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2024 | Book

Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau

Technik – Organisation – Wirtschaftlichkeit

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About this book

Der Band Konstruktiver Ingenieurbau aus der Reihe Handbuch für Bauingenieure erläutert wichtige grundlegende und aktuelle Inhalte des Konstruktiven Ingenieurbaus und des Hochbaus. Schwerpunkte sind die Fachgebiete des Betonbaus, Stahlbau, Verbundbau, Mauerwerk, Holzbau und Glasbau. Wichtige Voraussetzung für das heutige Bauen werden in den beiden Kapiteln Instrumente und Bewertungssysteme für nachhaltiges Bauen in Deutschland und Nachhaltiges Bauen mit Beton erläutert.

Nachhaltiges Bauen wird heute von vielen Akteuren im Bauwesen eingefordert und weiterentwickelt. Zu den Hauptkriterien der Bewertung der Nachhaltigkeit gehören die ökologische, ökonomische, soziokulturelle und funktionale sowie die technische Qualität eines Gebäudes, ergänzt um die Prozessqualität und die Standortqualität, um die Bauten damit bewerten zu können. Der Beitrag Bauen im Bestand befasst sich mit der Nachrechnung von Bestandstragwerken, wobei schwerpunktmäßig bestehende Beton- und Stahlbetonbauteile betrachtet werden. Zudem enthält der Beitrag auch materialübergreifende Hinweise. Neben verschiedenen Verfahren zur Bestimmung charakteristischer Materialkennwerte beinhaltet der Beitrag u. a. auch Hinweise zur Ableitung mechanischer Kenngrößen aus der In-situ-Betondruckfestigkeit. Darüber hinaus werden Verfahren zur Modifikation von Teilsicherheitsbeiwerten vorgestellt.

Der Lastfall Brand ist aufgrund der geringen Häufigkeit von Bränden eine „außergewöhnliche Bemessungssituation“. Da Brände aber ein hohes Schadensausmaß mit großen Sachschäden, ggf. langfristigen Betriebsunterbrechungen und vor allem auch Personenschäden mit Todesfolge haben können, ist das Risiko von Bränden nicht zu vernachlässigen. Daher sind Gebäude brandschutztechnisch so auszulegen, dass das im Bauwesen gewohnte Sicherheitsniveau auch im Brandfall gewährleistet bleibt, d. h. ein Einsturz des Tragwerks sicher verhindert wird. Dementsprechend werden durch die bauaufsichtlichen Anforderungen in den Bauordnungen und Sonderbauverordnungen gesetzliche Vorgaben hinsichtlich des Brandverhaltens von Baustoffen und der Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen vorgegeben. Die Brandschutzbemessung von Bauteilen und Tragwerken erfolgt in der Regel mit den Brandschutzteilen der Eurocode-Bemessungsnormen und ihrer zugehörigen Nationalen Anhänge

Verbindungen von tragenden Bauteilen und die Befestigung von nichttragenden an tragenden Bauteilen werden täglich millionenfach mit Einlegeteilen und Dübeln sicher und wirtschaftlich ausgeführt. Dazu muss der Ingenieur das passende Befestigungsmittel auswählen, sachgerecht planen und nach aktuellem Stand der Technik bemessen. Dabei hat er darauf zu achten, dass das gewählte Befestigungsmittel auch ordnungsgemäß montiert werden kann. Die Montage selbst ist schließlich durch einen fachkundigen Monteur strikt nach der Montageanleitung des Herstellers entsprechend den Planunterlagen des entwerfenden Ingenieurs zu installieren. Dieser Beitrag stellt die verschiedenen Arten von Einlegeteilen und Dübeln vor, erläutert deren Tragverhalten und Funktionsweise unter Kurz- und Langzeitbeanspruchung in als Verankerungsgrund dienendem ungerissenen und gerissenen Beton sowie Mauerwerk und gibt Informationen zu ihrer Dauerhaftigkeit. Weiterhin werden die aktuellen baurechtliche Vorschriften und Anwendungsbedingungen zur sicheren und wirtschaftlichen Bemessung und Verwendung von Befestigungsmitteln vorgestellt und diskutiert.

Das Handbuch für Bauingenieure bietet Grundwissen kompakt, vollständig und aktuell. Neben den klassischen Fächern des Konstruktiven Ingenieurbaus zählt dazu verstärkt das Fachwissen über das Bau-, Immobilien- und Unternehmensmanagement sowie das Baurecht. Darüber hinaus behandeln ausgewiesene Fachautoren die weiteren Kerngebiete des Bauingenieurs: Geotechnik, Wasserbau, Siedlungswasserwirtschaft, Abfalltechnik, Raumordnung und Städtebau sowie Verkehrssysteme und –anlagen. Das Handbuch wurde den aktuellen Normen und Richtlinien angepasst und versteht sich als Lehrbuch für Studierende und Nachschlagewerk für Praktiker.

Table of Contents

Frontmatter

Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau

Frontmatter
Instrumente und Bewertungssysteme für häufiges Bauen in Deutschland
Zusammenfassung
Die Einrichtung eines Runden Tisches „Nachhaltiges Bauen“ war eine wesentliche Voraussetzung zur Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in die Bau-, Wohnungs- und Immobilienwirtschaft. Das Bewertungssystem Nachhaltiges Bauen des Bundes (BNB) steht für die Begleitung von Planungsaufgaben zur Verfügung. Das Bundesbauministerium hat es für Bundesgebäude mit dem Leitfaden nachhaltiges Bauen verbindlich eingeführt und kann somit auch Vorbildwirkung entfalten. Für den Wohnungsbau hat das Ministerium das System der Wohnungswirtschaft „NAWOH“ unterstützt und anerkannt. Für den Kleinhausbau (bis 6 Wohneinheiten) steht das anerkannte System BNK zur Verfügung. Einen Überblick, alle notwendigen Daten und Rechentools stellt das Internetportal des Bundes zum nachhaltigen Bauen zur Verfügung.
Hans-Dieter Hegner
Nachhaltiges Bauen mit Beton
Zusammenfassung
In den vergangenen 15 bis 20 Jahren wurde der umfassende Wertebegriff der Nachhaltigkeit auch auf die Erstellung von Gebäuden hin konkretisiert. Die Betonbauweise nimmt innerhalb des gesamten Bauwesens eine bedeutende Stellung ein. Der Beitrag legt auf der Werkstoffebene und der Ebene eines modellhaft betrachteten Gebäudes („Stadtbaustein“) mit unterschiedlichen Tragsystemen aus den üblichen Betonbauteilen (Decken, Wände, Stützen) die Steuerungsmöglichkeiten für das Ergebnis einer Ökobilanz unter Betrachtung realistisch gewählter Nutzungsszenarien offen. Dem Ingenieur wird dadurch eine wertvolle Hilfestellung für die Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten in der Planung gegeben.
Udo Wiens, Bruno Hauer, Josef Hegger, Tobias Dreßen
Baustoffe im Betonbau
Zusammenfassung
In dem Kap. „Baustoffe im Betonbau“ werden zunächst die Baustoffe vorgestellt, die für die Herstellung von Stahlbeton- und Spannbetonbauwerken erforderlich sind (im Wesentlichen Beton, Betonstahl und Spannstahl). Herstellungsbedingte, typische Eigenschaftsprofile der Baustoffe werden aufgezeigt und ein Bezug zu entsprechenden Anwendungsgebieten hergestellt.
Christoph Gehlen, Thomas Kränkel, Birgit Meng, Kai Osterminski, Falk Meyer, Petra Schröder
Bemessung im konstruktiven Betonbau
Zusammenfassung
Der Massivbau als Sammelbegriff für Stahl- und Spannbetonbau stellt eines der klassischen und zentralen Gebiete des Bauingenieurwesens mit erheblichem Anteil am gesamten Bauvolumen dar. Nach einer etwa 150-jährigen Entwicklung seit den ersten Anfängen in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts hat er heute in der Ausführung ebenso wie in der theoretischen Beherrschung ein hohes Niveau erreicht (s. fip 1998, 2010).
Konrad Zilch
Schutz und Instandsetzung von Betonbauten, Dauerhaftigkeitsbemessung
Zusammenfassung
In dem Kap. „Schutz und Instandsetzung von Betonbauten, Dauerhaftigkeitsbemessung“ werden zunächst die Mechanismen und Prozesse beschrieben, die die Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen einschränken. Anschließend werden Informationen darüber gegeben, wie Bauteilwiderstände expositionsabhängig zu dimensionieren sind, um ungewollte Bauteilzustände zu vermeiden. An drei Beispielen wird mit Hilfe entwickelter Bemessungsnomogramme gezeigt, wie man auf Dauerhaftigkeit bemessen kann.
Christoph Gehlen, Till Felix Mayer, Angelika Schießl-Pecka
Stahlbau
Zusammenfassung
Dieses Kapitel geht auf die Bemessungsregeln im Stahlbau und ihre Hintergründe ein. Dabei wird besonders auf die europäisch einheitlichen Regeln in den Eurocodes, vor allem auf DIN EN 1993 (Eurocode 3) und die dort in Bezug genommenen nationalen Festlegungen im Nationalen Anhang DIN-NA-EN 1993 eingegangen.
Markus Feldmann, Simon Schaffrath
Verbundbau
Zusammenfassung
Verbundkonstruktionen aus Stahl und Beton eröffnen neben den traditionellen Bauweisen des reinen Stahl- und Massivbaus eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten, da bei Verbundbauteilen durch eine optimale Querschnittsgestaltung die hohe Zugfestigkeit des Baustahls und die große Druckfestigkeit des Betons gleichzeitig ideal ausgenutzt werden können. Durch die schubfeste Verbindung von biegesteifen Stahlprofilen mit Betonteilen werden beide Materialien zur gemeinsamen Tragwirkung herangezogen. Auf diese Weise entstehen Konstruktionselemente wie Verbunddecken, Flachdecken, Träger, Stützen und Rahmenkonstruktionen, die sich durch hohe Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit sowie durch große Steifigkeit auszeichnen. Im Ausland werden zunehmend bei Hochhäusern auch Wandkonstruktionen in Stahlverbundbauweise mit außen liegenden Stahlblechen und Betonfüllung gebräuchlich. Diese Bauweise ist jedoch im deutschen Sprachraum nicht verbreitet und ist auch nicht Gegenstand der europäischen Regelwerke. Bei konsequenter Nutzung der technischen Möglichkeiten ergeben sich für den Bauherrn, den Planer und die ausführenden Firmen eine Reihe von Vorteilen. Die industrielle Vorfertigung von Verbundbauteilen ermöglicht hohe Maßgenauigkeit sowie weitgehende Witterungsunabhängigkeit, die erhebliche Bauzeitverkürzungen zur Folge hat. Durch die hohen Tragfähigkeiten von Verbundbauteilen ergeben sich kleine Querschnittsabmessungen, die zu größeren Nutzungsflächen und der damit verbundenen Flexibilität führen. Die Ausbaufreundlichkeit von Verbundtragwerken zeigt sich in einer großen Installationsfreiheit, da bei Verbunddecken großflächige Abhängesysteme zum Einsatz kommen können und bei Trägern und Stützen zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten durch Klemmen oder Schweißen an den sichtbaren Stahlflanschen bestehen. Die aus der schnellen Montage resultierenden kürzeren Bauzeiten erlauben eine frühzeitige Nutzung und führen zu finanziellen Vorteilen für den Investor. Die im Geschoß- und Industriebau gestellten Anforderungen an den Brandschutz können mit unterschiedlichen Methoden erfüllt werden. Neben den herkömmlichen Plattenbekleidungen und Putzbeschichtungen werden heute i. d. R. Stahlprofile mit Kammerbeton verwendet, der mit Kopfbolzendübeln und Steckhaken aus Bewehrungsstahl verankert wird. In den letzten Jahren haben dämmschichtbildende Brandschutzbeschichtungen an Bedeuteung gewonnen. Sie biten den Vorteil, dass die Stahlkonstruktion sichtbar bleibt.
Gerhard Hanswille, Wolfgang Kurz, Markus Schäfer
Mauerwerk
Zusammenfassung
Mauerwerk ist ein seit Jahrtausenden bewährter Verbundbaustoff, der meist aus Mauersteinen und Mauermörtel hergestellt wird. Seine Eigenschaften werden wesentlich durch die Einzelbaustoffe sowie deren Zusammenwirken beeinflusst. Um für den jeweiligen Anwendungsfall die günstigste Mauerstein-Mauermörtel-Kombination auswählen zu können, müssen Baustoffeigenschaften und das Zusammenwirken der Baustoffe berücksichtigt werden.
In dem Abschnitt Mauerwerk/Baustoffe werden zunächst die heute üblicherweise verwendeten künstlichen Mauerstein- und Mauermörtelarten, deren Eigenschaften sowie Anforderungen an diese vorgestellt. Auf eine kurze Erläuterung gebräuchlicher Wandkonstruktionen folgen Hinweise zur Ausführung von Mauerwerk. Neben den Verbundeigenschaften zwischen Mauerstein und Mauermörtel werden die wesentlichen Festigkeitseigenschaften von Mauerwerk behandelt. Weiterhin werden Formänderungskennwerte von Mauerwerk gegeben sowie Methoden zur Beurteilung der Risssicherheit von Mauerwerk dargelegt. Abschließend werden Innen- und Außenputze behandelt.
Michael Raupach, Dorothea Saenger, Bernd Winkels
Bemessung von Mauerwerk
Zusammenfassung
Die Bemessung von Mauerwerk deckt neben der Tragfähigkeit auch den Nachweis der Gebrauchstauglichkeit ab. Im Beitrag werden die Grundanforderungen und Hintergründe der Bemessung von Mauerwerk dargelegt und die Lösungen nach den aktuellen Vorschriften von Eurocode 6 und dem Nationalen Anhang erläutert.
Detleff Schermer
Holzbau
Werkstoffe und Bemessung
Zusammenfassung
Holz bietet viele im Hinblick auf den Einsatz als Baustoff positive Eigenschaften. Darüber hinaus kann die Verwendung von Holz im Bauwesen einen entscheidenden Beitrag zur Lösung der größten Herausforderung des 21. Jahrhunderts leisten – der Eingrenzung des Klimawandels. Dieser Beitrag stellt eine Zusammenfassung der für die Planung von Holztragwerken relevanten Informationen dar. Dies umfasst einen Überblick über die wichtigsten physikalischen Eigenschaften und ihre Abhängigkeit von der Anisotropie des natürlichen Baustoffes Holz sowie sein Verhalten bei Holzfeuchteänderungen. Die Grundlagen des Holzschutzes und der Brandbemessung werden dargestellt. Aufbauend auf einer Übersicht typischer stabförmiger und flächenförmiger Tragsysteme werden Berechnungsansätze und Nachweise erläutert. Dies beinhaltet eine Einführung in die Brettsperrholzbauweise und Holz-Beton-Verbundkonstruktionen einschließlich Ansätzen zur Berechnung des nachgiebigen Verbunds. Die Hintergründe üblicher Beanspruchungssituationen rechtwinklig zur Faser sowie geeignete Verstärkungen werden dargestellt. Der Abschnitt Verbindungen umfasst Klebeverbindungen und mechanische Verbindungsmittel wie Vollgewindeschrauben, die wichtigsten theoretischen Grundlagen zur Berechnung starrer und nachgiebiger Verbindungen werden skizziert. Der Beitrag endet mit einer Erläuterung der Grundsätze für das mehrgeschossige Bauen mit Holz.
Philipp Dietsch, Heinrich Kreuzinger, Stefan Winter
Glasbau
Zusammenfassung
Der Beitrag über den Glasbau behandelt eine breite Palette von Themen. Es beginnt mit den Materialeigenschaften von Glas und verschiedenen Glasprodukten. Für die Berechnung werden sowohl die theoretischen Grundlagen der Sicherheitstheorie auf der Grundlage von Risiko als auch die praktischen Hinweise für die Bemessung entsprechend der gültigen Regelwerke dargestellt. Spezielle Gegebenheiten wie die rechnerische Betrachtung von Verbundsicherheitsglas werden vorgestellt. Im Weiteren werden konstruktive Hinweise gegeben, die bei dem spröden Materialverhalten von Glas besondere Bedeutung erlangen, um die durch die Bemessung angestrebte Sicherheit in der praktischen Ausführung zu gewährleisten.
Johann-Dietrich Wörner, Claudia Westerkamp-Freitag
Bauen im Bestand
Zusammenfassung
Der vorliegende Beitrag befasst sich mit der Nachrechnung von Bestandstragwerken, wobei schwerpunktmäßig bestehende Beton- und Stahlbetonbauteile betrachtet werden. Zudem enthält der Beitrag auch materialübergreifende Hinweise.
Neben verschiedenen Verfahren zur Bestimmung charakteristischer Materialkennwerte beinhaltet der Beitrag u. a. auch Hinweise zur Ableitung mechanischer Kenngrößen aus der In-situ-Betondruckfestigkeit. Darüber hinaus werden Verfahren zur Modifikation von Teilsicherheitsbeiwerten vorgestellt.
Zur Erläuterung werden die Verfahren an einem Anwendungsbeispiel verdeutlicht.
Christian Glock, Jürgen Schnell, Michael Weber
Vorbeugender und konstruktiver Brandschutz
Zusammenfassung
Der Lastfall Brand ist aufgrund der geringen Häufigkeit von Bränden eine „außergewöhnliche Bemessungssituation“. Da Brände aber ein hohes Schadensausmaß mit großen Sachschäden, ggf. langfristigen Betriebsunterbrechungen und vor allem auch Personenschäden mit Todesfolge haben können, ist das Risiko von Bränden nicht zu vernachlässigen. Daher sind Gebäude brandschutztechnisch so auszulegen, dass das im Bauwesen gewohnte Sicherheitsniveau auch im Brandfall gewährleistet bleibt, d. h. ein Einsturz des Tragwerks sicher verhindert wird. Dementsprechend werden durch die bauaufsichtlichen Anforderungen in den Bauordnungen und Sonderbauverordnungen gesetzliche Vorgaben hinsichtlich des Brandverhaltens von Baustoffen und der Feuerwiderstandsfähigkeit von Bauteilen vorgegeben. Die Brandschutzbemessung von Bauteilen und Tragwerken erfolgt in der Regel mit den Brandschutzteilen der Eurocode-Bemessungsnormen und ihrer zugehörigen Nationalen Anhänge. Für nicht in den Eurocodes enthaltene Konstruktionen, insbesondere leichte Trennwände, Sonderbauteile und historische Bauweisen sind Nachweise in der DIN 4102-4 zusammen gestellt. Die Eurocode-Brandschutzteile sehen Nachweisverfahren in drei Ebenen vor, den Schnellnachweis mit Bemessungstabellen, vereinfachte und erweiterte Bemessungsverfahren. In den Bemessungstabellen sind beispielsweise Mindestquerschnittsabmessungen und Achsabstände für verschiedene Feuerwiderstandsklassen vorgegeben. Die Bemessungstabellen sind grundsätzlich nur für eine Brandbeanspruchung nach der Einheits-Temperaturzeitkurve (ETK) gültig. Die vereinfachten Bemessungsverfahren orientieren sich an den Bemessungsverfahren der Kaltbemessung unter temperaturbedingter Reduzierung von Festigkeit und E-Modul, sie sind in der Regel nur für eine Beanspruchung nach der ETK und für Einzelbauteile und ggf. Teiltragwerke anwendbar. Mit den erweiterten Bemessungsverfahren kann rechnergestützt das Trag- und Verformungsverhalten von Bauteilen und Tragwerken für beliebige Brandbeanspruchungen simuliert werden. Mit steigender Nachweisebene steigen der Nachweisaufwand und die Genauigkeit, jedoch werden regelmäßig wirtschaftlichere Ergebnisse erzielt. Es ist daher sorgfältig zu prüfen, welches Nachweisverfahren für welche Bemessungsaufgabe sinnvollerweise angewendet wird.
Jochen Zehfuß
Befestigungstechnik
Zusammenfassung
Verbindungen von tragenden Bauteilen und die Befestigung von nichttragenden an tragenden Bauteilen werden täglich millionenfach mit Einlegeteilen und Dübeln sicher und wirtschaftlich ausgeführt. Dazu muss der Ingenieur das passende Befestigungsmittel auswählen, sachgerecht planen und nach aktuellem Stand der Technik bemessen. Dabei hat er darauf zu achten, dass das gewählte Befestigungsmittel auch ordnungsgemäß montiert werden kann. Die Montage selbst ist schließlich durch einen fachkundigen Monteur strikt nach der Montageanleitung des Herstellers entsprechend den Planunterlagen des entwerfenden Ingenieurs zu installieren.
Dieser Beitrag stellt die verschiedenen Arten von Einlegeteilen und Dübeln vor, erläutert deren Tragverhalten und Funktionsweise unter Kurz- und Langzeitbeanspruchung in als Verankerungsgrund dienendem ungerissenen und gerissenen Beton sowie Mauerwerk und gibt Informationen zu ihrer Dauerhaftigkeit. Weiterhin werden die aktuellen baurechtliche Vorschriften und Anwendungsbedingungen zur sicheren und wirtschaftlichen Bemessung und Verwendung von Befestigungsmitteln vorgestellt und diskutiert.
Rolf Eligehausen, Werner Fuchs
Backmatter
Metadata
Title
Konstruktiver Ingenieurbau und Hochbau
Editor
Konrad Zilch
Copyright Year
2024
Electronic ISBN
978-3-658-29498-4
Print ISBN
978-3-658-29497-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-29498-4