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Konstruktive Ausbildung von MSH- Konstruktionen mit kreisförmigen, quadratischen und rechteckigen Querschnitten Technische Information 5 KONSTRUKTIVE AUSBILDUNG VON MSH-KONSTRUKTIONEN We’ll be sending you copies from existing stocks until the revised version is available.

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  • KonstruktiveAusbildung von

    MSH-Konstruktionen

    mit kreisfrmigen,quadratischen und rechteckigen

    Querschnitten

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    until the

    revised v

    ersion is

    available.

  • 2 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Der vorliegende Beitrag zeigt beispielhaft

    Konstruktionselemente aus MSH-Profilen, und

    zwar sowohl zur Verbindung untereinander als

    auch mit offenen Profilen.

    Es werden Beispiele fr geschweite und

    lsbare Anschlsse aufgezeigt, die dem Kon-

    strukteur Lsungsanstze vermitteln sollen.

    Die Wahl einer geeigneten Verbindung bleibt

    dem entsprechenden statischen Nachweis

    vorbehalten.

    Zur konstruktiven Ausbildung von betongefll-

    ten Hohlprofilsttzen sei auf die entsprechende

    Druckschrift (Technische Information 6) der

    VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    verwiesen.

    Ausgabe 2005

    Weitere Druckschriften zur Anwendungs-

    technik von MSH-Profilen siehe

    Technische Information Nr. 1

  • Inhalt

    3MSH Technische Information 5

    VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Mitglied des CIDECT (Comit International

    pour le Dveloppement et ltude de la

    Construction Tubulaire Internationales

    Komitee fr Forschung und

    Entwicklung von Hohlprofilkon-

    struktionen)

    Konstruktive Details von Tragwerksverbindungen

    Knotenpunkte in Fachwerken 4

    Unversteifter Knotenpunkt 4

    Versteifter Knotenpunkt 5

    Fupunktausbildungen von Sttzen 6

    Rahmenecken 8

    Biegesteife Rahmenecke 8

    Lsbare Rahmenecke 9

    Biegesteife Rahmenecke mit durchgehendem Stiel 9

    Gelenkige Verbindungen zwischen Sttze und Riegel 10

    Auflagerknotenpunkte 11

    Versteifte Knotenpunkte 12

    Zug- und Druckverbindungen 13

    Stumpfnahtverbindung 14

    Pfettenbefestigungen 15

    Strebenanschlsse 16

    Geschraubte Kreuzungspunkte 17

    Blindschrauben-Anschlsse 17

    Rumliche Tragwerke 18

    Entwurfshilfen fr Fachwerke aus Hohlprofilen

    Entwurfsempfehlungen 22

    Fachwerktrger-Diagrammefr Vorkalkulationen 24

    Beispiel 24

    Bindereigengewichte 24

    SatteldachbinderDachneigung: 3 Grad 24

    SatteldachbinderDachneigung: 10 Grad 28

    Binderoberflchen 31

  • 4 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Konstruktive Details von TragwerkverbindungenUnversteifter Knotenpunkt

    blich ist im Allgemeinen die unmittelbare

    Verschweiung von Gurten und Diagonalstre-

    ben, also ohne Benutzung von Knoten- oder

    Versteifungsblechen. Dies trifft auch die archi-

    tektonische Wirkung der Knotenpunkte am

    besten.

    Es mssen zwei Mglichkeiten beim Streben-

    anschluss unterschieden werden:

    a) Zug und Druckstrebenanschluss am Gurt-

    stab mit Spalt g (Abb. 1). Fr einfaches und

    problemloses Schweien sollte die Spaltweite

    g 15 mm sein. Aus fertigungstechnischer

    Sicht ist diese Knotenform besonders gnstig,

    da fr jeden Fllstab nur ein Gehrungsschnitt

    erforderlich ist.

    b) Zug- und Druckstrebenanschluss am Gurt-

    stab mit gegenseitiger berlappung l und

    Verschweiung der Streben (Abb. 2). Diese

    treffen sich dann schon auerhalb des Gurtes,

    womit ein teilweiser Krfteausgleich direkt

    zwischen den Streben bewirkt wird. Fr die

    Tragfhigkeit des Knotens ist dies im Allge-

    meinen von Vorteil. Die Verschweiung soll

    auch an den inneren Quernhten der Streben

    am Gurtrohr (s. Punkt A der Abb. 2) erfolgen.

    Als grundstzliche Konstruktionsregel gilt:

    Bei anlaufenden Profilen (Diagonale, Strebe,

    Riegel) ist eine mglichst geringe Wanddicke

    bei groer Kantenlnge zu whlen. Bei durch-

    laufenden Profilen (Gurte, Stiele) ist dagegen

    eine grere Wanddicke vorteilhaft.

    Abb. 1

    Abb. 2

    *

    Knotenpunkte in Fachwerken

  • 5MSH Technische Information 5

    Abb. 3

    Abb. 4

    Versteifter Knotenpunkt Eine mgliche Versteifung des Knotens mittels

    Gurtblech zeigt Abb. 3. Hier werden die Stre-

    benkrfte nicht oder nicht nur durch unmittel-

    bare Verbindung der Profile untereinander

    bertragen. Bei unterschiedlichen Fllstabbrei-

    ten und sich berlappenden Knoten kann auch

    ein senkrechtes Knotenblech vorteilhaft sein

    (Abb. 4).

    Abb. 5: Darber hinausknnen die Knotenzustzlich durchEckstcke verstrktwerden.

    * nach DIN 18 808 keine Bercksichtigung der Knotenexzentrizittsofern e 0,25 H ist; nach EC 3 siehe EN 1993-1-8, Abs. 5.1.5.

    *

  • Fupunktausbildung von Sttzen

    6 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Abb. 6: Einachsig gehaltene (pendelnde) Sttze Abb. 7: Einfache Auflager mit vollflchiger Fuplatte

  • 7MSH Technische Information 5

    Abb. 8: Eingespannter Sttzenfu mit Versteifungen

    Abb. 9: Zweiachsig gehaltene (eingespannte) Sttze

    Abb. 10: Gelenkiges Auflager

  • Rahmenecken

    8 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Biegesteife Rahmenecke

    Abb. 11: Mit einfachem Gehrungsschnitt Abb. 12: Mit Gehrungsschnitt und Zwickel Abb. 13: Mit Gehrungsschnitt und Zwischenblech(auch im Falle ungleicher Querschnitte)

    Abb. 14: Dreiachsige Verbindung (je 90) gleicher MSH-Profile ohne Blech

  • 9MSH Technische Information 5

    Lsbare Rahmenecken

    Abb. 16

    Abb. 17Abb. 15

    Biegesteife Rahmenecke

    mit durchgehendem Stiel

    Whrend die Ausfhrung nach Abb. 16 fr

    Anschlsse gleicher Profilbreiten geeignet ist,

    lsst die Ausfhrung nach Abb. 17 auch eine

    Verbindung ungleicher Profilbreiten zu.

  • Gelenkige Verbindungen zwischen Sttze und Riegel

    10 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Abb. 18: Geschraubter Riegelanschluss an Rahmenecke

    Abb. 19: Geschraubte Verbindung zu MSH-Sttze undMSH-Riegel

    Abb. 20: Geschraubte Verbindungen zu MSH-Sttzen und Riegeln aus Walzprofilenmit Hilfskonsole und geschweiten Blechen mit T-Profil

  • 11MSH Technische Information 5

    Auflagerknotenpunkte

    Abb. 21: Versteifungsfreies Binderauflager

    Abb. 22: Anschluss mit durchlaufendem Obergurt Abb. 24: Binderauflager am Untergurt

    Abb. 23: Anschluss mit vorgeschweiter Blechkonsole Abb. 25: Binderauflager am Obergurt

  • 12 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Versteifte Knotenpunkte

    Abb. 26: Versteiftes Binderauflager Abb. 27: Ringversteifter Knoten

    Weitere Aussteifungsmglichkeiten:

    Sattelverstrkungen mit Unterlegblechenzwischen Gurt und Strebe

    Betongefllte Knoten

    Ringversteifte Knoten; diese haben stheti-sche Vorteile, da von auen unsichtbar, undweisen Gewichtsvorteile gegenber Lsun-gen mit Betonfllung auf

    Empfehlungen fr die Wahl

    der Ringsteifen:

    bs : 0,1 0,2 x d0ts : 0,75 1,0 x t0s : 0,5 0,8 x di

    Diese kommen hauptschlich im auflagerna-

    hen Bereich vor, aber auch an weiteren Stellen

    grerer rtlicher Lastenleitungen.

  • Zug- und Druckverbindungen

    Abb. 29: Kopfplattensto, links mit Kehlnaht, rechts mit V-Naht

    Abb. 30: Kopfplattensto mit V-Naht und mit Schwei-unterlage (seltener angewendet)

    Abb. 28: Verdeckter, geschraubter Zugsto (die Verbindung wird nach Fertigstellung durch zwei Halbschalenverdeckt)

    13MSH Technische Information 5

  • 14 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Abb. 31: Verdeckter, geschraubter Kopfplattensto fr Druckgurt

    Stumpfnahtverbindung

    Zug- und Druckverbindungen durchlaufender

    Hohlprofile knnen stumpf verschweit wer-

    den (Abb. 32).

    Schweinahtvorbereitung entsprechend DIN

    2559. Mit dieser Verbindung kann theoretisch,

    bei sorgfltig ausgefhrter Schweinaht, Ein-

    satz besonders geprfter Schweier sowie

    Prfung der Schweinaht auf Fehlerfreiheit ein

    Schweinahtfaktor von 1,0, d. h. gleiche

    Festigkeit von Bauteil und Schweinaht bei

    ruhender Beanspruchung, erreicht werden.

    Unabhngig davon sind die jeweils geltenden

    Bestimmungen ber zulssige Spannungen

    (z. B. DIN 18800, DIN 15018, bauaufsicht -

    liche Einfhrungserlasse) zu beachten.

    Manchmal werden, um das Durchschweien

    zu erleichtern, nippelartige Blechstreifen

    angeordnet (Abb. 33). Der einzusetzende

    Blechnippel kann zur besseren Anpassung

    auch zweiteilig ausgefhrt werden (Abb. 34).

    Breite des Blechnippels ca. 30 bis 40 mm,

    Dicke ca. 3 bis 4 mm.

    Die Schweibadsicherung sollte dort geheftet

    werden, wo spter geschweit werden soll,

    also immer im Schweinahtbereich.

    Abb. 32

    Abb. 33Abb. 34

    Ohne Schweibadsicherung

    Mit Schweibadsicherung

  • 15MSH Technische Information 5

    Pfettenbefestigungen

    Abb. 35

    Abb. 36

    Abb. 37

  • 16 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Strebenanschlsse

    Abb. 38

    Fr das Detail e) stehen zwei Ausfhrungsvarianten

    zur Verfgung:

    1. Hohlprofil geschlitzt und Blech eingesteckt

    2. Blech ausgenommen und Hohlprofil eingesteckt

  • 17MSH Technische Information 5

    Geschraubte Kreuzungspunkte

    Blindschrauben-Anschlsse

    Weitere Informationen unter: www.lindapter.com

    Abb. 39: Geschraubte Kreuzungspunkte: a) MSH an MSH, b) MSH an - Profil

    a) b)

    Eleganter und ohne berstehende Bleche sind solcheKnotenpunkte mit Blindschrauben auszufhren.

    Abb. 39: Geschraubte Kreuzungspunkte: a) MSH an MSH, b) MSH an - Profil

    Abb. 40: Blindschrauben-Anschlsse, Typ HB Hollo-Bolt

    M 8 M 12

    lk

  • Rumliche Tragwerke

    18 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Kreuzweise gespanntes Tragwerk Delta, System Rter

    Rumliche Tragwerkstrukturen sind in der

    Regel dadurch gekennzeichnet, dass sie durch

    gleichartige Elemente gebildet werden und

    durch besondere, meistens patentgeschtzte

    Verbindungen aufgebaut werden knnen.

  • 19MSH Technische Information 5

    Raumfachwerk-System Krupp Montal fr quadratische MSH-Profile

    Raumfachwerk-System Krupp Montal fr kreisfrmige MSH-Profile

  • 20 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    MERO-Napfknotensystem

  • 21MSH Technische Information 5

    MERO-Kugelknotensystem

  • 22 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Weitgespannte Dachkonstruktionen wie etwa

    fr Sport- und Industriehallen werden in

    zunehmendem Mae in Fachwerkausfhrung

    aus Hohlprofilen hergestellt.

    Grnde hierfr sind neben der hervorragenden

    architektonischen Wirkung die Wirtschaftlich-

    keit solcher Konstruktionen. Hohlprofile mit

    quadratischem, rechteckigem oder rundem

    Querschnitt weisen ausgezeichnete statische

    Eigenschaften auf, insbesondere bei Druck-

    und Torsionsbelastungen. Dies fhrt dazu, dass

    bei Fachwerken aus Hohlprofilen erhebliche

    Materialeinsparungen gegenber Fachwerken

    aus offenen Profilen erzielt werden knnen.

    Hinzu kommt die einfache Verarbeitung, da im

    Regelfall auf Knoten- und Versteifungsbleche

    verzichtet werden kann. Schlielich haben

    Hohlprofilkonstruktionen kleinere Oberflchen

    als vergleichbare Konstruktionen aus offenen

    Stahlprofilen. Hierdurch knnen die erforder -

    lichen Korrosionsschutzanstriche uerst

    wirtschaftlich hergestellt werden. Die glatten

    Oberflchen ohne scharfe Kanten tragen ein

    briges dazu bei.

    Um alle diese Vorteile nutzen zu knnen, ist es

    erforderlich, bereits bei der Planung das hohl-

    profilspezifische Tragverhalten zu bercksich-

    tigen. Der vorliegende Beitrag zeigt deshalb

    Entwurfskriterien auf, mit deren Hilfe Hohl-

    profil-Fachwerke optimal ausgefhrt werden

    knnen, so dass sich trotz des hheren Materi-

    alpreises der Hohlprofile gegenber offenen

    Profilen wirtschaftliche Lsungen ergeben.

    Darber hinaus knnen mit Hilfe von Dia-

    grammen die Bindereigengewichte und

    -oberflchen in der Vorplanungsphase schnell

    ermittelt werden, um bereits in einem frhen

    Planungsstadium die fr eine Vorkalkulation

    erforderlichen Daten abschtzen zu knnen.

    Entwurfsempfehlungen

    Fr eine optimierte Auslegung von Hohlprofil-

    Fachwerken mit quadratischem, rechteckigem

    oder rundem Querschnitt sollte folgenderma-

    en vorgegangen werden:

    Geometrie

    Die Spannweite l ist im Regelfall vorgegeben,

    so dass als nchstes die Systemhhe h des

    Fachwerks festgelegt werden muss. Sowohl

    aus wirtschaftlichen als auch aus architektoni-

    schen Grnden sollte das Verhltnis l/h zwi-

    schen 10 und 15 liegen. Die hierbei auftreten-

    den Trgerdurchbiegungen liegen i. A. im

    zulssigen Bereich. Da Fachwerke ohnehin ein

    groes Gesamttrgheitsmoment aufweisen und

    damit relativ geringe Verformungen haben, ist

    die Systemhhe nur bei besonderen Durchbie-

    gungsanforderungen ggf. zu ndern.

    Die Ausfachung des Fachwerks sollte so erfol-

    gen, dass die Knotenanzahl so klein wie mg-

    lich gehalten wird (Werkstattkosten!), d. h.

    Fllstbe mit fallenden und steigenden Diago-

    nalen mit Gurt-Fllstab-Winkeln von ca. 45.

    Hiermit ergeben sich zwar grere Knickln-

    gen als bei blichen Pfostenfachwerken aus

    offenen Profilen, aber gerade hierdurch knnen

    die ausgezeichneten statischen Eigenschaften

    der Hohlprofile genutzt werden.

    Entwurfshilfen fr Fachwerke aus Hohlprofilen

  • 23MSH Technische Information 5

    Abb. 41

    Werkstoff

    Der Stahl S 355 weist gegenber dem S 235

    eine um 50 % hhere Streckgrenze auf. Diese

    kann bei Zugstben immer voll ausgenutzt

    werden. Aber auch bei Druckstben lassen sich

    erhebliche Vorteile nutzen, da die Schlankhei-

    ten der Druckstbe in Fachwerken vorwiegend

    gering sind. Da die hherfeste Werkstoffgte

    der Gurtstbe sich positiv auf die Gestaltfestig-

    keit der Fachwerkknoten auswirkt, stellt der

    S 355 die wirtschaftliche Stahlgte fr Fach-

    werkkonstruktionen dar.

    Bemessung

    Bei Fachwerken machen die Gurtstbe etwa

    75 % des Gesamtgewichts aus. Fr eine

    gewichtsoptimierte Bemessung ist deshalb eine

    gute Ausnutzung der Gurte von groer Bedeu-

    tung. Falls der Knotentragfhigkeitsnachweis

    eine Neubemessung der Stbe erfordert, sollte

    erst geprft werden, ob die Fllstbe gendert

    werden knnen. Whrend eine Abstufung der

    Gurte i. A. keine Vorteile bringt, ist es bei den

    Fllstben sinnvoll, diese zu Gruppen zusam-

    menzufassen. Im Regelfall wird man mit zwei

    oder drei unterschiedlichen Fllstababmessun-

    gen auskommen. Treten in einem Fachwerk

    gleiche Auenabmessungen mit unterschiedli-

    chen Wanddicken auf (wenn z. B. alle Fll-

    stbe gleich sein sollen), so sind die Wand -

    dickenunterschiede gro genug zu whlen, um

    eine Verwechslungsgefahr zu vermeiden.

    Bei allen Dimensionierungen ist in Abhngig-

    keit von der Projektgre auf die Verfgbarkeit

    der gewhlten Abmessungen zu achten.

    Knotengeometrie

    fr Fertigungsoptimierung

    Ein wesentlicher Aspekt in der Wirtschaftlich-

    keit von Hohlprofilkonstruktionen liegt in der

    Senkung der Fertigungskosten. Hierfr ist es

    vorteilhaft, nur Knoten mit Spalt zu verwen-

    den, um den Aufwand fr die erforderlichen

    Sge- oder Brennschnitte und das Schweien

    zu minimieren. Beim Auftreten von berlapp-

    ten Knoten ist es deshalb in den meisten Fllen

    gnstiger, die Fllstbe so zu verschieben, dass

    sich eine Spaltweite g von ca. 15 mm einstellt

    (siehe Abb. 41).

    Das hieraus resultierende Exzentrizittsmo-

    ment ist gem der verwendeten Stahlbaunorm

    zu bercksichtigen.

  • Fachwerktrger-Diagramme fr Vorkalkulation

    24 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Fr eine berschlgliche Abschtzung der

    Herstellkosten fr Fachwerktrger sind das

    Binder-Eigengewicht und die Binder-Oberfl-

    che (Korrosionsschutz) die wichtigsten Para-

    meter. Im Folgenden sind daher Diagramme

    angegeben, um fr hufig vorkommende

    Trgertypen diese Einflussgren schnell

    ermitteln zu knnen.

    Da die jeweiligen Unterschiede nur gering

    sind, lassen sich alle Diagramme auf Konstruk-

    tionen sowohl aus quadratischen und recht -

    ecki gen als auch aus kreisfrmigen Hohlprofi-

    len anwenden.

    Binder-Eigengewichte

    Fr parallelgurtige und flach geneigte Dach-

    binder sind die Diagramme Satteldachbinder,

    Dachneigung 3 Grad zu verwenden, fr str-

    ker geneigte Konstruktionen die 10-Grad-

    Diagramme.

    Vorgehensweise:

    Nach Festlegung der Systemhhe h wird mit

    der vorgegebenen Spannweite l das Verhltnis

    h/l ermittelt (diese Werte liegen i. A. zwischen

    10 und 20). Es sind die auf das Tragwerk

    einwirkenden Lasten (insbesondere Dachhaut-

    gewicht und Schneelast) zu ermitteln und mit

    dem gewhlten Trgerabstand zu multiplizie-

    ren, um die Belastung in Form einer Strecken-

    last (kN/m) zu erhalten. Mit diesen Angaben

    kann nun das zu erwartende Binder-Eigenge-

    wicht aus dem zugehrigen Diagramm abgele-

    sen werden, wobei Zwischenwerte interpoliert

    werden knnen.

    Beispiele fr die Anwendung der Diagramme

    Gegeben:

    Geometrie: Spannweite l = 32 m

    Binderabstand a = 7,5 m

    Belastungen: Dachhautgewicht 30 kg/m2

    Pfettengewicht 10 kg/m2

    Schneelast 75 kg/m2

    Gewhlt:

    3-Grad-Satteldachbinder mit einem mittleren

    Spannweiten/Hhen-Verhltnis von l/h = 16;

    das heit h = 2,00 m

    Gesucht:

    Materialbedarf und Anstrichflche fr 8 Binder

    Vorgehensweise:

    uere Belastung Q = (30 + 10 + 75) x 7,5 =

    862,5 kg/m2 = 8,63 kN/m

    Aus den Diagrammen kann sofort abgelesen

    werden:

    Bindergewicht : = 2 100 kg

    Oberflche: = 22 m2/t

    Bei 8 Bindern ergibt sich somit:

    Materialbedarf: 8 x 2 100 = 16,8 t

    Anstrichflche: 16,8 x 22 370 m2

    Satteldachbinder Dachneigung: 3 Grad

    Bezogene Oberflche O/G in m2/t von Fachwerktrgern aus Hohlprofilen

  • 25MSH Technische Information 5

    Satteldachbinder Dachneigung: 3 Grad

  • 26 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Satteldachbinder Dachneigung: 3 Grad

  • 27MSH Technische Information 5

    Satteldachbinder Dachneigung: 3 Grad

  • 28 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Satteldachbinder Dachneigung: 10 Grad

  • 29MSH Technische Information 5

    Satteldachbinder Dachneigung: 10 Grad

  • 30 VALLOUREC & MANNESMANN TUBES

    Satteldachbinder Dachneigung: 10 Grad

  • 31MSH Technische Information 5

    Die exakten Oberflchen einer Holprofilkon-

    struktion sind von der endgltigen Dimensio-

    nierung abhngig, insbesondere von den

    gewhlten Durchmesser/Wanddicken-Verhlt-

    nissen. Das hier wiedergegebene Diagramm

    kann deshalb nur fr eine grobe Abschtzung

    herangezogen werden.

    In Abhngigkeit von der Spannweite l und der

    Belastung Q kann die bezogene Oberflche

    (m2/t) abgelesen werden.

    Bezogene Oberflche O/G in m2/t von Fachwerktrgern aus Hohlprofilen

    Binderoberflchen

  • V & M DEUTSCHLAND GmbH

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    54-7