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Vergleichsberechnungen der Windlasten neuerer Normenvorschläge. Abschlußbericht
Bauforschung, Band T 2358H. Ruscheweyh, F. Meissner
TH Aachen, Lehrstuhl für Stahlbau, Bereich Windingenieurtechnik
1991, 234 S.
Fraunhofer IRB Verlag
Inhalt
Mit der Einführung des europäischen Binnenmarktes ist die Schaffung einheitlicher europäischer Normen verknüpft. Eine dieser Normen bezieht sich auf die "Einwirkungen auf Bauwerke" (EC1). Das Kapitel 2 dieser EC1 beinhaltet die "Windlasten". In einer Vergleichsuntersuchung mit bestehenden nationalen Normen, insbesondere mit den DIN-Vorschriften, soll die Auswirkung des europäischen Normenvorschlages auf die Bemessung von verschiedenen Stahlbaustrukturen überprüft werden. Dazu werden drei Systeme ausgewählt: 1. Ein 100 m hohes Fachwerkgerüst, 2. Der Rahmen einer Stahlhalle, 3. Ein 60 m hoher Stahlschornstein, bzw. mehrere andere Stahlschornsteine. Neben dem Eurocode-Vorschlag a) EC1, 2(i) vom Februar 1990 wurden verglichen: b) Vornorm DIN 1055, Teil 40 vom Mai 1989, c) SIA 160 vom Juni 1989, d) ISO/TC/98 vom Juni 1986, f) BSI BS 6399 Part 2 vom Mai 1989, g) UTI NV 65 von 1987, h) DIN 4133, i) CICIND model code steel stacks vom September 1989. Im Rahmen der Beispielrechnung wurden die Berechnungsgrundlagen zusammengestellt, die resultierenden Schnittgrößen ermittelt und die Konstruktionen bemessen. (-z-)
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG 1
2 KURZFASSUNG 2
3 FACHWERKGERÜST - SYSTEM 1 4
3.1 Systembeschreibung 4
3.2 Allgemeines 8
3.2.1 Vorgehensweise 8
3.2.2 Nachweise 11
3.2.3 Projektionsflächen 13
3.3 Lasten 14
3.3.1 Eigengewicht 14
3.3.2 Windkräfte 16
3.3.2.1 Eurocode 1,2(i) 16
3.3.2.2 Vornorm DIN 1055 21
3.3.2.3 SIA 160 25
3.3.2.4 ISO N 129 28
3.3.2.5 ECCS Technical committee 12 31
3.3.2.6 UTI NV 65 35
3.4 Schnittgröi3en und Nachweise 38
3.5 Ergebnisse - System 1 39
3.5.1 Staudruck und Beiwerte 39
3.5.2 Windkräfte 50
3.5.3 Profile und Gesamtgewicht 55
3.6 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse 58
4 HALLENRAHMEN - SYSTEM 2 60
4.1 Systembeschreibung 60
4.2 Allgemeines 62
4.2.1 Vorgehensweise 62
4.2.2 Schnittgrößen und Nachweise 63
4.3 Lasten 65
4.3.1 Eigengewicht 65
4.3.2 Schnee 67
4.3.3 Wind 68
4.3.3.1 Eurocode 1,2(i) 68
4.3.3.2 Vornorm DIN 1055 70
4.3.3.3 SIA 160 72
4.3.3.4 150 N 129 74
4.3.3.5 ECCS Technical committee 12 76
4.3.3.6 BSI BS 6399 78
4.3.3.7 UTI NV 65 81
4.4 Schnittgrößen 83
4.4.1 Gelenkig gelagerter Rahmen 83
4.4.2 Eingespannter Rahmen 85
4.5 Ergebnisse 87
4.5.1 Staudruck und Windlast 87
4.5.2 Zusammenstellung der Profile 90
4.5.2.1 Gelenkig gelagerter Rahmen 90
4.5. 2.2 Eingespannter Rahmen 93
4.6 Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse 96
5 STAHLSCHORNSTEIN - SYSTEM 3 99
5.1 Berechnung nach DIN 4133 99
5.1.1 Allgemeines 99
5.1.2 Statische Windlast 101
5.1.3 Böenerregte Schwingungen in Windrichtung 103
5.1.4 Schnittgrößen und Nachweise 105
5.1.5 Wirbelerregte Schwingungen in Querrichtung 106
5.1.6 Beulsicherheitsnachweis 112
5.2 Normenvergleich 114
5.2.1 Allgemeines 114
5.2.2 150 TC 98 115
5.2.3 CICIND 116
5.2.4 DIN 4133 Anhang A 119
5.2.5 Ermüdungsfestigkeit 122
5.2.6 Zusammenfassung und Bewertung 123
6 LITERATURVERZEICHNIS 124
ANHANG
1.1 Rohrprofile A 1
1.2 Flächen und Längen A 2
1.3 Eurocode Berechnungen A 4
1.4 DIN Berechnungen A 8
1.5 SIA Berechnungen A 15
16 ISO Berechnungen A 21
1.7 ECCS Berechnungen A 28
1.8 UTI Berechnungen A 35
1.9 Nachweise A 39
2.1 IPE-Profile A 47
2.2 Schnittgrößen A 48
2.3 Nachweise A 90
Publikationslisten zum Thema:
Windlast, Euronorm, Vergleichsuntersuchung, Stahlkonstruktion, Stahlfachwerk, Stahlschornstein, Schnittgröße, Bemessung, Normungsvorschlag, Vereinheitlichung, Binnenmarkt, Stahlhalle, Beispielrechnung,
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Normen-Handbuch Eurocodes Bauwesen
Von DIN konsolidierte Fassung
2., Aufl.
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Beuth
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In diesem Normen-Handbuch wurden die Inhalte der einzelnen Eurocodes mit den zugehörigen nationalen Anhängen so zusammengefügt, dass der Anwender die jeweils relevanten Textpassagen an einer Stelle und auf einen Blick findet. Dieses Handbuch zum Eurocode 1 Einwirkungen auf Tragwerke wurde aktualisiert und umfasst jetzt folgende Dokumente im konsolidierten Originaltext zusammen: DIN EN 1991-1-6:2010-12 Einwirkungen während der Bauausführung einschl. Berichtigung 1:2013-08 + NA // DIN EN 1991-1-7:2010-12 Allgemeine Einwirkungen - Außergewöhnliche Einwirkungen einschl. A1:2014-08 + NA // DIN EN 1991-3:2010-12 Einwirkungen infolge von Kranen und Maschinen einschl. Berichtigung 1:2013-08 + NA // DIN EN 1991-4:2010-12 Einwirkungen auf Silos und Flüssigkeitsbehälter einschl. Berichtigung 1:2013-08 + NA. Ergänzend wurden die Inhalte der DIN 1055-2:2010-11 mit Festlegungen zu Bodenkenngrößen eingearbeitet.
Michel Bender, Alfons Goris
Stahlbetonbau-Praxis nach Eurocode 2, .1, Grundlagen, Bemessung, Beispiele
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Grundlagen, Schnittgrößen, Grenzzustände der Tragfähigkeit, Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit, Beispiele. Mit Beilage: Bemessungstafeln nach EC 2-1-1
6., Aufl.
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Die insgesamt dreibändige Ausgabe von Stahlbetonbau-Praxis befasst sich auch in ihrer sechsten Auflage kompakt und übersichtlich mit der Bemessung und konstruktiven Durchbildung von Stahlbetontragwerken einschließlich der Tragwerksplanung im Bestand. Das bewährte Standardwerk wurde in der 6. Auflage unter Berücksichtigung des aktuellen Stands der Technik umfassend überarbeitet und um praxisrelevante Themen erweitert. Band 1 beinhaltet neben den Grundlagen des Stahlbetonbaus und der Schnittgrößenermittlung insbesondere die Bemessung von Stahlbetonbauteilen im Grenzzustand der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit und die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit. Die Nachweise werden anschaulich erläutert und mit zahlreichen Beispielen ergänzt. Ein Beilagenheft mit häufig benötigten Bemessungs- und Konstruktionsdetails ergänzt den Band. Diese Inhalte werden behandelt: Baustoffe, Grundlagen der Tragwerksplanung und des Sicherheitsnachweises, Schnittgrößenermittlung, Bemessungsgrundlagen, Grenzzustände der Tragfähigkeit, Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit, Sicherstellung eines duktilen Bauteilverhaltens, Mindest- und Höchstbewehrung, Buchbeilage: Bemessungstafeln nach EC 2-1-1. Das ist neu im Vergleich zur Vorgängerausgabe: Der aktuelle Stand der Normung wurde berücksichtigt. Das Thema Schnittgrößenermittlung wurde integriert, so dass nun der Band 1 das gebündelte Basiswissen zur Berechnung und Bemessung von Stahlbetonbauteilen beinhaltet. Ausgewählte Themen der Bemessung, wie z. B. Querkraftbemessung bügel- oder wendelbewehrter Bauteile mit Kreisquerschnitt, Durchstanzen von Flachdecken mit Stützenkopfverstärkungen sowie Kippen schlanker Biegeträger, wurden ergänzt. Die Bücher wenden sich an Studierende und an die in der Praxis tätigen Tragwerksplaner, die ihre Kenntnisse vor allem auch im Hinblick auf den Eurocode 2 aktualisieren möchten. Durch die ausführlichen Erläuterungen theoretischer Grundlagen mit zahlreichen Beispielen eignet sich das Buch auch sehr gut für das Selbststudium.
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Handbuch Eurocode 3 - Stahlbau. Bd.4. Türme, Maste und Schornsteine
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Dieses Normen-Handbuch führt die Normentexte der nachfolgenden Eurocode- Teile mit den entsprechenden Nationalen Anhängen zu einem in sich abgeschlossenen Werk, mit fortlaufend lesbarem Text, anwenderfreundlich zusammen: DIN EN 1993-3-1:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 3-1: Türme, Maste und Schornsteine - Türme und Maste; Deutsche Fassung EN 1993-3-1:2006 + AC:2009; DIN EN 1993- 3-1/NA:2015-11, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 3-1: Türme, Maste und Schornsteine - Türme und Maste; DIN EN 1993-3-2:2010-12, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 3-2: Türme, Maste und Schornsteine - Schornsteine; Deutsche Fassung EN 1993-3-2:2006; DIN EN 1993-3-2/NA:2010-12, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 3-2: Türme, Maste und Schornsteine - Schornsteine.
Alfons Goris
Bemessungs- und Konstruktionsbeispiele nach Eurocode 2
Werner-Ingenieur-Texte WIT
Stahlbetonbau in praktischen Anwendungen
2016, 254 S., 240 mm, Softcover
Reguvis Fachmedien
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Mit dem Band wird anhand von ausführlich dargestellten Projektbeispielen die Anwendung von Grundlagenkenntnissen bei Entwurf und Planung von Stahlbetontragwerken aufgezeigt und vertieft. Besonderen Wert legen die Autoren dabei auf die umfassende Aufbereitung und Darstellung der gewählten Projekte. Das Projekt Bürogebäude umfasst die Bemessung einer üblichen Hochbaukonstruktion mit ihren wesentlichen Tragwerksteilen. Hierzu gehören die Nachweise der Gesamtstabilität, die Berechnung, Bemessung und konstruktive Durchbildung von Platten, Balken, Stützen und Fundamenten. Die berechneten Tragwerksteile sind ausführlich dargestellt und erläutert. Lagerhallen des Industriebaus werden häufig als reine Fertigteilkonstruktionen ausgeführt. Im zweiten Projektbeispiel liegt daher der Schwerpunkt auf den Besonderheiten in der Bemessung von Fertigteilen mit ihren typischen Konstruktionsformen und Nachweisführungen, wie z. B. weitgespannte Binder, schlanke Stützen, Konsolen, Fundamentausbildung. Das dritte ausgewählte Beispiel einer Fußweg-/Verbindungsbrücke - ausgeführt als einstegiger Plattenbalken - zeigt einige Besonderheiten bzgl. der Überlagerung von verschiedenen Beanspruchungsarten (Biegung, Querkraft und Torsion), der Lagerung von Brücken und deren Unterbauten. Eine kurze Zusammenfassung der Bemessungsgleichungen und -tabellen runden die berechneten Beispiele ab.
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Wolfram Jäger, Jürgen Ries, Maik Erler, Peter Schöps
OptiHaP - Umsetzung einer optimierten Prüfung der Haftscherfestigkeit im Mauerwerksbau in Anlehnung an das bisherige europäische Verfahren nach DIN EN 1052-3
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3191
2020, 75 S., 90 Abb. u. 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
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2020, 75 S., 90 Abb. u. 15 Tab., Softcover
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Mit dem Übergang auf die europäischen Prüfnormen wird die Haftscherfestigkeit nach DIN EN 1052-3 geprüft. Die damit erreichbaren Werte sind etwa um die Hälfte geringer als nach dem bisherigen deutschen Prüfverfahren nach DIN 18555-5. Die Ursachen dafür konnten bisher nicht geklärt werden. Es war im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ein geeigneter Versuchsaufbau in Anlehnung an das europäische Prüfverfahren zu testen und weiter zu optimieren. Mit dem Forschungsvorhaben konnten die Unterschiede zwischen dem alten Prüfverfahren nach DIN 18555-5 und dem neuen gemäß DIN EN 1052-3 nach eingehenden Untersuchungen mechanisch und experimentell erklärt werden. Die Ursache liegt in den auftretenden Biegezugspannungen, die das Ergebnis verfälschen. Die Ergebnisse werden der Bauaufsicht und den Normungsgremien zur Verfügung gestellt, um eine Praxiseinführung in Angriff zu nehmen.
Jochen Zehfuß, Jens Spille
Bewertung überarbeiteter Rechengrundlagen zur Wärmeleitfähigkeit im Zuge der Novellierung von EN 1992-1-2. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3358
2018, 50 S., 30 Abb. u. 4 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
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2018, 50 S., 30 Abb. u. 4 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
Bei der Berechnung von Temperaturen innerhalb von Betonquerschnitten weist die thermische Leitfähigkeit einen großen Einfluss auf die Ergebnisse auf. DIN EN 1992-1-2 benennt für den temperaturabhängigen Verlauf der thermischen Leitfähigkeit eine untere und eine obere Grenzwertfunktion. Der nationale Anhang schreibt in Deutschland die Anwendung der oberen Grenzfunktion vor. Thermischen Berechnungen unter Ansatz der oberen Grenzwertfunktion für die thermische Leitfähigkeit haben gezeigt, dass dieser Ansatz bei der Bewertung des Raumabschlusskriteriums zu konservativen Ergebnissen führt, die nicht übereinstimmen mit den Mindestdicken nach Abschnitt 5 DIN EN 1992-1-2, für die das Raumabschlusskriterium als eingehalten gilt. Auch aufgrund geänderter Betonzusammensetzungen und geänderter Messtechnik wurde daher in der CEN/TC 250/SC 2/WG 1/TG 5 eine geänderte Grenzwertfunktion für den Verlauf der thermischen Leitfähigkeit vorgeschlagen, welche anhand von numerischen Vergleichsrechnungen zu ausgewählten experimentell bestimmten Temperaturzeitkurven überprüft wurde.
Lars Meyer, Enrico Schwabach, Alexander Lindorf
Verbesserung der Eurocodes durch pränormative Forschung - Phase 2: Entwurfsphase zur Qualitätssicherung und -kontrolle der Eurocode-Entwürfe. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3070
2018, 111 S., 35 Abb. u. 15 Tab., Softcover
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Das Forschungsprojekt ist Teil eines längerfristigen Großprojekts zur Verbesserung der Eurocodes, die zukünftig die maßgeblichen Bemessungsregeln im Bauwesen sein werden. In diesem Antrag geht es um die zweite von insgesamt vier Phasen. In dieser "Entwurfsphase" sollen diese von der PRB erarbeiteten Vorschläge in die derzeit laufende Überarbeitung der Eurocodes eingebracht werden. Es geht in der zweiten Phase konkret darum, mit dem europäischen Zeithorizont abgeglichen Vorschläge in die europäische Diskussion einzubringen und eine fundierte Auseinandersetzung mit den Vorschlägen anderer Länder sicherzustellen. Der Forschungsaspekt dieses Projekts liegt also in der Abwägung von Alternativen im Vergleich zu den bisher von der PRB erarbeiteten Vorschlägen. Gegenstand sind ausgewählte Teile der Eurocodes EN 1990, EN 1991, EN 1992, EN 1993, EN 1994, EN 1995, EN 1996 und EN 1997 sowie einige zugehörige Schnittstellendokumente - z.B. EN 206, EN 13670, EN 1090. Ziel ist, dass deutsche Ingenieurbüros und deutsche Bauunternehmen bei der Anwendung der Eurocodes Vorteile erzielen, weil diese praxisgerecht formuliert sind und besser als bisher mit Schnittstellendokumenten - z. B. europäischen harmonisierten Bauproduktnormen - korrespondieren.
F. Colling, H. J. Blaß, C. Prüfer
Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen
Bauforschung, Band T 3319
2015, 71 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Tragfähigkeit von Stabdübelverbindungen
Bauforschung, Band T 3319
2015, 71 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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In Fachkreisen wird seit Jahren intensiv darüber diskutiert, dass die rechnerischen Tragfähigkeiten von Verbindungen mit Stabdübeln nach DIN 1052:2008 oder DIN EN 1995-1-1:2010 (EC 5) z.T. erheblich geringer sind als nach DIN 1052:1988. Nimmt man an, dass das Berechnungsmodell des Eurocode 5 (Johansen-Theorie) korrekt ist, so würde dies bedeuten, dass bei Verbindungen, die nach "alter" DIN 1052:1988 berechnet wurden, teilweise erhebliche Sicherheitsdefizite bestehen. Daher wurde das Forschungsvorhaben vom DIBt in Auftrag gegeben, in dessen Rahmen das Tragverhalten von Stabdübelverbindungen nochmals umfassend untersucht und bewertet werden sollte. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden insgesamt 1588 verfügbare Versuche aus 7 verschiedenen Forschungsarbeiten zusammenfassend ausgewertet. Die Auswertung der Kurzzeitversuche deutet darauf hin, dass die nach "alter" DIN 1052 berechneten zulässigen Werte um etwa 20 - 25 Prozent überschätzt wurden und entsprechend unter dem heute geforderten Sicherheitsniveau liegen. Die Auswertungen deuten weiterhin darauf hin, dass nach Eurocode 5 berechnete Tragfähigkeiten als konservativ angesehen werden können. Hier bestehen noch Reserven für höhere rechnerische Tragfähigkeiten. Anhand von Versuchen mit Stabdübeln, die im Zuge von Firmenüberwachungen entnommen wurden, konnte eine modifizierte Gleichung für das Fließmoment My abgeleitet werden, die insbesondere bei Stabdübeln mit größeren Durchmessern höhere rechnerische Tragfähigkeiten ergibt. Diese Versuche zeigten weiterhin, dass die vorhandenen Stahlfestigkeiten z.T. deutlich über den zugehörigen Nennfestigkeiten liegen. Weiterhin zeigten die Untersuchungen, dass bei Stabdübelverbindungen, bei denen sich im Versagensfall zwei Fließgelenke ausbilden, ein zusätzlicher "Schlankheitseffekt" im Sinne einer pauschalen Tragfähigkeitssteigerung angesetzt werden könnte. Die Regelungen zur "alten" DIN 1052 wurden aus Versuchen abgeleitet, bei denen diese beiden Effekte (Schlankheit und Überfestigkeiten) enthalten waren. Das bedeutet, dass in
K. Geißler, I. Prokop, A. Bubner, R. Egner, S. Heyde, M. Kempkes, B. Kühn, J. Laumann, P. Lieberwirth, J. Naumes, J. Ruga, S. Schilling, H. Schmidt, T. Ummenhofer
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 3: Stahlbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2964
2015, 130 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
Verbesserung der Praxistauglichkeit der Baunormen durch pränormative Arbeit - Teilantrag 3: Stahlbau. Abschlussbericht
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2015, 130 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
Der umfangreiche Eurocode 3 für den Stahlbau rief in der Ingenieur- und Baupraxis teilweise heftige Kritik hervor. Kritisiert wurde neben der großen Seitenzahl die unzureichende Übersichtlichkeit und Konsistenz und damit verbunden eine mangelhafte Anwenderfreundlichkeit. Ziel des Vorhabens war daher die pränormative Forschung für eine praxisgerechte Überarbeitung und Weiterentwicklung des Eurocode 3. Für das Forschungsvorhaben wurden von den 20 Teilen des Eurocodes 3 die sechs Teile ausgewählt und untersucht, die für die Ingenieure in Planung und Ausführung die größte Relevanz und den größten Verbesserungsbedarf haben. Dies sind der Teil 1-1 (Bemessungsregeln für den Hochbau - "Grundlagenteil"), Teil 1-8 (Anschlüsse), Teil 1-5 (Plattenförmige Bauteile), Teil 1-9 (Ermüdung), Teil 1-2 (Heißbemessung) und Teil 6 (Kranbahnen). Da die Ausführungsnorm DIN EN 1090 Teil 2 in engem Zusammenhang mit dem Eurocode 3 steht, wurde sie ebenfalls in Bezug auf die Praxistauglichkeit überprüft. Gemäß Forschungsantrag wurden zunächst ähnlich einer Anamnese die Schwachstellen und Überregulierungen des Eurocode 3 zusammengetragen. Danach wurde in einer Diagnose geprüft, inwieweit diese Defizite in der Praxis zu Problemen führen. Besonderes Augenmerk wurde daher auf die praktische Anwendbarkeit und auf Unstimmigkeiten in den Bemessungsvorschriften gelegt. Dies und Unklarheiten in der sprachlichen Formulierung der Norm wurden in separaten Synopsen aufgezeigt. Im nächsten Schritt wurden praxisgerechte Verbesserungen und Vereinfachungen der Norm im Sinne einer Therapie erarbeitet. Bedarfsweise wurden die Auswirkungen der Verbesserungsvorschläge an konkreten Bauteilen in Vergleichsberechnungen untersucht und mit den Bemessungsergebnissen der jetzt gültigen Fassung des Eurocode 3 verglichen. Die Therapie wurde je Eurocode in einem Abschnitt "Lösungsvorschläge" erläutert. Die Lösungsvorschläge münden in überarbeiteten und praxistauglichen Entwürfen von Normentexten für den Eurocode 3. Diese Normentwürfe liegen in einzelnen Teilberichten vo
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