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Lehrgebiet : Tragkonstruktion im HochbauFach: Stahlbau

Konzeption und überschlägige Bemessung von Anschlüssen

Allgemeines

Die konstruktive Gestaltung von Lager - und Anschlußpunkten z.B.

~ Fußpunkte (gelenkig / eingespannt)

~ Trägeranschlüsse (gelenkig / eingespannt)

basieren auf den Annahmen des zugrunde gelegten statischen Systemsdes jeweiligen Tragwerks.

Im Hinblick auf die Standsicherheit des gesamten Tragwerks ist eszwingend erforderlich, die getroffenen System - Festlegungen in ihrerWirkungsweise im Anschlußdetail entsprechend umzusetzen.

Auch in der Entwurfsphase sind überschlägige Bemessungen vonLager - und Detailpunkten sinnvoll, um ihre Realisierung hinsichtlichihrer Machbarkeit zu überprüfen.

Inhalt- Stützenfußpunkte ( gelenkig und eingespannt)

Anker-AusführungenRahmenecken ( geschweißt und geschraubt)biegefeste AnschlüsseTrägerauflager auf StützenFachwerke aus RohrenFachwerke aus RechteckrohrenPfetten-Auflager + Anschlüsse der Diagonalen

6.03.09 G. Steckel

- L7-

Pfetten - Auflagerpunkte + Anschlüsse der DiagonalenBild e) , f) und g)

-'-.

e)

=-===:ri::::.~_ - - -

f )

Anschlüsse der Diagonalen an den UntergurtBild a) , d) und e)

__ ..i!!_ -- -_._.~ --

,... =t

d)

zu a) Spaltbreite g --.. so gering wie möglich!zu d) Knotenpunkt mit Zwischenblechzu e) Knotenpunkt mit Unterlegblech + Zwischenblech

Bezogene Exzentrizität bis 0,25 (h u /2 x 0,25 ) möglich!

-1-

Stützen - Fußpunkte

Stützen mit zentrischer Beanspruchung in unverschiebl ichen Tragwerken

Der Fußpunkt wird statisch als Gelenk angenommen!Es wird jedoch konstruktiv kein Gelenk realisiert,weil keine Winkeldrehungder Stütze eintritt.

Die Stützenkraft wird über eine lastverteilende Fußplatte + Mörtelfuge indas Fundament eingeleitet.

Konstruktive Ausbildung

a) geringe Stützenkräfte

+ -T":~" ,

-J

~I I

D I0)

I .

~~!~-

Ib) höhere Stützenkräfte

!Jir --

--f- +-.- I- ~- e-

2

c) höhere Stützenkräfte (Rohrstütze )

Hinweise!

Durch die Mörtelfuge von ca. 3 bis 6 cm Dicke werden:

~ Maßtoleranzen in der Konstruktion behoben

~ Unebenheiten der Fundamentoberkante ausgeglichen

~ gleichmäßige Pressverteilungen Kopfplatte / Beton erreicht

Die Größe der Fußplatte ergibt sich überschlägig:

~=!J~JA ~ erforderliche Druckfläche

F ~ vorhandene Stützenkraft

(J B ~ zulässige Druckspannung Beton

-:J-

Stützen - Fußgelenke

~ Pendelstützen~ Rahmenstiele

Ausführung bei zentrisch belasteten und verschiebliehen Systemen.Hier tritt im Fußpunkt eine Winkeldrehung auf und somit es erforderlichein Gelenk konstruktiv zu realisieren.

Konstruktive Ausbild ung

Pendelstützen

a) Bolzengelenk - Ausführung bei geringer Belastung

.+-

b) Zentrierstück (ballig) mit seitlichen KnaggenAusfLihrung bei größeren Belastungen

II

- 7-

Rahmenstiele (Zwei - und Dreigelenkrahmen )

Hinweis!

Bei Rahmensystemen ergeben sich infolge Riegelbelastung an denFußpunkten der Rahmenstiele Horizontalkräfte ( Spreizkräfte ).

Weiterhin können auf einen Rahmen Horizontallasten ( z.B. Wind)einwirken, die an den Fußpunkten in die Fundamente eingeleitet werden.

Um die Aufnahme der Horizontalkräfte in die Fundamente zu ermöglichen,werden unter die Fußplatte Schubeisen ( Profile) angeordnet.

Die Übertragung der Horizontalkräfte von U.K. Fußplatte in das Fundamenterfolgt somit über Schub im Profil und entsprechender DruckflächeProfil/Beton.

~ __Schubeisen ( ProfI 11

Aussparung im Fundament~ nach dem Einbau und Ausrichten der Konstruktion

Aussparung mit Mörtel ausfüllen

Schubeisen ( Profil)

Verankerungen

-5-

Zur Sicherung der Stahlkonstruktion während der Montagephase sindMontageanker erforderlich.

Steinschrauben

Form A Form Blob M 16)

- t-

Farm [ Farm 0IbiS M 24)

Können Zugkräfte infolge :

~ Bauzustände während der Montage~ Anprall eines Fahrzeuges~ Horizontallasten

Farm EIblsM.8)

an den Fußpunkten auftreten ist eine entsprechende Zugverankerung undAbhebesicherung am Gelenkpunkt vorzusehen.

It -

III

IL~ ~ Zugverankerung

Anker - Ausführungen

Standard - Montageverankerung-- für geringe Zugkräfte

o Anku 2 Anker

MI6 1L60 5 "-60 6",20 "-75 7 L90 9

I M21. 'UO 9 rUIO 10t- -

M27 LIla 10 L130 12",)0 L 120 11 1uso H

J

. ..- 50 ~10o 50-- --..---2.50 2.501o.5d 2.5d

Zuganker - Hammerkopfschrauben-- für höhere Zugkräfte

T -d-

dI ! -.cr,I W

....,.--- - ,.- ...-Hammerkopf 10lN 79921

Mit. M30 M ) & M .2 M .B M5& M 5. M 11.5 MBO.5 I M90'5 Ml00. &

1 Anker )( 55 ][5S J [80 J [' oe ~ ~ ' 10 J~' 10 ' r « ,. :r ~o J[160 J(160 I J(180."I _ '" V, . . . . -+ + --2 Anker )[Ba J[100 J[ 10 ] [l.e J [' 50 ] [1 B 0 J [200 ] [110 ] [2~0 J [260 ] [300, . .. .- 1-

P J )S . .5 5 55 5 6 & 6 6- - . - . ~ u. ~~--+-

I 69.95Asp 3.52 I5.&1 B.17 " 10 1 I. 70 10.30 lb.BG 3 .60 55.91

Stützen (Stiele) - Fußpunkte einge pan nt

Eingespannte Fußpunkte on tützen und Rahmenstielen übernehmenzusätzlich zu den vertikalen und horizontalen Kräften die Einspann-momente infolge verhinderter Wirikeldrehung.

Die Größenordnung des einzuleitenden Ein pannmomentes ist maßgebendfür die Ausbildung der Fußkonstruktion.

Fußplatte

,.,

~

f:-ffi :1Die Tragfähigkeit ( Biegung) der FußplatteI t begrenzt ~Ma . Plattendicke t = 0 mm

Fußtraverse

-Anktr

r>:

I~I I~ I

I

t

Ermittlung der Druckkraft 0 und Zugkraft Z

D=\1+Fxz/h

Z=\I1-Fxd/hL. •..••..

t Die max. Randdruchspannung beträgt:

- 6-

Stützen (Stiele) - Fußpunkte eingespannt

Eingespannte Fußpunkte von Stützen und Rahmenstielen übernehmenzusätzlich zu den vertikalen und horizontalen Kräften die Einspann-momente infolge verhinderter Wirikeldrehung.

Die Größenordnung des einzuleitenden Einspannmomentes ist maßgebendfür die Ausbildung der Fußkonstruktion.

Fußplatte

Die Tragfähigkeit ( Biegung) der Fußplatteist begrenzt !Max. Plattendicke t = 80 mm

Fußtraverse

-Anktr

Ermittlung der Oruckkraft 0 und Zugkraft Z

D=M+Fxz/h

Z=M-Fxd/h

Die max. Randdruchspannung beträgt:

(J b = 1,5 x 0 / b x L / 4

-7--

Anker - Ausführungen

Standard - Montageverankerung~ für geringe Zugkräfte

..,= =.r> ••.•...,"'1~OlJ-l~~~- r

-I- -L

0- -//< I I ~

~ //

I /

//

I I;-

~I I /I /

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;-

~ 'l' "~

-.".,.,.,.,.,.,....-H--""""'T

~ . .-4,5d 2,50

60 ",,100 60~ •• j --

2,50 2,50

0 I Ank~r 2 Ank~r

M16 L60 6 TLBO 8

M20 L75 7~90- 9--- -- - - --

M24 L 90 9 L110 10- - -

M27 LlIO 10 Ll30 12--M30 U20 11 USO 14

Zuganker - Hammerkopfschrauben~ für höhere Zugkräfte

.••••.__ü.,.-- - - -"""""""""rll~.,.---4-1~- .••••.•,.,..,..-/ 'd

+- - a ----+

~lHammerkopf 10lN 7992)

M 24 M30 M 36 M "2 M 4B M56 M 64 TM7216 'MBDI6 M90'6 MIOO,6

I An ker )[ 65 I J [65 : J [80 : J_[100 ] [120 I J[120 J[HO J[HO T ] [160 J[160 ] [IBO--+----+- -- e- -- -

2 Anker ][BO J[100 J[ 120 J[140 J [160 ] [1 BO ]C200-t--ll220 J [240 J [260 J [300~ --- .j -- - --P 3 3,5 4 I 45 5 55 6 6 I 6 I 6 6

Asp 3,52 ~61 B,17 I 11.2 D -;----,-u 0 I 2 Q30 : 26,BO T 34,60 T 43,44 55,91 69,95

Statisches Detail - System

\ /" /

-======:;;:====---7Z

Schnittkräfte - cf-

- <

b)

d )

a) Stiel auf Riegel aufgesetztSchwachpunkt ---+ hohe Zugbeanspruchung quer zur ßlechdicke

b) Stiel auf Riegel aufgesetztVariante ---+ Anordnung einer Zuglasche

c) Riegel seitlich an Stiel herangeführtSchwachpunkt ---+ hohe Zugbeanspruchung quer zur Blechdicke

d) Riegel seitlich an Stiel herangeführtVariante ---+ Anordnung einer Zuglasche

Rahmenecken (unterschiedliche Ausführungen)

- 9-Überschlägige Berechnung der Rahmenecken-. Einleitung und Aufnahme der Zug - und Druckkräfte in die Stege

von Riegel und Stiel

Ermittlung der max. Einspannmomente ( M I' )

aus:- Ständiger Last- Nutzlast- Windlast ( evtl. Schneelast )

IM E ~ KN m

Ermittlung der Zug - und Druckkraft

Z = 0 = I M E / h ---. KN

Die Zugkraft wird über den Trägerflansch bzw. die Lasche (Schweißnähte)in den Träger-Steg von Riegel und Stiel eingeleitet.1An diesen Stellen ist das Material ( Trägertlansch ) auf Dopplung

zu überprüfen!

Die Einleitung der Druckkraft erfolgt über die Rahmenecke :::::45 0 (Gurtung)in die beidseitig angordneten Steifen über die Anschlussnähte in den Stegvon Riegel und Stiel.

Aus der Druckkraft wird im Stegbereich - Riegel / Stiel- eine Querkraftund somit eine Schubbeanspruchung ~

Schubnachweis für die Träger-Srege

')

T vurh = 0 / A Steg ---. K. / cm - :s T /ul

Hinweis!Wenn die Rahmenecke grösser konzipiert wird (h" und h v ) dann werdendie entsprechenden Querkräfte kleiner.

Statisches Detail - System

I

normale Belastung

~ __ ':z;

It-

hohe Belastung

,

I

~.

,

I

- ;itJ-

Schnittkräfte

1~

I f-

Rahmenecken mit durchgehenden Stielen

I;I

-Y·

Statisches Sy-stem Schnittkräfte8-I

(

Detailpunkte A

{$,T~,~~~,_ ~ ---->ic-• I

_.- --1-)c:::;:l~ IF====:::::i:i~ 1- ~---->ir-

I I ~

I.+- ~Verwendung von ZuglQschen

a)

a ) Riegel seitlich an Stiel herangeführtAnordnung einer Zuglasche am Riegel

-~.+. ·t _.

b ) Riegel auf Stiel aufgesetztAnordnung einer Zuglasche um Stiel

Ermittlung der Zug - und Druckkraft

Z = 0 = L M F: / h ---+ KN

Aufnahme der Zugkräfte ( Z )Beanspruchung der Schrauben auf Abscheren

Z 7UI. = TaX d 2 X rr / 4 2: Z v orh.

Ta ---+ zul. Scherspannung , Abhängig von der Schrauben - Materialgüted ---+ Schaftdurchmesser der Schraube

-71-

-(l,

I

-72-Statisches System Schnittkräfte

/

\ A

Detailpunkt ~

Ermittlung der max. Scherkraft je Schraube

F s = F / n ~ KN n = Anzahl der Schrauben

Ermittlung der max. Zugkraft Z

Z rnax = L M E / h x 1 / Ih i 2 / h

Bei zwei nebeneinander liegenden Schraubenreihen beträgt die max.Schrauben-Zugkraft

Z s = Z max / 2 ~ KN

Ermittlung der Druckkraft D

D = Z max + L Z i

-7J-

Statisches System Schnittkräfte1-----

(

\\

1/

Detailpunkt A

-+

+t-t

--+--

Ermittlung der Zug - und Druckkraft (überschlägig)

Z = D ;:::L M E / h ~ KN

Auslegung der Schrauben ( Festigkeitsklasse 10.9 )

1m Zugbereich sind - 4 x Schrauben M ... - zur Kraftübertragung wirksam ~

Ermittlung der Zugkraft Z ~ je Schraube

Z ~= Z / 4 ~ KN

Schrauben - Wahl

Zulässige übertragbare Zugkräfte ( zul. Z ~ ) in KN je Schraube aus Tabelle.

- /~-

Beeinträchtigungen bei unzureichender Bemessung und Aus-legung von biegesteifen Anschlüssen

~ Schrauben - Zugkräfte ( Festigkeitsklasse )-- Kopfplattendicke (t K )

-- Trägerflanschdicke (t F )

-- Aussteifungen in der Stütze

Auswirkungen:- Spiel zwischen Trägerflansch und Kopfplatte- Verformungen Kopfplatte / Trägerflansch im Bereich der Zugkräfte- Infolge Abminderung der statisch angesetzten Einspannung (Anschluss)

ergibt sich eine Umlagerung der Schnittkraft ( M I ),die zu Spannungs-überschreitungen im Riegel an anderer Stelle führen kann.

- Die Gesamtverformung des Tragwerks wird grösser.

Skizzen

t· ·t·-l-.-!-.

--H-t·t·It·+t+-·t+-

I.+-.

•••

Statisches System

- /7-Schnittkräfte

/

/

/-1

Detailpunkt A

7t t T>

~-t--- - ~

II - r

Ermittlung der Zug - und Druckkraft ( überschlägig)

Z >::: 0 = I M E / h v ~ KN

Ermittlung der max. Schrauben - Zugkraft (Z s )

z s = Z/ 4 ~ KN

Detailpunkt - /~- Statisches Detail - System

.+. a)~/

I

y/

I- -

11

c )

Biegefeste Stirnplatten - Anschlüssemit hochfesten Schrauben ( Festigkeitsklasse 10.9 )

- ~r-Überschlägige Berechnung der Anschlüsse~ Schrauben auf Zug-- Kopfplatte auf Biegung

Ermittlung der max. Einspannmomente ( MI:)aus:- Ständiger Last- Nutzlast- Windlast ( evtl. Schneelast )

IM E -- KN m

Ermittlung der Zug - und Druckkraft

Z = D = I M E / h -- K.

Auslegung der Schrauben ( Festigkeitsklasse 10.9 )

Im Zugbereich sind - 4 x Schrauben M ... - zur Kraftübertragung wirksam.

Ermittlung der Zugkraft Z '" je Schraube

Z s = Z / 4 -- KN

Schrauben - Wahl

Zulässige übertragbare Zugkräfte ( zul. Z " ) in K~ je Schraube aus Tabelle.

Ermittlung der Kopfplattendicke ( t )

M K = Z S x a -- KN cm

Widerstandsmoment Kopfplatten-Anteil W K = t 2 X b / 2 x 6 -- cm 3( b = Trägertlanschbreite / 2 )

o vorh = M K / W K -- KN / cm 2 < c /ul

-.«-Trägerautlager auf Stützen

Die konstruktive Gestaltung - gelenkiger - Trägerauflager auf Stützen beiunverschieblichen Systemen ist abhängig von:

- der grösse der Auflagerkraft

- der Winkeldrehung der Träger infolge Durchbiegung

Flächenlagerung

a) geringe Auflagerkraftb) grosse Auflagerkraft

r--==================II.--- ---rI~

I.+.

c)

I.-J- .

b)

Auflagerung mittels Zentrierleiste

c) grosse Auflagerkraft + Winkeldrehungd) geringe Auflagerkraft + Winkeldrehung

.-t-.c) d)

Fachwerke aus Rohren

- 19-

Hinweis!Bei dem konstruieren der Anschlüsse iFullstdbe an den Ober-u. Untergurtsmit dünnwandigen Rohrquerschnitten ist auf die Querbiegung der Rohr-wandung (Ober-u. Untergurrt zu achten.

Querverbiegungen der Wandung ~ hohe Spannungen!

A/

Das Verhältnis von d / 0 ~ 0.25 sollte eingehalten werden.

Auflagerpunkt

Ansicht Schnitt A - A

- Ztl-

Fachwerke mit Rechteckrohren

AllgemeinesBei der konstruktiven Ausbildung der Detailpunkte ( Anschlüsse) ist daraufzu achten,dass sich die Systemlinien - Schwerlinien der Profile - in einemPunkt treffen und keine Exzentrizitäten entstehen.

Hinweis!Die Verarbeitung bei den Rechteckrohren,insbesondere die Knoten-Ausbildung,ist gegenüber den Rundrohren einfacher und wirtschaftlicher.

AuflagerpunkteBild a) , b) , c) und d)

- .II

I II II -.JJ

d )