Untersuchung der Auswirkung von Flanschstreben auf das Tragsystem einer Stahlhalle

Abstract

Wirtschaftliche Aspekte sind in letzter Zeit im Baubereich immer wesentlicher geworden, somit werden immer schlankere Konstruktionen errichtet. Daher ist die Frage der Stabilisierung weitgespannter Tragkonstruktionen immer wichtiger. Der Riegelobergurt ist durch Pfetten stabilisiert. Unter abhebenden Belastungen stellt sich die Frage der Austeifung des Riegeluntergurtes. Dafür ist eine mögliche und günstige Lösung der Einsatz von Flanschstreben. Die vorliegende Arbeit untersucht welche Auswirkung der Einsatz von Flanschstreben auf die Tragkonstruktion einer vorgegebenen Stahlhalle hat. Einerseits ist eine optimale Gestaltung der Flanschstreben gefragt, anderseits stellt sich die Frage, wie deren Wirkung auf die Bemessung der betroffenen Bauteile berücksichtigt werden kann. Die Riegel der vorgegebenen Halle wurden als Wellstegträger ausgeführt, demgemäß wurden die Nachweise mit den betreffenden Bemessungsregeln für Wellstegträger der europäischen Stahlbaunorm EN 1993 geführt. Dabei wurde für dieses Profil untersucht, wie die Wirkung der Flanschstreben im Stabilitätsnachweis des Riegels vereinfacht berücksichtigt werden kann. Dafür wurde die Ersatzfedersteifigkeit des Pfetten - Flanschstreben - Systems ermittelt. Danach wurde die Beanspruchung in Folge der Stabilierung des Riegeluntergurtes des aussteifenden Systems berechnet. Als nächstes wurde die unter den maßgebenden Belastungen günstigste Gestaltung der Flanschstreben ermittelt. Dabei wurden doppelt und einzeln angeordnete, bzw. mit unterschiedlich großen Neigungen eingebaute Flanschstreben und ihre Wirkung auf den Schnittgrößenverlauf der Pfette untersucht. Um die optimale Gestaltung der Flanschstreben finden zu können, war es erforderlich, die Bemessung der Pfette und der Flanschstrebe selbst mit verschiedenen Gestaltungvarianten zu führen. Dafür wurden die Bemessungsregeln der kaltgeformten dünnwandigen Pfetten laut ÖNORM EN 1993-1-3 [5] theoretisch vorgestellt und mithilfe eines Berechnungsbeispiels erklärt. Die Nachweise mussten wegen des veränderten statischen Systems der Pfette händisch geführt werden. Die Flanschstreben der bestehenden Musterhalle wurden nach konstruktiver Erfahrung eingebaut. Nach Beschäftigung mit der theoretischen Grudlagen und Musterberechnungen verschiedener Systeme anhnad der gewählten Musterhalle, konnte die in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht optimale Gestaltung ermittelt werden.

The financial aspects are becoming more and more important in the construction industry now-adays, hence the structures tend to be more economical, lighter and slenderer. Therefore, the stability of the large span structures is a typical key question. The main frame of hall structures is braced by the purlins on the upper flange of the beams. In the case of any uplifting load the loss of stability of the main beam still needs to be considered unless the lower flange is supported adequately. To solve this issue, which is an interesting design chal-lenge, rafterstays can be effective and convenient answer. The following thesis work discusses the consequences of the application of rafterstays regarding to the global structural behavior, through a steel industrial hall example. After finding an optimal geometry and size for these supporting elements, it was also the matter of thesis work how we can take their influence into account for sizing the adjacent structural members. The main beam of the frame has a corrugated web, therefore all verifications after the structural analysis were done according to the corresponding parts of the European Standards. In the relevant chapters a simplified method was developed to consider the effects of rafterstays on the stability of the beam. The method uses substitutional spring stiffness values for the rafter-stay-purlin system. Then the corresponding equivalent force on the lower flange was calculated on these models. The next chapter discusses the optimal geometry of rafterstays under design load. In order to find the suitable arrangement of the members, several configurations and variations were examined with different inclination, geometry of single- and double rafterstay system as well. The purlins and the rafterstays were sized for all configurations and I found the most ideal arrangement for them. To design and verify the purlins I followed the -Eurocode 3 - Design of steel structures - Part 1-3: General rules - Supplementary rules for cold-formed members and sheeting-. The rafter-stays are designed on a basis of common examples and they are assessed and verified by a method according to this standard.