Stahlbau-Kalender 2022 E-Book

• Herausgeber: Ernst, Wilhelm & Sohn
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2022

Seitenzahl: 1584

Beschreibung

Ein Schwerpunkt des Stahlbau-Kalenders 2022 ist der Brandschutz, der existenziell für die Stahlbauweise ist. Die ganzheitliche Betrachtung des vorbeugenden Brandschutzes unter Berücksichtigung der nutzungsbedingten Gefährdungspotentiale und Schutzziele spielt bei der Planung und Errichtung von Bauwerken eine wesentliche Rolle. Planung und Entwurf mithilfe von Brandschutzkonzepten und Naturbrandmodellen können vorteilhafte, wirtschaftliche Konstruktionen hervorbringen. Mit dem zweiten Schwerpunktthema Türme und Maste behandelt dieser Kalender ein Spezialthema des Stahlbaus mit seinen spezifischen Konstruktionsformen und Einwirkungen, insbesondere aus Wind. Der Stahlbau-Kalender dokumentiert verlässlich und aus erster Hand den aktuellen Stand der Stahlbau-Regelwerke. In diesem Sinne werden, neben der Aktualisierung des Kommentars zu Eurocode 3 Teil 1-1 "Bemessungsregeln für den Hochbau", die neuen Entwicklungen zur Regelung der "Brandeinwirkungen auf Tragwerke" in prEN 1991-1-2 und der "Tragwerksbemessung für den Brandfall" in prEN 1993-1-2 dargestellt und erläutert. Wie immer bewegen sich alle Kapitel nahe an der Ingenieurpraxis und enthalten zahlreiche Beispiele. Das Buch ist ein Wegweiser für die richtige Berechnung und Konstruktion im gesamten Stahlbau mit neuen Themen in jeder Ausgabe. Herausragende Autoren aus der Industrie, aus Ingenieurbüros und aus der Forschung vermitteln Grundlagen und geben praktische Hinweise.

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelseite

Impressum

Vorwort

Autor:innenverzeichnis

1 Stahlbaunormen DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

Anmerkung zum Abdruck von DIN EN 1993-1-1

DIN EN 1993-1-1 Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten – Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

1 Allgemeines

2 Grundlagen für die Tragwerksplanung

3 Werkstoffe

4 Dauerhaftigkeit

5 Tragwerksberechnung

6 Grenzzustände der Tragfähigkeit

7 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

Anhang A (informativ)

Anhang B (informativ)

Anhang AB (informativ)

Anhang BB (informativ)

Anhang C (normativ)

Literatur zu den Kommentaren

2 Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB), Normen und Bescheide im Stahlbau

1 Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB)

2 Normen und Richtlinien für den Stahlbau

3 Bescheide des Deutschen Instituts für Bautechnik DIBt (Stand: November 2021)

3 Neue Entwicklungen in prEN 1993-1-2:2020

1 Einleitung

2 Werkstoffeigenschaften

3 Emissivität feuerverzinkter Stahlbauteile

4 Vereinfachte Bemessungsverfahren

5 Erweiterte Bemessungsverfahren

6 Anhang C Nichtrostender Stahl

7 Anhang D Verbindungen

8 Anhang E Träger mit großen Stegöffnungen

9 Zusammenfassung und Ausblick

10 Literatur

4 Brandschutztechnische Bemessung von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton

1 Einleitung

2 Brandschutztechnische Anforderungen

3 Einwirkungen

4 Materialeigenschaften unter erhöhten Temperaturen

5 Bemessung nach DIN EN 1994-1-2

6 Computergestützte Bemessung von Verbundtragwerken

7 Zusammenfassung und Ausblick

8 Literatur

9 Beispielrechnung 1: Bemessung einer Verbunddecke nach DIN EN 1994-1-2

10 Beispielrechnung 2: Bemessung eines Verbundträgers nach DIN EN 1994-1-2

11 Beispielrechnung 3: Bemessung einer betongefüllten Stahlhohlprofilstütze nach DIN EN 1994-1-2, Anhang F* [9]

12 Beispielrechnung 4: Bemessung eines Flachdeckenträgers nach DIN EN 1994-1-2, Anhang H* [9]

5 Einwirkungen im Brandfall nach Eurocode 1

1 Einführung

2 Einwirkungen im Lastfall Brand

3 Bemessungsbrände

4 Leistungsorientierte Festlegung der Brandeinwirkungen

5 Anwendungsbeispiele

6 Literatur

6 Reaktive Brandschutzsysteme

1 Einleitung

2 Technologische Grundlagen

3 Einflussgrößen auf die Leistungsfähigkeit

4 Regelungen

5 Novellierungen im Normenwerk

6 Dauerhaftigkeit

7 Aus der Forschung

8 Literatur

7 Praxisbeispiele zu erfolgreichen Brandschutzlösungen

1 Überblick

2 Theater Wiesendamm in Hamburg – Brandschutznachweis für eine 100-jährige Stahlkonstruktion

3 Neubau eines Parkhauses in Stahl- und Stahlverbundbauweise

4 Brandschutznachweis für Raumzellengebäude in Stahlkonstruktion

5 Literatur

8 Bewertung und Instandsetzung von Altstahlkonstruktionen

1 Allgemeines

2 Verfahren zur Stahlherstellung und Entwicklung der Normung

3 Werkstoffeigenschaften alter Baustähle

4 Verbindungstechnik

5 Bewertung der Sprödbruchneigung genieteter Stahlkonstruktionen aus Flussstahl

6 Ermüdungsfestigkeit und Restlebensdauer genieteter Bauteile

7 Ermittlung von Inspektionsintervallen auf Basis von Risswachstumsberechnungen

8 Literatur

9 Nachweis von Einzel- und mehrteiligen Stäben aus gewalzten gleichschenkligen Winkelprofilen

1 Einleitung

2 Formelzeichen – Querschnittseigenschaften

3 Klassifizierung von Querschnitten

4 Beanspruchbarkeit der Querschnitte

5 Stabilitätsnachweis für Stäbe aus Einzelwinkelprofilen

6 Stabilitätsnachweis von mehrteiligen Stäben mit geringer Spreizung

7 Anwendungsbeispiele des Turmbaus – Nachweise für Einzelstäbe

8 Anwendungsbeispiele des Turmbaus – Nachweise für mehrteilige Stäbe mit geringer Spreizung

9 Literatur

10 Aktuelle Modelle und Methoden zur Windlastermittlung

1 Einleitung

2 Windmodelle und lokale Windfelder

3 Turbulenzinduzierte Schwingungen und aeroelastische Instabilitäten von Bauwerken

4 Wirbelerregte Schwingungen bei Türmen und Masten

5 Minderung der Schwingungen von Brückenüberbauten im Bauzustand

6 Anwendungen von numerischen Simulationen in der Baupraxis

7 Danksagungen

8 Literatur

11 Türme und Maste

1 Einleitung

2 Begriffe, Einsatzgebiete, Relevanz und Regelungsbereiche

3 Konstruktionsformen

4 Lasteinwirkungen aus Wind und Eis, Betriebslasten und windbedingte Schwingungseffekte

5 Sicherheitskonzept und vollständig probabilistische Sicherheitsmarge

6 Ausblick auf die kommende Normengeneration

7 Zusammenfassung

8 Literatur

Stichwortverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

Orientierungspunkte

Cover

Inhaltsverzeichnis

Titelseite

Impressum

Vorwort

Autor:innenverzeichnis

1 Stahlbaunormen DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau

Stichwortverzeichnis

Endbenutzer-Lizenzvereinbarung

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2022STAHLBAU KALENDER

Türme und Maste Brandschutz

Herausgegeben von

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

24. Jahrgang

Hinweis des Verlages

Die Recherche zum Stahlbau-Kalender ab

Jahrgang 1999 steht im Internet zur Verfügung

unter www.ernst-und-sohn.de

Titelfoto: Killesbergturm, Stuttgart

Fotografin: Lena Stempniewski, Universität Stuttgart

Beteiligte/Ausführende: schlaich bergermann partner, Stuttgart (Planung und Bauüberwachung); Roleff GmbH & Co. KG, Esslingen (Stahlbau, Fertigung und Montage)

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

© 2022 Ernst & Sohn GmbH, Rotherstraße 21, 10245 Berlin, Germany

Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwend- bare Sprache übertragen oder übersetzt werden.

All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprinting, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher.

Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht ei- gens markiert sind.

Umschlaggestaltung: Sonja Frank, Berlin

Herstellung: HillerMedien, Berlin

Satz: Alexa Glanzner GmbH, Viernheim

Druck und Bindung: CPI Germany

Printed in the Federal Republic of Germany.

Gedruckt auf säurefreiem Papier.

ISSN 1438-1192

Print ISBN: 978-3-433-03361-6

ePDF ISBN: 978-3-433-61110-4

ePub ISBN: 978-3-433-61112-8

oBook ISBN: 978-3-433-61111-1

Vorwort

Türme und Maste sind filigrane Ingenieurtragwerke, die sehr sensibel auf klimatische Einwirkungen wie Wind reagieren. Gleichzeitig haben sich bestimmte typische Konstruktionsformen wie Fachwerke aus Winkelprofilen für diese Tragwerke bewährt. In dem ersten Schwerpunkt des Stahlbau-Kalenders 2022 werden in den zugehörigen Beiträgen nicht nur die Grundlagen, sondern auch die neuen Entwicklungen im Hinblick auf die neue Eurocode-Generation dargestellt. Die neuen Eurocode-Regelungen sind auch Hauptgegenstand der zum zweiten Themenschwerpunkt Brandschutz gehörenden Beiträge. Gleichzeitig geht es darum, wie heute in der Praxis für Stahl- und Verbundtragwerke konkrete Lösungen zum Brandschutz gefunden werden.

Mit dem Abdruck der Grundnorm DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang sowie ergänzenden, an den jeweiligen Stellen aktualisierten Kommentaren von Ulrike Kuhlmann und Fabian Jörg, Universität Stuttgart wird den Anwender:innen eine verlässliche Basis für ihre tägliche Arbeit gegeben. Diese regelmäßige Überarbeitung ermöglicht es, auf aktuell entstandene Fragen oder Klärungsbedarf bzw. neue Erkenntnisse durch die zurzeit laufende Überarbeitung der Norm für die zweite Generation der Eurocodes einzugehen.

Karsten Kathage und Christoph Ortmann, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), Berlin erläutern in ihrem Beitrag Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB), Normen und Bescheide im Stahlbau die zur Zeit der Beitragsbearbeitung noch aktuelle Version MVV TB 2020∕22 im Hinblick auf den Stahlbau. Die überarbeitete Version MVV TB 2021∕1 der Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen wurde im Januar 2022 veröffentlicht. Zusätzlich werden die aktuellen Normen und Richtlinien für den Stahlbau aufgelistet und eine Zusammenstellung der für den Stahl- und Verbundbau relevanten Bescheide des Deutschen Instituts für Bautechnik DIBt (Stand: September 2021) gegeben.

Über Neue Entwicklungen in prEN 1993-1-2:2020 berichten Markus Knobloch, Sara Uszball, Lukas Schaper, Ruhr-Universität Bochum und Martin Mensinger, Technische Universität München. Vor dem Hintergrund der Entwicklung der zweiten Generation der Eurocodes wurde eine Entwurfsfassung von prEN1993-1-2 „Allgemeine Regeln – Tragwerksbemessung für den Brandfall“ ausgearbeitet, die aktuell zur finalen Abstimmung in Europa vorbereitet wird. In diesem Beitrag werden die Weiterentwicklungen von prEN1993-1-2 gegenüber der derzeitigen Norm erläutert und die Anwender:innen frühzeitig mit den wesentlichen strukturellen und technischen Änderungen vertraut gemacht. Die Autor:innen waren unmittelbar an der Ausarbeitung des neuen Normentextes beteiligt, was eine kompetente Vermittlung der Intentionen und Hintergründe der Änderungen im neuen Normentext ermöglicht. Der englische Originaltext wurde auszugsweise von den Verfasser:innen des Beitrags ins Deutsche übersetzt und ist den Erläuterungen vorangestellt.

Im Beitrag Brandschutztechnische Bemessung von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton geben Peter Schaumann, Maximilian Mund, Leibniz Universität Hannover und Inka Pehrs, Hagen Ingenieurgesellschaft für Brandschutz mbH, Hannover einen aktuellen Überblick über die heute geltenden normativen Regelungen zur brandschutztechnischen Bemessung von Stahlverbundtragwerken. Gravierende Neuerungen in den zurzeit in der Bearbeitung befindlichen neuen Eurocodes werden aufgezeigt. Zunächst wird der aktuelle bauaufsichtliche Rahmen für Regelbauten beschrieben. Es folgt die Erläuterung der thermischen und mechanischen Einwirkungen sowie der temperaturabhängigen Materialkennwerte von Beton, Bau- und Bewehrungsstahl. Des Weiteren werden die tabellarischen und vereinfachten Bemessungsverfahren nach DIN EN 1994-1-2 vorgestellt. Der Ermittlung der Bauteilwiderstände und den entsprechend den erhöhten Bauteiltemperaturen veränderten Materialeigenschaften kommt dabei besondere Bedeutung zu. Aufgrund der zunehmenden praktischen Bedeutung wird ein gesonderter Abschnitt den computergestützten Bemessungsverfahren gewidmet. Zuletzt werden einige Beispiele detailliert ausgearbeitet.

Im Beitrag Einwirkungen im Brandfall nach Eurocode 1 von Jochen Zehfuß, Technische Universität Braunschweig werden die Einwirkungen im Brandfall nach Eurocode 1 vorgestellt. Der Brandfall als außergewöhnliche Bemessungssituation ist durch thermische Einwirkungen im Hochtemperaturbereich gekennzeichnet, die eine Auswirkung hinsichtlich thermischer Dehnungen und Zwangskräfte sowie eine temperaturbedingte Reduzierung der Festigkeiten und Steifigkeiten der Baustoffe zur Folge hat. Die thermischen Einwirkungen hängen wesentlich vom Bemessungsbrand ab. Eurocode 1 ermöglicht neben der klassischen Vorgehensweise des Ansatzes mit nominellen Temperaturzeitkurven wie der Einheits-Temperaturzeitkurve auch eine leistungsorientierte Festlegung der Brandeinwirkungen mittels Naturbrandszenarien. Die Anwendung von vereinfachten und erweiterten Naturbrandmodellen, deren Anwendungsbereich und Randbedingungen werden beschrieben und die Anwendung exemplarisch für das Brandszenario eines vollentwickelten Raumbrandes sowie eines lokalen Brandes in Beispielen gezeigt. Im Beitrag werden die absehbaren Neuerungen des in Überarbeitung befindlichen Eurocodes 1 angesprochen und im Beispiel dargestellt.

In ihrem Beitrag zu Reaktiven Brandschutzsystemen erläutern Sascha Hothan und Dustin Häßler, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin neueste Erkenntnisse zu reaktiven Brandschutzsystemen (RBS). Ihre Wirkungsweise basiert auf der Bildung einer thermischen Schutzschicht infolge Reaktion der Bestandteile mittels thermischer Aktivierung durch den Brand selbst. Die so entstehende, schaumartige Schutzschicht verlangsamt die Erwärmung der beschichteten Konstruktion. Der vorliegende Beitrag konzentriert sich auf die Verwendung von RBS auf Stahlkonstruktionen. Neben einer umfassenden Darstellung der aktuellen nationalen und europäischen Regelungen zu RBS werden technologische Besonderheiten und deren Einfluss auf den Regelungsinhalt im Beitrag thematisiert. Dabei werden neben sich abzeichnenden Neuerungen auch die entsprechenden wissenschaftlich-technologischen Grundlagen dargelegt. Eine allgemeine Darstellung von Exposition und Schädigungsmechanismen sowie die Behandlung der Nachweise für die Dauerhaftigkeit soll sachlich informieren und Problemlösungen aufzeigen. Dabei wird insbesondere die Frage nach Nutzungsdauern weit jenseits von 10 Jahren aufgegriffen.

Mit dem Thema Praxisbeispiele zu erfolgreichen Brandschutzlösungen beschäftigten sich Jochen Zehfuß, Technische Universität Braunschweig, Jörg Sothmann, Michael Winkler, hhpberlin Ingenieure für Brandschutz GmbH, Hamburg, Georg Spennes, BFT Cognos GmbH, Aachen, Jens Upmeyer, Hagen Ingenieurgesellschaft für Brandschutz mbH, Kleve und Olga Molochnikova, Ingenieure für Brandschutz GmbH, Hamburg. Anhand von 3 Praxisbeispielen werden erfolgreiche Brandschutzlösungen vorgestellt. In einem ersten Beispiel wird der Nachweis für die Konstruktion einer 100-jährigen Stahlkonstruktion eines ehemaligen Gewerbegebäudes gezeigt, das nun als Theater genutzt wird. In einem zweiten Beispiel wird dargestellt, dass das stählerne Tragwerk einer offenen Parkgarage ohne Brandschutzmaßnahmen ausgeführt werden kann, sofern der Nachweis unter Berücksichtigung der thermischen Einwirkung auf der Grundlage von Naturbrandszenarien erfolgt. Im dritten Beispiel wird ein Brandschutznachweis für ein Raumzellengebäude aus Containern ohne Brandschutzbekleidung von außen gezeigt.

Im Beitrag Bewertung und Instandsetzung von Altstahlkonstruktionen behandeln Richard Stroetmann, Technische Universität Dresden, Lars Sieber, Thomas Riedel, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (HTW) und Andreas Taras, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) unter Mitarbeit von Dipl.-Ing. Jürgen Anders, Institut für Schweißtechnik und Ingenieurbüro Dr. Möll GmbH, Darmstadt und Prof. Dr.-Ing. Gerd Kuscher, Gesellschaft für Schweißtechnik International mbH, Hannover die Grundlagen zu Altstahlkonstruktionen, die für deren Bewertung, Modernisierung und Instandsetzung von Interesse sind. Nach einer Beschreibung der zeitlichen Entwicklung der Herstellungsverfahren und der frühen Normung für Baustähle wird auf die metallurgischen Besonderheiten aus der Herstellung, die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften alter Baustähle eingegangen. Eine häufig bei Altstahlkonstruktionen anzutreffende Verbindungstechnik stellen Nietverbindungen dar, die hier vorgestellt werden. Ein wichtiger Aspekt ist die Bewertung der Sprödbruchneigung genieteter Stahlkonstruktionen aus Flussstahl. Bei der Beurteilung der Sicherheit bestehender Konstruktionen und der Entscheidung über notwendige Instandsetzungs- und Verstärkungsmaßnahmen ist der Nachweis ausreichender Werkstoffzähigkeit von wesentlicher Bedeutung. Schließlich rundet ein Abschnitt zur Ermüdungsfestigkeit und Restlebensdauer genieteter Altstahlkonstruktionen den Beitrag ab. Neu ist dabei ein Abschnitt, in dem die Ermittlung von Inspektionsintervallen auf Basis von Risswachstumsberechnungen behandelt wird.

Winkelprofile gehören zu den beliebtesten Profiltypen im Bausektor, besonders im Mast- und Turmbau. Über den Nachweis von Einzel- und mehrteiligen Stäben aus gewalzten gleichschenkligen Winkelprofilen