Bemessungshilfen zu nichtrostenden Stählen im Bauwesen

Bemessungshilfen zu nichtrostendenStählen im Bauwesen(Dritte Auflage)

© 2006 Euro Inox und The Steel Construction InstituteISBN 2-87997-210-8(Zweite Auflage 2002: ISBN 2-87997-041-5)Euro Inox und The Steel Construction Institute sind um die technische Richtigkeit der hier präsentierten Informationen bemüht.Der Leser soll jedoch darauf aufmerksam gemacht werden, dass das Informationsmaterial nur allgemeinenInformationszwecken dient. Euro Inox, The Steel Construction Institute und die anderen Beteiligten weisen jede Haftung oderVerantwortung für jegliche Verluste, Schäden oder Verletzungen von sich, die im Zusammenhang mit der Verwendung dieserVeröffentlichung entstehen könnten.CD-ROM, in 7 Sprachen ISBN 2-87997-187-XEnglische Ausgabe ISBN 2-87997-204-3Finnische Ausgabe ISBN 2-87997-208-6Französische Ausgabe ISBN 2-87997-205-1Italienische AusgabeISBN 2-87997-206-XSpanische Ausgabe ISBN 2-87997-207-8Schwedische Ausgabe ISBN 2-87997-209-4ii

GeleitwortDritte AuflageDiese dritte Auflage der Bemessungshilfen entstanden unter Leitung des Steel ConstructionInstitute als Teilergebnis des RFCS-Projektes - Valorisation Project – Structural design ofcold worked austenitic stainless steel (Vertragsnr. RFS2-CT-2005-00036). Sie enthalten einevollständige Überarbeitung der zweiten Auflage und erweitern den Umfang auf kaltgeformteaustenitische nichtrostende Stähle und auf aktuelle Bezüge zu den Eurocode-Entwürfen. Diedritte Auflage nimmt Bezug auf die betreffenden Teile von EN 1990, EN 1991 und EN 1993.Der Abschnitt 7: Brandschutzbemessung wurde aktualisiert und neue Abschnitte zur Dauerhaftigkeitvon nichtrostenden Stählen im Kontakt mit Erdboden und Lebenszykluskostenwurden ergänzt.Drei neue Bemessungsbeispiele wurden ergänzt, die die geeignete Anwendung von kaltgeformtemnichtrostenden Stahl zeigen. Die Erstellung erfolgte durch die folgenden Partner:• Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)• The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)• Technical Research Centre of Finland (VTT)Eine Projektsteuerungsgruppe, bestehend aus Vertretern einer jeden Partnerorganisation undweiteren Vertragspartnern, begleitete die Arbeiten und trug zur Entstehung dieserBemessungshilfen bei. Die folgenden Organisationen haben bei der Erstellung der drittenAuflage mitgewirkt:• The Steel Construction Institute (SCI) (Projektkoordinator)• Centro Sviluppo Materiali (CSM)• CUST, Blaise Pascal University• Euro Inox• RWTH Aachen, Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau• VTT Technical Research Centre of Finland• The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)• Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)Geleitwort zur zweiten AuflageDie vorliegenden Bemessungshilfen entstanden unter Leitung des Steel ConstructionInstitute als Teilergebnis des von der EGKS mitfinanzierten Valorisierungsprojekts -Entwicklungen zum Gebrauch nichtrostender Stähle im Bauwesen (Vertragsnr. 7215-PP-056). Sie enthalten eine vollständige Überarbeitung des Design manual for structuralstainless steel, was zwischen 1989 und 1992 am Steel Construction Institute entstand und1994 von Euro Inox veröffentlicht wurde.Die vorliegende neue Auflage berücksichtigt zusätzlich die Fortschritte der vergangenenletzten 10 Jahre, durch die ein erweiterter Wissensstand zu nichtrostenden Stählen imBauwesen erlangt wurde. Insbesondere enthält sie neue Bemessungsempfehlungen, die demiii

kürzlich abgeschlossenen und von der EGKS mitunterstützten Projekt Development of theuse of stainless steel in construction (Vertragsnr.: 7210-SA/842) entnommen wurden. DieBemessungshilfen konnten somit um die Behandlung von Rundhohlprofilen und um dieBrandbemessung erweitert werden. In den letzten zehn Jahren wurde eine beachtlicheAnzahl europäischer Normen zu Verbindungsmitteln, Verarbeitung, Konstruktion,Schweißen, etc. von nichtrostenden Stählen verabschiedet. Die Bemessungshilfen wurdenum die entsprechenden Verweise zu diesen Normen und Zahlenwerken aktualisiert.Eine Projektsteuerungsgruppe, bestehend aus Vertretern einer jeden Partnerorganisation undweiteren Vertragspartnern, begleitete die Arbeiten und trug zur Entstehung dieserBemessungshilfen bei.Die anhängigen Bemessungsbeispiele wurden von folgenden Partnern erdacht und erarbeitet:• Luleå Institute of Technology• Technical Research Centre of Finland (VTT)• RWTH Aachen• Centre Technique Industriel de la Construction Métallique (CTICM)• The Steel Construction Institute (SCI)Nachstehende Personen waren Mitglieder der Projektsteuerungsgruppe und/oder an derErarbeitung der Bemessungsbeispiele beteiligt:Nancy BaddooMassimo BarteriBassam BurganHelena Burstrand KnutssonLars HamrebjörkFranz-Josef HeiseJouko KouhiRoland MartlandEnrique MirambellAnders OlssonThomas PaulyEsther RealIvor RyanHeiko StangenbergAsko TaljaThe Steel Construction InstituteCentro Sviluppo Materiali (CSM)The Steel Construction InstituteSwedish Institute of Steel Construction (SBI)Swedish Institute of Steel Construction (SBI)Studiengesellschaft Stahlanwendung e.V. (SAES)Technical Research Centre of Finland (VTT)Health and Safety Executive (UK)Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)AvestaPolarit AB (publ)(vormals Luleå Institute of Technology)Euro InoxUniversitat Politècnica de Catalunya (UPC)Centre Technique Industriel de la Construction MétalliqueRWTH Aachen, Lehrstuhl für StahlbauTechnical Research Centre of Finland (VTT)iv

DanksagungNachstehende Organisationen beteiligten sich mit finanzieller Förderung an dieser drittenAuflage der Bemessungshilfen:• Research Fund for Coal and Steel (RFCS) (formerly, European Coal and SteelCommunity (ECSC))• Euro InoxIhrer Unterstützung sei hier ausdrücklich gedankt. Ebenfalls dank gebührt den europäischenHerstellern von nichtrostendem Stahl und deren Verbänden, die einen Beitrag zu dieser undden beiden vorangegangen Auflagen geleistet haben.VorwortDiese Bemessungshilfen sollen den Ingenieuren/Innen als Anleitung dienen, die zwar imAllgemeinen Stahlbau jedoch nicht unbedingt im Umgang mit nichtrostenden Stählenerfahren sind. Sie haben jedoch weder rechtlichen Status, noch entbinden sie den Ingenieurvon seiner Verantwortung, für ein sicheres und funktionales Tragwerk zu sorgen.Die Bemessungshilfen bestehen aus zwei Teilen:• Teil I - Empfehlungen• Teil II - BemessungsbeispieleIn Teil I werden die Bezeichnungen der Grenzzustandsphilosophie verwendet und entsprechendenen der folgenden Teile des Eurocode 3 Bemessung von Stahlbauten:EN 1993-1-1 Bemessung von Stahlbauten: Allgemeine Bemessungsregeln undBemessungsregeln für den HochbauEN 1993-1-2EN 1993-1-3BlecheEN 1993-1-4EN 1993-1-5EN 1993-1-8EN 1993-1-9Bemessung von Stahlbauten: Bemessung im BrandfallBemessung von Stahlbauten: Kaltgeformte dünnwandige Bauteile undBemessung von Stahlbauten: Nichtrostende StähleBemessung von Stahlbauten: Aus Blechen zusammengesetzte BauteileBemessung von Stahlbauten: Bemessung von AnschlüssenBemessung von Stahlbauten: Ermüdung von StahlbautenEN 1993-1-10 Bemessung von Stahlbauten: Stahlsortenauswahl nach Bruchzähigkeit undMaterialdickev

Die Bemessungshilfen enthalten empfohlene Werte für bestimmte Beiwerte, dieAnpassungen auf nationaler Ebene unterliegen und in nationalen Anwendungsdokumentengeregelt sind.Die Bemessungsbeispiele im Teil II veranschaulichen die Handhabung derBemessungsempfehlungen. Es wird jeweils auf die entsprechenden Kapitel und konkretenBemessungsempfehlungen verwiesen.Die Bemessungsempfehlungen und Bemessungsbeispiele können im Internet bei Steelbiz,einer technischen Informationsplattform des SCI unter (www.steelbiz.org) und bei Euro Inoxunter (http://www.euro-inox.org) abgerufen werden. Ein Kommentar zu denBemessungsempfehlungen einschließlich sämtlicher Verweisquellen steht dort ebenso zurVerfügung. Der Kommentar dient dem Ingenieur, die Grundlagen der Bemessungsempfehlungenrichtig einzuschätzen und weitere Überarbeitungen im Zuge des wachsendenKenntnisstandes nachvollziehen zu können. Es wird die Gelegenheit ergriffen, hier dieErgebnisse verschiedener Versuchsprogramme, die speziell auf den Hintergrund dieserBemessungshilfen abzielten, zu präsentieren. Die Bemessungsempfehlungen,Bemessungsbeispiele und Kommentare sind bei Euro Inox auch auf CD-Rom erhältlich.Ein Programm zur Bemessung kaltgeformter Bauteile aus nichtrostendem Stahl aufzentrischen Zug, Biegung oder zentrischen Druck steht im Internet unter www.steelstainless.org/softwarezur freien Verfügung. Die Querschnittswerte und Bauteilwiderständewerden hierzu gemäß der vorliegenden Bemessungshilfen errechnet.Die hier vorgestellten Bemessungsempfehlungen haben den zum Erscheinungszeitpunktbestmöglichen verfügbaren Wissensstand als Grundlage. Jedoch wird keinerleiVerantwortung für jegliche Art von Verletzungen, Todesfällen, Ausfällen, Beschädigungenoder Verzögerungen, die, wie auch immer, in Zusammenhang mit der Anwendung dieserBemessungsempfehlungen stehen könnten, von den Projektpartnern oder von in Verbindungmit diesen Bemessungshilfen stehenden Personen übernommen.vi

InhaltSeiteGELEITWORTDANKSAGUNGVORWORTiiiivvTEIL 1 – EMPFEHLUNGEN1 EINFÜHRUNG 11.1 Gültigkeitsbereich 11.2 Bezeichnungen 11.3 Definitionen der Bauteilachsen 31.4 Einheiten 32 GRUNDLAGEN DER BEMESSUNG 52.1 Allgemeine Voraussetzungen 52.2 Grenzzustandsbemessung 52.3 Belastung 73 WERKSTOFFE: EIGENSCHAFTEN, STAHLSORTENWAHL UNDDAUERHAFTIGKEIT 113.1 Werkstoffgüten 113.2 Mechanisches Verhalten und Bemessungswerte der Eigenschaften 173.3 Physikalische Eigenschaften 223.4 Temperatureffekte 233.5 Lebenszykluskosten 233.6 Werkstoffwahl 243.7 Dauerhaftigkeit 274 QUERSCHNITTSWERTE 374.1 Allgemeines 374.2 Maximale Breiten/Dicken-Verhältnisse 374.3 Klassifizierung der Querschnitte 374.4 Mitwirkende Breiten 414.5 Ausgesteifte Querschnittsteile 464.6 Berechnung der Querschnittswerte 494.7 Querschnittstragfähigkeit 525 BEMESSUNG VON BAUTEILEN 575.1 Einleitung 575.2 Zugglieder 575.3 Druckglieder 575.4 Biegebeanspruchung von Bauteilen 615.5 Bauteile bei Beanspruchung aus Normalkraft und Biegung 716 BEMESSUNG VON VERBINDUNGEN 736.1 Allgemeine Empfehlungen 736.2 Geschraubte Verbindungen 756.3 Verbindungsmittel für dünnwandige Bauteile 806.4 Geschweißte Verbindungen 80vii

7 BRANDSCHUTZBEMESSUNG 857.1 Allgemeines 857.2 Mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen 857.3 Thermische Eigenschaften bei hohen Temperaturen 887.4 Bestimmung des baulichen Feuerwiderstands 898 ERMÜDUNG 979 EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN 989.1 Allgemeines 989.2 Ermittlung der Spannungs-Dehnungs-Kurve 989.3 Bauteilversuche 9810 ASPEKTE BEI DER VERARBEITUNG 10010.1 Einleitung 10010.2 Lagerung und Bearbeitung 10110.3 Formgebung 10110.4 Schweißen 10310.5 Verschleiß und Anfressungen 10810.6 Nachbearbeitung 108TEIL II – BEMESSUNGSBEISPIELEviii

TEIL 1 – EMPFEHLUNGEN1 EINFÜHRUNG1.1 GültigkeitsbereichDie Empfehlungen in diesem Teil der Bemessungshilfen beziehen sich auf dieStahlsorten, die als typisch für bautechnische Anwendungen bezeichnet werdenkönnen. Die Empfehlungen sollen im Wesentlichen der Bemessung von Bauteilenund Bauteilkomponenten von Gebäuden, Offshore-Anlagen und dergleichendienen. Die vorliegenden Bemessungshilfen sollten nicht zu besonderenTragwerken wie kerntechnischen Anlagen oder Druckbehälter, für welche bereitsextra ausgewiesene Normen im Zusammenhang mit der Anwendung nichtrostenderStähle existieren, herangezogen werden.Die Empfehlungen richten sich vielmehr an Aspekte des Werkstoffverhaltens, dieBemessung kaltgeformter und geschweißter Bauteile sowie ihre Verbindungen. Siegelten für austenitische und austenitisch-ferritische nichtrostende Stähle, dieüblicherweise im Bauwesen eingesetzt werden. Die Bemessungsempfehlungenwurden in Anlehnung an die Grenztragfähigkeitsphilosophie formuliert.1.2 BezeichnungenIm Allgemeinen werden in diesen Bemessungshilfen dieselben Bezeichnungen wiein EN 1993-1-1: Eurocode 3, Bemessung von Stahlbauten: AllgemeineBemessungsregeln und Bemessungsregeln für den Hochbau verwendet.Ausführlicher Gebrauch wird von Indizes gemacht, wie z.B. N b,z,Rd . für denBemessungswiderstand (Rd für design resistance) einer Stütze unter Normalkraft(N) gegen Knicken (b für buckling) um die schwache Achse (Index z).Einheiten- und Achsenbezeichnungen von Querschnitten werden in Abbildung 1.1veranschaulicht. Es ist zu beachten, dass im Gegensatz zur gängigen Praxis invielen Ländern die starke Achse normalerweise mit y-y und die schwache mit z-zbezeichnet wird, siehe Kapitel 1.3.Lateinische GroßbuchstabenA Außergewöhnliche Last; FlächeC Fester Wert; FaktorE Elastizitätsmodul; Wirkung der LastF Last; KraftG Ständige Last; SchubmodulI Flächenmoment zweiten GradesL Länge; Spannweite; SystemlängeM BiegemomentN NormalkraftQ Veränderliche LastR WiderstandV QuerkraftW Widerstandsmoment1

Griechische Großbuchstaben∆ Differenz zwischen ........ (steht vor dem Hauptsymbol)Lateinische Kleinbuchstabena Abstand zwischen zwei Steifen; Schweißnahtdickeb Dicke; Breitec Abstand; einseitig gestützte Querschnittsteiled Durchmesser; Höhee Exzentrizität; Verschiebung der Schwerachse; Randabstand; Endabstandf Festigkeit (eines Werkstoffs)g Spaltgrößeh Höhei Trägheitsradius; Ganze Zahlk Koeffizient; Beiwertl Knicklängem Konstanten Anzahl der/ von ...p Neigung; Abstandq Streckenlastr Radius; Ausrundungshalbmessers gestaffelter Abstandt Dickeuu Starke (Haupt-)Achsevv Schwache (Neben-)Achsew Verwölbungxx, yy, zz Rechteckige AchsenGriechische Kleinbuchstabenα (alpha) Verhältnis; Beiwertβ (beta) Verhältnis; Beiwertγ (gamma) Teilsicherheitsbeiwertε (epsilon)⎛ 235 ⎞Dehnung; Koeffizient ⎜E=⎟210000⎝f y ⎠λ (lambda) Schlankheit (mit Balken: bezogene Schlankheit)ρ (rho) Reduktionsbeiwertσ (sigma) Normalspannungτ (tau) Schubspannungϕ (phi) Verhältnisχ (chi) Reduktionsbeiwert (beim Stabilität)ψ (psi) Spannungsverhältnis; ReduktionsbeiwertTiefgestellte IndizesabccrdEeffeelfgDurchschnitt (average)Lochleibung (bearing); Knicken, Beulen (buckling); Schraube (bolt)Querschnitt (Cross section)kritisch (Critical)Bemessung (design)Euler, Schnittgrößeeffektiveffektiv (bei nachfolgenden Indizes)elastischFlanschBrutto0,52

i,j,kkLTMNnetoplRrSstuVvwxyzστIndizes (als Platzhalter für Zahlen)charakteristischBiegedrill-, (lateral-torsional)(unter Berücksichtigung von) Biegemomenten(unter Berücksichtigung von) Normalkräftennettoanfänglich, AnfangsplastischWiderstand (Resistance)abgeminderter Wert (reduced value)Schnittgröße; SekanteZugspannung (Fläche); Steife (Stiffener)Zug (Tension; Tensile); TorsionStarke Querschnittsachse; äußerst (Ultimate)(unter Berücksichtigung von) QuerkräftenSchub; Schwache QuerschnittsachseSteg (web); Schweißnaht (weld); Verwölbung (warping)BauteillängsachseFließ- (Yield (proof value)); Querschnittsachse (starke Achse außer beiunsymmetrischen Querschnitten)Querschnittsachse (schwache Achse außer bei unsymmetrischenQuerschnitten)NormalspannungSchubspannung1.3 Definitionen der BauteilachsenIm Allgemeinen gilt für die Bauteilachsen folgende Definition:xx in Längsrichtung des Bauteils.yy Querschnittsachse senkrecht zum Steg bzw. längeren Schenkel beiWinkelprofilen.zz Querschnittsachse parallel zum Steg bzw. längeren Schenkel beiWinkelprofilen.Die yy-Achse stellt üblicherweise die starke, die zz-Achse die schwacheQuerschnittsachse dar. Bei Winkelprofilen sind starke und schwache Achse (uu andvv) gegenüber der yy- and zz-Achse gedreht, siehe Abbildung 1.1.Für die Momentenachsen gilt folgende Indexschreibweise:“Es gilt die Achse, um die das Moment wirkt”.Zum Beispiel wird bei einem I-Profil ein Biegemoment in Stegebene mit M ybezeichnet, da es um die Querschnittsachse senkrecht zum Steg wirkt.1.4 EinheitenEs werden die folgenden Berechnungseinheiten empfohlen:• Kräfte und Lasten kN, kN/m, kN/m 2• Dichte kg/m 3• Wichte kN/m 3• Spannungen und Festigkeiten N/mm 2 (= MN/m 2 oder MPa)3

• Biegemomente kNmEs sei darauf hingewiesen, dass in der europäischen Praxis ein Komma “,” alsDezimaltrennzeichen verwendet wird.zbzbt whwdy y h yt fzzdyttvhyryhyuuytb zz bvAbbildung 1.1Bezeichnungen und Querschnittsachsen4

2 GRUNDLAGEN DER BEMESSUNG2.1 Allgemeine VoraussetzungenEin Tragwerk sollte so entworfen sein, dass es:• für den veranschlagten Lebenszeitraum standsicher ist,• den Lasten während der Bauphase, Ausbau und Nutzung standhält,• Unfallschäden infolge Überlastung lokal begrenzt,• in Hinblick auf die Instandhaltungskosten eine angemessene Dauerhaftigkeitaufweist.Die oben genannten Anforderungen können durch geeignete Baustoffe,entsprechenden Entwurf und Detaillierung und durch die Angabe vonQualitätskontrollen für Bau und Wartung erreicht werden.Tragwerke sind unter Beachtung aller zu erwartender Grenzzustände zu bemessen.2.2 GrenzzustandsbemessungGrenzzustände sind Extremalbedingungen, die es bei ihrer Überschreitung demTragwerk unmöglich machen, den Anforderungskriterien zu genügen. Es werdendrei Klassen von Grenzzuständen unterschieden: Grenzzustände der Tragfähigkeit,der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit. Grenzzustände der Tragfähigkeitsind solche, bei deren Überschreitung es zum Teil- oder Gesamteinsturz desTragwerks kommen kann, also Menschenleben gefährdet wird. Grenzzustände derGebrauchstauglichkeit bezeichnen Zustände, in denen die Gebrauchsanforderungennicht mehr eingehalten werden. Grenzzustände der Dauerhaftigkeit kann man zumTeil der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit zurechnen, abhängig davonob, zum Beispiel, die Korrosion die Tragfähigkeit herabgesetzt oder aber dasäußere Erscheinungsbild geschmälert wird. Beispiele für Grenzzustände sindnachstehend aufgeführt:Grenzzustand der Tragfähigkeit• Tragfähigkeit (wie z.B. gegen Plastizieren im allgemeinen, Bruchversagen,Stabilität und das Erreichen kinematischer Mechanismen)• Durchschlagprobleme und Verschieblichkeit• ErmüdungsrisseGrenzzustand der Gebrauchstauglichkeit• Verformungen• Schwingungen (z.B. windinduziert)• Behebbare Schäden infolge Ermüdung• KriechenGrenzzustand der Dauerhaftigkeit• Korrosion5

• Metallische StabilitätGrenzzustand der TragfähigkeitBei Grenzzuständen der Tragfähigkeit gilt folgendes Nachweisformat:E d ≤ R d (2.1)wobei:E d der beiwertbehaftete Bemessungswert der einwirkenden Schnittgröße imBauteil oder Konstruktionsteil im Tragwerk ist (siehe Abschnitt 2.3), undR d der entgegenstehende Bemessungswiderstand gemäß zutreffendemAbschnitt in diesen Empfehlungen.Der Bemessungswiderstand R d wird im Allgemeinen mit R k /γ M angegeben, wobeiR k der charakteristische Widerstand und γ M der Teilsicherheitsbeiwert ist. DerTeilsicherheitsbeiwert γ M kann verschiedene Größen annehmen. Tabelle 2.1 enthältdie γ M –Werte, die in Verbindung mit diesen Bemessungshilfen zu verwenden sindund EN 1993-1-4 und EN 1993-1-8 entstammen. Es wird an dieser Stelle ebenfallsauf den nationalen Anhang (NA) zur EN 1993-1-4 und zu anderen relevantenTeilen von EN 1993 desjenigen Landes verwiesen, für welches das Tragwerkbemessen wird, da von Tabelle 2.1 abweichende Werte für γ M angegeben seinkönnen. (Falls ein NA nicht existiert, sollten die γ M -Beiwerte mit der zuständigennationalen Bauaufsichtsbehörde vereinbart werden.)Alternativ zum rechnerischen Nachweis kann der Bemessungswiderstand auchanhand von Material-, Bauteil- und Konstruktionsversuchen bestimmt werden (zurVorgehensweise siehe Abschnitt 9).Tabelle 2.1Richtwerte für γ MTragfähigkeit von: Symbol Wert(EN 1993-1-4)Querschnitte mit ausreichendem Fließvermögeneinschließlich beulgefährdete Querschnitteγ M0 1,10Stabilitätsgefährdete Bauteilen gemäß Bauteilnachweis γ M1 1,10Bruchgefährdete zugbeanspruchte Querschnitte γ M2 1,25Schrauben, Schweißnähte, Bolzen und bei Plattenbiegung γ M2 1,25Tragfähigkeit von: Symbol Wert(EN 1993-1-8)Hohlprofilanschlüsse bei Fachwerken γ M5 1,00Bolzenverbindungen im Grenzzustand derGebrauchstauglichkeitγ M6,ser 1,00Grenzzustände der GebrauchstauglichkeitDas entsprechende Format für Gebrauchstauglichkeit lautet:E d ≤ C d (2.2)mit:E dBemessungswert der Auswirkung der Einwirkungen in der Dimensiondes Gebrauchstauglichkeitskriteriums, z.B. Bauteilverformung durchKräfte und Momente im Bauteil unter charakteristischer Belastung (F k ,siehe Abschnitt 2.3.4), und6

C dBemessungswert der Grenze für das maßgebendeGebrauchstauglichkeitskriteriumGrenzzustände der DauerhaftigkeitZu diesen Zuständen müssen Korrosionserscheinungen beachtet und bewertetwerden. Diese werden in Abschnitt 3.7 angesprochen.2.3 Belastung2.3.1 AllgemeinesIn den Eurocodes werden die Belastungen als Einwirkungen bezeichnet. EineEinwirkung wird definiert als• eine Gruppe von Kräften (Lasten), die auf das Tragwerk einwirkt (direkteEinwirkung),• eine Gruppe eingeprägter Verformungen oder Beschleunigungen, z.B infolgevon Temperaturänderungen, Feuchtigkeitsschwankungen, Setzungen oderErdbeben (indirekte Einwirkungen).Charakteristische Werte (F k ) für einzelne Einwirkungen werden festgelegt:• in EN 1991 Einwirkungen auf Tragwerke (unter Berücksichtigung vonErgänzungen und/oder Abweichungen im jeweiligen Nationalen Anhang) oderanderen maßgebenden Lastnormen, oder• durch den Bauherrn oder den Tragwerksplaner in Absprache mit dem Bauherrn,vorausgesetzt, dass die Mindestanforderungen in den Belastungsnormenoder der zuständigen Baubehörde berücksichtigt werden.Die Bemessungswerte für Einzelkräfte (F d ) ergeben sich durch Multiplikation dercharakteristischen Werte mit den Teilsicherheitsbeiwerten für die Einwirkung (γ F ).Der Bemessungsfall ergibt sich, indem alle realistischen Einwirkungskombinationenberücksichtigt und die kritischen Fälle betrachtet werden.2.3.2 Grenzzustand der Tragfähigkeit – beiwertbehafteteLasten für allgemeine AnwendungsfälleEs werden die folgenden Einwirkungsarten betrachtet:• “ständige” Einwirkungen (G) – z.B. Eigengewicht des Tragwerks,Bauwerksausstattung und feste Einrichtungen• “veränderliche” Einwirkungen (Q) z.B. Verkehrslasten, Windlasten,Schneelast und thermische Last• “außergewöhnliche” Lasten (A) – z.B. Explosion, Feuer und FahrzeuganprallEN 1990 enthält die Einwirkungskombinationen für die Bemessung vonBauwerken und auch die empfohlenen Teilsicherheitsbeiwerte für Einwirkungen γ F .Es soll an dieser Stelle auch auf den Nationalen Anhang zu EN 1990 desjenigenLandes verwiesen werden, für welches das Tragwerk vorgesehen ist, weil von denempfohlenen Werten abweichende Werte für γ F eingesetzt werden können. Der NAenthält auch die empfohlenen Kombinationsbeiwerte (ψ - Beiwerte) und Beiwertefür ungünstig wirkende ständige Einwirkungen (ξ - Reduktionsbeiwert). (Wenn einNA nicht verfügbar ist, sollten γ F -, ψ und ξ Beiwerte mit der zuständigennationalen Bauaufsichtsbehörde vereinbart werden.). Hinzuweisen ist auf denNationalen Anhang zu EN 1991, der die Zahlenwerte für Belastungen enthält.7

Gemäß EN 1990 können für den normalen Gebrauch, d.h. in Situationen, die keineaußergewöhnlichen Einwirkungen einschließen, die Lastkombinationen wie folgtermittelt werden:∑γγG,jGk,j+Q,1Qk,1j≥1+ ∑ γ ψ Q(2.3)Q,i 0, i k,ii>1oder alternativ mit dem ungünstigeren Wert aus den folgenden Ausdrücken:∑γ G, j Gk,j + γQ,1ψ0,1Qk,1j≥1∑ξ γ G + γ Q,1 Q k,1jj≥1G, jk, j+ ∑γ Q,iψ0,iQk,i(2.4a)i>1+ ∑γ Q,iψ0,iQk,i(2.4b)i>1Hierin ist:G k,j der charakteristische Wert der ständigen Einwirkungen,Q k,1 der charakteristische Wert der dominierenden veränderlichen Einwirkung1 (d.h. der am ungünstigsten wirkenden veränderlichen Leiteinwirkung),Q k,i die charakteristischen Werte der begleitenden veränderlichenEinwirkungen i,j der Index der ständigen Einwirkung,i der Index der veränderlichen Einwirkungen,γ G,j der Teilsicherheitsbeiwert für die ständige Einwirkung G k,j ,γ Q,1ξ jder Teilsicherheitsbeiwert für die dominierende veränderlicheEinwirkung 1der Reduktionsbeiwert für ungünstig wirkende ständige Einwirkungen Gψ 0,i der Reduktionsbeiwert für den Kombinationswert einer veränderlichenEinwirkung Q.An dieser Stelle soll nochmals auf das NA des jeweiligen Landes, für welches dasTragwerk bestimmt ist, verwiesen werden.Die folgenden empfohlenen Zahlenwerte sind in EN 1990 enthalten:γ G,j = 1,35 (bei ungünstiger Wirkung)γ Q,1 = 1,5 γ Q,i = 1,5ξ = 0,85Der Wert für ψ 0 ist abhängig von der Art der Belastung (siehe EN 1990).Die Gleichungen 2.4a und 2.4b wurden eingeführt, weil die Gleichung 2.3 beihochbelasteten Tragwerken die Einwirkungen weit überschätzt. Für Stahltragwerkeergeben sich bei Anwendung der Gleichungen 2.4a und 2.4b im Allgemeinengeringere Lasten im Vergleich zu Gleichung 2.3.2.3.3 Grenzzustände der Tragfähigkeit – beiwertbehafteteLasten bei Offshore-AnwendungenHier wird verwiesen auf: API RP2A - LRFD Recommended Practice for Planning,Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Load and ResistanceFactor Design, First Edition, 1993.8

Bei Verwendung der vorliegenden Bemessungshilfen wird vorgeschlagen, dienachstehenden Lastkombinationen der API RP2A, entsprechend ihrer Randbedingungenund in Verbindung mit den Lasten aus API RP2A, für die Bemessung vonKonstruktionen aus nichtrostendem Stahl zu verwenden. Es ist zu beachten, dass essich um dieselben Bezeichnungen handelt wie in API RP2A.Operative Bedingungen1,3D 1 + 1,3D 2 + 1,5L 1 + 1,5L 2 + 1,2(W o + 1,25D n ) (2.5)Extreme Sturmbedingungen:1,1D 1 + 1,1D 2 + 1,1L 1 + 1,35(W e + 1,25D n ) (2.6)Wirken Schnittgrößen infolge Eigengewicht entlastend in Kombination mitSchnittgrößen aus Wind-, Wellen- und Strömungslasten, sind die Eigengewichtslastenwie folgt zu reduzieren:0,9D 1 + 0,9D 2 + 0,8L 1 + 1,35(W e + 1,25D n ) (2.7)wobei:D 1 die ständige Last aus Eigengewicht des Tragwerks, der Anbauteile undder ständigen Einrichtungen ist,D 2 das Eigengewicht der Gerätschaft und anderer fest installierter, nichtruhender Objekte ist,L 1 die Betriebslast 1 (sie beinhaltet die Gewichte von Füllstoffen inLeitungen und Tanks) ist,L 2 die Betriebslast 2 (kurzzeitig wirkende Kräfte herrührend aus Hubbetriebdes Bohrgeräts, durch Krane, Maschinentätigkeit, Kesselbefestigung oderHubschrauberbeladung),W o die Betriebsbelastung aus Wind, Brandung und Strömung oder derenAuswirkung ist,W e die Extremalbelastung aus Wind, Brandung und Strömung oder derenAuswirkung ist (bei einer 100 Jahre Wiederkehrperiode)die Trägheitskräfte sind.D n2.3.4 Belastungen bei GebrauchstauglichkeitDie Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit sollten für die folgenden Lastfallkombinationennachgewiesen werden:• Charakteristische Kombination• Häufige Kombination• Quasi-ständige KombinationIn EN 1990 sind Lastfallkombinationen für die Bemessung im Hochbau angegeben(zu beachten ist der Nationale Anhang für dasjenige Land, für welches dasTragwerk vorgesehen ist). EN 1990 fordert auch, dass die zulässigenDurchbiegungen mit dem Bauherrn abzustimmen sind.Für die charakteristische Kombination, die i.d.R. für nicht umkehrbare Auswirkungenam Tragwerk verwendet wird, sollte die folgende Lastfallkombinationverwendet werden:9

∑j≥1∑G + Q + ψ Q(2.8)k, jk,1i>10,iAlle Terme sind in Abschnitt 2.3.2 definiert.k,iEs ist zu beachten, dass EN 1990 Lastfallkombinationen für folgende Situationenbereithält:• zur Ermittlung der Verformungen unter normalen Lastfallkombinationen(Absatz A.1.4.3(1)),• wenn Verformungen infolge Langzeitbelastung infolge Schwinden, Relaxationoder Kriechen beachtet werden müssen (Satz A.1.4.3(6)),• wenn das Erscheinungsbild des Tragwerks, der Nutzungskomfort oder dieFunktionstauglichkeit von Maschinen beachtet werden müssen (AbsätzeA.1.4.3(4) und (5)).10

3 WERKSTOFFE: EIGENSCHAFTEN,STAHLSORTENWAHL UNDDAUERHAFTIGKEIT3.1 Werkstoffgüten3.1.1 EinführungEs existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Arten nichtrostender Stähle. Nicht alleeignen sich für die bautechnische Anwendung, insbesondere wennSchweißverbindungen vorgesehen sind. Man unterscheidet fünf Basisgruppennichtrostender Stähle, die man nach ihrem metallurgischem Gefüge klassifizierenkann: es handelt sich hierbei um austenitische, ferritische, martensitische, Duplex-Stähle (austenitisch-ferritische) und ausscheidungsgehärtete Stähle. NichtrostendeStähle der austenitischen und der Duplex-Gruppe sind im Allgemeinen beibautechnischen Anwendungen am gebräuchlichsten.Austenitische nichtrostende Stähle weisen eine gute Kombination ausKorrosionsbeständigkeit, Umformungs- und Verarbeitungseigenschaften auf.Duplex-Stähle haben eine hohe Festigkeit und haben eine gute Beständigkeitgegenüber Spannungsrisskorrosion.Die gebräuchlichsten Stahlsorten, auf die üblicherweise als Standardausteniteverwiesen wird, sind 1.4301 (im Englischen auch als 304 bekannt) und 1.4401(auch bezeichnet als 316). Sie enthalten etwa 17-18% Chrom und 8-11% Nickel.Die Sorte 1.4301 eignet sich für ländliche, städtische und leichtindustrielleAnwendungen, wohingegen die Sorte 1.4401 eine höher legierte Sorte ist, die eherfür maritime und schwerindustrielle Standorte geeignet ist.Die analogen Stahlsorten mit niedrigeren Kohlenstoffanteilen heißen 1.4307(304L) und 1.4404 (316L). Die Stahlsorten 1.4301 und 1.4401 wurden in derVergangenheit mit deutlich höheren Kohlenstoffanteilen mit entsprechendenFolgen für ihre Korrosionsbeständigkeit 1 produziert. Es wurde daher entweder eine‘L’-Güte oder ein stabilisierter Stahl wie die Sorten 1.4541 und 1.4571 verwendet,wenn Bedenken hinsichtlich des Korrosionsverhaltens in geschweißten Bereichenbestanden.Die Stahlsorte 1.4318 besitzt einen niedrigen Kohlenstoff- und einen hohenStickstoffgehalt und härtet beim Kaltumformen sehr schnell aus. Wegen dieserEigenschaft wird diese Sorte bereits seit langem in der Eisenbahnindustrieangewendet. Sie eignet sich gleichermaßen in der Automobil-, der Luftfahrtindustrieund in Hochbauanwendungen. Die Sorte 1.4318 hat eine ähnlich guteKorrosionsbeständigkeit wie 1.4301, weist aber eine höhere Festigkeit auf als1.4301. Sie eignet sich besonders bei Anwendungen, bei denen große Mengenbenötigt werden. Der Bezug erfolgt direkt beim Walzwerk; interessierte Anwendersollten die Verfügbarkeit der Sorte 1.4318 direkt beim Hersteller erfragen. Die1 Bei bestimmten thermischen Zyklen, z.B. in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht(WEZ), reagiert Kohlenstoff im Stahl mit Chrom und lagert sich als Chromkarbid an denKorngrenzen ab. Der lokal an den Korngrenzen entstandene Mangel an Chrom begünstigtinterkristalline Korrosion und man sagt, der Stahl werde sensibilisiert oder er leide unterSchweißversprödung (siehe Abschnitt 3.7.2).11

Kosten liegen im Allgemeinen geringfügig höher als bei 1.4301, abhängig von derbenötigten Liefermenge.Die zunehmende Anwendung von nichtrostenden Stählen in Tragwerken hat zueiner Nachfrage nach 'mageren’ Duplex-Stahlsorten geführt, bei denen diemechanischen und korrosionsschützenden Eigenschaften von Duplex-Stahlsortenmit einer niedriglegierten chemischen Zusammensetzung kombiniert sind. In denzukünftigen Teilen 4 und 5 von EN 10088 (siehe Abschnitt 3.1.2), ist die neuentwickelte Duplex-Stahlsorte 1.4162 enthalten. Die Sorte 1.4162 eignet sich fürvielfältige Anwendungen im Bereich des Bauwesens mit einer Prüffestigkeit von450 – 530 N/mm 2 , einer Korrosionsbeständigkeit zwischen den austenitischenSorten 1.4301 und 1.4404 und einer mageren chemischen Zusammensetzung.Es werden hier nur die gewalzten Werkstoffe und keine Gusswerkstoffe betrachtet.Eine Anleitung zur Stahlsortenwahl bei speziellen Anwendungsgebieten enthältAbschnitt 3.6.3.1.2 Einschlägige NormenFlach- und LangzeugDie einschlägige Norm ist EN 10088, Nichtrostende Stähle. Sie besteht aus dreiTeilen:• Teil 1, Verzeichnis der nichtrostenden Stähle, enthält die chemischenZusammensetzungen und Bezugswerte für einige physikalische Eigenschaftenwie den Elastizitätsmodul E.• Teil 2, Technische Lieferbedingungen für Blech und Band auskorrosionsbeständigen Stählen für allgemeine Verwendung, enthält dietechnischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen fürWerkstoffe von Flachprodukten.• Teil 3, Technische Lieferbedingungen für Halbzeug, Stäbe, Walzdraht,gezogenen Draht, Profile und Blankstahlerzeugnisse auskorrosionsbeständigen Stählen für allgemeine Verwendung, enthält dietechnischen Eigenschaften und chemische Zusammensetzungen fürWerkstoffe von Langprodukten.Die Teile 4 (Flacherzeugnisse) und 5 (Langerzeugnisse) von EN 10088, die Stählefür bautechnische Zwecke enthalten werden, befinden sich zur Zeit inVorbereitung. Mit einer Herausgabe ist in 2007 zu rechnen.Das Kennzeichnungssystem in EN 10088 besteht aus der europäischenWerkstoffkennzahl und der Stahlbezeichnung.Zum Beispiel, besitzt Stahlgüte 304L die Kennzahl 1.4307, wobei:1. 43 07bedeutet, dass essich um einenStahl handelt.eine besondere Gruppenichtrostender Stählebezeichneteine individuelleStahlsortenzifferdarstelltDie Stahlbezeichnung enthält einige Informationen über die Zusammensetzung.Die Bezeichnung für den Stahl mit der Kennzahl 1.4307 lautet X2CrNi18-9,wobei:12

X 2 CrNi 18-9hoch legiertenStahlbezeichnet.100 x %Kohlenstoffanteilchemischen Symboleder Hauptlegierungselemente%-Angaben derHauptlegierungselementesind.Zu jeder Bezeichnung eines nichtrostenden Stahls gehört eine individuelleWerkstoffkennzahl. Es ist zu beachten, dass viele nationale Bezeichnungen sichvon denen der EN 10088 stark unterscheiden, wohingegen die älteren deutschenBezeichnungen der DIN sehr ähnlich sind. Anhang A enthält eine Tabelle gleicherStahlsorten mit ihren entsprechend unterschiedlichen Bezeichnungen dernationalen und europäischen Normen.Tabelle 3.1 enthält mechanische Mindesteigenschaften gebräuchlichernichtrostender Stähle aus EN 10088-2. Die chemische Zusammensetzung dieserStahlsorten enthält Tabelle 3.2.Sowohl austenitischen wie auch Duplex-Stählen kann ausreichendeSprödbruchzähigkeit bei Temperaturen von – 40°C unterstellt werden.Bemessungswerte für mechanische Eigenschaften werden in Abschnitt 3.2.4behandelt.13

Tabelle 3.1Ausgewiesene mechanische Eigenschaften häufigernichtrostender Stähle gemäß EN 10088-2StahlsorteProduktform (1)MaxDicke(mm)Minimum0.2%Dehngrenze(2)(N/mm 2 )Zugfestigkeit(N/mm 2 )Bruchdehnung[%]C 8 230 540 – 750 45 (3)1.4301 H 13,5 210 520 – 720 45 (3)Chrom-Nickel-P 75 210 520 – 720 45Basis-AusteniteC 8 220 520 –700 451.4307 H 13,5 200 520 –700 45P 75 200 500 – 700 45C 8 240 530 – 680 401.4401 H 13,5 220 530 – 680 40Molybdän-Chrom-P 75 220 520 – 670 45Nickel-AusteniteC 8 240 530 – 680 401.4404 H 13,5 220 530 – 680 40P 75 220 520 – 670 45C 8 220 520 – 720 401.4541 H 13,5 200 520 – 720 40StabilisierteP 75 200 500 – 700 40AusteniteC 8 240 540 – 690 401.4571 H 13,5 220 540 – 690 40P 75 220 520 – 670 40Austenite mit niedrigemC 8 350 650 – 850 35Kohlenstoff-1.4318 H 13,5 330 650 – 850 35und hohemStickstoffgehaltP 75 330 630 – 830 45C 8 450 650 – 850 201.4362 H 13,5 400 650 – 850 20Duplex-StähleP 75 400 630 – 800 25C 8 500 700 – 950 201.4462 H 13,5 460 700 – 950 25P 75 460 640 – 840 25Anmerkungen:(1) C = kaltgewalztes Band, H = warmgewalztes Band, P = warmgewalztes Blech(2) Eigenschaften quer zur Walzrichtung(3) Bei gezogenen Werkstoffen liegt der Mindestwert um 5% niedriger14

Tabelle 3.2 Chemische Zusammensetzung gemäß EN 10088-2SorteGehalt der Legierungselemente (Maximalwert oder zulässiger Bereich)in Gewichts -%C Cr Ni Mo AndereAustenitischeStähleDuplexStähle1.4301 0,07 17,0 – 19,5 8,0 – 10,51.4307 0,03 17,5 – 19,5 8,0 – 10,01.4401 0,07 16,5 – 18,5 10,0 – 13,0 2,0 – 2,51.4404 0,03 16,5 – 18,5 10,0 – 13,0 2,0 – 2,51.4541 0,08 17,0 – 19,0 9,0 – 12,0Ti:5xC – 0,7 (1)1.4571 0,08 16,5 – 18,5 10,5 – 13,5 2,0 – 2,5Ti:5xC – 0,7 (1)1.4318 0,03 16,5 – 18,5 6,0 - 8,0N:0,1 – 0,21.4362 0,03 22,0 – 24,0 3,5 – 5,5 0,1 – 0,6N:0,05 – 0,21.4462 0,03 21,0 – 23,0 4,5 – 6,5 2,5 – 3,5N:0,1 – 0,22Anmerkung:(1) Titan wird hinzulegiert, um den Kohlenstoff zu stabilisieren und die Korrosionsbeständigkeit in denWärmeeinflusszonen von Schweißnähten zu verbessern. Jedoch sind außer bei schweren Profilendie titanstabilisierten austenitischen Stähle weitgehend durch Stahlgüten mit niedrigemKohlenstoffgehalt, 1.4307 und 1.4404 verdrängt worden.SchraubenFür nichtrostende Schrauben gilt EN ISO 3506, Mechanische Eigenschaften vonVerbindungselementen aus nichtrostenden Stählen. Die Spezifikation enthält diechemischen Zusammensetzungen und mechanischen Eigenschaften für die austenitischen,martensitischen und ferritischen Gruppen. Alternative Sorten, auf die hiernicht eingegangen werden soll, sind zulässig, wenn sie die physischen undmechanischen Anforderungen erfüllen und über gleichwertige Korrosionsbeständigkeitverfügen.In EN ISO 3506 sind Werkstoffe für Schrauben und Muttern mit dem Buchstaben“A” für austenitisch, “F” für ferritisch und “C” für martensitisch gekennzeichnet.Es wird empfohlen, dass austenitische Schrauben eingesetzt werden, für welche diein Tabelle 3.3 und 3.4 angegebenen Eigenschaften gelten (diese wurden der ENISO 3506 entnommen). Dem Buchstaben folgt eine Ziffer (1, 2, 3 4 oder 5), die dieKorrosionsbeständigkeit angibt, wobei die 1 für die geringste und die 5 für diehöchste Beständigkeit steht.Stahlgüte A1 eignet sich besonders für die spanende Bearbeitung. Aufgrund deshohen Schwefelgehalts weisen Stähle innerhalb dieser Güte niedrigere Korrosionsbeständigkeitauf als vergleichbare Stähle mit normalem Schwefelgehalt. Daraufsollte geachtet werden, wenn Schrauben der Stahlgüte A1 in Erwägung gezogenwerden sollen, siehe Abschnitt 3.6.1.Stähle der Güte A2 weisen vergleichbare Korrosionsbeständigkeit wie die Sorte1.4301 auf. Stähle der Güte A3 sind stabilisierte nichtrostende Stähle mitgleichwertiger Korrosionsbeständigkeit wie der Stahl 1.4541. (Ein Stahl mit starkkarbidbildendem Legierungszusatz wie z.B. Titan, das die Reaktion mitKohlenstoff begünstigt und die Bildung von Chromkarbid verhindert, wird alsstabilisierter Stahl bezeichnet.)Stähle der Güte A4 enthalten Molybdän und besitzen eine vergleichbareKorrosionsbeständigkeit wie die Sorte 1.4401. Stähle der Güte A5 sind stabilisiertemolybdänhaltige nichtrostende Stähle mit ähnlicher Korrosionsbeständigkeit wiedie Sorte 1.4571.15

Austenitische Schrauben können in drei Zugfestigkeitsklassen bezogen werden(auch bekannt als Festigkeitsklassen), siehe Tabelle 3.3. Es ist zu beachten, dass fürSchrauben größer als M39 in der Festigkeitsklassen 50 und größer als M24 in denFestigkeitsklassen 70 und 80 Bemessungswerte vereinbart werden müssen, da dieWerte von der Art der Legierung und des Herstellungsverfahrens abhängen.Schrauben der Festigkeitsklasse 50 sind unmagnetisch, jene der Klassen 70 und 80hingegen sind leicht magnetisch.Bei Schrauben der Festigkeitsklasse 50 handelt es sich um weichgeglühteLegierungen, was höhere Korrosionsbeständigkeiten bedeutet. Festigkeitsklassen70 und 80 sind kaltverfestigt, was die Korrosionsbeständigkeit leichtbeeinträchtigen kann. Schrauben der Festigkeitsklasse 50 mit geschnittenemGewinde neigen zum Fressen, siehe Abschnitt 10.5.Es ist auf die Abstimmung zwischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit derSchrauben und des Grundmaterials zu achten.EN 14399 enthält Regeln für die CE-Kennzeichnung von Schrauben.Tabelle 3.3Minimaleigenschaften austenitischer Schrauben undMuttern gemäß EN ISO 3506Güte (1) Eigenschafts GewindedurchmesserSchraubenMuttern-klasseZugfestigkeit (2)(N/mm 2 )Spannungbei 0,2%plastischerDehnungProbelastspannung(N/mm 2 )(N/mm 2 )50 ≤ M39 500 210 500A1, A2, A3,70 ≤ M24 (3) 700 450 700A4 und A580 ≤ M24 (3) 800 600 800Anmerkungen:(1) Zusätzlich zu den Stahlsorten, die in EN ISO 3506 unter den Festigkeitsklassen 50, 70 und 80zusammengefasst sind, dürfen auch andere Stahlsorten gemäß EN 10088-3 verwendetwerden.(2) Die Zugspannung wird auf der Grundlage des Spannungsquerschnitts berechnet.(3) Bei Verbindungsmitteln mit normalen Durchmessern d>24 mm sollen die mechanischenEigenschaften zwischen Nutzer und Hersteller vereinbart und mit Güte und Festigkeitsklassegemäß dieser Tabelle markiert werden.Tabelle 3.4GüteChemische Zusammensetzung der Schrauben gemäßEN ISO 3506Chemische Zusammensetzung (Massenprozent) (1)C Cr Ni Mo Si Mn P S WeitereA1 0,12 16,0 –18,05,0 -10,00,7 1,0 6,5 0,20 0,15 –0,35A2 0,1 15,0 – 8,0 – - (2) 1,0 2,0 0,05 0,0320,0 19,0A3 0,08 17,0 -19,09,0 -12,0- (2) 1,0 2,0 0,045 0,03 Entweder Ti:≥ 5xC – 0,8Oder Nb/Ta:≥ 10xC – 1,0A4 0,08 16,0 - 10,0 - 2,0 - 1,0 2,0 0,045 0,0318,5A5 0,08 16,0 -18,515,010,5 -14,03,02,0 -3,01,0 2,0 0,045 0,03 Entweder Ti:≥ 5xC – 0,8Oder Nb/Ta:≥ 10xC – 1,0Anmerkungen:(1) Soweit nicht anderweitig angezeigt, handelt es sich hierbei um Maximalwerte.(2) Molybdän kann nach Ermessen des Herstellers vorhanden sein.16

3.2 Mechanisches Verhalten undBemessungswerte der Eigenschaften3.2.1 Grundsätzliches zum Spannungs-DehnungsverhaltenDas Spannungs-Dehnungsverhalten von nichtrostendem Stahl unterscheidet sichvon dem des Baustahls in vielerlei Hinsicht. Der wichtigste Unterschied ist dieForm der Spannungs-Dehnungskurve. Wo Baustahl typisch lineares Verhalten biszur Streckgrenze und ein ausgeprägtes Plateau vor Verfestigungsbeginn aufweist,zeigt nichtrostender Stahl einen eher gerundeten Kurvenverlauf ohne klardefinierbare Streckgrenze (siehe Abbildung 3.1). Deshalb sind die „Streckgrenzen“im Allgemeinen als Prüffestigkeiten bei einer bleibenden plastischen Dehnung(üblicherweise die 0,2%-Dehngrenze) definiert, wie in der Abbildung dargestellt.Es sollte beachtet werden, dass es sich in Abbildung 3.1 um typische Verläufe fürdie Spannungs-Dehnungskurven handelt. Die gezeigten Kurven repräsentieren dieBandbreite der meist verbreiteten Werkstoffe und können nicht bei der konkretenBemessung verwendet werden.Nichtrostende Stähle haben ein hohes Energieaufnahmevermögen, ohne Gefahr zulaufen, dabei zu brechen, was auf ihre herausragende Duktilität (besonders beiAusteniten) und ihr Verfestigungsverhalten zurückzuführen ist.σN/mm²600E1.4462σ4000,21.4318Baustahl S 355σ0,21.4301/1.4401200E00,0020,005 0,010 0,015ε(σ 0,2 ist die 0,2%-Dehngrenze)Abbildung 3.1Typische Spannungs-Dehnungskurven für nichtrostendenStahl und Baustahl in lösungsgeglühtem Zustand (beiLängszug)3.2.2 Einflussfaktoren auf das Spannungs-Dehnungs-VerhaltenEs gibt einige Einflussfaktoren, die die Grundform der Spannungs-Dehnungskurvefür jeden Stahl ändern können. Diese Faktoren sind zu einem gewissen Gradvoneinander unabhängig und beinhalten folgende Faktoren:17

KaltverfestigungDie Zugfestigkeit von austenitischen und Duplex-Stählen wird durch Kaltverfestigungerhöht (etwa bei Kaltumformung, Richten und Nachwalzen sowie bei derFertigung). Mit dieser Erhöhung geht eine Verringerung der Duktilität einher,jedoch hat dies wegen der hohen Grundduktilität normalerweise keinerleipraktische Konsequenzen, besonders nicht bei austenitischen nichtrostendenStählen.Tabelle 3.5 beinhaltet die in EN 1993-1-4 enthaltenen Zugfestigkeitsstufen imkaltverfestigten Zustand, die aus der europäischen Werkstoffnorm für nichtrostendeStähle, EN 10088, entnommen sind. Kaltverfestigte Stähle können entwederanhand der 0,2%-Dehngrenze, der Zugfestigkeit oder der Härte zugeordnet werden,es kann jedoch zur Festlegung nur eine Eigenschaft herangezogen werden.Kaltverfestigter nichtrostender Stahl weist im Allgemeinen ein nicht-symmetrischesVerhalten unter Zug- und Druckbeanspruchung und Anisotropie auf (unterschiedlicheSpannungs-Dehnungs-Eigenschaften parallel and quer zur Walzrichtung).Der Grad der Asymmetrie und Anisotropie hängt von der Stahlsorte, demKaltumformgrad und dem Herstellprozess ab. Abbildung 3.2 zeigt Spannungs-Dehnungskurven für die Sorte 1.4318 im kaltverfestigten Zustand der Stufe C850;die Druckfestigkeit in Längsrichtung liegt niedriger als die Zugfestigkeit sowohl inQuer- als auch in Längsrichtung (die Werte sind üblicherweise in den Werkstoffnormen,z.B. EN 10088, angegeben und werden entsprechend von den Lieferantenbelegt). Die Auswahl des Bemessungswertes der Festigkeit ist bei kaltverfestigtenStählen mit Sorgfalt durchzuführen (siehe Abschnitt 3.2.4). ZusätzlicheInformation über die Werte für andere Belastungsarten und –richtungen solltenbeim Lieferanten erfragt werden.Der Preis für kaltverfestigten nichtrostenden Stahl liegt geringfügig höher als fürdas gleiche Material im lösungsgeglühten Zustand, abhängig von der Stahlsorte,der Produktart und dem Kaltumformgrad.18

Tabelle 3.5Zugfestigkeitsstufen im kaltverfestigten Zustand gemäßEN 10088-2 (gültig für Erzeugnisdicken ≤ 6 mm)KaltverfestigterZustand0,2% DehngrenzeMindestzug-1) 2)Verfügbare1) 2)festigkeit hStahlsortenim kaltverfestigten ZustandCP350 350 700 3) 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571CP500 500 850 3) 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318CP700 700 1000 3) 1.4318, 1.4301C700 350 3) 700 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571C850 500 3) 850 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318C1000 700 3) 1000 1.4318, 1.4301Anmerkungen:(1) Zwischenwerte der 0,2%-Dehngrenze oder der Zugfestigkeit können vereinbartwerden.(2) Für jede Zugfestigkeitsstufe nimmt die maximale Erzeugnisdicke mit derZugfestigkeit ab. Die maximale Erzeugnisdicke und die Dehnung hängen zusätzlichvom Verfestigungsverhalten des Stahls und den Kaltumformbedingungen ab –genauere Angaben können vom Hersteller angefordert werden.(3) Nicht festgelegt, Richtwerte für Mindestwerte.σN/mm²100080060040020000,0050,010 0,015 0,020 0,025 0,030Längsrichtung - ZugbeanspruchungLängsrichtung - DruckbeanspruchungQuerrichtung - ZugbeanspruchungQuerrichtung - DruckbeanspruchungεAbbildung 3.2Typische Spannungs-Dehnungskurven für die Stahlsorte1.4318 im kaltverfestigten Zustand der ZugfestigkeitsstufeC85019

Bei der Fertigung eines Querschnitts ist eine Erhöhung der 0,2%-Dehngrenze umeinen Faktor von etwa 50% typisch für gekantete Bereiche kaltgeformter Profile.Dieser Effekt ist jedoch nur lokal begrenzt, so dass ein höherer Bauteilwiderstandvon der Lage der Ecken im Querschnitt abhängt; z.B. wären bei einem Träger mitKantecken in der Nähe der Nulllinie nur geringfügig Vorteile zu erwarten. DieFestigkeitserhöhung gleicht vielmehr die Effekte der Blechdickenverringerung imBereich der Ecken aus. Sollen Vorteile aus der örtlich höheren Festigkeit durch denFertigungsprozess gezogen werden, sollte dies durch Prüfungen nachgewiesenwerden (siehe Abschnitt 9).Anschließendes Schweißen der Bauteile bringt teilweise einen Weichglüheffekt mitsich, der die zuvor aus der Kaltverfestigung erwachsenen Festigkeitserhöhungwieder rückgängig macht.VerformungsgeschwindigkeitDer Einfluss der Verformungsgeschwindigkeit ist bei nichtrostenden Stählenstärker ausgeprägt als bei Baustählen. Das heißt, dass bei proportional größerenBelastungsgeschwindigkeiten für nichtrostenden Stahl größere Kräfte realisiertwerden als für Baustahl.WärmebehandlungGlühen oder Enthärten verringert die Festigkeitserhöhung und die Anisotropie.3.2.3 Typische EigenschaftswerteIn 3.2.1 und 3.2.2 sollte deutlich gemacht werden, dass bei der Untersuchung dermechanischen Eigenschaften nichtrostender Stähle mehr Einflussgrößen zumtragen kommen, als dies bei Baustählen der Fall ist. Aufgrund ihrer komplexerenMetallurgie hat der Verarbeitungsprozess größere Auswirkungen auf den Endzustand.Für jede einzelne Stahlsorte sind daher erwartungsgemäß Unterschiede beiden Materialeigenschaften zu erwarten, die durch die verschiedenen Verarbeitungstechnikenhervorgerufen werden. Jedoch liegt die Kontrolle der mechanischenEigenschaften, die unter anderem von der chemischen Zusammensetzung undthermomechanischen Behandlung abhängig sind, auch direkt beim Hersteller, sodass es möglich ist, mit dem jeweiligen Betrieb gewünschte Eigenschaften imVorfeld abzusprechen.Aus statischer Sicht ist die Streuung, mit der die wirkliche 0,2%-Dehngrenze denspezifizierten Minimalwert überschreitet, am entscheidendsten. Übliche Streckgrenzenliegen zwischen 20 und 35 % über dem ausgewiesenen Minimalwert. Dieverhältnismäßig großen Überschreitungen der Streckgrenze sind nicht bei derZugfestigkeit zu verzeichnen, welche üblicherweise nur bei 10% über denausgewiesenen Mindestwerten liegen.3.2.4 Bemessungswerte der EigenschaftenFlachprodukteDrei Möglichkeiten können in Betracht gezogen werden: ausgewiesene Minimalwerte,Materialdaten aus Prüfungen oder die Spezifikation im Lieferzeugnis.(i) Bemessung mit ausgewiesenen MindestwertenIm lösungsgeglühten Zustand:Es wird die charakteristische Streckgrenze f y und die charakteristischeZugfestigkeit f u als Minimalwert aus EN 10088-2 angesetzt (siehe Tabelle3.1).20

Im kaltverfestigten Zustand:Für Material im kaltverfestigten Zustand gemäß EN 10088 können erhöhteNennwerte für f y und f u angesetzt werden.Für Material, das mit einer festgelegten 0,2%-Dehngrenze (z.B. CP 350)geliefert wird, kann die 0,2%-Dehngrenze in Tabelle 3.5 als charakteristischeStreckgrenze angesetzt werden. Um die Asymmetrie bei kaltverfestigtemMaterial, für das ein Spannungszustand mit Druckbeanspruchung in Längsrichtungmaßgeblich wird (d.h. bei Stützen oder bei Biegebeanspruchung),zu berücksichtigen, sollte der charakteristische Wert derBemessungsstreckgrenze zu 0.8 × 0.2%-Dehngrenze nach Tabelle 3.5angesetzt werden. Ein größerer Wert darf angenommen werden, falls diesdurch geeignete Versuchsdaten nachgewiesen ist.Für Material, das mit einer festgelegten Zugfestigkeit geliefert wird (z.B.C700), kann die Mindestzugfestigkeit in Tabelle 3.5 als charakteristischeFestigkeit; die 0,2%-Dehngrenze sollte vom Lieferanten erfragt werden.Anmerkung 1: Rechteckhohlprofile sind in kaltverfestigtem Zustand bis zumittleren Festigkeitswerten zwischen CP350 und CP500 mit der vomHersteller gewährleisteten Streckgrenze und Zugfestigkeit (die Streckgrenzegilt dann unter Zug- und unter Druckbeanspruchung) verfügbar.Anmerkung 2: Die Bemessungsregeln in diesen Bemessungshilfen sind fürMaterial bis zur Sorte CP500 und C850 anwendbar. Für höhere kaltverfestigteFestigkeitsstufen, sollte die Bemessung versuchsgestützt gemäßKapitel 9 erfolgen. Eine Ausnahme hiervon bilden Bauteile mit Querschnittender Klassen 1, 2 und 3, die weder beul- noch stabilitätsgefährdetsind. Hierfür darf die Querschnittstragfähigkeit nach Kapitel 4 ermitteltwerden.(ii) Bemessung mit PrüfwertenDiese Möglichkeit sollte dann in Betracht kommen, wenn Zugversuche anProbekörpern aus demselben Blech durchgeführt werden, aus dem auch dieBauteile hergestellt werden. Der Tragwerksplaner sollte sich auch vergewissern,dass die Prüfungen gemäß Norm, z.B. EN 10002-1, durchgeführtwerden, und dass die Vorgehensweise, die organisatorischen Abläufe beimHersteller sicherstellen, dass das Bauteil auch aus demselben Materialgefertigt wird und gleiche Ausrichtung der Walzrichtung im Tragwerkvorliegt.Ein Wert für die Bemessungsfestigkeit kann durch einen statistischen Ansatzentsprechend der Empfehlungen des Anhang D von EN1990 hergeleitetwerden.Es wird empfohlen für die charakteristische Zugfestigkeit f u nach wie vor denausgewiesenen Mindestwert aus EN 10088-2 anzusetzen.(iii) Bemessung mit den Daten der WerksprüfungGemessene Werte der 0,2%-Dehngrenze sind auf dem Werks- oderLieferzeugnis angegeben. Ein Wert für die Bemessungsfestigkeit kann durcheinen statistischen Ansatz entsprechend der Empfehlungen in Anhang D vonEN1990 hergeleitet werden.21

Es wird empfohlen für die charakteristische Zugfestigkeit f u nach wie vor denausgewiesenen Mindestwert aus EN 10088-2 anzusetzen.Für den Elastizitätsmodul aller Standardaustenite und Duplex-Stahlsorten, dieüblicherweise im Bauwesen zum Einsatz kommen, hält EN 10088-1 einen Wertvon 200000 N/mm² bereit. Zur Abschätzung der Verformungen trifft derSekantenmodul eher zu, siehe 5.4.6. Bei diesen Stählen kann eine Querdehnzahlvon 0,3 und ein Schubmodul von 76900 N/mm² unterstellt werden.SchraubenZur Berechnung der Zugtragfähigkeit, Schubtragfähigkeit oder kombinierterZug/Schubtragfähigkeit einer Schraube ist die Grundfestigkeit f ub anzusetzen mit:f ub = σ ubwobei σ ub der ausgewiesene Mindestwert der Zugfestigkeit entsprechend Tabelle3.3 der entsprechenden Festigkeitsklasse ist.Ist das Langzeitverhalten einer Schraube zu berücksichtigen, sollte die zutreffendeLastfallkombination im Grenzzustand der Tragfähigkeit anhand von EN 1990gewählt werden.3.3 Physikalische EigenschaftenTabelle 3.6 enthält physikalische Eigenschaften bei Raumtemperatur im geglühtenZustand derjenigen Stähle gemäß EN 10088, die auch in diesen Bemessungshilfenberücksichtigt werden. Physikalische Eigenschaften können abhängig von derProduktform und –größe leicht variieren, was jedoch für die Anwendung imAllgemeinen unkritisch ist.Tabelle 3.6SortePhysikalische Eigenschaften bei Raumtemperatur,lösungsgeglühter ZustandDichte(kg/m 3 )Wärmedehnkoeffizient20 –100 0 C (10 -6 / 0 C)1.4301 7900 161.4307 7900 161.4401 8000 161.4404 8000 161.4541 7900 161.4571 8000 16,51.4318 7900 161.4362 7800 131.4462 7800 13Wärmeleitfähigkeit(W/m 0 C)Wärmekapazität(J/kg 0 C)15 500Aus bautechnischer Sicht ist der wichtigste physikalische Wert der Wärmedehnkoeffizientder linearen Dehnung, welcher sich bei Austeniten beachtlich von demfür Baustahl (12 x 10 -6 /°C) unterscheidet. Werden Baustahl und nichtrostendenderStahl gemeinsam verwendet, sind die Auswirkungen unterschiedlicher Wärmedehnungbei der Bemessung zu berücksichtigen.Duplex-Stähle und Ferrite sind magnetisch. Sind die nicht-magnetischen Eigenschaftender Austenite wichtig für die Nutzung, so ist auf geeignete Schweißzusatzwerkstoffezu achten, um den Anteil an Ferrit in der Schweißnaht zu minimieren.Starkes Kaltverfestigen, besonders bei vergleichsweise niedrig legiertenAusteniten, kann gleichfalls zu einer leichten Magnetisierung führen;22

anschließendes Glühen würde die nicht-magnetischen Eigenschaftenwiederherstellen. Bei nicht-magnetischen Anwendungsfällen wird empfohlen, umweitere Hinweise beim Stahlhersteller zu ersuchen.3.4 TemperatureffekteAustenite eignen sich für Tieftemperaturanwendungen. Am anderen Ende derTemperaturskala behalten Austenite und Duplex-Stähle über 550°C eine höhereFestigkeit als Baustähle. Jedoch liegt die Bemessung von Tragwerken unterlangzeitig wirkender Tieftemperatur oder erhöhter Temperatur außerhalb desAnwendungsgebietes dieser Bemessungshilfen. Es soll hier die Anmerkungausreichen, dass andere Materialeigenschaften und Korrosionsarten als die inAbschnitt 3 erläuterten vorrangig sind. Für hohe Temperaturen eignen sich in denmeisten Fällen andere als die hier vorgestellten nichtrostende Stähle besser, so dassnähere Informationen hierzu beschafft werden sollten.Aufgrund von möglicher Versprödung sollten Duplex-Stähle unter langzeitigwirkenden Belastungen mit Temperaturen größer 300°C nicht eingesetzt werden.Abschnitt 7 enthält die Vorgehensweise beim Brandschutznachweis und weiteremechanische und physikalische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.3.5 LebenszykluskostenEs besteht ein zunehmendes Bewusstsein für die Lebenszykluskosten (bzw. Kostenfür die gesamte Nutzungsdauer). Bei der Materialauswahl sollten nicht nur dieAnfangsinvestitionskosten berücksichtigt werden. Die Lebenszykluskosten umfassen:• Investitionskosten,• Betriebskosten,• Restbuchwert.Nichtrostender Stahl wird gelegentlich für zu teuer gehalten. Die Erfahrung hataber gezeigt, dass Kosten bei Verwendung von korrosionsbeständigem Materialdurch Vermeidung zukünftiger Instandhaltungskosten, Reparaturausfallzeiten undKosten für den Ersatz von Material eingespart werden können, die die höherenAnfangsinvestitionen deutlich wettmachen.Zwar sind die Investitionskosten für Erzeugnisse aus nichtrostendem Stahlwesentlich höher als bei einem vergleichbaren Baustahlerzeugnis, abhängig vonder Sorte des nichtrostenden Stahls. Dennoch stellen sich infolge des Wegfalls vonOberflächenbehandlungsmaßnahmen, die in regelmäßigen Zeitabständen zuwiederholen sind, Einsparungen ein.Die hervorragende Korrosionsbeständigkeit von nichtrostendem Stahl kann vieleVorteile bieten, unter anderem:• geringere Wartungshäufigkeiten und -kosten,• geringere Instandhaltungskosten,• eine lange Nutzungsdauer.23

Nichtrostender Stahl weist einen hohen Restwert auf (d.h. der Wert am Ende derNutzungsdauer des Bauwerks). Dennoch spielt dies bei Bauwerken mit einergeplanten langen Nutzungsdauer (z.B. über 50 Jahre) nur selten als Entscheidungsfaktoreine Rolle.Bei den Lebenszykluskosten wird die Ertragswertmethode als Standardprinzip desRechnungswesens zugrunde gelegt, um alle Kosten auf den Gegenwartswertzurückzuführen. Der Ertragswert umfasst Inflation, Bankzinsen, Steuern undgegebenenfalls einen Risikozuschlag. Dadurch wird in Hinblick auf die Werkstoffwahleine realistische Vergleichsbewertung ermöglicht, die die verfügbaren Optionenund den potentiellen Langzeitvorteil bei Verwendung nichtrostenden Stahlsberücksichtigt.3.6 Werkstoffwahl3.6.1 StahlsortenBei der großen Mehrheit aller Einsatzgebiete von nichtrostendem Stahl ist dieKorrosionsbeständigkeit das entscheidende Merkmal, sei es aus ästhetischenGründen, zur Minimierung von Wartungsaufwand oder wegen der gestelltenHaltbarkeitsanforderungen. Die Korrosionsbeständigkeit muss deshalb dasHauptkriterium bei der Werkstoffwahl darstellen.Nichtrostende Stähle verdanken ihre Korrosionsbeständigkeit der Bildung einerPassivschicht, die sich nach Beschädigung bei Anwesenheit von Sauerstoff oderähnlichen Oxidationsmitteln wieder regenerieren kann. Diese Oxidschicht istzunächst eine Folge des Chromanteils im Stahl, wobei das Hinzufügen von Nickeloder anderen Legierungselementen die durch die Schicht gegebene Schutzwirkungweiter verbessern kann. Insbesondere werden auch geringe Mengen Molybdänhinzugefügt, um die Beständigkeit gegen chloridinduzierte Lochkorrosion desStahls zu verbessern (siehe Abschnitt 3.7.2).Wird die Oxidschicht beschädigt, wie beispielsweise durch elektrochemischenAngriff oder mechanisches Einwirken, kann Korrosion ausgelöst werden.Sorgfältiges Konstruieren sollte einwandfreies Funktionieren gewährleisten. Dahersollte sich der Tragwerksplaner bewusst sein, dass selbst nichtrostende Stähle untergewissen Umständen korrodieren können. Ungeachtet dessen ist es durchausmöglich, nichtrostende Stähle äußerst wirksam einzusetzen, vorausgesetzt, dasseinige elementare Grundsätze beachtet werden. Nur wenn die Materialien unterMissachtung fundamentaler Regeln hinsichtlich ihrer Korrosionseigenschaftenverwendet werden, können Probleme auftreten.Die richtige Stahlsortenwahl muss die Umgebungsbedingungen, die Verarbeitungstechniken,die Oberflächenbeschaffenheit und die Wartung der Konstruktionberücksichtigen. Es ist anzumerken, dass die Anforderungen an die Wartung jedochnur minimal sind: bloßes Reinigen des Stahls, und sei es durch die natürlicheReinigungswirkung des Regens, kann bereits die veranschlagte Nutzungsdauererhöhen.Der erste Schritt ist die Umgebungsanalyse, einschließlich einer angemessenenSicherhaltsmarge hinsichtlich sich verändernder Ausgangsbedingungen. Bei derEinstufung der atmosphärischen Bedingungen ist besonders auf stark örtlichbegrenzte Gegebenheiten wie der Nähe zu Schornsteinen, die korrosionsförderndeRauchgase abgeben, zu achten. Die Oberflächenbeschaffenheit, die24

Stahltemperatur und die abzusehenden Spannungen können gleichfalls wichtigeParameter darstellen (siehe Abschnitt 3.7.2).In Frage kommende Stahlsorten können so ausgewählt werden, dass eine insgesamtzufrieden stellende Korrosionsbeständigkeit in der jeweiligen Umgebunggewährleistet werden kann. Die Auswahl sollte berücksichtigen, welcheKorrosionsarten in der Betriebsumgebung auftreten können. Hierzu ist eineBetrachtung der für nichtrostende Stähle typischen Korrosionsarten erforderlich.Abschnitt 3.7 stellt die weiteren Mechanismen, die der Korrosion nichtrostenderStähle zugrunde liegen, heraus und nennt Einsatzbedingungen, unter denen derGebrauch von nichtrostenden Stählen uneingeschränkt möglich undkomplikationsfrei sein sollte. Es wurde ebenfalls beabsichtigt, allgemeine Aspekteder Praxis darzustellen, sowie ferner die Bedingungen, unter denen nichtrostendeStähle mit Vorsicht einzusetzen sind. Zu den letzteren Punkten sollten weitereExpertenmeinungen eingeholt werden, da in vielen Fällen die Stähle gleichwohlerfolgreich angewandt werden können.Ferner soll den mechanischen Eigenschaften, der Verarbeitung, der Verfügbarkeitder Produkte, der Oberflächenbeschaffenheit und den Kosten weitere Beachtunggeschenkt werden.Die Bewertung der Stahlsorteneignung wird am besten angegangen, indem aufErfahrungswerte bei vergleichbaren Anwendungsfällen und Umgebungsbedingungenverwiesen wird. Tabelle 3.7 enthält Hinweise, wie geeignete Stahlsorten beigewissen atmosphärischen Umgebungsbedingungen in Frage kommen. NationaleRegelungen sollten ebenfalls überprüft werden, da sie in einigen Fällenentsprechende Vorschriften enthalten können. Im Fall von eingetauchtennichtrostenden Stähle ist Abschnitt 3.7.3 zu beachten. Kommt nichtrostender Stahlin Kontakt mit Chemikalien, sollte immer ein Sachverständiger zu Rate gezogenwerden.Besondere Sorgfalt ist angebracht, wenn es sich um die Verwendungnichtrostender Stähle mit verbesserter Spanbarkeit für Verbindungselementehandelt. Die Zugabe von Schwefel bei der Zusammensetzung dieser Stähle in deraustenitischen Gruppe lässt sie leichter korrodieren, besonders in Industriegebietenund Meeresnähe. Insbesondere gilt dies für Verbindungselemente der GüteklasseA1 entsprechend der EN ISO 3506, siehe Tabelle 3.3.25

Tabelle 3.7Empfohlene Stahlsorten bei atmosphärischerKorrosionsbelastungArt der AtmosphäreStahlgüteBasis Chrom-Nickel Austenite(z.B. 1.4301, 1.4307, 1.4541,1.4318)Molybdän Chrom-NickelAustenite (z.B. 1.4401, 1.4404,1.4571) und Duplex 1.4362Ländlich Städtisch Industriell MeeresnäheL M H L M H L M H L M HΤ Τ Τ Τ Τ (Τ) (Τ) (Τ) X Τ (Τ) X0 0 0 0 Τ Τ Τ Τ (Τ) Τ Τ (Τ)Duplex Stahlgüten 1.4462 0 0 0 0 0 0 0 0 Τ 0 0 ΤL Günstigste Bedingungen innerhalb der Kategorie, z.B. nur geringer Feuchtigkeit und geringenTemperaturen ausgesetzt.M für diese Kategorie üblich.H In dieser Kategorie ist Korrosion wahrscheinlich höher als üblich, z.B. erhöhte anhaltendeFeuchtigkeit, hohe Umgebungstemperaturen und besonders aggressive LuftverschmutzungO aus Korrosionssicht möglicherweise überbestimmtΤ für die Korrosionsbeständigkeit und aus Kostensicht die wahrscheinlich beste Wahl.X wahrscheinlich heftig ausgeprägter Korrosion ausgesetzt.(Τ) bei gewissen Vorkehrungen angemessen (d.h. Ausschreibung einer relativ glatten Oberfläche undregelmäßige Reinigung).ANMERKUNG: Nationale Richtlinien können hier ausschlaggebend sein.3.6.2 Verfügbarkeit der ProduktformenAllgemeine ProduktformenBlech- und Stabprodukte sind weitestgehend in den hier behandelten Stahlsortenverfügbar. Rundhohlprofile sind als Austenite und als Duplex-Stahl 1.4462 (2205)verfügbar. Rundhohlprofile in Duplex-Stahl 1.4362 (2304) sind dahingegen nichtsehr geläufig, da es sich hierbei um einen für die Bauindustrie relativ neuen Stahl,obwohl er seit einigen Jahren für Explosionsschutzwände auf Bohrinseln mitErfolg eingesetzt wird.Es existiert ein weit gefächertes Sortiment gewalzter Profile (Winkel-, U-, T-,Rechteckhohlprofile und I-Profile) in austenitischen Standardsorten wie 1.4301und 1.4401, jedoch nicht als Duplex-Stähle. Im Allgemeinen können Profile durchKaltumformung (Profilieren oder Kanten) oder schweißtechnisch hergestelltwerden.Material in kalverfestigtem Zustand ist lieferbar in verschiedene Erzeugnisformeneinschließlich Bleche, dünnwandigen Profilbleche, Schmal- und Breitband, Stäbeund Hohlprofile:• Bleche, dünnwandigen Profilbleche, Schmal- und Breitband (üblicherweisemit Erzeugnisdicken ≤ 6.0 mm)• Rundstäbe (mit Durchmessern von 5 mm bis 60 mm)• Quadrat- und Rechteckhohlprofile (Querschnittsabmessungen bis zu 400 mm,Erzeugnisdicken von 1.2 bis 6 mm).Die in kaltverfestigtem Zustand kommerziell lieferbaren nichtrostenden Stahlsortensind in Tabelle 3.5 angegeben.26

Material in kaltverfestigtem Zustand weist im Vergleich zum lösungsgeglühtenZustand eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit auf.Die häufigsten Ursachen von Korrosionsschäden sind:(a) falsche Beurteilung der Umgebungsbedingungen oder ungünstige Begleitumstände,z.B. nicht erkannte Chloridbelastungen,(b) Beeinträchtigung des Stahls durch Verarbeitung oder Handhabung.Obwohl nichtrostende Stähle Verfärbungen erleiden können (häufig infolgekohlenstoffbedingter Verunreinigungen), sind sie im Bauwesen äußerst dauerhaft.In aggressiven industriellen und salzwasserhaltigen Umgebungen haben Versuchekeinerlei Funktionsverlust der Bestandteile ergeben, selbst dort, wo kleineGewichtsverluste festgestellt wurden. Jedoch kann unansehnliches, fleckigesAnlaufen auf Sichtflächen vom Anwender nach wie vor als Defekt angesehenwerden. Sowohl gute als auch sorgfältige Werkstoffwahl, gutes Detaillieren undfachgerechte Ausführung können die Wahrscheinlichkeit von Verfärbungen undKorrosion entscheidend verringern. Die Erfahrung hat gezeigt, dassKorrosionsschäden am wahrscheinlichsten in den ersten zwei oder dreiNutzungsjahren zutage treten.Unter gewissen Umgebungsbedingungen weisen einige nichtrostende Stähle lokaleAnfälligkeiten auf. Sechs Mechanismen werden nachstehend beschrieben, wobeidie letzten drei nur selten im Allgemeinen Hochbau auftreten.Es sollte erwähnt werden, dass Feuchtigkeit (z.B. durch Kondensation) einenotwendige Voraussetzung für das Eintreten von Korrosion ist.3.7.2 Korrosionsarten und Verhalten der StahlsortenLochkorrosionWie der Name schon andeutet, ist diese Korrosionsart eine lokale Erscheinung. Sieresultiert aus dem lokalen Zusammenbruch der Passivschicht und wirdnormalerweise durch Chloridionen induziert, obwohl andere Halogene und andereAnionen ähnliche Auswirkungen zeigen können. In einem entstehenden Lochbilden Korrosionsprodukte sehr aggressive Lösungen, die die weitere Korrosionbeschleunigen. Jedoch tritt Lochkorrosion bei den meisten Anwendungen imBauwesen eher oberflächlich auf und die Verminderung des Bauteilquerschnitts isteher vernachlässigbar. Jedoch können Korrosionserscheinungen das optischeErscheinungsbild beeinträchtigen. Eine weniger großzügige Sichtweise in Bezugauf Lochfraß sollte bei Versorgungsleitungen wie Rohren, Installationen undSicherheitsbehältern gelten.Da Chloridionen die häufigste Ursache für Lochfraß darstellen, verhält sich auchMeerwasser ziemlich aggressiv. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtesMittel Lochfraß verursacht, hängt neben dem Chloridgehalt von Einflussfaktorenwie der Temperatur, Azidität oder Basizität und dem Gehalt weitereroxidationsfördernder Mittel ab. Die Beständigkeit eines nichtrostenden Stahlsgegen Lochfraß wird durch dessen chemische Zusammensetzung bestimmt.Chrom, Molybdän und Stickstoff erhöhen jeweils die Beständigkeit gegenLochfraß.Ein Näherungsmaß für die Beständigkeit gegen Lochfraß ist der Lochfraß-Indexoder das Lochfraßbeständigkeitsäquivalent (Pitting Resistance Equivalent (PRE)),definiert als:PRE =Gew.-% Cr + 3,3(Gew.-% Mo) + 30(Gew.-% N) bei Austeniten28

PRE =Gew.-% Cr + 3,3(Gew.-% Mo) + 16(Gew.-% N) bei Duplex-StahlsortenDer PRE ist ein nützlicher Richtwert bei der Einstufung nichtrostender Stähle, istaber nicht allein von ausschlaggebender Bedeutung.1.4301 hat den niedrigsten PRE aller in diesen Bemessungshilfen behandelten,nichtrostenden Stähle und ist somit der am wenigsten geeignete Stahl für baulicheAnwendungen in Verbindung mit Meerwasser, außer vielleicht in Innenräumen beiwirksamem Schutz vor Spritzwasser und Dunst. 1.4301 kann in Gegenden mitSchwerindustrie auch unakzeptable Ausmaße an Lochfraß aufweisen, weswegenein Stahl der Sorte 1.4401 oder ein Duplex-Stahl bevorzugt werden sollten.SpaltkorrosionSpaltkorrosion tritt unter der gleichen Umweltbedingung wie Lochkorrosion auf.Korrosion wird in einem Spalt eher initiiert als auf einer glatten Fläche, da derZutritt der Oxidationsmittel, die zur Bildung der Passivschicht notwendig sind,behindert wird. Die Gefährdung eines Spalts hängt stark von dessen Geometrie ab:je enger und tiefer ein Spalt ist, desto schwerwiegender sind dieKorrosionsbedingungen. Diese stellen vor allem in Stagnationszonen, in denen eineChloridanreicherung stattfinden kann, ein Problem dar.Spalte entstehen bei metallischen Verbindungen durch Dichtungsringe,Ablagerungen und Oberflächenbeschädigungen wie tiefe Kratzer. Spalte solltenvermieden werden, was jedoch nicht immer möglich ist.Wie bei der Lochfraßkorrosion, verbessern die Legierungselemente Chrom,Molybdän und Stickstoff die Widerstandfähigkeit und somit auch die Beständigkeitgegen Spaltkorrosion mit steigend besseren Eigenschaften von 1.4301 über 1.4401bis hin zum 1.4462.Bimetallische (galvanische) KorrosionBefinden sich zwei unähnliche Metalle in elektrischem Kontakt miteinander undsind zusätzlich durch einen Elektrolyten (d.h. eine Strom leitende Flüssigkeit, wieMeerwasser oder Schmutzwasser) miteinander verbunden, fließt durch diesenElektrolyten Strom vom anodischen (unedleren) Metall zum kathodischen (edleren)Metall.Diese Korrosionsart ist besonders dann anzutreffen, wenn nichtrostender Stahl mitun- und niedriglegierten Stählen in Verbindung steht. Es ist daher wichtig,Schweißzusätze auszuwählen, die wenigstens so edel wie das Grundmaterial sind.In korrosiven, feuchten Umgebungen wie in Gegenden mit Schwerindustrie, aufSee und überall dort wo ein Eintauchen in Brackwasser oder Salzwasser möglichist, sind martensitische und ferritische Schrauben (siehe Abschnitt 3.1.2) zuVerbindungszwecken von nichtrostenden Stählen zu vermeiden.Galvanische Korrosion greift zumeist nicht den nichtrostenden Stahl an, sondernden minder edlen Partnerwerkstoff. Manchmal sind zur KorrosionsvermeidungMaßnahmen erforderlich, die auf den ersten Blick überraschend erscheinen. DieVermeidung von galvanischer Korrosion basiert grundsätzlich auf der Behinderungdes Stromflusses durch:• Isolierung ungleicher Metalle, d.h. dem Trennen der metallischenStromleitung (siehe Abschnitt 6.1.1).• Verhinderung der Überbrückung durch elektrolytische Lösungen, d.h. Trennender elektolytischen Stromleitung durch Anstriche oder sonstige29

Beschichtungen. Wo ein Schutz durch diese Mittel angestrebt wird und esnicht machbar ist, beide Metalle zu beschichten, wird angeraten, das edlere zubeschichten (d.h. in einer Verbindung aus nichtrostendem und Baustahl dennichtrostenden Stahl).Das Risiko eines schweren Korrosionsschadens ist am größten, wenn dieOberfläche des edleren Metalls (z.B. nichtrostender Stahl) im Verhältnis zurOberfläche des weniger edlen Metalls (z.B. Baustahl) groß ist. Dem Einsatz vonAnstrichen oder anderen Beschichtungen auf dem Baustahl ist besondereAufmerksamkeit zu schenken. Befinden sich nämlich kleinere Poren odernadelstichgroße Löcher auf der Beschichtung, so führt die kleine Oberfläche ausungeschütztem Baustahl zu einem sehr großen Kathoden-Anoden-Flächenverhältnis, so dass ein starker Korrosionsangriff des Baustahls möglichwird. Natürlich sind eingetauchte Gegenstände davon am stärksten betroffen. Ausdiesem Grund sollten nichtrostende Stähle angestrichen werden. Bei Porenbildungbleibt der Stromfluss vernachlässigbar gering.Ungünstige Oberflächenverhältnisse entstehen bei Befestigungen und an Verbindungen.Schrauben aus Baustahl sind aufgrund des großen Oberflächenverhältnisseszwischen nichtrostendem Stahl und Baustahl zu vermeiden, da dieSchrauben sonst stark korrodieren. Im umgekehrten Fall übt eine (kleine) Schraubeaus nichtrostendem Stahl auf ein (wesentlich größeres) Bauteil ausKohlenstoffstahl nur eine vernachlässigbar geringe Korrosionswirkung aus. Es istnormalerweise äußerst nützlich, auf frühere Erfahrungen in ähnlichen Situationenzu verweisen, weil verschiedene Metalle bei gelegentlicher Kondensation oderFeuchtigkeit oftmals problemlos in Verbindung stehen können, besonders dann,wenn der Elektrolyt nur über geringe Leitfähigkeit verfügt.Die Vorhersage dieser Auswirkungen ist problematisch, da die Korrosionsgeschwindigkeitdurch eine Vielzahl komplexer Aspekte bestimmt wird. DieVerwendung elektrischer Potentialtabellen vernachlässigt Faktoren wie dasVorhandensein von Oberflächenoxidschichten, Oberflächengrößenverhältnisse undunterschiedliche (elektrolytische) Lösungen. Deswegen kann unsachgemäßerGebrauch dieser Tabellen zu falschen Lösungen führen. Sie sind daher sorgsam zuverwenden und nur für erste Bewertungen heranzuziehen.Nichtrostende Stähle bilden normalerweise die Kathode bei einer bimetallischenPaarung und erleiden daher keinerlei Korrosion. Kontakt zwischen austenitischen,nichtrostenden Stählen und Zink oder Aluminium kann zu zusätzlicher Korrosionbei einem der zwei letzteren Metalle führen. Diese Konstellation kommt imBauwesen nur sehr selten vor, jedoch wird das weißgraue Puder als unansehnlichempfunden. Eine Paarung mit Kupfer ist im Allgemeinen nur unter sehr günstigenBedingungen ratsam.Das grundsätzliche Verhalten zweier in Kontakt stehender Metalle unter ländlichen,städtischen, industriellen oder küstennahen Umweltbedingungen ist vollständig inBS PD 6484 Commentary on corrosion at bimetallic contacts and its alleviationdokumentiert.SpannungsrisskorrosionDas Eintreten von Spannungsrisskorrosion (stress corrosion cracking (SCC))erfordert das gleichzeitige Auftreten von Zugspannungen und besonderen Umweltfaktoren,die im Hochbau eher unwahrscheinlich sind. Die Spannung muss dabeiim Verhältnis zur Streckgrenze des Werkstoffs nicht allzu hoch liegen und kann ausEigenspannungen infolge des Fertigungsprozess wie Schweißen oder Biegenherrühren. Nichtrostende Duplex-Stähle weisen höhere Beständigkeit gegen30

Spannungsrisskorrosion als die Austenite aus diesen Bemessungshilfen auf. FürAnwendungsfälle, bei denen Spannungsrisskorrosion ein Unfallrisiko darstellt, sindhochlegierte austenitische nichtrostende Stähle, wie z.B. die Sorten 1.4539, 1.4529,1.4547 und 1.4565 (nicht Bestandteil dieser Bemessungshilfen) entwickelt worden.Werden Bauteile aus nichtrostendem Stahl mit hohen Eigenspannungen (z.B.bedingt durch Kaltverformung) in chloridhaltiger Umgebung (z.B. Schwimmbäder,Salzwasser, Offshore-Einrichtungen) eingesetzt, ist besondere Vorsicht geboten.EN 1993-1-4 fordert, dass für Tragwerksteile in chloridhaltiger Umgebung, dienicht regelmäßig gereinigt werden können (z.B. in abgehängten Decken überSchwimmbädern), nur die Sorten 1.4529, 1.4547, 1.4565 verwendet sollten. Nur indem Fall, dass die Konzentration von Chloridionen im Schwimmbadwasser (unüblich)≤ 250 mg/l ist, ist die Sorte 1.4539 ebenfalls geeignet. Andere Sorten, dienachgewiesenermaßen eine gleichwertige Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosionhaben, dürfen in dieser Umgebung ebenfalls verwendet werden.Allgemeine (gleichmäßige) KorrosionUnter normalen Bedingungen, wie sie im Bauwesen üblich sind, weisennichtrostende Stähle keinerlei Massenverlust auf, wie dies beim Rosten vonunlegiertem Eisen und Stahl der Fall ist.Nichtrostender Stahl verhält sich gegenüber vielen Chemikalien beständig; er wirddaher im Behälterbau eingesetzt. Jedoch ist auf Tabellenwerke des Herstellers zuverweisen oder aber es sollte ein entsprechendes Gutachten eingeholt werden,wenn nichtrostender Stahl in Kontakt mit Chemikalien stehen soll.Interkristalline Korrosion (Sensibilisierung) und SchweißversprödungSind austenitische nichtrostende Stähle längere Zeit Temperaturen im Bereichzwischen 450°C bis 850°C ausgesetzt, so diffundiert der Kohlenstoff zu denKorngrenzen und Chromkarbid lagert sich ab. Hierdurch kommt es zu einerChromverarmung an den Korngrenzen. Stahl in diesem Zustand wird alssensibilisiert bezeichnet. Die Korngrenzen sind nun korrosionsanfällig. DiesesPhänomen ist auch unter der Bezeichnung weld decay (Schweißversprödung)bekannt, wenn es in der Wärmeeinflusszone einer Schweißnaht auftritt.Hier werden drei Möglichkeiten beschrieben, interkristalline Korrosion zuvermeiden:• Einsatz von Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt,• Einsatz von durch Titan oder Niob stabilisierten Stählen, da diese Elementebevorzugt mit Kohlenstoff stabile Verbindungen eingehen und dabei dasRisiko einer Chromkarbidbildung mindern,• Wärmebehandlung, jedoch kommt diese Methode nur selten in der Praxis zurAnwendungNichtrostende Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (maximal 0,03%) bis zueiner Dicke von 20 mm erleiden allgemein nach Lichtbogenschweißungen keineinterkristalline Korrosion.3.7.3 Korrosion unter einigen UmweltbedingungenLuftDie atmosphärischen Bedingungen variieren stark in ihrer Wirkung aufnichtrostende Stähle. Ländliche Atmosphäre, von industriellen Abgasen oderMeersalz unbelastet, ist hinsichtlich Korrosivität sehr mild, sogar bei hoher31

Feuchtigkeit. In industriellen Umgebungen sowie in Meeresnähe sind dieBedingungen deutlich korrosiver. Zur geeigneten Werkstoffwahl wird auf Tabelle3.7 verwiesen.Die häufigsten Gründe für atmosphärische Korrosion sind Eisenpartikel, die durchHerstellprozesse, entweder im Werk oder auf der Baustelle, freigesetzt werden undChloride aus Salzwasser, Industrie oder Kalziumchlorid aus der Zementherstellung.Einige sich ablagernde Partikel, obwohl nur gering reaktiv, sind in der Lage, mitschwach sauren Schwefeloxidlösungen aus der Atmosphäre zu reagieren, wasörtlich zum Zusammenbruch der Passivschicht führt.Das allgemeine Aussehen nichtrostender Stähle wird durch dieOberflächenausführung (je glatter desto besser) und regelmäßiges Abwaschen(entweder durch planmäßige Reinigung oder Regenwasser) beeinflusst.MeerwasserMeerwasser, einschließlich Brackwasser, enthält hohe Chloridanteile und ist somitsehr korrosionsfördernd, besonders wenn die Wasserströmung niedrig ist (ungefährunter 1.5 m/s). Bei geringen Strömen kann bei den Stählen 1.4301 und 1.4401schwerer Lochfraß einsetzen. Ebenfalls können diese Stähle Spaltrisskorrosionerleiden, unabhängig davon ob diese aus der Konstruktion, Verschmutzung oderBewuchs herrühren.Spritzwasser kann genau so viel Befall wie vollständiges Eintauchen verursachen,da die Konzentration an Chloridionen durch die Wasserverdunstung erhöht wird,und dies vermehrt zu Salzablagerungen führen kann.Die Möglichkeit starker galvanischer Korrosion muss in Betracht gezogen werden,wenn nichtrostender Stahl zusammen mit anderen Metallen in Kontakt mitMeerwasser eingesetzt wird.Andere WasserartenAustenitische nichtrostende Stähle verhalten sich in destilliertem Wasser oderTrinkwasser normalerweise zufriedenstellend. Ist der Säuregehalt hoch, so istStahlgüte 1.4401 zu bevorzugen, sonst genügt normalerweise die Sorte 1.4301. Wosich geringe Chloridmengen befinden, wird gleichfalls der Stahl 1.4401 alsgeeignet angesehen, um möglichen Lochfraß und Spaltkorrosion zu vermeiden. BeiFlusswasser ist besonders acht zu geben; biologische und mikrobiologischeAktivität kann in vergleichsweise kurzer Zeit Lochfraß bei austenitischennichtrostenden Stählen hervorrufen.Die Möglichkeit der Erosionskorrosion ist bei Wassern mit schleifenden Partikelnzu beachten.Chemische UmgebungenDas Einsatzgebiet nichtrostender Stähle in chemischen Umgebungen ist so groß,dass es den Umfang der vorliegenden Veröffentlichung sprengen würde, hierauf imEinzelnen einzugehen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass in vielenAnwendungsfällen andere als die hier vorgestellten Stähle geeigneter sind. ZurWerkstoffauswahl sollten im Einzelfall weitergehende Informationen eingeholtwerden.Schaubilder von Herstellern zu Ergebnissen von Korrosionsversuchen in unterschiedlichenChemikalien müssen mit Vorsicht interpretiert werden. Obgleich siedie Beständigkeit einer speziellen Stahlgüte ausweisen, sind die Umgebungsbe-32

dingungen (Temperatur, Druck, Konzentrationen, etc.) veränderlich und unterscheidensich im Allgemeinen von den Versuchsbedingungen. Ebenso könnenVerunreinigungen und der Grad der Belüftung weitere Auswirkungen auf dieErgebnisse zeigen.BodenDie Korrosionseinwirkung bei nichtrostendem Stahl mit Bodenkontakt hängt vonder chemischen Bodenzusammensetzung und dem spezifischen elektrischen Widerstandab. Böden unterscheiden sich in ihrer Korrosivität in Abhängigkeit von derFeuchtigkeit, dem pH-Wert, der Durchlüftung, einer eventuellen chemischen Verunreinigung,der mikrobiologischen Aktivität und der Oberflächenentwässerung.Nichtrostende Stähle sind bei einer Vielzahl von Böden gut geeignet und besondersgut in Böden mit hohem spezifischen elektrischen Widerstand, obwohl in feuchtenBöden mit geringem elektrischen Widerstand vereinzelt Lochfraß beobachtetworden ist. Bei Vorhandensein aggressiver Chemikalien wie z.B. Chloridionen,aber auch bei Bakterienarten oder Streustrom (verursacht durch dezentrale direkteStromeinspeisung bei Transportsystemen, wie z.B. bei der Eisenbahn oder derStraßenbahn) kann örtlich begrenzt Korrosion in Erscheinung treten. Die Ausbreitungvon Streustrom kann unterdrückt werden durch eine geeignete elektrischeIsolierung der Leitung (Überzüge oder Ummantelungen) und/oder durchkathodischen Schutz.Bei nichtrostendem Stahl mit Bodenkontakt wird für die Stahlsortenwahlempfohlen, die Korrosionsbeständigkeit erstens anhand des Mengenverhältnissesder vorhandenen Chloridionen und zweitens anhand des spezifischen elektrischenWiderstands und des pH-Wertes des Bodens zu berücksichtigen. In allen Fällenwird ein schlecht entwässerter Boden unterstellt. Tabelle 3.8 enthält Empfehlungenfür die Stahlsortenwahl für unterschiedliche Bodenzustände.Tabelle 3.8: Nichtrostende Stahlsorten zum Einsatz beiunterschiedlichen BodenzuständenTypische Umgebung Bodenzustand StahlsorteNicht-maritimeUmgebungMaritime Umgebung –nicht durch GezeitenbeeinflusstMaritime Umgebung –im Bereich mitGezeitenwechselCl< 500 ppmSpezif. elektr. Widerstand >1000 ohm.cmpH > 4.5Cl< 1500 ppmSpezif. elektr. Widerstand >1000 ohm.cmpH > 4.5Cl< 6000 ppmSpezif. elektr. Widerstand >500 ohm.cmpH > 4.51.43011.44041.44041.44101.4547Anmerkung:1.4410 ist eine Duplex-Sorte und 1.4547 ist eine super-austenitische Sorte. Diese Sortenwerden im allgemeinen nicht im Bauwesen eingesetzt und fallen daher aus dem Rahmendieser BemessungshilfenKorrosionsgerechter EntwurfDer wichtigste Schritt bei der Verhinderung von Korrosionserscheinungen ist dieWahl einer geeigneten Stahlsorte und geeigneter Verarbeitungsverfahren, die aufdie Umgebungsbedingungen abgestimmt sein müssen. Es kann jedoch nachSpezifizierung eines bestimmten Stahls durch die Detailplanung noch viel dazu33

eigetragen werden, das Potential des jeweiligen Werkstoffes auszuschöpfen.Korrosionsvermeidung sollte vorzugsweise schon im Planungsstadium undwährend des detaillierten Entwurfs berücksichtigt werden.Tabelle 3.9 enthält eine Prüfliste. Die Beachtungspunkte dienen dem Ziel,Korrosion zu vermeiden und nicht die Tragfähigkeit zu optimieren. Auch sind sienicht unter allen Bedingungen zwingend. Ist die Korrosionsbelastung gering oderist regelmäßiger Unterhalt gewährleistet, sind viele der Maßnahmen entbehrlich.Abbildung 3.3 zeigt weniger gute und gute Gestaltungslösungen zur Erzielungeiner höchstmöglichen Lebensdauer.34

Tabelle 3.9Korrosionsschutzgerechter EntwurfVermeidung von Schmutzecken• Winkel- und U-Profile so ausrichten, dass die Wahrscheinlichkeit vonSchmutzrückständen minimiert wird• Entwässerungslöcher vorsehen, und zwar so, dass sie groß genug sind und keinerleiVerstopfungen auftreten• horizontal ausgerichtete Oberflächen vermeiden• Vorsehen von geringen Neigungen bei Seitensteifen, die nominell horizontalausgewiesen sind•Verwendung von Rohr- und Stabquerschnitten (schließen der Röhren unter trockenemGas oder Luft, wo das Risiko schädlicher Kondensatbildung besteht)•Vorsehen von glatten OberflächenVermeidung von Spalten•Verwendung von geschweißten vor geschraubten Verbindungen•Einsatz von Schließschweißungen oder Mastix-Verschlüssen•Vorzugsweise abschließende/profilierte Schweißnähte•Vermeidung von Ablagerungen von faulenden, organischen StoffenVerringerung der Wahrscheinlichkeit von Spannungsrisskorrosion unter speziellenUmweltbedingungen (siehe 3.7.2)•Minimierung der Eigenspannungen durch sorgfältige Wahl der Schweißfolge•Kugelstrahlen (jedoch kein Strahlen mit Eisen/Stahl).Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Lochfraß (siehe Kapitel 10):• Entfernen von Schweißspritzern• Beizen von nichtrostendem Stahl zur Entfernung unerwünschter Schweißprodukte.Stark oxidierende, chloridhaltige Reagenzien wie Eisenchlorid sind zu vermeiden;Beizbäder oder Beizpasten, die jeweils Mischungen aus Salpetersäure und Flußsäureenthalten, sind vorzuziehen. Schweißnähte sind grundsätzlich immer zu säubern, dassdie Korrosionsbeständigkeit wiederhergestellt werden kann.• Vermeidung von Kontakt mit Baustahl (z.B. Arbeitsflächen und Werkzeuge sindausschließlich für nichtrostende Stähle bestimmt)• Einhaltung eines geeigneten Wartungsprogramms.Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Kontaktkorrosion (siehe 3.7.2):•Unterbrechen elektrischer Strömungen• Gegebenfalls Einsatz von Anstrichen• Minimierung von Feuchtigkeit• Einsatz von Metallen mit ähnlichem elektrischen Potential.35

ScharfeEckenRunde Ecken,Schw eißnahtvom BodenentferntPunktschweißungSpaltfüllungAbbildung 3.3Schlechte und günstigere Detailausbildungen36

4 QUERSCHNITTSWERTE4.1 AllgemeinesDie Empfehlungen in Abschnitt 4 und 5 gelten für Querschnitte mit Querschnittsteilenentsprechend der Abmessungen in Kapitel 4.2 bzw. Tabelle 4.1.Die Breiten/Dicken-Verhältnisse der Querschnittsteile, die sich teilweise oder vollständigunter Druck befinden können, bestimmen, ob der Querschnitt hinsichtlichlokalen Beulens gefährdet ist und die Querschnittstragfähigkeit abgemindertwerden muss. Querschnittsteile und Querschnitte werden in Abhängigkeit ihrerBeulanfälligkeit den Klassen 1, 2, 3 oder 4 zugeordnet, abhängig von ihremRotationsvermögen in Klasse 1 bzw. 2 , siehe Kapitel 4.3.Der abgeminderten Querschnittstragfähigkeit von Querschnitten der Klasse 4 kannbei der Bemessung durch die Berücksichtigung mitwirkender Breiten Rechnunggetragen werden, siehe Kapitel 4.4.1.Auf Achsmaße bezogene Abmessungen dürfen nur bei der Ermittlung vonQuerschnittswerten von kaltgeformten Bauteilen und bei dünnwandigen Blechenzugrunde gelegt werden. Bei den übrigen Querschnitten sind die tatsächlichenAbmessungen zu berücksichtigen. Gemäß EN 1993-1-3 und EN 1993-1-5 dürfenauf Achsmaße bezogene Abmessungen bei der Berechnung von Widerstandswertenzugrunde gelegt werden. Ebenso erlaubt EN 1993-1-1 in bestimmten Fällen aufAchsmaße bezogenen Abmessungen für die Berechnung von Widerstandsgrößen(siehe 6.2.1(9) und 6.2.5(2) der EN 1993-1-1).4.2 Maximale Breiten/Dicken-VerhältnisseTabelle 4.1 enthält maximale Breiten/Dicken-Verhältnisse für Querschnittsteile ausnichtrostendem Stahl.4.3 Klassifizierung der Querschnitte4.3.1 AllgemeinesGrundsätzlich werden Querschnitte aus nichtrostendem Stahl gleichermaßen wiesolche aus Baustahl klassifiziert. Es werden im Folgenden vier Querschnittsklassendefiniert:Klasse 1-Querschnitte sind diejenigen, die ein Fließgelenk mit einerRotationskapazität bilden können, wie sie bei einer voll plastischenTragwerksanalyse erforderlich ist.Klasse 2- Querschnitte sind diejenigen, die die plastischeQuerschnittstragfähigkeit zwar erreichen, jedoch nur überbegrenztes Rotationsvermögen verfügen.Klasse 3-Querschnitte sind diejenigen, bei welchen die rechnerischeSpannung in der äußersten Faser des Querschnitts die Streckgrenzeerreicht, lokales Beulen jedoch das Erreichen des plastischenMomentenwiderstandes verhindert.37

Klasse 4-Querschnitte sind diejenigen, bei denen lokales Beulen eintritt,bevor die Streckgrenze in einem oder in mehrerenQuerschnittsteilen erreicht wird.Tabelle 4.1 Maximale Breiten-Dicken-Verhältnisseb ba) Ebene Querschnittsteile oder b/t ≤ 50Querschnittsteile mit Zwischensteife,die an einem Ende an einenSteg angrenzen, am anderen Endeungestützt sind:b) Flache Querschnittsteile oderQuerschnittsteile mit Zwischensteife,die an einem Ende an einenSteg angrenzen, am anderenungestützten Ende lediglich eineLippe angeordnet ist:b/t ≤ 60c/t ≤ 50bbcc) Flache Querschnittsteile oderQuerschnittsteile mit Zwischensteife,die beidseitig durch Stegeoder Flansche gestützt sind:b/t ≤ 400b bh/t ≤ 400hAnmerkung:Bei flachen Querschnittsteilen wie unter a) angegeben, mit b/tVerhältnissen größer als etwa 30 und ebenen gestütztenQuerschnittsteilen, die nicht hier aufgeführt sind, mit b/tVerhältnissen größer als etwa 75, sind unter Gebrauchslastensichtbare Verzerrungen möglich.Die Klassifizierung eines Querschnitts richtet sich nach der höchsten (ungünstigsten)Klasse seiner teilweise oder vollständig gedrückten Querschnittsteile. Zubeachten ist, dass die Querschnittsklassifizierung abhängig ist vom Verhältniszwischen dem sich einstellendem Biegemoment und der zugehörigen Normalkraftund somit entlang der Bauteilachse veränderlich ist.4.3.2 Grenzen der QuerschnittsklassifizierungAbhängig von den Grenzwerten, die in Tabelle 4.2 angegeben sind werdenQuerschnitte den Klassen 1, 2 oder 3 zugewiesen. Werden die Kriterien der Klasse3 nicht erfüllen, sind die Querschnitte der Klasse 4 zuzuordnen.38

Tabelle 4.2Beidseitig gestützte QuerschnittsteileMaximale Breiten/Dicken-Verhältnisse für gedrückteQuerschnittsteileSpannungsverteilung(Druck positiv + )+ f y+ f yc h cct t tNulliniecαccψ f y– –Elastisch f y PlastischtttcccNullinieKlasse bei Biegung Querschnittsteil aufDruck1 c / t ≤ 56,0εc / t ≤ 25,7ε2c / t ≤ 26,7εc / t ≤ 58,2εQuerschnittsteil auf Biegung und Druckfür α > 0, 5 :c / t ≤ 308ε/(13α−1)für α ≤ 0, 5 :c / t ≤ 28ε /αfür α > 0, 5 :c / t ≤ 320ε/(13α−1)für α ≤ 0, 5 :c / t ≤29,1ε / α3 c / t ≤ 74,8ε/ t ≤ 30,7ε⎡ 235 E ⎤ε = ⎢⎥⎢⎣f y 210 000 ⎥⎦0,5c c / t ≤ 15, 3εkσZu kσsiehe 4.4.1Stahlsorte 1.4301 1.4401 1.4462f y (N/mm 2 ) 210 220 460ε 1,03 1,01 0,698Anmerkungen:Bei Hohlprofilen kann auf der sicheren Seite liegend c mit (h-2t) oder (b-2t) bestimmt werden.E = 200000 N/mm 2α = 1 ⎛ ⎞⎜ N +Ed1⎟⎜⎟⎝f y c∑ bei Querschnitten, die bezüglich der starken Achse symmetrisch sind2tw⎠39

Tabelle 4.2 (Fortsetzung) Maximale Breiten/Dicken-Verhältnisse fürgedrückte QuerschnittsteileEinseitig gestützte PlattenstreifenSpannungsverteilung (Druck positiv + )cRand auf Druck Rand auf Zugt+ +cc– –cElastischElastischαc αct+ +Plastisch– –PlastischKlasseArt desQuerschnittsQuerschnittsteil aufDruckQuerschnittsteil auf Biegung und DruckRand unter DruckRand unter Zug123kaltgeformtgeschweißtkaltgeformtgeschweißtkaltgeformtgeschweißtc / t ≤10,0εc / t ≤ 9,0εc / t ≤10,4εc / t ≤ 9,4εc / t ≤11,9εc / t ≤11,0ε10εc / t ≤αc / t ≤c / t ≤c / t ≤9εα10,4εα9,4εαc / t ≤ 18, 1ε k σZuc / t ≤c / t ≤c / t ≤c / t ≤10εααα9εα10,4εα α9,4εααk siehe 4.4.1.σc / t ≤ 16, 7ε k σZu k σ siehe 4.4.1.Winkelsiehe auch einseitig gestützte Flanschteilegilt nicht für linienförmig gestützte WinkelhhtbtbKlasse Querschnitt unter Druck3 h/t ≤ 11,9 ε ; (b + h)/2t ≤ 9,1 ε0,5⎡Grade 1.4301 1.4401 1.4462235 E ⎤ε = ⎢⎥f y (N/mm 2 ) 210 220 460⎢⎣f y 210 000 ⎥⎦ε 1,03 1,01 0,698Anmerkungen: E = 200000 N/mm 2α = 1 ⎛ ⎞⎜ N +Ed1⎟⎜⎟⎝f y c∑ bei Querschnitten, die bezüglich der starken Achse symmetrisch sind2tw⎠40

Tabelle 4.2 (Fortsetzung) Maximale Breiten/Dicken-Verhältnisse fürgedrückte QuerschnittsteileRundhohlprofiletdKlasse Querschnitt auf Biegung Querschnitt auf Druck1 2d / t ≤ 50ε2d / t ≤ 50ε2 2d / t ≤ 70ε2d / t ≤ 70ε3 2d / t ≤ 280ε2Hinweis zu d / t > 280εsiehe EN 1993-1-6d / t ≤ 90ε2Hinweis zu d / t > 90εsiehe EN1993-1-62⎡ 235 E ⎤ε = ⎢⎥⎢⎣f y 210 000 ⎥⎦0,5Sorte 1.4301 1.4401 1.4462f y (N/mm 2 ) 210 220 460ε 1,03 1,01 0,698Anmerkung: E = 200000 N/mm 24.4 Mitwirkende Breiten4.4.1 Mitwirkende Breiten bei Querschnittsteilen der Klasse 4Die Querschnittseigenschaften von Querschnitten der Klasse 4 können rechnerischunter Berücksichtigung der mitwirkenden Breiten unter teilweisem odervollständigem Druck ermittelt werden. Alternativ können auch Versuchedurchgeführt werden, siehe Abschnitt 9.Die mitwirkende Querschnittsfläche eines Querschnitts der Klasse 4 untervollständigem oder teilweisem Druck A eff ist gleich der Bruttofläche einesQuerschnitts abzüglich der Summe aller ausfallenden Flächen der schlankenQuerschnittsteile. Die wirksame Fläche eines Querschnittsteils der Klasse 4 istgleich der effektiven Breite b eff , wie untenstehend berechnet, multipliziert mit derElementdicke. Bei Biegebeanspruchung des Querschnitts muss zusätzlich daswirksame Flächenträgheitsmoment I eff und der wirksame QuerschnittswiderstandW eff berechnet werden.Die mitwirkenden Breiten von vollständig oder teilweise gedrücktenQuerschnittsteilen können unter Zuhilfenahme von Tabelle 4.3 für beidseitiggestützte Plattenstreifen bzw. Tabelle 4.4 für einseitig gestützte Plattenstreifenermittelt werden.Für die Berechnung der mitwirkenden Breite gedrückter Flansche kann dasSpannungsverhältnis ψ , welches am Bruttoquerschnitt ermittelt wird, zugrundegelegt werden (ψ ist in Tabelle 4.3 und 4.4 definiert). Zur Ermittlung dermitwirkenden Breite eines Stegelements ist das Spannungsverhältnis ψ amQuerschnitt mit reduzierter Druckflanschfläche und Bruttofläche des Stegeszugrunde zu legen.41

Der Abminderungsbeiwert ρ kann folgendermaßen berechnet werden:Für kaltgeformte oder geschweißte beidseitig gestützte Querschnittsteile:0,772 0,125ρ = − jedoch ≤ 1 (4.1a)2λ p λ pFür kaltgeformte einseitig gestützte Querschnittsteile:1 0,231ρ = − jedoch ≤ 1 (4.1b)2λ p λ pFür geschweißte einseitig gestützte Querschnittsteile:1 0,242ρ = − jedoch ≤ 1 (4.1c)2λ p λ pwobei die Elementschlankheit λpdefiniert ist als:b / tλ p = (4.2)28,4εkσhierin ist:t die Plattendickek σ der Beulwert entsprechend des Spannungsverhältnisses ψ aus Tabelle 4.3oder aber 4.4bdie maßgebend Breite gemäß nachstehender Angaben:bbbbb= d bei Stegen (außer bei Rechteckhohlprofilen)= Stegweiten von Rechteckhohlprofilen, auf der sicheren Seiteliegend als h-2t= b bei beidseitig gestützten Flanschstreifen (außer beiRechteckhohlprofilen)= Flanschweiten von Rechteckhohlprofilen, auf der sicheren Seiteliegend als b-2t= c bei einseitig gestützten Flanschstreifenb= h bei gleichschenkligen und ungleichschenkligen Winkelnε ist der Materialbeiwert gemäß Definition in Tabelle 4.2Im Allgemeinen verschiebt sich die Nulllinie um das Maß e in Bezug auf dieNulllinienlage des Bruttoquerschnitts, siehe Abbildungen 4.1 und 4.2, was bei derBerechnung der Querschnittswerte zu berücksichtigen ist.Wird der Querschnitt durch eine Normalkraft beansprucht, berücksichtigen dieBemessungsempfehlungen in Abschnitt 5.5.2 das Zusatzmoment ∆M Ed wie folgt:∆M Ed =N Ed e Nwobei e N die Verschiebung der Nulllinie durch eine Normalkraftbeanspruchungdarstellt, siehe Abbildung 4.2.42

Tabelle 4.3Beidseitig gestützte PlattenstreifenSpannungsverteilung (Druck ist positiv)ψ =1:Mitwirkende Breite b effσ 1 σ 2b e1bb e2b eff = ρ⎯bb e1 = 0,5 b effb e2 = 0,5 b eff1>ψ≥0 :σ 1b e1 b e2σ 2bb eff = ρ⎯bb e 12 b= eff5 −ψb e2 = b eff - b e1bcb tψ < 0 :σ 1b e1b e2σ 2b eff = ρ b c = ρ⎯b / (1-ψ)bb e1 = 0,4 b effb e2 = 0,6 b effψ = σ 2 /σ 1 1 1 > ψ > 0 0 0 > ψ > -1 -1 -1 > ψ > -3Beulwert k σ 4,0 8,2 / (1,05 + ψ) 7,81 7,81 – 6,29ψ + 9,78ψ 2 23,9 5,98 (1 - ψ) 243

Tabelle 4.4Einseitig gestützte PlattenstreifenSpannungsverteilung (Druck positiv)Mitwirkende Breite b effb eff1>ψ≥ 0 :σ 2σ 1b eff = ρ ccb t b cψ < 0 :bσ eff = ρ b c = ρ c / (1-ψ)1σ 2b effψ = σ 2 /σ 1 1 0 -1 + 1≥ψ≥ − 3Beulwert k σ 0,43 0,57 0,85 0,57 – 0,21ψ + 0,07ψ 2b eff1>ψ≥ 0 :σ 1σ2cb eff = ρ cb effb c b tσ 1ψ < 0 :b eff = ρ b c = ρ c / (1-ψ)σ 2ψ = σ 2 /σ 1 1 1 > ψ > 0 0 0 > ψ > -1 -1Beulwert k σ 0,43 0,578 / (ψ + 0,34) 1,70 1,7 - 5ψ + 17,1ψ 2 23,844

NullinieeMausfallendeFlächeNullinie deswirksamenQuerschnittsausfallendeFlächeNullinieeMNullinie deswirksamenQuerschnittsBruttoquerschnittMitw irkender QuerschnittAbbildung 4.1Querschnitt der Klasse 4 unter BiegebeanspruchungNullinieBruttoquerschnitteNNullinie w irksamerQuerschnittausfallendeFlächenausfallendeFlächenBruttoquerschnittWirksamer QuerschnittAbbildung 4.2Querschnitt der Klasse 4 unter Druckbeanspruchung4.4.2 Mittragende BreiteEine Reduzierung auf die mittragende Breite kann vernachlässigt werden, falls b 0

erücksichtigt werden. Der Einfluss kann vernachlässigt werden, falls derartigeVerdrehungen weniger als 5% der Querschnittshöhe betragen. Bei größerenFlanscheindrehungen sollte die Tragfähigkeit abgemindert werden, z.B. infolgeeiner teilweisen Reduzierung der Kragarmlänge der breiten Flansche. MöglicheStegbiegung sollten ebenso berücksichtigt werden.Die bei nichtrostenden Stahlträgern üblichen Breiten/Dicken-Verhältnisse vonFlanschen sind i.d.R. nicht gefährdet hinsichtlich etwaiger Flanscheindrehungen.Gegebenenfalls sind die Hinweise für Baustahl in EN 1993-1-3 zu beachten.4.5 Ausgesteifte Querschnittsteile4.5.1 RandsteifenEs gelten die Regeln für Baustahl in EN 1993-1-3.4.5.2 ZwischensteifenEs gelten die Regeln für Baustahl in EN 1993-1-3.4.5.3 Trapezblechprofile mit ausgesteiften FlanschenDer wirksame Querschnitt eines Flansches mit Zwischensteifen untergleichmäßigem Druck ermittelt sich aus den reduzierten Flächen A s,red unterBerücksichtigung zweier an den Stegen angrenzenden Streifen der Breite 0,5b effbzw. 15t, siehe Abbildungen 4.3 und 4.4.0,5b Anzusetzendereff0,5b eff0,5bQuerschnitt für A2,eff0,5b 1,effs15t15tAnzusetzenderQuerschnitt für I smin(15t;0,5b )p,215tb p b r b pb p,1 b rb p,2b r b p,1bebraabsbobeAbbildung 4.3Druckflansch mit einer, zwei oder mehreren Steifenb1b2bp,1bp,2b1,e1b1,e2b2,e1b2,e2aab sZwischensteifeA s , I sAbbildung 4.4Zwischensteife46

Bei einer mittig angeordneten Flanschsteife ist die elastische kritischeBeulspannung σ cr, s (zur Berechnung von λ d ) mit Gleichung (4.3) zu ermitteln:34,2kwEIstσ cr, s =(4.3)A24b(2b3b)hierin ist:sp p +sb p die Nennweite des ebenen Elements, wie in Abbildung 4.3, 4.4 und 4.5gezeigt,b sA sI sk wdie Breite der Steife, als Umfang der Steife gemessen, siehe Abbildung4.3, 4.4 und 4.5,die wirksame Querschnittsfläche einer Zwischensteife, siehe Abbildung4.3, 4.4 und 4.5,das wirksame Flächenträgheitsmoment einer Zwischensteife, sieheAbbildung 4.3, 4.4 und 4.5Koeffizient, der den teilweisen Rotationswiderstand des durch den Stegoder andere angrenzende Querschnittsteile ausgesteiften Flanschesberücksichtigt, siehe unten; bei Berechnung des wirksamen Querschnittsunter axialem Druck ist der Wert k w =1,0.Bei zwei symmetrisch angeordneten Flanschsteifen ist die elastische, kritischeBeulspannung σcr, smit Gleichung (4.4) zu ermitteln:4,2kwEIstσ cr, s =(4.4)A28b(3b− 4b)hierin ist:e p,1 p,2 2s1se31b = 2b+ b + b(4.5)b = b + 0 b(4.6)1 p,1 , 5mit:b p,1b p,2rNennweite eines Außenelements, wie in Abbildung 4.4 dargestelltNennweite eines Innenelements, wie in Abbildung 4.4 dargestelltb r Gesamtbreite einer Steife, siehe Abbildung 4.3.Der Wert für k w kann über die Beulwellenlänge l b des Druckflanschs wie folgtberechnet werden:wennlsb,w≥ 2 k = k(4.7)wwowennls⎡l− 1) ⎢⎢ s⎣b 2 b< 2, kw= kwo− ( kwoww⎛ l−⎜⎝ sbw2⎞ ⎤⎥⎟⎠ ⎥⎦(4.8)hierin ist:s w die schräge Steghöhe, siehe Abbildung 4.5.47

grbpXtrφ/2Pφ/2X ist der Schnittpunkt der MittellinienP ist der Mittelpunkt der Ecker m = r + t/2g = r [tan( φ /2)-sin( φ /2)]rmbb pa) Mittelpunkt der Ecke oder Biegungswφbps whwhbp,ccc) Nennweite b für einen Steg(b = geneigte Höhe s )ppwb p,ddb pb pbb pbpb pbp,ccb) Nennw eite b p eines ebenenElements b, c, und db) Nennweite bpeines ebenen Elementsan eine Steife angrenzendAbbildung 4.5Nennweiten von ebenen Elementen b punterBerücksichtigung der AusrundungsradienAlternativ kann der Einspannungskoeffizient k w auf der sicheren Seite liegend zu1,0 (entspricht einer gelenkigen Lagerung) angenommen werden.Die Werte für l b und k wo können wie folgt ermittelt werden:a) für einen Druckflansch mit einer Zwischensteife:lb2I4 sbp(2bp+ 3bs)= 3,07(4.9)3tkwomitsw+ 2bd= (4.10)s + 0,5bwd 2bpbsdb = +(4.11)b) für einen Druckflansch mit zwei oder drei Zwischensteifen:2I4 sb1(3be− 4b1)b = 3,65(4.12)3lt48

kwo(2be+ sw)(3be− 4b1)= (4.13)b (4b− 6b) + s (3b− 4b)1e1we1Die abgeminderte mitwirkende Fläche einer Steife A s,red unter Berücksichtigungvon Drillknicken ist wie folgt anzunehmen:f/ γy MOA s,red = χdAsjedoch s, red Asσ com,serhierin ist:A ≤ (4.14)σ com,ser die maximale Druckspannung in der Steife (auf Basis des wirksamenQuerschnitts berechnet) im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit.Bei nicht ausgesteiften Stegen, ist der Abminderungsbeiwert χ d wie folgt zuermitteln:wenn λ d ≤ 0, 65 , χ d = 1, 0(4.15)wenn 0,65< λ d < 1, 38 , χ = 1,47− 0, 723λdd(4.16)wenn λ d ≥ 1, 38 ,0,66χ d = (4.17)λdwobeiλd= f / σ .ycr, sSind die Stege ebenfalls ausgesteift, wird auf EN 1993-1-3 verwiesen.Die wirksamen Querschnittwerte werden unter Berücksichtigung desabgeminderten wirksamen Querschnitts A s,red bestimmt, der sich durch dieabgeminderte Dicke t = t A / A für alle Teile von A s ergibt.redreds4.6 Berechnung der Querschnittswerte4.6.1 AllgemeinesDie Berechnung der Querschnittswerte hat nach den im Ingenieurwesen üblichenPraktiken zu erfolgen, sie ist ggf. unter Ansatz der Nettofläche des Querschnittesbei lokaler Beulgefährdung oder bei Vorhandensein von Lochbohrungen zuermitteln. Materialverjüngungen in kaltgeformten Ecken müssen wegen desFestigkeitsanstiegs aus der Kaltverfestigung nicht als abmindernd berücksichtigtwerden.4.6.2 Einfluss ausgerundeter EckenDer Einfluss ausgerundeter Ecken auf die Querschnittstragfähigkeit kann vernachlässigtwerden, falls der innenliegende Radius r≤5t und r≤0.10b p beträgt. Fürdiesen Fall kann man zur Vereinfachung von einem aus ebenen scharfkantigenTeilen zusammengesetzten Querschnitt ausgehen. Bei den Steifigkeitseigenschaftenvon Querschnitten sollte der Einfluss ausgerundeter Ecken dagegen immerberücksichtigt werden.Der Einfluss ausgerundeter Ecken auf die Querschnittswerte kann mit hinreichenderGenauigkeit durch die Abminderung der errechneten Querschnittswerte füreinen ähnlichen, scharfkantigem Querschnitt berücksichtigt werden, siehe Abbildung4.6, bei dem folgende Näherungen angewandt werden:49

A g = A g,sh (1 - δ) (4.18)I g = I g,sh (1 - 2δ) (4.19)I w = I w,sh (1 - 4δ) (4.20)wobeiδn φ mj=0,43∑r j /o ∑ b p,i90(4.21)hierin ist:A gj = 1i = 1die Fläche des BruttoquerschnittsA g,sh der Wer A g für den Querschnitt mit scharfen Eckenb p,iI gI g,shI wI w,shφ jmndie Nennbreite des ebenen Elements i für einen Querschnitt mitscharfkantigen Eckendas Flächenträgheitsmoment des Bruttoquerschnittsder Wert für I g für einen Querschnitt mit scharfen Eckender Wölbwiderstand des Bruttoquerschnittsder Wert I w für einen Querschnitt mit scharfkantigen Eckender Winkel zwischen zwei ebenen Elementendie Anzahl der ebenen Elementedie Anzahl der ausgerundeten Elementer j der Innenradius der ausgerundeten Elemente jDie oben erläuterten Abminderungen können ebenso für die Berechnung derwirksamen Querschnittswerte A eff , I y,eff , I z,eff und I w,eff herangezogen werden,vorausgesetzt, dass sich die Nennweiten der ebenen Elemente auf dieSchnittpunkte der Mittellinien beziehen.b p,=Echter QuerschnittAbbildung 4.6Idealisierter QuerschnittWirklicher und idealisierter Querschnitt4.6.3 BruttoquerschnittBei der Berechnung der Bruttoquerschnittswerte werden Löcher für Befestigungsmittelnicht berücksichtigt. Größere Öffnungen hingegen müssen eingerechnetwerden.4.6.4 NettoquerschnittDie Nettofläche eines Querschnitts oder eines Querschnittsteils entspricht derFläche des Bruttoquerschnitts abzüglich aller Öffnungen, einschließlich Löchernfür Verbindungselemente. Bei den Abzügen für die Verbindungselemente ist derLochnenndurchmesser einzusetzen.50

Unter der Voraussetzung, dass die Löcher nicht versetzt angeordnet sind, entsprichtdie für die Löcher gesamte abzuziehende Fläche der Maximalsumme derLochquerschnitte im Schnitt senkrecht zur Bauteilachse (siehe Versagensebene (2)in Abbildung 4.7). Sind die Löcher versetzt angeordnet, dann sollte als gesamteabzuziehende Fläche der größere der folgenden Werte angesetzt werden:• Abzugsfläche für nicht versetzt angeordnete Löcher2⎛ s• ⎟ ⎞t⎜nd0− ∑⎝ 4 p ⎠mit:sptnd 0Versatzmaß, d.h. der Abstand der Mittelpunkte zweier aufeinanderfolgender Löcher in der Reihe, gemessen parallel zur BauteilachseWeitenmaß, d.h. der Abstand der Mittelpunkte der gleichen zwei Löcher,gemessen senkrecht zur BauteilachseBlechdickeAnzahl der Löcher, die sich in beliebiger Diagonalen- oder Zick-Zack-Linie fortlaufend durch das Bauteil bzw. den Bauteilabschnitt erstrecken,siehe Abbildung 4.7LochdurchmesserBei Querschnitten wie Winkelprofile mit Löchern in beiden Schenkeln, sollte dasMaß auf die Profilmittelachsen bezogen gemessen werden, siehe Abbildung 4.8.Für Winkelprofile, die nur über einen Schenkel angeschlossen sind, siehe Abschnitt6.2.p12ssAbbildung 4.7 Versetzte Löcher und maßgebende Bruchlinien 1 und 2pAbbildung 4.8Weitenmaß bei Winkelprofilen mit Löchern in beidenSchenkeln51

4.7 Querschnittstragfähigkeit4.7.1 AllgemeinesIn diesem Abschnitt wird ausschließlich die Querschnittstragfähigkeit behandelt;eine Stabilitätsuntersuchung ist ebenfalls erforderlich, um die Bauteiltragfähigkeitsicherzustellen. Bauteilstabilität wird in Kapitel 5 behandelt. Die γ M –Beiwerte, aufdie sich in diesem Abschnitt bezogen wird, enthält Tabelle 2.1.Die Kaltverfestigung infolge Kaltumformung im Zuge der Fertigung (sieheAbschnitt 3.2.2) steigert im Allgemeinen die Querschnittstragfähigkeit, jedochreichen die Daten für nichtrostende Stähle zur Zeit noch nicht aus, Bemessungsempfehlungenzu formulieren. Es wird daher vorgeschlagen, dass die verbessertenEigenschaften infolge Kaltverfestigung versuchsgestützt nachzuweisen sind (sieheAbschnitt 9).In Ausnahmefällen kann es zulässig sein, den Einfluss aus der Verfestigungnichtrostender Stähle bei der Bemessung zu berücksichtigen, siehe Abschnitt 4.7.7.4.7.2 Zugtragfähigkeit des QuerschnittsDie Querschnittstragfähigkeit bei reiner Zugbeanspruchung, N t.Rd , ist der kleinereWert:a) des Bemessungswiderstandes des BruttoquerschnittsAgfyN pl, Rd = (4.22)γ M0b) der Bemessungsgrenztragfähigkeit des Nettoquerschnitts bei Löchern fürVerbindungselementekAfr net uN u, Rd = (4.23)γ M2hierbei ist:A g der Bruttoquerschnitt,A net der Nettoquerschnitt (siehe Abschnitt 4.6.4)f y die charakteristische Streckgrenze (im Allgemeinen wird die minimalausgewiesene plastische 0,2%-Dehngrenze angenommen, siehe Tabelle3.1)f udie charakteristische Zugfestigkeit (im Allgemeinen wird der minimalausgewiesene Wert angenommen, siehe Tabelle 3.1)k r = [ 1 + 3r ( d0 / u − 0,3)]jedoch k ≤1, 0(4.24)rd 0r= [Anzahl der Schrauben im Querschnitt]/[Gesamtanzahl der Schraubenin der Verbindung]der Lochnenndurchmesseru = 2e 2 jedoch u ≤ p24.7.3 Drucktragfähigkeit von QuerschnittenDie Drucktragfähigkeit eines Querschnitts, N c,Rd , mit einer resultierenden Kraft imSchwerpunkt des Querschnitts (bei Querschnitten der Klasse 1, 2 und 3) oder des52

wirksamen Querschnitts (bei Querschnitten der Klasse 4) kann bestimmt werdendurch:N c.Rd = A g f y /γ M0 bei Querschnitten der Klasse 1, 2 oder 3 (4.25)N c.Rd = A eff f y /γ M1 bei Querschnitten der Klasse 4 (4.26)Anmerkung: Nicht doppeltsymmetrische Querschnitte der Klasse 4 sind gemäßAbschnitt 4.7.6 unter der Berücksichtigung des Zusatzmoments∆M Ed durch Exzentrizität der der Schwerelinienlage des wirksamenQuerschnitts zu bestimmen, siehe Abschnitt 4.4.1.4.7.4 Biegetragfähigkeit von QuerschnittenOhne Quer- und Axialkräfte ermittelt sich die Bemessungsbiegetragfähigkeit vonQuerschnitten bei einachsiger Biegung, M c,Rd , aus:M c,Rd = W pl f y /γ M0 bei Querschnitten der Klasse 1 und 2 (4.27)M c,Rd = W el,min f y /γ M0 bei Querschnitten der Klasse 3 (4.28)M c,Rd = W eff,min f y /γ M0 bei Querschnitten der Klasse 4 (4.29)hierin ist:W pl das plastische WiderstandsmomentW el,min das elastische Widerstandsmoment bezogen auf die Faser mit der maximalenelastischen Spannung (zu beachten jedoch Abschnitt 4.1 fürkaltgeformte Querschnitte)W eff,min das effektive Widerstandsmoment bezogen auf die Faser mit der maximalenelastischen Spannung (zu beachten jedoch Abschnitt 4.1 fürkaltgeformte Querschnitte).Für Querschnitte unter zweiachsiger Biegung gilt Abschnitt 4.7.6.4.7.5 Schubtragfähigkeit von QuerschnittenDie plastische Schubtragfähigkeit eines Querschnitts V pl,Rd bestimmt sich imAllgemeinen aus:V = A ( f γ(4.30)pl, Rd v y/ 3) /hierin ist:M0A vdie schubwirksame Fläche, die folgendermaßen anzusetzen ist:a) Bei gewalzten I- und H-Profilen mit Belastung parallel zum StegA − 2 bt + t + 2rt , jedoch mindestens η h wtwf( w ) fb) bei gewalzten U-Profilen mit Belastung parallel zum StegA − 2 bt + t + r tf( w ) fc) bei gewalzten T-Profilen mit Belastung parallel zum Steg0,9A − bt( )fd) bei geschweißten I-, H- und Rechteckhohlprofilen mit Belastungη h w t∑parallel zum Steg ( )e) bei geschweißten I-, H-, U- und Rechteckhohlprofilen mitA − h w tBelastung parallel zu den Flanschen ( )w∑w53

f) bei kaltgeformten Rechteckhohlprofilen mit gleichbleibenderDickei. Belastung parallel zur Höhe Ah /( b + h)ii. Belastung parallel zur Breite Ab /( b + h)g) bei Rundhohlprofilen und Röhrenquerschnitten mitgleichbleibender Dicke 2A / πwobei:A die Querschnittsflächeb die Gesamtbreiteh die Gesamthöheh w die Steghöher der Wurzelradiust f die Flanschdicket w die Stegdicke (falls die Stegdicke nicht konstant ist, sollte für t w diekleinste Dicke angesetzt werden).ηsiehe EN 1993-1-5. (in EN 1993-1-4 ist der Wert η = 1,20 angegeben.)Anmerkung: Der gleiche Wert für η , der für die Ermittlung der plastischenSchubtragfähigkeit verwendet wird, sollte auch zur Ermittlung derTragfähigkeit gegen Schubbeulen verwendet werden.Der Tragfähigkeit gegen Schubbeulen ist ebenfalls zu überprüfen, siehe Abschnitt5.4.3.4.7.6 Querschnittstragfähigkeit bei InteraktionBei Normalkraftbeanspruchung ist deren mögliche Auswirkung auf die plastischeMomententragfähigkeit zu berücksichtigen. Bei Querschnittsklassen 1 und 2 solltedie folgende Bedingung erfüllt sein:MEd≤ M N,Rd(4.31)wobei:M N,Rd Bemessungswert der plastischen Momententragfähigkeit, reduziert infolgedes Einflusses der Normalkraft N Ed .Bei doppeltsymmetrischen I- und H-Profilen oder anderen Flanschabschnittenbraucht die Auswirkung der Normalkraft auf die Momententragfähigkeit um diey-y Achse nicht berücksichtigt zu werden, sofern die beiden folgendenBedingungen erfüllt sind:N ≤ 0 N und (4.32a)Ed, 25pl,RdN ≤ 0 h t f γ(4.32b)Ed,5w w y/M0Sind keine Querkräfte vorhanden, sollte bei den Querschnittsklassen 3 und 4 diemaximalen Längsspannungen die Bedingung erfüllen:σx, Edfy/ γM0≤ (4.33)54

wobei:σ x,Ed der Bemessungswert der örtlichen Längsspannung infolge Biegemomentund Normalkraft, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Löchern.Bei der Querschnittsklasse 4 sollte das folgende Kriterium erfüllt sein:AeffNfyEdγM0+MWy, Ed+ Neff , y,minfEdyγeNyM0+MWz, Ed+ Neff , z,minfEdyγeNzM0≤ 1(4.34)wobei:A effdie wirksame Querschnittsfläche bei gleichmäßiger Verteilung derDruckbeanspruchungW eff,min das wirksame Widerstandsmoment bei reiner Biegung um diemaßgebliche Achsee Ndie Exzentrizität der maßgebenden Nulllinie bei reinerDruckbeanspruchung.Es ist zu beachten, dass bei Winkelprofilen anstelle der y- und z-Achsen entsprechenddie u- und v- Achsen gelten.Überschreitet V Ed 50% von V pl.Rd , so ist die Bemessungstragfähigkeit des Querschnittsunter Kombinationen von Axialkräften und Momenten mit einerreduzierten Streckgrenze (1 - ρ) f y für den Schubanteil zu ermitteln, wobeiρ = (2V Ed / V pl.Rd -1) 2 ist.4.7.7 Nutzung des VerfestigungsverhaltensUnter bestimmten Voraussetzungen, beispielsweise bei Trägern unter kurzzeitigwirkender außergewöhnlicher Belastung, ist es zulässig, die günstige Wirkung derVerfestigung von nichtrostenden Stählen bei der Bemessung auszunutzen.Dies kann durch die Annahme einer höheren Streckgrenze σ 0 in allenBerechnungen anstelle der plastischen 0,2%-Dehngrenze f y erfolgen. Falls keinedetaillierten Untersuchungen erfolgen sollen, wie beispielsweise die Durchführungnichtlinearer Finite-Element-Analysen, ist es empfehlenswert, die folgendenEinschränkungen einzuhalten:• Der Querschnitt sollte den Klassen 1 oder 2 angehören, wenn σ 0 anstelle vonf y bei der Berechnung von ε in Tabelle 4.2 eingesetzt wird.• Der Querschnitt wird lediglich durch Biegung um die starke Achsebeansprucht.• Das betreffende Bauteil ist in keiner Weise stabilitätsgefährdet (Biegeknicken,Torsionsknicken, Biegedrillknicken oder Drillknicken – siehe Kapitel 5),ebenso auf der Basis von σ 0 in allen Nachweisen.• Verbindungen zu benachbarten Bauteilen und die Bauteile selbst sindausreichend tragfähig, den unterstellten Grenzlasten standzuhalten.Besondere Aufmerksamkeit gilt der Beurteilung der Tragfähigkeit vonVerbindungen.55

Bei Querschnitten der Klasse 3 und 4, können erhöhte Festigkeiten unterstelltwerden, vorausgesetzt dass diese Werte experimentell gemäß Abschnitt 9 belegtwerden können.56

5 BEMESSUNG VON BAUTEILEN5.1 EinleitungDie Nachweisführung bei Bauteilen aus nichtrostendem Stahl ist ähnlich derNachweisführung von Bauteilen aus Baustahl. Es wird empfohlen, dieSchnittgrößen mit einer elastischen Tragwerksberechnung zu ermitteln.Zusätzlich zur Querschnittstragfähigkeit, siehe Kapitel 4, ist das Stabilitätsverhaltender Bauteile zu untersuchen, wie es im vorliegenden Kapitel behandeltwird.Näherungsweise kann die Stabilitätsgefährdung bei Bauteilen aus nichtrostendemStahl unter Verwendung des Tangentenmoduls bezogen auf die Beulspannung, imGegensatz zum Ansatz des Anfangsmoduls wie es für Baustähle üblich ist,untersucht werden. Bei der Unterstellung vergleichbarer geometrischer undstruktureller Imperfektionen für Baustahl und nichtrostenden Stahl führt dies imAllgemeinen zu zufriedenstellenden Ergebnissen, solange die gleichen Regeln wiefür Baustahl zugrunde liegen. Deshalb kann dieses Näherungsverfahren demTragwerksplaner zur Verfügung gestellt werden. Das Ergebnis ist jedoch iterativ zuermitteln, weswegen in diesen Bemessungshilfen auf seine Darstellung verzichtetwurde. Ausgewählte Fälle, für die effektive Bemessungskurven hergeleitet wurden,können dem Handbuch entnommen werden. Diese Bemessungskurven können mitdem Anfangsmodul anstelle des Tangentenmoduls angewendet werden. Stattdessenwurde Wert darauf gelegt, gegen vorliegende Versuchsdaten zu kalibrieren.Die folgenden Abschnitte sind für einfach-, doppelt- oder punktsymmetrischegleichförmige Querschnitte anwendbar. Die Tragfähigkeit von unsymmetrischenQuerschnitten ist durch geeignete experimentelle Untersuchungen nachzuweisen.5.2 ZuggliederBauteile, die ausschließlich auf Zug beansprucht werden, sind nichtstabilitätsgefährdet. Maßgebend bei der Bemessung ist daher dieQuerschnittstragfähigkeit, siehe Abschnitt 4.7.2, und die Tragfähigkeit derVerbindungen, siehe Kapitel 6.Für Winkelprofile mit Verbindungen an einem Schenkel oder für andereunsymmetrisch angeschlossene Bauteile gilt:Nt, RdNpl, Rd≤ Nu, Rd= (5.1)wobei die Definitionen des Abschnitts 4.7.2 gelten, und N u,Rd mit den Ausdrücken6.6, 6.7 oder 6.8 des Abschnitts 6.2.3 ermittelt werden.5.3 Druckglieder5.3.1 AllgemeinesDruckbeanspruchte Bauteile sind gegen eine Anzahl möglicher Stabilitätsmodengefährdet, wie:• Plattenbeulen (nur bei Querschnitten der Klasse 4)57

• Biegeknicken• Drillknicken• BiegedrillknickenDoppeltsymmetrische Querschnitte (Rundrohrprofile,Rechteckhohlprofile, I- Profile etc)Doppelt symmetrische Querschnitte brauchen nicht gegen Biegedrillknickennachgewiesen zu werden, da Schubmittelpunkt und Schwerpunkt zusammenfallen.Jedoch kann Drillknicken maßgebend werden.Rundrohrprofile und Kastenprofile sind in Bezug auf Drillknicken gefährdet.Bei den im Bauwesen üblichen Rechteckhohlprofilen ist Drillknicken nichtmaßgebend. Bei Rechteckhohlprofilen muss Drillknicken nur dann beachtetwerden, wenn ungewöhnlich hohe h/b-Verhältnisse vorliegen.Einfach symmetrische Querschnitte (gleichschenklige Winkelprofile,U-Profile)Es ist notwendig, Querschnitte von U-Profilen und gleichschenkligen Winkelprofilenauf Biegedrillknicken zu überprüfen, da Schubmittelpunkt undSchwerpunkt nicht zusammenfallen.Punktsymmetrische Querschnitte (Z-Profile, Kreuzprofile etc)Drillknicken ist im Allgemeinen der kritische Knickmodus.5.3.2 PlattenbeulenPlattenbeulen wird bei Querschnitten der Klasse 4 durch eine wirksame Querschnittsflächeberücksichtigt. Es ist zu beachten, dass das Zusatzmoment aus derExzentrizität der Nulllinienlage des wirksamen Querschnitts gegenüber demBruttoquerschnitt asymmetrischer Querschnitte der Klasse 4 entsprechend Abschnitt5.5 zu berücksichtigen ist.5.3.3 BiegeknickenDie Tragfähigkeit bei Biegeknicken ergibt sich aus:N b,Rd =χ A f y / γ M1 bei Querschnitten der Klasse 1, 2 und 3 (5.2a)N b,Rd =χ A eff f y / γ M1 bei Querschnitten der Klasse 4 (5.2b)wobei:A eff ist der wirksame Querschnitt bei Querschnitten der Klasse 4,Aχmit:ist der Bruttoquerschnitt,ist der Abminderungsbeiwert, der das Knicken berücksichtigt; erberechnet sich aus:1χ =≤ 1(5.3)0,5ϕ +2 2[ ϕ − λ ]2( 1 + α( λ − λ ) )ϕ = 0,5+ λ(5.4)0Afy L fcr 1 yλ = =bei Querschnitten der Klasse 1, 2, 3 (5.5a)N i π Ecr58

AfeffAeff fyL ycr 1λ = =A bei Querschnitten der Klasse 4 (5.5b)N i π Ecrhierin ist:α der Imperfektionsbeiwert gemäß Definition in Tabelle 5.1N cr die elastische Knicklast für die betrachtete Versagensform, bezogen aufdie Bruttoquerschnittswerteλ 0 die dimensionslose Grenzschlankheit gemäß Definition in Tabelle 5.1L cr die Knicklänge in der betrachteten Knickebene, ermittelt unterBerücksichtigung der Randbedingungenider Trägheitsradius um die maßgebende Achse, ermittelt in Bezug aufden BruttoquerschnittIn Abbildung 5.1 sind die Knickspannungslinien dargestellt. Die Werte für α undλ 0 in Tabelle 5.1 gelten nicht für Hohlprofile, die nach der Fertigunglösungsgeglüht werden. Bei dimensionslosen Schlankheiten λ ≤ λ0oder beiNEd2≤ λ0dürfen Stabilitätseffekte vernachlässigt werden und es sind nurNcrQuerschnittsnachweise erforderlich.Reduktionsbeiwert χ1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,1Torsions- und BiegetorsionsknickenBiegeknicken- kaltgeformte offene Querschnitteund HohlprofileBiegeknicken - geschweißte,offene Querschnitte (schwache Achse)Biegeknicken - geschweißte,offene Querschnitte (starke Achse)0 00,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0Bezogene Schlankheit λAbbildung 5.1Knickspannungslinien für Biegeknicken, Drill- undBiegedrillknickenDie Ermittlung der Knicklänge sollte auf der Grundlage strukturmechanischerPrinzipien erfolgen, unter Berücksichtigung der jeweiligen Randbedingungen.59

Tabelle 5.1 Werte für α und λ 0 für Biegeknicken, Drill- undBiegedrillknickenKnickmodus Art des Bauteils α λ 0Biegeknicken Kaltgeformte, offene Querschnitte 0,49 0,40Hohlprofile (geschweißt und schweißnahtfrei) 0,49 0,40Geschweißte offene Profile (starke Achse) 0,49 0,20Geschweißte offene Profile (schwache Achse) 0,76 0,20Drill- undBiegedrillknickenAlle Bauteile 0,34 0,205.3.4 Drill- und BiegedrillknickenDie Tragfähigkeit zu diesen Knickmoden ist gemäß Abschnitt 5.3.3 zubestimmen, indem entsprechend der Gleichungen 5.6 und 5.7 λ durch λ Tersetzt wird und für α = 0,34 und λ 0 = 0,2 angesetzt wird.AfyλT= bei Querschnitten der Klasse 1, 2 und 3 (5.6a)NcrAefff yλT= bei Querschnitten der Klasse 4 (5.6b)Ncrhierin ist:N cr = N cr,TF und N cr < N cr, Tmit:Ncr,Tist die ideal-elastische DrillknickkraftN21 ⎛ π EI⎜GIt +2io⎝ lTwcr,T =2⎞⎟⎠Ncr,TFist die ideal-elastische Biegedrillknickkraft.(5.7a)Für Querschnitte, die symmetrisch bezogen auf die y-y-Achse sind (z.B. z o = 0),gilt:wobei:2o2yN⎡2 2Ncr,y⎢ N ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ +cr,T N − ⎜ −cr,T ⎟y11 +⎜oN⎟2βN⎢cr,y ⎝Ncr,y⎠ ⎝ io⎠ N⎣=cr,Tcr, TF4cr, yi = i + i + y + z2z2o2o⎤⎥⎥⎥⎦(5.7b)i y und i z sind die Trägheitsradien des Bruttoquerschnitts um die y- bzw. die z-Achsey o und z o sind die Koordinaten des Schubmittelpunktes bezogen auf denBruttoquerschnittG ist der Schubmodull T ist die Knicklänge des Bauteils für Torsionsknicken (siehe EN 1993-1-3)I T ist das Torsionsträgheitsmoment des Bruttoquerschnittsdas Wölbträgheitsmoment des BruttoquerschnittsI W60

2⎛ yo⎞β = 1−⎜⎟⎝ io⎠N cr,y und N cr,z sind die ideal-elastischen Normalkräfte für Biegeknicken um diey-y- bzw. die z-z-Achse.Bei doppeltsymmetrischen Querschnitten fällt der Schubmittelpunkt mit demSchwerpunkt zusammen, daher sind y o = 0 und z o = 0 undN cr, TF = N cr,T , vorausgesetzt dass cr, T cr, yN < N und N cr, T < N cr, z .Es ist zu beachten, dass für Winkelprofile anstelle der y- und z- Achsen in denobigen Formulierungen die u- und v- Achsen gelten.5.4 Biegebeanspruchung von Bauteilen5.4.1 AllgemeinesEin Bauteil befindet sich bei Beanspruchung normal zur Längsachse untereinfacher Biegung, wenn es so gelagert ist, dass keine Verwölbungen, Zug- oderDruckendlasten entstehen.Folgende Kriterien sollten bei der Ermittlung der Momententragfähigkeit einesTrägers beachtet werden:• Fließen des Querschnitts (siehe Abschnitt 4.7)• Plattenbeulen (nur bei Querschnitten der Klasse 4 - siehe Abschnitt 4.7)• Biegedrillknicken (siehe Abschnitt 5.4.2)• Schubbeulen (siehe Abschnitt 5.4.3)• Lokale Festigkeiten an Leisteinleitungs- und Auflagerpunkten.Bei biegeknickgefährdeten Bauteilen sind mittragende Breiten undFlanschverdrehungen bei der Bemessung zu berücksichtigen, siehe Abschnitt 4.4.2und Abschnitt 4.4.3.Bei zweiachsiger Biegung ist wie in Abschnitt 5.5.2 beschrieben fortzufahren.5.4.2 BiegedrillknickenBiegedrillknicken kann in den folgenden Fällen ausgeschlossen werden:• Biegebeanspruchung von Trägern um die schwache Achse,• über die Bauteillänge seitlich gestützte Träger• Träger mit einem bezogenen dimensionslosen Schlankheitsgrad fürMBiegedrillknicken λ LT (siehe unten) ≤ 0,4 bzw. für Ed ≤ 0, 16 .MIn allen anderen Bauteilklassen ist die Tragfähigkeit bei Biegedrillknickenfolgendermaßen zu bestimmen:M b,Rd = χ LT W y f y /γ M1 (5.8)hierin ist:cr61

W y = W pl,y für Querschnitte der Klasse 1 oder 2W y = W el,y für Querschnitte der Klasse 3W y = W eff,y für Querschnitte der Klasse 4χ LT Abminderungsfaktor für Biegedrillknicken, der sich bestimmt aus:χ LT =12 2 0.5ϕLT+ [ ϕLT− λLT]≤ 1(5.9)mit:2( 1 + α ( λ − 0, ) )ϕ = 0 + λ(5.10)LT,5LT LT4W fλ LT =(5.11)Mα LTM cry ycrImperfektionsbeiwert= 0,34 bei kaltgeformten Querschnitten und Hohlprofilen (geschweißtund nahtlos)= 0,76 bei geschweißten offenen Querschnitten und anderenQuerschnitten, für die keine Versuchsdaten verfügbar sinddas ideal-elastische Biegemoment für Biegedrillknicken (Anhang B).Es ist beachten, dass bei Winkelprofilen anstelle der oben verwendeten y- und z-Achse die Bezeichnungen der u- und v-Achse gelten.Abbildung 5.2 zeigt die Knickspannungslinien für Biegedrillknicken.LTAbminderungsbeiwert χLT1,00,90,80,70,60,50,40,30,20,1Biegedrillknicken- geschweißte QuerschnitteBiegedrillknicken- kaltgeformte Querschnitte0 00,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0Bezogene Schlankheit λ LTAbbildung 5.3Knickspannungslinien für Biegedrillknicken5.4.3 SchubtragfähigkeitDie Schubtragfähigkeit wird entweder durch die plastische Schubtragfähigkeit oderdie Schubbeultragfähigkeit (siehe Kapitel 4.7.5) bestimmt.62

Schubbeulen muss nur dann nachgewiesen werden, wenn hw/ t ≥ 52ε η bei nichtausgesteiften Stegen bzw. hw / t ≥ 23εk η bei ausgesteiften Stegen erfüllt ist.Die Schubbeultragfähigkeit für einen Träger ist folgendermaßen zu bestimmen:Vb,RdM1τη fywhwt= Vbw,Rd+ Vbf,Rd≤(5.12a)3γhierin wird der Beitrag des Steges erfasst durch:V bw, Rdχ w fywhwt=3 γ M1(5.12b)wobei:h w die lichte Höhe zwischen den Flanschen (Abbildung 5.3),ε gemäß 0k τder Beiwert für das SchubbeulenV bw,Rd der Beitrag des Steges zur Schubbeultragfähigkeit,V bf,Rd der Beitrag der Flansche zur Schubbeultragfähigkeit,f ywηdie charakteristische Streckgrenze des Steges,siehe EN 1993-1-5 (in EN 1993-1-4 wird der Wert η = 1,20 angegeben.)Anmerkung: Der gleiche Wert für η , der für die Ermittlung derTragfähigkeit gegen Schubbeulen verwendet wird, sollte auch zurErmittlung der plastischen Schubtragfähigkeit verwendet werden.t ftwh wb ft faAbbildung 5.3Definition der geometrischen BezeichnungenBei Stegen mit Quersteifen am Auflager und bei Stegen mit Zwischenquerund/oderLängssteifen ergibt sich der Stegbeitrag χ w zu:χw= ηfür λw ≤ 0, 60 η(5.13a)χw0, 64 0, 05= 0,11 + − für λ2 w> 0, 60 η(5.13b)λ λ wwBei Stegen mit Quersteife nur am Auflager, kann der dimensionsloseSchlankheitsparameter λ w berechnet werden mit:63

⎛ h ⎞⎜wλw=⎟(5.14)⎝ 86,4twε ⎠Bei Stegen mit Quersteifen am Auflager und Zwischenquersteifen und/oderLängssteifen ist λ w anzunehmen mit:λw=⎛⎜ hw⎜⎝ 37,4tw ε kτ⎞⎟⎟⎠(5.15)wobei k τ den kleinsten Schubbeulkoeffizienten des Stegblechs darstellt. Für Stegemit starren Quersteifen und ohne Längssteifen oder mit mehr als zwei Längssteifenkann k τ wie folgt ermittelt werden:2( hw / a) τstk τ = 5,34+ 4,00 + k falls a / hw ≥ 1(5.16a)2( hw / a) τstk τ = 4,00+ 5,34 + k falls a / hw < 1(5.16b)hierin ist:39 2( ) 4 slw /⎛3 ⎟ ⎞⎜Ih at hw⎠2,1 Iτ =jedoch nicht kleiner als 3⎝t hk stmit:aI slder Abstand zwischen den Mittellinien der Quersteifen ist, sieheAbbildung 5.3.das Flächenträgheitsmoment der Längssteife um die z-Achse ist.Gleichung 5.16 gilt auch für Bleche mit einer oder zwei Längssteifen, falls dasSeitenverhältnis a/h w ≥ 3 ist. Für Bleche mit einer oder zwei Längssteifen undeinem Seitenverhältnis a/h w < 3 , wird auf EN 1993-1-5 Anhang A3 verwiesen.Aus Vereinfachungsgründen darf der Beitrag der Flansche χ f vernachlässigtwerden. Wenn jedoch Beanspruchbarkeit des Flansches durch das Biegemomentnicht vollständig ausgenutzt wird (M Ed < M f,Rd ), kann der Beitrag der Flansche wiefolgt ermittelt werden:slw2b⎡ftffyf⎡= ⎢ MVbf, Rd 1−⎢cγM1⎢ ⎢⎣ ⎣ Mmit:Edf,Rd2⎤ ⎤⎥ ⎥⎥ ⎥⎦ ⎦(5.17)b f und t f für den Flansch, der die geringste Axialbeanspruchbarkeit aufweist,wobei b f nicht größer als 15εt f auf jeder Seite des Steges angesetzt wirdM f,Rd das Grenzbiegemoment des nur aus den wirksamen Flanschabschnittenzusammengesetzten QuerschnittsMM f,Rd =γf,kM0⎛2 ⎞⎜3,5bftffyf= + ⎟ cc a 0,17und ≤ 0, 65⎜2 ⎟⎝twhwf ayw ⎠64

f yfdie charakteristische Streckgrenze des Flansches.Wird zugleich eine Axiallast N Ed aufgebracht, so ist der Wert für M f,Rd mitfolgendem Term abzumindern:⎡⎢⎢⎢1−⎢⎢⎣( A + A )f1NγEdM0f2fyf⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎦(5.18)Hierin sind A f1 und A f2 die Flächen des oberen bzw. unteren Flansches.Der Nachweis sollte folgendermaßen durchgeführt werden:VEdη = 1,0(5.19)V3 ≤b,Rdmit:V Eddie Bemessungsquerkraft einschließlich Schub aus Torsion.Der Bauteilnachweis bei zweiachsiger Biegung und axialem Druck solltefolgendermaßen durchgeführt werden:ηN M y,Ed + NEdey,NM z,Ed + NEde++/ γ M0 fyWy,eff/ γ M0 fyWz,eff/ γ M0Edz,N1 =≤fyAeff1,0(5.20)wobei:A eff der wirksame Querschnitt (Abschnitt 4.4.1)e y,N die Verschiebung der Nulllinienlage in Bezug auf die y-Achse (Abschnitt4.4.1)e z,N die Verschiebung der Nulllinienlage in Bezug auf die z-Achse (Abschnitt4.4.1)M y,Ed das Bemessungsbiegemoment um die y-AchseM z,Ed das Bemessungsbiegemoment um die z-AchseN Ed die BemessungsnormalkraftW y,eff das wirksame Widerstandsmoment um die y-Achse (Abschnitt 4.4.1)W z,eff das wirksame Widerstandsmoment um die z-Achse (Abschnitt 4.4.1).Die Einwirkungen M Ed und N Ed sollten gegebenenfalls globale Einflüsse ausTheorie II. Ordnung berücksichtigen. Der Plattenbeulnachweis für das Stegblechsollte für resultierende Spannungen in einem Abstand, der dem kleineren Wert aus0,4a und 0,5b entspricht, ausgehend von dem Stegblechrand, wo die Spannungenam größten sind, durchgeführt werden.Unter der Voraussetzung, dass η 3 (siehe unten) nicht größer ist als 0,5 ist, brauchtdie Bemessungstragfähigkeit für die Kombination von Biegemoment undNormalkraft bei Querkraftbeanspruchung nicht abgemindert zu werden. Ist η 365

größer als 0,5, dann sollte die Kombination aus Biegung und Querkraft imStegblech eines I- oder Kastenträgers der folgenden Bedingung genügen:⎛ M f,Rd⎞η 1 + ⎜1− ⎟ η 3 ≤⎝M pl,Rd ⎠wobei:2( 2 −1) 1, 0fürM f,Rdη 1 ≥(5.21)Mpl,RdM f,Rd das plastische Grenzbiegemoment des nur aus den wirksamenFlanschabschnitten zusammengesetzten QuerschnittsM pl,Rd das plastische Grenzbiegemoment des aus den wirksamenFlanschabschnitten und dem, ungeachtet dessen Querschnittklasse,vollständig wirksamen Steg zusammengesetzten Querschnitts.M Edη 1 =(5.22)Mpl,RdVEdη 3 =(5.23)Vbw,RdSpannungen sind mit positivem Vorzeichen einzusetzen. M Ed und V Ed solltengegebenenfalls Einflüsse aus Theorie II. Ordnung einschließen.Das Kriterium in Gleichung 5.21 sollte an jedem Querschnitt erfüllt sein, brauchtaber bis zu einem Abstand von h w /2 von einem querausgesteiften Auflager nichtnachgewiesen zu werden.Wird eine Normalkraft N Ed aufgebracht, so ist M pl,Rd durch den abgemindertenplastischen Momentenwiderstand M N,Rd entsprechend Abschnitt 6.2.9 von EN1993-1-1 zu ersetzen, und M f,Rd ist gemäß Gleichung 5.18 abzumindern. Es wirdauf EN 1993-1-5 verwiesen, wenn die Axiallast so groß ist, dass sich der gesamteSteg unter Druckbeanspruchung befindet.5.4.4 Stegfließen, Krüppeln und BeulenBei seitlich gehaltenen Flanschen bestimmt sich die Tragfähigkeit eines nichtausgesteiften Steges bei Beanspruchung durch Einzellasten bzw. resultierenderLagerreaktionen aus einem der drei möglichen Versagensformen:• Plastisches Fließen des Steges in unmittelbarer Flanschnähe, in Verbindungmit plastischen Verformungen des Flansches,• Krüppeln als lokale Beulerscheinung und Fließen des Steges, in Verbindungmit plastischen Verformungen des Flansches,• Beulen des Steges über nahezu seine gesamte Höhe.Bei kaltgeformten Profilen kann die Vorgehensweise gemäß EN 1993-1-3 fürBaustähle angewendet werden.Bei gewalzten und geschweißten Trägern ist folgendes Näherungsverfahren auf derGrundlage der Vorgehensweise aus EN 1993-1-5 anzuwenden.Bei unausgesteiften oder ausgesteiften Stegen sollte die Bemessungstragfähigkeitfür lokales Beulen unter querwirkenden Kräften wie folgt ermittelt werden:66

F = f L t / γ(5.24)Rdmit:t wf ywL effwobei:yweffwM1StegdickeStreckgrenze des Stegsmittragende Länge für die Tragfähigkeit gegenüber Querkräften, die wiefolgt angesetzt werden sollte:L eff = χ F l yl yχ Fdie tatsächliche Lasteinleitungslänge entsprechend der Länge desSteifenauflagers s sder Abminderungsbeiwert für lokales BeulenZusätzlich ist der Querkrafteinfluss auf die Momententragfähigkeit des Bauteils zubeachten.Zur Bestimmung von L eff ist zwischen drei Arten der Lasteinleitung zuunterscheiden:• Kräfte, die über den Flansch eingeleitet und durch Querkräfte im Stegaufgenommen werden (Abbildung 5.4a),• Kräfte, die über einen Flansch eingeleitet und direkt durch den Steg in dengegenüberliegenden Flansch geleitet werden (Abbildung 5.4b),• Kräfte die über einen Flansch neben einem nicht ausgesteiften Endeeingeleitet werden (Abbildung 5.4c),Typ a)F sTyp b)F sTyp c)F ss V1, V2,s scs sV Sk2⎡ hw⎤F = 6 + 2 ⎥ ⎦⎢⎣ a2⎡ hw⎤F = 3,5+ 2 ⎥ ⎦⎡ ss+ c ⎤k ⎢k F = 2 + 6 ⎢ ⎥ ≤ 6⎣ a⎣ hw⎦Abbildung 5.4Beulbeiwerte für unterschiedliche Arten derLasteinleitung in den StegLasteinleitungslängeDie Länge der Lasteinleitung s s auf dem Flansch ist gleich dem Abstand, über dendie eingetragene Last tatsächlich verteilt ist, und kann durch Ausbreitung der Lastdurch den Stahl unter einer Neigung von 45° bestimmt werden, siehe Abbildung5.5. Jedoch kann s s nicht größer als die Steghöhe h w sein.Liegen mehrere konzentrierte Lasten eng beieinander, so ist die Tragfähigkeit fürjede einzelne Last sowie für die Gesamtlast mit s s als dem Abstand zwischen denMitten der äußeren Lasten zu überprüfen.67

45°F s F sF sF sF st fs ss ss ss ss s=0Abbildung 5.5LasteinleitungslängeMitwirkende BelastungslängeDie mitwirkende Lastlänge l y ist mit zwei einheitenfreien Parametern m 1 und m 2 zuberechnen, die sich folgendermaßen ergeben:fyfbfm 1 = (5.25)f tyww2⎛ hw⎞m = 0,02für F > 0,52 ⎜⎟ λ(5.26a)⎝ tf⎠m = 0 für λ F 0,5(5.26b)2≤In den Fällen a) und b) in Abbildung 5.4, ergibt sich l y mity s s + t f 1( + m )l = 2 + m(5.27)12jedoch sollte l y den Abstand zwischen zwei benachbarten Quersteifen nichtüberschreiten.Im Fall c) ist l y als das Minimum der Werte aus den Gleichungen 5.28 und 5.29 zubestimmen. Jedoch ist in Gleichung 5.30 s s zu Null zu setzen, wenn die Konstruktion,über die die Kraft eingeleitet wird, nicht die Neigung des Trägers aufweist,siehe Abbildung 5.5.⎡2 ⎤⎢ m1⎡le⎤l + ⎥y = le+ tf+⎢ ⎢ ⎥ m2(5.28)2⎥⎢⎣tf⎦⎣⎥⎦l = l + t m + m(5.29)yehier ergibt sich l e aus:f12kFEtwl e = ≤ ss+ c2 f hyw2w(5.30)Mitwirkende Länge der TragfähigkeitDie mitwirkende Länge der Tragfähigkeit ergibt sich aus:Leff= χ l(5.31)Fymit68

0,5χ F = ≤ 1.0(5.32)λFlytwfywλ F =(5.33)Fcr3wtF cr = 0, 9 kFE(5.34)hwhierin ist:k F der Beulbeiwert der entsprechenden Art der Lasteinleitung und Lagerung(Abbildung 5.4)Zu beachten ist, dass zur Berechnung von m 2 ein Wert für λ F anzunehmen ist.Nach Berechnung des Wertes für λ F ist dann gegebenenfalls der Wert von m 2erneut zu bestimmen.5.4.5 QuersteifenQuersteifen an den Auflagern und an anderen Stellen externer Lasteinleitungsollten vorzugsweise beidseitig und symmetrisch zum Steg angeordnet werden.Diese Steifen sind auf plastisches Stauchen und Beulen nachzuweisen. Zwischensteifen,die nicht durch eine externe Last beansprucht werden, müssen hingegennur auf Beulen nachgewiesen werden.Der für den Beulnachweis zu verwendende wirksame Querschnitt sollte einemittragende Stegbreite, wie in Abbildung 5.6 angezeigt, enthalten. An Bauteilenden(oder an Öffnungen im Stegblech) darf die mitwirkende Stegbreite nicht größersein als die zur Verfügung stehende.11 εt w 11 εt w 11 εt w 11 εtwt wt wAbbildung 5.6A seA sWirksamer Steifenquerschnitt bei BeulenFür Beulen aus der Ebene kann die Beultragfähigkeit N b,Rd der Steife entsprechendAbschnitt 5.3.3 bestimmt werden, indem α = 0,49 und λ 0 = 0,2 angenommenwerden. Die Knicklänge l der Steife sollte entsprechend der Lagerungsbedingungenangesetzt werden, jedoch nicht kleiner als 0,75h w sein, was für den Fall gilt, dassbeide Enden seitlich gehalten sind. Ein größerer Wert von l sollte bei ungünstigerenLagerungsbedingungen verwendet werden. Die Torsionsknicktragfähigkeit desKreuzstoßes sollte ebenfalls nachgewiesen werden.Bei einseitigen Steifen oder anderen unsymmetrischen Steifen ist die sichergebende Exzentrizität gemäß Abschnitt 5.5.2 zu berücksichtigen.An Auflagern oder Zwischensteifen an denen erhebliche Lasten eingeleitet werden,muss die Beultragfähigkeit größer sein als die Reaktionskraft oder Last. An69

anderen Zwischenstellen kann die Druckkraft in der Steife N Ed folgendermaßenbestimmt werden:NEd1 f yw hwtw= VEd−(5.35)λ 3γ2wM1wobeiV Eddie Bemessungsquerkraft im Bauteil istDer obere Ausdruck ist unter der Annahme einer entfernten Steife zu berechnen.Das Flächenträgheitsmoment I s einer Steife hat folgendes zu erfüllen:3 3w < 2 , I st ≥ 1,5 hwt /a / haa / hh tw ≥ 2 , I st ≥ 0, 75w32(5.36)(5.37)5.4.6 Bestimmung der VerformungenVerformungen sind für die Lastfallkombinationen im Grenzzustand derGebrauchstauglichkeit zu bestimmen.Die Verformungen elastischer Träger (d.h. solche, die kein Fließgelenk enthalten)können mit den üblichen statischen Berechnungsmethoden unter Verwendung desSekantenmoduls anstelle des Elastizitätsmoduls abgeschätzt werden. DerSekantenmodul variiert mit dem Spannungsniveau im Träger; Anhang C enthälthierzu Bemessungswerte. Es handelt sich hierbei um eine vereinfachte Methode,die zur Abschätzung von Verformungen zu hinreichend genauen Ergebnissen führt,solange sich der Sekantenmodul auf die Maximalspannung bezieht und diese nichtgrößer als 65% der 0,2%-Streckgrenze ist. Bei höheren Spannungsniveaus ist dasVerfahren sehr konservativ, so dass genauere Methoden (z.B. unter Einbeziehungder vollständigen Spannnungsintegration entlang der Bauteilachse) angewandtwerden sollten.Im Fall von Querschnitten der Klasse 4 und/oder Bauteilen, bei denen der Einflussder mittragenden Breite beachtet werden muss, ist ein wirksamer Querschnitt inden Berechnungen zu verwenden. In erster Näherung reicht es aus, den wirksamenQuerschnitt mit den mittragenden Breiten gemäß Abschnitt 4.4.1 und/oderAbschnitt 4.4.2 zu verwenden. Bessere Ergebnisse erzielt man bei Ansatz deswirksamen Querschnitts unter Berücksichtigung der sich im Querschnitteinstellenden Spannung, indem ε gemäß Abschnitt 4.4.1 (und nicht gemäßAbschnitt 4.4.2) bestimmt wird:1/ 2⎡235E ⎤ε = ⎢⎥(5.38)⎣ σ 210000⎦wobei:σEdie vorliegende Spannung im Querschnittsteil des wirksamenQuerschnitts ist,der Elastizitätsmodul ist.70

5.5 Bauteile bei Beanspruchung aus Normalkraftund Biegung5.5.1 Axialer Zug und BiegungDie Tragfähigkeit von Zuggliedern, die unter Biegebeanspruchung stehen, sindgegen Biegedrillknicken gemäß Abschnitt 5.4.2 unter reiner Biegung zuüberprüfen. Ebenso sind die Querschnittsnachweise bei kombinierterBeanspruchung aus Normalkraft und Biegung an den maßgebendenBemessungsstellen zu führen. Die folgende Bedingung ist einzuhalten:NNEdRd+MMy, Edy,Rd+MMz,Edz,Rd≤1(5.39)hierin ist:N Ed der Bemessungswert der axialen Zugkraft im Bauteil an der kritischenStelle,N Rd der Bemessungswert der Zugtragfähigkeit des BauteilsM y,Ed der Bemessungswert des Biegemoments um die starke Achse imkritischen SchnittM z,Ed der Bemessungswert des Biegemoments um die schwache Achse imkritischen SchnittM y,Rd der Bemessungswert des Momentenwiderstands bezüglich der starkenAchse, wenn keine Axiallasten vorliegen, einschließlich einerAbminderung aufgrund von Querkrafteinflüssen (Abschnitt 4.7.4)M z,Rd der Bemessungswert des Momentenwiderstands bezüglich der schwachenAchse, wenn keine Axiallasten vorliegen, einschließlich einerAbminderung aufgrund von Querkrafteinflüssen (Abschnitt 4.7.4)5.5.2 Axialer Druck und BiegungZusätzlich zum Nachweis der ausreichenden Querschnittstragfähigkeit (sieheAbschnitt 4.7.6) über die volle Länge des Trägers und der Einhaltung allgemeinerAnforderungen an den Träger (siehe Abschnitt 5.4) sind die Interaktionseffekte ausDruckbeanspruchung und Biegebeanspruchung zu untersuchen.Axialer Druck und Biegung um die starke Achse:Folgende Bedingungen sind zu erfüllen,- um vorzeitiges Knicken um die starke Achse zu verhindern:N ⎛ My,Ed + N Ed e Ny ⎞Ed+ k ⎜⎟y ≤ 1(5.40)( N b, Rd )minW, y pl, y y /⎝β W f γ M1 ⎠- um vorzeitiges Knicken bezüglich der schwachen Achse zu verhindern (beiBauteilen, die Biegedrillknickgefährdet sind):N⎛ My,Ed + NEd+ k ⎜LT( N b, Rd )min 1 ⎝ Mb,RdEdeNy⎞⎟⎠≤ 1Axialer Druck und Biegung bezüglich der schwachen Achse:- um vorzeitiges Knicken bezüglich der schwachen Achse zu verhindern:(5.41)71

N ⎛EdMz,Ed + N Ed eNz⎞+ k ⎜⎟z ≤ 1(5.42)( N b, Rd )min W, z pl, z y /⎝β W f γ M1 ⎠Axialer Druck und Doppelbiegung:Alle Bauteile müssen folgende Bedingung zu erfüllen:N ⎛ My,Ed + N Ed eNy⎞ ⎛EdM z, Ed + N Ed eNz⎞+ k ⎜⎟ ⎜⎟y + k≤ 1( b, Rd )minW, y pl, y y /z(5.43)NM1W, z pl, z y /⎝β W f γ⎠ ⎝β W f γ M1 ⎠Bauteile, die Biegedrillknickgefährdet sind, müssen zusätzlich folgende Bedingungerfüllen:N⎛ My,Ed + N Ed eNy⎞ ⎛EdMz,Ed + N Ed eNz⎞+ k ⎜⎟ ⎜⎟LT + k≤ 1( b, Rd )z(5.44)Nmin 1b, RdW, z pl, z y /⎝ M ⎠ ⎝β W f γ M1 ⎠In obigen Beziehungen sind:e Ny und e Nz die Versatzmaße der Nulllinien, für den Fall, dass der Querschnittgleichmäßig druckbeansprucht istN Ed , M y,Ed und M z,Ed die Bemessungswerte der Druckkraft und der maximalenBiegemomente um die y-y- bzw. z-z-Achse längs des Bauteils(N b,Rd ) min das Minimum von N b,Rd für die folgenden vier Knickmoden: Biegeknickenum die y-Achse, Biegeknicken um die z-Achse, Drillknicken undBiegedrillknicken (siehe Abschnitte 5.3.3 und 5.3.4);(N b,Rd ) min1 das Minimum von N b,Rd für die folgenden drei Knickmoden:Biegeknicken um die z-Achse, Torsionsknicken und Biegedrillknicken(siehe Abschnitte 5.3.3 und 5.3.4);β W,y und β W,z die Werte für β W entsprechend der y- und z-Achse, worin:β W = 1 für Querschnitte der Klasse 1 oder 2 ist,= W el /W pl für Querschnitte der Klasse 3 ist,= W eff /W pl für Querschnitte der Klasse 4 ist.W pl,y und W pl,z die plastischen Widerstandsmomente für die y- bzw. z-Achse;M b,Rd die Tragfähigkeit bei Biegedrillknicken (siehe Abschnitt 5.4.2).k y , k z , k LT die Interaktionsbeiwertekk( y − 0, )N= λEdjedochNy 1,0 + 2 5z 1,0 + 2 5b,Rd,yN( )Edz − 0, ( Nb,Rd)min1= λ jedochk LT =1,01,2 ≤ k +y ≤1,221,2 ≤ k +z ≤1,22NNEdb,Rd,yNEd( Nb,Rd)min1Es ist zu beachten, dass alternativ zu obigen Gleichungen im NationalenAnhang abweichende Interaktionsformeln angegeben sein können.Es ist zu beachten, dass bei Winkelprofilen die y- und z-Achse in obigen Beziehungenentsprechend durch die u- und v- Achsen ausgetauscht werden müssen.72

6 BEMESSUNG VON VERBINDUNGEN6.1 Allgemeine Empfehlungen6.1.1 DauerhaftigkeitZum Erhalt einer optimalen Korrosionsbeständigkeit müssen Anschlüsse sorgfältigdurchkonstruiert werden.Dies gilt insbesondere für Anschlüsse, die Witterungseinflüssen ausgesetzt sind unddurch Spritzwasser, Feuchtigkeit oder Tauwasser etc. beansprucht werden. Sofernmöglich, sind Verbindungen in Bereichen anzuordnen, wo nicht mit Feuchtigkeitzu rechnen ist. Dadurch können Korrosionsprobleme verringert bzw. umgangenwerden. Es sollte immer beachtet werden, dass durch einfache MaßnahmenFeuchtigkeitsquellen vermieden werden können. Beispielsweise kann bereits durchausreichende Belüftung oder die Sicherstellung einer Raumtemperatur, dieoberhalb der Taupunkttemperatur liegt, die Bildung von Kondenswasser vermiedenwerden.Sind dennoch der Feuchtigkeit ausgesetzte Verbindungen aus Kohlenstoffstahl inKombination mit nichtrostendem Stahl unvermeidbar, so muss galvanischeKorrosion ausgeschlossen werden, siehe Abschnitt 3.7.2. Die Verwendung vonSchrauben aus Baustahl in Bauteilen aus nichtrostendem Stahl ist grundsätzlich zuvermeiden. Bei erheblicher Korrosionsneigung von geschraubten Verbindungensind Teile aus Baustahl und aus nichtrostendem Stahl elektrisch zu isolieren. Dieserfordert den Einsatz von isolierenden Unterlegscheiben und ggf. isolierendenHülsen; eine übliche und praxisgerechte Lösung zeigt Abbildung 6.1. Bei Offshore-Anlagen werden von den Zulassungsbehörden teilweise zusätzliche Maßnahmengefordert. Aus diesem Grund sollte der Tragwerksplaner bzw. der Konstrukteurfrühzeitig mit der zuständigen Behörde Kontakt aufnehmen, damit die genauenAnforderungen berücksichtigt werden können.IsolierendeUnterlegscheibeIsolierenderDichtungsringSchraube/Mutter ausnichtrostendem StahlUnterlegscheibe ausnichtrostendem StahlBlech ausKohlenstoffstahlIsolierendeHülseBlech aus nichtrostendemStahlAbbildung 6.1Gebräuchliche Detaillösung zur Verbindung ungleicherMaterialien (Vermeidung von galvanischer Korrosion)Bei geschweißten Verbindungen aus Baustahl und nichtrostendem Stahl wird imAllgemeinen empfohlen, Beschichtungen, die auf den Baustahl aufgetragen73

werden, auch auf der Schweißung selbst und auf einen gewissen Bereich desnichtrostenden Stahls auszudehnen.Bei der Wahl der für die jeweiligen Umgebungsbedingungen geeignetenMaterialien ist besonders auf Spaltkorrosion in geschraubten Verbindungen zuachten (siehe Abschnitt 3.7.2).Die schweißtypische Abfolge von Erhitzen und Erkalten beeinflusst dieMikrostruktur aller nichtrostender Stähle, wenngleich in unterschiedlichem Maße.Von besonderer Wichtigkeit ist sie bei Duplex-Stählen. Es ist notwendig, dassgeeignete Schweißverfahren und Zusatzwerkstoffe angewendet werden und dassqualifizierte Schweißer die Arbeiten vornehmen. Anleitungen hierzu finden sich inAbschnitt 10.4.6.1.2 BemessungsannahmenVerbindungen können so ausgelegt werden, dass die Schnittgrößen auf realistischeArt und Weise abgeführt werden, unter Berücksichtigung der relativen Steifigkeitender Anschlusskomponenten. Die Schnittgrößen müssen im Gleichgewicht zu denäußeren Kräften stehen. Jedes Element, das sich am unterstellten Lastabtragbeteiligt, sollte in der Lage sein, die in der Tragwerksanalyse unterstellten Kräftebei den daraus resultierenden Verformungen innerhalb derKomponentenverformungskapazität aufzunehmen.6.1.3 Schnittpunkte und StößeDie an einem Anschluss zusammenlaufenden Bauteile werden normalerweise soangeordnet, dass ihre Schwerachsen sich in einem Punkt schneiden. Besteht eineAusmittigkeit in den Schnittpunkten, sind Bauteile und Verbindungen soauszulegen, dass die daraus resultierende Momente aufgenommen werden können.Im Fall von Anschlüssen mit Winkeln oder T-Profilen mit mindestens zweiSchrauben an jeder Seite kann die Versatzlinie aus dem Schraubenanschluss in denWinkeln und T-Profilen anstelle der Schwerachse zur Bestimmung derUnterschneidung im Anschlussbereich unterstellt werden.Trägerstöße sollten vorzugsweise so nah wie möglich an denMomentennullpunkten angeordnet werden. Bei Stützenstößen ergibt sich dieBeachtung der Zusatzmomente gemäß Theorie 2. Ordnung (P-δ Effekte).6.1.4 Weitere allgemeine BetrachtungenWird eine Verbindung stoßartig, dynamisch oder häufig auf einem bestimmtenSpannungsniveau beansprucht, so ist Schweißen die bevorzugteVerbindungstechnik. Die Verbindungen sollten auf ihre Ermüdungsfestigkeit hinüberprüft werden (siehe Kapitel 8).Leichte Verarbeitung und Montage sind beim Entwurf von Verbindungen undStößen zu beachtende Aspekte. Es ist zu achten auf:• die Verwendung standardisierter Details,• die Toleranzen für eine sichere Montage,• die Aussparungen, um die Befestigungsmittel anzuziehen,• die Zugänglichkeit beim Schweißen,• die Anforderungen an das Schweißverfahren,• die Auswirkungen der Winkel- und Längentoleranzen bei der Montage.74

Es ist anzumerken, dass bei austenitischen Stählen größere Schweißverwerfungenauftreten als bei Baustählen (siehe Abschnitt 10.4.4). Auf die Anforderungen beispäteren Inspizierungen und Wartung ist ebenso zu achten.6.2 Geschraubte Verbindungen6.2.1 AllgemeinesDie Empfehlungen in diesem Kapitel beziehen sich auf Verbindungen mitSchrauben in Schraublöchern, wo Schub, Zug oder eine kombinierte Beanspruchungaus Schub und Zug auftritt. Es ist allgemeiner Standard, unterSchraubenköpfen und Muttern Unterlegscheiben vorzusehen. Hinweise zugeeigneten Werkstoffen für Schrauben und Muttern befinden sich in Abschnitt3.1.2 und Abschnitt 10.5.Schubkräfte werden über Lochleibung zwischen den Schrauben und denangeschlossenen Teilen übertragen. Es gibt keine Empfehlungen für Verbindungenin denen der Schub durch Reibung übertragen wird, siehe jedoch auch Abschnitt6.2.2.Die Festigkeit einer Verbindung ist als die minimale Festigkeit der angeschlossenenTeile (siehe Abschnitt 6.2.3) und der Verbindungsmittel (siehe Abschnitt 6.2.4)anzunehmen.6.2.2 Vorgespannte SchraubenSchrauben aus nichtrostendem Stahl können als vorgespannte Schrauben verwendetwerden, vorausgesetzt, dass geeignete Vorspannverfahren zur Anwendungkommen. Werden Schrauben aus nichtrostendem Stahl stark angedreht, könnensich Fresserscheinungen als problematisch erweisen. Wird Vorspannungeingetragen, muss der zeitabhängigen Spannungs-Relaxation Rechnung getragenwerden. Verbindungen sind nicht so zu entwerfen, dass sie weder beiGebrauchstauglichkeit noch bei Grenztragfähigkeit als schlupffrei bemessenwerden, es sei denn, ihre Eignung kann experimentell nachgewiesen werden.6.2.3 Angeschlossene ElementeLöcherLöcher können durch Bohren oder Stanzen erzeugt werden. Jedoch kann infolgeder Kaltverfestigung in Verbindung mit dem Stanzvorgang die Anfälligkeit gegenKorrosion erhöht werden, weswegen gestanzte Löcher unter aggressivenatmosphärischen Bedingungen weniger geeignet sind (z.B. in Industrieatmosphäreoder Meeresnähe).Die maximalen Lochspiele in Standardlöchern betragen:1 mm für M12 und M14 Schrauben (M14 ist nicht standardisiert)2 mm für M16 bis M24 Schrauben3 mm für M27 und größere SchraubenAnordnung der LöcherDer Randabstand rechtwinklig zur Spannungsrichtung ist als der Abstand zwischenLochmitte und der benachbarten Kante des angeschlossenen Teils definiert; derRandabstand parallel zur Spannung (Endabstand) ist ähnlich definiert, nur eben inRichtung der Spannung.75

Der minimale Wert für den Endabstand e 1 oder der des Randabstands e 2 , (sieheAbbildung 6.2) beträgt 1,2d 0 , wobei d 0 der Lochdurchmesser ist. Es ist zu beachten,dass der Endabstand größer sein kann, damit ein ausreichender Lochleibungswiderstandgewährleistet werden kann, siehe unten.Der Höchstwert für den End- oder Randabstand ist auf 4t + 40 mm zu beschränken,wobei t die Blechdicke (in mm) der dünneren Außenlage ist.Der minimale Mittenabstand beträgt 2,2d 0 in Spannungsrichtung p 1 (sieheAbbildung 6.2). Der entsprechende Minimalabstand p 2 senkrecht zurSpannungsrichtung beträgt 2,4d 0 .Der Maximalabstand der Schrauben ist für jede Richtung so zu wählen, dass auchlokalen Instabilitäten der Lagen Rechnung getragen wird, siehe EN 1993-1-8.Belastungsrichtungp1e1e2p2Lp 2 ≥1,2doL ≥2,4dop 2p2Abbildung 6.2Abstandsbezeichnungen der LöcherBei versetzten Schraubenreihen darf der Achsabstand p 2 =1,2d 0 betragen, wenn derAbstand L zwischen je zwei Schrauben bei versetzten Schraubenreihen mindestens2,4d 0 beträgt, siehe Abbildung 6.2.Beanspruchbarkeit auf LochleibungDie Tragfähigkeit einer Schraubenverbindung aus nichtrostendem Stahl wirdüblicherweise durch Gebrauchstauglichkeitskriterien bestimmt, durch die dieLochaufweitung unter Gebrauchslasten begrenzt ist. Um einen separaten Nachweisim Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit zu vermeiden, wird ein Grenzwert fürdie Lochaufweitung im Grenzzustand der Tragfähigkeit definiert durch Ansatzeines verminderten Wertes der Zugfestigkeit f u,red mit:f = 6 jedoch ≤ fu(6.1)u, red 0.5 f y + 0. f uDer Wert F b,Rd ist gegeben durch:Fb,Rdk1α b f u,red d t= (6.2)γM2Wobei α b der kleinste Wert ist von:76

• α d• f ub / f u , red• 1.0wobei:dtf ubder Schraubendurchmesserdie Blechdickedie charakteristische Zugfestigkeit der verbundenen Bleche (verwendetwird die Mindestzugfestigkeit nach Tabelle 3.1).α d =e1 / 3d0für Randschrauben in Beanspruchungsrichtungp 1α = 1 d − für innenliegende Schrauben in Beanspruchungsrichtungd 43 0ek der kleinere Wert aus 2,82 − 1, 71d oBeanspruchungsrichtungund 2,5 für Randschrauben senkrecht zurpk der kleinere Wert aus 1,42 − 1, 7 und 2,5 für innenliegende Schrauben1d osenkrecht zur BeanspruchungsrichtungIm Falle einfacher Überlappungen mit nur einer Schraubenreihe sind die Schraubensowohl unter dem Schraubenkopf als auch unter der Mutter mit Unterlegscheibenzu versehen und die Beanspruchbarkeit gegen Lochleibung sollte wie folgtbegrenzt werden:1,5 fu,redd tF b,Rd = (6.3)γM2Die Beanspruchbarkeit einer Schraubengruppe kann als die Summe der LochleibungswiderständeF b,Rd der einzelnen Schrauben bestimmt werden, vorausgesetzt,dass der Bemessungswert der Beanspruchbarkeit gegen Abscheren größeroder gleich dem Bemessungswert der Beanspruchbarkeit gegen Lochleibung F b,Rdist. Sonst ist die Beanspruchbarkeit einer Gruppe von Schrauben zu bestimmen,indem die kleinste Beanspruchbarkeit eines einzelnen Verbindungsmittels mit derAnzahl der Befestigungsmittel multipliziert wird.Beanspruchbarkeit auf ZugDie Tragfähigkeit des angeschlossenen Teils auf Zug entspricht dem kleineren Wertvon:a) dem plastischen Widerstand des BruttoquerschnittsAfyN pl, Rd = (6.4)γM0b) der Grenztragfähigkeit des Nettoquerschnitts an den Löchern für dieVerbindungselemente77

kAr net uN u, Rd = (6.5)γM2fwobei die Definitionen der Terme in Abschnitt 4.7.2 angegeben werden.Es ist zu beachten, dass die Gleichungen für den Grenzzustand der Tragfähigkeitdes Nettoquerschnitts in einer Scherfuge nur dann anzuwenden sind, wennUnterlegscheiben jeweils unter Schraubenkopf und Mutter angeordnet sind.Ist duktiles Verhalten erforderlich, so muss der plastische Widerstand desBruttoquerschnitts kleiner als die Grenztragfähigkeit des Nettoquerschnitts sein.Anforderungen an Duktilität und Rotationskapazität sind in EN 1993-1-8 gegeben.Bemessungskriterien für Erdbeben enthält EN 1998.Bemessung gegen AusknöpfenEs gelten die Hinweise von EN 1993-1-8.Einschenklige Anschlüsse von Winkelprofilen und andereunsymmetrisch angeschlossenen Bauteile auf ZugDie Exzentrizität der Befestigungsmittel in Endverbindungen und die Auswirkungdes Abstands und des Randabstands der Schrauben ist bei der Bestimmung desBemessungswiderstands unsymmetrischer Bauteile genauso zu berücksichtigen wiebei symmetrischen Bauteilen, die unsymmetrisch angeschlossen werden so wieeinschenklige Anschlüsse bei Winkelprofilen.Winkel, die mit einer einzelnen Schraubenreihe an einem Schenkel angeschlossenwerden, können als zentrisch beansprucht angesehen werden, und der Bemessungswertder Grenzbeanspruchung des Nettoquerschnitts bestimmt sich mit:Bei 1 Schraube gilt:Nu,Rd( e2− 0,5d0)γ2,0t fu= (6.6)M2Bei 2 Schrauben gilt:β2AnetfuN u,Rd = (6.7)γM2Bei drei oder mehr Schrauben gilt:β3AnetfuN u,Rd = (6.8)γM2wobei:β 2 und β 3 jeweils ein Abminderungsbeiwert abhängig vom Maß p 1 aus Tabelle6.1 ist. Bei Zwischenwerten für p 1 kann der Wert β durch lineareInterpolation bestimmt werden.A netder Nettoquerschnitt des Winkels ist. Bei ungleichschenkligen Winkeln,die am kürzeren Schenkel angeschlossen werden, ist A net gleich demNettoquerschnitt eines entsprechend gleichschenkligen Winkels jeweilsmit Schenkellängen, die der des kürzeren Schenkels entsprechen.78

Tabelle 6.1 Abminderungsbeiwerte β 2und β 3Abstand p 1Verbindung Beiwert ≤ 2,5d 0 ≥ 5,0d 02 Schrauben β 20,4 0,73 Schrauben und mehr β 30,5 0,76.2.4 VerbindungselementeNettoflächenDie Schraubenfläche, die bei den Berechnungen zugrunde gelegt wird, entsprichtder Zugspannungsfläche, wie auch in der entsprechenden Produktnorm festgelegt.Bei Schrauben auf Abscheren, kann der größere Schaftdurchmesser verwendetwerden, wenn gewährleistet werden kann, dass das Gewinde nicht in der Scherfugeliegt; es ist die Möglichkeit zu beachten, dass Schrauben von beiden Seiteneingesetzt werden können. Kann keine Sicherheit hierfür gegeben werden, ist derSpannungsquerschnitt zu verwenden.SchertragfähigkeitDie Schertragfähigkeit einer Schraubenverbindung hängt von der Anzahl derScherflächen und ihrer Positionen entlang der Schraubenachse ab. Bei Ausbleibenvon planmäßigem Zug kann für jede Scherfläche die Tragfähigkeit bestimmtwerden mit:α fubAF v, Rd = (6.9)γwobei:M2Af ubBruttoquerschnittsfläche der Schraube (falls die Scherfuge im Schraubenschaftliegt) bzw. Spannungsquerschnitt der Schraube (falls die Scherfugeim Schraubengewinde liegt)Zugfestigkeit der SchraubeDer Wert für α kann im Nationalen Anhang festgelegt sein. Die empfohlenenWerte sind:- falls die Scherfuge im Schraubenschaft liegt, α = 0,6- falls die Scherfuge im Schraubengewinde liegt, α = 0,5.ZugtragfähigkeitDie Zugtragfähigkeit einer Schraube F t,Rd ergibt sich mit:k2fubAst = (6.10)γF , Rdwobei:M2k 2 = 0,63 für Senkkopfschrauben ist, andernfalls ist k 2 = 0,9.Sind Befestigungsmittel zur Aufnahme von Zugkräften erforderlich, sind diese sozu auszulegen, dass auch Abstützkräfte abgetragen werden können, wenn dies79

erforderlich ist. Hinweise zur Berücksichtigung von Abstützkräften befinden sichin EN 1993-1-8.Kombination aus Abscheren und ZugWird eine Schraube gleichzeitig durch eine Schubkraft F v,Ed und eine Zugkraft(einschließlich aller Abstützeffekte) F t,Ed beansprucht, so ist die Interaktion zuberücksichtigen. Dem kann Rechnung getragen werden, indem nachstehendeBeziehung eingehalten wird:FFv, Edv, RdFt,Ed+1,4Ft,Rd≤ 1,0(6.10)Hierin sind F v,Rd und F t,Rd wie oben zu bestimmen. Es ist zu beachten, dass dieBemessungskraft (einschließlich der Abstützkräfte) kleiner sein muss als dieZugtragfähigkeit.Lange Anschlüsse und große KlemmlängenBei Stößen von unüblicher Länge (von etwa 500 mm oder von 15 Schraubendurchmesserhintereinander) oder wenn die Klemmlänge (d.h. die Gesamtdickealler verbundenen Lagen) größer ist als der fünffache Schraubendurchmesser, istdie Schertragfähigkeit abzumindern. Solange kein Datenmaterial für nichtrostendeStähle vorliegt, wird empfohlen auf die Regeln für Baustahl in EN 1993-1-8zurückzugreifen.6.3 Verbindungsmittel für dünnwandige BauteileDie Bemessung von Verbindungen von Profilblechen aus nichtrostendem Stahl beiVerwendung von selbstschneidenden Blechschrauben kann gemäß EN 1993-1-3erfolgen, mit der Ausnahme, dass die Ausköpfkraft durch Versuche zu bestimmenist. Um Fressen der Blechschraube oder Gewindabstreifen zu vermeiden, sollte dieFähigkeit der Schraube zum Einschrauben und zur Gewindeausbildung in nichtrostendemStahl durch Versuche nachgewiesen werden, sofern keine ausreichendeErfahrung vorliegt. Der in Gleichung 6.1 angegebene abgeminderte Wert für dieZugfestigkeit f u,red sollte anstelle von f u angesetzt werden.6.4 Geschweißte Verbindungen6.4.1 AllgemeinesEs ist unerlässlich, dass Schweißnähte durch qualifizierte Schweißer mit demgeeigneten Verfahren hergestellt werden, einschließlich kompatiblerZusatzwerkstoffe (siehe Abschnitt 10.4). Es ist nicht nur wichtig, die Festigkeit derSchweißnaht zu gewährleisten, sondern auch ihre Korrosionsbeständigkeit und diedes umgebenden Materials.Die folgenden Empfehlungen gelten für vollständig und teilweisedurchgeschweißte Nähte sowie für Kehlnähte, die durch Lichtbogenschweißenhergestellt werden, so wie:VerfahrensbezifferungVerfahrensbezeichnung111 Metallichtbogenschweißen mit abgedeckter Elektrode(Metallichtbogenhandschweißen)80

121 Unterpulverschweißen mit Drahtelektrode122 Unterpulverschweißen mit Streifenelektrode131 Metallinertgasschweißen (MIG)135 Metall-Lichtbogen-Aktivgasschweißen (MAG)137 Metallichtbogenschweißen mit Fülldrahtelektrode unter inertemSchutzgas141 Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG)15 Plasmaschweißen(Die Ordnungsziffern der Schweißverfahren entsprechen denen in EN ISO 4063.)Kompatible Schweißzusatzwerkstoffe sind so zu verwenden, dass Streckgrenze undZugfestigkeit der Schweißnaht über der des Grundmaterials liegen. (FürSchweißzusätze, die diese Bedingung nicht erfüllen siehe Abschnitt 6.4.4.) Tabelle6.2 gibt geeignete Schweißzusatzwerkstoffe für unterschiedliche Stahlsorten an,und Tabelle 6.3 enthält die mechanischen Eigenschaften dieser Schweißzusätze.Tabelle 6.2GrundmaterialKompatible Stahlsorten und SchweißzusätzeSchweißzusatzStahlsorte1.43011.43061.43071.43181.45411.44011.44041.45711.43621.4462Umhüllte ElektrodenEN 1600E 19 9E 19 9 LE 19 9 LE 19 9 LE 19 9 NbE 19 12 2E 19 12 3 LE 19 12 3 NbE 25 7 2 N LE 25 7 2 N LDrähte und StäbeEN 12072G 19 9 LG 19 9 LG 19 9 LG 19 9 LG 19 9 NbG 19 12 3 LG 19 12 3 LG 19 12 3 NbG 25 7 2 LG 25 7 2 LFülldrahtelektrodenEN 12073T 19 9 LT 19 9 LT 19 9 LT 19 9 LT 19 9 NbT 19 12 3 LT 19 12 3 LT 19 12 3 NbT 22 9 3 N LT 22 9 3 N LTabelle 6.3SchweißzusatzE 19 9E/G/T 19 9 LE/G/T 19 9 NbE 19 12 2E/G/T 19 12 3 LE/G/T 19 12 3 NbE 25 7 2 N LG 25 7 2 LT 22 9 3 N LMechanische Eigenschaften des Schweißzusatzesgemäß EN 1600, EN 12072 und EN 12073MindestdehngrenzeN/mm 2350320350350320350500500450MindestzugfestigkeitN/mm 2550510550550510550700700550Es ist zu bemerken, dass besondere Betrachtungen angestellt werden müssen, wenndie aus Versuchen abgeleitete 0,2%-Dehngrenze als Bemessungsgrundlage dienensoll (d.h. Bemessung gemäß 3.2.4(ii)). Hersteller von nichtrostenden Stählen undSchweißzusatzwerkstoffen können bei der Auswahl geeigneter Elektroden81

ehilflich sein. Der Schweißwerkstoff sollte mindestens genauso edel sein wie dasGrundmaterial.Um die Möglichkeit von Korrosionserscheinungen zu verringern, sindunterbrochene Kehlnähte und unterbrochene, teildurchgeschweißte Nähte nachMöglichkeit unter allen Umgebungsbedingungen zu vermeiden und allenfalls unterOptimalbedingungen akzeptabel. Weiterhin sind unterbrochene Schweißnähte insalzwasserhaltigen oder sehr stark verschmutzten Umgebungen möglichst zuvermeiden, besonders dann wenn strominduzierte Oberflächenzugspannungenauftreten.6.4.2 KehlnähteAnwendungKehlnähte können zur Verbindung von Werkstücken unter Anstellwinkeln zwischen60° und 120° eingesetzt werden. Bei Winkeln kleiner als 60° können zwar Kehlnähteeingesetzt werden, sind jedoch bei der Bemessung als teildurchgeschweißteNähte anzusehen. Bei Winkeln größer als 120° sind Kehlnähte nicht demLastabtrag zuzurechnen.Eine Kehlnaht ist in Fällen, in denen Biegung um die Längsachse der Naht übertragenwerden soll, nicht einzusetzen, wenn Zug in der Nahtwurzel erzeugt wird.Wirksame Länge und KehlnahtgrößeDie wirksame Länge einer Kehlnaht kann als die gesamte Länge mit vollständigerNaht angesehen werden. Jedoch sind Nähte mit wirksamen Längen kürzer als 40mm oder von 6-facher Nahtdicke nicht als kraftschlüssig anzusehen.Die wirksame Nahtdicke a einer Kehlnaht sollte als die Höhe des größten von denNahtflächen und der Schweißnahtoberfläche eingeschlossenen Dreiecks (gleichschenkligoder ungleichschenklig) angesehen werden, bei dem die Höhe rechtwinkligzur Außenfläche gemessen wird, siehe Abbildung 6.3. Der Vorteil einerzusätzlichen Nahtdicke infolge eines tiefen Einbrands, siehe Abbildung 6.4, kannausgenutzt werden, vorausgesetzt, dass durch eine Verfahrensprüfung gezeigtwurde, dass der erforderliche Tiefeinbrand durchgängig gewährleistet ist.aaaaAbbildung 6.3Kehlnahtdicke82

aAbbildung 6.4Kehlnaht mit tiefem EinbrandBemessungsspannung und Bemessungswert der SchubfestigkeitDie Bemessungsspannung ergibt sich als vektorielle Summe der Spannungeninfolge aller Kräfte und Momente, die in der Schweißnaht übertragen werden. DieBemessungsspannung berechnet sich für die wirksame Länge und Nahtdicke (sieheoben).Die Bemessungstragfähigkeit der Kehlnaht ist ausreichend, wenn die beidenfolgenden Bedingungen erfüllt sind:[σ 2 ∩ + 3(τ 2 ∩ + τ 2 ∪ )] 0,5 ≤ fuβ w γ(6.12a)M20,9 fuσ ⊥ ≤(6.12b)γwobei:M2σ ∩τ ∩τ ∪f udie Normalspannung senkrecht zur Nahtdickenrichtung der Kehlnahtdie Schubspannung (in der Nahtquerschnittsebene) senkrecht zurSchweißnahtlängsachsedie Schubspannung (in der Nahtquerschnittsebene) parallel zurSchweißnahtlängsachseder Nennwert der Zugfestigkeit des schwächsten angeschlossenen Teilsβ w 1,0 für alle Nennfestigkeitsstufen nichtrostender Stähle, es sei denn,durch Versuche ergibt sich ein geringerer Wert wird.Zur Berechnung der Bemessungstragfähigkeit einer Kehlnaht kann alternativ dasvereinfachte Verfahren in 4.5.3.3 von EN 1993-1-8 verwendet werden6.4.3 StumpfnähteStumpfnähte mit vollständiger DurchschweißungDie Bemessungstragfähigkeit einer vollständig durchgeschweißten Stumpfnahtentspricht der Bemessungstragfähigkeit des schwächeren angeschlossenen Teils,vorausgesetzt, dass die Naht den Empfehlungen in Abschnitt 6.3.1 genügt.83

Teildurchgeschweißte StumpfnahtTeilweise durchgeschweißte Stumpfnähte können zur Übertragung vonSchubkräften eingesetzt werden. Sie werden in Situationen, in denen sie auf Zugbeansprucht werden würden, nicht empfohlen.Die Tragfähigkeit einer teilweise durchgeschweißten Naht kann wie für eineKehlnaht mit tiefem Einbrand bestimmt werden. Die Nahtdicke einer teilweisedurchgeschweißten Stumpfnaht entspricht der Tiefe des Einbrands, derdurchgängig mit dem jeweiligen Schweißverfahren erzielt und nachgewiesenwerden kann. Liegen keine Prüfwerte für das Verfahren vor, kann unterstelltwerden, dass die Nahtdicke der Schweißnahtvorbereitung weniger 3 mmentspricht.6.4.4 Schweißen kaltverfestigter nichtrostender StähleBeim Schweißen kaltverfestigter nichtrostender Stähle gelten die gleichen Grundsätzewie bei lösungsgeglühten nichtrostenden Stählen, vorausgesetzt dass:• die Schweißverbindung durch Axiallasten beansprucht ist,• die Festigkeitsstufe des kaltverfestigten nichtrostenden Stahls CP500 bzw.C850 nicht überschreitet,• die Schweißzusatzwerkstoffe entsprechend Tabelle 6.2 gewählt werden,• die Beanspruchbarkeit des Grundwerkstoffs in den Wärmeeinflusszonen aufdie Zugfestigkeit des lösungsgeglühten Grundwerkstoffs bezogen wird.Das Schweißgut darf eine geringere Festigkeit haben als der Grundwerkstoff. FürSchweißzusätze mit geringer Festigkeit sollte die Bemessungstragfähigkeit einerKehl- oder Stumpfnaht auf die Festigkeit des Schweißgutes (siehe Tabelle 6.3) mitβ w = 1.0 bezogen werden.84

7 BRANDSCHUTZBEMESSUNG7.1 AllgemeinesDieser Abschnitt beschäftigt sich mit der Bemessung von nichtrostenden Stählen, dieaus Gründen des allgemeinen Brandschutzes bestimmte Funktionen zu erfüllenhaben, wie die Vermeidung von frühzeitigem Einsturz (tragende Funktionen) imBrandfall. Die Empfehlungen zielen lediglich auf die passiven Methoden desBrandschutzes ab und gelten für nichtrostende Stähle und Konstruktionen, die imAllgemeinen mit den Regeln der Kapitel 1 bis 6 dieses Dokuments bemessen werdenkönnen.Bei Temperaturen über 550°C behalten austenitische nichtrostende Stähle einenhöheren Anteil ihrer Raumtemperaturfestigkeit als Baustähle bei, die Steifigkeit istbei jeder Temperatur höher.EN 1991-1-2 behandelt die thermischen und mechanischen Auswirkungen aufTragwerke im Brandfall. Brand wird in den Eurocodes als außergewöhnlicheBemessungssituation bezeichnet. EN 1990 enthält Lastfallkombinationen füraußergewöhnliche Bemessungssituationen und empfiehlt, dass derTeilsicherheitsbeiwert für Einwirkungen zu 1,0 gesetzt werden soll. EN 1993-1-2empfiehlt für den Teilsicherheitsbeiwert der Widerstandsseite γ M,fi im Brandfalleinen Wert von 1,0.Die Funktionsanforderungen an Tragwerke aus nichtrostenden Stählen unter deraußergewöhnlichen Brandlast unterscheiden sich nicht von denen, die anKohlenstoffstahl gestellt werden:• Ist im Brandfall die Einhaltung bestimmter mechanischer Eigenschaftenerforderlich, so ist das Tragwerk so zu bemessen und zu konstruieren, dass esseine tragende Funktion während der maßgebenden Branddauer beibehält.• Verformungskriterien sollten gelten, wo die Mittel des Brandschutzes oder dieEntwurfskriterien für einzelne Bauelemente die Kontrolle derTragwerksverformungen fordern. Jedoch ist die Beachtung derTragwerksverformungen nicht notwendig, wenn der Feuerwiderstandvoneinander getrennter Elemente auf der Normbrandkurve basiert.7.2 Mechanische Eigenschaften bei hohenTemperaturenTabelle 7.1 enthält Abminderungsfaktoren für Sorten von nichtrostenden Stählenhinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit bezogen auf den entsprechenden Basiswertbei 20 °C, für die Spannungs-Dehnungsbeziehung und den Parameter g 2,θ bei hohenTemperaturen. Die Beiwerte sind wie folgt definiert:k 0,2proof,θ 0,2% Prüffestigkeit bei der Temperatur θ bezogen auf dieBemessungsfestigkeit bei 20 °C, d.h. f0,2 proof, θ fyg 2,θein Parameter zu Berechnung von f 2,θ , der Spannung bei 2% Gesamtdehnungzur Temperatur θ, unter Verwendung folgender Gleichung:f = f + g f − f )(7.1)2, θ 0,2proof, θ 2, θ( u, θ 0,2proof,θ85

k u,θ Zugfestigkeit bei der Temperatur θ bezogen auf die Festigkeit bei 20°C, d.h.fu, θ fuk E,θwobei:Ef yf uNeigung des linear elastischen Bereichs bei Temperatur θ bezogen aufdie Neigung bei 20°C, d.h. EE θder Elastizitätsmodul bei 20°C (= 200000 N/mm 2 ) ist,die charakteristische Streckgrenze bei 20°C gemäß Definition inAbschnitt 3.2.4 ist,die charakteristische Zugfestigkeit bei 20°C gemäß Definition inAbschnitt 3.2.4 ist.Zur Bestimmung des Feuerwiderstands von Bauteilen aus nichtrostendem Stahlsollten die folgenden charakteristischen Festigkeiten verwendet werden.Stützen f 0,2proof,θ (bei allen Querschnittsklassen)Eingespannte Träger f 2,θ (bei Querschnittsklassen 1-3)f 0,2proof,θ (bei Querschnittsklasse 4)Frei aufgelagerte Träger f 0,2proof,θ (bei allen Querschnittsklassen)Zugglieder f 2,θ (bei allen Querschnittsklassen).Bei eingespannten Trägern der Querschnittsklassen 1-3 und bei Zuggliedern wirdin Situationen, in denen Verformungskriterien beachtet werden sollten, dieFestigkeit bei einer Gesamtdehnung von 1,0% f 1,θ als Grundlage zur Berechnungvon f 2,θ empfohlen. Der Wert für f 1,θ ist mit folgender Beziehung zu bestimmen:f = f + ,5g( f − f )(7.2)1, θ 0,2proof, θ 0 2, θ u, θ 0,2proof, θAngaben für f 0,2proof,θ werden, bezogen auf die charakteristische Streckgrenze bei20 °C, über den Beiwert k 0,2proof,θ in Tabelle 7.1 gemacht.86

Tabelle 7.1Abminderungsfaktoren für Festigkeit und Steifigkeit undParameter g 2,θbei hohen TemperaturenTemperaturθ (°C)Abminderungsfaktork 0,2proof,2Parameterg 2,θAbminderungsfaktork u,θAbminderungsfaktork E,θStahlsorte 1.430120 1,00 0,26 1,00 1,00100 0,82 0,24 0,87 0,96200 0,68 0,19 0,77 0,92300 0,64 0,19 0,73 0,88400 0,60 0,19 0,72 0,84500 0,54 0,19 0,67 0,80600 0,49 0,22 0,58 0,76700 0,40 0,26 0,43 0,71800 0,27 0,35 0,27 0,63900 0,14 0,38 0,15 0,451000 0,06 0,40 0,07 0,201100 0,03 0,40 0,03 0,101200 0,00 0,40 0,00 0,00Stahlsorte 1.440120 1,00 0,24 1,00 1,00100 0,88 0,24 0,93 0,96200 0,76 0,24 0,87 0,92300 0,71 0,24 0,84 0,88400 0,66 0,21 0,83 0,84500 0,63 0,20 0,79 0,80600 0,61 0,19 0,72 0,76700 0,51 0,24 0,55 0,71800 0,40 0,35 0,34 0,63900 0,19 0,38 0,18 0,451000 0,10 0,40 0,09 0,201100 0,05 0,40 0,04 0,101200 0,00 0,40 0,00 0,00Stahlsorte 1.457120 1,00 0,25 1,00 1,00100 0,89 0,25 0,88 0,96200 0,83 0,25 0,81 0,92300 0,77 0,24 0,80 0,88400 0,72 0,22 0,80 0,84500 0,69 0,21 0,77 0,80600 0,66 0,21 0,71 0,76700 0,59 0,25 0,57 0,71800 0,50 0,35 0,38 0,63900 0,28 0,38 0,22 0,451000 0,15 0,40 0,11 0,201100 0,075 0,40 0,055 0,101200 0,00 0,40 0,00 0,00Stahlsorte 1.446220 1,00 0,35 1,00 1,00100 0,91 0,35 0,93 0,96200 0,80 0,32 0,85 0,92300 0,75 0,30 0,83 0,88400 0,72 0,28 0,82 0,84500 0,65 0,30 0,71 0,80600 0,56 0,33 0,57 0,76700 0,37 0,40 0,38 0,71800 0,26 0,41 0,29 0,63900 0,10 0,45 0,12 0,451000 0,03 0,47 0,04 0,201100 0,015 0,47 0,02 0,101200 0,00 0,47 0,00 0,0087

Tabelle 7.1 (fortgesetzt) Abminderungsfaktoren für Festigkeit undSteifigkeit und Parameter g 2,θbei hohen TemperaturenTemperaturθ (°C)Abminderungsfaktork 0,2proof,2Parameterg 2,θAbminderungsfaktork u,θAbminderungsfaktork E,θStahlsorte 1.431820 1.00 0.25 1.00 1.00100 0.78 0.25 0.74 0.96200 0.65 0.25 0.73 0.92300 0.57 0.25 0.64 0.88400 0.51 0.25 0.60 0.84500 0.48 0.25 0.55 0.80600 0.46 0.27 0.52 0.76700 0.40 0.27 0.40 0.71800 0.27 0.26 0.26 0.63Stahlsorte 1.4318 C85020 1.00 0.21 1.00 1.00100 0.86 0.24 0.71 0.91200 0.77 0.25 0.61 0.88300 0.69 0.24 0.60 0.84400 0.68 0.24 0.57 0.80500 0.65 0.25 0.53 0.76600 0.54 0.25 0.45 0.72700 0.40 0.26 0.34 0.67800 0.23 0.25 0.24 0.52900 0.11 0.25 0.10 0.35Stahlsorte 1.4571 C85020 1.00 0.36 1.00 1.00100 0.96 0.36 0.94 0.96200 0.95 0.36 0.88 0.92300 0.92 0.36 0.84 0.88400 0.89 0.36 0.82 0.84500 0.83 0.36 0.79 0.80600 0.81 0.36 0.72 0.76700 0.60 0.37 0.53 0.71800 0.35 0.39 0.38 0.63900 0.10 0.40 0.20 0.457.3 Thermische Eigenschaften bei hohenTemperaturen7.3.1 Thermische DehnungDie thermische Dehnung von austenitischen nichtrostenden Stählen ∆l / l kannfolgendermaßen bestimmt werden:∆l / l =(16 + 4,79 × 10 -3 θ a − 1,243 × 10 -6 θ 2 a ) × (θ a −20) 10 -6 (7.3)hierin ist:l∆lθ adie Länge bei 20 °C,die temperaturinduzierte Dehnung,die Stahltemperatur [°C]7.3.2 Spezifische WärmeDie spezifische Wärme von nichtrostenden Stählen c a kann folgendermaßenbestimmt werden:c a = 450 + 0,280 × θ a - 2,91 × 10 -4 θ a 2 + 1,34 × 10 -7 θ a 3 J/kgK (7.4)88

hierin ist:θ a gemäß Abschnitt 7.3.1.7.3.3 Thermische LeitfähigkeitDie thermische Leitfähigkeit nichtrostender Stähle λ a kann folgendermaßenbestimmt werden:λ a = 14,6 + 1,27 × 10 -2 θ a W/mK (7.5)hierin ist:θ a gemäß Abschnitt 7.3.17.4 Bestimmung des baulichenFeuerwiderstandsDer Feuerwiderstand kann mit einem oder mehreren der nachstehendenNäherungsverfahren bestimmt werden:• einfache Berechnungsverfahren für die einzelnen Bauteile;• erweiterte Berechnungsverfahren;• Versuche.Dem einfachen Berechnungsverfahren liegen konservative Abschätzungen zugrunde.Erweiterte Berechnungsverfahren sind Bemessungsverfahren in denen ingenieurmäßigeGrundlagen auf realistische Art und Weise in speziellen Fällen zur Anwendunggelangen. Existiert hingegen kein einfaches Bemessungsverfahren, so mussentweder ein Verfahren der fortgeschrittenen Berechnungsmodelle oder eineversuchsgestützte Methode angewandt werden.Erweiterte Berechnungsverfahren enthält der Kommentar zu den Empfehlungen(siehe Vorwort).7.4.1 Klassifizierung von QuerschnittenBei der Brandschutzbemessung ist die Methode der Querschnittsklassifizierung ausAbschnitt 4 dieses Dokuments anzuwenden, indem die Eigenschaften bei 20°Cverwendet werden.7.4.2 ZuggliederDie Bemessungstragfähigkeit N fi,θ,Rd eines Zugglieds bei gleichmäßig verteilterTemperatur θ a bestimmt sich mit:N fi,θ,Rd = k 2,θ N Rd [γ M0 / γ M,fi ] (7.6)hierin ist:k 2,θ= f / f , d.h. der Abminderungsbeiwert der Festigkeit zur 2%2,θyGesamtdehnung zur Temperatur θ aN Rddie Bemessungstragfähigkeit des Querschnitts N pl,Rd beiNormaltemperatur entsprechend Abschnitt 4.7.2.γ M0 und γ M,fi jeweils ein Teilsicherheitsbeiwert, siehe Tabelle 2.1Ist die Temperatur in einem Bauteil nicht gleichmäßig, ergibt sich dieBemessungstragfähigkeit mit:89

nN fi,t,Rd =∑wobei:A iθ ii=1Ai k fy/ γ M,fi(7.7)2, θ,idie Fläche eines Querschnittsteils ist,die Temperatur in einem Querschnittsteil A i ist,k 2,θ,i der Abminderungsfaktor der Festigkeit zur 2% Gesamtdehnung bei derTemperatur θ i ist (siehe Abschnitt 7.2)Alternativ kann die Bemessungstragfähigkeit N fi,t,Rd zur Zeit t für ein Zuggliedunter nicht gleichmäßiger Temperaturverteilung auf der sicheren Seite liegendgleich der Bemessungstragfähigkeit N fi,θ,Rd eines Zugglieds unter gleicherTemperatur θ a mit dem Maximalwert θ a,max zur Zeit t gesetzt werden.7.4.3 DruckgliederFolgende Empfehlungen gelten für Stützen mit Querschnitten der Klasse 1, 2 ,3oder 4, mit folgenden Eigenschaften:• kaltgeformte, offene Querschnitte (nicht geschweißt), z.B. U- oderWinkelprofile, oder• kaltgeformte Hohlprofile (geschweißt und nicht geschweißt), z.B. Rund- oderRechteckhohlprofile.Die Bemessungstragfähigkeit gegen Knicken N b,fi,t,Rd zur Zeit t eines Druckgliedsunter gleichmäßiger Temperatur θ a ergibt sich mit:N b,fi,t,Rd = χ fi A k 0,2proof,θ f y / γ M,fi für Querschnittsklassen 1, 2 oder 3 (7.8)N b,fi,t,Rd = χ fi A eff k 0,2proof,θ f y / γ M,fi für Querschnittsklasse 4 (7.9)wobei:k 0,2proof,θ ist der Abminderungsfaktoren für die 0,2%-Dehngrenze bei derTemperatur θ a sind (siehe Abschnitt 7.2)χ fi ist der Abminderungsfaktor gegen Biegedrillknicken im Brandfall und ergibtsich mit:1χfi=χ fi ≤ 1 jedoch (7.10)ϕ + ϕ − λθ2θ2θ2( + λ )mit = ,5 1 + α( λ − λ )ϕ (7.11)θ0 θ 0 θhierin sind α und λ 0 die Beulwerte bei Raumtemperatur gemäß Tabelle 5.1.Die modifizierte dimensionslose Schlankheit λ θ bei der Temperatur θ folgt zu:0 , 5⎡ k 0 , 2 proof , θ⎤λ θ = λ ⎢ ⎥ für alle Querschnittsklassen (7.12)⎢⎣k E , θ⎥⎦wobei90

k E,θder Abminderungsfaktor für die Neigung des linear elastischen Bereichszur Temperatur θ a ist (siehe Abschnitt 7.2)Ist die Temperatur eines Bauteils nicht gleichförmig verteilt, so kann dieDrucktragfähigkeit auf der sicheren Seite liegend abgeschätzt werden, indem einegleichförmig verteilte Temperatur mit der Maximaltemperatur des Bauteilsunterstellt wird.Die Knicklänge l fi einer Stütze für die Brandschutzbemessung ist im Allgemeinenwie bei der Bemessung bei Normaltemperatur zu bestimmen. Jedoch kann beieinem ausgesteiften Rahmen die Knicklänge l fi bestimmt werden, indem die Stützezwischen tragfähigen oder teiltragfähigen Anschlüssen an die Stützen in denBrandabschnitten oberhalb und unterhalb als starr angesehen werden. DieseUnterstellung kann nur dann vorgenommen werde, wenn der Feuerwiderstand derdie in Brandabschnitte teilenden Bauteile nicht geringer ist als der Feuerwiderstandder Stütze.Im Fall eines ausgesteiften Rahmens, in dem jedes Stockwerk ein Brandabschnittmit ausreichendem Brandschutz darstellt, ergibt sich die Knicklänge einer Stütze ineinem Geschoß zu l fi = 0,5L, und im Obergeschoß ergibt sich die Knicklänge zu l fi= 0,7L , wobei L gleich der Systemlänge im entsprechenden Geschoß ist, sieheAbbildung 7.1.Schubsteife Wandoder anderesaussteifendes SystemGetrennte Brandabschnitteinjedem Geschoßdem FeuerausgesetzteStützenlänge fi,4 = 0,7L 4VerformteStützenim BrandfallL 4dem FeuerausgesetzteStützenlänge fi,2 = 0,5L 2L 3L 2L 1Abbildung 7.1Knicklängen l fi von Stützen in ausgesteiften Rahmen7.4.4 Seitlich gehaltene TrägerDie Momententragfähigkeit M fi,θ,Rd eines Querschnitts unter gleichförmigerTemperaturverteilung θ a ist zu bestimmen mit:M fi,θ,Rd = k 2,θ [γ M0 / γ M,fi ] M Rd für Querschnitte der Klasse 1, 2 oder 3 (7.13)M fi,θ,Rd = k 0,2proof,θ [γ M0 / γ M,fi ] M Rd für Querschnitte der Klasse 4 (7.14)hierin ist:M Rd die plastische Momententragfähigkeit des Bruttoquerschnitts M pl,Rd(Querschnitte der Klasse 1 oder 2), der elastische Momentenwiderstanddes Bruttoquerschnitts M el,Rd (Querschnitte der Klasse 3) oder der91

effektive Momentenwiderstand des wirksamen Querschnitts M eff,Rd(Querschnitte der Klasse 4) für Normaltemperatur,k 2,θ und k 0,2proof,θ jeweils gemäß Definition in Abschnitt 7.4.3Wird es notwendig den Schubwirkungen Rechnung zu tragen, so ist der abgeminderteMomentenwiderstand für Normaltemperatur entsprechend Abschnitt 4.7.6 zuverwenden.Die Momententragfähigkeit M fi,t,Rd zur Zeit t eines Querschnitts von einem Bauteilmit nicht konstanter Temperaturverteilung, kann auf der sicheren Seite liegendermittelt werden mit:M fi,t,Rd = M fi,θ,Rd / κ 1 κ 2 (7.15)hierin ist:M fi,θ,Rd die Momententragfähigeit des Querschnitts (oder effektiven Querschnittsbei Klasse 4) unter gleichmäßiger Temperatur θ a entsprechend desTemperaturmaximums im Querschnitt,κ 1κ 2ein Anpassungsbeiwert bei nicht konstanter Temperatur im Querschnitt,siehe Tabelle 7.2,ein Anpassungsbeiwert bei nicht konstanter Temperatur entlang desTrägers, siehe Tabelle 7.2.Tabelle 7.2AnpassungsbeiwerteRahmenbedingung κ 1Träger allseitig dem Feuer ausgesetzt 1,0ungeschützter Träger, der auf drei Seiten einem Feuer ausgesetzt und 0,70 1)dessen vierte Seite von einer Beton- oder Verbunddecke bedeckt istgeschützter Träger, der auf drei Seiten einem Feuer ausgesetzt und seine 0,85 1)vierte Seite von einer Beton- oder Verbunddecke bedeckt istκ 2an den Auflagern statisch unbestimmter Träger 0,85 1)in allen anderen Fällen 1,0Die Bemessungstragfähigkeit für Schub V fi,t,Rd zur Zeit t eines Querschnitts unternicht konstanter Momentenverteilung bestimmt sich mit:V fi,t,Rd = k 2,θ,web V Rd [γ M0 / γ M,fi ] bei Klasse 1, 2 oder 3 (7.16)V fi,t,Rd = k 0,2proof,θ,web V Rd [γ M0 / γ M,fi ] bei Klasse 4 (7.17)hierin ist:V Rd die Schubtragfähigkeit des Bruttoquerschnitts bei Normaltemperaturentsprechend 4.7.5. (bei Temperaturen über 400°C sollte der Wert η zu1,0 gesetzt werden)θ web die Temperatur im Steg des Querschnitts.7.4.5 Seitlich verschiebliche TrägerDie Bemessungstragfähigkeit für Biegedrillknicken M b,fi,t,Rd zur Zeit t eines seitlichnicht gehaltenen Trägers bestimmt sich mit:M b,fi,t,Rd = χ LT,fi W pl,y k 0,2proof,θ f y / γ M,fi für Klasse 1 und 2 (7.18)M b,fi,t,Rd = χ LT,fi W el,y k 0,2proof,θ f y / γ M,fi für Klasse 3 (7.19)92

M b,fi,t,Rd = χ LT,fi W eff,y k 0,2proof,θ f y / γ M,fi für Klasse 4 (7.20)hierin ist:χ LT,fi der Abminderungsbeiwert für Biegedrillknicken im Brandfall und ergibtsich aus:1χ LT, fi =jedoch χLT, fi≤ 1 (7.21)ϕ + ϕ − λLT, θ2LT, θ2LT, θundϕLT, θ⎛⎜2350,51 + 0,65 λ LT, θ + λ⎜f⎝y2= LT, θ⎞⎟⎟⎠(7.22)und α LT ist der Imperfektionsbeiwert bei Raumtemperatur gemäß Abschnitt 5.4.2.k 0,2proof,θ ist der Abminderungsbeiwert gemäß Abschnitt 7.4.3 mit derMaximaltemperatur θ irgendwo im Querschnitt.Die dimensionslose Schlankheit λ LT, θ bei der Temperatur θ ergibt sich mit:0,5⎡k0,2proof,θ ⎤λ LT, θ = λ LT ⎢ ⎥⎢⎣kE,θ ⎥⎦für alle Querschnittsklassen (7.23)wobeik E,θ der Abminderungsbeiwert gemäß Definition in Abschnitt 7.4.3 zurTemperatur θ ist.7.4.6 Bauteile unter Axialdruck und BiegungKombinierte Wirkung aus Drucklasten und Biegemomenten sind inÜbereinstimmung mit folgenden Ausdrücken zu überprüfen, um vorzeitigesKnicken sowohl um die starke als auch die schwache Achse sowieBiegedrillknicken zu verhindern:a) Bei Querschnitten der Klasse 1, 2 oder 3χmin,fiAkNfi,Ed0,2proof, θγfyM,fikyM+My,fi,Edy,fi, θ,RdkzM+Mz,fi,Edz,fi, θ,Rd≤1(7.24)χmin1,fiNAkfi,Ed0,2proof, θγfyM,fi+χkLTLT,fiMMy,fi,Edy,fi, θ,RdkzM+Mz,fi,Edz,fi, θ,Rd≤1(7.25)wobei:N fi,Ed , M y,fi,Ed and M z,fi,Ed die Bemessungswerte der Axiallasten undBiegemomente im Brandfall darstellen,M y,fi,θ,Rd und M z,fi,θ,Rd gemäß Definition in Abschnitt 7.4.4 sind,k 0,2proof,θ ist der Abminderungsbeiwert bei Temperatur θ gemäß Definition inAbschnitt 7.4.3 ist,χ min,fi den kleinsten Abminderungsbeiwert aus Biegeknicken, Torsionsknickenund Biegetorsionsknicken bei Temperatur θ gemäß Definition inAbschnitt 7.4.3 darstellt,93

χ LT,fi der Abminderungsbeiwert für Biegedrillknicken bei der Temperatur θgemäß Definition in Abschnitt 7.4.5 ist,χ min1,fi der kleinste Abminderungsbeiwert aus Biegeknicken um die z-Achse,Torsions- und Biegetorsionsknicken bei der Temperatur θ entsprechendAbschnitt 7.4.3 ist.µ LTNfi,Edk LT = 1−≤1(7.26)fyχz,fiA k0,2proof,θγM,fiµ = ,15λθβ − 0,15 ≤ 0,9(7.27)LT0 z, M, LTµ yNfi,Edk y = 1−≤ 3(7.28)fyχ y,fi Ak0,2proof,θγyM,fi(,2β− 3) λ y, + 0,44 − 0,29 ≤ 0, 81 M,yM, yµ = θ β(7.29)µ zNfi,Edk z = 1−≤ 3(7.30)fyχz,fiAk0,2proof,θγM,fi( β − 5 ) λ z, + 0, 44 − 0, 29 0, 82 M, zM, z ≤µ z = θ βand λ z, θ ≤ 1, 1(7.31)βMist ein zur konstanten Momentenverteilung äquivalenter Momentenfaktor ausTabelle 7.3.b) Bei Querschnitten der Klasse 4 gilt:χmin,fiAeffNkfi,Ed0,2proof, θγfyM,fikyM+y,fi,EdM+ Ny,fi, θ,Rdfi,EdeykzM+z,fi,EdM+ Nz,fi, θ,Rdfi,Edez≤1(7.32)χmin1,fiAeffNfi,Edk0,2proof, θγfyM,fik+LTMχy,fi,EdLT,fiM+ Nfi,Edy,fi, θ,RdeykzM+z,fi,EdM+ Nz,fi, θ,Rdfi,Edez≤1(7.33)wobei die Terme mit Ausnahme derjenigen zur Berechnung von k y , k z und k LT wieoben in (a) definiert werden, und A ist durch A eff zu ersetzen.94

Tabelle 7.3MomentenverläufeStabendmomenteM1Äquivalente Momentenbeiwerte β Mψ M1-1 ≤ ψ ≤ 1Momente aus Querbelastungβ M,Q= 1,3M Qβ M,Q= 1,4M QMomente aus Querbelastung mitStabendmomentenM 1M QMÄquivalenter Momentenbeiwert β Mβ M, ψ = 1,8 – 0,7ψM Qβ∆ M = β M , ψ + ( β M , Q − β M , ψ )∆MM 1 ∆ MM Q= ⏐max M⏐ nur infolge QuerlastM QM 1 ∆ MM QBei Momentenverläufen ohneVorzeichenwechsel:∆M =⏐max M⏐M 1∆ MBei Momentenverläufen mitVorzeichenwechsel:∆M = ⏐max M⏐+ ⏐min M⏐M Q7.4.7 Berechnung des Temperaturanstiegs bei nichtrostendenStählenDas Verfahren zur Berechnung des Temperaturanstiegs für Baustähle kann auch beinichtrostenden Stählen angewandt werden.Der schrittweise Anstieg der Temperatur eines sich gleichmäßig aufheizenden,reinem Querschnitt aus nichtrostendem Stahl im Zeitintervall t ergibt sich mit:AmV∆θ = h&a,tnet, d∆t(7.34)c ρaahierin ist:c a die Wärmekapazität für nichtrostenden Stahl [J/kgK] gemäß Abschnitt7.3.2,ρ a die Dichte von nichtrostendem Stahl [kg/m 3 ] aus Tabelle 3.6(normalerweise als temperaturunabhängig angesehen),A m /V der Querschnittsbeiwert des ungeschützten Stahlbauteils,A m die Oberfläche pro Längeneinheit,V das Bauteilvolumen pro Längeneinheit,95

h & net,dder Bemessungswert des Nettowärmeflusses pro Flächeneinheitmit:net,ch & + h&(7.35)=net, c net, rh & = ( θ θ )net,rα − (7.36)cga4[ ga ]h & 84= ε 5 ,67× 10− ( θ + 273) − ( θ + )α cθ gθ aφε resφ (7.37)res 273als Wärmeübergangskoeffizient durch Konvektion (normalerweise25W/m 2 K)als die Umgebungsgastemperatur des Bauteils im Brandfall [°C]entsprechend des Nenntemperaturzeitverlaufsals die Temperatur des Stahlquerschnitts unter der Annahme derGleichverteilung zur Zeit t (°C)als dem Konfigurationsbeiwertals das resultierende EmissionsvermögenDer Parameter ε res steht für die Wärmestrahlung zwischen Feuer und derStahloberfläche, sein Maximalwert hängt vom Grad der direkten Bestrahlung desElements durch das Feuer ab. Elemente, die teilweise vor Strahlungseffekten derBrandhitze verdeckt sind, weisen einen geringeren Wert für ε res auf. Für nichtrostendenStahl kann ε res zu 0,2 gesetzt werden.Obige Gleichung zur Berechnung des Temperaturanstiegs kann zur Bestimmungder Stahltemperaturen durch schrittweise Integration herangezogen werden, wenndie Veränderlichkeit der Feuertemperatur über die Zeit bekannt ist. Den nominellenTemperatur-Zeit-Verlauf eines abschnittsweisen Brands enthält EN 1991-1-2:θ g = 20+345log 10 (8t+1) (7.38)mit:t als der Ablaufzeit (Minuten)96

8 ERMÜDUNGErmüdung von metallischen Materialien ist bei Tragwerken oder Tragwerksteilenzu beachten, die Lastspielen auf signifikantem Spannungsniveau ausgesetzt sind.Bei Tragwerken des Hochbaus ist normalerweise kein Ermüdungsnachweis zuführen, es sei denn, es handelt sich um Bauteile mit Hebevorrichtungen, fahrendenLasten oder schwingungserzeugenden Maschinen oder um Bauteile unterwindinduzierter Oszillation.Wie bei Tragwerken aus Baustahl sind insbesondere solche Stellen ungleichanfälliger gegenüber Ermüdung als andere Tragwerksteile, an denen sowohlSpannungskonzentration als auch Schweißnahtfehler vorliegen. Hinweise zurAbschätzung der Ermüdungsfestigkeit von Baustahltragwerken gelten ebenfalls fürnichtrostenden Stahl (siehe EN 1993-1-9).Durch sachgerechtes Entwerfen kann der Ermüdungsanfälligkeit einerKonstruktion wirksam entgegengewirkt werden. Dies umfasst die Entscheidung füreine zweckmäßige Tragwerkszusammensetzung sowie die sorgfältige Wahl derKonstruktionsdetails unter dem Gesichtspunkt geringer Ermüdungsanfälligkeit.Der Schlüssel zum ermüdungsgerechten Entwerfen liegt in der realistischenEinschätzung der Ermüdungsrisiken im frühen Entwurfsstadium. Erfolgt dieBeurteilung der Ermüdung erst, nachdem alle anderen Nachweise erbracht wurden,kann dies zu einem aufwendigen oder kostenintensiven Tragwerk führen. Ebensoist es wichtig, die Anforderungen des Herstellers oder Stahlbauers zu beachten.Deshalb wird empfohlen, frühzeitig Überlegungen anzustellen, welcheTragwerksteile voraussichtlich am anfälligsten auf Ermüdung reagieren werden,Vorsichtsmaßnahmen zu diskutieren und die möglichen Konsequenzen fürFertigung und Montage zu identifizieren. Besonders die Einbringung von Löchernoder der Einsatz von Hebevorrichtungen, die Herstellung und Bau erleichternsollen, sind bei der Ermüdungsbewertung zu beachten.Potentielle Ermüdungsprobleme lassen sich vermeiden, indem bei denKonstruktionsdetails insbesondere folgende Schwachpunkte vermieden werden:• scharfe Querschnittssprünge und Spannungskonzentrationen im allgemeinen,• Dezentrierungen und Exzentrizitäten,• kleine Unstetigkeiten wie Kratzer und Schleifspuren,• unnötiges Anschweißen von nebensächlichen Befestigungen, z.B. Haken,• teilweise durchgeschweißte Nähte, Kehlnähte, unterbrochene Schweißnähteund Schweißbadsicherungen,• ZündstellenObwohl Nachbehandlungstechniken wie Schweißnahtkontrollen, Schleifen derSchweißnahtwurzel oder Strahlen die Ermüdungsfestigkeit einer Verbindung imAllgemeinen verbessern, lassen sich die möglichen Vorteile bei nichtrostendenStählen nicht genau quantifizieren. Ebenso ist zu beachten, dass die genanntenTechniken sehr arbeitsintensiv sind und handwerkliches Geschick und Erfahrungerfordern. Sie sollten nur in besonderen Fällen als Entwurfsoption angesehenwerden.97

9 EXPERIMENTELLEUNTERSUCHUNGEN9.1 AllgemeinesPrüfungen von nichtrostenden Stählen und deren Bauteilen können aus einerVielzahl von Gründen erforderlich sein:• wenn die Bemessung auf der Basis tatsächlicher Materialdaten erfolgen muss(siehe Abschnitt 3.2.4),• wenn die Festigkeitserhöhung in den Ecken kaltgeformter Bauteile genutztwerden soll (siehe Abschnitte 3.2.2 und 4.7.1),• wenn die Geometrie eines Bauteils jenseits der Anwendungsgrenzen liegt (wiejene in Abschnitt 4.2),• wenn eine Anzahl von Konstruktionen oder Konstruktionsteilen auf derGrundlage von Vorversuchen ausgelegt werden sollen,• wenn die Gleichmäßigkeit der Produktion demonstriert werden soll.Für nichtrostenden Stahl gelten ebenso die üblichen Vorkehrungen und Anforderungenan Versuchsabläufe und Ergebnisauswertung wie bei Prüfungen vonBaustahl. Es wird daher im Allgemeinen empfohlen, derartige Anforderungen mithinzuzuziehen, z.B. siehe Abschnitt 5.2 und Anhang D von EN 1990 und Abschnitt9 und Anhang A von EN 1993-1-3. Jedoch gibt es besondere Aspekte hinsichtlichdes Verhaltens von nichtrostenden Stählen, denen bei der Versuchsauslegung mehrBeachtung geschenkt werden sollte, als dies bei Baustählen der Fall wäre.Folgende, kurz dargestellte Hinweise werden hierzu vorgestellt.9.2 Ermittlung der Spannungs-Dehnungs-KurveDie maßgebende europäische Norm für Materialprüfungen ist die EN 10002-1Zugversuche von metallischen Werkstoffen. Testverfahren bei Raumtemperatur.Diese Norm enthält keinerlei Details hinsichtlich der Enden derPrüfkörperabschnitte, obwohl die Schemata andeuten, dass die Endeneinzuklemmen sind. Jedoch wird empfohlen, die Belastung mit schubtragfähigenBolzen in den Enden zu realisieren. Damit soll gewährleistet werden, dass dieLasteinleitung in das Prüfstück zentrisch erfolgt und es somit möglich ist, diewirkliche Form der Spannungs-Dehnungs-Kurve aufzunehmen, ohne verfälschendeEffekte infolge vorzeitigem Fließen aus Exzentrizität mit einzubeziehen. Diegerade Art der Belastung kann durch elastische Prüfungen mit Dehnungsmessernan verschiedenen Stellen des Prüfstücks bestätigt werden.Die Auswirkungen der Belastungsgeschwindigkeiten sollte unbedingt beachtetwerden, siehe Abschnitt 3.2.2.9.3 BauteilversucheEs wird empfohlen, Bauteiltests nach Möglichkeit voll maßstäblich,durchzuführen, und die Versuchskörper mit denselben Verfahren wie dieKonstruktion herzustellen. Werden die Bauteile geschweißt, so ist der Prototyp aufdie gleiche Art zu schweißen.98

Da nichtrostende Stähle Anisotropien aufweisen, wird empfohlen die Probekörperaus Blech oder Band mit derselben Ausrichtung (d.h. in Walzrichtung oder querdazu), wie letztendlich für das Tragwerk vorgesehen, herzustellen. Ist dieAusrichtung innerhalb der Konstruktion unklar oder nicht festzustellen, kann esnotwendig sein, Versuche für beide Ausrichtungen durchzuführen und dieungünstigsten Ergebnisse zu verwenden.Nichtrostende Stähle weisen im Vergleich zu Baustählen höhere Duktilität undKaltverfestigung auf, weswegen Versuchseinrichtungen anders ausgelegt seinmüssen als bei Versuchen mit vergleichbaren Baustählen. Dies gilt nicht nur für diehöheren Kräfte, die der Prüfkolben zu leisten hat, sondern auch für die größerenVerformungswege.Es ist anzumerken, dass mit höheren Prüflasten die Kriecheffekte bedeutenderwerden, was heißen kann, dass sich Dehnungs- oder Verformungsmessungen nichtinnerhalb sinnvoller Haltezeiten stabilisieren können.Bei verfestigtem Material sollten Zug- und Druckfestigkeiten für jede Richtungermittelt werden. Die Auswertung der Versuchsergebnisse ist mit der jeweiligenFestigkeit als Bezugsgröße durchzuführen.99

10 ASPEKTE BEI DER VERARBEITUNG10.1 EinleitungDieses Kapitel dient dem Zweck, die für den Tragwerksplaner maßgebendenAspekte der Verarbeitung von nichtrostenden Stählen sowie Empfehlungen für dieFertigungspraxis herauszustellen. Es gestattet ebenso eine überschläglicheBeurteilung der Eignung eines Verarbeitungsbetriebs.Nichtrostender Stahl ist kein schwierig zu verarbeitender Werkstoff. Jedochunterscheidet er sich in mancherlei Weise von Kohlenstoffstahl, wobei dieBeachtung dieser Unterschiede von entscheidender Bedeutung für dieErgebnisqualität ist. Viele Verarbeitungs- und Fügeprozesse sind denen vonBaustahl ähnlich, jedoch erfordern die spezifischen Eigenschaften vonnichtrostenden Stählen häufig besondere Beachtung. Es ist wichtig, bereits zuAnfang eines Projektes zielgerichtete Gespräche zwischen Tragwerksplaner undVerarbeitungsbetrieb zu führen, um sicherzustellen, dass geeigneteVerarbeitungspraktiken angewandt werden können und auch tatsächlich eingesetztwerden.Das vorrangige Ziel ist der Erhalt der Korrosionsbeständigkeit des Stahls. In allenStadien der Lagerung sowie der spanenden und umformenden Verarbeitung müssenVorkehrungen getroffen werden, um Einflüsse zu minimieren, welche die Bildungder sich selbst regenerierenden Passivschicht gefährden. Besondere Sorgfalt ist beiWiederherstellung der vollständigen Korrosionsbeständigkeit von geschweißtenBereichen notwendig. Die erforderlichen Maßnahmen sind einfach und gehören imAllgemeinen ohnehin zur gängigen Fertigungspraxis.Das gute Erscheinungsbild der Oberfläche muss während des gesamtenFertigungsprozesses erhalten bleiben. Oberflächenfehler sind nicht nurunansehnlich, sie sind auch unter technischen Gesichtspunkten inakzeptabel und inder Regel nur mit viel Zeitaufwand und hohen Kosten zu beheben. Während beiBaustahl solche Oberflächenfehler normalerweise unter Anstrichen verdecktwerden, ist dies bei nichtrostenden Stählen nur selten möglich.Die konstruktive Gestaltung kann durch die verfügbaren Werkstoffe beeinflusstwerden. Es ist zu beachten, dass bei nichtrostenden Stählen die zur Verfügungstehende Produktpalette begrenzter ist als bei Kohlenstoffstahl. Dieser Umstandführt zu einem erhöhten Einsatz von kaltgeformten und geschweißten Bauteilen alsim allgemeinen Stahlbau üblich. Auch werden aufgrund der begrenztenKantbanklängen nur relativ kurze Längen hergestellt, was zu vermehrtenStoßstellen führt. Bei der Detaillierung von Anschlüssen ist aufSchraubenlochspiele nahe Biegeradien und potentielle Passprobleme aufgrund vonSchweißverzug zu achten.Hinweise zur Fertigung und Montage sind in ENV 1090-6 Ausführung vonTragwerken aus Stahl, Ergänzende Regeln für nichtrostende Stähle enthalten. DieseNorm wird derzeit überführt in EN 1090 Ausführung von Stahltragwerken undAluminiumtragwerken. EN 1090-1 wird Regeln enthalten für die CE-Kennzeichnungvon Stahltragwerken. EN 1090-2 wird Ausführungsklassen in Abhängigkeitvon der Tragwerksart enthalten; bestimmte Fertigungs- und Montageanforderungenwerden im Zusammenhang mit den unterschiedlichen Ausführungsklassen stehen.Es ist zu erwarten, dass EN 1090-2 Anfang 2007 zur formalen Abstimmungeingereicht wird.100

Die maßgebende Norm zum Schweißen von nichtrostenden Stählen ist EN 1011-3Empfehlungen zum Schweißen metallischer Werkstoffe, Lichtbogenschweißen vonnichtrostenden Stählen10.2 Lagerung und BearbeitungAllgemein gilt bei der Lagerung und Bearbeitung von nichtrostenden Stählen imVergleich zu Baustählen eine erhöhte Sorgfaltspflicht, um Beschädigungen derOberfläche (besonders bei blankgeglühten oder polierten Oberflächen) undVerunreinigungen durch Baustahl und andere eisenhaltige Partikel zu vermeiden.Lagerung und Bearbeitungsverfahren sind zwischen den jeweiligenVertragspartnern im Vorfeld eines jeden Verarbeitungsschritts so abzustimmen,dass auch besondere Erfordernisse erfüllt werden können. Die Verfahren solltenzum Beispiel folgende Punkte berücksichtigen:• Das Material sollte unmittelbar nach Erhalt auf Oberflächenbeschädigungeninspiziert werden.• Das Material weist häufig eine Schutzfolie z.B. aus Plastik auf. Diese solltesolange wie möglich dort belassen und erst kurz vor dem letzten Arbeitsgangentfernt werden. Die Schutzfolie sollte erforderlichenfalls bereits bei derAusschreibung vorgesehen werden (z.B. bei blankgeglühten Oberflächen).• Lagerung unter salzhaltigen, feuchten Luftbedingungen ist zu vermeiden.Lagergerüste dürfen keine Kontaktflächen aus Baustahl aufweisen und solltendeswegen mit Lattungen oder Ummantelungen aus Holz, Gummi oder Plastikabgedeckt werden. Bleche sind vorzugsweise vertikal zu lagern; horizontalgestapelte Bleche werden häufig begangen, was zu Verschmutzungen undOberflächenbeschädigung führen kann.• Hebewerkzeuge aus Baustahl, z.B. Ketten, Haken und Klemmen sind nicht zuverwenden. Durch den Einsatz von Trennlagen oder Saughebevorrichtungenwird Fremdeisenverunreinigung verhindert. Die Hubvorrichtungen beiGabelstaplern sind ebenfalls abzudecken.• Kontakt mit Chemikalien einschließlich größerer Öl- und Fettmengen (dieauch zu Verfärbungen führen können) ist zu vermeiden.• Idealerweise sollten Baustahl und nichtrostender Stahl in getrenntenArbeitsbereichen verarbeitet werden. Für nichtrostende Stähle sollten separateWerkzeugsätze zum Einsatz kommen (dies gilt insbesondere für Schleifmittelund Drahtbürsten). Es ist hier anzumerken, dass Drahtbürsten und Drahtwolleaus nichtrostendem Stahl bestehen und generell eine mindestens ebenso hoheKorrosionsbeständigkeit aufweisen sollten wie das Werkstück (z.B. keinEinsatz von Bürsten aus ferritischem nichtrostendem Stahl auf Austeniten)• Als Vorsichtsmaßnahme während Verarbeitung und Montage ist es ratsam,nach Schneidvorgängen scharfkantige Grate zu entfernen.• Die Anforderungen an den Oberflächenschutz während des Transports sind zubeachten.10.3 FormgebungAustenitische nichtrostende Stähle weisen eine erhebliche Verfestigung beimKaltumformen auf. Diese Eigenschaft kann sowohl nützlich sein, wenn beimFormrecken große Verformungen ohne Gefahr vorzeitiger Rissbildung ermöglichtwerden, als auch nachteilig, besonders während der maschinellen Bearbeitung,101

wenn besondere Schnittvorschubgeschwindigkeiten gefordert sind. Das Maß derVerfestigung variiert bei unterschiedlichen Stahlsorten, zum Beispiel liegt das Maßder Verfestigung bei der Sorte 1.4318 höher als bei anderen im Bauwesenverwendeten Stahlsorten.10.3.1 SchneidenVerglichen mit anderen Werkstoffen ist nichtrostender Stahl ein relativ teurerWerkstoff. Es gilt daher, unnötigen Verschnitt zu vermeiden und die Bleche optimalauszunutzen. Erhöhter Verschnitt kann anfallen, wenn das Material gerichteteSchliffe (oder richtungsgebundene Muster) aufweist, die während der Verarbeitungbeibehalten werden müssen. Aufgebrachte Markierungen sind erfahrungsgemäßschwer zu entfernen oder hinterlassen Verfärbungen, wenn sie statt auf dieSchutzfolie direkt auf der Oberfläche vorgenommen werden; es sollte daherüberprüft werden, ob die Marker auch leicht und ohne Rückstände zu entfernensind.Nichtrostender Stahl kann mit den meisten üblichen Verfahren getrennt werden,z.B. durch Schneiden und Sägen, allerdings sind die erforderlichen Kräfte aufgrunddes Verfestigungsverhaltens größer als bei Baustahl. Nach Möglichkeit sollte derZuschnitt (wie die Bearbeitung im Allgemeinen) in weichgeglühtem Zustanderfolgen, um Verfestigungseffekte zu begrenzen und die Werkzeugabnutzung zuverringern.Für gerade Schnitte ist der Einsatz von Schneidmaschinen üblich. BeiSchneidmaschinen mit offenen Rändern kann ein Schnitt erzeugt werden, derlänger ist als die Schneidblätter, obgleich hierbei das Risiko kleiner Versprünge inden Schnittkanten besteht.Plasma-Lichtbogen-Techniken kommen ebenfalls zum Einsatz. Sie sind beimSchneiden von dicken Blechen und Profilen sinnvoll, bei denen die Schnittkantenohnehin nachbehandelt werden müssen, z.B. im Rahmen derSchweißnahtvorbereitung. Brennschneiden ist beim Zuschneiden vonnichtrostenden Stählen ungünstig, es sei denn, es wird Pulverbrennschneidenverwendet.10.3.2 KaltumformenNichtrostender Stahl wird durch die gängigen Kaltumformtechniken wie Biegen,Walzprofilieren, Kanten und Tiefziehen vorgeformt. Im Bauwesen ist das Abkantendie am häufigsten angewandte Technik. Bei dünnwandigen Serienerzeugnissen istdas Rollprofilieren oft wirtschaftlicher.Wie bereits erwähnt, sind die erforderlichen Kräfte bei nichtrostenden Stählenaufgrund der Verfestigungseigenschaften größer als bei Baustählen (um etwa 50%bei Austeniten und noch mehr bei Duplex-Stählen). Auch müssen nichtrostendeStähle stärker überbogen werden als Baustähle, um Rückfederungseffekte zuberücksichtigen. Bei komplexen Profilgeometrien ist es oft ratsam, denVerarbeitungsbetrieb so früh wie möglich in den Entwurf mit einzubeziehen.Die hohe Duktilität von nichtrostenden Stählen lässt kleine Biegeradien zu, dieetwa der halben Dicke des geglühten Materials entsprechen können. Jedoch wirdim Allgemeinen empfohlen, mindestens folgende Innenradien anzusetzen:2t bei Austeniten2,5t bei Duplex-Stählenwobei t die Materialdicke ist.102

Zum Biegen von Rohren können folgende Hinweise gemacht werden:• das Verhältnis zwischen Außendurchmesser des Rohres und der Wanddickesollte kleiner sein als 15 (um kostspielige Werkzeuge zu vermeiden).• der Biegeradius (zur Schwerachse des Rohres) sollte nicht kleiner sein als 2,5dmit d als dem Außendurchmesser• die Schweißraupe sollte nahe der neutralen Faser liegen, um Biegespannungenin der Schweißnaht so klein wie möglich zu halten.10.3.3 LöcherLöcher können gebohrt oder gestanzt werden. Beim Bohren muss formschlüssiggeschnitten werden, um Verfestigungen zu vermeiden, was scharfe Bohraufsätze,korrekte Anstellwinkel und korrekte Schneidgeschwindigkeiten erfordert. Von derVerwendung eines Körners wird abgeraten, da dies die Oberfläche verfestigt.Vielmehr sollte ein Zentrierbohrer verwendet werden oder aber, falls ein Körnerzum Einsatz kommen soll, eine Ausführung mit dreiseitiger Zuspitzung. GestanzteLöcher eignen sich bei Austeniten bis zu einer Dicke von 20 mm; die höhereFestigkeit von Duplex-Stählen führt zu kleineren Grenzdicken. Der minimalestanzbare Lochdurchmesser liegt bei 2 mm über der Blechdicke. Gestanzte Löchersind unter korrosionfördernden Umweltbedingungen aufgrund der verfestigtenLochkante zu vermeiden.10.4 Schweißen10.4.1 EinleitungDas Schweißen von Austeniten und Duplex-Stählen wird überwiegend erfolgreichunter Anwendung der bekannten Verfahren durchgeführt, vorausgesetzt dassgeeignete Zusätze verwendet werden. Allgemein ist Sauberkeit wichtig für einegute Schweißnahtqualität. Öle oder andere Kohlenwasserstoffe undWachsmarkierungen sind wegen ihrer möglichen Aufspaltung und somit demRisiko der Bildung von Kohlenstoffverbindungen zu entfernen. Die Naht sollte freisein von Zink, einschließlich solchem aus galvanisierten Produkten, sowie Kupferund seinen Legierungen. (Mit Schweißbadsicherungen aus Kupfer ist sorgfältigumzugehen; eine Kerbe sollte in der Schiene unmittelbar an das Schweißbadangrenzend vorgesehen sein.)Im Vergleich zu Baustählen ist es bei nichtrostenden Stählen wichtiger, Spalte zuvermeiden, in denen Spaltkorrosion auftreten könnte (siehe Abschnitt 3.7.2).Schweißnahtfehler wie Einbrandkerben, mangelhafte Durchschweißung, Schweißspritzer,Schlacke und Verzunderung sind hier potentielle Ursachenherde und somitzu minimieren.Ist das Erscheinungsbild der Schweißnaht entscheidend, so sollte der Tragwerksplanerden Zustand des fertig geschweißten Profils und die erforderliche Oberflächenausführungentsprechend spezifizieren. Dies kann das gewählte Schweißverfahrensowie die Nachbehandlung der Schweißnaht beeinflussen. Schweißnähtesind so zu legen, dass sie auch für die erforderliche Nachbehandlung zugänglichsind.Wärmeeinbringung und Temperatur müssen kontrolliert werden, um Verzug (sieheAbschnitt 10.4.4) und eventuell unerwünschte Gefügeveränderungen zu vermeiden(siehe Abschnitt 10.4.5).103

Schweißen ist entsprechend eines qualifizierten Schweißprozesses gemäß einerNorm wie EN ISO 15609-1 Anforderung und Anerkennung von Schweißverfahrenfür metallische Werkstoffe, Schweißanweisung, Lichtbogenschweißen durchzuführen.Die Schweißer müssen gemäß EN 287-1 Prüfung von Schweißern – Schmelzschweißen,Stähle qualifiziert sein. Die Schweißverfahren enthalten folgendeElemente:• Den Eignungsnachweis der Schweißmethode durch detaillierte Beschreibungder Herkunft und der Prüfungsanforderungen der Schweißverfahren,• die Qualifikation der Schweißer,• die Kontrolle des Schweißablaufs während der Nahtvorbereitung, desSchweißens selbst und der Nahtnachbehandlung,• den Grad der Inspektion und die durchzuführenden, zerstörungsfreienPrüfungen,• die Abnahmekriterien hinsichtlich der zulässigen Höhe von Nahtfehlern.Bei Einhaltung der vorgesehenen Verfahren ist eine problemlose Verarbeitung zuerwarten. Jedoch sollte sich der Ingenieur stets bewusst sein, dass Schweißverzugbei nichtrostenden Stählen im Allgemeinen größer ist als bei Baustählen, siehe10.4.4.Sicherungsschweißung zwischen Mutter und Schrauben sind unzulässig, da dieWerkstoffe für ihre Festigkeit, nicht aber für ihre Schweißeignung ausgelegtwurden.10.4.2 VerfahrenWie bereits oben erwähnt, können die bekannten Fügemethoden bei nichtrostendenStählen angewendet werden. Tabelle 10.1 zeigt die Eignung unterschiedlicherVerfahren in Abhängigkeit der Materialdicke etc. Bei MIG oder WIG- Schweißensollte das Schutzgas wegen möglicher Aufspaltung, die zur Anreicherung mitKohlenstoff führt, kein Kohlendioxid enthalten und bei Duplex-Stählen istStickstoff zu vermeiden.Tabelle 10.1 Schweißverfahren und ihre EignungSchweißverfahren(EN ISO 4063)111 Metalllichtbogenschweißenmit umhüllterElektrode(Lichtbogenhandschweißen)GeeigneteProdukt-formJedeaußerBlechVerbindungsartenJedeMaterialdicken3 mm (1) odergrößer131 Metall-Inertgas (MIG) Jede Jede 2 mm (1) odergrößer141 Wolfram-Inertgas Jede Jede Up to 10 mm(WIG)maximum121/122Jede Jede 3 mm (1) oderUnterpulverschweißen außergrößerBlech2 Widerstandsschweißen nurBlechJedeungefähr3 mmmaximalSchweißlagenJedeJedeGeeigneteWerkstatt-/Baustellen-BedingungenJedeJedeJede Jede (2)nurNormallagenJedeAnmerkung:1) Hängt von der Art der Schweißnaht ab.2) Ist anfälliger gegen Witterungseinflüsse als andere Verfahren, so dass entsprechendSchutzmaßnahmen getroffen werden müssen.JedeJede104

10.4.3 ZusatzwerkstoffeHandelsübliche Zusatzwerkstoffe sind so beschaffen, dass sie Schweißungen mitäquivalenter Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wie das Grundmaterial ergebenund das Risiko der Erstarrungsrissbildung minimieren. Bei speziellen Anwendungsfällen,z.B. unter ungewöhnlich aggressiven Umgebungsbedingungen oderbei Forderung unmagnetischer Eigenschaften, sollten der Stahlhersteller und derProduzent des Zusatzwerkstoffs konsultiert werden. Alle Zusatzwerkstoffe sind vorVerunreinigungen zu schützen und entsprechend der Instruktionen des Herstellerszu lagern.Alle Schweißzusatzwerkstoffe müssen den Anforderungen von EN 1090-2entsprechen.10.4.4 SchweißverzugNichtrostender Stahl erleidet wie andere Metalle infolge des SchweißvorgangsVerzug. Die Verwerfungsarten (Verkrümmungen, Schrumpfen etc.) sind in ihrer Artdenen von Konstruktionsteilen aus Baustahl sehr ähnlich. Jedoch ist der Verzug beinichtrostenden Stählen, besonders bei Austeniten, aufgrund des höherenAusdehnungskoeffizienten und der geringeren Wärmeleitfähigkeit (was zu steilerenTemperaturgradienten führt) größer als bei Baustahl, siehe Abschnitt 3.3.Schweißverzug kann nur begrenzt, aber nicht vollständig vermieden werden.Nachfolgende Vorkehrungen können durch den Tragwerksplaner und denVerarbeitungsbetrieb getroffen werden:Vorkehrungen durch den Tragwerksplaner• Schweißverbindungen konstruktiv vermeiden,• Häufigkeit von Schweißungen minimieren,• Verkleinerung der Nahtflächen, z.B. durch Doppel-V-, U- oder Doppel-U-Nahtvorbereitungen bei dicken Querschnitten anstelle von einfachen V–Nahtvorbereitungen,• Vorsehen symmetrischer Verbindungen,• Einplanung großzügigerer Toleranzen bei der Dimensionierung.Vorkehrungen des Verarbeitungsbetriebs• Einsatz wirksamer Einspannvorrichtungen. Nach Möglichkeit sollten dieseunter anderem aus Kupfer- oder Aluminiumleisten bestehen, die dazubeitragen, die Hitze aus dem Schweißnahtbereich abzuleiten.• Ist wirkungsvolles Einspannen nicht möglich, können unterbrocheneHeftschweißungen in regelmäßiger Folge zum Einsatz kommen.• Es ist sicherzustellen, dass vor der Schweißung gute Passgenauigkeit undAusrichtung erzielt werden.• Die Wärmeeinbringung ist, soweit bei dem jeweiligen Schweißverfahrenmöglich, zu begrenzen.• Optimale Schweißfolge beachten (z.B. Blockschweißungsfolgen).10.4.5 Metallurgische BetrachtungenAußer für einige entscheidenden Faktoren ist es an dieser Stelle nicht möglich, dieMetallurgie von nichtrostenden Stählen vollständig abzuhandeln.105

Bildung von Ausscheidungen bei austenitischen nichtrostendenStählenBei austenitischen Stählen ist die Wärmeeinflusszone relativ resistent gegenüberKornvergröberung und dem Ausfällen spröder intermetallischer Phasen. DerSchweißvorgang ist üblicherweise so organisiert, dass der Verbleib im kritischenTemperaturbereich (450 - 900°C) begrenzt wird. Übermäßig vieleSchweißreparaturen erhöhen natürlich die Zeitdauer, daher sollten dreiReparaturschweißungen nicht überschritten werden.Die Bildung von Chromkarbid-Ausscheidungen und damit auch ein gewisserVerlust an Korrosionsbeständigkeit wird in 3.7.2 Interkristalline Korrosiondiskutiert, wo dargestellt wird, dass bei Austeniten mit geringem Kohlenstoffgehaltnormalerweise keine Probleme auftreten (z.B. 1.4307 und 1.4404). Allerdingskönnen Schweißversprödungseffekte bei Standardkohlenstoffstahlgüten inVerbindung mit geschweißten Konstruktionen mit Blechdicken größer als 10 mmbeobachtet werden.Erstarrungsrissbildung bei austenitischen StahlsortenErstarrungsrisse bei Schweißnähten können vermieden werden, wenn der Schweißnahtaufbaueinen Ferritanteil von annähernd 5% aufweist. Die Stahlherstellerstimmen Zusammensetzung und Wärmebehandlung der gebräuchlichen Stahlsortenso aufeinander ab, dass sie im Lieferzustand nahezu kein Ferrit enthalten, aberbeim Autogenschweißen (d.h. beim Schweißen ohne Zusatzwerkstoffe) genügendFerrit bilden. Dennoch ist es auch beim Autogenschweißen ratsam,Wärmeeinbringung, Zwischenlagentemperatur und sonstige potentiellqualitätsmindernde Faktoren zu minimieren, um die Rissbildungswahrscheinlichkeitzu verringern. Bei größeren Wandstärken werdenSchweißzusatzwerkstoffe hinzugefügt, wobei qualitativ hochwertige Zusätzezusätzlich dazu beitragen, dass sich der entsprechende Ferritgehalt einstellt.Normalerweise ist es nicht notwendig, den genauen Ferritgehalt messtechnisch zuerfassen; entsprechende Schweißverfahren und Zusatzwerkstoffe stellen in derRegel sicher, dass Erstarrungsrisse nicht auftreten.Versprödung von Duplex-StahlsortenDuplex-Stähle sind gegenüber der 475°C und der σ-Phasen-Versprödung empfindlich.Ersteres stellt sich ein, wenn die Stahltemperatur im Bereich zwischen 550°Cund 400°C gehalten oder innerhalb dieser Grenzen langsam heruntergefahren wird,was zu höherer Zugfestigkeit und Härte aber auch zur Abnahme von Duktilität undKerbschlagzähigkeit führt. Letzteres kann sich nach langem Halten, aber auchschon (abhängig von der Zusammensetzung und dem thermomechanischenZustand des Stahls) nach etwa einer halber Stunde im Temperaturbereich zwischen565°C und 900°C einstellen. Die Effekte infolge der σ-Phasen-Versprödung sindbei Raumtemperatur am größten. Beide Arten der Versprödung haben nachteiligeAuswirkungen auf Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit.Sowohl die 475°C- als auch die σ-Phasen-Versprödung können durch genaueEinhaltung der Verfahrensschritte begrenzt werden; als maximaleZwischenlagentemperatur wird 200°C vorgeschlagen. Beim Schweißen vonschweren, kompakten Querschnitten ist besondere Sorgfalt angebracht.Um Versprödungen zu vermeiden, wird von langem Halten bei Temperaturen über300°C abgeraten.106

10.4.6 NachbehandlungBei Konstruktionen ist Schweißen die sowohl technisch wie wirtschaftlich besteVerbindungsart. Wie in den folgenden Abschnitten diskutiert wird, ist eineNachbehandlung im Allgemeinen notwendig, besonders dann, wenn Lichtbogenschweißverfahrenzum Einsatz gekommen sind. Um das geeignetste Verfahrenauszuwählen und die entstehenden Kosten zu minimieren, ist es wichtig, diegeforderten Nachbehandlungsmethoden bereits im Vorfeld festzulegen. Abschnitt10.6 enthält Oberflächenausführungen zu allen geläufigen Verarbeitungsarten.Die am häufigsten angewandten Verfahren sind Bürsten und Schleifen. Dernachzubearbeitende Bereich ist durch den Verarbeitungsbetrieb zu minimieren undnach Möglichkeit auf Bürsten zu beschränken, damit die durchs Schleifen erzeugteHitze die Korrosionsbeständigkeit nicht beeinträchtigt. Es ist zu bemerken, dass dieBürsten aus nichtrostendem Stahl hergestellt sein sollten (siehe Abschnitt 10.2).Jegliche Spuren von Anlauffarben sollten nach Möglichkeit entfernt werden.Allerdings können gelbliche Verfärbungen hinnehmbar sein, wenn die verwendeteStahlsorte hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit, gemessen an denvorliegenden Einsatzbedingungen, deutlich auf der sicheren Seite liegt. Ist diesnicht der Fall oder sind Verfärbungen aus ästhetischen Gründen nicht akzeptabel,können sie durch Beizen oder Glasperlenstrahlen entfernt werden. Beizen kanndurch Tauchen oder durch den Einsatz von Pasten entsprechend derHerstelleranweisung durchgeführt werden.Das Strahlen der Schweißnahtoberfläche (mit Strahlgut ohne Eisenanteil) ist einegünstige Nachbehandlungsart. Hierdurch werden Druckspannungen in dieOberfläche eingetragen, was die Ermüdungsfestigkeit, die Beständigkeit gegenSpannungsrisskorrosion und das ästhetische Erscheinen verbessert. Jedoch könnendiese verbesserten Eigenschaften nicht auch dazu herangezogen werden, dieErmüdungsbeständigkeit höher einzustufen.Das Entfernen von Metall durch spanende Bearbeitung erhöht in der RegelEigenspannungen und somit auch den Verzug bei geschweißten Konstruktionen.Falls der Verzug die geometrischen Toleranzen überschreitet, wird ein Warmrichtender Bauteile erforderlich. Allgemein ist Warmrichten aber nur bei kleinerenBauteilen praktikabel und auch dort nur für Stahlsorten mit niedrigemKohlenstoffgehalt, die weniger anfällig für Sensibilisierung sind (siehe Abschnitt3.7.2) wie z.B. die Stähle 1.4307 und 1.4404 oder stabilisierte Sorten wie 1.4541und 1.4571.10.4.7 SchweißnahtprüfungTabelle 10.2 enthält die gebräuchlichsten Prüfungsverfahren bei Schweißungen ausnichtrostendem Stahl und Baustahl.Die Methoden kommen in Abhängigkeit vom geforderten Grad derLastbeanspruchung und Korrosionsbeständigkeit zur Anwendung. Jedoch solltenwährend des Schweißprozesses visuelle Prüfungen durchgeführt werden, dahierdurch viele Probleme bei der weiteren Verarbeitung vermieden werden können.Untersuchungen der Oberflächen sind bei nichtrostenden Stählen wichtiger als beiBaustählen, da nichtrostender Stahl überwiegend bei korrosiven Einflüsseneingesetzt wird und schon ein kleiner Oberflächenfehler die Anfälligkeit gegenüberkorrosivem Angriff erhöhen kann.107

Tabelle 10.2 Prüfverfahren für SchweißnähteArt derzerstörungsfreienPrüfungOberflächigVolumetrischAustenitischenichtrostende StähleOptischDPIRöntgenstrahlenGammastrahlenDuplex-StähleOptischDPIMPIRöntgenstrahlenGammastrahlenFarbeindringprüfung (DPI – Dye penetrant inspection)Magnetpulveruntersuchung (MPI – Magnetic particle inspection)BaustähleOptischDPIMPIRöntgenstrahlenGammastrahlenUltraschallDie Magnetpulveruntersuchung ist bei Austeniten nicht anwendbar, da diese nichtmagnetisch sind. Ultraschallverfahren sind für die Prüfung von Schweißnähten nureingeschränkt geeignet, da ihre Ergebnisse schwierig zu interpretieren sind können,jedoch lassen sie sich durchaus auf das Ausgangsmaterial anwenden. Radiographieeignet sich nicht zum Finden von Rissen oder Bindefehlern bei nichtrostendenStählen mit Materialdicken kleiner als 10 mm.10.5 Verschleiß und AnfressungenWerden Oberflächen unter gegenseitiger Reibbewegung zueinander aufeinandergedrückt, können infolge örtlichen Festhaftens und OberflächenbruchVerschweißungen auftreten. In einigen Fällen hat dies schweißähnlicheVerklebungen und ein Anfressen zur Folge. Folgende Vorkehrungen können dasRisiko des Fressens vermindern.• Verwendung unähnlicher nichtrostender Standardstahlsorten (d.h. von Stählen,die sich in ihrer Zusammensetzung, Verfestigungsgeschwindigkeit und Härteunterscheiden). Zum Beispiel können Stähle der Klassen A2 und C2, A4 undC4 oder A2 und A4 sowie Schrauben-Mutter-Kombination gemäß EN ISO3506 verwendet werden,• erforderlichenfalls Einsatz einer speziellen, hochfesten Legierung für eineKomponente oder Oberflächenhärte,• Verwendung von Gleitmitteln, die dem Fressen entgegenwirken.Es ist darauf zu achten, dass im Fall von Mischverbindungen oder Beschichtungensichergestellt sein muss, die geforderte Korrosionsbeständigkeit derGesamtkonstruktion zu erhalten. Das Einfetten von Schrauben kann hilfreich sein,es kann aber auch Verunreinigungen begünstigen und Probleme bei der Lagerungdarstellen.Es wird empfohlen, kaltverfestigtes Schraubenmaterial mindestens in Festigkeitsklasse70 zu wählen (siehe Tabelle 3.3). Das Schraubenmaterial sollte aufgrund derGefahr des Fressens nicht in weichgeglühtem Zustand eingesetzt werden. DieWahrscheinlichkeit des Fressens wird gesenkt, wenn gewalzte anstelle vongeschnittenen Gewinden eingesetzt und enge Gewindegänge und passgenaueGewinde vermieden werden.10.6 NachbearbeitungDie Oberflächengüte von nichtrostenden Stahlen ist ein wichtigesEntwurfskriterium und ist entsprechend der architektonischen oder funktionellenEigenschaften eindeutig festzuschreiben. Je hochwertiger der Oberflächenzustandsein soll, desto höher sind die Kosten. Dabei zahlt es sich aus, bereits in108

vorgelagerten Schritten, z.B. bei der Lagerung und beim Schweißen, dieOberflächen zu schützen. Arbeitsökonomische Konstruktion ist der Schlüssel zurKostenreduzierung. Wird zum Beispiel bei einem Geländer, das aus zwei Rohrenbesteht, die Schweißverbindung zwischen den Rohrenden verdeckt innerhalb einerStütze positioniert, vermindern sich die Bearbeitungskosten bei gleichzeitigerVerbesserung des Erscheinungsbildes.Die Stahloberfläche sollte wieder in ihren ursprünglichen korrosionsbeständigenZustand gebracht werden, indem Anlauffarben und Fremdeisen entfernt werden.Säurebeizen entfernt Zunder oder lockert ihn soweit, dass er abgeschliffen werdenkann, und löst auch eingeschlossene Eisen- oder Kohlenstoffstahlpartikel.Abrasive Behandlungen wie Schleifen oder Polieren führen zu gerichtetenSchliffbildern, so dass sich der optisch nahtlose Übergang zwischennachbehandelter Schweißnaht einerseits und Blech oder Rohr mit werksseitigerOberfläche andererseits schwierig gestalten kann. Die geeignete Oberflächen-Behandlungstechnik muss ggf. durch Versuche ermittelt werden.Durch elektrolytisches Polieren wird eine dünne Oberflächenschicht entfernt. Eskann eine ganze Bandbreite von matten bis hochglänzenden Oberflächenbeschaffenheitenerzielt werden, was zum Großteil von der ursprünglichenMaterialoberfläche abhängt.Es existieren weitere Verfahren der Oberflächenbehandlung (elektrolytischerAuftrag, metallische Überzüge, Polieren, Ätzen, Färben und Schwärzen), diejedoch im Bauwesen nur selten zum Einsatz kommen, und auf die deswegen hiernicht weiter eingegangen werden soll.Besonders wird an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass die Oberflächeim montierten Zustand frei von jeglichen Fremdeisen-Verunreinigungen sein muss.Besondere Beachtung muss der möglichen Verunreinigung aufgrund vonStahlbauarbeiten in unmittelbarer Nachbarschaft geschenkt werden, insbesondere,wenn dabei Schleifstaub anfällt. Entweder ist der nichtrostende Stahl durch einegeeignete abziehbare Plastikfolie zu schützen oder es sollte in denVertragsunterlagen eine Schlussreinigung nach Fertigstellung vereinbart werden.109

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APPENDIX A ZUORDNUNG DERBEZEICHNUNGEN VONNICHTROSTENDENSTÄHLENTabelle A.1 enthält die Zuordnungen zwischen den Bezeichnungen der EN 10088und den deutschen, britischen, französischen, italienischen, schwedischen und US-Bezeichnungen.111

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Tabelle A.1 Zuordnung der unterschiedlichen Bezeichnungen für nichtrostende Stähle (nach europäischen und früheren nationalen Normen)113Stahlsorte gemäß EN 10088 Deutschland (DIN) UK Frankreich Italien Schwede Spanien USAnName Nr Name Nr. BSI AFNOR UNI SIS UNE AISI UNSX5CrNi18-10 1.4301 X5 CrNi 18 10 1.4301 304 S 15 Z 6 CN 18-09 X5 CrNi 18 10 2332 3504 304 S 30400304 S 16304 S 312333X2CrNi19-11 1.4306 X2 CrNi 19 11 1.4306 304 S 11 Z 2 CN 18-10 X2 CrNi 18 11 2352 3503 304 L S 30403X2CrNi18-9 1.4307 - - - - - - - -X6CrNiTi18-10 1.4541 X6 CrNiTi 18 10 1.4541 321 S 31 Z 6 CNT 18-10 X6 CrNiTi 18 11 2337 3523 321 S 32100X5CrNi Mo17-12-2 1.4401 X5CrNiMo 17 12 2 1.4401 316 S 31 Z 6 CND 17-11 X5 CrNiMo 17 12 2347 3534 316 S 31600X2CrNiMo17-12-2 1.4404 X2CrNiMo 17 13 2 1.4404 316 S 11 Z 2 CND 17-12 X2 CrNiMo 17 12 2348 3533 316L S 31603X2CrNiMo17-12-3 1.4432 - - - - - - -X2CrNiMo18-14-3 1.4435 X2 CrNiMo 18 14 3 1.4435 316 S 13 Z 2 CND 17-13 X2 CrNiMo 17 13 2353 3533 316 L S 31603X1NiCrMoCu25-20-5 1.4539 X1 NiCrMoCuN 25 20 5 1.4539 - Z 1 CNDU 25-20 2562 - 904 L N 08904X6CrNiMoTi17-12-2 1.4571 X6 CrNiMoTi 17 12 2 1.4571 320 S 31 Z 6 CNDT 17-12 X6 CrNiMoTi 17 12 2350 3535 316 Ti S 31635X2CrNin18-10 1.4311 X2 CrNiN 18 10 1.4311 304 S 61 Z 2 CN 18-10 Az - 2371 - 304 LN S 30453X2CrNiMoN17-11-2 1.4406 X2 CrNiMoN 17 12 2 1.4406 316 S 62 Z 2 CND 17-12 Az - - - 316 LN S 31653X2CrNiMoN17-13-5 1.4439 X2 CrNiMoN 17 13 5 1.4439 - - - - - 317 LMN S 31726X1NiCrMoCuN25-20-7 1.4529 X1 NiCrMoCuN 25 20 6 1.4529 - - - - - - -X2CrNiN18-7 1.4318 X2 CrNiN 18 7 1.4318 - - - - - 301 LN -X2CrNiMoN22-5-3 1.4462 X2 CrNiMoN 22 5 3 1.4462 Duplex2205(302 LN)Z 2 CND 22-5 Az - 2377 - - S 31803

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APPENDIX B BIEGEDRILLKNICKENB.1 Allgemeiner FallDas ideal-elastische Biegedrillknickmoment M cr , ist bei einem Träger mit gleichbleibendemQuerschnitt:⎛1/ 22⎜ ⎡ 2π EI⎤z⎛ k ⎞= ⎜ ⎢ +( ) ⎜ ⎢⎜z I⎟wMcrC1222 g 3 jkzL⎥⎝ ⎣⎝kw⎠ I z π EI z⎦2 g 3 jhierin ist:2( kzL) GI t2+ ( C z − C z ) ⎥ − ( C z − C z )C 1 , C 2 und C 3 jeweils ein Beiwert, der Belastung und Lagerungsbedingungenberücksichtigt, siehe Tabelle B.1 und B.2.,I tI wI zdas Torsionsflächenmoment 2. Grades,das Wölbflächenmoment 2. Grades,das Flächenmoment 2. Grades bezüglich der schwachen Achse,k z und k w jeweils der effektive Längenbeiwert,Ldie Trägerlänge zwischen seitlichen Festhaltungen,z g = z a & z s ,z az sz j =der Abstand des Angriffspunkts der Querbelastung,der Abstand zum Schubmittelpunkt,z2 2( y z )∫ z +dAAs− .2 IyBei der Berechnung von z j wird das Maß z für den Druckflansch negativ; z j wirdpositiv, wenn der Flansch mit dem größeren Wert für I z an der Stelle des größtenBiegemoments im Druckbereich liegt. Es wird angemerkt, dass für Querschnittemit gleichen Flanschen einschließlich aller gleichflanschigen U- und Z-Profilez j = 0 gilt.Bei Lasten in Richtung der positiven z-Achse ist z g negativ, wenn der Lastangriffoberhalb des Schubmittelpunkts liegt. Allgemein kann gesagt werden, dass z g beiLasten, die durch den Schubmittelpunkt weisen, negativ ist. Es soll hier angemerktsein, dass bei seitlicher Halterung der Last z g = 0 gilt.Die Längenbeiwerte k z und k w liegen zwischen 0,5, für beidseitig volleEinspannung, und 1,0, für beidseitig gelenkige Lagerung, mit 0,7, für gelenkigeLagerung auf der einen und eingespannt auf der anderen Seite. Die normalenRandbedingungen lauten:k z = k w = 1,0- seitlich gehalten, in der Belastungsebene frei verdrehbar- Verdrehungen um die Längsachse behindert, nicht wölbbehindertDer Beiwert k z bezieht sich auf die Endverdrehungen in der Belastungsebene undist analog zum Verhältnis l/L bei Druckgliedern. Der Beiwert k w erfasst die⎞⎟⎟⎟⎠115

Endverwölbungen. Werden keine besonderen Maßnahmen der Wölbbehinderunggetroffen, so ist k w mit 1,0 anzusetzen.Tabelle B.1Werte für C 1und C 3bezogen auf die Beiwerte für dieeffektive Länge k z: Belastung durch RandmomenteRandmomente undLagerungsbedingungenMψMMomentenverlaufWertk zC 1BeiwerteC 3ψ 0 ψ 0f ≤f >1,0 1,00 1,000ψ = +1 0,5 1,05 1,0191,0 1,14 1,000ψ = +¾ 0,5 1,19 1,0171,0 1,31 1,000ψ = +½ 0,5 1,37 1,0001,0 1,52 1,000ψ = +¼ 0,5 1,60 1,0001,0 1,77 1,000ψ = 0 0,5 1,86 1,0001,0 2,06 1,000 0,850ψ = - ¼ 0,5 2,15 1,000 0,650ψ = - ½1,0 2,35 1,000 1,3− 1,2 ψ f0,5 2,42 0,950 0,77− ψ fψ = - ¾1,0 2,60 1,000 0,55− ψ f0,5 2,57 0,850 0,35− ψ f1,0 2,60 ψ fψ = - 1 0,5 2,45 0,125− 0,7ψf− − ψ f−0,125− 0,7ψf116

Tabelle B.2Werte für C 1, C 2und C 3bezogen auf die Beiwerte für dieeffektive Länge k z: Arten der QuerbelastungBelastungs- undLagerungsbedingungenMomentenverlaufq 1,00,5F 1,00,5F F 1,00,5WertBeiwertek z C 1C 2C 31,120,971,351,051,040,950,450,360,590,480,420,310,5250,4780,4110,3380,5620,539Es soll hier angemerkt werden, dass die Tabellen B.1 und B.2 nur im Falleinfachsymmetrischer Profile gelten mit − 0,9≤ ψ f ≤ 0, 9 ,Ifc− I ftwobei ψ f = ist.I + Ifcfthierin ist:I fc das Flächenmoment 2. Grades des Druckflanschs bezogen auf dieschwache Querschnittsachse,I ftdas Flächenmoment 2. Grades des Zugflanschs bezogen auf die schwacheQuerschnittsachse,ψ 0 bei doppelt symmetrischen Querschnitten,f =ψ 0 bei einfach symmetrischen Querschnitten, wenn der größere Flanschf >gleich dem Druckflansch ist,ψ 0 bei einfach symmetrischen Querschnitten, wenn der kleinere Flansch derf

Mcr⎛1/ 22⎞⎜ ⎡ 22π EI( )⎤ ⎟z⎛ k ⎞⎜ ⎢ + + ( ) ⎥ − ⎟( ) ⎜ ⎢⎜z I= ⎟w kzL GI t2C1C22z2g C2zgkzL⎥ ⎟⎝ ⎣⎝kw⎠ I z π EI z⎦ ⎠Bei Belastung durch Randmomente und Querlasten mit Lastangriff imSchubmittelpunkt ist C 2 z g =0. In diesen Fällen gilt:Mcr= C12π EIz2( k L)z⎡⎛k⎢⎢⎜⎣⎝kzw⎞⎟⎠2IIwz+( k L)2z GI t2π EI z⎤⎥⎥⎦1/ 2Unter normalen Lagerungsbedingungen an beiden Enden ist k z =k w =1,0:Mcr2π EI= C12Lz⎡ I⎢⎢⎣Iwz+2L GI2π EItz⎤⎥⎥⎦1/ 2118

APPENDIX C MATERIALWERTE ZURBERECHNUNG VONVERFORMUNGENDer Sekantenmodul E S zur Berechnung der Verformungen (siehe Abschnitt 5.4.6)ist für das Bauteil in Hinblick auf die Ausrichtung der Walzrichtung festzustellen.Ist die Ausrichtung unbekannt, so ist der Wert für die Längsrichtung einzusetzen.Der Sekantenmodul kann folgendermaßen bestimmt werden:E S = (E S1 + E S2 )/2hierin ist:E S1 der Sekantenmodul bezogen auf den Zugflansch,E S2 der Sekantenmodul bezogen auf den Druckflansch.Die Sekantenmoduli E S1 und E S2 zur jeweiligen Ausrichtung und Spannung infolgeGebrauchslasten können mit folgender Gleichung abgeschätzt werden, indem dieKonstanten der Tabelle C.1 eingesetzt werden. Alternativ können für dieStahlsorten 1.4301, 1.4401 und 1.4462 die Werte der Tabelle C.2 entnommenwerden und wenn nötig linear interpoliert werden.EE s,i =mit i = 1,2nE ⎛ ⎞1 0 002 ⎜ σ i, Ed,ser+ ,⎟σ i, Ed,ser ⎝ f y ⎠hierin ist:σ i,Ed,ser die Spannung im Zug- oder Druckflansch infolge GebrauchslastenE = 200000 N/mm 2Als Vereinfachung kann die Variation von E S entlang dem Bauteil vernachlässigtund der sich ergebende Minimalwert für E S (bezogen auf die Maximalwerte für σ 1und σ 2 im Bauteil) für das gesamte Bauteil angesetzt werden.Tabelle C.1Konstanten zur Bestimmung des SekantenmodulsStahlsortef y1.4301 2101.4307 2001.4541 2001.4318 3301.4401 2201.4404 2201.4571 2201.4362 4001.4462 460N/mm 2 Längsrichtung Querrichtungn6,0 8,07,0 9,05,0 5,0119

Tabelle C.2Sekantenmodul zur Berechnung der Verformungen für dieStahlsorten 1.4301, 1.4401 und 1.4462Sekantenmodul (kN/mm 2 )Grade 1.4301 Grade 1.4401 Grade 1.4462Spannungsverhältnis(σ/f y )Längsrichtung Querrichtung Längsrichtung Querrichtung BeideRichtungen0,00 200 200 200 200 2000,20 200 200 200 200 2000,25 200 200 200 200 1990,30 199 200 200 200 1990,35 199 200 199 200 1970,40 198 200 199 200 1960,42 197 199 198 200 1950,44 196 199 197 199 1940,46 195 199 197 199 1930,48 194 198 196 199 1910,50 192 198 194 199 1900,52 190 197 193 198 1880,54 188 196 191 197 1860,56 185 195 189 197 1840,58 183 194 187 195 1820,60 179 192 184 194 1800,62 176 190 181 192 1770,64 172 187 178 190 1750,66 168 184 174 188 1720,68 163 181 170 185 1690,70 158 177 165 181 1650,72 152 172 160 177 1620,74 147 167 154 172 1590,76 141 161 148 166 155120

TEIL II – BEMESSUNGSBEISPIELEDieser Abschnitt enthält dreizehn Bemessungsbeispiele, die die Anwendung derBemessungsregeln veranschaulichen sollen. Die Beispiele sind:Bemessungsbeispiel 1Rundrohrprofil unter zentrischem Druck.Bemessungsbeispiel 2Geschweißtes I-Profil der Querschnittsklasse 4, druck- und biegebeansprucht.Bemessungsbeispiel 3Bemessung eines Stahltrapezprofils für Dächer der Querschnittsklasse 4,biegebeanspucht.Bemessungsbeispiel 4Ermüdungsfestigkeit einer geschweißten Verbindung eines Hohlprofils.Bemessungsbeispiel 5Geschweißter Anschluss.Bemessungsbeispiel 6Geschraubter Anschluss.Bemessungsbeispiel 7Blechträger der Querschnittsklasse 4 unter Biegung mit Schubbeulen als maßgebendesVersagen.Bemessungsbeispiel 8Stahlträger der Querschnittsklasse 4 unter Biegung, Querkraft als maßgebendeBemessungsgröße.Bemessungsbeispiel 9Kaltgeformtes U-Profil unter Biegung mit abgestuften, seitlichen Halterungen desDruckflanschs. Biegedrillknicken zwischen den Halterungen wird maßgebend.Bemessungsbeispiel 10Rechteckhohlprofil unter kombinierter Beanspruchung aus zentrischem Druck undBiegung mit 30-minütigem Feuerwiderstand.Bemessungsbeispiel 11Stahltrapezprofil für Dächer der Querschnittsklasse 4 unter Biegung – Vergleichder Bemessung kaltverfestigten Materials mit warmverformtem Material.Bemessungsbeispiel 12Gekantetes U-Profil aus kalt verfestigtem Edelstahl in einem offenen Geschossunter Biegung.Bemessungsbeispiel 13Ein Fachwerkträger aus kalt verfestigtem Edelstahl, der durch zentrischen Druckund Biegung beansprucht wird, mit 30-minütigem Feuerwiderstand.121

Die Blechträger der Beispiele 7 und 8 bestehen aus 1.4462, Die Bauteile derübrigen Beispiele hingegen aus Austeniten 1.4301 oder 1.4401.Die Verweise in den Beispielen beziehen sich, sofern nicht anderweitig vermerkt,auf die Abschnitte und Gleichungen/Formeln in diesen Bemessungshilfen.122