Stahlbau Grundlagen
Einführung Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka
Stahl hat Tradition und Zukunft
Die Hohenzollernbrücke Hohenzollernbrücke und das Dach des Kölner Doms sind beides Stahlkonstruktionen, Stahlkonstruktionen, die auch nach über 100 Jahren noch die Kühnheit und Kunst der Stahlbauer dieser Epoche spüren lassen. Prof. Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Stahl hat Tradition und Zukunft
Sie setzt sich heute ungebrochen fort. fort. Ausnahmebauwerke und Stahlbau waren und sind eine gute Paarung.
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Stahl hat Tradition und Zukunft
Dieser Anspruch verlangt kreative Ingenieure mit sehr guten Kenntnissen, denn der Stahlbau ist etwas Besonderes.
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Stahl hat Tradition und Zukunft
Die spannendsten Konstruktionen sind aus Stahl !!
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Konstruktion Ziel dieser Grundlagenveranstaltung ist jedoch erst einmal: Die Konstruktion und Berechnung einfacher Stahltragwerke
Etwas, was jeder Bauingenieur können sollte. Eine einfache Industriehalle aus Stahl dient dabei als Leitbauwerk und wird uns durch die Veranstaltung begleiten.
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Konstruktion Am Anfang steht das konstruktive Konzept, das die Tragfähigkeit des gesamten Bauwerks integral gewährleisten muss.
Architektur und Funktion bestimmen die konstruktive Lösung Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Konstruktion Selbst so einfache Tragwerke sind räumliche Strukturen, die aber i.d.R. aus ebenen Teiltragwerken zusammengesetzt sind, hier: •Pfette •Rahmen •Dachscheibe •Wandscheibe
Jedes Teiltragwerk übernimmt dabei eine bestimmte Aufgabe in der Lastabtragung Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Konstruktion Die Teiltragwerke bestehen wiederum aus Bauteilen, wie Stützen, Träger oder Diagonalen, die durch ihre hauptsächliche Lastabtragung gekennzeichnet sind. Diese wiederum werden durch Anschlüsse miteinander verbunden.
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Bemessung • Beispiel: Pfette
Sie trägt die von der Dachhaut weitergeleiteten Lasten auf die Rahmen ab. Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Bemessung • Es entsteht ein statisches System mit Lasten
Durch die Dachneigung entsteht eine 2-axiale Belastung. Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Bemessung Damit werden Schnittgrößen als Beanspruchung E berechenbar Dies ist die Domäne der Statik
V-Fläche
M-Fläche
Das räumliche System mit Lasten und Auflagerreaktionen wird für die Hauptlastrichtung zu einem einfachen, ebenen Stabwerk, hier ein 2Feldsystem. Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Bemessung • Die Beanspruchbarkeit R wird durch wissenschaftliche Untersuchungen ermittelt, z.B. die Tragfähigkeit eines plastizierenden Einfeldträgers
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Bemessung Daraus entstehen Ingenieurmodelle, die Grenzzustände leicht berechenbar machen, hier das Modell der Gelenkkette mit „plastischen Gelenken“.
Durch Vergleich von Beanspruchung E und Beanspruchbarkeit R wird der Tragsicherheitsnachweis geführt: E
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Grenzzustände In dieser Veranstaltung beschäftigen wir uns mit wichtigen Grenzzuständen im Stahlbau. Bereits vorgestellt ist der plastische Grenzzustand am Beispiel der Pfette:
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Grenzzustände Grenzzustand „Einzelstabknicken“ am Beispiel Dachfachwerk
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Grenzzustände Grenzzustand „Einzelstabknicken“ am Beispiel Dachfachwerk
Dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen! Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
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Grenzzustände Grenzzustand „Systemknicken“ am Beispiel Wandaussteifung
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Grenzzustände Grenzzustand „Systemknicken“ am Beispiel Wandaussteifung Antimetrisch
Symmetrisch
Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen!
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Grenzzustände Grenzzustand Biegedrillknicken am Beispiel Rahmen:
Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen!
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Grenzzustände Versagen von Anschlüssen, hier Schraubenanschluss einer Diagonalen
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Grenzzustände Ein möglicher Grenzzustand ist der Bruch im Nettoquerschnitt
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Einige Ingenieurmodelle für wichtige Grenzzustände
Daraus werden praxisfähige Nachweismethoden entwickelt.
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Was wir machen: • Wir zeigen Ihnen in den Vorträgen die grundlegenden Ingenieurmodelle für den Stahlbau, ohne deren Verständnis keine tragfähige Konstruktion möglich ist. • Sie erfahren ebenfalls in den Vorträgen, wie daraus die heutigen Nachweisverfahren in ihren , anwenden können. • Dann lernen Sie in den Übungen und Seminaren mit diesen Nachweisverfahren so umzugehen, dass Sie am Ende ein einfaches Stahltragwerk, wie unsere Halle, praxisgerecht konstruieren und nach Norm nachweisen können.
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Was Sie mitbringen müssen: • Gute Kenntnisse sind insbesondere gefordert in: – Mathematik – Mechanik – Statik – Darstellungstechnik – Räumliches Vorstellungsvermögen • Interesse an Konstruktionen • Eigeninitiative
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Aufbau der Veranstaltung • Vorträge (V) – Zur Erlangung des erforderlichen Verständnisses • Beispielrechnungen (Ü) – Herausgelöst aus dem Leitbauwerk zur Demonstration der Berechnungsverfahren • Konstruktion und Nachweis einer eigenen Halle (S) – Tragwerksplanung und Erstellung von Konstruktionszeichnungen zur praxisgerechten Einübung und Erprobung des Gelernten Der aktuelle Fahrplan ist auf der Homepage des Fachgebiets zu finden.
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Fahrplan 20.10.10
V
•
Einführung in den Stahlbau Einführung Halle und Ausgabe der Aufgabenstellung
•
27.10.10
V+Ü
•
Plastische Grenzlast: Querschnittstragfähigkeit
03.11.10
V+Ü
•
Plastische Grenzlast: Plastische Ketten
10.11.10
V+Ü
•
Knicken
17.11.10
S
•
Halle: Lastermittlung und Pfettenstatik
01.12.10
V+Ü
•
Theorie II. Ordnung
08.12.10
V+Ü
•
Biegedrillknicken
15.12.10
S
• •
12.01.11
E
•
14:00 Uhr 19.01.11
26.01.11
S V+Ü V S
• •
Testat: Lasten und Pfetten Halle: Rahmenstatik Besichtigung der Fa. Stahlbau Lamparter Pflichtveranstaltung, Testat Testat: Rahmen Verbindungen
•
Gastvortrag „Korrosionsschutz“, Dipl.-Ing. Patrick Düren-Rost Halle: Aussteifungsverbände, Verbindungen Tutorium: Häufig gestellte Fragen zur Klausur
•
02.02.11
S
•
09.02.11
S
• •
Testat: Aussteifungsverbände und Verbindungen Halle: Konstruktionszeichnungen
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Änderungen
vorbehalten! Legende:
V Vortrag Ü Übungsbeispiele S Seminar Leitobjekt „Stahlhalle“ E Exkursion, Besichtigung
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Externe Pflicht-Veranstaltung
Stahlbau Lamparter Anwesenheit wird überprüft! Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau
Termin: 16.12.2009 – 14:00 Uhr
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Prüfung und Wertungen • 1/3 Theorie 90 Min Prüfung (Verständnis)
• 1/3 Verfahren 90 Min Prüfung (Umgang)
• PRÜFUNG zusammen in einem Termin, aber getrennte Bearbeitung
• 1/3 Konstruktion und Tragwerksplanung (Praxis) – Hausübung mit Partner – Zeitlich begrenzt! – Testate!
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Hilfen für Sie 1.
2.
3.
Diese Normen brauchen Sie zumindest auszugsweise: –
DIN EN 1993-1: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten
–
DIN 1055-1: Einwirkungen auf Bauwerke
Das können Sie von unserer Webseite bekommen: –
Übungen, Beispiele
–
Hallenstatik und Konstruktionspläne
ACCESS STEEL: Das Online-Portal für moderne Stahlbaunachweise mit Beispielen und interaktiver Statik
4.
www.access-steel.com
Lesen bildet und schärft den Verstand: –
Für konstruktive Ingenieure ist der „Petersen“ ([3] in der Referenzliste) immer noch ein „Muß“!
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