Wichtiger technischer Hinweis: Dies ist ein archivierter Lehrtext und keine aktuelle Planungsvorgabe, statische Berechnung, kein Tragfähigkeitsnachweis und keine Fertigungs- oder Montageanleitung. Die Planung von Hallen, Kuppeln, Skelettsystemen, hohen Masten, Türmen, Bergwerks- und Rohrkonstruktionen erfordert einen qualifizierten Planer, geotechnische und andere maßgebende Planungsgrundlagen, tatsächliche Einwirkungen, Nachweise für Stabilität, Ermüdung, Brand und Korrosion sowie die geltenden Vorschriften und Normen.
Die Planung und Konstruktion von Stahlkonstruktionen ist nicht Teil des aktuellen öffentlichen Angebots von Savo Kusić. Der heutige Produktionsschwerpunkt besteht aus Holzfenstern, Holz-Aluminium-Fenstern und kundenspezifischen Türen.
Hallen
1. Kuppeln. Es gibt Kuppeln, bei denen alle Stäbe auf der Oberfläche der Kuppel liegen und so räumliche Systeme bilden, bei anderen entstehen die Kuppeln durch die radiale Anordnung einzelner Befestigungselemente. Kuppeln, bei denen es sich um räumliche Gitter handelt, können die folgenden Formen haben:
- Schwedler-Kuppeln, bei denen die Rippen radial sind und durch horizontale Balken miteinander verbunden sind (Abb. 1)
- Netzkuppeln, deren Oberfläche aus einem Netzwerk von Dreiecken besteht, ohne radiale Rippen, aber mit umlaufenden Bändern gleicher Winkelzahl (Abb. 2). Basiert eine solche Kuppel auf einem regelmäßigen Vieleck mit gerader Seitenzahl, ist das System ohne besondere Stabilisierung instabil und unbrauchbar.
- Zimmerman-Kuppeln, bei denen es, ähnlich wie bei Schwedler- und Netzkuppeln, horizontale Ringe gibt, die Anzahl der Winkel an den Ringen jedoch mit zunehmender Höhe der Ringe allmählich abnimmt. Der Vorteil der Zimmermann-Kuppeln im Vergleich zu Schwedler- und Gitterkuppeln besteht darin, dass an den Ecken des unteren Teils nur vertikale Kräfte auftreten, während horizontale Kräfte aus dem Wind von der Mitte der Wände in Längsrichtung aufgenommen werden (Abb. 3).
- Slick- oder Plattenkuppeln, bei denen wie bei Netzkuppeln alle Einzelflächen dreieckig sind, während die Stützmethode der von Zimmerman-Kuppeln ähnelt (Abb. 4).
- Zeltdächer, bei denen die Rippen geradlinig sind (Abb. 5).
Abb. 1, 2, 3 und 4
Abb. 5
2. Sporthallen. Der Bau von Sporthallen wird durch die Form der Arena und die Bestuhlung bestimmt. Auf Säulen wird verzichtet, so dass der Betrachter einen freien Blick auf den gesamten Innenraum hat.
3. Ausstellungshallen. Bei Messehallen wird eine rechteckige Grundfläche verwendet, sodass die Anordnung der Befestigungselemente am einfachsten ist. Manchmal sind auch Innensäulen vorgesehen, allerdings besteht eine größere Freiheit bei der Raumaufteilung, wenn in der Halle keine Säulen vorhanden sind.
4. Werkstatthallen. Das Projekt einer Stahlkonstruktion für eine Werkstatthalle entsteht durch die Zusammenarbeit eines Betriebsexperten, eines Krankonstrukteurs und eines Stahlkonstruktionskonstrukteurs. Die Maße des Sockels und die Abstände der Säulen legt der Antriebsfachmann entsprechend der Maschinenanordnung und dem Arbeitsplan fest. Er bestimmt auch die Füllung der Wände, die Dacheindeckung sowie die Gründungsmethoden nach Meinung von Bauexperten. Der Krankonstrukteur ermittelt die Eigengewichte der Laufkatzen und Kräne, die Radabstände und die ungünstigsten Raddrücke. Auf Basis der Angaben des Betriebssachverständigen und des Krankonstrukteurs legt der Stahlbaukonstrukteur die Tragkonstruktion der Halle fest. Die Kranstützen sollten möglichst steif und ggf. mit Überstand ausgeführt sein, damit bei der Durchfahrt eines schwer beladenen Krans die Kranschiene eine horizontale Lage hat und somit ein relativ kleiner Kranmotor gewählt werden kann.
5, Sägeförmige Hallen. Sägeförmige Hallen werden in der Regel dann gebaut, wenn eine gleichmäßige Beleuchtung erforderlich ist und das direkte Eindringen von Sonnenlicht in das Halleninnere vermieden werden soll. Dies ist insbesondere in Produktions- und Lagerhallen der Textilindustrie wichtig. Die gesägten Dächer haben eine verglaste Oberfläche von 60° bis 90°, während die Neigung der massiven Oberfläche 30° beträgt. Die Glasfläche wird auf der Seite platziert, wo keine Sonne scheint, also nach Norden. Bei der Planung von Schnittdächern sollte man eine ganze Reihe von Fragen berücksichtigen, deren Lösung die maßgebliche Meinung des Investors ist, nämlich: Die Dacheindeckung kann aus leichten vorgefertigten Paneelen oder Ziegeln auf einer Holzunterlage bestehen, gesägte Befestigungselemente können Gitter sein (Abb. 6), Rahmen mit drei Gelenken (Abb. 7), bzw. Rahmen auf zwei Gelenken mit Spannung (sl 8). Die Gitterlösung hat das geringste Gewicht, hat aber den Nachteil, dass die Gitterstäbe, z.B. In der Textilindustrie halten sie Wollflusen zurück. Sollen möglichst wenige Stützen im Gebäudeinneren vorhanden sein, kann in beiden Dachebenen eine Lösung mit großspannigen Gittern zum Einsatz kommen, die sich gegenseitig abstützen und an den Enden auf Gitterstützen abgestützt sind.
Abb. 6
Abb. 7
Abb. 8
Hellingkonstruktionen
Die Konstruktionen über der Helling tragen hängende Drehkräne. Sie dienen der Grobmontage von Schiffen für den See- und Flussverkehr. Hochdrehkrane und Seilkrane konkurrieren mit diesen Konstruktionen. In Abb. 9 zeigt das Bauwerk auf der Helling der Nordseewerke Emden. Gewicht 3000 t, gebaut 1912.
Abb. 9
Stahlskelettkonstruktionen
Bei einer Stahlskelettkonstruktion handelt es sich um ein mehrgeschossiges Bauwerk, dessen Säulen, Stützen und Träger aus Stahl ihrerseits die Last aus dem Eigengewicht anderer Materialien sowie Nutzlasten auf das Fundament übertragen. Außen- und Innenwände dienen lediglich der Umschließung des Raumes. Das Stahlskelett nimmt neben dem Eigengewicht und der Nutzlast auch den Winddruck auf das Gebäude in Längs- und Querrichtung auf.
Skelettkonstruktionen haben im Allgemeinen eine solche Form, dass die Stützen und Balken Querrahmen bilden. Diese Rahmen haben in Gebäudelängsrichtung etwa den gleichen Abstand zueinander und sind durch Längsstützen verbunden. Rahmen können zwei oder drei Pfosten haben. Die Verbindungen der Unterkonstruktion zu den Säulen können starr oder gelenkig sein.
Um das Gebäude in Längsrichtung auszusteifen, werden in fensterlosen Feldern vertikale Fugen angebracht (Abb. 10), oder alle Stützen der Außenwände werden starr mit den Stützen verbunden, so dass eine Rahmenkonstruktion mit zahlreichen Knoten entsteht (Abb. 11).
Abb. 10
Abb. 11
Die Wahl der Materialien für Decken, Innen- und Außenwände ist von entscheidender Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit und Zweckmäßigkeit der Lösung. Diese Materialien müssen eine wärme- und schalldämmende Wirkung haben, sie müssen leicht und beständig gegen Witterungseinflüsse sein, sie müssen Stahlwände vor Feuer, Rost und Kondenswasser schützen. Decken bestehen aus Beton mit glatter oder gekreuzter Bewehrung oder aus Betonfertigteilen.
Die Einsatzmöglichkeiten von Stahlskelettkonstruktionen sind sehr vielfältig. Sie werden beim Bau von Hochhäusern und Gewerbebauten, Hotels und vielen Industrieanlagen eingesetzt und bieten gegenüber anderen Bauweisen viele Vorteile. Die hohe Festigkeit des Stahls führt zu relativ geringen Abmessungen der Stützelemente. Da die Wände hier nicht an der Lastabtragung beteiligt sind, können sie in allen Geschossen gleich dick sein. Der Zeitaufwand für den Aufbau des Stahlskeletts ist kurz, die Montage kann bei jedem Wetter erfolgen. Änderungen am Bauwerk können während der Montage und auch nach der Gebäudeübernahme problemlos umgesetzt werden, ohne die Sicherheit des Gebäudes zu gefährden. Bodensenkungen können durch Anheben von Stützen problemlos ausgeglichen werden, ohne den Betrieb des Gebäudes selbst zu unterbrechen.
Bei solchen Konstruktionen werden leichte Materialien für Decken und Wände verwendet und auch die Tragkonstruktion selbst ist leicht, sodass das Gesamteigengewicht des Gebäudes relativ gering ist. Dadurch sind die Finanzierungskosten gering. Sie lassen sich leicht demontieren, wobei einzelne Stahlteile teilweise wiederverwendet werden können.
Hohe Maste und Türme
Hohe Maste und Türme sind hohe und schlanke Bauwerke mit relativ geringer Belastung, für die Stahl ein besonders geeigneter Werkstoff ist.
1. Lichtmasten. Zur gleichmäßigen Ausleuchtung möglichst großer Flächen, insbesondere im Bereich von Bahnanlagen und Bergwerken, werden Masten mit einer Höhe von 25 bis 40m errichtet. Oben befindet sich eine Plattform, auf der die Lichtinstallationen platziert sind. Um die Reparatur dieser Anlagen zu erleichtern, sind Kletterer vorgesehen (Abb. 12). Eckbänder, Diagonalen und Horizontalen bestehen aus Winkeln. Die Berechnung erfolgt wie bei Konstruktionen im Baugewerbe.
Abb. 12
2. Masten für das Straßenbahnnetz. Unter Berücksichtigung der Art der Spannung des Tragseils ist in allen horizontalen Achsen der gleiche Biegewiderstand erforderlich. Die Blechdicke reicht je nach Höhe von 8 bis 10 mm.
3. Masten für das elektrische Eisenbahnnetz. Sie haben eine Höhe von 8 bis 16 m. Die Höhe richtet sich nach der Spannweite und damit nach dem Pfeil des Tragseils, der senkrecht oder schräg zum Leiter liegen kann (Abb. 12). Der unten rechteckige und oben quadratische Abschnitt sollte möglichst klein sein. Es ist sinnvoll, die Diagonalen von den Ecken direkt an die Bänder zu binden, ohne die Laken zu verknoten. Jeder Eckgurt hat am unteren Ende eine Tragplatte und die gesamte Säule ruht auf einem gemeinsamen Fundament für alle vier Gurte. Die Säule wird mit Betonankerbolzen am Fundament befestigt.
4. Stromleitungsmasten. Bei wichtigen Hochspannungsleitungen bestehen die Masten fast ausschließlich aus Stahl. Ihre Höhe ist abhängig von der freien Spannweite, Anordnung der Konsolen, Materialien und zulässigen Spannungen, Leitern und Schutzseil am Mast sowie von den Belastungsverhältnissen. Von Einfluss ist auch die Anzahl der Wechselstromsysteme, die über die Pole übertragen werden. Je nach Verwendungszweck unterscheidet man folgende Arten von Masten: Tragmaste zur Führung von Leitern in der Richtung (Abb. 13), Eckmaste mit Sollbruchstellen der Trasse zur Aufnahme horizontaler Komponenten des Leiters, Zugmaste (Abb. 13), Verbindungs- oder Trennmaste, die der Verbindung oder Teilung von Leitern in verschiedene Richtungen dienen.
Abb. 13
Die Säule hat fast immer einen quadratischen Querschnitt und besteht aus mehreren Teilen in der Höhe. Gürtel und Diagonalen werden aus Winkeln hergestellt. Um die Knickfestigkeit zu erhöhen, werden die Gurte nach der Montage teilweise mit Beton gefüllt. Der Anschluss von Diagonalen und Gurten erfolgt, sofern bautechnisch möglich, ohne Knotenbleche. Kleinere Stützen, insbesondere Stützsäulen, werden auf Holzschwellen verankert, die 3 m tief eingegraben sind. Hohe Säulen werden ausschließlich auf einem Betonblockfundament aufgestellt.
Bergwerksanlagen
Für Übertageanlagen von Bergwerken werden Fachbegriffe verwendet; die wichtigsten sind in Abb. 14 erläutert. Der Hauptteil des Fördergerüsts ist der Führungsturm. Seine Höhe hängt von der Höhe des Einfahrpodests über dem Gelände, der Länge des Förderkorbs, der Länge des Übertreibwegs, der Höhe des Puffers und der Fallhöhe zwischen Puffer und Fangvorrichtung ab.
Abb. 14.1.
Abb. 14.2.
Im Laufe der Jahre entwickelten sich je nach Lage der Fördermaschine zum Turm unterschiedliche Formen von Fördergerüsten. Bei einer einfachen Förderanlage, bei der ein Förderkorb aufwärts und einer abwärts fährt, können die Körbe aus Sicht der Fördermaschine nebeneinander hängen. Dann können beide Seilscheiben nebeneinander auf derselben Bühne liegen, sodass das Fördergerüst eingeschossig ist. Abbildung 15 zeigt eine Lösung mit vier nebeneinanderliegenden Seilscheiben.
Abb. 15
Hängen die Förderkörbe hintereinander, müssen die Seilscheiben übereinander liegen, sodass ein zweigeschossiges Fördergerüst entsteht (Abb. 16). Bei einer Doppelförderanlage mit vier aus Sicht der Fördermaschine nebeneinanderliegenden Körben können alle vier Seilscheiben nebeneinander auf einem eingeschossigen Fördergerüst angeordnet werden (Abb. 15).
Wenn jedoch, von der Maschine aus gesehen, vier Körbe hintereinander platziert werden, muss eine Maschine auf den gegenüberliegenden Seiten des Turms platziert werden, und der Turm wird als zweistöckiger Aufbau mit ausgebreitetem Unterteil gelöst (Abb. 17). Erst wenn in Schachtnähe nicht genügend Platz vorhanden ist, um das Maschinenhaus neben dem Turm zu platzieren, wird die Antriebsmaschine auf dem Turm selbst platziert.
Zu den Übertageanlagen eines Bergwerks können neben Fördergerüsten auch Hallen an den Schächten und Aufbereitungsanlagen gehören, in denen Kohle verarbeitet wird. Die Planung dieser Anlagen erfordert die Zusammenarbeit des Stahlbauplaners mit dem Ausrüstungslieferanten. Grundsätzlich unterscheiden sich diese Bauwerke nicht von anderen Stahlkonstruktionen; die Konstruktion muss jedoch fortlaufend an die maschinelle Ausrüstung angepasst werden. Bei einer Werkstatthalle kann beispielsweise angenommen werden, dass alle Rahmen gleich sind; bei einer Bergwerkshalle oder Kohlenwäsche ist dies dagegen selten.
Abb. 16
Abb. 17
Rohrkonstruktionen
Ein Rohr ist der günstigste Querschnitt für eine gepresste Stange, die in alle Richtungen gleichmäßig abgestützt ist. Darüber hinaus können bei Rohren geringste Wandstärken erreicht werden. In allen anderen Abschnitten ist diese Dicke durch lokale Instabilität stärker begrenzt als bei einem zylindrischen Rohr. Rohre sind besonders unempfindlich gegenüber der Gefahr einer Verdrehung, was bei anderen Abschnitten von Stahlkonstruktionen nicht der Fall ist. Neben diesen statischen Vorteilen von Rohren besteht ihr Nachteil in einer ungünstigen Form zur Aufnahme von Biegemomenten sowie in der schwierigen Verbindung dickerer Rohre im Winkel.
Rohre können entweder aus gebogenen Blechen mit geschweißter Längsnaht oder nahtlos gewalzt hergestellt werden. In beiden Fällen ist der Rohrpreis wegen der aufwendigeren Herstellung höher als der Preis von Profilen. Rohrkonstruktionen sind daher nur bei einer entsprechenden Verringerung des Materialgewichts konkurrenzfähig. Rohre werden insbesondere als Gebäudestützen eingesetzt, wenn sie nur durch Normalkräfte belastet sind. Sie werden auch für Stützen von Unterführungen und unterirdischen Bauwerken sowie häufig für Gerüste verwendet. Zum Schutz vor innerer Korrosion müssen sämtliche Stöße, Anschlüsse und Rohrenden vollständig dicht verschweißt werden.
Anwendungshinweis: Historische Beispiele, Abmessungen, Typologien und Aussagen zur Systemökonomie oder -freundlichkeit dürfen nicht als Ersatz für aktuelle Standards, Standortbedingungen, technische Eigenschaften von Materialien und Geräten oder Expertenverifizierungen spezifischer Konstruktionen verwendet werden.