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Planung und Dimensionierung von Kranen
Folgende Parameter müssen bei der Erstellung eines Krankonzepts berücksichtigt werden:
- Bauaufgabe, Geometrie in Abhängigkeit von Größe und Form des Bauwerks
- Gelände
- Lasten unter Berücksichtigung der größten Einzellast und zu tragende Materialmenge
- Bauzeit in Abhängigkeit der Personalstärke und Krananzahl sowie Kranverfügbarkeit
Die Baustelleneinrichtungsplanung für Turmdrehkrane lässt sich vereinfacht in folgende drei Fragestellungen zusammenfassen:
- Wie viele Turmdrehkrane werden benötigt? ⇒ Bestimmung der Krananzahl
- Wo sind die Turmdrehkrane aufzustellen? ⇒ Bestimmung der Kranstandorte
- Wie groß müssen die Turmdrehkrane sein? ⇒ Dimensionierung der Krane
Zur Planung und Dimensionierung von Kranen kann die Formelsammlung Baubetrieb (Tabelle 1-2) zur Anwendung kommen.
Bestimmung der Krananzahl
Die erforderliche Krananzahl richtet sich nach der Anzahl und Dauer der Einzeltransporte, Anzahl der gleichzeitig zu bedienenden Kolonnen, Bauwerksgeometrie, Bauart und Bauweise.
Die Bestimmung der Krananzahl kann mit drei unabhängigen Möglichkeiten bestimmt werden: (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
| Anzahl der Beschäftigten [Arbeitskräfte pro Kran] | ||
|---|---|---|
| Tätigkeit | Mischbauweise | Stahlbetonbauweise |
| Betoneinbau mit Kran | ≤ 15 | ≤ 13 |
| Betoneinbau mit Pumpe | ≤ 25 | ≤ 25 |
| Fertigteilmontage | 3 bis 5 | |
| Durchschnittlich | 20 | |
| Volumen des Baukörpers [Kubikmeter BRI pro Kran und Monat] | ||
| Mischbauweise | Stahlbetonbauweise | |
| 1.500 bis 2.000 | 2.500 bis 3.000 | |
| Baustoffgesamtbedarf [Tonnage pro Kran und Monat] | ||
| Material | Mischbauweise | Stahlbetonbauweise |
| Baustoffe | 600 bis 700 | |
| Bau- und Hilfsstoffe | 700 bis 800 | |
Beispiel
Ein Baukran soll für eine Großbaustelle mit 55.000 m³ BRI nach DIN 277 und einer Bauzeit von 15 Monaten in Mischbauweise geplant werden. Wieviele Krane sind für diese Baustelle erforderlich?
55.000 m³ / 15 Monate = 3.667 m³/Monat zu tragende Menge
3.667 m³/Monat / 1.500 m³/(Kran*Monat) = 2,4 Krane ⇒ 2 bis 3 Krane erforderlich
Bestimmung des Kranstandortes
Alle Bereiche des Bauwerks müssen von mindestens einem Kran abgedeckt sein. Dabei sollten sich die Krane gegenseitig möglichst wenig behindern. Die Installation der Krane sollte nach Möglichkeit im Schwerpunkt der Baumaßnahme erfolgen. Kranintensive Bereiche sollten von mehreren Kranen bedient werden können. Alle Lagerplätze müssen durch mindestens einen Kran erreichbar sein. Fahrbare Krane sind möglichst parallel zur Längsachse des Bauwerks sowie auf der Seite der Lagerfläche anzuordnen. Sicherheitsabstände und die Angaben im Handbuch des Kranherstellers müssen beachtet werden.
Die Bestimmung des Standortes sowie der Krangeometrie erfolgt in vier Schritten:
- Untersuchung der Bauwerksgeometrie
- Bestimmung der erforderlichen Stellfläche und der Sicherheitsabstände (Beachte: Neben dem zu erstellenden Bauwerk müssen auch die Lagerflächen und Entladeplätze überschwenkbar sein)
- Auswahl des Krans anhand eines Traglastmoments
- Bestimmung der erforderlichen Hakenhöhe
Bei der Bestimmung des Kranstandortes fällt die Auswahl auf die Anordnung eines stationären Krans (links) und eines gleisgebundenem Krans (rechts). (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
Im nächsten Schritt wird die zur Verfügung stehende Stellfläche zur Aufstellung des Kranes auf dem Baufeld betrachtet. Diese ist abhängig von der Krangröße und kann wie folgt dargestellt werden:
Stellfläche von obendrehenden Turmdrehkranen (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
Stellfläche von untendrehenden Turmdrehkranen (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
Merke: Die Aufstellung eines Kranes kann nur auf ausreichend tragfähigem Untergrund und unter Beachtung von Sicherheitsabständen zu Baugruben sowie Freileitungen erfolgen.
Sicherheitsabstände
Um ausreichende Sicherheitsabstände zu Baugruben und Gräben sowie zu elektrischen Freileitungen zu planen, werden folgende Werte angenommen. (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
| Sicherheitsabstand bei geböschten Baugruben und Gräben | |
|---|---|
| bis 12 t Gesamtgewicht | ≥ 1,0 m¹ |
| über 12 t Gesamtgewicht | ≥ 2,0 m¹ |
| ¹Der Sicherheitsabstand von der Außenseite der Abpratzung (z. B. Außenkante Holzbohlen) bis zum Böschungsfuß von Baugruben und Gräben bei rolligem oder aufgefülltem Boden beträgt das Doppelte der Baugrubentiefe, mindestens aber 2,0 m. Bei gewachsenem, nicht rolligem Boden, entspricht der Sicherheitsabstand der Baugrubentiefe mindestens aber 2,0 m. Bei Böschungswinkeln der Baugrube größer 45° entspricht der Sicherheitsabstand ebenfalls der Baugrubentiefe, mind. aber 2,0 m. | |
| Sicherheitsabstand bei Baugruben mit Normverbau | |
| bis 12 t Gesamtgewicht | ≥ 0,6 m |
| über 12 t Gesamtgewicht | ≥ 1,0 m |
| Sicherheitsabstände bei geböschten Baugruben und Gräben | |
|---|---|
| Max. Spannung der Freileitung | Sicherheitsabstand |
| bis 1.000 V (1 kV) | ≥ 1,0 m |
| 1 kV bis 110 kV | ≥ 3,0 m |
| 110 kV bis 220 kV | ≥ 4,0 m |
| 220 kV bis 380 kV | ≥ 5,0 m |
| unbekannte Spannungsgröße | ≥ 5,0 m |
Traglastmoment und Hakenhöhe
Traglastmoment
Eine wesentliche Kennzahl für die Dimensionierung von Kranen auf einer Baustelle ist das Lastmoment. Dieses ist auch die maßgebende Kennzahl in der Baugeräteliste (BGL).
Die max. erforderliche Tragfähigkeit des Krans wird in der Regel durch den Transport von Beton oder von Fertigteilen, seltener durch Großflächenschalungen, bestimmt und ergibt sich als Produkt aus der maximalen Traglast und der zugehörigen Entfernung der Last von der Turmachse:
Lastmoment [t * m] = Länge der Ausladung [m] * Traglast [t]
Ballastmoment [t * m] = Länge Gegenausleger [m] * Ballastgewicht [t]
Merke: Lastmoment ∼ Ballastmoment
Für den Betontransport muss der Kran so dimensioniert werden, dass der Betonkübel inkl. der Frischbetonfüllung bis zur Einbaustelle bzw. zum Standort des Betonmischers verbracht werden kann.
Zur Bestimmung des Betonkübergewichtes kann die nachfolgende Tabelle dienen. (Quelle: Schach/Otto: Baustelleneinrichtung)
| Fassungsvermögen | Leergewicht Kübel | Gewicht inkl. Beton |
|---|---|---|
| 500 l | 100 - 200 kg | ca. 1.400 kg |
| 750 l | 200 - 270 kg | ca. 2.000 kg |
| 1.000 l | 220 - 350 kg | ca. 2.800 kg |
| 1.500 l | 370 - 450 kg | ca. 4.000 kg |
| 2.000 l | 450 - 500 kg | ca. 5.300 kg |
Beispiel
Zu Bestimmen ist die Traglast eines Krans bei einem gegebenen Lastmoment von 24 tm und einer Dimensionierung der Auslegerlänge bei 8 m, 15 m und 30 m Ausladung.
- Umstellen der Formel: Traglast [t] = Lastmoment [t * m] / Auslegerlänge [m]
- Berechnung bei 8 m Auslegerlänge: 24 tm / 8 m = 3,0 t Traglast
- Berechnung bei 15 m Auslegerlänge: 24 tm / 15 m = 1,6 t Traglast
- Berechnung bei 30 m Auslegerlänge: 24 tm / 30 m = 0,8 t Traglast
Annahme: Maximale Zugkraft der Hubseilwinde 2,4 t ⇒ Bei einem zwei-strängigem Hubseilbetrieb ergibt sich eine mögliche Traglast von 2 * 2,4 t = 4,8 t
Ausladung bei 24 tm: 24 tm / 4,8 t = 5 m, bis hier ist die Begrenzung durch die maximale Zugkraft der Winde maßgebend.
Für eine genauere Berechnung müsste noch das Eigengewicht des Auslegers, Gegenauslegers, Turm, Zentralballast, Unterwagen, der Katze und der Flasche berücksichtigt werden.
Lösungsdarstellung: (Quelle: online unter https://www.lehrerfreund.de/technik/1s/turmdrehkrane-2)
Hakenhöhe
Im vierten Schritt muss abschließend die erforderliche Hakenhöhe bestimmt werden. Diese ergibt sich aus der Gesamthöhe:
- des maximal zu überschwenkenden Baukörpers
- des Arbeitsraumes für Personen (ca. 2,5 m)
- eines Sicherheitsabstandes (ca. 1 m)
- des zu hebenden Bauteils
- der Lastaufnahmeeinrichtung (Traverse, Seilgehänge etc.)
