Hochschule Ostwestfalen-Lippe Tragwerkslehre Jens-Uwe Schulz Vordimensionierung

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13 Vordimensionierung 13.1 Hinweise zum Tragwerksentwurf 13.1.1 Allgemeines Fr den Tragwerksentwurf wird folgendes Vorgehen empfohlen:

1. Analyse (Einspeicherung der Daten) Systematisch-analytisches Erfassen der Einwirkungen und der Randbedingungen, z.B. anhand einer Checkliste zum Tragwerksentwurf

2. Kreativitt (mglich erscheinende Lsungen erdenken) Studium, Auswahl und Erzeugung einer Vielzahl von mglichen Varianten zum Tragwerk (z.B. anhand einer bersicht unterschiedlicher Tragwerkstypen)

3. Entscheidungen (Abwgen der Vor- und Nachteile) berprfung der Kompatibilitt mit den weiteren Anforderungen und der Vertiefung der Problemzonen (z.B. hochbeanspruchte Krafteinleitungsbereiche, komplizierte konstruktive Details), grndliche Bearbeitung der gewhlten Lsung.

13.1.2 Checkliste zum Tragwerksentwurf 13.1.2.1 Nutzungsanforderungen

- welche Raumtiefen und hhen ergeben sich aus den Nutzungen? Welche Konsequenz hat dies fr die Spannrichtungen/ Sttzenstellungen und fr die Wahl des statischen Systems? Welches Lichtraumprofil ist einzuhalten? Kann es in den Randzonen eingeschrnkt werden (Vouten mglich?)?

- Welche Verkehrslasten (Nutzlasten) fallen in den einzelnen Geschossen an? - Sind sptere Nutzungsvernderungen vorhersehbar, und sollen diese schon jetzt bei der

Lastaufstellung mit bercksichtigt werden? - Auf welches Ma mssen aus den Nutzungsanforderungen Verformungen der Bauteile

begrenzt werden (z.B. Maschinennutzung, Kranbahnverschiebungen, Durchbiegungen, Schwingungsempfindlichkeit, Wassersackbildung bei Flachdchern, Riempfindlichkeit von nichttragenden Bauelementen usw.)?

- Ist mit Erschtterungen (z.B. aus nahe gelegenen Verkehrseinrichtungen oder aus Erdbebenlasten) zu rechnen?

- Soll das Dach ausgebaut werden? - Wird das Dach begrnt? - Wie erfolgt die Belichtung (z.B. Schedkonstruktion)? - Soll das Bauwerk in Abschnitten erstellt werden? Soll eine sptere Erweiterung eingeplant

werden? - Welche Konsequenzen ergeben sich aus der Installationsfhrung (horizontal und vertikal)

fr die Tragkonstruktion (z.B. Decke, Unterzge, Sttzen)? - Welche bauphysikalischen Anforderungen mssen erfllt werden (Wrme-, Schall- und

Brandschutz)? Mit welchen Bau- und Tragsystemen lassen sich diese Anforderungen erfllen?

- Welche Einschrnkungen hinsichtlich der Bauzeit sind zu beachten (Fertigteilbau Herstellung vor Ort)?

- Ergeben sich aus der Nutzung bzw. aufgrund von Aueneinwirkungen erhhte Anforderungen an den Korrosionsschutz, an die Dichtigkeit und damit auf die Wahl des Baustoffes der Tragkonstruktion?

- Welche Lebensdauer soll das Bauwerk haben? Lsst es sich kostengnstig und umweltschonend rckbauen, abreien, recyceln?

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13.1.2.2 Grundstck/ Bauort

- Welche Konstruktionsvorgaben ergeben sich aus den Bedingungen des Bauortes? Sollten z.B. bei beengter innerstdtischer Baulckenbebauung wegen fehlender Lagermglichkeiten auch Konstruktionssysteme mit Fertigbauelementen (Montage vom Lieferfahrzeug aus) in die berlegung miteinbezogen werden?

- Steht Grenzbebauung an? Wie tief ist das Nachbargrndstck gegrndet? Empfiehlt sich die Wahl eines Tragwerks, das die die Lastabtragung zur Grenze hin vermeidet (z.B. Spannrichtung senkrecht zur Straenfront), oder empfiehlt sich das Zurckziehen der vertikalen Tragelemente von der Grenze? Sind Unterfangungen erforderlich?

- Kann ein Kran gestellt werden? Stren z.B. Hochspannungsleitungen und Nachbargebude den Bauablauf? Welche Konsequenzen ergeben sich daraus fr das Bausystem?

- Ist die Gesamtbauhhe begrenzt? Mssen deshalb die Konstruktionsdicken (z.B. Decken, Unterzge) minimiert werden?

13.1.2.3 Baugrund

- Welcher Baugrund steht in dieser Gegend an? Welche Informationen lassen sich aus der geologischen Karte entnehmen?

- Sind bei den Nachbargrundstcken Bodenaufschlsse (Baugruben) einzusehen? - Liegt ein Baugrundgutachten vor? - Lsst sich aus dem Bewuchs oder aus dem Flurnamen etwas ber die Bodenbeschaffenheit

ableiten? - Wurden Baugrunduntersuchungen am Bauplatz selbst oder bei Nachbargrundstcken

durchgefhrt (Schrfe, Sondierungen etc.)? - War das Grundstck frher einmal bebaut? Sind Gebudereste noch im Untergrund

vorhanden? - Wurde der natrliche Gelndeverlauf gendert? Befinden sich Ablagerungen, Deponien,

Altlasten o. . im Untergrund? - Wie hoch steht das Grund- bzw. Schichtwasser? Ist mit Hochwasser zu rechnen? - Wie tief sind die Nachbarbauwerke gegrndet? - Sind an Nachbarbauwerken Rissbildungen infolge von Baugrundbewegungen

(Setzungsdifferenzen) aufgetreten (Beweissicherung vornehmen)? - In welcher Tiefe stehen tragfhige Bodenschichten an? Ist eine Tiefgrndung erforderlich? - Welche Bodenpressungen knnen zugelassen werden? - Welche Konsequenzen ergeben sich aus den vorgenannten Erkenntnissen fr die

Grndung und den Keller (Flach-, Tief-, Flchengrndung, Trgerrost, Streifenfundamente, Einzelfundamente, Weie Wanne)?

13.1.2.4 Konstruktion/ Aussteifung/ Fugen

- Wie wird das Gebude ausgesteift (Gesamtstabilitt)? Fr welche Horizontalbelastungen ist das Bauwerk auszulegen (z.B. Wind, Erddruck, Erdbeben, Anpralllasten)?

- Sind Fugen erforderlich (Dehn-, Setz-, und Scheinfugen oder Schwindgassen)? Durch Fugen getrennte Bauabschnitte mssen jeweils fr sich allein auch fr Horizontallasten standsicher sein.

- Knnen die Decken als Scheiben ausgebildet werden? Mssen horizontale Verbnde in Deckenebene oder Ringbalken als Scheibenersatz angebracht werden?

- Wo werden vertikale Aussteifungselemente angeordnet? Ist deren Lage im Grundriss vertrglich mit den Zwngen aus Verformungsbehinderung (z.B. Temperaturnderung, Schwinden u. .)?

- Haben die vertikalen Aussteifungselemente gengend Auflast aus einem groen Lasteinzugsgebiet, um die Horizontallasten in den Baugrund ableiten zu knnen? (Mglichst keine Sttzen neben Wandscheiben, sondern in Wandscheiben anordnen.)

- Weisen benachbarte Baukrper unterschiedliche Hhen oder unterschiedlich nachgiebigen Baugrund auf (Setzfugen)?

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13.1.3 Anregungen zum praktischen Vorgehen beim Tragwerksentwurf Um ein fr den Entwurf geeignetes Tragwerk zu entwickeln, sollte man die Raumvorstellungen skizzieren (mastblich) und verschiedene statische Strukturen ausprobieren. Fr die berprfung der Realisierbarkeit empfiehlt es sich, die Grenordnung der Tragelemente und die Beanspruchungen in den kritischen Zonen rechnerisch zu berschlagen. Hilfreich fr das Entwickeln von Tragwerksvarianten sind:

Studium und Analyse gebauter Objekte als Anregung fr Modifikationen zur Tragstruktur

Literaturstudium

Zusammenarbeit mit erfahrenen Tragwerksplanern

Anwendung von Vorbemessungshilfen

Statisch-konstruktive berlegungen:

Formfindung

Modellbildung (Statisches System)

Lastabschtzung (vertikal und horizontal)

Genherte Ermittlung der maximalen Schnittgren (N, V, M) an vereinfachten statischen Systemen

berschlgiges Dimensionieren der Tragelemente und ihrer Verbindungen an den Stellen der maximalen Beanspruchung (z.B. Mmax) und in den Krafteinleitungsbereichen (Auflager, Knotenpunkte und schwierige konstruktive Details)

Gewhrleistung der Gesamtstabilitt (Standsicherheit gegen horizontale Lasten)

berlegungen zur Gebrauchsfhigkeit (Verformungen), Ausfhrbarkeit (Montage), Bestndigkeit, Brandschutz und Kosten.

Nachfolgend wird als Anregung fr einige typische statische Systeme die zur Vorbemessung von Biegetragwerken (0horizontaler Transport der Lasten) anzunehmende Gre des Hebelarms der inneren Krfte z am Ort des maximalen Moments zusammengestellt:

M D z Z z M

Z Dz

= Abstand der Resultierenden aus Biegedruck und Biegezug: kleiner Hebelarm groe Krfte groer Hebelarm kleine Krfte

Mit der Kenntnis der im allgemeinen ausnutzbaren Beanspruchbarkeiten der einzelnen Werkstoffe und der ber die jeweiligen Verbindungsmittel bertragbaren Krfte kann ein Tragwerk mit geringem Aufwand auf Ausfhrbarkeit hin berprft und die Gre der Querschnitte und ihrer Verbindungen abgeschtzt werden. Die zulssige Tragfhigkeit der Materialien kann bei zusammengesetzten Konstruktionen wegen der Schwchung im Bereich der Verbindungen im Allgemeinen nicht voll genutzt werden. Somit ergibt sich nherungsweise:

Erf. Flche der Zugzone z

E

ZA

E Entwurfsspannung (reduziert im Hinblick auf Verbindungstechnik)

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Entwurfsspannung E in [N/mm]

Material Verbindungstechnik E

Holz z.B. Stabdbel 5

S 235 (St 37) Schrauben, Schweien

120

C20/25 (B 25) BSt 500 (BSt IV)

8

28o

Erf. Flche der Druckzone

,

D

E

DA

,E Entwurfsspannung (reduziert im Hinblick auf Schlank-

heit und Verbindungstechnik), Vordimensionierung von Sttzen in Abhngigkeit von Druckkraft und Knicklnge

Stahlbetonbalken I-Stahlprofil Stahlbetonfertigteilbinder Parallelbinder (Fachwerk)

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13.2 Lastannahmen 13.2.1 Stahlbeton-Geschossdecken

Gesamtlast = Eigenlast + Verkehrslast

1 kN 100 kg

13.2.2 Holzbalkendecke fr Wo