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STAHLBAU KALENDER 2018

Verbundbau Fertigung

Herausgegeben von

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

20. Jahrgang

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Vorwort

Schwerpunkt im diesjährigen Stahlbau-Kalender ist der Stahlverbundbau, der für den Stahlbau eine zentrale Rolle spielt, sei es im Stahlbrückenbau oder auch in weiten Teilen des Stahlhochbaus. Das Thema Verbundbau wurde zum letzten Mal im Stahlbau-Kalender 2010 als Schwerpunkt behandelt, damals noch mit DIN 18800 Teil 5 unter den Vorzeichen der deutschen Normung. Es gibt also erheblichen Aktualisierungsbedarf nicht nur in Bezug auf die Normung, sondern auch in der technischen Entwicklung. Zu nennen ist hier beispielsweise die brandschutztechnische Bemessung von Verbundträgern und Deckensystemen, die im neuen Stahlbau-Kalender einen eigenen Beitrag erhält. Außerdem erweitern und komplettieren die Beiträge „Flachdecken in Verbundbauweise“, „Anschlüsse zwischen Stahl und Beton“ und „Verbundbrücken kurzer und mittlerer Spannweite“ das Themengebiet des Verbundbaus. Neben dem Schwerpunktthema versuchen wir immer auch Beiträge zu aktuellen Änderungen in der Normung zu bringen, was in diesem Jahr neben der DIN EN 1993-1-1 auch „Aktualisierte Regelungen zur Fertigung und Errichtung von Stahltragwerken nach DIN EN 1090-2“ von Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner und Kollegen betrifft.

Mit dem erneuten Abdruck der Grundnorm DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang sowie ergänzenden, an den jeweiligen Stellen eingearbeiteten Kommentaren und Erläuterungen von Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann, Dipl.-Ing. Adrian Just, Fabian Jörg, M. Sc., Universität Stuttgart und Dr.-Ing. Antonio Zizza, TÜV Rheinland Industrie Service GmbH, Stuttgart, bietet der Stahlbau-Kalender als Nachschlagewerk und Begleiter in der täglichen Arbeitspraxis die Möglichkeit des Zugriffs auf die aktuellste Fassung und Interpretation der Norm. In diesem Jahr ist der aktualisierte Nationale Anhang DIN EN 1993-1-1/NA:2017-09 berücksichtigt und durch die Kommentare wird auf kommende Entwicklungen und aktuelle Normanfragen reagiert.

Der Beitrag Verbundtragwerke aus Stahl und Beton, Bemessung und Konstruktion – Kommentar zu DIN EN 1994-1-1 von Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille und Dr.-Ing. Marco Bergmann, HRA Ingenieurgesellschaft mbH, Bochum, zusammen mit Prof. Dr.-Ing. Markus Schäfer, Universität Luxemburg, stellt den Kernbeitrag für diesen Stahlbau-Kalender mit seinem Schwerpunkt Verbundbau dar. Der Beitrag zur damaligen DIN 18800-5 aus dem Stahlbau-Kalender 2010 wird nicht nur aktualisiert, sondern auch um wesentliche neue Entwicklungen und Erkenntnisse ergänzt. Das betrifft z. B. die Themen Schwinden und Kriechen von Beton, die Behandlung der Beton-Dauerhaftigkeit, Einflüsse aus Temperatureinwirkungen im Verbundquerschnitt oder die dehnungsbegrenzte Berechnung der Querschnittstragfähigkeit. Auch aktuelle Forschungsergebnisse, z. B. über „liegende“ (randnahe) Kopfbolzen und das Ermüdungsverhalten von Kopfbolzen wurden einbezogen. Darüber hinaus werden die besonders verstärkten Querschnitte von Verbundstützen nach dem allgemeinen Bemessungsverfahren und Untersuchungen zur Lasteinleitung behandelt. Hervorzuheben sind auch die Abschnitte zur Verformungsberechnung von Verbundträgern mit nachgiebiger Verbundfuge und zum Schwingungsnachweis. Ein komplettes Kapitel ist jetzt auch den modernen Verbundanschlüssen gewidmet. Schließlich wird ein Ausblick darauf gegeben, welche neuen Entwicklungen im Rahmen der laufenden Überarbeitung der Eurocodes mit dem Mandat M/515 zu erwarten sind.

Wie im Stahlbau-Kalender 2017 schon erläutert, wurde die bisherige Musterbauordnung (MBO) novelliert, die Regelungen der MusterListe der Technischen Baubestimmungen (MLTB), der Teile II und III der Liste der Technischen Baubestimmungen sowie der Bauregellisten angepasst und umstrukturiert in die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) eingeordnet. Dies wird von Dr.-Ing. Karsten Kathage und Dipl.-Ing. Christoph Ortmann, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), Berlin im Beitrag Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB), Normen und Zulassungen im Stahlbau kurz dargestellt. Dadurch, dass sich zum Zeitpunkt der Drucklegung die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) noch in Überarbeitung befand, wird in dieser Ausgabe des Stahlbau-Kalenders nur die bisher bekannte aktuelle Version (Stand: Oktober 2017) zitiert und erläutert, dabei liegt der Fokus auf dem Blickwinkel des Stahlbaus.

Ein wesentlicher Bestandteil jedes Geschossbaus sind die Tragkonstruktionen der Decken. Das Autorenteam Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz, Technische Universität Kaiserslautern, Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger, Technische Universität München, Dr.-Ing. Ingeborg Sauerborn, KREBS+KIEFER Ingenieure GmbH, Darmstadt, Dr.-Ing. Norbert Sauerborn, Stahl + Verbundbau GmbH, Dreieich und Dr.-Ing. Martin Claßen, RWTH Aachen, stellt im Beitrag Verbundträger und Deckensysteme verschiedene Stahlverbundlösungen für Deckensysteme vor. Hier sind u. a. Decken mit Profilblechen zu nennen, bei denen diese Bleche im Verbund mit dem Deckenbeton wirken oder auch eine additive Tragwirkung entwickeln. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil des Deckentragwerks sind die Träger, die bei Geschossbauten in Stahlbauweise in aller Regel im Verbund mit der Decke wirken. Der Einsatz im Geschossbau erfordert nicht selten, dass diese Träger große Installationsöffnungen aufweisen, neue Erkenntnisse zur Ausführung von Verbundträgern mit großen Stegöffnungen werden hier vorgestellt. Schließlich erlauben multifunktionale Deckensysteme als Flachdecken ohne Träger und Unterzüge nicht nur eine sehr geringe Bauhöhe, sondern erfüllen über die Tragfunktion hinaus auch bauphysikalische Funktionen wie Schalldämmung und Komfortanforderungen wie Schwingungsbegrenzung. Auf den Aspekt der brandschutztechnischen Bemessung von Verbundträgern und Deckensystemen gehen Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann, Patrick Meyer, M. Sc., Leibniz Universität Hannover und Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger, Technische Universität München in ihrem Beitrag ein. Aufgrund der gestiegenen brandschutztechnischen Anforderungen an tragende und aussteifende Bauteile im allgemeinen Hoch- und Industriebau ist in diesen Bereichen der Einsatz von Verbundträgern zurückgegangen. Deshalb werden im Bereich des Hochbaus meist Deckensysteme präferiert, mit denen die geforderte Feuerwiderstandsdauer auch ohne zusätzliche Brandschutzbekleidung erreicht werden kann. So besteht u. a. die Möglichkeit, Verbunddeckensysteme auszuführen, die eine Aktivierung der Membrantragwirkung im Brandfall gewährleisten. Neben einer kurzen Übersicht über die Grundlagen der brandschutztechnischen Bemessung von Verbundbauteilen gemäß der aktuellen normativen Situation (DIN EN 1994-1-2) werden erste Ansätze zur Berücksichtigung der Membrantragwirkung bei Verbundträger-Deckensystemen im Brandfall vorgestellt und auf neuere Forschungsergebnisse eingegangen. Darüber hinaus werden Hinweise zur Anwendung gegeben und in Bemessungsbeispielen dargestellt.

Dr.-Ing. Norbert Sauerborn, Stahl + Verbundbau GmbH, Dreieich und Dr.-Ing. Joachim Kretz, Ingenieurbüro Dr. Kretz, Kaiserlautern, geben in ihrem Beitrag Hinweise zur Bemessung und Konstruktion von Verbundstützen. Die Grundlagen finden sich im Kernbeitrag zu Eurocode 4 von Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille und Kollegen. Interessant sind vor allem die Ergänzungen zu diesen Grundlagen aus Sicht der Praxis, z. B. zur Gebrauchstauglichkeit und zur konstruktiven Ausführung hinsichtlich Verbundsicherung und Krafteinleitung. Es wird besonders auf die Nachweisführung im Brandfall eingegangen. Bemessungsbeispiele vervollständigen den Beitrag.

Der Bedarf an wirtschaftlicheren Lösungen mit minimierten Bauhöhen der Deckensysteme im Geschossbau führte schon in den 1980er-Jahren zur Bauweise der „Slim-Floor-Konstruktionen“. Vor allem mit den werksmäßig vorgefertigten gewalzten oder geschweißten Stahlträgern, die vollständig oder nahezu vollständig in die Stahlbetondecke integriert werden, können die geforderten geringen Bauteilhöhen erzielt werden. In ihrem Beitrag Flachdecken in Verbundbauweise – Bemessung und Konstruktion von Slim-Floor-Trägern geben Prof. Dr.-Ing. Markus Schäfer, Dipl.-Ing. Matthias Braun, Universität Luxemburg, und Prof. Dr.-Ing. Gunter Hauf, DHBW Mosbach, einen umfassenden und detaillierten Überblick zur Bemessung und Konstruktion von solchen Slim-Floor-Trägern. Besonderheiten sind die Auslegung der Profile im Endzustand für dehnungsbegrenzte Momententragfähigkeit, das Tragverhalten bei Querkraft, die verschiedenen Möglichkeiten der Verbundmittelausführung, das Verformungsverhalten und der Nachweis für den Brandfall. Hervorzuheben ist außerdem die Darstellung ausgeführter Projekte aus der Praxis.

Neu ist der Beitrag Anschlüsse zwischen Stahl und Beton des Autorenteams Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann, Prof. Dr.-Ing. Jan Hofmann und Dipl.-Ing. Jakob Ruopp, Universität Stuttgart. Da Stahl- und Stahlverbundkonstruktionen in den meisten Fällen an Massivbauteile wie Fundamente, Wände oder Stützen angeschlossen werden müssen, stellen Anschlüsse zwischen Stahl und Beton einen wesentlichen Bestandteil beim Entwurf und der Dimensionierung von Bauwerken in Stahl- und Verbundbauweise dar. Ansätze zur Dimensionierung von Ankerplatten gibt es in der Stahlbaunormung nach DIN EN 1993-1-8. Standardausführungen für Anschlüsse zwischen Stahl und Beton folgen den Regeln der Befestigungstechnik, wie sie in Zukunft in DIN EN 1992-4 zu finden sind. In diesem Beitrag werden Bemessungsansätze für Anschlüsse zwischen Stahl und Beton auf Grundlage der Komponentenmethode dargestellt, die die beiden unterschiedlichen Herangehensweisen in ein gemeinsames Verfahren integrieren. Zum einen kann damit das Tragverhalten der Anschlüsse in der globalen Schnittgrößenberechnung realistisch abgeschätzt werden, zum anderen erlauben neue Ansätze für die Berücksichtigung von Rückhängebewehrung eine deutliche Traglaststeigerung im Bereich der Betonkomponenten. Anhand eines Anwendungs-beispiels werden das Nachweisverfahren für Anschlüsse zwischen Stahl und Beton und die neuen Ansätze vorgestellt.

Häufig entscheidet die Wahl des Anschlusses über die Anwendbarkeit wirtschaftlicher Berechnungsverfahren und damit über Herstellkosten und Montagefreundlichkeit der Verbundkonstruktion sowie nicht zuletzt auch über den architektonischen Gesamteindruck. Die Einbeziehung der durchlaufenden bewehrten Betonplatte in den deshalb als „Verbundanschluss“ bezeichneten Knoten eröffnet neue Möglichkeiten. Der Beitrag Verbundanschlüsse nach Eurocode von Dr.-Ing. Lars Rölle, Mayer-Vorfelder und Dinkelacker – Ingenieurgesellschaft für Bauwesen GmbH und Co. KG, Sindelfingen, Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann, Universität Stuttgart, und Dipl.-Ing. Nadine Hoffmann, ANWIKAR CONSULTANTS GmbH – Ingenieurgesellschaft für Bauwesen, Würzburg, erläutert die Anwendung und Berechnung der unterschiedlichen Verbundanschlusstypen nach den europäischen Normen DIN EN 1994-1-1 bzw. DIN EN 1993-1-8. Neue Entwicklungen, wie ein vereinfachtes Bemessungsmodell zur Bestimmung der Momententragfähigkeit und Erkenntnisse zur Rotationskapazität bzw. Duktilität der Anschlüsse, wurden ergänzt. Anhand eines ausführlichen Beispiels werden das Vorgehen und die Berechnungsabläufe (basierend u. a. auf der Komponentenmethode) veranschaulicht.

Stahl mit seinem günstigen Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht kann auch bei geringeren Spannweiten im Verbund mit Beton – als Verbundbrücke – zu wirtschaftlich interessanten Konstruktionen führen.

Das zeigen Prof. Dr. sc. techn. Klaus Thiele, TU Braunschweig, Dr.-Ing. Dennis Rademacher, ArcelorMittal Europe, Dr. Bernhard Hauke, bauforumstahl e. V. und Dipl.-Ing. Mark Huckshold, Industrieverband Feuerverzinken e. V., in dem Beitrag Verbundbrücken kurzer und mittlerer Spannweite. Ihr weitgespannter Überblick stellt die Vorteile dieser Lösungen gerade im Sinne der Lebenszyklusbetrachtung dar, gibt Hinweise zu Planung und Ausführung, besonders auch zum Korrosionsschutz, und erläutert dann eine Reihe von interessanten Verbundbrückenlösungen, die sich speziell für kleine und mittlere Spannweiten eignen. Dazu gehören Verbundfertigteilbrücken (VFT), WIB(Walzträger im Beton)-Brücken, das System PreCoBeam und sogenannte Intelligente Segmentbrücken (ISB). Vorbemessungshilfen erlauben die schnelle Vordimensionierung mit diesen Systemen. Ein Ausblick weist auf interessante Weiterentwicklungen mit ganz anderen Kombinationen aus Stahlträgern und Beton hin, wie z. B. Verbundlösungen mit Trapezstegen oder hybride Bahnbrücken für besonders kleine Spannweiten.

Im Zuge der Überarbeitung der EN 1090-2 haben sich einige geänderte Regelungen zur Fertigung und Errichtung von Stahltragwerken ergeben, die den am Bau Beteiligten und mit der praktischen Umsetzung betrauten Ingenieuren vermittelt werden müssen und hier kommentiert werden. Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner, Universität Duisburg-Essen, Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt, Essen, Dipl.-Ing. Gregor Machura, bauforumstahl/DSTV und Dominik Jungbluth, M. Sc., Universität Duisburg-Essen, bringen in ihrem Beitrag Aktualisierte Regelungen zur Fertigung und Errichtung von Stahltragwerken nach DIN EN 1090-2 den Beitrag aus dem Stahlbau-Kalender 2015 auf den neuesten Stand. Die relevanten Normregelungen der DIN EN 1090 für die Ausführung von Stahlbauten werden dabei kompakt und systematisch zusammengefasst. Dabei stehen die Umsetzung in die Praxis und die damit verbundenen Fragestellungen im Mittelpunkt.

Ich darf mich im Namen des Verlags Ernst & Sohn bei allen Autoren ganz herzlich für ihre qualitativ hochwertige Arbeit bedanken. Den Mitarbeitern des Verlags und im Institut danke ich besonders für ihren großen Einsatz, der trotz aller Schwierigkeiten ein pünktliches Erscheinen des Kalenders möglich macht.

Am Freitag, 22. Juni 2018 wird wieder der Stahlbau-Kalender-Tag in Stuttgart stattfinden, zu dem ich alle Interessenten herzlich einladen möchte. Dabei werden die Autoren dieser Ausgabe zu ihren Themen vortragen und für Diskussionen zur Verfügung stehen.

Stuttgart, Februar 2018

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

Verzeichnis der Autoren und Herausgeber

Dr.-Ing. Marco Bergmann
HRA Ingenieurgesellschaft mbH
Kohlenstraße 38
44795 Bochum

Dipl.-Ing. Matthias Braun
University of Luxembourg, FSTC
ArcelorMittal Chair of Steel and Façade Engineering
Campus Kirchberg
6, rue Richard Coudenhove Kalergi
1359 Luxembourg
Luxemburg

Dr.-Ing. Martin Claßen
RWTH Aachen University
Institut für Massivbau
Mies-van-der-Rohe-Straße 1
52074 Aachen

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hanswille
HRA Ingenieurgesellschaft mbH
Kohlenstraße 38
44795 Bochum

Prof. Dr.-Ing. Gunter Hauf
Ingenieurbüro Hauf GmbH & Co. KG
Ingenieurbüro für Tragwerksplanung
Kaspar-Manz-Straße 10
89423 Gundelfingen
und
Duale Hochschule Baden-Württemberg
Bauingenieurwesen
74821 Mosbach

Dr. Bernhard Hauke
bauforumstahl e. V.
Sohnstraße 65
40237 Düsseldorf

Dipl.-Ing. Nadine Hoffmann
ANWIKAR CONSULTANTS GmbH
Ingenieurgesellschaft für Bauwesen
Max-Born-Straße 19
97018 Würzburg

Prof. Dr.-Ing. Jan Hofmann
Technische Universität Stuttgart
Institut für Werkstoffe im Bauwesen
Pfaffenwaldring 4
70569 Stuttgart

Dipl.-Ing. Mark Huckshold
Industrieverband Feuerverzinken e. V.
Geschäftsführung
Mörsenbroicher Weg 200
40470 Düsseldorf

Fabian Jörg, M. Sc.
Universität Stuttgart
Institut für Konstruktion und Entwurf
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart

Dominik Jungbluth, M. Sc.
Universität Duisburg-Essen
Institut für Metall- und Leichtbau
Universitätsstraße 15
45141 Essen

Dipl.-Ing. Adrian Just
Universität Stuttgart
Institut für Konstruktion und Entwurf
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart

Dr.-Ing. Karsten Kathage
Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt)
Vizepräsident
Kolonnenstraße 30B
10829 Berlin

Dr.-Ing. Joachim Kretz
Ingenieurbüro Dr. Kretz
Fahrlücke 37
67661 Kaiserslautern

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann
Universität Stuttgart
Institut für Konstruktion und Entwurf
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Kurz
Technische Universität Kaiserslautern
Fachgebiet Stahlbau
Paul-Ehrlich-Straße, Gebäude 14
67663 Kaiserslautern

Dipl.-Ing. Gregor Machura
bauforumstahl e. V.
Schweißtechnik
Sohnstraße 65
40237 Düsseldorf

Prof. Dr.-Ing. Martin Mensinger
Technische Universität München
Lehrstuhl für Metallbau
Arcisstraße 21
80333 München

Patrick Meyer, M. Sc.
Leibniz Universität Hannover
Institut für Stahlbau
Appelstraße 9A
30167 Hannover

Dipl.-Ing. Christoph Ortmann
Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt)
Kolonnenstraße 30B
10829 Berlin

Dr.-Ing. Dennis Rademacher
ArcelorMittal Europe – Long Products
Technische Beratung Brückenbau
66, rue de Luxembourg
4221 Esch-sur-Alzette
Luxemburg

Dr.-Ing. Lars Rölle
Mayer-Vorfelder und Dinkelacker GmbH & Co. KG
Wettbachstraße 18
71063 Sindelfingen

Dipl.-Ing. Jakob Ruopp
Universität Stuttgart
Institut für Konstruktion und Entwurf
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart

Dr.-Ing. Ingeborg Sauerborn
KREBS + KIEFER Ingenieure GmbH
Hilpertstraße 20
64295 Darmstadt

Dr.-Ing. Norbert Sauerborn
stahl- und verbundbau gmbh
Im Steingrund 8
63303 Dreieich

Prof. Dr.-Ing. Markus Schäfer
Structural Engineering and Composite Structures
University of Luxembourg
Faculty of Science, Technology and Communication
Campus Kirchberg
6, rue Richard Coudenhove-Kalergi
1359 Luxembourg
Luxemburg

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann
Leibniz Universität Hannover
Institut für Stahlbau
Appelstraße 9a
30167 Hannover

Univ.-Prof. em. Dr.-Ing. Herbert Schmidt
Krawehlstraße 1
45130 Essen

Dr. Andreas Schütz
ö. b. u. v. Sachverständiger
Zur Schafstränke 27
01705 Freital

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner
Universität Duisburg-Essen
Institut für Metall- und Leichtbau
Universitätsstraße 15
45141 Essen

Univ.-Prof. Dr. sc. techn. Klaus Thiele
Technische Universität Braunschweig
Institut für Stahlbau
Beethovenstraße 51
38106 Braunschweig

Dr.-Ing. Antonio Zizza
TÜV Rheinland Industrie Service GmbH
Industriestraße 3
70565 Stuttgart

Herausgeberin

Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann
Universität Stuttgart
Institut für Konstruktion und Entwurf
Pfaffenwaldring 7
70569 Stuttgart

Verlag

Ernst & Sohn Verlag für Architektur und
technische Wissenschaften GmbH & Co. KG
Rotherstraße 21, 10245 Berlin
Tel. (030) 47031200
E-Mail: Info@ernst-und-sohn.de
www.ernst-und-sohn.de