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Haltestelle Hammerstein der Wuppertaler Schwebebahn
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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Gabellagerung des
Fachwerkes
Schienenaufhängung
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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Aussteifung von Hochhäusern
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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Anforderungen:
Lastenbündelung:Vom Ort des flächigen Auftretens bis zum Ort des vertikalen Lastabtrags
Vertikaler Lastabtrag
Ableitung horizontaler Lasten
Ziel: Überführung aller Anforder-ungen in ein System.
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Kritische Belastungen / mögliche Deformationen
Die für den Entwurf eines eher senkrecht orientierten Tragsystems entscheidendenBelastungen ergeben sich aus der Überlagerung von Eigengewicht, Nutzlasten und Wind. Sie bilden zusammen eine schräge Kraftresultierende, die umso schwieriger in die FundamenteAbzuleiten ist, je flacher sie wird.
kleines H / großes V = steile resultierende Kraft
größeres H / kleineres V = flachere resultierende Kraft
großes H / kleines V = flache resultierende Kraft
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Kritische Belastungen / mögliche Deformationen
ÜberwiegendDruckkräfte
Kippmomente Biegemomente Scherkräfte / Querkräfte
Erforderlicher Gebäudewiderstand bei horizontalem Lastangriff (Wind)
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Der Staudruck des Windes je Flächeneinheit wächst mit der Gebäudehöhe. Seine Wirkung auf das Tragwerk wird mit zunehmender Höhe zunehmend maßgebend.
Die Windlast belastet das Tragwerk, wie die vertikale Streckenlast einen Kragträger belastet.
Biegefestigkeit Kippsicherheit Scherfestigkeit
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Verformungen homogener Hochwerke unter horizontaler Belastung
Horizontalkräfte durch Wind oder Erdbeben bewirken unterschiedliche komplexeBewegungen und Verformungen in hohen Bauwerken. Die Stabilisierung des Baukörpers gegen diese Verformungen ist eine der Hauptaufgaben des Entwurfes hoher Gebäude und kann die Bauform maßgeblich bestimmen.
Biegen Schieben Kippen Scheren Knicken Brechen Verdrehenen Schwingen
Verformung und Aussteifung in rechteckigen Gitter-Hochwerken unter horizontaler Belastung
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Fußeinspannung mit Gelenkträgern
Steifes Rahmengitter
Rahmengitter mitMittelgeschoss-aussteifung
VertikalausgesteifterMehrgeschoss-rahmen
Rahmengitter mitDachgeschoss-aussteifung
Rahmengitter mitEinzelgeschoss-aussteifung
Erhöhung der Aussteifungsqualität
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Einfluss von Aussteifungsgeschossen in verschiedenen Höhenlagenauf die relative Steifigkeit von Hochwerken
Beispiel: 50-geschossiges Hochhaus mit Einzelfeld-Fachwerkaussteifung(nach Büttner / Hampe: Bauwerk Tragwerk Tragstruktur)
Bei einem 50-geschossigem Hochwerk liegt die maximale Wirksamkeit des Aussteifungsgeschosses (= min. Auslenkung des obersten Geschosses) im Bereich des 30. Obergeschosses (ca. 3/5 der Gesamthöhe).
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Einfluss von Aussteifungsgeschossen in verschiedenen Höhenlagenauf die relative Steifigkeit von Hochwerken
Beispiel: 50-geschossiges Hochhaus mit Einzelfeld-Fachwerkaussteifung(nach Büttner / Hampe: Bauwerk Tragwerk Tragstruktur)
Durch Anordnung eines zusätzlichen Aussteifungsgeschosses (8. Geschoss) wird die Steifigkeit des Hechwerkes deutlich erhöht. Die max. Wirksamkeit der oberen Aussteifung liegt wieder bei ca. 3/5 der Höhe.
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Einfluss von Aussteifungsgeschossen in verschiedenen Höhenlagenauf die relative Steifigkeit von Hochwerken
Hong Kong and Shanghai bankArchitek: Norman Foster
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Wirkweise typischer Vertikal-Aussteifungssysteme:
Rahmen-System:
Das Rahmen-System der Horizontallastaussteifung beruht auf der Biegesteifigkeit der Rahmenteile (Riegel und Stiele) sowie auf deren biegesteifen Verbindungen. Bei Verformung infolge seitlicher Belastung entstehen in den Rahmenriegeln und –stielen Querkräfte. Hierdurch werden in den Knotenpunkten infolge deren Kraftschlüssigkeit Drehmomente erzeugt. Diese wirken der Verformung entgegen.
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Wirkweise typischer Vertikal-Aussteifungssysteme:
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Kopfriegelsystem:
Jede Verformung infolge horizontaler Belastung bewirkt eine Beanspruchung der Außenstützen über den Kopfriegel. Die entstehenden Druck und Zugkräfte entwickeln ein Gegenmoment, das die Auslenkung und die Biegebeanspruchung erheblich herabsetzt.
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Wirkweise typischer Vertikal-Aussteifungssysteme:
Röhrensystem:
Die schubsteife Ausbildung der Außenwände sowie deren kraftschlüssige Verbindung untereinander bilden das Prinzip eingespannten Röhren.Besondere Wirksamkeit aufgrund:1. Einbeziehung aller Außenwandelemente (Stützen, Verbände, Riegel usw.) in die Widerstandsmechanik.2. Optimale Spreizung der Wirkungsebenen des Widerstandes.
Hochhaus-tube in Barcelona
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Das Röhrenprinzip der Vertikalaussteifung
Hochhaus-tube
- Ausbildung jeder Außenwand als schubsteifer, druck- und zugfester Vertikalkragträger.- Kraftschlüssiger Verbund aller Außenwände zu einem einzigen vertikalen
Kastenträger bzw. einer Kragröhre.
Vergleich Kragträger
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Typische Röhren-Tragwerke
1 Rahmen-Röhre
2 Scheiben-Röhre
3 Fachwerk-Röhre
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Stabilisierungsmechanik der Rahmen+Fachwerk-Kombination
Im Rahmen-Tragwerk entstehen besonders horizontale Schubverformungen mit maximalen Verschiebungen unten.Im Fachwerk-Tragwerk entstehen hauptsächlich Biegeverformungen mit maximalen Verschiebungen oben.Durch die Kombination behindern sich die entgegengesetzten Verformungen gegenseitig. Die Gesamtauslenkung wird erheblich reduziert.
Rahmen+Fachwerk-System
klassisch optimiertRahmen-tragwerk
Fachwerk Burj Khalifa Dubai
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TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Stabilisierung durch Rückhaltemechanismus: Spannstützen-System
Vorgespannte Seile behindern
seitliches Ausweichen.
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Turm KillesbergJörg Schlaich
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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Hauptmechaniken zur Vertikalaussteifung von Tragwerken
0. Gelenkige Verbindung zwischen Stützen und Decken:Fehlender Widerstand gegen Horizontalkräfte – nicht ausführbar!
1. Durchlaufende Rahmen2. Fachwerkverband3. Massive Ausfachung4. Durchlaufscheibe außen
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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Standardformen für vertikale Aussteifungssysteme
Außenliegende Scherwände
Innenliegende Scherwände
(Zentral)-Kern Röhre/Tube
Standardkonzepte von Hochhäusern in Stahl
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
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1. Aufgesetzte Rahmen (gelenkige Fußpunkte) / teilsteifes Rahmenraster2. Rahmenkern mit Pendelstützen3. Durchlaufrahmen / Vollsteifes Rahmenraster4. Fachwerk oder Scheibenkern mit Ständerraster 5. Durchlauf Rahmenraster mit Aussteifungsgeschossen6. Fachwerk- oder Scheibenkern mit Rahmenraster und
Aussteifungsgeschossen7. Verdichteter Rahmenmantel mit Ständerraster8. Verdichteter Rahmenmantel mit Rahmenraster9. Fachwerkmantel mit Ständerraster10. Fachwerkmantel mit Fachwerkkern
oder Scheibenkern und mit Ständerraster
Abbildungsverzeichnis:[1] Leicher: Tragwerkslehre in Beispielen und Zeichnungen, Werner Verlag[2] Schmitt, Heene: Hochbaukonstruktion, Braunschweig: Vieweg, 1993[3] Heller: Padia 1, Ernst und Sohn[4] Krauss, Führer, Jürges: Tabellen zur Tragwerklehre, 10. Auflage, Rudolf Müller[5] Stadtbahnhof Ruhr-Universität Bochum – Jürgen Reichhardt, Stahl und Form, 1997 Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf[6] Wörzberger: Tragwerklehre, Begleitmaterial zur Vorlesung, Münster, 1994[7] Ackermann: Industriebau, Deutsche Verlags Anstalt GmbH, Stuttgart, 1984[8] www.oberndorfer.at, 2009[9] www.infoholz.de, Holzabsatzfonds, 2009[10] www.heinze.de, 2009[11] www2.tu-berlin.de/fb2/medho/fadibau/projekte, 2009[12] Holzabsatzfonds: Vorträge AK Meisterschulen 2007[13] Kuff: Tragwerke als Elemente der Gebäude- und Innenraumgestaltung, Verlag W. Kohlhammer, 2001[14] Karl Schwalbenhofer: Universität Wuppertal, FB Architektur, Lehrstuhl für Tragwerklehre und Baukonstruktionen[15] Falk, Andreas, FH Lippe-Höxter, Technische Mechanik 1[16] BAULINKS.de-BauNachrichten - Planen, Bauen, Nutzen und Bewirtschaften von Immobilien [17] Reichhardt, Industrie- und Gewerbebau in Holz, Informationsdienst Holz, Reihe 1,Teil 3, Folge 11,2008[18] www.arch.uni-wuppertal.de/Forschungs_und_Lehrbereich/Tragwerklehre_und_Baukonstruktion/[19] www.modelcar.de/picall/modellautobilder/auto_union_speichenrad.jpg[20] www.geo-data.at/rammkernsondierung2.jpg[21] www.ubv-vogtland.de/images/rammkernsondierung.jpg[22] www.bau.htw-dresden.de/geotechnik/1LE/gt_ig_vrl_5.pdf[23] François Colling, Holzabsatzfonds: Vorträge Holzbau 2007: 03 Grundlagen der Bemessung [24] www.math.uni-hamburg.de/spag/ign/bild/g-10dm.jpg[25] Wolfgang Rug , Holzabsatzfonds: Vorträge Holzbau 2007: 02 Vom alten zum neuen Sicherheits- und Bemessungskonzept [26] www.zitzmann.de/de/bilder/betonwerk/beton.jpg [27] uploader.wuerzburg.de/.../mauerwerk/mauer1.jpg[28] Wörzberger,Ralf; Maas, Michael – Vorweis – Software zur Bauteilvorbemessung – FH Düsseldorf 2001[29] www.igh-bauplanung.de/.../ref_06_1.jpg[30] www.muenster.de/stadt/denkmalpflege/pics/26_5...[31] www.zimmerin.de/.../goepel/img/goepel1.gif[32] www.bernd-nebel.de/bruecken/6_technik/eisen/bilder/eisen_6.jpg[32] de.academic.ru/.../dewiki/70/Fof_schema_.jpeg[33]www.rg-schwaz.tsn.at/.../Eifelturm.jpg[34]http://www.arch.columbia.edu/DDL/projects/amiens/section1.gif [35]http://adlhoch.org/bilder/finnland/Schornstein.jpg [36]http://www.ing-peuser.de/fotos/ref_stahlbau_04_gross.jpg[37]http://bauwiki.tugraz.at/pub/Baulexikon/HolzBrueckeB/vihantasalmi.jpg
TK 2 Aussteifung Prof. Dr.-Ing. Michael Maas
Abbildungsverzeichnis:[38] bernd-nebel.de/.../bilder/mackinac_7.jpg[39] Inge Kanakaris-Wirtl (kanakari.photos@gmail.com) ( http://www.kanakari-photos.com )[40] www.biholz.ch/referenzen/images/22a.jpg [41] www.ibkrentel.de/bilder/projekte/d113k.jpg[42] www.b-gm.net/referenzen.htm[43] www.karl-gotsch.de/Bilder/Mitteltal_Steg1.JPG[44] www.karl-gotsch.de/Bilder/Geisingen_AB.JPG [45] www.schnabel-fertigdecken.de/Bilder/PLABA1-06.jpg [46] http://www.bauen-fuer-emotionen.de/fileadmin/content/news/080214_fertigteilstuetzen.jpg [48] http://forum.bauforum24.biz/forum/uploads/post-1166-1242210278_thumb.jpg[49] http://de.academic.ru/pictures/dewiki/66/Betonschaden.jpg[50] Krauss, Führer, Neukäter: Grundlagen der Tragwerklehre 1, 9. Auflage, Rudolf Müller[51] Europoles GmbH & Co. KG[62] www.beton.org/sixcms[63]www.wir-rheinlaender.lvr.de/.../nissenh2.jpg [64] http://www.rib-software.com/uploads/pics/wochner_1.jpg[65] http://de.structurae.de Brücke Nr. 319b über den Rhein-Herne-Kanal in Oberhausen.[66] www.ducret-orges.ch/Illustrations/gandin.jpg[67] LernOrtGedenkOrt Dokumentations- und Begegnungshaus, 2005, Wandel-Hoefer-Lorch & Hirsch [68] http://www.bonn.de/imperia/md/images/rat-verwaltbuergerdienste/pressefotos/kultur_museen/bundeskunsthalle.jpeg[69] www.kfv-goe.de/einsatz/2007/10/bus_12.JPG [70] http://www.baulinks.com/webplugin/2006/i/0791-roma.gif [71] http://solarstrom-bayern.com/Schneelasten%20BRD.jpg [72] www.keinesorgen.at/uploads/pics/Schnee.jpg[73] www.wohnbeton.at [74] Tichelmann, Karsten, Vorlesung en TWL 2006[75] www.simplyairlines.com/images/cityguides/edinburgh/9_top_ten.jpg [76] Stephen Gregory / The Epoch Times 08.07.2009[77] http://bauwiki.tugraz.at/pub/Baulexikon/StaTik/Rollenlager-Klein.jpg [78] panoramio.com [79] Das Olympiastadion in München: muenchen-reisefuehrer.de[80] Unterspannte Träger ing-peuser.de[81] bauwiki.tugraz.at/.../ vihantasalmi.jpg [82] www.wulf-partner.de/ cf/Parkhaus2.jpg [83] www.th-cad.de/ images/rug5.jpg[84] www.schweizerholzbau.ch/ uploads/pics/p-Brienz...[85] Uni-Wuppertat; Prof.-Dr.-Ing. Karl Schwalbenhofer[86] engl-pietzsch-architekten.de[87] Engel, Heino, Tragsysteme – Structure Sytems, 3. Auflage 2007, Verlag Hatje Cantz[88] www.travel-images.com/pht/hong-kong239.jpg
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