Stahlbau ArbeitshilfeVerbindungen mit hochfesten Schrauben11.1

HV-Verbindung:HV ist die Kennzeichnung einer Verbindungmit hochfesten Schrauben. H bedeutet dabeiHochfest (Materialqualität der Schraube). Vleitete sich ursprünglich von Vorgespannt(Zustand der Schraube) ab. Hochfeste vorge-spannte (HV) Schrauben-Garnituren werdenin gleitfesten Verbindungen, in biegesteifenStirnplatten-Verbindungen und in Scher-Lochleibungs-Verbindungen eingesetzt. HV-Schrauben der Festigkeitsklasse 10.9 mitgroßer Schlüsselweite ermöglichen im Ver-gleich zu normalen Stahlbauschrauben einebessere Ausnutzung der Schraubenfestigkeit.Dadurch werden bei gleichem Kraftanschlußweniger HV-Schrauben benötigt, oder es kön-nen HV-Schrauben mit kleineren Abmessun-gen eingesetzt werden. Das führt zu Kosten-einsparungen bei allen Verbindungen.HV-Schrauben-Garnituren können im Stahl-hochbau und Industriebau bei vorwiegendruhenden Belastungen je nach Anwendungs-fall in verschiedenen Verbindungstypen nachDIN 18800 Teil 1, Ausgabe 11/90 eingesetzt

werden (Tabelle 1). Der Einsatz in Bauwerkenmit nicht vorwiegend ruhenden Belastungen,z. B. im Stahlbrückenbau, im Verbundbrük-kenbau und im Kranbau, ist nach anderenVorschriften zulässig.

SL-Verbindung und SLP-Verbindung:Scher-Lochleibungs-Verbindungen mit einemLochspiel 0,3 mm < ∆ d oder ≤ 2 mm für SL-Verbindungen und Scher-Lochleibungs-Ver-bindungen mit HV-Paßschrauben mit einemLochspiel ≤ 0,3 mm für SLP-Verbindungenund ≤ 1 mm bei Anschlüssen in seitenver-schieblichen Rahmen.

Die Kraftübertragung erfolgt durch die Bean-spruchung auf Abscherung der Schraube unddurch Beanspruchung auf Lochleibung zwi-schen Schraubenschaft und Lochwandung.

Die HV-Schrauben-Garnitur wird hierbei ohneplanmäßige oder mit planmäßiger Vorspannungnach DIN 18800 Teil 7, Ausgabe 5/83 undohne Kontaktflächenbehandlung eingesetzt.

GV-Verbindung und GVP-Verbindung:Gleitfeste vorgespannte Verbindung mit oderohne Lochspiel mit planmäßiger Vorspan-nung der Schrauben nach DIN 18800 Teil 7,Ausgabe 5/83, Tabelle 4 mit Kontaktflächen-behandlung zur optimalen Nutzung der Trag-eigenschaften erfolgt nach DIN 18800 Teil 1,Ausgabe 11/90 der Nachweis ausreichenderGleitsicherheit nur noch im Gebrauchstaug-lichkeitsnachweis und der Nachweis derTragsicherheit wie bei einer SL- bzw. SLP-Verbindung.

Z-Verbindung:Schraubenverbindung mit Zugbeanspru-chung in Richtung der Schraubenachsemit nicht planmäßiger Vorspannung derSchrauben.

ZV-Verbindung:Schraubenverbindung mit Zugbeanspruchungin Richtung der Schraubenachse mit plan-mäßiger Vorspannung der Schrauben nachDIN 18800 Teil 7, Ausgabe 5/83.

Eine Gemeinschaftsorganisation von stahlerzeugenden Unternehmen und dem

Deutschen Stahlbau-Verband DSTV

Berechnung

GrenzabscherkraftVa,R,d = A · τa,R,d

= A · αa fu,b,k/γM

GrenzlochleibungskraftVI,R,d = t · dSch · σI,R,d

= t · dSch · αI · fy,k/γM

Grenzgleitkraft für den GebrauchstauglichkeitsnachweisVg,R,d = µFv/ 1,15 · γM)

GrenzzugkraftNR,d = ASp · fu,b,k /(1,25 · γM)

InteraktionsnachweisN Va

NR,d Va,R,d

Grenzgleitkraft für den Gebrauchs-tauglichkeitsnachweisVg,R,d = µ · Fv (1 - N/Fv)/(1,15 · γM)

Tabelle 1: Verbindungsarten und Tragfähigkeitswerte mit hochfesten Schrauben im Stahlbau nach DIN 18800 Teil 1, Ausgabe 11/90

Typ der Verbindung

Scher-Lochleibungs-Verbindung-SL-Lochspiel ∆ d ≤ 2 mm ohne Vorspannung/mitplanm. Vorspannung: 1,0 · Fv

Scher-Lochleibungs-Verbindung mit HV-Paßschrauben-SLP-Lochspiel ∆d ≤ 0,3 mm (Passg. H 11/b 11)ohne Vorspannung/mit planm. Vorspannung: 1,0 · Fv

Gleitfeste Verbindung-GV-Lochspiel ∆d ≤ 2 mm mit Vorspannung 1,0 · Fv

Gleitfeste Verbindung mit HV-Paßschrauben-GVP-Lochspiel ∆d ≤ 0,3 mm (Passg. H11/b11) mit planm. Vorspannung 1,0 · Fv

Verbindungen mit HV-Schrauben mit plan-mäßiger Vorspannung 1,0 · Fv

mit zusätzlicher Zugbeanspruchung N inRichtung der Schraubenachse

Anwendungsbereich

Bauteile mit vorwiegend ruhender Belastung.

Bauteile mit nicht vorwie-gend ruhender Belastung.

Bauteile mit vorwiegendruhender Belastung undBauteile mit nicht vorwie-gend ruhender Belastung.

Bauteile mit vorwiegendruhender Belastung undmit abgemindertenBelastungswerten mitnicht vorwiegend ruhen-der Belastung.

Wirkungsweise

Übertragbare Kräfte senkrechtzur Schraube durch Scherwir-kung in der Schraube sowieLochleibungswirkung zwischenSchaft und Lochwandung desBauteils. Durch planmäßigeVorspannung lassen sich dieDeformationen gering halten.

Gleitfeste Verbindung durchplanmäßige Vorspannung. Reibflächenvorbehandlung derKontaktflächen. GleichzeitigeKraftübertragung durch diePassung bei GVP.

Übertragung einer zusätzlichenKraft N in Richtung der Schraubenachse. Die Schraubenmüssen planmäßig vorgespanntsein.

Anmerkung: Die Nachweise bei nicht vorwiegend ruhender Belastung sind z. B. nach Brückenbau-Normen oder Kranbau-Normen zu führen.

( –––– )2 + ( ––––– )2 ≤1

Tabelle 5: Grenzzugkraft NR,d im Tragsicherheitsnachweisje Schraube in Richtung der Schraubenachse.

Stahlbau Arbeitshilfe 11.1 Verbindungen mit hochfesten Schrauben

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Internet: www.bauen-mit-stahl.deE-Mail: zentrale@bauen-mit-stahl.de 4.

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Grenzlochleibungskräfte Vl,R,d in kN für

a) Regelabstand b) Minimalabstand c) Maximal nutzbarer AbstandHV- Endabstand Lochabstand Endabstand Lochabstand Endabstand LochabstandSchraube e1 = 2dL e = 3dL e1 = 1,2dL e = 2,2dL e1 = 3dL e = 3,5dL

SL SLP SL SLP SL SLP SL SLP SL SLP SL SLP

M 12 49,8 53,9 64,7 70,1 26,7 28,9 42,0 45,6 78,5 85,1 78,8 85,4M 16 66,3 70,5 86,2 91,6 35,6 37,8 56,1 59,6 105 111 105 112

M 20 82,9 87,1 108 113 44,5 46,7 70,1 73,6 131 138 131 138M 22 91,2 95,3 119 124 49,0 51,2 77,1 80,6 144 151 145 151M 24 99,5 104 129 135 53,4 55,6 84,1 87,6 157 164 158 164

M 27 112 116 146 151 60,1 62,3 94,6 98,1 177 183 177 184M 30 124 129 162 167 66,8 69,0 105 109 196 203 197 204M 36 149 153 194 199 80,1 82,3 126 130 236 242 236 243

Quelle: DIN 18800 Teil 1, Ausgabe 11/90, Abschnitt 8.2.1.2.

Tabelle 2: Grenzlochleibungskräfte VI,R,d in kN im Tragsicherheitsnachweis für SL- und SLP-Verbindungen für eineBlechdicke von t = 10 mm aus Baustahl S235 (früher St 37) für den Randabstand senkrecht zur Kraftrichtung e2 ≥ 1,5 dL

und den Lochabstand senkrecht zur Kraftrichtung e3 ≥ 3,0 dL.

Tabelle 3: Grenzabscherkräfte Va,R,d im Tragsicherheitsnachweis für SL- und GV-Verbindungen sowie für SLP- undGVP-Verbindungen je Schraube und je Scherfläche senkrecht zur Schraubenachse.

HV-Schrauben HV-Paßschraubenin SL- und GV-Verbindungen in SLP- und GVP-Verbindungen

Schrauben- Schaft- Schaft in Spannungs- Gewinde in Schaft- Schaft indurchmesser querschnitt Scherfuge querschnitt Scherfuge querschnitt Scherfuge

ASch Va,R,d ASP Va,R,d ASch Va,R,dmm mm2 kN mm2 kN mm2 kN

M 12 113 56,5 84,3 33,7 133 66,4M 16 201 101 157 62,8 227 114M 20 314 157 245 98,0 346 173M 22 380 190 303 121 415 208M 24 452 226 353 141 491 245M 27 573 286 459 184 616 308M 30 707 353 561 224 755 377M 36 1018 509 817 327 1075 538

Quelle: DIN 18800 Teil 1, Ausgabe 11/90, Abschnitt 8.2.1.2.

Tabelle 4: Erforderliche Vorspannkräfte, Drehmomente und Drehwinkel nach DIN 18800 Teil 7, Ausgabe 5.83

Schrauben- Spannungs- Grenzzug-durchmesser querschnitt kraft

ASp NR,dmm mm2 kN

M 12 84,3 61,3M 16 157 114M 20 245 178M 22 303 220M 24 353 257M 27 459 334M 30 561 408M 36 817 594

Anmerkung: 1. Die Werte der Spalten c gelten auch alsMaximalwerte für die Grenzlochleibungskräfte von GV-und GVP-Verbindungen, wenn im Nettoquerschnitt dieGrenznormalspannung σR,d nicht erreicht wird.

2. Bei einem Randabstand senkrecht zur Kraftrichtung vone2 = 1,2dL und bei einem Lochabstand senkrecht zur Kraft-richtung von e3 = 2,4dL ermäßigen sich die Werte auf 2/3.3. Für S355 (früher St 52) erhöhen sich die Werte um 50 %.

Quelle Tab. 5: DIN 18800Teil 1, Ausgabe11/90, Abschnitt8.2.1.3.

Tabelle 6: Grenzgleitkräfte Vg,R,d in kN im Gebrauchstaug-lichkeitsnachweis für GV- und GVP-Verbindungen

aus S235(früher St 37)und S355(früher St 52) jeSchraube undje Reibfläche(Scherfläche)senkrecht zurSchraubenach-se sowie zu-gehörige Vor-spannkräfte Fv.

Schrauben Vorspann- Grenzzug-durchmesser kraft kraft

Fv Vg,R,dmm kN kN

M 12 50 21,7M 16 100 43,5M 20 160 69,6M 22 190 82,6M 24 220 95,7M 27 290 126M 30 350 152M 36 510 222

Quelle Tab. 6: DIN 18800Teil 1, Ausgabe11/90, Abschnitt8.2.2.

Vorspannen der Schraube nach dem a) Drehmoment-Verfahren b) Drehimpuls-V. c) Drehwinkel-Verfahren

Schrauben- Erf. Vorspann- Aufzubringendes Aufzubringende Aufzubringen- Klemm- Drehwinkel bzw. durch- kraft Fv in Anziehmonent Mv Vorspannkraft des Voranzieh- länge Umdrehungsmaßmesser der Schraube MoS2 geschmiert leicht geölt Fv

2) moment Mv2) Ik ϕ2) U2)

mm kN Nm Nm kN Nm mm

1 M 12 50 100 120 60 102 M 16 100 250 350 1103 M 20 160 450 600 175 50

4 M 22 190 650 900 2105 M 24 220 800 1100 240 100

6 M 27 290 1250 1650 3207 M 30 350 1650 2200 390 2008 M 36 510 2800 3800 5609 M 12 siehe 0–50 180° 1/2

10 bis Zeile 51–100 240° 2/311 M 36 1 – 8 101–240 270° 3/4

1) Da die Werte Mv sehr stark vom Schmiermittel des Gewindes abhängen, ist die Einhaltung dieser Werte vom Schraubenhersteller zu bestätigen.

2) Unabhängig von Schmierung des Gewindes und der Auflageflächen von Mutter und Schraube.

Sicherheit: ausgereifte Technik und qualifizierte BeratungBei der Errichtung von Geschoßbauten hat derStahlbau in den letzten Jahren eine ständigwachsende Bedeutung erlangt. Die Mitglieds-firmen des Deutschen Stahlbau-Verbandes ha-ben sich dabei aufgrund ihrer Leistungsfähigkeitund Erfahrung als qualifizierte Partner erwiesen.

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LiteraturDIN 18800 Teil 1, Ausgabe 11.90 DIN 18800 Teil 7, Ausgabe 5.83 PEINER Umformtechnik GmbH, Peine

ee1 e

e 2e 3

e 2 a b c

e e1e

e 2e 3

e 2

2 1

1

2

1 Außenlaschen

2 Innenlaschen

Doppellaschen-Scher-Verbindung mit Randabständene1 und e2 und Lochabständen und e3

Für Zugscherbeanspruchung der Verbindung sind dieSchrauben a und c: EndschraubenSchrauben b: Innenschrauben

Für Druckscherbeanspruchung der Verbindung sind dieSchrauben a, b und c: Innenschrauben.