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2022 | Buch

Petersen Stahlbau

Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten

verfasst von: Jörg Laumann, Markus Feldmann, Jörg Frickel, Manuel Krahwinkel, Matthias Kraus, Natalie Stranghöner, Thomas Ummenhofer

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die Theorie und Konstruktion der wichtigsten Bereiche der Stahlbautechnik werden von den Grundlagen her entwickelt und durch viele Beispiele praxisbezogen erläutert. Das Buch ist aus Vorlesungen im Grund- und Vertiefungsstudium des Bauingenieurwesens entstanden. Der Inhalt wird zum Teil systematisch, zum Teil exemplarisch dargestellt.

Für Konstrukteure und Statiker in den technischen Büros, der Beratenden Ingenieure und der Prüfämter enthält das Buch aufbereitete Berechnungsverfahren und Konstruktionsvorschläge in großer Zahl.

Das von Christian Petersen begründete Standardwerk wurde in der 5. Auflage von einem renommierten Autorenteam überarbeitet und aktualisiert. Hierbei wurden aktuelle Entwicklungen und Normungen des Stahlbaus anteilig eingearbeitet, wobei der besondere Stil des Werkes erhalten bleibt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Werkstoff Stahl – Werkstoffeigenschaften – Werkstoffprüfung

Zusammenfassung

Die Eisen- und Stahlindustrie ist mit ihren Hütten und Walzwerken eine der ältesten Industriebranchen. Rohstoffe sind Kohle, Koks, Erze und Schrott. Die deutschen Hütten führen jährlich ca. 42 Mio. t Erze ein, überwiegend aus Brasilien (56 %), Kanada (16 %) und Schweden (11 %).

Markus Feldmann

Kapitel 2. Elasto-statischer Festigkeitsnachweis

Zusammenfassung

Unter äußeren Einwirkungen, wie Lasten und Temperaturänderungen, entstehen in den Bauteilen Normal- und Schubspannungen. Bei den im Stahlbau vorherrschenden stabförmigen Bauteilen dominieren die Spannungen in Stablängsrichtung, die Spannungen \(\sigma_{z}\) quer dazu sind vergleichsweise gering und werden i. a. nicht gesondert nachgewiesen. Ausnahmen bilden Orte mit konzentrierten Einzellasten (z. B. unter Kranlaufrädern).

Jörg Laumann

Kapitel 3. Elasto-statische Berechnung der Stabtragwerke (Grundzüge)

Zusammenfassung

Baukonstruktionen sind – im Gegensatz zu den freien (mobilen) Konstruktionen des Land-, See- und Luftverkehrs -ortsfeste (d. h. gelagerte) Konstruktionen. Im Hochbau sind die maßgebenden Lasten vorrangig ruhender, im Kran- und Brückenbau vorrangig beweglicher Natur. Entwurf, Berechnung und Bemessung der Tragwerke sind Gegenstand des Konstruktiven Ingenieurbaues; das geschieht im Rahmen des Tragsicherheits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweises.

Manuel Krahwinkel

Kapitel 4. Plasto-statische Berechnung der Stabtragwerke (Grundzüge)

Zusammenfassung

Abb. 4.1 zeigt das idealisierte Spannungs-Dehnungsdiagramm eines Baustahles mit ausgeprägtem Fließvermögen. Wird in einem zentrisch beanspruchten Zugstab die Fließgrenze \(f_{y} ( = \beta_{S} = \sigma_{y} )\) erreicht, beginnt der Stab zu fließen, bis bei einer Dehnung von ca. 1,6 % eine neuerliche Verfestigung einsetzt.

Matthias Kraus

Kapitel 5. Stabilitätsnachweise (Knicken – Kippen – Beulen)

Zusammenfassung

Unter dem Begriff ‘Instabilität’ werden Versagensformen wie Knicken, Kippen und Beulen verstanden. Instabilitätsgefahr besteht, wenn Stäbe, Träger, Platten oder Schalen auf Druck beansprucht werden (Abb. 5.1): Unter einer ganz bestimmten Belastungsintensität wird der Gleichgewichtszustand instabil, d. h. die Struktur knickt, kippt, beult; das Gleichgewicht ‘verzweigt’.

Markus Feldmann, Jörg Laumann

Kapitel 6. Verbindungstechnik I: Schweißverbindungen

Zusammenfassung

Unter Schweißen versteht man das stoffschlüssige Verbinden von Bauteilen durch örtliche Wärmezufuhr und/oder Druckkräfte. Schweißverbindungen sind nur zerstörend trennbar. Meist wird ein Schweißzusatzwerkstoff zugeschmolzen. Eine optimale Schweißverbindung liegt dann vor, wenn die Trag- und Verformungseigenschaften des geschweißten Bauteils als Ganzes, des Grundmaterials in der Wärmeeinflusszone (WEZ) und in der Schweißnaht selbst, mindestens dieselben Werte wie der ungeschweißte Grundwerkstoff aufweisen; d. h., wenn keine Minderung der mechanischen Eigenschaften infolge des Schweißens eintritt.

Thomas Ummenhofer

Kapitel 7. Verbindungstechnik II: Schrauben- und Nietverbindungen

Zusammenfassung

Die bis in die zwanziger Jahre des 20. Jhs. nahezu ausschließlich eingesetzte Niettechnik wurde seither praktisch vollständig durch die Techniken des Schweißens und Schraubens verdrängt.

Natalie Stranghöner

Kapitel 8. Verbindungstechnik III: Bolzenverbindungen mit Augenlaschen

Zusammenfassung

In der Frühzeit des Eisenbaues wurden Augenstäbe mit Bolzen relativ häufig eingesetzt, z. B.

Natalie Stranghöner

Kapitel 9. Verbindungstechnik IV: Sondertechniken

Zusammenfassung

Im konstruktiven Stahlbau kommen vorwiegend die in den vorangegangenen Abschnitten behandelten Verbindungstechniken Schweißen, Schrauben und Augenstäbe mit Bolzen zum Einsatz. Darüber hinaus gibt es eine größere Zahl von Sondertechniken, die für spezielle Anwendungen entwickelt wurden. Dabei ist zwischen solchen zu unterscheiden, die nur zur Heftung bzw. Fixierung dienen und solchen, die planmäßig eine tragende Funktion übernehmen.

Markus Feldmann

Kapitel 10. Ausgewählte Kapitel aus dem Stahlhochbau

Zusammenfassung

Stahlbau ist seiner Natur nach Fertigteilbau; das gilt insbesondere im Zusammenwirken mit anderen Gewerken, z. B. dem Ausbau. Die Bauteile des Tragwerkes werden in der Stahlbauwerkstatt ‚millimetergenau‘ gefertigt und anschließend montiert.

Manuel Krahwinkel, Christian Petersen, Thomas Ummenhofer

Kapitel 11. Stahlleichtbau

Zusammenfassung

Der Anwendungsbereich des Stahlleichtbaues ist nicht genau definiert. Gemeint ist hier die Verwendung von leichten dünnwandigen Bauteilen aus Stahl (insbesondere von Trapezprofilen und Kaltprofilen). Unter ‘Stahlleichtbau’ versteht man darüber hinaus auch das Bauen von leichten Strukturen, z. B. von Raumfachwerken oder Seilwerken.

Jörg Laumann

Kapitel 12. Seile und Seilwerke

Zusammenfassung

Seildraht wird aus unlegierten, beruhigt vergossenen Kohlenstoff-Stählen nach DIN EN ISO 16120-1, -2, -3, -4 hergestellt. Die Kohlenstoff-Stähle haben einen C-Gehalt zwischen 0,5 % bis 0,9 % (i. a. zwischen 0,7 % bis 0,8 %), worauf u. a. deren hohe Festigkeit beruht.

Natalie Stranghöner

Kapitel 13. Türme und Maste

Zusammenfassung

Türme sind freistehende hohe Bauwerke. Sie dienen, wie Maste, den unterschiedlichsten Zwecken. Türme aus Stahl werden i. A. in ausgefachter Bauweise erstellt, es handelt sich dann um Raumfachwerke.

Markus Feldmann

Kapitel 14. Stahlschornsteine

Zusammenfassung

Stahlschornsteine, auch Stahlkamine oder Blechschornsteine genannt, werden aufgrund mehrerer Vorteile gewählt.

Markus Feldmann

Kapitel 15. Ausgewählte Kapitel aus dem Stahlbrückenbau

Zusammenfassung

Eine Brücke gliedert sich in den Überbau, bestehend aus Fahrbahn, Querträgern, Hauptträgern und Verbänden, und in den Unterbau, bestehend aus den Widerlagern und Pfeilern. Zwischen Über- und Unterbau liegen die Lager und Übergangskonstruktionen. Abb. 15.1a vermittelt einen schematischen Überblick.

Jörg Frickel

Kapitel 16. Elasto-statische Biegetheorie, insbesondere für dünnwandige Stäbe

Zusammenfassung

Die Voraussetzung der Dünnwandigkeit wird von den Trägerquerschnitten des Stahlbaues i. A. gut erfüllt. Dieser Umstand erlaubt eine weitgehend explizite Aufbereitung der elasto-statischen Biegetheorie dünnwandiger Stäbe; das gilt gleichfalls für die Torsionstheorie (Abschn. 17).

Matthias Kraus, Jörg Laumann

Kapitel 17. Elasto-statische Torsionstheorie, insbesondere für dünnwandige Stäbe

Zusammenfassung

Wie in Abschn. 16.1 erwähnt, haben Stahlbauprofile (bedingt durch den Herstellungsprozess: Warm-walzen, Kaltprofilieren) einen dünnwandigen offenen Querschnitt (Abb. 17.1a). Ausnahmen bilden die mittels Walztechnik hergestellten Rund- und Rechteckrohre, sie zählen zu den geschlossenen Querschnitten. Die (geschlossenen) Kastenquerschnitte werden unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Fügetechniken (Schweißen, Schrauben) gefertigt.

Matthias Kraus

Kapitel 18. Anstrengungs- und Bruchtheorie

Zusammenfassung

Ziel jeder analytischen und experimentellen Festigkeitsuntersuchung ist es, den Beanspruchungszustand in der tragenden Konstruktion zu bestimmen, um auf dieser Grundlage den Tragsicherheitsnachweis.

Markus Feldmann

Backmatter

Titel: Petersen Stahlbau
verfasst von: Jörg Laumann
Markus Feldmann
Jörg Frickel
Manuel Krahwinkel
Matthias Kraus
Natalie Stranghöner
Thomas Ummenhofer
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-20510-2
Print ISBN: 978-3-658-20509-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-20510-2