Stahlbau: Teil 1: Grundlagen

6. erweiterte Auflage 2024
ISBN: 978-3-433-03218-3
Verlag: Ernst W. + Sohn Verlag

Buch, Deutsch, 700 Seiten, Format (B × H): 170 mm x 241 mm, Gewicht: 1378 g

Reihe: Bauingenieur-Praxis

Zentrale Themen des Buches sind die Grundlagen zur Bemessung und Konstruktion im Stahlbau. Für die vorliegende 6. Auflage wurden die europäische Normung, neue Nachweismethoden und der aktuelle Stand der Technik berücksichtigt. Darüber hinaus gibt es gegenüber der 5. Auflage wesentliche Erweiterungen zu den Themen Stabilität und zu Tragsicherheitsnachweisen für Kranbahnträger.
Das Buch enthält zahlreiche Berechnungsbeispiele mit Nachweisen nach DIN EN 1993-1-1 und DIN EN 1993-1-8, die die Anwendung der Bemessungs- und Konstruktionsregeln sowie die Durchführung der Tragfähigkeitsnachweise in allen Einzelheiten zeigen. Neben vielen Beispielen zu den Schwerpunktthemen werden auch statische Berechnungen für zwei Hallenkonstruktionen im Gesamtzusammenhang behandelt.
Das vorliegende Lehrbuch ist für Studierende an Technischen Hochschulen, Universitäten und Fachhochschulen sowie für in der Baupraxis tätige Ingenieure konzipiert.

Autoren/Hrsg.

Kindmann, Rolf

Fachgebiete

• Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Konstruktiver Ingenieurbau, Baustatik

Inhaltsverzeichnis

VORWORT
1 ALLGEMEINES
2 BEMESSUNG UND KONSTRUKTION VON BAUTEILEN
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Werkstoff Stahl
2.3 Stahlerzeugnisse
2.4 Teilsicherheitsbeiwerte
2.5 Querschnittsklassen
2.6 Tragfähigkeitsnachweise
2.7 Querschnittswerte
2.8 Spannungsermittlung und Nachweise
2.9 Plastische Querschnittstragfähigkeit
2.10 Stabilität und Theorie II. Ordnung
3 STABTHEORIE UND QUERSCHNITTSWERTE
3.1 Vorbemerkungen
3.2 Stabtheorie
3.3 Schwerpunkt, Hauptachsen und Hauptträgheitsmomente
3.4 Schubmittelpunkt und weitere Querschnittswerte
3.5 Profiltabellen
4 SPANNUNGSNACHWEISE
4.1 Anwendungsbereiche
4.2 Nachweise
4.3 Spannungsermittlung
5 PLASTISCHE QUERSCHNITTSTRAGFÄHIGKEIT
5.1 Einführung - Rechteckquerschnitt
5.2 Anwendungshinweise
5.3 Lineare Interaktionsbeziehungen
5.4 Doppelt-symmetrische I-Querschnitte
5.5 I-Querschnitte mit beliebigen Schnittgrößen
5.6 Kreisförmige Hohlprofile
5.7 Quadratische und rechteckige Hohlprofile
5.8 Drei- und Zweiblechquerschnitte (TSV)
6 STABILITÄTSNACHWEISE FÜR BAUTEILE
6.1 Übersicht
6.2 Druckstäbe
6.3 Ideale Verzweigungslasten Ncr
6.4 Biegebeanspruchte Stäbe
6.5 Ideale Biegedrillknickmomente Mcr,y
6.6 Biege- und druckbeanspruchte Bauteile
6.7 Allgemeines Nachweisverfahren für Bauteile
7 THEORIE II. ORDNUNG MIT IMPERFEKTIONEN
7.1 Grundsätzliches
7.2 Nachweisführung
7.3 Imperfektionen
7.4 Schnittgrößenermittlung zum Biegeknicken
7.5 Nachweise zum Biegedrillknicken
8 BEMESSUNG UND KONSTRUKTION VON VERBINDUNGEN
8.1 Übersicht
8.2 Grundsätzliches
8.3 Verbindungen mit scherbeanspruchten Schrauben
8.4 Verbindungen mit zugbeanspruchten Schrauben
8.5 Verbindungen mit Schweißnähten
9 VERBINDUNGEN MIT SCHRAUBEN
9.1 Einleitung
9.2 Orientierungshilfen
9.3 Darstellung auf Zeichnungen
9.4 Kategorien nach DIN EN 1993-1-8
9.5 Löcher für Schrauben - Lochdurchmesser
9.6 Kraftübertragung und Tragverhalten
9.7 Bemessung nach DIN EN 1993-1-8
9.8 Schrauben, Muttern und Scheiben
10 VERBINDUNGEN MIT SCHWEISSNÄHTEN
10.1 Einleitung
10.2 Nahtarten und Darstellung
10.3 Spannungen in Schweißnähten
10.4 Kehlnähte
10.5 Andere Nahtarten
11 STATISCHE BERECHNUNGEN FÜR STAHLBAUTEN
11.1 Allgemeines
11.2 Statische Berechnungen
11.3 Zeichnungen
11.4 Werkstattgebäude mit Pultdach
11.5 Lagerhalle mit Zweigelenkrahmen
12 TRAGFÄHIGKEIT UND STABILITÄT - NACHWEISVERFAHREN
12.1 Alte, neue und modifizierte Nachweisverfahren
12.2 Vergleiche für ausgewählte Basissysteme
12.3 Nachweise mit Abminderungsfaktoren (ESV)
12.4 Ersatzimperfektionsverfahren (EIV)
12.5 Berechnungen nach der Fließzonentheorie (FZT)
12.6 Neues Nachweisverfahren SIGMA+
12.7 Stäbe aus gewalzten I-Profilen
12.8 Stäbe aus geschweißten I-Profilen
12.9 Modifizierte Nachweisverfahren
13 STABILITÄTSNACHWEISE - VERSTÄNDNIS
13.1 Einleitung
13.2 Genaue Nachweisverfahren und Näherungen
13.3 Grundlegende Erkenntnisse für Basissysteme
13.4 Biegeknicken einer Stütze (Druckstab)
13.5 Biegedrillknicken eines Trägers
13.6 Biegedrillknicken eines Trägers mit Drucknormalkraft
13.7 Biegedrillknicken eines Zweifeldträgers
14 TRAGFÄHIGKEITSNACHWEISE FÜR KRANBAHNTRÄGER
14.1 Einleitung
14.2 Nachweise zur Tragfähigkeit und Stabilität
14.3 Durchführung der Berechnungen
14.4 Berechnungsbeispiele
14.5 Eigenspannungen in Kranbahnträgern
14.6 Nachweise nach der Fließzonentheorie (FZT)
14.7 Neues Nachweisverfahren SIGMA+
14.8 Modifizierte Ersatzimperfektionsverfahren
14.9 Modifizierte Ersatzstabverfahren
ANHANG: PROFILTABELLEN
Literatur
Sachverzeichnis
VERZEICHNIS DER BERECHNUNGSBEISPIELE
KAPITEL 2 - Querschnittswerte
Vier Beispiele zu den Stabilitätsfällen bei Stäben
Geschweißter I-Querschnitt und vergleichbares Walzprofil
Kastenquerschnitt
Einfach-symmetrischer I-Querschnitt
Zusammengesetzter Querschnitt aus einem HEB 300 und einem UPE 200
Querschnitt aus vielen Einzelteilen ¿ Fußgängerbrücke
Unsymmetrischer T-Querschnitt
Z-Querschnitt
Einfeldträger mit einfach-symmetrischem Querschnitt
KAPITEL 2 - Spannungsermittlung und Nachweise
Walzprofil IPE 240
Walzprofil HEM 600
Rechteckiges Hohlprofil
Hohlkastenträger
Winkelprofil als Träger
H-Bahn-Träger
Fußgängerbrücke
Profil UPE 180
KAPITEL 2 - Plastische Querschnittstragfähigkeit
Einfeldriger Deckenträger
Zweifeldträger
HEA 300 mit Standardbeanspruchungen
I-Querschnitt mit ungewöhnlichen Beanspruchungen
Rechteckiges Hohlprofil
Kastenquerschnitt
Kreisförmiges Hohlprofil
KAPITEL 2 - Stabilität und Theorie II. Ordnung
Einfeldträger IPE 330
Zweifeldträger IPE 400
Einfeldträger IPE 300 mit Druckkraft und Biegebeanspruchung
Eingespannte Rohrstütze
Stütze HEA 140 mit planmäßiger Biegung
Stütze IPE 300 und Erfassung von drei Stabilitätsfällen
Zweifeldrige Giebelwandeckstütze
Einfeldträger IPE 450 mit Kragarm
Zweigelenkrahmen
Einhüftiger Rahmen mit Pendelstütze
Fachwerkträger
KAPITEL 3 - Stabtheorie und Querschnittswerte
Einführungsbeispiel Einfeldträger
Beispiel zur Aufteilung in vier Beanspruchungsfälle und Ergebnisse für die
lineare Stabtheorie (finite Elemente)
Querschnitt für das Beispiel zur Anwendung der Methoden A und B
Wölbordinate für vier verschiedene Querschnitte
KAPITEL 5 Plastische Querschnittstragfähigkeit
Berechnungsbeispiel zur N-My-Interaktion
Berechnungsbeispiel zur N-Mz-Interaktion
Berechnungsbeispiel zur N-My-Mz-Interaktion
Walzprofil IPE 400, Schnittgrößen My, Mz und M¿
KAPITEL 6 - Stabilitätsnachweise für Bauteile
Biegeknicken einer Stütze
Biegedrillknicken eines Trägers
Bemessungshilfen (Diagramme und Tabellen)
Biegedrillknicken Dreifeldträger
Biegeknicken Druckstab mit Querbelastung
Einfeldträger IPE 300 mit Druckkraft und Biegemomentenbeanspruchung
KAPITEL 7 - Theorie II. Ordnung mit Imperfektionen
Baustatische Systeme für drei Beispiele zur Schnittgrößenermittlung mit
Vergrößerungsfaktoren
Beispiel zur Anwendung des Weggrößenverfahrens
Nachweise zum Biegedrillknicken
Walzprofilträger
Träger mit einfach-symmetrischem I-Querschnitt
KAPITEL 8 und 10 - Geschraubte und geschweißte Verbindungen
Flachblechstoß zur Übertragung von N
Walzprofilstoß zur Übertragung von N
Trägerstoß für M, V und N
Gelenkiger Trägeranschluss mit Winkeln
Trägerstoß mit überstehenden Stirnplatten
Trägerstoß mit bündigen Stirnplatten
Geschraubte Rahmenecke mit Stirnplatte
Halsnähte eines I-Querschnitts
Halsnähte eines Kastenquerschnitts
Trägerstoß mit Stirnplatte
Zentrisch und exzentrisch beanspruchte Anschlüsse mit Doppelkehlnähten
KAPITEL 11 - Statische Berechnungen für Stahlbauten
Werkstattgebäude mit Pultdach (21 Abschnitte mit Nachweisen für Bauteile und Verbindungen)
Lagerhalle mit Zweigelenkrahmen (12 Abschnitte mit Nachweisen für Bauteile und Verbindungen)
Berechnungsbeispiele in den Kapiteln 12, 13 und 14
KAPITEL 12 - Tragfähigkeit und Stabilität - Nachweisverfahren
Drei Basisbeispiele für Vergleichsrechnungen zur Stabilität (Walzprofile)
Ergebnisse für die Basisbeispiele (Stütze, Träger und Träger mit N)
Berechnungsbeispiel Kranbahnträger (Fließzonentheorie)
Berechnungsbeispiel Druckstab (Stütze)
Berechnungsbeispiele mit Tragfähigkeitsvergleichen (Verfahren SIGMA+)
Verfahren SIGMA+ mit Fließzonen ? Basisbeispiel Träger
Berechnungsbeispiel geschweißte Stütze
Berechnungsbeispiel geschweißter Träger
Berechnungsbeispiel geschweißter Träger mit ungleichen Gurten
KAPITEL 13 - Tragfähigkeit und Stabilität Verständnis
Biegeknicken einer Stütze (Druckstab HEA 200)
Biegedrillknicken eines Trägers (HEA 400)
Biegedrillknicken eines Trägers mit Drucknormalkraft ( IPE 300)
Biegedrillknicken eines Zweifeldträgers (IPE 400)
KAPITEL 14 - Tragfähigkeitsnachweise für Kranbahnträger
Kranbahnträger HEA 400 (Einfeldträger, L = 7 m)
Kranbahnträger HEB 300 (Zweifeldträger, L je 6 m)
Kranbahnträger mit Dreiblechquerschnitt (L = 10 m)
Kranbahnträger mit Dreiblechquerschnitt (L = 14 m)
Kranbahnträger HL 1100 B mit Winkeln 250x18 (Einfeldträger, L = 16 m)
Kranbahnträger IPE 600 mit Winkeln 100x10 (Zweifeldträger, L je 7 m)

Vorwort v

Autor vii

Verzeichnis der Berechnungsbeispiele xvii

1 Allgemeines 1

1.1 Einleitung 1

1.2 Buchinhalt (Übersicht) 8

1.3 Technische Baubestimmungen 10

1.4 Bezeichnungen und Annahmen 12

1.5 Downloads 15

1.6 Computerprogramme 16

2 Bemessung und Konstruktion von Bauteilen 17

2.1 Vorbemerkungen 17

2.2 Werkstoff Stahl 17

2.3 Stahlerzeugnisse 22

2.4 Teilsicherheitsbeiwerte 28

2.5 Querschnittsklassen 29

2.6 Tragfähigkeitsnachweise 34

2.7 Querschnittswerte 45

2.8 Spannungsermittlung und Nachweise 58

2.9 Plastische Querschnittstragfähigkeit 83

2.10 Stabilität und Theorie II. Ordnung 99

3 Stabtheorie und Querschnittswerte 133

3.1 Vorbemerkungen 133

3.2 Stabtheorie 133

3.3 Schwerpunkt, Hauptachsen und Hauptträgheitsmomente 142

3.4 Schubmittelpunkt und weitere Querschnittswerte 157

4 Spannungsnachweise 175

4.1 Anwendungsbereiche 175

4.2 Nachweise 175

4.3 Spannungsermittlung 177

5 Plastische Querschnittstragfähigkeit 193

5.1 Einführung - Rechteckquerschnitt 193

5.2 Anwendungshinweise 197

5.3 Lineare Interaktionsbeziehungen 205

5.4 Doppelt-symmetrische I-Querschnitte 207

5.5 I-Querschnitte mit beliebigen Schnittgrößen 221

5.6 Kreisförmige Hohlprofile 228

5.7 Quadratische und rechteckige Hohlprofile 233

5.8 Drei- und Zweiblechquerschnitte (TSV) 245

6 Stabilitätsnachweise für Bauteile 248

6.1 Übersicht 248

6.2 Druckstäbe 250

6.3 Ideale Verzweigungslasten Ncr 257

6.4 Biegebeanspruchte Stäbe 276

6.5 Ideale Biegedrillknickmomente Mcr,y 290

6.6 Biege- und druckbeanspruchte Bauteile 304

6.7 Allgemeines Nachweisverfahren für Bauteile 311

7 Theorie II. Ordnung mit Imperfektionen 315

7.1 Grundsätzliches 315

7.2 Nachweisführung 317

7.3 Imperfektionen 317

7.4 Schnittgrößenermittlung zum Biegeknicken 322

7.5 Nachweise zum Biegedrillknicken 351

8 Bemessung und Konstruktion von Verbindungen 357

8.1 Übersicht 357

8.2 Grundsätzliches 357

8.3 Verbindungen mit scherbeanspruchten Schrauben 364

8.4 Verbindungen mit zugbeanspruchten Schrauben 379

8.5 Verbindungen mit Schweißnähten 395

9 Verbindungen mit Schrauben 402

9.1 Einleitung 402

9.2 Orientierungshilfen 402

9.3 Darstellung auf Zeichnungen 404

9.4 Kategorien nach DIN EN 1993-1-8 405

9.5 Löcher für Schrauben - Lochdurchmesser 407

9.6 Kraftübertragung und Tragverhalten 408

9.7 Bemessung nach DIN EN 1993-1-8 417

9.8 Schrauben, Muttern und Scheiben 434

10 Verbindungen mit Schweißnähten 439

10.1 Einleitung 439

10.2 Nahtarten und Darstellung 439

10.3 Spannungen in Schweißnähten 441

10.4 Kehlnähte 443

10.5 Andere Nahtarten 451

11 Statische Berechnungen für Stahlbauten 455

11.1 Allgemeines 455

11.2 Statische Berechnungen 456

11.3 Zeichnungen 457

11.4 Werkstattgebäude mit Pultdach 459

11.5 Lagerhalle mit Zweigelenkrahmen 486

12 Tragfähigkeit und Stabilität – Nachweisverfahren 515

12.1 Alte, neue und modifizierte Nachweisverfahren 515

12.2 Vergleiche für ausgewählte Basissysteme 516

12.3 Nachweise mit Abminderungsfaktoren (ESV) 521

12.4 Ersatzimperfektionsverfahren (EIV) 523

12.5 Berechnungen nach der Fließzonentheorie (FZT) 525

12.6 Neues Nachweisverfahren SIGMA+ 535

12.7 Stäbe aus gewalzten I-Profilen 547

12.8 Stäbe aus geschweißten I-Profilen 549

12.9 Modifizierte Nachweisverfahren 564

13 Stabilitätsnachweise - Verständnis 567

13.1 Einleitung 567

13.2 Genaue Nachweisverfahren und Näherungsverfahren 569

13.3 Grundlegende Erkenntnisse für Basissysteme 571

13.4 Biegeknicken einer Stütze (Druckstab) 575

13.5 Biegedrillknicken eines Trägers 584

13.6 Biegedrillknicken eines Trägers mit Drucknormalkraft 594

13.7 Biegedrillknicken eines Zweifeldträgers 599

14 Tragfähigkeitsnachweise für Kranbahnträger 603

14.1 Einleitung 603

14.2 Nachweise zur Tragfähigkeit und Stabilität 604

14.3 Durchführung der Berechnungen 610

14.4 Berechnungsbeispiele 616

14.5 Eigenspannungen in Kranbahnträgern 635

14.6 Nachweise nach der Fließzonentheorie (FZT) 640

14.7 Neues Nachweisverfahren SIGMA+ 644

14.8 Modifizierte Ersatzimperfektionsverfahren 648

14.9 Modifizierte Ersatzstabverfahren 652

Anhang Profiltabellen 659

Literaturverzeichnis 680

Stichwortverzeichnis 684

Über Autor(innen)

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Rolf Kindmann studierte Bauingenieurwesen an der Ruhr-Universität Bochum. Von 1974 bis 1989 war er sechs Jahre als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Ruhr-Universität Bochum und zehn Jahre in verschiedenen Positionen bei Thyssen Engineering in Dortmund tätig, zuletzt als Prokurist und Hauptabteilungsleiter der technischen Büros. Im Jahre 1990 wurde er zum Ordinarius des Lehrstuhls für Stahl- und Verbundbau an der Ruhr-Universität Bochum ernannt und im Jahre 1991 gründete er die Ingenieursozietät Schürmann - Kindmann und Partner SKP in Dortmund, in der er als Beratender Ingenieur, Prüfingenieur für Baustatik (Fachrichtungen Metall- und Massivbau) sowie als Gutachter wirkte. Seit Beendigung seiner Tätigkeit als Gesellschafter ist Herr Prof. Kindmann der Ingenieursozietät SKP weiterhin eng verbunden.
Neben besonderen didaktischen Fähigkeiten zur Aufbereitung der Problematik besitzt der Autor aus seiner Tätigkeit als Beratender Ingenieur eine genaue Kenntnis der Anforderungen an Detailwissen in der Praxis.

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Rolf Kindmann studierte Bauingenieurwesen an der Ruhr-Universität Bochum. Von 1974 bis 1989 war er für sechs Jahre als Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Ruhr-Universität Bochum und für zehn Jahre bei Thyssen Engineering tätig, zuletzt als Prokurist und Hauptabteilungsleiter der technischen Büros. 1990 wurde er zum Ordinarius des Lehrstuhls für Stahl- und Verbundbau an der Ruhr-Universität Bochum ernannt und 1991 gründete er die Ingenieursozietät Schürmann – Kindmann und Partner in Dortmund, in der er als Beratender Ingenieur, Prüfingenieur für Baustatik sowie als Gutachter wirkte.