HEA Stahlträger: Eigenschaften und Unterschiede zu IPE-Trägern

Wenn wir uns mit einer strukturellen Planung befassen, gibt es viele Elemente, die unser Projekt ausmachen, und für jedes von ihnen müssen wir die besten geometrischen, dimensionalen und leistungsbezogenen Eigenschaften auswählen. Glücklicherweise stehen uns dabei spezifische Statik-Software zur Verfügung, die uns eine modulare Lösung für jede Herausforderung bieten.

Zu den wichtigsten strukturellen Elementen gehören sicherlich der Träger, der auf dem Markt in verschiedenen Querschnitten und Größen erhältlich ist, je nach Größe der Struktur. Zu den leistungsfähigsten Trägern gehören sicherlich die des HE-Gruppen. Aber woran verdanken sie ihre hohen Leistungen? Wie viele Typen gibt es und inwiefern unterscheiden sie sich von den IPE-Profilen? Lassen Sie es uns gemeinsam herausfinden!

Was versteht man unter dem Begriff Träger?

Mit dem Begriff Träger bezeichnet man ein strukturelles Element mit einer der dominierenden Dimensionen, hergestellt aus Metall oder einem anderen Material, das dazu dient, eine Belastung, tendenziell quer zu seiner geometrischen Achse, von den Bereichen, die durch die Last betroffen sind, zu den Auflagern zu übertragen. Diese Auflager sichern den Träger an der umgebenden Struktur und gewährleisten dessen äußeres Gleichgewicht.

Weitere grundlegende Eigenschaften dieses strukturellen Elements sind:

• längere Dimension als alle anderen;
• Fähigkeit, Lasten, die in Richtung seiner Hauptachse aufgebracht werden, über eine bestimmte Länge, die Spannweite genannt wird, zu tragen, die zwischen zwei Auflagern berechnet wird.

Wir haben gesehen, dass je nach geometrisch-räumlicher Konfiguration und folglich auch struktureller Konfiguration verschiedene Arten von Trägern unterschieden werden, wie z.B. der Knickträger, der Auskragträger oder der Plattenträger.

Eine weitere Unterscheidung wird jedoch im Vorfeld basierend auf den dimensionalen Eigenschaften und dem Hauptquerschnitt der Träger selbst getroffen. Diese Klassifizierung unterscheidet die Träger in:

• IPE-Profile: gekennzeichnet durch einen Querschnitt in Form eines I, auch als schmale Flansche bezeichnet;
• HE-Profile: haben einen Querschnitt in Form eines H, auch als breite Flansche bezeichnet, und wir werden sehen, dass sie sich wiederum in HEA und HEB unterscheiden;
• UNP-Träger: gekennzeichnet durch einen Querschnitt in Form eines U;
• L-, C-, Z- oder T-Träger;
• Rechteckiger Hohlträger;
• Kreisförmiger Hohlträger.

Von diesen Typen sind die am weitesten verbreiteten die IPE- und HE-Profile, deren häufigere Verwendung auf ihre höhere Effizienz bei Biegebelastungen zurückzuführen ist. Der Hauptquerschnitt dieser beiden Profile zeigt uns, dass das Material auf den Flanschen konzentriert ist, also auf den Teilen, die am weitesten vom Schwerpunkt des Querschnitts entfernt sind, wodurch ihre Biegesteifigkeit erhöht wird. Aus diesem Grund werden diese Arten von Trägern häufig in Stahlrahmen für Gebäude und Brücken verwendet.

Was ist der Unterschied zwischen IPE-, HE- und UNP-Trägern?

Wie im vorherigen Abschnitt erwähnt, unterscheiden sich die Träger je nach geometrischer Figur, die ihren Querschnitt am besten beschreibt, in die drei folgenden Hauptkategorien:

• IPE-Träger: In der Bezeichnung IPE steht das I für die Form des Querschnitts, während PE für European Profile steht und Elemente mit der Form von Balken oder Trägern mit parallelen Flanschinnenflächen und Produktionsmaßtoleranzen bezeichnet. Die gebräuchlichste Version in dieser Gruppe von strukturellen Elementen ist das Standardprofil IPE. Bei diesen Trägern hat der Querschnitt, wie bereits erwähnt, die Form des Großbuchstabens „I“, bestehend aus zwei „schmalen“ Flanschen, einem oberen und einem unteren, die durch einen Mittelteil verbunden sind. Ihr Querschnitt macht sie besonders geeignet, um Biegebeanspruchungen zu tragen, und sie werden häufig im Bau von Decken verwendet.
• HE-Träger: Die HE-Träger werden auch als „breite Flansche“ bezeichnet und ihr Querschnitt hat die charakteristische Form eines Großbuchstabens „H“. Diese Art von Trägern wird weiter unterteilt, je nach Dicke der Flansche, von leicht bis schwer. Im Gegensatz zu den IPE-Trägern macht ihr besonderer Querschnitt sie widerstandsfähig gegen Biegemomente und verringert das Risiko eines elastischen Zusammenbruchs, was dazu führt, dass HE-Träger besonders häufig für Fundamente verwendet werden.
• UNP-Träger: Diese Art von Trägern ist durch einen Querschnitt in Form eines Großbuchstabens „U“ gekennzeichnet und wird hauptsächlich in gewerblichen und industriellen Anwendungen sowie in Maschinen und Baugeräten verwendet.

Profile IPE, HE, UNP

Was macht den HE Stahlträger leistungsfähiger als andere?

Um zu erklären, warum die Profile mit H-Querschnitt die leistungsfähigsten sind, zusammen mit den IPE-Profilen, ist es unerlässlich, eine kurze Einführung in die Belastung zu geben, der die Träger im Allgemeinen ausgesetzt sind: das Biegemoment.

Diese Art der Belastung ist die, die der Träger erfährt, wenn eine Querkraft ihn zwingt, sich zu biegen, daher der Name Biegemoment. Diese Belastung führt offensichtlich zu Kräften im Träger, die Zug und Druck sind und die linear entlang des Querschnitts des Materials variieren. Die Formel, die es ermöglicht, diese Kräfte entlang eines bestimmten Querschnitts des Trägers zu quantifizieren, ist die Navier-Formel, nach der die Spannung σ mit zunehmendem Biegemoment und nach außen hin im Querschnitt zunimmt. Genau dieses Konzept ist wichtig, um die Effizienz der H-Form des Trägers zu erklären.

Kommen wir also zu uns und verstehen, wo „das Geheimnis“ der HE Stahlträger liegt!

In der Navier-Formel ist ein weiterer grundlegender Begriff das Flächenmoment der Trägheit I. Diese Größe wird durch ein Flächenintegral definiert und stellt den Widerstand einer Fläche dar, sich um eine Rotationsachse zu drehen. Je größer das Flächenmoment der Trägheit ist, desto geringer sind die in der Querschnittsfläche erzeugten Spannungen für ein gegebenes Biegemoment. Das Ziel ist also, dass diese Größe so groß wie möglich ist, und wie erreicht man das? Um ein größeres Flächenmoment der Trägheit zu erhalten, reicht es aus, das verfügbare Material so weit wie möglich vom Zentrum des Querschnitts zu verteilen, genau das geschieht bei den HE-Profilen!

Bei den H-Profilträgern wird das verfügbare Material tatsächlich effizienter genutzt, indem es vorzugsweise an den Flanschen angeordnet wird, die die meisten der Belastungen tragen, da, wie bereits erwähnt, die durch das Biegemoment verursachten Spannungen nach außen hin im Querschnitt maximal sind.

Was ist der Unterschied zwischen einem HEA-Träger und einem HEB-Träger?

Wie bereits erwähnt, werden die HE-Profile weiter unterteilt, basierend auf der Dicke der Flansche, die leicht, normal oder schwer sein kann. Dieses wichtige Merkmal wird in der Bezeichnung des Profils durch einen dritten Buchstaben angezeigt. Genauer gesagt:

• HEA ist die leichte Version
• HEB ist die normale Version

Es gibt dann eine dritte Version, HEM, bei der die Dicke der Flansche schwer ist.

HEA,HEB, HEM

Prüfen Sie das Bild oben, für ein HEA-Profil mit Abmessungen bis zu 300 mm ist die Höhe „h1“ geringer als die Breite der Flansche „b“. Überschreitet man diese Größe, steigt die Höhe des Profils, während die Breite der Flansche konstant bei 300 mm bleibt.

Für das HEB-Profil sind bis zur Größe von 300 mm die Höhe „h1“ und die Breite der Flansche „b“ gleich. Wie beim HEA-Profil steigt auch hier die Höhe des Profils, während die Breite der Flansche konstant bei 300 mm bleibt, sobald diese Größe überschritten wird.

Im Fall der HEM-Profile ist die Höhe „h1“ größer als die Breite der Flansche „b“.

Was das Trägheitsmoment betrifft, das, wie bereits erwähnt, den Widerstand eines Körpers gegen die Drehung um eine Rotationsachse ausdrückt, ist das HEA-Profil bei gleichem Wert das leichteste. Seine Abmessungen sind größer als die des HEB-Profils und insbesondere im Vergleich zu denen des HEM-Profils.

Alle Profile der HE-Gruppe eignen sich besonders gut für große und komplexe Metallkonstruktionen wie: Industriehallen, Sporthallen, Gewerbe- und Verwaltungsgebäude usw.

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Wichtige Punkte des Artikels

• Der Träger ist ein strukturelles Element mit einer dominierenden Dimension, das dazu entworfen wurde, Querlasten auf die Stützen zu übertragen.
• Zu den Haupttypen von Trägern gehören IPE (schmale Flansche), HE (breite Flansche: HEA, HEB, HEM), UNP (U-Profile) und andere spezifische Querschnitte (L, C, Z, T, rechteckige und runde Hohlprofile).
• Die HE-Träger zeichnen sich durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Biegemomente und ihre höhere Tragfähigkeit im Vergleich zu anderen Profilen aus.
• Die HEA-Träger, mit breiten, aber dünneren Flanschen, sind so konzipiert, dass sie Leichtigkeit und optimale Festigkeit gewährleisten und sich ideal für leichte, aber stabile Konstruktionen eignen.
• Die HE-Träger werden für Industriehallen, Gewerbegebäude, Sporthallen und komplexe Metallkonstruktionen verwendet.

Häufig gestellte Fragen zu HEA-Trägern

Warum gelten HE-Profile als leistungsfähiger im Vergleich zu anderen Trägerarten?

HE-Profile (und auch IPE) gelten als leistungsfähig aufgrund ihrer Effizienz im Widerstand gegen das Biegemoment, d.h. die Beanspruchung, die auftritt, wenn eine Querlast den Träger biegt. Ihre „H“-Form (oder „I“ für IPE) ermöglicht es, das Flächenträgheitsmoment (I) des Querschnitts zu maximieren. Ein größeres Trägheitsmoment bedeutet, dass bei einem gegebenen Biegemoment die in der Querschnittsfläche erzeugten Spannungen geringer sind. Die H-Form ermöglicht es, das Material so weit wie möglich vom Zentrum des Querschnitts zu verteilen, wobei es insbesondere in den Flanschen konzentriert wird, die die am stärksten durch Biegung beanspruchten Teile sind.

Was ist das Biegemoment und wie beeinflusst es die Wahl des Trägertyps?

Das Biegemoment ist die Beanspruchung, die ein Träger erfährt, wenn er einer Querlast ausgesetzt wird, die ihn biegt. Diese Beanspruchung erzeugt Zug- und Druckspannungen, die linear entlang des Querschnitts des Trägers variieren. Die Navier-Formel quantifiziert diese Spannungen und zeigt, dass sie mit zunehmendem Biegemoment und mit der Entfernung vom Zentrum des Querschnitts zunehmen. Um hohen Biegemomenten standzuhalten, ist es vorzuziehen, Träger mit einem hohen Flächenträgheitsmoment zu verwenden, wie die HE- und IPE-Profile, die das Material in den Flanschen konzentrieren, um die Biegefestigkeit zu maximieren.

In welchen Arten von Bauwerken werden HE-Profilträger häufig verwendet?

HE-Profilträger werden aufgrund ihrer Robustheit und Vielseitigkeit häufig in großen und komplexen Metallkonstruktionen eingesetzt, wie z.B. in Industriehallen, Sporthallen, Gewerbe- und Verwaltungsgebäuden sowie in anderen Strukturen, die hohe Festigkeit und Stabilität erfordern.

Was versteht man unter „Trägheitsmoment“ und warum ist es bei der Auswahl eines Trägers wichtig?

Das Trägheitsmoment ist eine geometrische Eigenschaft des Querschnitts eines Trägers, die seine Widerstandsfähigkeit gegen das Drehen um eine Achse darstellt. Je höher das Trägheitsmoment, desto größer ist der Widerstand des Trägers gegen Biegung bei einer bestimmten Belastung.

Es ist ein entscheidender Faktor in der Tragwerksplanung, da es die Spannungen und Verformungen innerhalb des Trägers direkt beeinflusst. Daher ist es wichtig, einen Trägertyp (z.B. HE oder IPE) zu wählen, der das Trägheitsmoment maximiert, um die Spannungen zu reduzieren und die Stabilität der Struktur zu gewährleisten.

Welche sind die Hauptmaterialien, aus denen HEA-Träger hergestellt werden?

HEA-Träger werden in der Regel aus Baustahl hergestellt, einem Material, das hohe mechanische Festigkeit und ausgezeichnete Dauerhaftigkeitseigenschaften gewährleistet. Einige Varianten können verzinkt sein, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, insbesondere in feuchten oder aggressiven Umgebungen.