Rahmen

Lastaufnahme, Beanspruchung, Bemessung

Auch Rahmentragwerke können wie BSH-Träger mit Spannweiten bis 60 Meter hergestellt werden. Gegenüber den einfachen BSH-Trägern sind Rahmentragwerke in der Lage, vertikale und horizontale Lasten aufzunehmen; sie eignen sich damit auch zur Aussteifung von Bauwerken. Ähnlich wie bei Bogentragwerken sind Dreigelenk-, Zweigelenk- und eingespannte Rahmen möglich.

Bauphase Labor für Wasserwesen in Neubiberg: Errichtung der räumlich verdrehten und gekippten, ausgesteiften Tragstruktur aus konisch geformten BSH-Dreigelenkrahmen.
Die Dreigelenkrahmen überspannen 18 Meter und haben Querschnittshöhen von 430 – 750 mm.
Die Verdrehung und Kippung der Dreigelenkrahmen verleiht der Tragstruktur dynamische Wirkung.

Rahmen gängiger Hallentragwerke bestehen aus vertikalen Stielen und horizontalen Riegeln. Riegel und Stiele der Rahmentragwerke sind drucknormalkraft-, querkraft- und biegebeansprucht. Rahmenstiele und Rahmenriegel sind aufgrund der Drucknormalkraftbeanspruchung zusätzlich knickgefährdet und müssen dafür bemessen werden bzw. durch angrenzende Bauteile wie Dach und Wand knickaussteifend angebunden sein.

Für Rahmentragwerke bei orthogonal zueinander angeordnetem Stiel und Riegel gilt, dass Querkräfte der Stiele im Rahmeneck zu Normalkräften der Riegel werden und umgekehrt. Deshalb sind an Auflagern von Rahmentragwerken unabhängig von den äußeren Belastungen immer horizontale und vertikale Auflagerkräfte vorhanden und müssen konstruktiv in angrenzende Bauteile eingeleitet werden.

Das Verhältnis von Stiel und Riegel ist entscheidend
Bei rein vertikaler Belastung des Riegels von Zwei- und Dreigelenkrahmen gilt, dass die horizontale Auflagerkraft – die der Querkraft im Stiel am Auflager entspricht – multipliziert mit der Stielhöhe bis zur Schwerachse des Riegels das Eckmoment ergibt. Die Größe der horizontalen Auflagerkraft und damit das Eckmoment wird beeinflusst durch das Verhältnis der Stielhöhe zu Riegellänge und durch das Verhältnis der Biegesteifigkeiten von Riegel und Stiel.

Grundsätzlich lassen sich zwei Grenzbetrachtungen anstellen. Ist die Steifigkeit der Stiele (d.h. kleine Stielhöhe bei großer Biegesteifigkeit) im Vergleich zum Riegel „unendlich“, ist das Eckmoment am größten. In diesem Grenzfall liegt für den Riegel ein beidseitig eingespannter Träger vor. Die Biegeverformung in Riegelmitte beträgt dann nur noch 1/5 gegenüber dem Grenzfall eines Einfeldträgers bei Gleichlast und gleicher Biegesteifigkeit. Hohe Einspannungen der Riegel in die Stiele lassen also für weit gespannte Rahmen schlankere Riegelquerschnitte zu. Ist die Steifigkeit der Riegel (d.h. kleine Riegellänge bei großer Biegesteifigkeit) im Vergleich zu den Stielen „unendlich“, ist das Eckmoment Null. Dann liegt in diesem Grenzfall für den Riegel ein Einfeldträger vor. Alle realen Biegesteifigkeits- und Längenverhältnisse liegen in ihrer Wirkung auf die Eckmomente und horizontalen Auflagerkräfte zwischen diesen Grenzwerten.

Maßgeblich sind Herstellung und Transport
Die Möglichkeit zur Herstellung der Rahmen und der Transport der Rahmen auf die Baustelle bestimmen ganz maßgeblich deren statisches System. Sollen Vollkeilzinkenstöße im Werk für die biegesteifen Rahmenecken hergestellt werden, sind aus Transportgründen – die Transporthöhe ist auf vier Meter begrenzt – oft Dreigelenkrahmen sinnvoll. Form- oder kraftschlüssig hergestellte biegesteife Eckverbindungen mit Stahlverbindungen werden konstruktiv so ausgeführt, dass sie den nach der Stabwerksanalogie definierten Beanspruchungskonzentrationen auf Druck und Zug entsprechen.

Bei großen Spannweiten und Höhen der Rahmen werden die biegesteifen Eckverbindungen lösbar hergestellt. Stiele und Riegel kommen dann in einzelnen Bauteilen auf der Baustelle an. Da das Eigengewicht von Brettschichtholz je Kubikmeter im Vergleich zu Stahl mit ca. 1/20 sehr gering ausfällt, können beim Transport durch die Stapelung von Einzelbauteilen hohe Transportkosten vermieden werden.

Autoren: Jürgen Graf, Reiner Klopfer

Fachwissen zum Thema

Brettschichtholz (BSH) besteht aus beliebig vielen, festigkeitssortierten Brettlamellen mit maximal 45 mm Dicke, die faserparallel zu Trägern verklebt sind.

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Baustoff Holz

Bauprodukte im Ingenieurholzbau: Übersicht

Bogenbrücke bei Lohmar Höngesberg / Kreuznaaf: Das Haupttragwerk – die beiden Bögen – besteht aus blockverleimten Brettschichtholz (BSH)-Balken (Fichte), die seitlich mit Lärchenholz verkleidet sind. Auch die beiden Vorlandbrücken sind aus blockverleimten Fichten-BSH gefertigt. Den statische Verbund zur oberseitigen Ortbetonplatte gewährleisten in das Holz eingeklebte Verbindungsmittel. Um das Bauwerk vor Witterungseinflüssen zu schützen, sind die Bögen oberseitig mit Titanzinkblechen abgedeckt und seitlich verkleidet. Exponierte Bauteile wie zum Beispiel die Hänger und das Geländer sind aus Stahl hergestellt. Der Handlauf besteht aus Accoya-BS-Holz.

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Konstruktionselemente

Bogentragwerke

Tragwerk der Multihalle in Mannheim (Carlfried Mutschler und Frei Otto, 1974): Lattengitterschale mit einer Spannweite von 85 Metern

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Einführung

Ingenieurholzbau

Dachträger aus Brettschichtholz kommen im Hallenbau häufig zum Einsatz.

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Konstruktionselemente

Träger allgemein und aus Brettschichtholz

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