Nachweis eines geschweißten Fachwerkbinders

Fachbeitrag

Dieser Fachbeitrag behandelt die Bauteil- und Querschnittsnachweise eines geschweißten Fachwerkbinders im Grenzzustand der Tragfähigkeit. Weiterhin wird auf den Verformungsnachweis im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit eingegangen.

Das Modell basiert auf dem Beispiel 1.4 in der Fachliteratur [1]. Eine Systemskizze mit Abmessungen sowie der Darstellung der verwendeten Querschnitte zeigt Bild 01.

Einwirkungen und Bemessungsschnittgrößen

Die charakteristischen Einwirkungen für dieses Teiltragwerk sind in [1] zusammengestellt und werden in entsprechende Lastfälle übernommen. Eine Lastgenerierung am 3D-Modell wäre für dieses Gebäude sicher realitätsnaher und zu bevorzugen. Die Kombinatorik der Bemessungssituationen GZT und GZG erfolgt automatisch in RFEM oderRSTAB.

Die Berechnung der Schnittgrößen und Verformungen in den Lastkombinationen erfolgt nach Theorie I. Ordnung. Es ergeben sich damit folgende Bemessungsschnittgrößen für den Nachweis im Grenzzustand der Tragfähigkeit (Bild 02).

Querschnittsklassifikation

Für die Ermittlung der Querschnittsklasse wird in RF-/STAHL EC3 ein erster Bemessungsfall angelegt für alle Stäbe und ohne Stabilitätsnachweise. Die Berechnung der Querschnittsklasse erfolgt x-stellenweise für die vorliegenden Schnittgrößen. Eine grafische Anzeige der sich ergebenden Querschnittsklasse ist über den Ergebnis-Navigator möglich (Bild 03). Alle Querschnitte sind in der QKL 1, somit ist ein plastischer Querschnittsnachweis nach Abschnitt 6.2.9 in [2] möglich.

Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit

Es werden nun die Querschnitts- und Stabilitätsnachweise für die Füllstäbe sowie den Ober- und Untergurt geführt. Zum Nachweis der Füllstäbe (Stäbe 1 bis 16) wird in RF-/STAHL EC3 ein zweiter Bemessungsfall angelegt. Der Stabilitätsnachweis erfolgt nach Abschnitt 6.3.1 in [2]. Der Knicklängenbeiwert für die starke und schwache Achse wird dabei gemäß Absatz BB.1.3 (3) B in [2] mit 0,75 angesetzt. Ausnutzungen siehe Bild 04.

Zum Nachweis des Untergurtes wird in RF-/STAHL EC3 ein dritter Bemessungsfall angelegt. Da auch unter Windsog Zugkräfte im Untergurt vorliegen, werden lediglich Querschnittsnachweise erforderlich. Weiterhin muss nicht mit einem Netto-Querschnitt nachgewiesen werden, da die Füllstäbe angeschweißt werden und somit keine Löcher im Querschnitt vorliegen. Ausnutzungen siehe Bild 05.

Zum Nachweis des Obergurtes wird in RF-/STAHL EC3 ein vierter Bemessungsfall angelegt und der entsprechende Stabsatz ausgewählt. Im Gegensatz zu [1] wird hier zur besseren Abbildung der Randbedingungen der Nachweis nach dem Allgemeinen Verfahren nach Abschnitt 6.3.4 in [2] geführt. An den Auflagern wird eine Gabellagerung angenommen. An den Anschlusspunkten der Pfetten am oberen Flansch kann keine Gabellagerung vorausgesetzt werden. Es erfolgt der Ansatz einer seitlichen Stützung am oberen Flansch und einer Drehfeder, welche aus der Profilverformung des HE-B 240 resultiert. Ausnutzungen siehe Bild 06.

Nachweise im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

Zum Nachweis des Obergurtes wird in RF-/STAHL EC3 ein fünfter Bemessungsfall angelegt. In diesem erfolgt nur die Auswahl der Lastkombinationen im GZG. In [2] werden keine Angaben zu zulässigen Verformungen angegeben. Diese sind projektspezifisch mit dem Auftraggeber abzustimmen. Es wird sich daher am Grenzwert der Vornorm von L/200 orientiert. Ausnutzungen siehe Bild 07.

Bemessung Verbindungen

Auf die Bemessung der geschweißten Verbindungen der Gurtknoten sowie der Verbindung des Fachwerkbinders an die eingespannten Außenstützen wird in diesem Beitrag nicht eingegangen. Die Bemessung der Stirnplattenverbindung im Untergurt nach dem CIDECT-Verfahren und mittels FEM-Modells ist ausführlich im diesem Fachbeitrag erläutert.

Schlüsselwörter

Fachwerk Binder Dachkonstruktion Stabilitätsnachweis

Literatur

[1]   bauforumstahl e.V.: Beispiele zur Bemessung von Stahltragwerken nach DIN EN 1993 - Eurocode 3. Berlin: Ernst & Sohn, 2011
[2]   Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten − Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010

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  • Aktualisiert 18. Januar 2021

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