Verbindungstechnik | Alle Fragen

Das Tragverhalten und die Einflüsse auf den Tragwiderstand der Schraubverbindungen sind in der SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05" ausführlich erklärt (Seiten 90, 92, 94, 95, 97-99). Die Lochdurchmesser und die Einflüsse von übergrossen Löchern und Langlöchern sind auf den Seiten 90 und 92 beschrieben.

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In einer Scherverbindung versagen die Schrauben entweder auf Abscheren oder auf Lochleibungsdruck, der jeweils kleinere Widerstand ist massgebend. Dieser Widerstand wird erst nach grösseren Deformationen erreicht, wobei dann eine allfällige Vorspannung der Schrauben durch plastische Verformungen bereits abgebaut ist und somit in den Kontaktflächen praktisch keine Reibung mehr besteht.

Reibungsverbindungen werden eingesetzt, um Deformationen im Gebrauchszustand zu verhindern. Wenn bei der Beanspruchung der Reibungswiderstand überwunden ist, wirkt die Schraube als Scherverbindung mit den entsprechenden Nachweisen.

Das Nachweiskonzept der Schraubverbindungen ist in der Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffer 6.2 geregelt. Demgemäss können die in der SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05" angegebenen Scher- und Zugwiderstände auch für andere Festigkeitsklassen einfach umgerechnet werden. Entsprechende Formeln und Zahlenwerte siehe auch C5/05, Seite 94.
Für nichtrostende Schrauben sei auf die Informationsstelle für nichtrostende Stähle SWISS INOX verwiesen.

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Die Grenzgleitkräfte in der SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05", Seite 97 sind für zwei typische Reibungsbeiwerte tabelliert. Der massgebende Reibungsbeiwert ist gemäss Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffer 6.2.3.5 zu wählen, bei höheren Werten für spezifische Oberflächenschutzsysteme sind die Vorschriften der Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffern 8.4.2.4 und 8.4.2.5 sowie Norm SIA 263/1 "Stahlbau - Ergänzende Festlegungen", Ziffer 7.4.3 zu beachten.

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Bei hochfesten Schrauben reicht das Vorspannen gemäss Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffer 8.4.1.4 als Schraubensicherung aus, dabei ist allerdings auf geringe Oberflächenschutz-Schichtdicken zu achten.
Bei Stahlbauschrauben ist keine Vorspannung vorgeschrieben, sie wäre auch nicht ausreichend zur Schraubensicherung. Vielmehr erfolgt die Sicherung durch Klebstoffe (z.B. Loctite) oder mechanisch (z.B. mit PAL-Mutter oder Sicherheitsscheibe mit Nase), mit einer Sitzkontrolle alle 2-3 Jahre.

Ermüdungsbeanspruchte Schraubverbindungen sind gemäss Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffern 6.1.4 und 7.4.4 vorzugsweise und bei Lastumkehr zwingend schlupffrei auszubilden (d.h. als für die Schwellkraft bemessene Reibungsverbindung, evtl. mit Passschrauben).

Die Kerbgruppen der Profile und Bleche sind 6, 7 und 9, für scherbeanspruchte Schrauben selber ist in Norm SIA 263 "Stahlbau" keine Kerbgruppe festgelegt (siehe jedoch Kerbfall 100 in der Norm EN 1993-1-9 "Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten").

Der Einfluss der Schraubenbiegung ist gemäss Norm SIA 263 "Stahlbau",  Ziffer 6.2.2.5 nicht gravierend. Ziffer 6.2.2.5 definiert einen Reduktionsfaktor; dieser ist nicht zu berücksichtigen, wenn die Futter vorgebunden sind. Bei mehreren, vorgespannten Schrauben in Kraftrichtung kann dieser Einfluss in erster Näherung vernachlässigt werden.

Grundsätzlich werden Niete durch Schrauben ersetzt, weil in Europa kaum mehr Nietpraktiker zu finden sind. Die Nietlöcher werden für Reibungsverbindungen oder Passschrauben aufgerieben. Mittels Halbrundkopfschrauben, Hutmuttern, TC-Bolts oder Sonderanfertigungen kann ein nietähnliches Aussehen erzielt werden (siehe SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05", Seite 100).

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Hierzu nennt die SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05" auf Seite 119 die Prüfstellen SVS und SWI sowie weitere Prüfinstitute. Weitere Informationsstellen können über die SZS Beratung & Informationen erfragt werden. Zudem können Schweissfachingenieure in Unternehmungen mit Herstellerqualifikation H1 kompetent Auskunft geben.

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An hochfesten Schrauben und Gewindestangen der Festigkeitsklassen 8.8 und höher (z.B. 10.9) besteht ein absolutes Schweissverbot (siehe Norm SIA 263 "Stahlbau", Ziffer 3.2.3.8). Muss dennoch geschweisst werden, so nur an entsprechenden Schweissmuttern und Schweissmuffen (siehe SZS-Publikation "Konstruktionstabellen C5/05", Seite 100).

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Die Schweissbarkeit wird in der Regel durch Probeentnahme und Materialtest beurteilt und mittels Verfahrensprüfung für jeden Einzelfall definiert. Die entscheidende Grösse ist der Kohlenstoffgehalt des Gusseisens.

Planerunterlagen:
  • Objektbeispiele mit Details in der Serie "Steeldoc"
  • Einfacher "Konstruktionslehrgang" in "Steeldoc 01/06, Konstruktives Entwerfen"
  • Konstruktionstypen-Katalog in "Konstruktive Details im Stahlhochbau, C8"
  • Bemessungsgrundlagen für Schraub- und Schweissverbindungen in "Konstruktionstabellen C5/05"  und "Stahlbaupraxis, C9.1"
  • rippenlose Krafteinleitungen in "Stahlbaupraxis, C9.1"

Herstellerunterlagen:
  • Konstruktionstypen-Katalog in "Konstruktive Details im Stahlhochbau, C8"
  • Schraubverbindungen in "Konstruktionstabellen C5/05"
  • Stirnplattenverbindungen und Doppelwinkelanschlüsse in "Stahlbaupraxis, C9.1"

Anmerkung zum Buch C9.1 Die Publikation C9.1 wurde neu aufgelegt und in zwei Werke aufgeteilt:
  • A/14 Trägerstösse mit Stirnplatten, Fahnenblechanschlüsse (Neufassung)
  • B/15 enthält die Rahmenknoten mit Stirnplattenanschlüssen aus S 235 und S 355 und erscheint voraussichtlich im Sommer 2016

basket Steeldoc und Bücher "C5/05, C8 und C9,1" jetzt bestellen

In den alten SZS-Publikationen "Konstruktive Richtlinien, Teil 1 und 2, C6.1 und C6.2" sowie in früheren Ausgaben von "Konstruktive Details im Stahlhochbau, C8" wurden, im Vergleich zu den aktuellen SZS-Publikationen, verschiedene weitere Konstruktionsdetails normiert. Sie entfielen, um das Sortiment auf übliche, möglichst wirtschaftliche Details zu konzentrieren.

Um Verwechslungen vorzubeugen, wurden die zugehörigen Typennummern nicht neu belegt - sie können deshalb, obwohl aktuell nicht mehr normiert, bei bilateraler Verständigung zwischen Planer und Unternehmer weiterverwendet werden. Wird bei Anschlüssen im Stahlbau ein geeignetes Rechenmodell gewählt und konsequent umgesetzt, so sind fast alle Bauformen möglich.

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Dies trifft gemäss Versuchen insbesondere bei hohen Trägern zu, und zwar wegen des relativ grossen Fliessbereichs (Interaktion M-V) im Schubfeld des Rahmenknotens.

Manche Softwarepakete für CAD-Systeme enthalten auch Knotenberechnungen. Die Plausibilität aus EDV-Berechnungen ist aber immer zu prüfen. Quellenangaben finden sich in den SZS-Publikationen "Konstruktionstabellen C5/05", Seite 123 und "Bemessungstafeln für den Stahlbau C4/06", Seite 95.

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