Walzprofile und ähnlich gestaltete geschweißte Profile haben eine Haupttragebene, die möglichst voll ausgenutzt werden soll, indem Stabilitätsversagen quer zur Haupttragebene verhindert wird.
DIN EN 1993-1-1 [2] behandelt Stabilitätsnachweise quer zur Haupttragebene inform von Biegeknick- oder Biegedrillknicknachweisen nach zwei möglichen Verfahren: dem Verfahren mit Anwendung der Theorie 2. Ordnung durch Vorgabe von geometrischen Ersatzimperfektionen, das allgemeingültig sein sollte, und dem Verfahren mit Knick- und Biegedrillknickbeiwerten, die für bestimmte häufige Fälle objektorientiert angewendet werden können.
Der vorliegende Beitrag behandelt die Nachweise mit Theorie 2. Ordnung mit geometrischen Ersatzimperfektionen, die entsprechend DIN EN 1993-1-1 [2] allgemeingültig als Eigenformen bei Ausweichen aus der Haupttragebene definiert sind. Zur Bestimmung bietet sich eine Rechnerunterstützung an, die nicht nur die modalen Verschiebungen, sondern auch die modalen Biegemomente in den maßgebenden Gurten des Querschnitts liefert. Dadurch werden die Nachweise übersichtlich und einfach und münden in einen Nachweis des Ausnutzungsgrades in der Haupttragebene, der durch einen Faktor f infolge der Biegemomente aus der Haupttragebene vergrößert wird. Beispiele aus der Praxis erläutern die überraschend einfache Anwendung.

Flexural and lateral torsional buckling checks of steel frames according to Eurocode 3 using 2nd order analysis.
Sections of rolled profiles or similar welded profiles have due to their strong axis an in-plane-resistance that should be exploited by preventing out-of-plane stability failure about the weak axis. DIN EN 1993-1-1 [2] gives rules for out-of-plane stability checks (lateral flexural or lateral torsional buckling) that can be performed according to one of the following methods: the method using 2nd order analysis for which equivalent geometric imperfection are defined and that is considered as a generic method, and the method with member checks using flexural or lateral torsional buckling curves, that have been determined for frequent cases (object-oriented method).
This contribution treats out-of-plane stability checks using 2nd order analysis with equivalent geometric imperfections, that have been defined in DIN EN 1993-1-1 [2] as elastic buckling modes. To determine these functions computer-assistance is required, that gives not only the modal displacements, but also the modal bending moments for the relevant flanges of the profiles.
The use of out-of-plane modal bending moments makes the assessments clear and simple. They lead to the assessment of the in-plane utilisation rates, which are enhanced by a factor f due to the out-of-plane bending moments. Worked examples from practical applications illustrate the surprising simplicity of use.

Auf dem Konzerngelände eines weltweit tätigen Pharmakonzerns in Basel wurde ein vom Architekten Frank O. Gehry entworfenes skulpturales Bürogebäude geplant und fertiggestellt. Besonderes Augenmerk ist die transparente Stahl-Glas-Hülle, die aus verschieden zusammengesetzten Fassadenflächen besteht. Um die freie Geometrie dieses Gebäudes möglichst nahe an der Entwurfsidee in die Realität umzusetzen, wurde für alle Planungsbeteiligten verbindlich das CAD-Programm CATIA in den Planungsprozess integriert. Das Ingenieurbüro schlaich bergermann und partner hat die komplette Tragwerksplanung (Entwurf, Ausführung, Bauüberwachung) erstellt. Dieser Beitrag beschreibt die Besonderheiten bei Entwurf, Konstruktion sowie Herstellung und Montage der ungewöhnlichen Stahl-Glas-Hülle.

The free operation of surfaces and steel bars.
On the premises of a worldwide operating pharmaceutical company in Basle, Suisse a sculptural office building designed by Frank O. Gehry has been planned and completed. An outstanding charm is given by the transparent steel-glass-envelope covering the relatively shifted and rotated slabs as a free formed folded structure consisting of steel bars. To realize the free building geometry very close to the design idea for all project members the CAD-software CATIA was integrated into the planning process. schlaich bergermann und partner has covered the full scope of structural engineering from schematic design to execution phase. This paper describes the specialties during design, engineering, fabrication and erection of the unusual envelope made of steel and glass.

Am Flughafen Düsseldorf International ist ein neuer Hangar, die Halle 7, gebaut worden. Es handelt sich hierbei um das größte Bauprojekt der Flughafengesellschaft seit der Terminalerweiterung in den Jahren von 1998 bis 2004. Mit Abmessungen von ca. 210 m x 90 m ist die Flugzeughalle die größte am Düsseldorf Airport beziehungsweise in Nordrhein-Westfalen. Sie bietet zeitgleich Platz für drei Großraumflugzeuge. Im Wesentlichen ist das Haupttragwerk als reine Stahlkonstruktion und bei den Stützen auch in Verbundbauweise ausgeführt worden. Neben der Flugzeughalle sind ein zweigeschossiger Anbau mit Lager-, Aufenthalts- und Sozialräumen sowie ein viergeschossiger Bürotrakt mit einem Technikbereich im Keller in Massivbauweise entstanden. Im Folgenden wird die Konstruktion des Hangars vorgestellt, die Anbauten in Massivbauweise sind nicht Bestandteil dieses Beitrages.

Hangar for three wide-bodied aircrafts.
At Düsseldorf International Airport a new Hangar referred to as Hall 7 has been built. It is the biggest project of the Airport Corporation since the extension of the terminal in the years 1998-2004. With dimensions of about 210 m width and 90 m depth, the aero plane hangar is the largest one at Düsseldorf Airport and North Rhine-Westphalia. The building has a maintenance capacity of three wide-bodied long-haul aircrafts. The structure is mainly designed as steel construction, although some of the columns are designed as composite members as well. Adjacently behind the hangar a two storey outbuilding with stocking and social rooms and a four storey office building with technical equipment in the basement were built as massive concrete construction. In the following the hangar will be presented, the additional outbuildings are not included in this essay.

Der Neubau eines Verwaltungsgebäudes für das Pharmaunternehmen Merck/Serono in Genf zeichnet sich durch hochtransparente Stahl-Glas-Konstruktionen in Fassade und Dach aus. Besonders hervorzuheben sind das zu öffnende Dach über dem sogenannten Forum sowie die darunterliegenden Fassadenkonstruktionen. Das ca. 1000 m2 große Forumdach ebenso wie die ca. 12 m hohen drehbaren Glastore und der außenliegende Sonnenschutz aus profilierten Edelstahlstäben tragen nicht nur wesentlich zur lichten, freundlichen Atmosphäre im Inneren bei, sondern sind auch wichtige Bestandteile des Klimakonzepts des Gebäudes. Der vorliegende Aufsatz beschreibt Forumdach und -fassade (© 2009 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)

Füllstäbe von Fachwerkkonstruktionen werden meist über ausgeschnittene Knotenbleche an Ober- und Untergurt angeschlossen. Kehlnähte zwischen Flansch und Knotenblech haben sich als wirtschaftliche Verbindung bewährt, da eine Schweißnaht zwischen Steg und Knotenblech sowie aufwendige Einpassarbeiten entfallen. Es wird ein Projekt vorgestellt, bei dem ein Verfahren zur Bemessung von ausgeschnittenen Knotenblechen bei einer Verstärkungsmaßnahme angewendet wurde. Belastungsversuche sichern dabei die Ergebnisse der analytischen Tragwerksplanung ab.

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Um den Anforderungen der FIFA an ein Stadion für die Fußballweltmeisterschaft 2006 gerecht zu werden, mußte das Stadion auf dem Betzenberg in Kaiserslautern quantitativ erweitert und qualitativ verbessert werden. Die dafür notwendigen Bauarbeiten erstreckten sich fast flächendeckend über das gesamte Stadion und betrafen die Süd-, West- und Nordtribünen sowie die beiden Eckbereiche neben der Nordtribüne. Um eine derartige Aufgabe im baulichen Bestand und bei laufendem Spielbetrieb zu bewältigen, waren zahlreiche logistische und baubetriebliche Fragestellungen zu lösen. Dabei war etwa das Stadion vor jeder Veranstaltung so herzurichten, daß alle Personen sicher den Besuch des Stadions genießen konnten. Eine besondere Herausforderung stellte sich bei dem Anheben des bestehenden Daches der Südtribüne. Durch die gewählte Zuglösung konnten der Spielbetrieb ohne Behinderungen weiterlaufen und die Kräfte im System kontrolliert umgelagert werden.

Neueste Untersuchungen zeigen, daß Kehlnahtverbindungen von thermomechanisch gewalzten Feinkornbaustählen S 460 deutlich größere Tragfähigkeiten aufweisen, als in den aktuellen Bemessungsre-geln angesetzt werden dürfen. In diesem Aufsatz wird gezeigt, wie das Tragverhalten von Kehlnähten rechnerisch abgebildet werden kann. Auf Grundlage der Berechnungsergebnisse und von den Versuchsergebnissen wird abgeschätzt, wie die Tragfähigkeit von Kehlnahtverbindungen von Parametern wie der Art des Grundwerkstoffes, dem Schweißzusatzwerkstoff und den Schweißparametern abhängt.

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Die Überarbeitung einer momententragfähigen Riegel-Stützen-Verbindung eines Rüstturms erforderte neben der konstruktiven Ausarbeitung eines möglichst bedienungsfreundlichen Anschlusses eine exakte statische Untersuchung dessen Tragverhaltens. Hierzu kam das Innsbrucker Komponentenmodell zum Einsatz, anhand dessen alle benötigten Optimierungsmaßnahmen nachrechenbar wurden, um schlußendlich einem völlig neuartigen Rotationskeil-Anschluß die nötige Steifigkeit und Tragfähigkeit zu verleihen. Im folgenden werden die einzelnen Schritte des Entwicklungsprozesses beschrieben.

Im Rahmen der Erweiterung des Messegeländes in Frankfurt am Main wurde in knapp 15 Monaten, von April 2000 bis Juli 2001, die neue Messehalle 3 nach dem Entwurf der Architekten Nicholas Grimshaw & Partners, London, und der Ingenieure Ove Arup, London, gebaut. Der Entwurf ging 1999 mit dem 1. Preis aus einem Wettbewerb hervor. Der von der Messe Frankfurt GmbH mit dem Bau der Halle beauftragte Generalunternehmer, eine Arbeitsgemeinschaft der Firmen Hochtief und Bilfinger/Berger, setzte diesen Entwurf mit vielen beteiligten Planern und Firmen in einem engen Zeitrahmen in ein funktionierendes Gebäude um. Im Januar 2000 erhielt die Stahlbau Plauen GmbH, Plauen/Vogtland, vom Generalunternehmer den Auftrag für die Planung und Ausführung des Stahlbaugewerks der neuen Halle 3. Der Auftrag umfaßte Planung, Lieferung und Montage des gesamten Stahlbaus für das Hallendach und die Ebene 1. Schlaich Bergermann und Partner, Stuttgart, erstellte baubegleitend die Ausführungsplanung des Hallendachtragwerks, damit die Übergabe der Halle an die Messe termingerecht zum Juli 2001 erfolgen konnte. Über Planung und Ausführung der Überdachung, insbesondere über die komplexe Boden-Bauwerks-Interaktion, die Tragfähigkeit geschweißter Rohrknoten sowie die anspruchsvolle Fertigung und Montage wird in diesem Aufsatz berichtet.

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Die Mettnau-Brücke, eine Straßenbrücke aus Stahl-Fachwerk, Baujahr 1908, weist ernsthafte Korrosionsschäden (Korrosion bis auf die Hälfte der Blechdicken und Durchrostungen) auf. Es stellt sich die Frage, ob eine Instandsetzung technisch möglich ist, vor allem im Hinblick auf den infolge der Rostkerben befürchteten Festigkeitsabfall des betagten Brückenstahls unter dynamischer Beanspruchung. Es wird eine Möglichkeit aufgezeigt, den Einfluß von Korrosion auf die Dauerschwingfestigkeit im Labor zu untersuchen. Die daraus resultierenden dynamischen Festigkeitswerte stellen für Brückenkonstrukteure die Grundlage dar, um Aussagen über die weitere Lebensdauer einer Brücke treffen zu können. Dies geschieht durch Umwertung von Wöhlerlinien (Dauerfestigkeit aus dem Laborversuch) in Lebensdauerlinien (Betriebsfestigkeit eines Bauteiles). Mit den so gewonnenen, für die alte Mettnau-Brücke spezifischen Betriebsfestigkeitswerten wird eine statisch-dynamische Nachrechnung und eine normgerechte Bemessung unter Berücksichtigung der Abrostungsrate durchgeführt. Die Werte sind für einen alten unberuhigt vergossenen Stahl erstaunlich gut und sind gleichwertig oder besser als ein heute handelsüblicher beruhigt vergossener St 37 (S 235). Somit kann der 1908 nur für Pferdefuhrwerke ausgelegten Brücke noch eine im Sinne der Wöhlerlinie unendlich oft ertragbare Belastung von 12 t zugemutet werden. Wirtschaftslichkeitsberechnungen unter Berücksichtigung der künftigen Unterhaltungskosten ergeben aber, daß in der weiteren, noch nicht abgeschlossenen Planung auch ein Neubau parallel zur Instandsetzung der alten Brücke mit betrachtet werden muß. Der Entscheidungsprozeß, der vom Ingenieur zwar getragen, aber von politischen Gremien letztendlich bestimmt wird, zeigt, daß die Ingenieure bei ihrer Arbeit im Spannungsfeld Werkstoffkunde - Bautechnik - Wirtschaftlichkeit - Politik stehen.

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Auf der Autobahn A1 der Schweiz wurde der ca. 1000 m lange Viadukt von Lully nach einem Ingenieurwettbewerb als Verbundbrücke auf der Basis eines Raumfachwerkes aus Stahlrohren gebaut. Es handelt sich um eine "Neuheit", die von der Jury mit originell und innovativ beurteilt wurde. Bisher wagte man sich im Straßenbrückenbau wegen der dynamischen Beanspruchungen nicht an die Lösung mit geschweißten Rohrknoten heran. Es werden Entwurf und Bau der Brücke beschrieben und mitgeteilt, wie mit dem Problem der nicht zugänglichen Schweißnahtwurzel in den Rohrknoten umgegangen wurde.

In der Stadt Frankfurt am Main gehört die Fußgängerbrücke der "Eiserne Steg" aus dem Jahre 1868 zu den erhaltenswerten Bauwerken. Nach verschiedenen Umbaumaßnahmen, zu denen auch eine Sanierung des Steges nach der Sprengung im Jahre 1945 gehörte, war infolge weit fortgeschrittener Korrosion eine grundhafte Erneuerung der Konstruktion notwendig geworden. Ein Team von Fachleuten erarbeitete nach grundlegenden Überlegungen eine Lösung, die letztlich eine Kombination der Verwendung von Altstahl und Neustahl, miteinander vernietet oder verschweißt, darstellt.

Die Beanspruchbarkeit langer Schraubenverbindungen bei Annahme elastischen Werkstoffverhaltens im Traglastzustand, bei dem elastisch-plastisches Verhalten vorliegt, ist nicht genügend erforscht. Die Zahl der Versuchsergebnisse war zur Kalibrierung der Bemessungsmodelle zu gering. Daher wurde am lehrstuhl für Stahlbau, RWTH Aachen, ein Forschungsprojekt durchgeführt, um die vorhandenen Bemessungsmodelle (DIN 18800/1 und EC 3) mit Hilfe von neuen experimentellen und numerischen Untersuchungen zu überprüfen. Es wurden 15 Versuche auf der Basis der Finite-Elemente-Methode durchgeführt. Das Ergebnis zeigt, daß die Bemessungsmodelle in DIN 18800 und EC 3 in dem für die Praxis wichtigen Ausführungsbereich auf der sicheren Seite liegen; die DIN 18800 ist mit der Begrenzung der tragenden Schraubenanzahl auf max. acht zutreffend.

Industriell vorgefertigte, sternförmige Module bilden aneinandergereiht die Seele zwischen zwei orthogonalen Seilnetzen und geben dem Seelentragwerk seinen Namen. Die Seile sind gegen die Seele vorgespannt und stabilisieren das System. So entsteht ein räumliches Tragwerk, bei dem die orthogonalen Seilnetze (Strukturseile) vorwiegend die Form bestimmen und Einzelseile (Tragseile) durch ihren dem Kraftfluß angepaßten Verlauf die wesentlichen Anteile der Lastabtragung übernehmen. Die Module sind im Prinzip alle gleich und können zu jeder beliebigen, ebenen, einfachen und doppelt gekrümmten Flächen gefügt werden. Das Seelentragwerk eignet sich vorwiegend zur Abtragung leichter Lasten bei großen Spannweiten. Es wurde als Pilotprojekt auf dem IGA-Gelände in Stuttgart bei den Wonbauten "Wohnen 2000" erstellt und zeigt als Ausschnitt eines weitgespannten Glasdaches eine seiner Einsatzmöglichkeiten.

Die Angosturita-Brücke in Cuidad Guayana/Venezuela überführt eine eingleisige Bahnlinie und zwei 10,8 m breite Fahrbahnen mit einer Mittelöffnung von 213,75 m über den Caroni. Der zweizellige Hohlkasten hat einen Untergurt aus Stahl im Feld und aus Beton über den Stützen. Die nicht vorgespannte Fahrbahnplatte wird von Querträgern unterstützt. Der Verbund wird mit Perfobondleisten gesichert. Die Brücke ist für den Cooper 72-Zug nach AREA 1985 und das 1,3fache der AASHTO HS 20-44 Lasten bemessen. Auf Vorschlag der Montagefirma wurde die Stahlkonstruktion hinter den Widerlagern zusammengebaut und dann eingehoben. Vor dem Betonieren des Untergurtbetons wurde die Kragarmspitze angehoben, so daß das Eigengewicht der Stahlkonstruktion und des Untergurtbetons auf den entsprechenden Verbundquerschnitt wirken.

Bei einer nur auf statische Lasten bemessenen Zwischendecke einer doppelstöckigen Turnhalle traten während des Turnbetriebs starke Schwingungen auf. Eine Klasse acht- bis neunjähriger Schüler konnte mit Hüpfen Beschleunigungen von bis zu 2,5 m/s2 erzeugen, so daß die Gebrauchstauglichkeit erheblich beeinträchtigt war und auch ein Ermüdungsbruch nicht ausgeschlossen werden konnte. Messungen ergaben eine Grundfrequenz der Decke von 5,0 Hz und ein Dämpfungsmaß von etwa 3 %. Bei der Sanierung verstärkte man die Stahlträger durch Anschweißen eines Walzprofils. Dadurch wurde die Grundfrequenz auf 8,9 Hz angehoben, und die noch auftretenden Schwingungen liegen unterhalb zulässiger Grenzen.

Die Entdeckung des Gelenks und seiner Nützlichkeit zur Gliederung von Tragstrukturen ist im 19. Jahrhundert ein wesentlicher Schritt zur Ausbildung einer stahlbauspezifischen Konstruktionssprache. Die Ingenieure erschließen sich damit ein Feld bisher ungeahnter Möglichkeiten. Während der junge Eisenbau noch mit traditionellen Methoden des Stein- und Holzbaus hinreichend erfolgreich sein kann und erste Ansätze zur Ausbildung von Gelenken keine Beachtung erfahren, erzwingt die dynamische Entwicklung der Eisenbahnen in der Jahrhundertmitte neue Lösungsmuster in Bautechnik und -wissenschaft; vor diesem Hintergrund entstehen die ersten Dreigelenkbrücken. Die Entwicklung ist nur möglich durch einen Paradigmenwechsel, eine grundsätzlich veränderte Sichtweise: Das Bauwerk, vordem ein unbewegter starrer Körper, wird als bewegliche Maschine erkannt. Die Geschichte des Gelenks widerspiegelt die Beweglichkeit für das Bauwesen.

Der Beitrag berichtet über Entwurf und Ausführung eines ungewöhnlichen Bauwerks, das eine Herausforderung an die Entwicklung integrierter Bausysteme darstellt. Die Aufgabe konnte durch Einsatz neuer Konzepte und Absicherung durch Versuche bei Struktur und Eindeckung in wirtschaftlicher Weise gelöst werden.

Um die Jahrhundertwende wurden zahlreiche genietete Brücken gebaut, die zum großen Teil heute noch in Betrieb sind. Oft ist es notwendig, diese Brücken noch möglichst lange in Betrieb zu behalten. Um die Restlebensdauer zu ermitteln, müssen die Ermüdungsbeanspruchung und die Ermüdungsfestigkeit bekannt sein. Der Beitrag behandelt das Ermüdungsverhalten genieteter Bauteile, die am Institut für Stahlbau (ICOM) der ETH Lausanne geprüft wurden. Die Resultate von drei Versuchsserien genieteter Träger werden mit Versuchen aus der Literatur und den Ermüdungskatagorien der EKS-Empfehlung verglichen. Außerdem werden die Rißbildung in den Trägern sowie die für den Bau genieteter Brücken verwendeten Materialien beschrieben.

Die Hauptbauwerke der "Sports City Makkah", eine Sporthalle, eine Schwimmhalle und die Tribünenüberdachung eines Stadions, wurden als Stahlkonstruktionen gebaut. Besonderheiten der beiden Hallen sind Binderzugstäbe aus Rundeisen und Knotenpunkte als mehrschnittige Einbolzen-Verbindungen. So ergaben sich trotz großer Abmessungen sehr filigrane, architektonisch gefällige Konstruktionen. Spezielle Probleme waren bei der Montage zu lösen. Die Besonderheiten der freispannenden Tribünenüberdachung des Stadions dagegen liegen in den komplizierten geometrischen Vorgaben in Grundriß und Aufriß sowie in sehr beengten Platzverhältnissen für die Binderverankerung. Für die hieraus resultierenden schiefwinkligen räumlichen Pfettenanschlüsse sowie die gewählte Verankerungskonstruktion wurden trotzdem relativ einfache konstruktive Lösungen gefunden und hier beschrieben. Die gesamte Anlage wurde Anfang 1985 in Betrieb genommen.

Erstmals im Eisenbahnbrückenbau wurden beim Kreuzungsbauwerk Mitte in Fulda Trapezhohlsteifen als Längsaussteifungen der orthotropen Fahrbahnplatte verwendet. Die Berechnungsweise der Trapezhohlsteifen und der Querträger mit ihren besonders geformten Durchbrüchen wird dargestellt und der Einfluß der Betriebsfestigkeitsnachweise auf Konstruktion und Dimensionierung erläutert. Neben diesen theoretischen Berechnungsfragen werden Fargen der praktischen Herstellung unter besonderer Beachtung schweißtechnischer Gesichtspunkte behandelt. Aus den hierbei gewonnen Erfahrungen wird eine erste Einschätzung der mit diesem neuartigen Fahrbahnkonzept erzielbaren technisch-wirtschaftlichen Vorteile abgeleitet.