Leitfaden ftir den U nterricht in Stein-, Holz- und Eisenkonstruktionen an maschinentechnischen Fachschulen Von Professor Dipl.-Ing. L. Geusen Studienrat an den Staat!. Vereinigten Maschinenbauschulen in Dortmund Zweite vermehrte und verbesserte Auflage Mit 173 Textabbildungen Berlin Verlag von Julius Springer 1923 [S8N-[H18-J..M247114-2 r-[S8S-IJ:978-J-&H4U911-3 DO[: [O.[OO7m8-J..M147~911-3 Aile Reehtc, insbesondere das der Obersctzung in frerode Sprachen, vorbehalten. Vorwort zur 1. Auflage. Del' vorliegende Leitfaden verdankt seine Entstehung einer Anregung des Direktors del' Staatl. Hoheren Maschinenbauschule in Stettin, Herrn Prof. B rah t z. Sein Zweck ist ein doppelter: einmal das Diktat im Unterrieht zu ersetzen und die dadurch gewonnene Zeit den Konstruktionsiibungen bereitzusteIIen, dann abel' zur Unterstiitzung diesel' Ubungen selbst mustergiiltige Beispiele del' wichtigsten Einzelanordnungen zu bieten. Del' Umfang geht nicht iiber das durch den Lehrplan fUr die Hoheren Maschinenbausehulen Vorgesehriebene hinaus; trotzdem zwang die Riieksieht auf die Preisstellung noeh dazu, alIes auf die Bereehnung del' Konstruktionen Beziigliehe in Kleindruek zu setzen. Dadurch ergab sieh abel' andererseits zwang los del' Vorteil, den Leitfaden aueh an den Masehinenbauschulen verwenden zu konnen, deren Lehrgebiet das in GroBdruek Gesetzte umfaBt; del' rechnerische Teil wi I'd fiir diese Sehulen zu Ubungsaufgaben in del' Mechanik (besonders in del' 1. Klasse) und fiir die in das Eisenkonstruktionsfaeh iibertretenden SchUler als Fiihrer zur Weiterbildung willkommen sein. Fiir die Konstruktionsiibungen in del' Hoheren Maschinenbauschule ware die A ufnahme der Sonderkonstruktionen del' Masten sowie del' einfaehen Kran und Briiekenbauten nieht ohne Wert gewesen; die Riieksieht auf das vorge schriebene Lehrgebiet sowie auf Umfang und Preis des Leitfadens lieB es abel' schlieBlich als zweckmaBig erscheinen, diese Konstruktionen in einem be sonderen zweiten Heft zu behandeln, das voraussichtIich in J ahresfrist er schein en wird. Herrn Direktor Prof. Brah tz und seinem Lehrerkollegium bin ich fiil' die gegebene Anregung und Unterstiitzung in gleicher Weise wie del' Verlags buchhandlung fUr ihr aIlzeitiges Entgegenkommen zu Dank verpflichtet. Dortmund, im September 1914. L. (Jeusen. Vorwort zur 2. Auflage. Um del' beim Unterricht erkannten Notwendigkeit Rechnung zu tragen, noch mehr Zeit als bisher fiir die rechnerischen und zeichnerischen Ubungen in den Eisenkonstrriktionen zu gewinnen, sind die S t e in-und HoI z konstruktionen in ihren Grundziigen in den Leitfaden aufgenommen, soweit ihre Kenntnis als Allgemeingut eines jeden Technikers und fUr die Gesamtanordnung eiserner Hochbauten unentbehrlich ist. Bei der in der heutigen Zeit wohlverstandlichen Beschrankung in Wort und Bild verfolgt die Aufnahme dieser Konstruktionen lediglich den Zweck des Zeitgewinnes durch Vermeidung des Diktats. Bei den Eisenkonstruktionen sind einige heute wenig oder gar nicht mehr verwendete Konstruktionen ausgeschaltet, im iibrigen abel' der friihere Umfang und Lehrgang beibehalten. Die Ungunst del' Zeiten hat den Plan, in einem zweiten Heft das Gebiet del' Masten, Kran- und Briickenbauten zu behandeln, noch nicht zur Voll endung kommen lassen. Del' Verlagsbuchhandlung fahle ich mich fUr die ErfUllung meiner Wiinsche auch bei diesel' 2. Auflage Zl'l besonderem Dank verpflichtet. Dortmund, im August 1923. L. Geusen. Inhaltsverzeichnis. Seite Konstruktionen in Stein . . 1- 9 I. Baustoffe . . . • . 1 II. Herstellung der Mauern 3 III. Maueroffnungen • 5 IV. Gewolbe 7 V. Fabrikschornsteine 9 Konstruktionen in Holz 10--15 I. Baustoffe . • . 10 II. Fachwerkwande 11 Ill. Hangewerke. . 12 IV. Dachkonstruktionen 13 Konstruktionen in Eisen . 16-61 1. Baustoffe • . . • 16 II. Verbindungsmitlel 17 III. Trager • . . . . 22 IV. Saulen •.... 30 V. Verwendung des Eisens zu Decken 37 VI. Berechnung von Fachwerktragern 39 VII. Dachkonstruktionen 45 VIII. Dachdeckungen 52 IX. Fachwerkwiinde 58 X. Treppen 59 Konstruktionen in Stein. I. Banstoffe. A. N atfirliche Steine. Feste Steine in ganzen Gebirgen; lose Steine als Gerolle (scharfkantig) und Geschiebe (rundlich). Sie werden aus den Gebirgen als Bruchsteine (mit unregelmaBiger Ge stalt) gewonnen und durch den Steinmetz zu Werksteinen (Hausteinen, Quadern mit geraden Kanten und Flachen) bearbeitet. Widerstandsfahiger gegen Druck und Abnutzung, abel' teurer als kiinst- liche Steine. Die fur Fabrikbauten wichtigsten naturlichen Steine sind: 1. Granit: quarzreich, daher hart und wetterbestandig. 2. Basalt: Tafel- und Saulenbasalt. Basaltkleinschlag. Basaltlava: guter Baustein. 3. Bimsstein: Bimssand zur HersteUung von Schwemmsteinen (vgl. B 2). 4. Tutfstein: gemahlen als Trall (TraBmortel vgl. C 2). 5. Sandstein: Miltenberger, Solenhofener, Ruhrkohlensandstein. 6. Tonschiefer: Dachschieferplatten zum Eindecken der Dacher. 7. Gips (schwefelsaurer Kalk CaS04): a) Stuck- oder Bildhauergips (bis 1300 gebrannt) erhiirtet mit Wasser angemacht +ras ch unter Volumvergrollerung. Decken und Wandputz. Rabitzputz (Kalkmortel Gips auf Drahtge£lecht). Gipsdielen. b) Estrichgips (bis 4000 gebrannt) erhartet, mit Wasser angemacht, langsam zu einer fest en wetterbestandigen Masse. Gipsmortel. Gipsestrich. 8. Kalkstein (kohlensaurer Kalk CaC03): Marmor. Kreide. Mortelbereitung (vgl. C 1). 9. Sand: Grubensand (s+cha rfkantig) - FluBsand (rundlich). 10. Ton. Lehm = Ton Sand. B. Kfinstliche Steine. 1. Gebrannte Steine, hergestellt aus Lehm. Diesel' wird entweder von Hand (Sandstrich- und Wasserstrichverfahren) oder mit del' Ziegelformmaschine zu Steinen geformt, darauf an del' Luft odeI' in besonderen Trockenschuppen getrocknet und endIich gebrannt. Das Brennen im Feldofen liefert bei vielem AbfaH ungleichmaBig gebrannte, abel' billige und fiir viele Zwecke ausreichend feste Steine. Das Brennen im Ringofen gestattet einen ununterbrochenen Betrieb und die Erzeugung groBer Mengen gleichmaBig gebrannter Steine bei geringem Brennmaterialbedarf. Die wichtigsten Erzeugnisse des Ringofens sind: a) Ziegelsteine (Normalformat 25x 12x6,5 cm); man unterscheidet Mauerziegel 2. Klasse mit 100 kgiqcm, Mauerziegel 1. Klasse mit 150 kg/qcm und Hartbrandsteine mit 250 kg/qcm Mindestdruckfestigkeit. Gensen, Leitfaden. 2. Ann. 1 2 Baustoffe. b) Klinker: bis zum Verglasen (Sandzusatz) gebrannte Steine: sehr hart (350 kg/qcm Mindestdruckfestigkeit) und wasserundurchlassig. c) Loch- oder ~ geringeres Gewicht: gleichmaBiger Brand: bessere Mortel- Hohlsteine: ~ erhiirtung (vgl. C I): Schutz gegen das Durchdringen von Schall, Kalte und Feuchtigkeit (vgl. II). d) Verblendsteine: aus bestem Ton besonders sorgfaltig hergestell t und gebrannt zur auBeren Verkleidung der Mauer: meist glasiert und dann wasserundurchlassig. Mettlacher Platten zum Belegen der FuBboden (Fliesen) und Bekleiden der Wande. e) Ohamottesteine: feuerfeste Steine aus einer Mischung von frischem Ton mit bereits gebranntem, gemahlenem Ton (Chamotte). _ ~ Dachpfannen oder Biber ~ ~ S -Ziegel (gekriimmt). f) Dach schwanze ziegel: oder Flach Fal zziegel (ohne ziegel (eben). Mortelverstrich der Fugen dicht). 2. Ungebrannte Steine. a) Schwe;mmsteine: Kalkbrei+ Bimssand werden zu Steinen geformt und an der Luft getrocknet. Mindestdruckfestigkeit 20 kg/qcm; geringes Gewicht (1000 kg/cbm): wasser·, warme- und feuersicher. b) Schlackensteine: Kalkbrei + granulierte (gekornte) Hochofenschlacke. c) Kalksandseine: Sand + 6 bis 10 v. H. Kalk zu Steinen gepreBt und in Hartekesseln unter hohem Dampfdruck gehiirtet. Mindestdruckfestigkeit 140 kg/qcm. d) Korksteine: schwarze Korksteine = Pech + Korkabfalle: sehr leicht und warme undurchlassig. Korkisolierschalen zum Warmeschutz fiir Dampfrohre. C. Mortel. 1. Luftmortel (Kalkmortel) erhartet nur an der Luft und besteht aus 1 Teil Kalkbrei auf 2 bis 3 Teilen Sand. Der Sandzusatz hat (neben der Verringerung der Kosten) das zu starke Setzen der Mauer zu verhindern. Gewinnung des Kalkbreis: Brennen des Kalksteins (CaCOa) im Ringofen oder in besonderen Kalkofen' zur Ausscheidung der Kohlensaure: CaCOa - CO2 = CaO (gebrannter Kalk). Der so gewonnene gebrannte Kalk wird mit Wasser zu Kalkbrei geloscht: CaO + H20 = CaH202 (Kalkbrei oder geloschter Kalk). Erhartung des Mortels durch Abgabe von Wasser an die Luft und gleich zeitige Aufnahme von Kohlensaure aus der Luft: CaH202-H20+C02=CaCOa (kohlen saurer Kalk). 1m Sommer Annassen der Ziegelsteine, damit diese dem Martel das Wasser nicht entziehen. Bei dicken Mauern die Anordnung von Luftschichten oder die Verwendung von Hohlsteinen zur Beschleunigung der Mortelerhartung. 2. Wassermortel (hydraulischer Mortel) erhartet nicht nur an+ d er Luft, sondern auch unter Wasser und besteht im wesentlichen aus Kalk Ton. a) Hydraulischer Kalkmartel, gewonnen aus: a) hydraulischem Kalkstein, d. i. Kalkstein mit 20 bis 400/0 Ton gehalt, der gebrannt, gemahlen und dann mit Sand und Wasser zu Mortel verarbeitet wird (Romanzement). fJ) Kalkmortel und hydraulischem Zuschlagmittel, z. B. TraE (TraBmortel). b) ZementmiYrtel: Zement wird trocken mit Sand gemischt und dann mit Wasser zu Mortel verarbeitet. Zement (Portlandzement) ist ein aus einer bestimmten Mischung von Kalk und Ton durch Brennen und Feinmahlen hergestelltes griinIich -graues Pulver. "Deutsche Normen fiir die einheitliche Lieferung und Priifung von Portlandzement. " Ungeformte Massen. - Mauern aus kiinstliohen Steinen. 3 Eisenportlandzement besteht aUB einer Misohung von mindestens 70% Portland zement mit hoehstens 30% gekornter, fein vermahlener Hoehofensohlaoke. Hoehofenzement besteht aus basiseher, fein gemahlener Hochofenschlaeke mit einem Mindesgehalt von 150/0 Portlandzement. Kalkzementmortel (verHi,ngerter Zementmortel) = Kalkmortel + Zement. Eternit: Zement+Asbest; geringes Gewieht (17 kg/qm flir 1 cm Dieke) und warme sieher; zur Daeheindeekung in 4 bis 25 mm starken Platten von 120 mm Breite und 1200 bis 4000 mm Lange. D. Ungeformte Massen. + 1. Beton (Zementbeton): Zement Zusehlagstoffe (Sand, Kies, Grus, Stein schlag). Das Verhaltnis von 1 Raumteil Zement zu der Zahl der ihm zuge fiigten Raumteile Zusehlagstoffe nennt man das Misehungsverhaltnis. Bimsbeton: Zement + Bimssand + Kiessand. Schlacke nbeton: Zement + gekornte Hochofenschlacke + Kiessand. 2. Aspbalt: natiirlieher Asphalt (aus Asphaltstein gewonnen) besser, aber aueh teurer als kiinstlicher Asphalt (Steinkohlenteer). Wasserundurchlassig und faulniswidrig. GuB- und Stampfasphalt zur Herstellung der FuBbOden. Asphaltpappe: 2 mm starke Pappe mit Asphalt durchtrankt und beiderseits mit feinem Sand iibersiebt. Ruberoid ist eine besonders zubereitete Pappe. Asphaltisolierplatten: 5 mm starker ji'iIz mit Asphalt durchtrankt und beider seits mit grobem Sand iibersiebt. II. Herstellung der Mauern. A. Mauern aus kiinstlichen Steinen. 1. Zur Herstellung des Mauerverbandes sind 1/1, 3/4 und 1/2 Steine mit 25, 18,5 und 12 em Lange erforderlieh Mehrere in einer Ebene neben- und hintereinander gelegte Steine bilden eine Sehieht, und zwar: a) Lduterschicht: die Steine liegen mit ihrer 25 em langen Seite parallel der Mauerflucht und heiBen Laufer. b) Binderschicht: die Steine liegen mit ihrer 25 cm langen Seite recht- winklig zur Mauerflucht und heiBen Binder. 0) Rollschicht: eine hoohkant gestellte Bindersohicht. Die Zwischenraume zwischen den Steinen heWen Fugen, und zwar: a) Lagerfugen: die Fugen zwischen den einzelnen Schichten, i. M. 1,2 em stark, so daB 13 Schichten auf 1 m Mauerhohe entfallen. b) 8tof3tugen: die Fugen zwischen den Steinen ein und derseJben Sehicht, 1 cm stark. 2. Die Starke einer Mauer wird in ganzen und halben SteinIangen an gegeben; ist eine Mauer n Stein stark, so ist sie s = 26 n ~ 1 cm diok. Wird die Mauer zur besseren Mortel· erhartung oder zum Schutz gegen das Durchdringen von Schall, Kaite und Abb. 1. Feuchtigkeit mit einer L u ft s chi c h t ver sehen, so ist deren Breite, die meist Mauern mit Luftschiehten. 1/4 St. = 7 em betragt, der berechneten Starke hinzuzufiigen. Die duroh die Luft· schicht getrennten beiden Mauerteile werden in den Binderschichten durch in Asphalt getauchte Ankersteine in Ab· standen von 2 bis 3 Steinen miteinander verbunden (Abb. 1). Die Lange einer Mauer von n Stein 4 Herstellung der Mauern. betragt Z= 26 n+ - 1 em, wenn sie beiderseits frei endigt, dagegen 26 n, wenn sie sieh an einer und 26 n 1 em, wenn sie sieh an beiden Seiten an eine andere Mauer anschlieBt. Die Lichtweite einer Maueroffnung von n Stein betriigt 26n+ 1 cm. 3. Regeln fur den ltIauerverband. a) In der Ansicht der Mauer mussen Laufer- und Binderschichten mit einander abwechseln. b) Die Lagerfugen mussen als wagerechte Ebenen durch die ganze Dicke der Mauer hindurchgehen. c) Die StoEfugen mussen in zwei aufeinander folgenden Schichten um 1/4 mindestens Stein gegeneinander versetzt sein. Zur Herbeifuhrung dieser Versetzung werden an den Enden der Mauer in jeder Lauferschicht 3/4 Steine (Dreiqu artiere) angeordnet. :~1, Z 25,5 I 26 I 1 f.?51 26 I 26 I 2 25,5 I Z6 I 26 L ! ~5] 26 I 26 I I Abb. 2. Blockverband. Abb,3. Kreuzverband. Abb.4. Schornsteinverband. Der auf Grund dieser Regeln hergesteIIte Blockverband (Abb. 2) wird bei der Ausfiihrung meist durch den Kreuzverband (Abb. 3) ersetzt, bei dem 1/2 in jeder 2. Lauferschicht neben dem Dreiquartier ein Stein eingelegt wird. Fiir '1. Stein starke Mauern wird der Schornsteinver band (Abb. 4) verwendet. ~~~~~~~~ 4. Fundament. Bei gut em (gewachsenem) Bau ~ ~ grund wird die unterste Ziegelsteinschicht trocken AM===="= auf das wagerecht abgeglichene Erdreich, die "Funda mentsohle", gelegt; diese muE 1,0 bis 1,25 m unter Terrain liegen, dam it der Frost nicht unter die Mauer dringt, und 0,3 bis 0,6 m unter KeIlersohIe, damit die Mauer nicht durch den einseitig wirkenden Erddruck seitlich verschoben wird. Damit der gute Baugrund mit nicht mehr als 3 bis 4 kg/qcm bean- ~ sprucht wird, ist die Mauerstarke im Fundament ent- ~ sprechend zu vergroBern (Abb. 5). ""! Gegen Aufsteigen der Feuchtigkeit von unten wird in Hohe der Kellersohle eine IsoIierschicht aus Ke/lersohle 7'-sp.halt, Asp~altpappe oder a:m. besten . Asphalt f1';,"n:~~,~.. .~ ,.~'t.~ lsoherplatten emgeIegt; gegen selthches Emdringen . ~ ~.~L der Feuchtigkeit wird die Mauer auBen na+ch der ::.-;g:Qj~~~~. ; Mortelerhiirtung zweimal mit heiBem Teer 150/0 .,!.1!;a;a~~ ""~~e,.;"""",,.,-"'-,-- Asphalt gestrichen und zweckmaBig mit einer bis zum Terrain reichenden Luftschicht versehen. KeIler sohle mindestens 0,3 m uber dem hochsten be Abb.5. Mauerfundament. kannten Grundwasserstand. B. Mauern aus natiirlichen Steinen. 1. Bei Verwendung von Bruchsteinen werden die Mauerenden, die Tur und Fenstereinrahmungen sowie in 1,5 bis 2,5 m Hohenentfernung wagerecht abgeglichene Schichten in Ziegelsteinen (seltener Werksteinen) hergestellt. Mauern aus Beton. - Der gerade Sturz. 5 2. Bei Verwendung von Werksteinen dienen diese meist nur zur auBeren Verblendung der Mauer, wahrend deren Kern, "die Hintermauerung", in Ziegel steinen (seltener Bruchsteinen), und zwar zur Verringerung des Setzens in ver langertem Zementmortel hergestellt wird. Hohe der Werksteine gleiah einem Vielfachen der Ziegelsteinschichthohe. Verbindung der Werksteine unter sich und mit der Hintermauerung durch eiserne Klammern, Diibel und Anker. C. Mauern aus Beton. 1. Zur Herstellung eines Bauwerks aus Beton sind Schalungen (aus Holz, seltener Eisen) erforderlich, zwischen die der Beton in Schichten von etwa 15 cm Hohe eingebracht und darauf so lange gestampft wird (Stampfbeton), bis sich Wasser an der Oberflache zeigt. Dem Nachteil der Notwendigkeit einer' Schalung stehen folgende Vorziige des Betons gegeniiber: GroBe Druckfestigkeit, daher geringere Abmessungen der Bauteile und dadurch Raumersparnis; leichte Herstellung beJiebiger Formen (Maschinenfundamente, Gewolbe); FugenIosigkeit, daher widerstandsfahig gegen Feuchtigkeit (Fliissigkeitsbehalter) und Er schiitterungen (Decken, Maschinenfundamente); Moglichkeit der Herstellung unter Wasser als Schiittbeton (Fundamente bei Wasserandrang in freier Baugrube oder zwischen Spundwanden aus Holz bzw. Eisen). 2. Eisenbeton (Monierkonstruktion) ist eine Verbindung von Beton mit Eiseneinlagen, derart, daB bei auftretender Biegung der Beton die Druck-, das Eisen aber die Zugspannungen aufnimmt. Die Moglichkeit des Zusammen wirkens beider Baustoffe beruht auf ihrer Haftfestigkeit (Adhasion), ihrer an nahernd gleichen Warmeausdehnungszahl sowie auf dem Rostschutz des Eisens durch den umhiillenden Zement. Verwendung zu Decken und Dachern (eben oder gewOlbt), Wanden, Treppen, Behaltern (fiir fliissiges und trockenes Lagergut), Fundamentplatten und -pfahlen bei schlechtem Bau grund, Kellerdichtungen (erforderlich, wenn Grundwasserstand hoher als KeUersohle liegt), Fabrikgebauden in monolithischer Bauweise. III. Maueroffnungen. Die zur Zufiihrung v.on Licht und Luft (Fensteroffnungen) oder zur Ver mittlung des Verkehrs (Tiiroffnungen) dienenden Mauer- offnungen werden entweder gerade (gerader Sturz) oder ge- .,..,...:,.1.,"?h"raJ.i~-..-.:i:b7._'-:'a'.J.-+ --rr ~bgedeckt. 3, kriimmt (Bogen) VerschlieBbare vffnungen erhalten einen Maueranschlag (Ab bildung 6), dessen Breite bei Fenstern a = 1/, bis 1/2 St., bei Tiiren Abb. 6. Maueran a = 1/2 bis 1 St. betragt. schlag. A. Der gerade SturZ. Er kann (Abb. 7) gebildet werden durch: , Cisenbrlon Abb. 7. Gerader Sturz. 1. Werksteine, die aber wegen ihrer geringen Zugfestigkeit bei groBerer {)ffnungsbreite stets mit einem Entlastungsbogen versehen sind.