P 794 - Innovative Verankerung von Sandwichelementen - Neue Einsatzmöglichkeiten für den Stahlleichtbau durch die Entwicklung und Optimierung der Befestigungsmethoden

P 779 - Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und Dämmung Durch die Aufklebung von Trapezblechen auf die metallische Deckschicht von industriell gefertigten Sandwichelementen mit Polyurethan-Hartschaumkern, entsteht ein Solarkollektor, mit dem Energie an Fassaden und Dachflächen in Form von erwärmter Luft durch Sonneneinstrahlung gewonnen werden kann. Diese Sandwichbauweise mit Energie-Akkumulation, Energieverteilung und Dämmung lässt sich abkürzend mit „SEA“ bezeichnen. Vor diesem Hintergrund war im vorliegenden Forschungsprojekt die Zielstellung, mit Hilfe des beschriebenen SEA-Kollektors die praktisch gewinnbaren Energiemengen für ein ganzes Jahr zu ermitteln. Dazu wurde eine Messzelle gebaut, in die 2,0 - 4,7 m lange SEA-Kollektoren an der Südfassade und auf dem Dach integriert wurden. In der Messzelle befand sich für jeden SEA-Kollektor ein Luftsammler mit angeschlossenem Gebläse, welches einen Luftvolumenstrom von 10 bis 170 m³/h erzeugen konnte. Die Messzelle war unverschattet der Sonnenstrahlung und den natürlichen Wetterbedingungen für ein Jahr ausgesetzt. Die Messungen erbrachten grundlegende Zusammenhänge über die Betriebsparameter des SEAKollektors. Die anfänglich prognostizierten Energiegewinne konnten deutlich übertroffen werden. So wiesen die SEA-Kollektoren Energieerträge von ca. 160 kWh/(m² a) auf. Aus den Messwerten wurde die Wirkungsgradkennlinie für den SEAKollektor bestimmt, um für beliebige  Standorte und Ausrichtungen den im Mittel zu erwartenden Energieertrag berechnen zu können. Bei einer typischen Industriehalle reduziert die direkte Nutzung der erwärmten Luft als Frischluft den Energieverlust um 15%; alternativ oder auch zusätzlich ist eine indirekte Nutzung möglich. Es zeigte sich außerdem, dass der bereits gute Energieertrag des Kollektors durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft nochmals deutlich verbessert werden kann. Der SEA-Kollektor kombiniert eine einfache, kostengünstige Bauweise mit Standardsandwichelementen und Trapezprofilen. Es bietet sich eine Nutzung für große Wand- und Dachflächen in Industriehallen an. Damit werden Grundlagen zu einem neuen Stahlleichtbauprinzip für die Sandwichbauweise geschaffen und ein Beitrag zur Erhöhung der Energieeffizienz von industriellen Gebäuden in unterschiedlichen klimatischen Regionen geleistet. Das Forschungsvorhaben wurde vom Forschungsinstitut für Wärmeschutz e.V., München und von Engineering R. Koschade, Deggendorf mit fachlicherBegleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: J. Cammerer, M.H. Spitzner, S. Wagener, W. Brunner, R. Koschade, D. Greiner, M. Koschade Veröffentlichung: 2014

P 751 - Bestimmung der Tragfähigkeit von geschweißten T-Knoten aus kaltgeformten Hohlprofilen mit dreiecksförmigen Querschnitten Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird das Tragverhalten von T-Knoten mit Gurten aus dreieckigen Hohlprofilen und Streben aus rechteckigen (RHP) sowie dreieckigen Hohlprofilen untersucht. Neben der Knotentragfähigkeit werden auch architektonische und ökonomische Aspekte betrachtet. Triangular Hollow Sections (THS) sind neu entwickelte Querschnitte, bei denen Erkenntnisse zum Tragverhalten bislang ledigarelich auf sogenannten „Bird Beak“- und „Diamond Bird  Beak“-Knoten aufgebaut werden konnten. Diese weisen zwar eine geometrische Ähnlichkeit auf, das Gurtprofil ist jedoch  kein dreieckiges, sondern ein um 45° um die Längsachse gedrehtes, quadratisches Hohlprofil. Auf Grundlage experimenteller und numerischer Untersuchungen, die in den 90-iger Jahren zu diesen Knotenformen durchgeführt wurden und auf Basis  der Vorgehensweise, die zu den Bemessungsvorschriften der DIN EN 1993-1-8 von T-Knoten aus Rechteckhohlprofilen geführt haben, werden die experimentellen, numerischen und analytischen Untersuchungen für die neuartigen THS  T-Knoten festgelegt. Ein numerisches Modell für THS T-Knoten wird für die Parameterstudien erarbeitet und anhand von Vorversuchen sowie mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen von Hohlprofilknoten aus RHP validiert. Basierend auf diesem Modell wird anschließend eine Parameterstudie durchgeführt. Mit den numerischen Untersuchungen werden zum einen die maximalen Knotenwiderstände und zum anderen Knotenwiderstände basierend auf einem Deformationskriterium ermittelt. Das für Hohlprofilknoten allgemein anerkannte Deformationskriterium, welches den Knotenwiderstand bei einer maximalen Eindrückung von 3% der Gurtbreite b0 oder des -durchmessers d0 begrenzt, ist bei T-Knoten aus THS Gurten nicht anwendbar. Daher werden die numerischen Ergebnisse zusätzlich auf ein sinnvolles Deformationskriterium hin untersucht und schließlich eine maximale Eindrückung von 1% der Gurtprofilbreite b0 als Deformationskriterium vorgeschlagen. Für T-Knoten mit THS Gurten und RHP Streben werden zwei analytische Modelle angegeben. Für Streben, deren Flansche parallel zur Gurtlängsachse angeordnet sind, wird der Knotenwiderstand mit einem Fließlinienmodell ermittelt. Für Knoten mit um 45° um die Strebenlängsachse gedrehte Streben erfolgt die Ermittlung des Knotenwiderstands auf Grundlage eines Modells der mitwirkenden Breite, welches ebenfalls in DIN EN 1993-1-8 angewendet wird. Zusätzlich erfolgt ein Vergleich der numerisch und der analytisch ermittelten Knotenwiderstände. Neben den numerischen und den analytischen Untersuchungen werden auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Diese werden hinsichtlich des Knotenwiderstands, der Verformungen und der beobachteten Versagensmodi ausgewertet. Um die ästhetischen sowie die wirtschaftlichen Aspekte von Tragwerken aus dreieckigen Hohlprofilquerschnitten zu untersuchen, werden Hallentragwerke mit zwei verschiedenen Fachwerkträgern und einem Vierendeel-System detailliert betrachtet. Die Bemessung erfolgt für Querschnitte aus Baustahl S355 als auch aus einem höherfesten Stahl S460. Auf Grundlage dieser Bemessungen wird die Wirtschaftlichkeit anhand der drei Kostenkategorien Materialverbrauch, Schweiß- und Zuschnittarbeiten evaluiert. Es zeigt sich, dass die Verwendung von THS-Profilen wirtschaftliche Vorteile bringen kann. Das IGF-Vorhaben 15379 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde an der Technischen Universität Dortmund vom Lehrstuhl Stahlbau, am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine und an der Technischen Universität Dortmund vom Lehrstuhl für Entwerfen und Industriebau durchgeführt. Autoren: D. Ungermann, B. Brune, P. Dissel, S. Herion, O. Fleischer, W.A. Noebel, O. Schmidt Veröffentlichung: 2014