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Leitfaden zur Bemessung von Stahl- und Verbundbauten für Anprall- und Explosionslasten

Leitfaden zur Bemessung von Stahl- und Verbundbauten für Anprall- und Explosionslasten(21.9.2011) Durch extreme Ereignisse, wie Fahrzeuganprall, Explosionen, Erdbeben oder Bergsenkungen können an einem Bauwerk unverhältnismäßig große Schäden entstehen, bis hin zu seinem vollständigen Kollaps. Ganzheitliche Entwurfsstrategien können die Robustheit von Tragwerken verbessern und die Standsicherheit bei außergewöhnlichen Einwirkungen erhöhen.

Zur terroristischen Gefahrenabwehr wurden auch in Deutschland in den letzten Jahren neue Anforderungen an die Planung von Bauwerken gestellt (BMI, 2009). Derartige Einwirkungen auf Bauwerke mit Kurzzeit-dynamischen Beanspruchungen aus Explosionen oder dem Anprall beweglicher Objekte sind nicht allgemeingültig in Regelwerken zu finden, ebenso wenig eine entsprechende Auslegung von Baustrukturen. Der hier vorgestellte Leitfaden von >>bauforumstahl stellt geeignete Methoden zusammen, um Stahl- und Verbundbauwerke gegen kurzzeit-dynamische außergewöhnliche Einwirkungen auszulegen.

Robuste Bauwerke werden meist mit großer Masse und massiven Abmessungen assoziiert. Aber gerade schlanke und leichte Stahl- und Stahlverbundkonstruktionen weisen unter außergewöhnlichen Belastungen ein Höchstmaß an Robustheit auf. Dies erklärt sich aus den Eigenschaften des Baustoffes Stahl und dem Verhalten stählerner Tragstrukturen. Hierzu zählen die hohe Duktilität, ein unempfindliches globales Tragverhalten sowie die Energiedissipation. Eine noch höhere Robustheit von Stahlbauten ist erreichbar, wenn schon beim Entwurf der Tragstrukturen außergewöhnliche Belastungen berücksichtigt werden. Es existieren Methoden, um die Werkstoffeigenschaften von Stahl gezielt für die Bemessung anzusetzen und darüber hinaus beim Ausfall bestimmter Bauteile Traglasten auf andere, unversehrte Bauteile umzulagern. Bei geeigneter Ausbildung von Anschlüssen und Verankerungen ist es möglich, eine Resttragfähigkeit der direkt beanspruchten Bauteile zu erhalten, die für die Standsicherheit des Bauwerks entscheidend ist.

Der Bemessungsleitfaden zeigt, über welche Reserven stählerne Bauwerke hier verfügen. Mit einer globalen Bemessungsstrategie ist es möglich, die Eigenschaften des Stahls für Kurzzeit-dynamische Belastungen voll auszunutzen, was zu wesentlich kleineren Querschnitten und damit zu architektonisch ansprechenden und wirtschaftlichen Lösungen führt. Im Leitfaden wird das Bemessungskonzept schrittweise vorgestellt: Zunächst erfolgt eine Zusammenstellung von Entwurfsstrategien und Tragsystemen zur Auslegung robuster Bauwerke. Dann wird eine Methode zur Risikobewertung eingeführt, mittels welcher der Tragwerksplaner in Zusammenarbeit mit Bauherren und Nutzern ein Risikoprofil des Gebäudes erstellen kann. Dieser Abschnitt ist auch für Bauherren, Projektentwickler, Architekten und andere Fachplaner interessant.

Darauf aufbauend lassen sich für relevante Gefährdungsszenarien die Belastungen aus Anprall und Explosion aus Referenzwerten und einfachen Formeln abschätzen. Auf der Widerstandsseite werden Hilfsmittel zur Verfügung gestellt, um die Last-Verformungskurven für verschiedene Bauteile zu bestimmen. Mit beiden Eingangsparametern lassen sich dann die dynamischen Bauteilantworten mit praxisnahen Methoden bestimmen. Mit diesen Ergebnissen können für einzelne Bauteile und die Standsicherheit des gesamten Tragwerkes die Kurzzeit-dynamischen außergewöhnlichen Lasten nachgewiesen werden. Anschließend wird die Berechnung der Bauteilantwort unter Kurzzeit-dynamischen Einwirkungen mittels Ein- und Mehr-Massen-Schwingern detaillierter behandelt. Die vorgestellten Methoden werden an einem praxisnahen Bemessungsbeispiel veranschaulicht.

Einzelexemplare des Leitfaden zur Bemessung von Baustrukturen in Stahl- und Verbundbauweise für Anprall- und Explosionslasten können per E-Mail an >>bauforumstahl  kostenlos angefordert werden.

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