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.
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.
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