Die Studienarbeit bearbeitet das Thema „Statische und konstruktive Bearbeitung einer Tribünenkonstruktion in Stahlbauweise“. Die grundlegenden Abmessungen betragen in der Länge 100 Meter, in der Tiefe 25 Meter und in der Höhe 20 Meter. Maßgebende Prämissen der Konstruktion sind die Sichtfreiheit auf das Spielfeld und einen Abschluss an den Seiten, sowie im oberen Bereich der Rückwand durch eine Glaskonstruktion. Des Weiteren soll bereits bei der Bemessung der tragenden Dachkonstruktion eine zusätzliche Ausbaulast für eine Photovoltaikanlage, die in einigen Jahren nachgerüstet werden soll, berücksichtigt werden.
VORGEHENSWEISE: Der Anfang der Studienarbeit beschäftigt sich mit der Entwurfsfindung. Hierzu werden drei Entwurfsvorschläge mit Vorbemessung sowie Beurteilung in konstruktiver und ästhetischer Hinsicht ausgearbeitet. Außerdem wird eine statische Berechnung erstellt und mit Skizzen versehen. Der Lastabtrag der einzelnen Entwürfe wird an dieser Stelle detaillierter erklärt. Nach dem Entschluss für einen Hauptentwurf aus den Entwurfsvorschlägen wird das Tragverhalten der Konstruktion ausführlich erläutert und statisch berechnet.
Anschließend beginnt die Nachweisführung der Konstruktion in den wesentlichen Punkten. Die Nachweise basieren auf Grundlage der DIN 18800.
Im Anschluss werden Zeichnungen des Hauptentwurfes in allen drei Ansichten sowie wesentliche Detailzeichnungen angefertigt.
Inhaltsverzeichnis
1. EINFÜHRUNG
1.1 ALLGEMEINES
1.2 VORGEHENSWEISE
1.3 VERWENDETE NORMEN, RICHTLINIEN UND HILFSMITTEL
2. GRUNDLAGEN UND EINWIRKUNGEN
2.1 ERFORDERLICHE NACHWEISE
2.2 TRAGWERKSVERFORMUNGEN
2.3 EINWIRKUNGEN DER VORENTWÜRFE
3. ENTWURFSVORSCHLÄGE
3.1 ENTWURF 1 „TRAGWERK ALS HÄNGEBRÜCKE“
3.1.1 LASTABTRAG
3.1.2 KONSTRUKTIVER ASPEKT
3.1.3 ÄSTHETISCHER ASPEKT
3.1.4 STATIK
3.1.5 VORBEMESSUNG
3.1.6 ZEICHNUNGEN
3.2 ENTWURF 2 „TRAGWERK MIT STÜTZEN“
3.2.1 LASTABTRAG
3.2.2 FACHWERKMECHANISMUS
3.2.3 KONSTRUKTIVER ASPEKT
3.2.4 ÄSTHETISCHER ASPEKT
3.2.5 STATIK
3.2.6 VORBEMESSUNG
3.2.7 ZEICHNUNGEN
3.3 ENTWURF 3 „ABGESPANNTES TRAGWERK“
3.3.1 LASTABTRAG
3.3.2 KONSTRUKTIVER ASPEKT
3.3.3 ÄSTHETISCHER ASPEKT
3.3.4 STATIK
3.3.5 VORBEMESSUNG
3.3.6 ZEICHNUNGEN
3.4 ENTSCHEIDUNG FÜR DEN HAUPTENTWURF
3.4.1 ÄSTHETIK DER KONSTRUKTION
3.4.2 KONSTRUKTIVER ASPEKT
3.4.4 AUSWAHL HAUPTENTWURF
4. HAUPTENTWURF
4.1 TRAGWERKSBESCHREIBUNG UND SYSTEMWAHL
4.2 BERECHNUNGSGRUNDLAGEN UND LASTABTRAG
4.3 QUERSCHNITTSWERTE UND GEOMETRIE DER KONSTRUKTION
4.4 LASTANNAHMEN
4.4.2 STÄNDIGE LASTEN
4.4.3 VERÄNDERLICHER LASTEN
4.4.4 BERECHNUNG DER BEANSPRUCHUNGEN AUS DEN EINWIRKUNGEN
4.4.5 LASTFÄLLE UND LASTFALLKOMBINATIONEN
4.4.6 MAßGEBENDEN SCHNITTGRÖßEN UND VERFORMUNGEN
4.5 NACHWEIS DER TRAGFÄHIGKEIT NACH DIN 18800-1
4.5.1 GRENZWERTERMITTLUNG GRENZ (b/t) DER QUERSCHNITTSTEILE
4.5.2 NACHWEISVERFAHREN NACH DIN 18800-1 ELASTISCH – ELASTISCH
4.5.3 NACHWEIS DER GURTE IM KRAGARM
4.5.4 NACHWEIS DER STREBEN IM KRAGARM
4.5.5 NACHWEIS DER PYLONSTÜTZEN
4.5.5 NACHWEIS DER DRUCK / ZUGROHRE
4.5.6 NACHWEIS DER ZUGSTÄBE
4.5.7 NACHWEIS DER TRAPEZBLECHE
4.6 NACHWEIS STABILITÄTSGEFÄHRDETER BAUTEILE NACH DIN 18800-2
4.6.1 BIEGEKNICKNACHWEIS DER GURTE VOM KRAGARM
4.6.2 BIEGEKNICKNACHWEIS DER STREBEN VOM KRAGARM
4.6.3 BIEGEKNICKNACHWEIS DER DRUCK / ZUGROHRE
4.6.4 BIEGEKNICKNACHWEIS DES HAUPTPYLON
4.7 GEBRAUCHSTAUGLICHKEITSNACHWEIS NACH DIN 18800
4.8 NACHWEIS DER GESTALTFESTIGKEIT DER KNOTEN UNTER BERÜCKSICHTIGUNG DER KNOTENGEOMETRIE
4.8.1 NACHWEIS KT KNOTENVERBINDUNG
5.0 ZEICHNUNGEN MIT RSTAB
Zielsetzung und Themen
Diese Studienarbeit befasst sich mit der statischen und konstruktiven Planung einer Tribünenüberdachung in Stahlbauweise für eine Fläche von 100 x 25 Metern, wobei eine spätere Nachrüstung mit Photovoltaikanlagen berücksichtigt werden muss. Die Forschungsfrage fokussiert sich auf die Entwicklung einer sowohl ästhetisch ansprechenden als auch konstruktiv wirtschaftlichen und stabilen Tragwerkslösung.
- Konzeption und Bewertung dreier unterschiedlicher Entwurfsvarianten für eine Tribünenüberdachung.
- Detaillierte statische Bemessung und Nachweisführung nach DIN 18800 unter Berücksichtigung von Eigengewicht, Schnee- und Windlasten.
- Vergleich konstruktiver Aspekte hinsichtlich Montageaufwand und technischer Realisierbarkeit.
- Gestaltfestigkeitsnachweis von Knotenverbindungen bei dem gewählten Hauptentwurf.
Auszug aus dem Buch
3.1 ENTWURF 1 „TRAGWERK ALS HÄNGEBRÜCKE“
Das Tragwerk funktioniert wie bei einer klassischen Hängebrücke. Diese Bauart wird auch im Brückenbau bei großen Spannweiten als die wirtschaftlichste Bauart eingesetzt. Zwei große parallele Tragseile tragen die vertikalen Dachlasten zu den Pylonen hin ab. Diese werden nach außen abgespannt und werden in Höhe der Dachfläche umgelenkt und vertikal zu Boden geführt. Es entstehen nur Axialkräfte. Die horizontalen Komponenten werden durch einen Druckstab, in diesem Fall ein räumlicher Fachwerkträger, aufgenommen der die gegenüberliegenden Abspannseile verbindet und so einen Ausgleich der Kräfte schafft. Das Hauptsystem besteht aus einem räumlichen Gitterträger als Druckstab, welcher als Fachwerkträger ausgebildet wird. Der Gitterträger wird durch die beiden Pylone hindurchgeführt ohne ihn zu berühren. Er hängt also „schwimmend“ an den Seilen. Entlang seiner Mittellinie wird der Gitterträger an der Seilkonstruktion aufgehängt. Vom Gitterträger kragen jeweils Querträger mit einer Länge von 12,50 m nach beiden Seiten aus. Sie sind im Abstand von 10,00 m angeordnet und bilden somit die Dachfläche. Am Außenrand der Tribünenkante wird das Dach mittels Pendelstützen abgestützt damit bei ungleichmäßigen Belastungen durch Schnee und Wind das Tragwerk in der Balance gehalten wird.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINFÜHRUNG: Dieses Kapitel definiert die Aufgabenstellung, die geometrischen Rahmenbedingungen des Projekts sowie die methodische Vorgehensweise bei der Entwurfsfindung.
2. GRUNDLAGEN UND EINWIRKUNGEN: Hier werden die relevanten Normen, das Sicherheitskonzept sowie die verschiedenen Lastarten wie Eigengewicht, Schnee- und Windlasten für die statische Berechnung dargelegt.
3. ENTWURFSVORSCHLÄGE: In diesem Teil werden drei verschiedene Konstruktionskonzepte erarbeitet, bewertet und bezüglich ihrer statischen und ästhetischen Eigenschaften verglichen, um den optimalen Hauptentwurf zu bestimmen.
4. HAUPTENTWURF: Dieses Kapitel bildet den Kern der Arbeit und behandelt die detaillierte Tragwerksbeschreibung, die umfassende Lastannahme sowie die statischen Nachweise der Tragfähigkeit und Stabilität für das ausgewählte System.
5.0 ZEICHNUNGEN MIT RSTAB: Das abschließende Kapitel dokumentiert die visuelle Darstellung des finalen Entwurfs anhand von Berechnungs- und Übersichtsplänen.
Schlüsselwörter
Stahlbau, Tribünenkonstruktion, Tragwerksplanung, Statische Berechnung, DIN 18800, Lastabtrag, Fachwerkträger, Pylon, Photovoltaikanlage, Windlast, Schneelast, RSTAB, Knotenverbindung, Stabilitätsnachweis, Gestaltfestigkeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der statischen Konzeption, Bemessung und konstruktiven Durcharbeitung einer Tribünenüberdachung in Stahlbauweise.
Welche Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit deckt die Entwurfsfindung, die statische Modellbildung, die Lastfallanalyse, die Nachweise der Tragsicherheit und Stabilität sowie die Knotenpunktnachweise ab.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist der Entwurf einer Tribünenüberdachung für eine Fläche von 100 x 25 Metern, die den statischen Anforderungen entspricht und die nachträgliche Integration einer Photovoltaikanlage ermöglicht.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zur Anwendung?
Die statische Bearbeitung erfolgt gemäß DIN 18800 unter Verwendung des Tragwerksprogramms RSTAB 7 für die Modellierung und Schnittgrößenermittlung.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil liegt der Fokus auf dem ausgewählten "abgespannten Tragwerk", dessen detaillierte Bemessung, statische Nachweisführung nach DIN 18800-1 und Stabilitätsnachweise nach DIN 18800-2.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Stahlbaukonstruktion, Lastkombinationen, Ersatzstabverfahren, Knotenfestigkeit und räumliche Fachwerke charakterisieren.
Warum wurde der dritte Entwurf als Hauptentwurf gewählt?
Der dritte Entwurf überzeugte durch eine ästhetische Formsprache und bietet zudem konstruktive Vorteile bei der Serienfertigung und Montage der Bauteile.
Wie werden die Windlasten auf die Konstruktion berücksichtigt?
Da herkömmliche Normansätze für diese Stadionkonstruktion nur bedingt anwendbar sind, erfolgt eine Annäherung an das Tragverhalten mittels Eurocode EN 1991-1-4 für freistehende Pultdächer.
Welche Rolle spielt die Photovoltaikanlage bei der Bemessung?
Die zusätzliche Last aus der Photovoltaikanlage wird als künftige Ausbaulast in speziellen Lastfällen berücksichtigt, um die Tragfähigkeit des Dachsystems langfristig sicherzustellen.
- Arbeit zitieren
- Timo Anton Schrand (Autor:in), 2012, Statische und konstruktive Bearbeitung einer Tribünenkonstruktion in Stahlbauweise, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/271930
