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Stahlbau Grundlagen
Einführung
Prof. Dr.-Ing. Uwe E. Dorka
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Stahl hat Tradition und Zukunft
Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau 2
Die Hohenzollernbrücke und das Dach des Kölner Doms sind beides Stahlkonstruktionen, die auch nach über 100 Jahren noch die Kühnheit und Kunst der Stahlbauer dieser Epoche spüren lassen.
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Stahl hat Tradition und Zukunft
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Sie setzt sich heute ungebrochen fort. Ausnahmebauwerke und Stahlbau waren und sind eine gute Paarung.
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Stahl hat Tradition und Zukunft
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Dieser Anspruch verlangt kreative Ingenieure mit sehr guten Kenntnissen, denn der Stahlbau ist etwas Besonderes.
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Stahl hat Tradition und Zukunft
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Die spannendsten Konstruktionen sind aus Stahl !!
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Ziel dieser Grundlagenveranstaltung ist jedoch erst einmal:
Die Konstruktion und Berechnung einfacher Stahltragwerke
Etwas, was jeder Bauingenieur können sollte.
Konstruktion
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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.
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Architektur und Funktion bestimmen die konstruktive Lösung
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Selbst so einfache Tragwerke sind räumliche Strukturen, die aber i.d.R. aus ebenen Teiltragwerken zusammengesetzt sind, hier:
•Pfette
•Rahmen
•Dachscheibe
•Wandscheibe
Konstruktion
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Jedes Teiltragwerk übernimmt dabei eine bestimmte Aufgabe in der Lastabtragung
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Die Teiltragwerke bestehen wiederum aus Bauteilen, wie Stützen, Trägeroder Diagonalen, die durch ihre hauptsächliche Lastabtragung gekennzeichnet sind.
Diese wiederum werden durch Anschlüsse miteinander verbunden.
Konstruktion
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• Beispiel: Pfette
Bemessung
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Sie trägt die von der Dachhaut weitergeleiteten Lasten auf die Rahmen ab.
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• Es entsteht ein statisches System mit Lasten
Bemessung
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Durch die Dachneigung entsteht eine 2-axiale Belastung.
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Damit werden Schnittgrößen als Beanspruchung E berechenbar
Bemessung
V-FlächeDies ist die Domäne der Statik
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Das räumliche System mit Lasten und Auflagerreaktionen wird für die Hauptlastrichtung zu einem einfachen, ebenen Stabwerk, hier ein 2-Feldsystem.
M-Fläche
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• Die Beanspruchbarkeit R wird durch wissenschaftliche Untersuchungen ermittelt, z.B. die Tragfähigkeit eines plastizierenden Einfeldträgers
Bemessung
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Daraus entstehen Ingenieurmodelle, die Grenzzustände leicht
berechenbar machen, hier das Modell der Gelenkkette mit
„plastischen Gelenken“.
Bemessung
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Durch Vergleich von Beanspruchung E und Beanspruchbarkeit R
wird der Tragsicherheitsnachweis geführt: E<R
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In dieser Veranstaltung beschäftigen wir uns mit wichtigen Grenzzuständen im Stahlbau.Bereits vorgestellt ist der plastische Grenzzustand am Beispiel der Pfette:
Grenzzustände
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Grenzzustand „Einzelstabknicken“ am Beispiel Dachfachwerk
Grenzzustände
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Grenzzustände
Grenzzustand „Einzelstabknicken“ am Beispiel Dachfachwerk
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Dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen!
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Grenzzustände
Grenzzustand „Systemknicken“ am Beispiel Wandaussteifung
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Grenzzustände
Grenzzustand „Systemknicken“ am Beispiel Wandaussteifung
Antimetrisch Symmetrisch
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Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen!
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Grenzzustand Biegedrillknicken am Beispiel Rahmen:
Grenzzustände
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Auch dies ist ein unangekündigtes, plötzliches Versagen!
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Versagen von Anschlüssen, hier Schraubenanschluss einer Diagonalen
Grenzzustände
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Ein möglicher Grenzzustand ist der Bruch im Nettoquerschnitt
Grenzzustände
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Einige Ingenieurmodelle für wichtige Grenzzustände
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Daraus werden praxisfähige Nachweismethoden entwickelt.
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• 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 Grundzügen entstanden sind, damit Sie sie korrekt
Was wir machen:
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Grundzügen entstanden sind, damit Sie sie korrekt 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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• Gute Kenntnisse sind insbesondere gefordert in:
– Mathematik
– Mechanik
– Statik
– Darstellungstechnik
Was Sie mitbringen müssen:
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– Räumliches Vorstellungsvermögen
• Interesse an Konstruktionen
• Eigeninitiative
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• Vorträge (V)
– Zur Erlangung des erforderlichen Verständnisses
• Beispielrechnungen (Ü)
– Herausgelöst aus dem Leitbauwerk zur Demonstration der Berechnungsverfahren
Aufbau der Veranstaltung
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• 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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Fahrplan20.10.10 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 • Testat: Lasten und Pfetten
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Legende: V VortragÜ ÜbungsbeispieleS Seminar Leitobjekt „Stahlhalle“ E Exkursion, Besichtigung
15.12.10 S • Testat: Lasten und Pfetten
• Halle: Rahmenstatik
12.01.1114:00 Uhr
E • Besichtigung der Fa. Stahlbau LamparterPflichtveranstaltung, Testat
19.01.11 SV + Ü
• Testat: Rahmen
• Verbindungen
26.01.11 VS
• Gastvortrag „Korrosionsschutz“, Dipl.-Ing. Patrick Düren-Rost
• Halle: Aussteifungsverbände, Verbindungen
02.02.11 S • Tutorium: Häufig gestellte Fragen zur Klausur
09.02.11 S • Testat: Aussteifungsverbände und Verbindungen
• Halle: Konstruktionszeichnungen
Änderungen vorbehalten!
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Externe Pflicht-Veranstaltung
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Stahlbau LamparterAnwesenheit wird überprüft!
Termin: 16.12.2009 – 14:00 Uhr
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• 1/3 Theorie 90 Min Prüfung (Verständnis)
• 1/3 Verfahren 90 Min Prüfung (Umgang)
• PRÜFUNG zusammen in einem Termin, aber getrennte Bearbeitung
Prüfung und Wertungen
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• 1/3 Konstruktion und Tragwerksplanung (Praxis)
– Hausübung mit Partner
– Zeitlich begrenzt!
– Testate!
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1. Diese Normen brauchen Sie zumindest auszugsweise:
– DIN EN 1993-1: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten
– DIN 1055-1: Einwirkungen auf Bauwerke
2. Das können Sie von unserer Webseite bekommen:
– Übungen, Beispiele
Hilfen für Sie
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– Hallenstatik und Konstruktionspläne
3. ACCESS STEEL: Das Online-Portal für moderne Stahlbaunachweise mit Beispielen
und interaktiver Statik www.access-steel.com
4. Lesen bildet und schärft den Verstand:
– Für konstruktive Ingenieure ist der „Petersen“ ([3] in der Referenzliste)
immer noch ein „Muß“!
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[1] DIN EN 1993-1-1:
Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten
Beuth Verlag, 2005
[2] DIN 1055-1:
Einwirkungen auf Tragwerke
Beuth Verlag, 2002
[3] Petersen –
Stahlbau
Referenzen
Prof. Dr.-Ing. Dorka | Fachgebiet Stahl- & Verbundbau 31
Stahlbau
Vieweg, 3. Auflage, 2001
[4] Petersen –
Statik und Stabilität der Baukonstruktionen
Vieweg, 2. Auflage, 1982
[5] Roik –
Vorlesungen über Stahlbau
Verlag Ernst und Sohn, 2., überarbeitete Auflage, 1983
[6] Videos: European Steel Design Education Programme ESDEP
Stahl-Informations-Zentrum Düsseldorf