Nachweis von Fachwerkknoten im Stahlbau

Robert07

Fertige Berechnungsansätze werde ich Dir nicht liefern, aber einige Hilfestellungen, wie der Anschluss nachgewiesen werden kann.

1. Frage Dich, welcher Teil des Anschlusses für die Bemessung des Anschlusses insgesamt vermutlich maßgebend wird.
2. Frage Dich, wie die vorhandenen Kräfte im Fachwerkstab auf diesen Teil des Anschlusses wirken.
3. Frage Dich, welche Nachweise am maßgebenden Teil des Anschlusses zu führen sind und wie diese nach den maßgebenden Vorschriften zu führen sind
4. Führe die entsprechenden Nachweise.

Robert07 ,

bei Beruf steht Bauingenieur.

Erläuter bitte mal den Hintergrund Deiner Frage. Insbesondere, warum nicht der hoffentlich beteiligte Tragwerksplaner befragt wird.

Ich kann mir vorstellen, dass es dann auch Antworten gibt.

de Bakel

Vermutlich Student.

Generell finde ich beide Lösungen konstruktiv und für die Ausführung und Montage ungünstig.

Gibt es hierfür Gründe für diese Lösung?

Auch für 1x 50° und 1 x52°?

Wenn die Anschlussbleche, egal ob hier oder da geschlitzt, zum diagonalen Träger 2x 3mm Abstand haben, aber mit 8! St. 24er HV-Schrauben mit dem Träger verbunden werden, entstehen Biegekräfte an den Blechen und Schweißnähten bzw. im Träger oder es müssen Futterbleche in die 3mm Spalte eingetrieben werden - was sehr ungünstig für den Korrosionsschutz ist.

Wie soll sichergestellt werden, dass nach dem Einschweißen der Anschlussbleche die Bohrungen noch alle passgenau übereinander liegen / zueinander fluchten?

Bei einer Flanschstärke von 16mm und einer Stegdicke von 9,5mm - ist hier wirklich ein 20er Knotenblech erforderlich und 20er Anschlussbleche?

Holen wir uns hier durch die doppelten gurtseitigen Anschlussbleche (anstelle von stegseitigen) ggf. zusätzliche Steifigkeiten in die Konstruktion, die wir gar nicht haben wollen?

Zitat von Robert07

Nun habe ich mir gedacht: Man könnte mal untersuchen, welche statischen Auswirkungen die unterschiedlichen Ausführungsvarianten haben.

Meiner Meinung nach: in den beiden Beispielen keinen. Ich sehe aus statischer Sicht keinen Unterschied in beiden Varianten. Was aber meiner Meinung nach nichts daran ändert, dass ich den Anschluss, zwar aus anderen Gründen als OLger MD, aus praktischer Sicht für nicht gut halte.

Die Diagonalen sollen zwischen zwei Anschlussbleche eingebaut werden. Ich gehe davon aus, dass die Konstruktion verzinkt wird. (Fachwerk-)Untergurt, Knotenblech und Anschlussbleche werden vor dem Verzinken in der Werkstatt zusammengeschweißt. Nach dem verzinken wird der Platz zwischen den Anschlussblechen nicht mehr ausreichen um die verzinkten Diagonalen ohne Beschädigung der Verzinkung einzubauen.

Besser wäre hier ein einseitiges Anschlussblech, dass an den Steg der Diagonalen angeschraubt wird. Am Knotenblech wird es entweder ebenfalls geschraubt oder aber geschweißt, wobei ich persönlich auch hier einen Schraubanschluss bevorzugen würde.

Handelt es sich bei dem Knoten um ein mit "echten" Lasten belegte Fachwerk? Oder wurde hier einfach mal ein Fachwerkknoten irgendwie konstruiert? Eine Diagonale aus HEB220, die mit insgesamt acht Schrauben M24 angeschlossen werden soll, ist schon heftig, wir würden hier von Normalkräften in den Diagonalen irgendwo zwischen 1,3 und 1,7 MN reden, wozu dann aber nicht der Gurt mit gleicher Profilgröße passt. Normalerweise sollte bei den Diagonalen ein deutlich kleineres Profil als bei den Gurten vorhanden sein...

Zitat von Robert07

Leider ist der Stand der Literatur folgender:

Die Fachliteratur und Normen, insbesondere der Eurocode 3, bieten nur wenige konkrete Nachweise und Richtlinien für derartige Anschlüsse. Dies führt in der Praxis zu unterschiedlichen Auslegungen, was besonders bei der bautechnischen Prüfung durch den Prüfstatiker problematisch werden kann.

Die Normen sind auch nicht der richtige Ort um Berechnungshinweise zu finden. Fachliteratur schon eher. Ähnliche Anschlüsse, deren Prinzip auf den konkreten Anschluss übertragen werden kann, sollten in fast jedem Fachbuch enthalten sein. Zum Nachweis des Knotenbleches siehe z. B. Schneider Bautabelle, 25. Auflage, Seite 8.67. Ist zwar nicht der exakt gleiche Anschluss, aber die Methode wie die Belastung im Knotenblech bzw. der Schweißnaht zw. Knotenblech und Träger ermittelt wird, lässt sich auf den konkreten Fall relativ einfach übertragen. Bei den Anschlussblechen wirst Du ja leicht selbst rausfinden, wie das Grundmaterial nachzuweisen ist; kleiner Hinweis: es wirken nur Normalkräften in den Anschlussblechen.

Hier wird es in der Praxis auch keine großen Diskussionen mit dem Prüfingenieur geben, da der Anschluss IMHO relativ trivial ist und in der Regel auch nicht das Grundmaterial sondern die Schweißnähte maßgebend werden. Wenn die Schweißnähte also passen und die Summe der Schweißnahtdicken (Schweißnaht zw. Anschlussblech und Knotenblech bzw. Schweißnaht zw. Knotenblech und Träger) kleiner ist als die Blechdicke der Bleche und das Grundmaterial zudem noch nachgewiesen wurde, wird kein Prüfer diskutieren.

Zitat von Robert07

Klar, kann ich den Anschluss mit diversen Programmen modellieren und mir mit Hilfe von FEM Ergebnisse ausspucken lassen.

Das wird in der Praxis auch kein Mensch machen.

Zitat von Robert07

Es geht mir aber darum, solche Ergebnisse immer auf Plausibilität durch Handrechnungen zu prüfen.

Das wiederum ist die richtige Einstellung. Schnelle händische Überprüfungen auf Plausibilität sind meiner Meinung für jeden Tragwerksplaner extrem wichtig.

Zitat von Robert07

Mir geht es wirklich nur um den statischen unterschied der beiden Varianten.

Gegenfrage: Wo liegen aus statischer Sicht Deiner Meinung nach denn die Unterschiede der beiden Varianten? Worin unterscheidet sich, Deiner Meinung nach, der Lastabtrag der zweiten Variante von der ersten Variante?

Zitat von Robert07

Die Querschnittsreduzierung hat bei den Blechen einen größeren Einfluss, daher werden die Bleche meist größer dimensioniert, zumal im Stahlbau meist nach Tonnen abgerechnet wird.

Das ist so pauschal nicht richtig. Wenn die Stahlbaufirma einen Pauschalpreis für die Halle anbietet, wird jedes Gramm Stahl eingespart, dass eingespart werden kann, weil mit jedem Gramm das eingespart wird, der Gewinn der Stahlbaufirma steigt.

Zitat von Robert07

Durch die Bohrungen im Flansch und in dem Anschlussblech kommt es zu Querschnittsschwächung

Das ist erstmal richtig, aber Löcher für Verbindungsmittel brauchen bei Querschnitten der Querschnittsklassen 1 bis 3 in der Regel nicht abgezogen werden, siehe DIN EN 1993-1-1, 6.2.2. Im hier vorliegenden Fall eines sehr hoch ausgelasteten Anschlusses kann es, wenn es sich bei der maximalen Last um eine Zuglast handelt, allerdings tatsächlich erforderlich sein, die Querschnittsschwächung zu berücksichtigen, siehe DIN EN 1993-1-, 6.2.3. Das kann man u. U. aber wiederum dadurch umgehen, dass man die Anzahl der VM erhöht und dafür den Durchmesser verringert. Wenn die maßgebende Belastung allerdings eine Druckkraft ist, müssen die Löcher nicht abgezogen werden, siehe DIN EN 1993-1-1, 6.2.4.

Zitat von Robert07

Die Lösung der geschlitzten Anschlussbleche hat sich bei einem aktuellen Bauvorhaben im Bereich der Automotive bewährt. Durch die Körnerpunkte auf dem Knotenblech und die Verschweißung durch einen Schweißroboter sind die Anschlussbleche wirklich sehr genau positioniert, sodass es keine Probleme bei der Montage gibt.

Sind wir im Stahlbau oder im Schwermaschinenbau unterwegs?

Einzel- oder Serienfertigung?

Ich bin von einer Handfertigung / Handmontage ausgegangen (Stahlbau im Bauwesen)

Aber gut - lassen wir die Montage erst mal außen vor.

Geschlitztes Knotenblech

Das Knotenblech wird geschlitzt (Laser oder Bohrung + Schneiden/Sägen).

Er erfährt dadurch schon mal eine thermische Belastung.

Die "Fuge" wird durch die 4 Schweißnähte wieder geschlossen, so dass die 4 Schweißnähte und das Anschlussblech den Querschnitt quasi ersetzen.

In einem theoretischen Fachwerk (nur Zug und Druck in den Diagonalen) übertragen die Schweißnähte die Kräfte in Schweißnahtlängsrichtung.

(Wegen Praxis und Korrosionsschutz werden am Ende des Schlitzes und am Beginn des Schlitzes die Nähte durchgezogen, die gesamte Naht damit umlaufend ausgeführt.)

Geschlitztes Anschlussblech

Hier wird das Knotenblech quasi in den Schlitz des Anschlussbleches "gesteckt"

Hier erfährt das Anschlussblech durch das Schlitzen eine thermische Belastung.

Die "Fuge" (hier im Anschlussblech) wird durch die 4 Schweißnähte wieder geschlossen, so dass die 4 Schweißnähte und das Knotenblech den Querschnitt quasi ersetzen.

In einem theoretischen Fachwerk (nur Zug und Druck in den Diagonalen) übertragen die Schweißnähte die Kräfte in Schweißnahtlängsrichtung.

(Wegen Praxis und Korrosionsschutz werden am Ende des Schlitzes und am Beginn des Schlitzes die Nähte durchgezogen, die gesamte Naht damit umlaufend ausgeführt.)

Unterschied hier: Der Schlitz ist nahe an den Bohrungen für die Schrauben.

Ich denke, die Unterschiede sind eher theoretischer Natur bzw. habe ggf. Einfluss auf die Montage.

Ob sich hier irgendwelche Tau-, Sigma-, Phi- Kräfte und Spannungen auswirken scheint mit eher ein Thema für eine Doktorarbeit zu sein.

Das Schlitzen kann dann bei dynamischer Beanspruchung relevant werden wegen der Kerbwirkung (ist aber in #1 ausgeschlossen!).

Das wäre aber hier bei beiden Varianten gleichermaßen relevant.

Die Schlitzlängen müssten in beiden Varianten gleich lang sein, da in Summe die 4 Schweißnähte in beiden Varianten gleich lang sein müssen.

Die Schlitzdicke ist mit 20mm bei beiden Varianten auch identisch.

Dass das Knotenblech deutlich größer ist, als das Anschlussblech, lässt vermuten, dass das Schlitzen des Knotenbleches weniger relevant scheint, als das Schlitzen des Anschlussbleches, was m.M.n. aber vernachlässigbar ist, da sich die Kräfte immer den kürzesten Weg suchen.

OT - da nicht Thema der BA, aber wichtig für die Praxis

Wenn es ein Laschenstoß sein soll und ein Knotenblech zum Einsatz kommen soll - warum wird es dann kein Laschenstoß mit 2 Laschen beidseitig des Steges?

Sollte das Knotenblech dicker sein müssen als 9,5mm, dann können die Laschen an den Trägerstegen unterfüttert werden.

Dann muss der Träger auch nicht zwischen die 2 Anschlussbleche gefummelt werden und die Futterbleche müssen nicht eingetrieben werden ( was in der Ausführung immer schwierig ist und i.d.R. den Korrosionsschutz killt.)

Dann muss auch nur das Knotenblech geschweißt werden - was deutlich einfacher ist und schneller geht, als zusätzlich auch noch die Anschlussbleche zu schweißen.

NOTFALLS kommen ins Knotenblech 4 Schrauben und im (längeren) Teil des Trägers 6 Schrauben - FALLS die Kräfte soo groß sein sollten.

Sind in dem o.g. Beispiel die Diagonalkräfte wirklich soo groß, dass der Steg alleine die Kräfte nicht übertragen kann??

Falls ja, dann hätte ich vermutet, dass der horizontale Untergurt mindestens 1-2 Nummer größer ist, als die Diagonalen.

Gibt es jetzt Unterschiede in beiden Varianten?

Meine Meinung:

Praktisch nein.

Theoretisch ja - aber dit iss Doktorenkram!

Warum Praktisch nein? Weil schon alleine die Sicherheitsbeiwerte für Schrauben, Schweißnähte, Material und für die Lasten die marginalen Unterschiede in den beiden Varianten mehr als wett machen.

Theoretisch kann man sicher mit FEM-Methoden und Kristallgitterspannungen interne Strukturunterschiede feststellen - aber m.M.n nicht in einer durchschnittlichen Bachelorarbeit.

Zitat von saibot2107

Wenn die Stahlbaufirma einen Pauschalpreis für die Halle anbietet, wird jedes Gramm Stahl eingespart, dass eingespart werden kann, weil mit jedem Gramm das eingespart wird, der Gewinn der Stahlbaufirma steigt.

Wenn die Montage inclusive ist, dann wir auch nach schnellstmöglicher und einfacher, fehlertoleranten Montag geschaut. Dann wird auch mal etwas mehr Material verwendet, was aber durch kürzere Montagezeit wieder wettgemacht wird.

Und überhaupt muss darauf geachtet werden, dass die Konstruktion nicht nur theoretisch montierbar ist, sonder auch im Real Live.

Fachwerk mit Schraubverbindungen macht man ja, weil der komplette Gitterträger nicht transportierbar ist. Also muss vor Ort (fertig) montiert werden. Nicht in der temperierten trockenen Werkhalle mit 2 oder mehr Brückenränen.

Wenn der Übergurt genau so angeschlossen wird wie der Untergurt - dann stelle ich mir das schon schwierig vor. Den Obergurt so in der Luft in Position zu halten. Genau positioniert. Und dann die Diagonalen in Schräglage zwischen die 4 ! (2 oben, 2 unten) Anschlussbleche einzufädeln.

OK das ist wieder Praxis und nicht Thema der BA.

Aber weil der Knoten so unpraktisch ist würde ich darauf keine BA aufbauen wollen.

Was wäre denn die Minimalvariante?

Prüfen ob folgendes Montierbar ist:

2 Stück 20er Bleche 210mm breit wie 2 Biedeckel auf dem Untergurt gegeneinander gestellt und aufgeschweißt, mit je 4 Bohrungen und an den Diagonalen je eine 20er Kopfplatte 210x210mm.

4 Schottbleche dazu.