Stahlrahmen-Bemessung in einer thermisch anspruchsvollen Produktionshalle

Über das Projekt

Die Anlage umfasst eine Stahlhalle mit einem Satteldach mit 6° Neigung und einem rechteckigen Grundriss von 56,36 x 47,50 Metern. Die Halle ist am First 9,48 Meter hoch und wird von 12 Stahlrahmen im Abstand von 5 Metern gebildet. Jeder Rahmen weist eine Vier-Stützen-Konfiguration auf, mit HEA300-Profilen an den Rändern und HEA260-Profilen an den Innenachsen, die Fachwerkträger mit HEA200-Ober- und -Untergurten sowie SHS-Diagonalen tragen.

Die Querstabilität wird allein durch die Rahmensteifigkeit gewährleistet, während die Längsstabilität durch eine Kombination aus horizontalen und vertikalen Aussteifungssystemen sichergestellt wird. Das Tragraster umfasst drei wesentliche vertikale Aussteifungszonen: eine zentral angeordnete und zwei angrenzend an die Giebelwände. Die Fundamente bestehen aus Stahlbeton-Einzelfundamenten, die durch Fundamentbalken verbunden sind, mit gelenkigen Verbindungen zwischen den Stahlstützen und ihren Fundamenten über vorinstallierte Anker. Pfetten und Wandriegel werden als kaltgeformte Z- bzw. C-Profile ausgeführt und vervollständigen das Dach- und Fassadensystem.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{3D structural model in SCIA Engineer}}}\]

IDEA StatiCa erwies sich nicht nur als präzises Werkzeug für die Bemessung komplexer Verbindungen, sondern auch als große Hilfe bei der Bestimmung der Steifigkeit der Verbindungen, was das globale Modell der Struktur genauer machte.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

Bauingenieurwesen – UOIG Nikola Patrk
Croatia

Ingenieurtechnische Herausforderungen

Der Produktionsprozess erforderte hohe Luftfeuchtigkeit im Innenbereich, was den Planer dazu veranlasste, das Stahlwerk vor innerer Feuchtigkeit zu schützen. Die Wärmedämmung wurde daher auf der Innenseite der Stützen und Fachwerke angeordnet – eine Planungsentscheidung, die große Teile des Stahlrahmens den rauen Außenbedingungen aussetzte. Gemäß Eurocode 1 (EC1) umfassen diese sowohl extreme Sommerhitze als auch harte Winterkälte, wodurch Temperatureinwirkungen zu einem wesentlichen tragwerksbezogenen Aspekt werden.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Position of thermal insulation panels}}}\]

Da die meisten Stahlbauteile ungeschützten Temperaturschwankungen ausgesetzt waren, entwickelten sich in den Längselementen und der vertikalen Aussteifung erhebliche Normalkräfte. Die UG1-Träger, die das Fassadenblech tragen, waren besonders betroffen. Diese Träger waren nicht mit den horizontalen Bauteilen des vertikalen Aussteifungssystems (HUS2) ausgerichtet, was ausgeprägte Exzentrizitäten und komplexe Lastumleitungen erzeugte, die auf Verbindungsebene berücksichtigt werden mussten.

Dank IDEA StatiCa konnten wir sofort visualisieren, wie exzentrische Längskräfte unsere Verbindungen beeinflussten – ein entscheidender Faktor bei der Feinabstimmung des Stabilitätssystems.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

Bauingenieur – UOIG Nikola Patrk
Croatia

Lösungen und Ergebnisse

Ein globales Tragwerksmodell wurde in SCIA Engineer 20.0 entwickelt, das alle primären Stahlbauteile mit Ausnahme der sekundären Pfetten und Wandriegel umfasst. Für die Verbindungsbemessung wurde IDEA StatiCa Connection eingesetzt. Die schnelle Einrichtung und die klare Visualisierung des Verbindungsverhaltens unter Last machten es zu einem unverzichtbaren Werkzeug, insbesondere für Verbindungen, die exzentrischen Längskräften ausgesetzt sind.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel joint with significant eccentricity of longitudinal forces in IDEA StatiCa Connection }}}\]

Durch den Einsatz von IDEA StatiCa konnte das Ingenieurteam Verformungsmuster und Steifigkeitseigenschaften von Verbindungen nahezu in Echtzeit untersuchen. Diese Möglichkeit verbesserte die Genauigkeit des globalen Modells erheblich, insbesondere bei der Vorhersage von Verformungen und der Umverteilung innerer Kräfte.

Schnell, intuitiv und leistungsstark – IDEA StatiCa hat dazu beigetragen, ein thermisch komplexes tragwerksbezogenes Puzzle in eine optimierte Stahllösung zu verwandeln."

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

Bauingenieur – UOIG Nikola Patrk
Croatia

Ein weiterer wesentlicher Vorteil war die effiziente Bemessung von Stahl-Fußplatten und vorinstallierten Ankern nach EN 1992-4. Das dedizierte Verankerungsmodul der Software ersetzte einen traditionell aufwändigen, manuellen Prozess durch eine schnelle, normkonforme und nachvollziehbare Lösung und verbesserte den gesamten Arbeitsablauf erheblich.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Connection of steel column and RC pad foundation in IDEA StatiCa Connection}}}\]

Die Möglichkeit, Fußplatten- und Ankerbemessungen gemäß EN 1992-4 zu bewerten, ohne auf Handberechnungen zurückgreifen zu müssen, hat uns unzählige Stunden gespart.

Nikola Patrk mag.ing.aedif.

Bauingenieur – UOIG Nikola Patrk
Croatia

Über UOIG Nikola Patrk

UOIG Nikola Patrk ist ein kleines Unternehmen, das 2018 gegründet wurde (derzeit als Einzelperson tätig) und in Zadar, Kroatien, ansässig ist. Es ist spezialisiert auf die Bemessung von Stahlbeton-, Mauerwerk-, Stahl- und Holztragwerken. Nikola Patrk ist Tragwerksplaner mit mehr als 10 Jahren Erfahrung als Mitarbeiter und Hauptplaner bei Projekten verschiedener Größenordnung und Zweckbestimmung.