1. Stahlbaunormen – DIN EN 1993-1-8: Bemessung von Anschlüssen
Mit der bauaufsichtlichen Einführung der Eurocodes erfolgt die Bemessung von Anschlüssen und Verbindungen in Stahltragwerken mit vorwiegend ruhenden Beanspruchungen nach DIN EN 1993-1-8 (Eurocode 3 Teil 1-8). Neben Bemessungs- und Konstruktionsregeln für elementare Verbindungsmittel wie Schrauben, Nieten, Bolzen und Schweißnähte, stellt DIN EN 1993-1-8 auch Berechnungsverfahren zur Bemessung von geschweißten und geschraubten Stirnplattenverbindungen sowie für geschweißte Hohlprofilknoten bereit.
In dem vorliegenden Beitrag finden sich neben dem Text der Norm und dem nationalen Anhang für Deutschland ergänzende Anmerkungen und Hinweise der Autoren, die dem Leser die Anwendung der DIN EN 1993-1-8 erleichtern sollen.
2. Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB), Normen und Zulassungen im Stahlbau
Der Beitrag bietet eine auf den Stahlbau ausgerichtete Zusammenstellung relevanter Normen und Richtlinien und gibt ferner einen Überblick über die vom Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt) im Bereich Metallbau erteilten allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen (abZ), Europäischen Technischen Zulassungen und Europäischen Technischen Bewertungen (ETA). Er informiert außerdem über die Überführung der Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen (MLTB) sowie der Bauregelliste (BRL) in die Muster-Verwaltungsvorschrift Technische Baubestimmungen (MVV TB) im Zusammenhang mit dem EuGH-Urteil vom 16. Oktober 2014 (Rechtssache C-100/13).
3. Europäische Regeln für Bauprodukte und Umsetzung in Deutschland – das neue bauaufsichtliche Konzept
Mit der Umstellung auf das neue bauaufsichtliche Konzept wird sich die Bauaufsicht dort zurückziehen, wo nationale Anforderungen an Bauwerke nicht über die wesentlichen Merkmale von Bauprodukten, die nach harmonisierten europäischen Spezifikationen hergestellt werden, abgedeckt sind. Die Bauregelliste B, die diese Lücke bislang geschlossen hat, wird es nicht mehr geben und infolgedessen wird die dort gestellte Forderung nach einer allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung als bauaufsichtlicher Verwendbarkeitsnachweis entfallen.
Damit erübrigt sich nicht nur die Verpflichtung, ein bestimmtes Prüfverfahren konkret anzuwenden, sondern auch die Verpflichtung, den Nachweis auf Übereinstimmung des Bauprodukts mit den Vorgaben des (nationalen) Regelwerks zu erbringen. Diese Lücke, nämlich der Nachweis, dass das Bauprodukt neben den Leistungsmerkmalen nach der harmonisierten Spezifikation die zusätzlichen nationalen Anforderungen ebenfalls erfüllt, muss vom Hersteller plausibel geschlossen werden, damit Bauaufsicht und ausführende Bauwirtschaft weiterhin Vertrauen in die Qualität des Bauprodukts haben.
Die Bauaufsicht beabsichtigt bestimmte Standards für die Qualität dieses „Ergänzenden Nachweises“ bei zusätzlichen Bauwerksanforderungen – soweit diese vom Bauprodukt erfüllt werden sollen – festzulegen oder, falls erforderlich, die Verwendung des Produkts einzuschränken.
Der Bauherr bzw. das in seinem Auftrag tätige Unternehmen entscheidet mit der detaillierten Ausschreibung letztlich selbst über die Qualität des für die Verwendung vorgesehenen Bauprodukts. Mit dem erstmaligen Inkrafttreten einer harmonisierten Produktnorm reicht es nicht mehr aus, im Ausschreibungstext Bauprodukt und ggf. betroffene (nationale) Norm zu benennen. Vielmehr müssen die geforderten Leistungsmerkmale des Produkts, also auch die ergänzten, konkret aufgelistet werden.
4. Zähigkeitsbasierte Stahlsortenwahl nach DIN EN 1993 – Stand der Normung und neue Entwicklungen
Während im Tieflagenbereich bereits bruchmechanische Bemessungsansätze vorliegen, mit denen sprödes Versagen sicher ausgeschlossen werden kann, fehlt in den aktuellen europäischen Stahlbaunormen ein durchgängiges Konzept zur Bewertung der Zähigkeit in der Hochlage.
Zähigkeitsanforderungen werden üblicherweise durch bruchmechanische Ansätze erfasst, die allerdings bei ausgedehnten plastischen Verformungen an ihre Grenzen gelangen. Unlängst wurden schädigungsmechanische Ansätze entwickelt, die gegenüber der Bruchmechanik den wesentlichen Vorteil haben, keine Initialschädigung unterstellen zu müssen und überdies duktiles Bauteilverhalten sowohl unter monotonen als auch unter niedrigzyklischen Beanspruchungen gut abzubilden.
Im folgenden Beitrag wird zunächst der Stand der europäischen Normung hinsichtlich der Zähigkeitsfrage sowohl für die Tieflage als auch für die Hochlage erläutert. Anschließend werden neue Entwicklungen insbesondere hinsichtlich der Anwendung schädigungsmechanischer Verfahren zur Quantifizierung von verbesserten Zähigkeitsanforderungen für die Hochlage vorgestellt.
5. Moderne bildgebende Ultraschall-Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Schweißnähten im Stahlbau
Die Ultraschallprüfung zählt zu den wichtigsten zerstörungsfreien Prüfverfahren für Stahlschweißverbindungen. Dabei wird ausgenutzt, dass elastische Wellen mit Inhomogenitäten wechselwirken. Der Beitrag gibt aus der Perspektive der Prüfung heraus einen Überblick über die physikalischen Grundlagen und die Anwendung verschiedener Ultraschall-Prüfverfahren. Hierbei wird auf die Bewertung von Echoanzeigen bei klassischen Verfahren eingegangen und die erst vor einigen Jahren durch Normen standardisierten bildgebenden Verfahren der Beugungslaufzeittechnik (ToFD) und der Phased-Array-Methode erläutert. An einem Praxisbeispiel werden diese Methoden mit herkömmlichen Prüfverfahren verglichen. Die erwähnten Ultraschallmethoden haben den Nachteil, dass sie ein Koppelmittel als akustische Verbindung zum Prüfling benötigen. Als Ausblick wird gezeigt, dass für spezielle Prüfaufgaben auch berührungslos mit luftgekoppeltem Ultraschall eine zerstörungsfreie Prüfung von Schweißnähten gelingt.
6. Industriehallen aus Stahl
Im Bereich der Industriehallen hat der Stahlbau nach wie vor starke Konkurrenz durch die Baustoffe Holz und Stahlbeton. Der vorliegende Beitrag soll eine Hilfestellung für den planenden Ingenieur sein, der eine Stahlhalle entwerfen muss. Nach einem Überblick über die am Markt üblichen Hallenkonstruktionen – angefangen bei kleinen Hallen für landwirtschaftliche Zwecke bis zu großen Logistikhallen oder Hochregallagern – werden die typischen Hallen für die jeweiligen Anwendungsgebiete vorgestellt und deren statische Systeme erläutert. Die anzusetzenden Lasten aus Eigengewicht, Schnee, Wind, Erdbeben, PV-Anlagen und die Besonderheiten beim Entwurf und bei der Bemessung der tragenden Hallenkonstruktion nach EC 3, Teile 1-1 und 1-8 werden erläutert. Anschließend werden die üblichen Dach- und Wandverkleidungen aus Trapezprofilen, Sandwichelementen oder Kassettenwänden einschließlich deren Unterkonstruktionen vorgestellt und Hinweise zu deren Bemessung nach EC 3, Teil 1-3 gegeben. Anmerkungen zum Brandschutz und zur Gründung schließen sich an. Der Beitrag endet mit der Beschreibung einer Auswahl der typischen Konstruktionsdetails für Rahmenecken und Stützenfüße sowie mit einem Hinweis auf die Musterhallenstatik von bauforum stahl.
7. Bemessung von Kranbahnen nach DIN EN 1993-6
Für die Bemessung von Kranbahnträgern sind aufgrund der Kraneinwirkungen die Fragen der Radlasteinleitung, der Stabilität und der Ermüdung relevant. Im Beitrag wird die Anwendung von Eurocode 3, insbesondere DIN EN 1993-6, in Verbindung mit praktischen Beispielen erläutert. Die Informationen umfassen den kompletten Anwendungsbereich mit Kranbahnen von Brückenlaufkranen und Hängekranen sowie Einschienenkatzbahnen. Für die Tragwerksberechnung wird u. a. eine Übersicht gegeben, wann die einzelnen lokalen Beanspruchungen aus Radlasteinleitung zu berücksichtigen sind. Bei der Erläuterung zum Ermüdungsnachweis, der in der Praxis seit der Einführung von Eurocode 3 wahrscheinlich zu den größten Schwierigkeiten führt, wird dargestellt, welche Änderungen, Korrekturen und Vorschläge zu einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit führen können. Dies betrifft vor allem Vorschläge für eine Überarbeitung oder Neuaufnahme kranbahnspezifischer Details in die Kerbfalltabellen von DIN EN 1993-1-9.
8. Türme und Maste
Türme und Maste sind selbstverständlicher Teil unserer modernen Infrastruktur. In unzähliger Vielzahl sorgen Sie dafür, dass unser modernes Leben mit Bezug auf Kommunikation, Fabrikation und Infrastruktur überhaupt möglich ist. Wie schmerzhaft der Ausfall solcher Bauwerke sein kann, hat beispielsweise das Versagen mehrerer Freileitungsmaste im Münsterland im Winter 2005 gezeigt. Nicht nur dieses Ereignis führte uns klar vor Augen, dass die Weiterentwicklung dieser weit verbreiteten Tragwerke und die Präzisierungen bzw. Zuschärfungen der Einwirkungs- und Widerstandskriterien aus Gründen der Zuverlässigkeit nach wie vor von großer Bedeutung sind.
Im vorliegenden Beitrag geht es vor allem um die technischen Besonderheiten, die für die Planung von Turm- und Mastbauwerken relevant sind. Vor allem in den Themenbereichen der Standsicherheitsbewertung, der Lastannahmen und der Bewertung von Ermüdungseffekten werden Untersuchungen präsentiert und in Bezug zu bestehenden Regelungen gesetzt. Der Beitrag berücksichtigt dabei alle gängigen Konstruktionsformen von Türmen und Masten sowie deren unterschiedliche Einsatzgebiete.
Für Freileitungsmaste kommen grundsätzlich andere Regelungen zur Anwendung, da sie nicht dem bauaufsichtlich geregelten Bereich zuzuschreiben sind. Aufgrund dieser Sonderstellung werden im vorliegenden Beitrag auch die entsprechenden Grundlagen für diese Tragwerke detailliert behandelt.
9. Freistehende Stahlschornsteine
In der DIN 4133, freistehende Stahlschornsteine, wurde das abgasführende Innenrohr und das tragende Außenrohr in einer Norm behandelt. Nicht so in den europäischen Normen. In DIN EN 13084-1 werden allgemeine Anforderungen aufgezeigt und dies werkstoffübergreifend. Die abgasführenden Teile aus Stahl werden in DIN EN 13084-6, als Konstruktionsnorm, und in DIN EN 13084-7, als Produktnorm, behandelt. Die DIN EN 13084-7 führt gemäß Bauproduktenverordnung als Produktnorm zur CE-Kennzeichnung. Die Bewertung der chemischen Belastung ist dabei besonders zu beachten.
Das statisch tragende Rohr wird in DIN EN 1993-3-2, als Teil des Eurocodes, beschrieben. Mit den Normen DIN EN 1090-1, Zertifizierung, und DIN EN 1090-2, Fertigung, kommt man zur CE-Kennzeichnung auf der Grundlage des Eurocodes.
Der Beitrag „Freistehende Stahlschornsteine“ gibt eine Übersicht der nötigen Aktivitäten.
10. Silos und Tanks
Für den Praktiker werden Hinweise zur Bemessung von Silos und Tanks mit glatten und profilierten Wänden gegeben.
Die Anwendungsnormen DIN EN 1993-4-1, DIN EN 1993-4-2 und DIN EN 1998-1-4 werden im Hinblick auf ihre Einbettung in die Grundlagennormen des Eurocodes dargestellt.
Die Darstellung der Einwirkungen aus Schüttgut nimmt einen breiten Raum ein. Die übrigen relevanten Behälterlasten werden zum Teil nur skizziert, Erdbeben wird ausführlicher behandelt. Ein eigener Abschnitt wird Zuverlässigkeitsbetrachtungen gewidmet.
Die unterschiedlichen Berechnungsmodelle von der Membrantheorie bis zu GMNIA-Berechnungen mit der Finite-Elemente-Methode werden beschrieben. Dabei werden ergänzende Regeln für die Ermittlung der mittragenden Breite bei abgestuften Wanddicken abgeleitet. Eine neue Methode für den Außendrucknachweis wird mit Anwendungsbeispiel erläutert.
Zur Bemessung der Komponenten Dach, Mantel, Trichter, Stützen, Böden werden Hinweise gegeben.
11. Bewertung und Instandsetzung von Altstahlkonstruktionen
Seit einigen Jahrzehnten erfährt das Bauwesen einen strukturellen Wandel, bei dem das Bauen im Bestand gegenüber der Errichtung neuer Bauwerke einen zunehmenden Anteil einnimmt. Zu den Maßnahmen gehören Sanierungen und Instandsetzungen zur Verlängerung der Lebensdauer der Bauwerke wie auch Ertüchtigungen zur Anpassung an veränderte Nutzungsbedingungen. Zahlreiche Stahltragwerke des 19. und des frühen 20. Jahrhunderts werden noch heute genutzt, auch wenn ihre geplante Nutzungsdauer bereits deutlich überschritten ist. Zur Planung von Instandsetzungs- und Ertüchtigungsmaßnahmen sind tiefergehende Kenntnisse über die zur Errichtungszeit verwendeten Stähle, die Werkstoffeigenschaften und Verbindungstechniken, das Sprödbruchverhalten und die Ermüdungsfestigkeit erforderlich. Im vorliegenden Beitrag werden Grundlagen zu Altstahlkonstruktionen behandelt, die für die Bewertung, Modernisierung und Instandsetzung von Interesse sind. Dabei wird der Begriff „Altstahl“ für die Stähle verwendet, die im Puddelofen oder als Flussstähle nach dem Thomas-, Bessemer- oder Siemens-Martin-Verfahren hergestellt wurden.
12. Anwendung der Feuerverzinkung im Brückenbau
Stahl- und Stahlverbundbrücken erfordern einen intakten und dauerhaften Korrosionsschutz, um Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten zu vermeiden. Die Feuerverzinkung eignet sich in besonderer Weise für diese Anforderungen, sie bietet dauerhaften Schutz über den gesamten Lebenszyklus eines Brückenbauwerks. Mit neuesten Forschungsergebnissen zum Einfluss der Feuerverzinkung auf die Ermüdungsfestigkeit der Bauteile wurden zudem die Grundlagen geschaffen für eine Anwendung unter zyklischer Belastung.
In diesem Beitrag werden die Grundlagen zum Stückverzinken von Brückenbauteilen dargelegt. Es werden Anwendungsregeln und Empfehlungen für die Planung, Entwurf und Bemessung von feuerverzinkten Stahl- und Verbundbrücken bereitgestellt und anhand von Beispielen einzelner Detailausführungen näher erläutert. Zudem werden die Aspekte der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit der Feuerverzinkung als Korrosionsschutz im Brückenbau aufgezeigt.
13. Anwendung der Feuerverzinkung im Brückenbau – Praxisbeispiele
Die Einführung des Korrosionsschutzverfahrens Feuerverzinken zur Anwendung für Stahl- und Verbundbrücken in Deutschland steht gerade am Anfang.
Historische Verkehrsbauwerke, vorwiegend aus dem Ausland, zeigen das Potenzial dieses Schutzverfahrens auf, welches einen dauerhaften und wartungsfreien Korrosionsschutz für hoch korrosiv belastete Stahlkonstruktionen im Verkehrssektor über Jahrzehnte bietet.
Aktuelle Forschungsergebnisse machen den Weg frei, feuerverzinkte Bauteile auch für ermüdungsbeanspruchte Bauwerke zu bemessen und einzusetzen.
Die erste praktische Umsetzung in Deutschland erfolgte im Rahmen eines Demonstrationsvorhabens durch den Bau einer feuerverzinkten Stahlverbundbrücke über die BAB 44 bei Kassel, welche im Jahr 2016 erfolgreich abgeschlossen werden konnte.
Basierend auf den neuen Erkenntnissen ergeben sich weitere praktische Anwendungsfelder im Bereich von temporären Brückenkonstruktionen aus feuerverzinktem Stahl und feuerverzinkten Fahrbahnübergängen.
