit

Der Widerstand nicht ausgesteifter und ausgesteifer Beulfelder gegenüber Schubbeulen V b,Rd setzt sich in der Regel aus dem Widerstand des Stegs V bw,Rd und dem Widerstand der Flansche V bf,Rd , falls vorhanden, zusammen.

V b,Rd = V bw,Rd + V bf,Rd ≤ η ⋅ f yw ⋅ h w ⋅ t

________ √

__ 3 ⋅ γ M1

2.1.2.2 Beitrag des Stegs

Der Beitrag des Stegs ergibt sich zu

V bw,Rd = χ w ⋅ f yw ⋅ h w ⋅ t

_________ √

__ 3 ⋅ γ M1

Darin ist χ w der Abminderungsfaktor gegen Schubbeulen (s. auch Bild 8). Dieser be-inhaltet die Effekte aus der Zugfeldwirkung des Beulfeldes nach Überschreiten der Verzweigungslast des Systems. Die Biegesteigkeiten der Quersteifen an den Rändern des Beulfeldes, an denen das Zugfeld sozusagen verankert ist, beeinussen das Nach-beulverhalten. Deshalb ist der Abminderungsfaktor gegenüber Schubbeulen abhängig von der Steigkeit dieser Quersteifen. Es wird zwischen starren und verformbaren Stei-fen unterschieden (s. Tabelle 3).

Abschnitt 5.1 (1)

Abschnitt 5.1 (2)

Gl. (5.1)

Gl. (5.2)

Abschnitt 5.3 (1)


Tabelle 3. Beitrag des Stegs zur Schubbeanspruchbarkeit (aus [6])

Starre Auagersteife Verformbare Auagersteife

_

λ w ≤ 0, 83 ∕ η η η

0, 83 ∕ η < _

λ w ≤ 1, 08 0, 83 ∕ _

λ w 0, 83 ∕ _

λ w

_

λ w ≥ 1, 08 1, 37 ∕ (0, 7 + _

λ w ) 0, 83 ∕ _

λ w

Bild 8. Beitrag des Stegs χ w zur Schubbeanspruchbarkeit (aus [6])

Die Anforderungen an starre Auagersteifen sind im Abschnitt 9.3 der EN 1993-1-5 geregelt. In Bild 9 sind unterschiedliche Möglichkeiten zur Ausbildungen von Träger-enden dargestellt.

Querschnitts-denitionen

a) keine Auagersteife b) starre Auagersteife c) verformbare Auagersteife

Bild 9. Kriterien für Auagersteifen (aus [6])

Für kleine Schlankheiten mit _

λ w ≤ 0, 83 ∕ η folgt für den Abminderungsfaktor χ w = η , wobei die η Werte ≥ 1 sind. Versuche an gedrungenen Stäben haben gezeigt, dass der Schubwiderstand 70 bis 80 % der Zugfestigkeit erreichen kann. Dies entspricht einer Erhöhung der Schubfestigkeit von rund 20 % und ist auf die Werkstoffverfestigung zurückzuführen. Es wird daher η = 1, 2 für Stahlgüten bis S460 empfohlen und η = 1, 0 für höhere Stahlgüten, da Versuche nur an Trägern bis S460 durchgeführt wurden.Die Abminderungskurven gelten für ausgesteifte und nicht ausgesteifte Beulfelder. Der Schlankheitsgrad ist deniert mit

_

λ w = √

____

f yw ∕ √

__ 3 ____

τ cr = 0, 76 √

___

f yw

___ τ cr

wobei τ cr = k τ ⋅ σ E gilt.

EN 1993-1-5, Tabelle 1

EN 1993-1-5, Bild 5.2

EN 1993-1-5, Bild 5.1

Gl. (5.4)


Diese Gleichung kann weiter vereinfacht werden– für Quersteifen am Auager allein (Auagersteifen):

λ w = h w _______

86, 4 ⋅ t ⋅ ε

– für Auagersteifen und zusätzlich in Querrichtung und∕ oder in Längsrichtung lau-fende Steifen:

λ w = max ( h w __________

37, 4 ⋅ t ⋅ ε ⋅ √ __

k τ ,

h wi ___________ 37, 4 ⋅ t ⋅ ε ⋅ √

___ k τi )

Dabei ist k τ Schubbeulkoefzient für den Steg zwischen den Flanschen k τi Schubbeulkoefzient des entsprechenden Einzelfeldes i h w Steghöhe zwischen den Flanschen h wi Höhe des Einzelfeldes i

Im Anhang A.3 der EN 1993-1-5 sind Formeln zur Bestimmung des Schubbeulkoef-zienten k τ angegeben. Für Beulfelder mit starren Quersteifen ohne Längssteifen bzw. mit mehr als zwei Längssteifen folgt für den Schubbeulkoefzienten

k τ = 5, 34 + 4, 00 (h ∕ a) 2 + k τsl für a ∕ h ≥ 1

k τ = 4, 00 + 5, 34 (h ∕ a) 2 + k τsl für a ∕ h < 1

Dabei ist

k τsl = 9 ( h

__ a )

2

4 √

_______

( I sl ___ t 3 h

) 3

≥ 2, 1

___ t

3 √

__

I sl __ h

a Abstand der Quersteifen I sl Summe der Flächenträgheitsmomente der einzelnen Längssteifen um die z-z Achse

(s. Bild 10).

Gleichung (A.5) der EN 1993-1-5 gilt auch für den Fall von einer oder zwei Längsstei-fen, vorausgesetzt es gilt α = a ∕ h ≥ 3 . Für Beulfelder mit ein oder zwei Längssteifen und α < 3 darf der Schubbeulwert angenommen werden zu

k τ = 4, 1 + 6, 3 + 0, 18

I sl ___ t 3 h

_________

α 2 + 2, 2

3 √

___

I sl ___ t 3 h

Das Flächenträgheitsmoment errechnet sich mit einer effektiven Breite von 15 εt auf jeder Seite der Steife (s. Bild 10). Das Flächenträgheitsmoment sollte für die Berech-nung von k τsl auf 1∕ 3 seines aktuellen Wertes reduziert werden. Dies ist auf die gerin-geren Reserven hinsichtlich des Nachbeulverhaltens längsausgesteifter Beulfelder im Vergleich zu nicht ausgesteiften Beulfeldern zurückzuführen. Diese Reduktion der Steigkeiten der Längssteifen ist in den Gleichungen des Anhangs A.3 bereits berück-sichtigt. Aktuelle Forschungen zeigen aber, dass diese Reduktion nur für Steifen mit einer geringen Torsionssteigkeit erforderlich ist. Für Beulfelder mit Längssteifen, die einen großen Torsionswidertand aufweisen, kann der volle Wert des Flächenträgheits-momentes angesetzt werden.

Bild 10. Stegblech mit Quer- und Längssteifen (aus [6])

Gl. (5.5)

Gln. (5.6), (5.7)

Gl. (A.5)

Anhang A.3 (2)

Abschnitt 5.3 (4)

EN 1993-1-5, Bild 5.3

Stahlbau-Kalender 2015: Eurocode 3 – Grundnorm, Leichtbau. Herausgegeben von Ulrike Kuhlmann © 2015 Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2015 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

12 Regale in Stahlbauweise

Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Bettina Brune

Dipl.-Ing. Olaf Heptner

Dipl.-Ing. Peter Stangenberg

Prof. Dr.-Ing. Dieter Ungermann

758 12 Regale in Stahlbauweise

Inhaltsverzeichnis

1 Regale aus Stahl 7611.1 Lagertechnik 7611.2 Arten und Funktionen von Regalen 7621.2.1 Allgemeines 7621.2.2 Palettenregale 7641.2.3 Fachbodenregale 7661.2.4 Dach- und wandtragende Hochregalanlagen

(Silos) 7701.2.5 Weitere Regaltypen 7721.3 Regalbediengeräte und Beschickung 7731.3.1 Flurförderzeuge nach Regalklassen 7731.4 Fertigung 7751.4.1 Prolierung von Regalprolen 7751.4.2 Werkstoffe 7761.4.3 Herstellung von Fachböden 7761.4.4 Schweißen im Regalbau 7771.5 Zahlen und Fakten der Regalbaubranche in

Deutschland 777

2 Bauaufsichtliche Relevanz 7772.1 Bauaufsichtliche Belange für Regalanlagen aus

Stahl 7772.1.1 Situation in Deutschland bis zum Jahr 2011 und

2013 7772.1.2 Situation in Deutschland ab 2011∕ 2013 7772.1.3 Schreiben der Bundesbauministerkonferenz vom

18.12.2013 7782.2 Stellungnahme des nationalen Verbands für

Lagertechnik und Betriebseinrichtungen LBE im Jahr 2013 778

2.2.1 Allgemeines 7782.2.2 Lagerfunktion 7782.2.3 Erschließungsfunktion und Rettungsweg 7782.2.4 Aufenthaltsraum∕ -äche 7782.2.5 Empfehlungen des Verbandes LBE zur Realisierung

von Regalbauwerken 778

3 Statisch-konstruktive Berechnung von verstellbaren Paletten-Regalsystemen 779

3.1 Allgemeines 7793.2 Einwirkungen 7793.2.1 Permanente und veränderliche Lasten

aus Ladeeinheiten nach DIN EN 15512, 6.2 und 6.3 779

3.2.2 Vertikale Beschickungslasten nach DIN EN 15512, 6.3.3 779

3.2.3 Horizontale Beschickungslasten nach DIN EN 15512, 6.3.4 780

3.2.4 Palettensicherungen nach DIN EN 15512, 6.3.4.2 780

3.2.5 Stoßlasten nach DIN EN 15512, 6.4 7813.3 Nachweisverfahren mit

Teilsicherheitsbeiwerten 7813.3.1 Teilsicherheitsfaktoren für Einwirkungen nach

DIN EN 15512, 7.4 7813.3.2 Teilsicherheitsfaktoren für das Material nach

DIN EN 15512, 7.5 782

3.3.3 Kombinationen von Einwirkungen nach DIN EN 15512, 7 782

3.3.4 Zusammenfassende Bewertung und Schlussfolgerung 783

3.4 Tragwerksberechnung 7833.4.1 Allgemeines 7833.4.2 Statisches Modell eines Palettenregals in

Querrichtung 7843.4.3 Statisches Modell eines Palettenregals in

Längsrichtung 7853.4.4 Imperfektionen nach DIN EN 15512, 5.3 7853.4.5 Lastansätze bei einer Tragwerksberechnung

des Regallängssystems 7863.4.6 Lastansätze bei einer Tragwerksberechnung

des Regalquersystems 787

4 Bemessung von Palettenregalen 7874.1 Allgemeines 7874.2 Bemessung von Regalstützen unter Druck- und

Biegebeanspruchung 7874.2.1 Typische Formen von Stützenprolen in

Palettenregalen 7874.2.2 Geometrische Größenverhältnisse 7884.2.3 Einuss der Eckradien 7884.2.4 Einuss der Prollochungen 7894.2.5 Instabilitätsformen von Regalstützen unter Druck-

und Biegebeanspruchung 7894.2.6 Bemessung von ungelochten Regalstützen unter

Druck- und Biegebeanspruchung 7904.2.7 Bemessung von gelochten Regalstützen unter

Druck- und Biegebeanspruchung 7934.2.8 Bemessung der Diagonalen von Fachwerkstützen

unter Druck- und Zugbeanspruchung 7944.2.9 Bemessung der Palettenträger unter

Biegebeanspruchung 795

5 Versuchsgestützte Bemessung von Palettenregalen nach DIN EN 15512, Anhang A 797

5.1 Allgemeines 7975.2 Versuche nach DIN EN 15512, Anhang A 7975.2.1 Prüfverfahren und Auswertung der

Prüfergebnisse 7985.2.2 Stützendruckversuche 7995.2.3 Stützenbiegeversuche 8015.2.4 Stützen-Fußpunkt-Versuch 8035.2.5 Palettenträger-Stützen-Anschluss –

Biegeversuche 8065.2.6 Palettenträger-Stützen-Anschluss –

Scherversuche 8085.2.7 Schubsteigkeit der Ständerrahmen 8105.2.8 Weitere Versuche 8125.3 Allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen 8135.3.1 Allgemeines 8135.3.2 Bestandteile der allgemeinen bauaufsichtlichen

Zulassungen für Palettenregalsysteme 814

Inhaltsverzeichnis 759

6 Bemessung von Fachbodenregalen 8146.1 Beanspruchung von Fachbodenregalen 8146.2 Tragwerksberechnung von Fachbodenregalen 8156.3 Bauteilversuche 8166.3.1 Allgemeines 8166.3.2 Stützendruckversuche 8166.3.3 Stützenbiegeversuche 8166.3.4 Prüfung der Schubsteigkeit des

Stützenrahmens 8166.3.5 Prüfung der Fachböden 8176.3.6 Prüfung der Spannstreben 8186.3.7 Sonstige Versuche 818

7 Regalinspektion und Instandhaltung 8197.1 Technische Regeln früherer Zeit 8197.2 Der aktuelle Stand 8197.2.1 Technische Regeln zur Kontrollpicht und Inspektion

von Regalanlagen 8197.2.2 Praktische Erfahrungen mit der Umsetzung von

Inspektions- und Sicherungsmaßnahmen 8197.2.3 Reparaturmaßnahmen 8207.3 Die zukünftige Entwicklung 820

8 Zusammenfassung und Ausblick 820

9 Literatur 821

Regale aus Stahl 761

1 Regale aus Stahl

1.1 Lagertechnik

Die Logistikindustrie hat in den letzten Jahren einen immensen Aufschwung erlebt. Eine Vielzahl von La-gern und Regalen mit immer größer werdenden Lager-kapazitäten und zunehmenden Bauhöhen wurden rea-lisiert, um der Forderung der globalen Wirtschaft nach einem größeren, schnelleren Warenumschlag gerecht werden zu können. In modernen Unternehmen, in de-nen Güter wie Handelsware oder Produktionsstoffe aufbewahrt und bewegt werden müssen, ist eine wohl-geplante und zeitgemäße Lagertechnik unabdingbar, um einen efzienten Materialuss zu gewährleisten. Neben der vor äußeren Einüssen schützenden Aufbe-wahrung von Gütern leistet eine moderne, zuverlässige Lagertechnik einen wichtigen Beitrag zur Wettbewerbs-fähigkeit. Dadurch können beispielsweise ausgehende Waren innerhalb kürzester Zeit zum Kunden gebracht oder aber Produktionsprozesse durch eine optimierte innerbetriebliche Logistik beschleunigt und kosten-günstig gestaltet werden.Ein Lager besteht im Allgemeinen aus Regalen, die händisch oder durch Förderzeuge bedient werden, so-wie in vielen Fällen aus Fördertechnik, wie beispiels-weise Rollenbahnen, und∕ oder Kommissioniersyste-men zur gezielten Zusammenstellung einzelner Lager-güter zu Versandeinheiten. Hierbei wird zwischen manuell und automatisch (bzw. halbautomatisch) be-triebenen Lagern unterschieden: Im ersten Fall erfolgt die Regalbeschickung händisch oder durch personenge-steuerte Förderzeuge (z. B. Gabelstapler), während im zweiten Fall automatisierte Förderzeuge, sogenannte Regalbediengeräte, zum Einsatz kommen. Damit ein Lager möglichst wirtschaftlich betrieben werden kann, müssen dessen Regalstruktur und das Beschickungskonzept unter Berücksichtigung des La-gerguts eng aufeinander abgestimmt sein (Bild 1). Op-

timale Flächen- und Volumennutzung sind weitere An-forderungen.Die Regale bilden die Tragstruktur für einzulagernde Güter. Sie werden typischerweise in leichter Stahlbau-weise errichtet. Alle Regalsysteme zeichnen sich durch ein wichtiges spezisches Merkmal aus: Ein und das-selbe Bauteil kommt sehr häug vor! Daher ist im Re-galbau eine optimierte Auslegung der gleichartigen Bauteile und Querschnitte sowie die Wahl von efzien-ten Anschlusskonstruktion stets oberstes Ziel, um wirt-schaftliche Regalsysteme anbieten zu können und auf dem globalen Markt bestehen zu können.Im Regalbau kommen vor allem kaltgeformte, dünn-wandige, offene Stahlquerschnitte für Stützen und Trä-ger zum Einsatz, die mithilfe einfacher, leicht lösbarer Anschlusskonstruktionen miteinander verbunden sind, um so eine möglichst große Flexibilität in der Nutzung und Umnutzung zu ermöglichen. Die statisch-konstruktive Ausbildung von Regalsyste-men bietet dabei einige Besonderheiten im Vergleich zur traditionellen Stahlbauweise. Die Bemessung von Re-galstrukturen muss diesen Besonderheiten gerecht wer-den und kann daher in vielen Fällen nicht nach dem gültigen europäischen Normenkonzept DIN EN 1993 „Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten“ erfol-gen.Im vorliegenden Beitrag werden die Regalbauweise in Stahl und ihre Ausführungsformen für unterschiedliche Lagergutarten und variierende Ladehilfsmittel (bei-spielsweise Paletten, Behälter, Kartons etc.) vorgestellt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Darstellung der statisch-konstruktiven Ausführung von typischen Regalstrukturen sowie der Bemessung der kaltgeform-ten Regalprole aus Stahl auf der Grundlage des euro-päischen Normenkonzepts DIN EN 1993 und unter Berücksichtigung zusätzlicher Regelwerke und techni-scher Empfehlungen, die speziell für den Regalbau ent-wickelt wurden.

Bild 1. Moderne Lagertechnik (Quelle: SSI Schäfer)


1.2 Arten und Funktionen von Regalen

1.2.1 Allgemeines

Zu einer Regalanlage gehören u. a. die Regalstruktur aus Stahlbauteilen, in der das Lagergut mitsamt den Ladehilfsmitteln (beispielsweise Europaletten (Bild 2) oder Kunststoffbehälter) aufbewahrt wird, sowie die

Gasse, über die das Regal entweder durch Personal oder Förderzeug bedient wird.Die Gasse verläuft parallel zu den in Längsrichtung verlaufenden Regalzeilen, welche sich wiederum in so-genannte „Regalfelder“ unterteilen, die durch die Stüt-zenprole voneinander getrennt werden (Bilder 3 und 4). Eine Einheit im Regal, die in Längsrichtung durch

Bild 2. Europalette nach DIN EN 13698-1 [24]

Bild 3. Typische Regalstruktur in Stahlbauweise nach DIN EN 15878 [29]


die Stützenprole sowie in vertikaler Richtung durch die Ladungsträger oder Fachböden begrenzt wird, be-zeichnet man als „Regalfach“. In einem Regalfach wer-den in Abhängigkeit von der Auslegung bzw. von der Art des Lagerguts mehrere Ladeeinheiten eingestellt. Dient beispielsweise im Falle eines Palettenregals ein Regalfach zur Lagerung von drei Paletten nebeneinan-der, spricht man von einem „Dreiplatzsystem“.In der statisch-konstruktiven Analyse wird das Regal modellhaft in zwei Ebenen betrachtet. So erhält man

ein Untersystem, das parallel zur Gasse verläuft, das sogenannte „Längssystem“, und ein Untersystem, wel-ches orthogonal zur Gasse orientiert ist, das sogenannte „Quersystem“. Im automatisierten Lager werden die Köpfe der Regalstützen in Querrichtung durch einen Gangriegel zur Aufnahme einer oberen Führungs-schiene miteinander verbunden (s. Bild 5). Die Beschi-ckung der Regale erfolgt nämlich über Förderzeuge, welche über eine am Boden der Gasse verlaufende un-tere Schiene fahren und sich an dieser oberen Füh-rungsschiene seitlich stützen.Zur Aussteifung der Regalstruktur in Quer- und Längs-richtung dienen Fachwerkverbände zwischen den Re-galstützen, rotationssteife Anschlüsse zwischen Längs-trägern und Stützen sowie am Stützenfußpunkt oder Verstrebungen mit Zuggliedern in Form von Flachstäh-len mit Spannschlössern.Einen guten Überblick über die einzelnen Bestandteile einer Regalanlage wird in DIN EN 15878 „Ortsfeste Regale aus Stahl – Begriffe“ [29] gegeben. Eine ausreichend tragende Gründung, speziell im Hin-blick auf die punktförmigen Auagerlasten aus den Stützen, wird vorausgesetzt. In den meisten Fällen ist der Regalkörper mit dem Boden verankert (chemische oder mechanische Bodenanker). Qualität und Geome-trie der Bodenplatte müssen aus diesem Grunde be-kannt sein, aber auch – zumindest im Falle größerer Regalstrukturen (insbesondere dach- und wandtra-gende Konstruktionen) –, um eine ggf. nicht vernach-lässigbare Interaktion zwischen Regalstruktur und der massiven Bodenplatte bei der Auslegung berücksichti-gen zu können. Der Einsatzbereich von Regalanlagen mit Betrieb durch manuell bedientes oder automatisiertes Förderzeug macht die Denition von Fertigungs- und Montagetole-

Bild 4. Typisches Paletten-Regalsystem (aus [56])

Bild 5. Quer- und Längssystem einer Regalstruktur


ranzen sowie zulässigen Verformungsgrenzen notwendig, die nicht mit den Werten des traditionellen Stahlbaus vergleichbar sind, da sie diese deutlich unterschreiten. Aus diesem Grunde existieren im Regalbau eigenstän-dige Richtlinien und Industrieempfehlungen (FEM 9.831-1 [44], FEM 9.832 [45], DIN EN 15620 [26]).

1.2.2 Palettenregale

Allgemeines

Eines der wichtigsten Ladehilfsmittel in der Logistikin-dustrie überhaupt stellt die Palette dar (Bild 2). Folglich handelt es sich bei dem speziell für die Lagerung von Paletten entworfenen, sogenannten Palettenregal um eine der bedeutendsten Regalarten. Palettenregale sind darüber hinaus aber grundsätzlich auch zur Lagerung anderer Ladehilfsmittel wie z. B. Gitterboxen oder Son-derladungsträger geeignet. Das Palettenregal kommt sowohl in manuell als auch in automatisch betriebenen Lagern zum Einsatz und ist in unterschiedlichen Kon-struktionsformen verfügbar, die im Folgenden kurz beschrieben werden.

Verstellbare Palettenregale

Das verstellbare Palettenregal (auch APR – Adjustable Pallet Rack) ist ein weit verbreitetes Regalsystem mit üblichen Bauhöhen zwischen 5 und 10 m. In Verbin-dung mit hochtragfähigen Gabelstaplern werden auch Höhen von 12,5 m, mit den sogenannten VNA-Trucks (Schmalgangstapler) sogar Bauhöhen bis zu 15 m rea-lisiert. Das verstellbare Palettenregal besteht in Quer-richtung aus Ständerrahmen, die aus kaltgeformten

stählernen Stützen- und ausfachenden Diagonalquer-schnitten zu einer Fachwerkstütze zusammengesetzt werden. In Ganglängsrichtung verlaufen die Paletten-träger, ebenfalls aus kaltgeformten rechteckförmigen, in Einzelfällen auch Σ-förmigen Stahlquerschnitten oder aber aus warmgewalzten Stahlprolen hergestellt, an deren Enden Trägeranschlusslaschen mit Hakenele-menten angeschweißt sind. Die Stützen sind über ihre Länge mit kontinuierlichen Systemlochungen oder -schlitzungen versehen, in die die passenden Hakenele-mente, die sich an den Trägeranschlusslaschen ben-den, eingeführt werden (Bild 6). Die Palettenträger werden in die Regalstützen eingehängt, um eine mög-lichst große Flexibilität in der Nutzung und für die Um-nutzung zu gewährleisten. Ein geeignetes Konstrukti-onselement ist als Aushebesicherung vorzusehen, damit ein versehentliches Lösen oder Herausheben des Palet-tenträgers, insbesondere bei Fehlbedienungen von Ga-belstaplern etc., verhindert wird.Bei der in Bild 6 dargestellten Stützen-Träger-Verbin-dung mit eingehakter Trägeranschlusslasche handelt es sich im Sinne der DIN EN 1993-1-8 um einen momen-ten(teil)tragfähigen, rotationssteifen Anschluss, dessen Rotationssteigkeit in der statischen Berechnung zur Stabilisierung der Regalstruktur in Längsrichtung an-gesetzt wird. Zumeist genügt diese Aussteifung in Längsrichtung, sodass auf zusätzliche Vertikalver-bände verzichtet werden kann.In Regalquerrichtung erfolgt die Aussteifung durch das in Bild 5 gezeigte Stützenfachwerk. Stützen und Diago-nalen werden in der Regel verschraubt. In selteneren Fällen werden auch verschweißte oder vernietete Stüt-zen-Diagonalen-Anschlüsse ausgeführt.

Bild 6. Verstellbares Palettenregal mit Träger-Stützen-Anschluss mittels lösbarer Hakenverbindung (Quelle: SSI Schäfer)


Geschraubtes Längstraversenregal

Insbesondere im Falle automatisierter Regale kommen neben den verstellbaren Palettenregalen auch Regale zum Einsatz, bei denen die Palettenträger und die Stützenprole durch die im Vergleich zu den Hakenver-bindungen weniger nachgiebigen Schraubanschlüssen verbunden sind (Bild 7). Damit wird den höheren Toleranz anforderungen für die automatisierten Regal-bedien geräte Rechnung getragen. Bei geschraubten Längstraversenregalen entfallen die Systemlöcher und es werden i. d. R. lediglich positionierte Schraubenlö-cher in der Regalstütze, dem sogenannten Ständer, vor-gesehen. Für den Palettenträger wird typischerweise ein kaltgeformtes C-Sigma- oder Sigma-Prol eingesetzt. Dieser Regaltyp erreicht inzwischen Bauhöhen bis zu 30 m.Die Aussteifung in Regallängsrichtung erfolgt über zu-sätzliche Vertikalverbände, die mit Horizontalverbän-den zusammenwirken, während das Regal in Querrich-tung wiederum durch das verschraubte Rahmenfach-werk stabilisiert wird.

Offenes Palettenregal (Quertraversenregal)

Für quer in die Lagerfächer eingestellte Ladehilfsmittel, vor allem für Paletten oder Gitterboxen, ist das Quer-traversenregal ausgelegt (Bild 8). Hierbei handelt es sich um ein Einplatzsystem, bei dem das Ladegut auf Tra-geprolen steht, welche in Regalquerrichtung verlaufen und an den seitlichen Flanschen der Stützenprole an-geschlossen sind. Die Aussteifung in Regallängsrich-tung erfolgt über zusätzlich eingebrachte längsverlau-fende Träger mit Anschlusslaschen, die wie beim ver-stellbaren Palettenregal als teilweise rotationssteife Knotenpunkte funktionieren, und∕ oder über Vertikal-verbände.

Bild 7. Geschraubte Längstraversenregale zur Papierlagerung und Palettenlagerung (Quelle: SSI Schäfer)

Bild 8. Quertraversenregal (Quelle: SSI Schäfer)


1.2.3 Fachbodenregale

Allgemeines

Neben dem Palettenregal ist das Fachboden regal der am Markt bekannteste Regaltyp. Fachbodenregale wer-den sowohl im privaten als auch im Industriebereich verwendet, denn gerade dort ist zur Kostenreduzierung eine efziente Nutzung von Lageräche unerlässlich. Je nach Größe und Gewicht der Ladung kommen speziell auf die Anforderungen ausgelegte Systeme zum Ein-satz. Fachbodenregale dienen der Einlagerung kleiner Ladeeinheiten, die beim Kommissionieren ohne mecha-nische Hilfsmittel per Hand bewegt werden. In der Re-gel werden Ladeeinheiten (Einzelgewichte) von bis zu 25 kg gehandhabt. Fachbodenregale lassen sich in die in den folgenden Abschnitten genannten Kategorien gliedern.

Freistehende Regale bis 3 m Höhe (ohne bühnentragende Funktion)

Für kleine Hallen sind freistehende Fachbodenregale eine übliche Lösung zum Lagern kleinteiliger Artikel (Bild 9). Die Ein- und Auslagerung der Waren erfolgt bodeneben und der Einlagerungsprozess geht in der Regel ohne Hilfsmittel vonstatten. In manchen Fällen

können Leitern den Zugriff auf die Ware erleichtern. In diesen Fällen ist eine Fußverdübelung anzuordnen, um die Stabilität des Regals sicherzustellen. Ansonsten ist für freistehende Regale, welche ein Höhen-∕ Tiefenver-hältnis von 5:1 nicht überschreiten, keine Verdübelung vorgesehen. Kommissioniergänge gliedern die Regalzei-len. Es können zeitgleich mehrere Kommissionierer agieren, sodass auf diese Weise ein hoher Umschlag möglich ist. Die Tragfähigkeit für diese Fachbodenregale kann durch komplette 1:1-Aufbauversuche (Versuch im Ori-ginalmaßstab) beurteilt werden. Die Bauteilversuche sind auf europäischer Ebene in der FEM 10.2.06-1 [42] festgelegt. Eine Gütesicherung für Lager- und Betriebs-einrichtung auf nationaler Ebene kann über die Einhal-tung der Güte- und Prüfbestimmungen RAL-RG 614∕ 1 [51] und dem Gütezeichen des Verbandes für Lager- und Betriebseinrichtungen e. V. erfolgen.

Freistehende Regale über 3 m Höhe (ohne bühnentragende Funktion)

Sind hohe Lagerhallen vorhanden, ist eine efziente Raumnutzung zur Kostenreduzierung gefragt. Fachbo-den-Hochregale bieten hierbei eine Alternative, denn Bauhöhen bis zu 12 m und mehr sind möglich (Bild 10).

Bild 9. Freistehendes Fachbodenregal (< 3 m Höhe) (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)

Bild 10. Freistehendes Fachbodenregal (> 3 m Höhe) (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)


Um die oberen Fachbodenebenen zu erreichen, sind entsprechende Bediengeräte erforderlich. Die Ein- und Auslagerung der Waren erfolgt per Hand, wird jedoch durch geführte, freifahrende Regalbediengeräte unter-stützt. Eine mögliche Abwandlung kann durch spezielle Bediengeräte erfolgen, welche sich direkt auf Fahr-schienen bewegen. Hierbei werden die Antriebskräfte über die auf dem Boden verankerten Schienen abgetra-gen. Im Kopfbereich werden die Führungskräfte über zusätzliche Führungsschienen aufgenommen und in die Regalstruktur abgeleitet.Die Tragfähigkeit von Fachbodenregalen über 3 m Bauhöhe wird durch Berechnung und Verwendung von Einzel-Komponenten-Versuche beurteilt (FEM 10.2.06-2 [43], RAL-RG 614-1 [51]).Automatische Kleinteilelager (AKL), welche sich zu-sätzlich durch einen automatisierten Lagerungsvorgang auszeichnen, werden in gesonderten Regelwerken be-handelt und fallen nicht unter die Kategorie Fachbo-denregal.

Fachbodenregale mit bühnentragender Funktion – Geschossanlagen

Eine Investition in Regalbediengeräte rechnet sich ge-rade bei kleinen und mittleren Anlagengrößen nicht immer. Hier bieten Geschossanlagen eine preiswertere Alternative zu Fachboden hochregalen. Durch Anord-nung von bis zu vier Geschossen kann die Hallenhöhe optimal genutzt werden und es werden Bauhöhen von 10 m und mehr erreicht (Bild 11). Die Ein- und Ausla-gerung der Waren erfolgt per Hand und kann in meh-reren Etagen zeitgleich durchführt werden. Dies ermög-licht eine hohe Kommissionierleistung. Die Kommissi-oniergänge werden häug direkt an die Regalstützen angebunden und leiten ihre Lasten in die Regalkon-struktion ein. Neben hochfesten Spanplatten kommen Gitterroste sowie Stahlpaneele als Bühnenbelag zum Einsatz. Der Zugang zu den einzelnen Etagen wird über integrierte Treppen oder Aufzüge gewährleistet. Die Anlieferung von Waren erfolgt häug an sogenann-ten Übergabeplätzen durch Unterstützung von Stap-lern. Palettierte Ware wird in denierten Bereichen mit

Schiebegeländern oder Schwenk schleusen übergeben und anschließend innerhalb der Regalanlage verteilt. Alternativ kann die Ware in Aufzügen in die jeweilige Etage befördert werden.Die Tragfähigkeit dieser Regale wird durch Berechnung und Verwendung von Einzelkomponentenversuchen beurteilt (FEM 10.2.06-2 [43]; RAL-RG 614∕ 3 [52]).

Regalstruktur und -komponenten

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher, herstellerspezi-scher Fachboden-Regalsysteme in Stahlbauweise, die jedoch meist eine ähnliche Grundstruktur aufweisen. Die primären Bauteile bzw. Grundkomponenten von Fachbodenregalen sind die vertikalen Rahmenstützen, die horizontalen Fachböden sowie die jeweiligen Aussteifungs komponenten in Quer- und Längsrichtung des Fachbodenregals. Wie bei den Palettenregalen (s. Abschn. 1.2.2) liefern die ausgefachten Regalstützen die Stabilität der Regal-struktur in Querrichtung. Die konstruktive Ausbildung der aussteifenden Ständerrahmen erfolgt jedoch, abwei-chend von einem typischen Palettenregalsystem mit seinen Diagonalenverbänden, in einer Vielzahl von Va-rianten. Die Aussteifung kann über einen Vollwandrah-men realisiert werden (Bild 12, 5). Eine gängige Lösung ist die Ausbildung eines Fachwerkverbandes in Varian-ten (Bild 12, 2, 3, 6). Ferner können horizontale Binde-bleche die Regalstützen über ein biegesteifes Rahmen-system untereinander aussteifen (Bild 12, 4). In ge-schraubten Systemen übernehmen die Fachböden diese Funktion teilweise direkt (Bild 12, 1). Die Verbindung der einzelnen Rahmenkomponenten kann durch Steck- oder Schraubelemente erfolgen. Niete oder Clinchver-bindungen erweitern die Möglichkeiten. Einteilig ausgebildete Rahmen mit ausgeformten Stüt-zen runden das Spektrum ab.Auch die in Fachbodenregalen verwendeten Stützenty-pen sind hinsichtlich ihrer Geometrie deutlich vielfälti-ger im Vergleich zu Palettenregalen. Gängige kaltge-formte Stützen aus Stahl nden sich in der „T“- oder „Ω“-Form. Varianten mit Kastenprolen, „U“- oder „C“-Prolen sind gleichfalls vertreten (Bild 13).

Bild 11. Fachbodengeschossanlage (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)


Die gebräuchlichste Aussteifungsvariante von Fachbo-denregalen in Ganglängsrichtung stellen vertikale, ge-kreuzte Spannstreben in der Rückwandebene dar (Bild 14). Hierbei werden die Spannstreben mittels Ha-ken in die Regalstruktur eingebunden. Schraub- oder Nietverbindungen sind weitere Alternativen. Die Aussteifung des Regals in Längsrichtung über ein-gebaute Rückwände kann alternativ ausgeführt wer-den. In Fällen beidseitiger Bedienung kommen Längs-traversen mit halbsteifen Hakenverbindungen zum Einsatz, um den Zugriff zu den Fächern auch auf der Regalrückseite freizuhalten. So wird eine Rahmen-

struktur in Regallängsrichtung ausgebildet, welche mit der eines Palettenregals vergleichbar ist (s. Abschn. 1.2.2). Eine Mischung der verschiedenen Aussteifungs-konzepte ist möglich.

Fachböden

Fachböden werden meist aus einem einteiligen Blechzu-schnitt gefertigt und kalt verformt. Ihre Tragfähigkeit erlangen die Böden durch die Ausbildung von biege-tragfähigen, versteifenden Längs- und Querträgern (Kasten- oder C-förmig) an den Rändern, den soge-nannten Kanalgeometrien, die eine hohe Fachlast zu-lassen (bis ca. 300 kg). Zusätzliche, längsversteifende Träger können zur Reduzierung der Durchbiegung des Fachbodens sowie zur weiteren Traglaststeigerung ge-nutzt werden.Mehrteilige Fachböden (Paneele) nden sich häug in Weitspannregalen und werden mit Längstraversen kombiniert. Es können auch Fachböden aus Holz ein-gesetzt werden.

1) 2) 3) 4) 5) 6)

Bild 12. Ständerrahmen von Fachbodenregalen – Aussteifungsvarianten (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)

1) durch die Fachböden direkt2) durchgehende Zugstreben3) abschnittsweise Zugstreben4) Tiefenriegel∕ Tiefensteifen5) durchgehende Vollwände6) Fachwerksstreben

Bild 13. Stützengeometrien von Fachbodenregalen

Bild 14. Längsaussteifung von Geschossanlagen mit Spannstreben

Bild 15. Handelsüblicher Fachboden eines Fachbodenregals (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)


Eine Besonderheit der Fachbodenregale ist die kon-struktive Anbindung der Fachböden an die Regalstüt-zen. Dieser zumeist punktförmige Anschluss an den Ecken der Fachböden hat sich herstellerspezisch stark unterschiedlich entwickelt und wird daher in großer Vielfalt angeboten. Die Verbindung erfolgt oft durch spezielle, an den Fachboden angepasste Steckverbin-dungen und -bauteile. Die Fachböden werden entweder in, aus der Stütze kaltverformte Taschen oder in geson-derte Fachbodenhalter eingesteckt. Eine Systemlo-chung in der Stütze nimmt die Halter auf und ermög-licht eine feine Verstellbarkeit der Fachbodenhöhen. Kleinteilige Raster der Stützenlochung zwischen 25 und 50 mm sind üblich. Unter statisch-konstruktiven Gesichtspunkten muss zwischen Anschlüssen ohne (1) und mit Spiel in der Verbindung (2) unterschieden werden (Bild 17). Fach-böden des Typs (1) bieten eine rotationssteife Verbin-dung zwischen Stütze und Fachboden, dies reduziert die Biege(drill)knicklängen der Stützen für die statische Bemessung (Bild 18).Schraubverbindungen sind aufgrund des hohen Mon-tageaufwands seltener vertreten. Sie bieten jedoch den Vorteil, dass die Verbindung zwischen Fachboden und Stütze rotationssteif ist und somit zur Aussteifung des Fachbodenregals herangezogen werden kann. Zusätzli-che Stahlbauteile wie Eckplatten oder Winkel in den Fachbodenecken können die Aussteifung weiter verbes-sern. Schraubregale verfügen meist über gelochte Stüt-zen in Winkelform (Bild 19).

a) Fußplattenb) Rahmen mit Fachwerkc) Unterzüged) Belag (Paneel oder Spanplatte)e) Längstraverse

Bild 16. Fachboden Weitspannregal (Auszug aus DIN 15878 [29])

Bild 17. Alternative Fachboden-Halter; 1) ohne und 2) mit Spiel

Bild 18. Fachbodenhalter Typ (1) vor und nach dem Einbau des Fachbodens (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)

a) Stütze mit Systemlochungb) Fachbodenc) Aussteifungselement ∕ Eckplatted) Fachbodenunterzug

Bild 19. Fachbodenanschluss – geschraubt


Aussteifung von Fachboden-Regalsystemen

Weitspannregale wie auch Palettenregale bilden mit ih-ren Traversen bzw. Palettenträgern, welche mit rotati-onssteifen Hakenverbindungen in die Stützen einge-hängt werden, eine Rahmenstruktur in Regallängsrich-

tung aus. Hierbei ist das statische Modell in der gangseitigen Ebene mit der gangabgewandten Ebene gleich. Die Aussteifung von üblichen Fachbodenregalen unter-scheidet sich jedoch in der vorderen und hinteren Ebene (Bild 20).Während bei Fachbodenregalen die hintere Stützen-ebene direkt an die Verbände angeschlossen ist, wird die vordere Stützenebene über die Fachböden stabilisiert und so mit der rückseitigen, ausgesteiften Ebene ver-bunden. Den zumeist einteiligen, schubsteifen Fachbö-den kommt dabei eine Doppelfunktion zu. Neben der Aufnahme der Lagerlasten als Vertikallasten fungieren sie in Fachbodenebene als Scheibe, die die gangseitigen Horizontallasten in die hintere Verbandsebene ableitet. Als vereinfachtes statisches Modell lässt sich hier ein Fachwerkverband in Fachbodenebene nutzen (Bild 21). Über eine Zugstrebe im Fachboden werden die H-Las-ten in die hintere Ebene transferiert. Die große Anzahl von Fachböden hat einen positiven Einuss auf die Stabilität des Fachbodenregals.

1.2.4 Dach- und wandtragende Hochregalanlagen (Silos)

Sind an der Regalstruktur die Wand- und Dachele-mente der Gebäudehülle befestigt (Bild 22), spricht man in der Regalbauindustrie von einem „Hochregal-silo“ oder auch kurz „Silo“, und zwar ohne mit dieser Bezeichnung, wie im Bauingenieurwesen üblich, an die Aufbewahrung von Schüttgut zu denken. Die Höhe (Distanz zwischen Oberkante Bodenplatte und Dach-rst) einer derartigen Stahlkonstruktion liegt typischer-weise in einem Bereich zwischen 25 und 45 m. Bei einem dach- und wandtragenden Hochregallager handelt es sich somit um eine Regalstruktur, welche neben den Belastungen aus Eigengewicht, Lagergut, Imperfektionen, Fördertechnik und ggf. Erdbeben auch die Wind- und Schneelasten abträgt.Bis auf einige wenige Ausnahmen mit geringeren Ab-messungen werden Hochregalsilos durch automatische Förderzeuge unterschiedlicher Art (Abschn. 1.3) be-dient.Die Regalstruktur aus Stahl setzt sich in der Regel aus kaltgeformten Stützen-, Fachwerkdiagonal-, und Längsträgerprolen zusammen, die über Schrauban-schlüsse miteinander verbunden sind. In Querrichtung erfolgt die Aussteifung durch die Stützenfachwerke, während in Regallängsrichtung die horizontalen Lasten aus Abtrieb, Wind und ggf. Erdbeben durch zusätzliche Verbandstürme und Horizontalverbände aufgenom-men werden. Über den Stützenköpfen verlaufen Dach-träger in Querrichtung, die die Gesamtstruktur verstei-fen und gleichzeitig der Aufnahme der oberen Füh-rungsschienen dienen und so zur Stabilisierung der automatischen Förderzeuge beitragen.Hochregallager in Silobauweise sind auf individuelle Bedarfe entworfene und konstruierte Regalstrukturen. Obwohl Geometrien und insbesondere die grundlegen-

1) Fachboden2) Regalrahmen3) Streben4) Bühnenebene

Bild 20. Räumliches Aussteifungskonzept eines Fachboden-regals

1) gangseitige H-Last2) resultierende Zuglast im Fachboden3) weitergeleitete H-Last in der Verbandsebene4) Fachboden

Bild 21. Mitwirkung des Fachbodens bei der Aussteifung des Regalsystems – statisches Modell als Scheibe


den, entwurfsbestimmenden Lagerkonzepte sehr unter-schiedlich ausfallen können, kann eine Silokonstruk-tion in den überwiegenden Fällen in die folgenden typi-schen Bestandteile gegliedert werden (Bild 23):– Die Vorzone bendet sich zwischen der vorderen

Giebelwand und dem Regalhauptblock und umfasst Fördertechnik, Übergabeplätze zur Ladegutüber-gabe von oder an Förderzeuge und in vielen Fällen Bühnen.

– Der Regalhauptblock besteht aus den Regalfeldern mitsamt Dachträgern und Gassen, in denen sich die Förderzeuge in Regallängsrichtung bewegen. Der

Regalhauptblock ist der größte Bestandteil eines Hochregalsilos und wird nahezu ausnahmslos als möglichst leichte Stahlkonstruktion ausgeführt.

– Die Nachzone ist zwischen der letzten Regalachse und der rückwärtigen Giebelwand angeordnet. Le-diglich in einigen Fällen ist hier Fördertechnik unter-gebracht.

– Die Verbandstürme zur Stabilisierung der Regal-struktur in Längsrichtung sind in Abhängigkeit vom vorliegenden Lagerkonzept im Regalhauptblock oder in der Vor- und Nachzone integriert.

,

Bild 22. Hochregalsilo während der Montage (Quelle: SSI Schäfer)

Bild 23. Aufbau eines Hochregalsilos (Quelle: SSI Schäfer)


1.2.5 Weitere Regaltypen

Neben den oben beschriebenen Regaltypen gibt es für unterschiedliche Ladehilfsmittel, Ladegutarten und Platzbedarfe eine Vielzahl weiterer Konstruktionsfor-men und Unterarten. Für einen kurzen Überblick wer-den hier weitere gängige Regalstrukturen in aller Kürze

zusammengefasst, ohne dass ein Anspruch auf Voll-ständigkeit erhoben wird.

Palettendurchlaufregale (Bild 24a)

Bei diesem Regaltyp, der nach dem Prinzip „First-in-First-out“ betrieben wird, wird das Lagergut zur Bereit-

h) Fachbodendurchlaufregal

a) Palettendurchlaufregal b) Einfahrregal

c) automatisches Kleinteilelager d) Kanallager e) Weitspannregal

f) Kragarmregal g) Verschieberegal

Bild 24. Weitere Regaltypen (Quelle: SSI Schäfer)


stellung anstatt auf Träger auf leicht geneigte Rollen-bahnen gesetzt. Die Einlagerung erfolgt über das höher liegende Ende einer Rollenbahn, während die Auslage-rung am niedriger liegenden Ende stattndet. Das La-gergut reiht sich hierdurch platzsparend im Regal anei-nander, sodass eine kompakte Lagerung ermöglicht wird.

Einfahrregale und Durchfahrregale (Bild 24b)

Dieser Regaltyp wird in den meisten Fällen mit Paletten als Ladehilfsmittel verwendet. Ein Regalblock umfasst mehrere hintereinander stehende Regalrahmen, an de-ren Stützen Konsolen befestigt sind, die wiederum eine Schiene tragen, auf die das Lagergut aufgestellt wird. Der Stapler fährt während des Ein- oder Auslagerungs-vorgangs in das Regal hinein. Vorteil ist wiederum die platzsparende, sehr kompakte Lagerung.Wird dieser Regaltyp nur von einer Seite beschickt, so-dass das Lagerprinzip „First-in-Last-Out“ angewendet wird, spricht man von einem „Einfahrregal“. Ist die Beschickung von beiden Seiten möglich, verwendet man die Bezeichnung „Durchfahrregal“.

Automatische Kleinteilelager (Bild 24c)

Kleinteile werden in vielen Fällen in Behältern oder Kartonagen gelagert. Regale, die durch automatische Förderzeuge beschickt werden und speziell für diese Ladehilfsmittel ausgelegt sind, bezeichnet man als Au-tomatische Kleinteilelager. Bei größeren Anlagen wer-den Automatische Kleinteilelager auch in Silobauweise ausgeführt (s. Abschn. 1.2.4).

Kanallager für Paletten (Bild 24d)

Beim Kanallager verlaufen in einem Regalfach Schie-nenprole in Regalquerrichtung. Das Ladegut steht auf den oberen Flanschen der Schienen, während sich über den unteren Flanschen ein sogenannter Shuttle bewegt, der das Lagergut trägt und so über den Schienen zur Ein- oder Auslagerung verfährt. Der Shuttle wird ent-weder durch einen manuell bedienten Stapler oder durch ein automatisches Regalbediengerät in die Ka-näle gebracht.

Weitspannregale (Bild 24e)

Bei dem Weitspannregal handelt es sich in den meisten Fällen um ein händisch betriebenes Regal, das dem Pa-lettenregal ähnelt, aber durch die kleineren Prolquer-schnitte und Abdeckungen der Regalfächer speziell zur Lagerung von leichteren Gütern bzw. Kleinteilen in Behältern oder Kartonagen konzipiert ist.

Kragarmregale (Bild 24f)

Zur Lagerung vor allem von Langgut sind Kragarmre-gale geeignet, die aus einem senkrechten Ständerprol bestehen, an dem Kragarme zur Lastaufnahme befes-tigt sind. Abhängig von dem Lagergutgewicht und dem

Anbieter der Regaltechnik bestehen Kragarmregale aus kaltgeformten oder warmgewalzten Stahlprolen.

Verschieberegale (Bild 24g)

In Fällen mit wenig Platzangebot und geringeren Be-schickungsgeschwindigkeiten werden Regale auf moto-risierten oder händisch betätigten Verschiebewagen montiert. Damit ergibt sich ein kompakter Regalblock, bei dem lediglich jeweils die für das Förderzeug oder für das Personal benötigte Gasse durch Auseinanderfahren der Regalzeilen geöffnet und damit nutzbar wird. Bei den auf den Verschiebewagen stehenden Regalen kann es sich beispielsweise um verstellbare Palettenregale, Kragarmregale oder auch Fachbodenregale handeln.

Fachbodendurchlaufregal (Bild 24h)

Zur Lagerung und Bereitstellung von Behältern mit Kleinteilen werden Fachbodendurchlaufregale verwen-det, bei denen das Lagergut anstelle auf Längs- oder Querträgern auf leicht geneigt eingebauten Röllchen-bahnen steht. Die Einlagerungsseite bendet sich am höherliegenden Ende, während der niedrigere Teil die Entnahmeseite umfasst, sodass hier das Lagerprinzip „First-in-First-out“ angewendet wird.

1.3 Regalbediengeräte und Beschickung

1.3.1 Flurförderzeuge nach Regalklassen

Allgemeines

Der sichere Betrieb einer Regalanlage erfordert natur-gemäß den Einsatz geeigneter Flurförderzeuge. DIN EN 15620 [26] deniert deshalb bestimmte Regalklas-sen, die normativ Standards für die zulässigen Grenz-abweichungen, Verformungen und Freiräume für ver-stellbare Palettenregale festlegen. Jeder Regalklasse werden geeignete Bediengeräte bzw. Bediengerätegrup-pen zugeordnet, die allgemein für diese Regalklasse geeignetes Gerät beschreiben.

Klasse 100 – bedient durch Regalförderzeuge

Regalförderzeuge sind so ausgelegt, dass der benötigte Arbeitsgang in der Regalanlage nur wenig breiter ist als das Fahrzeug selbst bzw. die zu befördernde Ladeein-heit. Das Fahrzeug wird von im Boden und an der De-cke verlaufenden Schienen gehalten. Ein Betrieb ist sowohl manuell als auch automatisch möglich, jedoch ist das Fahrzeug nicht zur Beförderung eines Bedieners geeignet. Dieses Bediengerät für die Klasse 100 verfügt über kein Feinpositionierungssystem und wird im All-gemeinen in Lagersystemen mit einer Höhe von weni-ger als 18 m verwendet.

Klasse 200 – bedient durch Regalförderzeuge

Diese Geräte unterscheiden sich von den zur Klasse 100 zugehörigen Geräten lediglich dadurch, dass sie über


ein Feinpositioniersystem an den Lagerplätzen der Ladeeinheiten verfügen.

Klasse 300 – Fahrzeuge im Schmalgang

Für die Regalklasse 300 sind Fahrzeuge so ausgelegt, dass zwar die Ladeeinheit im Arbeitsgang zwischen den Regalzeilen bewegt werden kann, das Grundgerät sich jedoch nicht drehen lässt. Diese Fahrzeuge sind geeig-net für den Einsatz in sehr schmalen Gängen (engl. VNA – Very Narrow Aisle). Innerhalb der Klasse 300 wird unterschieden zwischen Fahrzeugen mit und ohne hebbaren Fahrerplatz. Das Fahrzeug wird im Gang ent-weder durch seitliche Führungsschienen am Boden oder durch im Boden eingelassene Leitlinien geführt.

Klasse 300 A – Fahrzeuge mit hebbarem FahrerplatzIn dieser Fahrzeuggruppe wird die Bedienperson zu-sammen mit der Ladeeinheit angehoben und abge-senkt. Ein typisches Beispiel zeigt Bild 26.

Klasse 300 B – Fahrzeuge ohne hebbaren FahrerplatzIn dieser Fahrzeuggruppe bleibt die Bedienperson am Boden und lediglich die Ladeeinheit wird angehoben und abgesenkt (Bild 27). Vorteil dieses Systems ist eine erhöhte Tragfähigkeit des Fahrzeugs.

Klasse 400 – Regalanlagen mit breiten und schmalen Gängen

Sowohl für die in breiten als auch die in schmalen Gän-gen eingesetzten Fahrzeuge gilt, dass der Gabelstapler eine 90°-Drehung hin zur Regalfront durchführt, um die Palette ein- bzw. auszulagern.

Klasse 400 – Breitgangregale

Beispiele für typische Fahrzeuge dieser Klasse sind in Bild 28 gezeigt.

Bild 25. Regalbediengerät (Quelle: Jungheinrich AG)

Bild 26. Kommissionierer∕ Dreiseitenstapler der Klasse 300 A (Quelle: Jungheinrich AG)

a) b)

Bild 27. Dreiseitenstapler der Klasse 300 B mit a) Frontsitz und b) Quersitz (Quelle: Jungheinrich AG)


Klasse 400 – Regalanlagen mit schmalen Gängen

Diese Regalanlagen sind für Gänge mit einer verringer-ten Breite ausgelegt, die mit Spezialstaplern, sogenann-ten Schubmaststaplern (Bild 29) bedient werden.

1.4 Fertigung

1.4.1 Prolierung von Regalprolen

Die Herstellung von Regalbauteilen aus Stahl erfolgt in aller Regel über automatisierte und verkettete Maschi-nen und Rollformanlagen. Typisch für die Fertigung von Stützen und Traversen sind z. B. Prolieranlagen mit Haspel, Stanzeinheit, Rollenwerkzeugen und Trenn einheit (Bild 30). Mithilfe dieser Maschinen ist es z. B. möglich, aus Coilmaterial Stützen mit System-lochungen herzustellen. Besonderes Augenmerk muss dabei auf die Prolgenauigkeit und Einhaltung der vor-gegebenen Toleranzen gelegt werden. Insbesondere muss das Zusammenwirken mehrerer Bauteile mit den jeweiligen Toleranzbandbreiten betrachtet werden. Eine schematische Darstellung des Produktionsprozes-ses zeigt Bild 31. Die einzelnen Stufen des Rollprolie-

rens von kaltgeformten Regalstützenprolen ist in Bild 32 dargestellt.Störende Einüsse während des Produktionsprozesses können Abriebe aus Verzunderung, Zinkauage, Öle und Schmierstoffe sein.

a) b)

Bild 28. a) Elektro-Dreiradstapler und b) Diesel-Vierradstapler der Klasse 400 (Quelle: Jungheinrich AG)

a) b)

Bild 29. a) Elektroschubmaststapler und b) Vertikalkommissionierer als Sonderform (Quelle: Jungheinrich AG)

Bild 30. Prolieranlage zur Fertigung eines Regalstützenprols (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)


1.4.2 Werkstoffe

Für die Kaltprolierung der Regalprole ist die Aus-wahl eines geeigneten Stahlwerkstoffs mit hinreichen-den Festigkeitseigenschaften und ausreichendem Zä-higkeitsverhalten zwingend erforderlich. Auch muss eine Mindestanzahl an Rollensätzen in der Prolieran-lage gewählt werden, um die Kaltprolierung langsam und schrittweise vorzunehmen. Andernfalls besteht die Gefahr von Rissbildung in den Verformungsbereichen der Stahlprole. Da ein Korrosionsschutz gemäß den Technischen Baubestimmungen erforderlich ist, kann entweder Warmband mit anschließender Pulverbe-schichtung bzw. Lackierung gemäß DIN EN ISO 12944-2 [37] oder schmelztauchveredeltes Kaltband nach DIN EN 10346 [22] eingesetzt werden. Bei vielen Palettenregalsystemen wird bevorzugt ein kontinuierlich feuerverzinktes Blech der Stahlsorte S 350 GD + Z nach DIN EN 10346 verwendet. Diese Stahlsorte ist in DIN EN 1993-1-3 [35], Tabelle 3.1b der allgemeinen Bemessungsnorm für kaltgeformte Bau-teile und Bleche, aufgeführt und daher für eine Kaltum-formung geeignet. Auch DIN EN 15512 [25] für orts-feste Palettenregale bezieht sich bei den Materialanga-ben auf die Vorgaben der DIN EN 1993-1-3. Weitere Angaben zu den einzusetzenden Werkstoffen im Regal-bau können der RAL RG 614 [51] entnommen werden.Wichtig ist die Einhaltung der Materialdickentoleran-zen für das Blechmaterial, das max. 50 % der in DIN EN 10143 [21] als „normal“ angegebenen Toleranzen betragen sollte. In diesem Fall entspricht die Stahlkern-dicke tcor nach DIN EN 1993-1-3 [35] (und daher auch nach DIN EN 15512 [25]) der in der Bauteilbemessung zu verwendenden Bemessungsdicke t. Sollten diese be-sonderen Toleranzen (S) nach DIN EN 10143 nicht eingehalten werden können, muss nach DIN EN 1993-

1-3 eine Abminderung der in der Bemessung anzuset-zenden Stahlkerndicke t in Abhängigkeit der Toleranz-werte vorgenommen werden (s. auch [11]). Dies ist bei der Materialbestellung zu berücksichtigen. Ferner ist zu beachten, dass der Prozess des Kaltpro-lierens zu einer Kaltverfestigung des Materials in den verformten Eckbereichen des Querschnittes führt. Diese Erhöhung der Materialfestigkeit wird meist bei der Bemessung der Regalprole nicht ausgenutzt. In der statischen Berechnung wird vielmehr mit den Ma-terialwerten der Grundwerkstoffe gearbeitet (s. auch [11]).

1.4.3 Herstellung von Fachböden

Die Fertigung von Fachböden, Paneelen, Tablaren und anderen Blechbauteilen erfolgt entweder über Stanz- und∕ oder Biegemaschinen für kleinere Stückzahlen oder auch über verkettete Sondermaschinen für größere Stückzahlen. Die Materialzuführung bei den Sonder-maschinen kann direkt über das Coil oder über Plati-nen erfolgen. Nach dem Abhaspeln muss das Coilma-terial gerichtet werden, um einen spannungsarmen und ebenen Blechzuschnitt zu erhalten. Im Anschluss durchläuft die Platine verschiedene Stanz-, Biege-, Pro-lier-, Schweiß- und∕ oder Druck-Füge-Stationen, bis letztendlich das Fertigbauteil hergestellt ist (Bild 33).

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Bild 31. Schematische Darstellung des Kaltumformungsprozesses von Regalprolen

Bild 32. Verschiedene Produktionsstufen bei der Kaltprolie-rung von Regalprolen

Bild 33. Beispiel für eine Biegestation einer Fachbodenproduk-tionsanlage (Quelle: META-Regalbau GmbH & Co. KG)

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