Aufgabenstellung und Berechnungsziel
Standzargen sind die klassische Aufstellungslösung für stehende Druckbehälter und Kolonnen: Ein zylindrischer oder kegelförmiger Blechmantel trägt das gesamte Apparategewicht samt Einbauten und Füllung und leitet zusätzlich Biegemomente aus Wind- oder Erdbebenlasten in das Fundament ab. Dieses Modul führt den rechnerischen Nachweis für Standzargen nach DIN EN 13445-3, Abschnitt 16.12 – dem Regelwerksabschnitt für nicht drucktragende Bauteile und Behälterunterstützungen unbefeuerter Druckbehälter.
Die Berechnung gliedert sich in zwei getrennte Nachweise: zum einen die lokalen Spannungen im Anschlussbereich zwischen Standzarge und Behälterwand, wo sich Druckspannungen aus dem Behälterinnendruck mit den Schnittgrößen aus der Auflagerung überlagern, zum anderen der Nachweis der Standzarge selbst gegen Fließen und Stabilitätsversagen. Unterstützt werden zylindrische wie kegelförmige Zargen sowie der Anschluss über einen Tragring oder direkt an die Behälterwand bzw. den gewölbten Boden (Klöpper- oder Korbbogenboden) angeschweißte Zargen.
Wer eine Standzarge nach EN 13445 berechnen will, benötigt neben der Zargengeometrie die Schnittgrößen am Anschluss – Gewichtskraft, Querkraft und Biegemoment. Das Modul ermittelt die erforderlichen Schnittgrößen und bewertet die maßgebenden Spannungskombinationen für Betriebs- und Prüfzustand.
Regelwerk und Berechnungsbasis: DIN EN 13445-3/16.12: 2018-12
So läuft die Berechnung ab
- Geometrie von Behälter und Zarge erfassen: Zunächst werden Außendurchmesser, Innendurchmesser und Nennwanddicke des Behälters eingegeben; daraus leitet das Modul den mittleren Durchmesser und die Berechnungswanddicke ab. Für die Zarge werden Bauform (zylindrisch oder kegelig), Durchmesser, Wanddicke und die Anschlussvariante (Tragring oder direkt angeschweißt) festgelegt.
- Lasten und Schnittgrößen bestimmen: Am Anschnitt Zarge/Behälter werden die maßgebenden Schnittgrößen zusammengestellt: Eigengewicht des Apparats mit Einbauten und Füllung, gegebenenfalls Prüffüllung, sowie das globale Biegemoment aus Wind- oder Erdbebenbeanspruchung. Die Nachweise werden für die relevanten Lastfälle (Betrieb, Prüfung, Montage) getrennt geführt.
- Lokale Spannungen am Anschluss nachweisen: Im Verbindungsbereich überlagern sich die Membranspannungen aus dem Innen- oder Außendruck des Behälters mit den lokalen Biege- und Membranspannungen aus der Lasteinleitung der Zarge. Das Modul wertet die Spannungskombinationen nach Abschnitt 16.12 aus und vergleicht sie mit den zulässigen Werten des Behälterwerkstoffs.
- Nachweis der Standzarge selbst: Für den Zargenmantel wird der Nachweis gegen Fließen unter Längsdruckspannung und gegen Stabilitätsversagen (Beulen) geführt. Bei kegelförmigen Zargen geht die Neigung in die Spannungsermittlung ein; Ausschnitte in der Zarge mindern den tragenden Querschnitt.
- Bewertung und Dokumentation: Abschließend stellt das Modul Ausnutzungsgrade für alle Nachweisstellen zusammen. Sind Bedingungen verletzt, lassen sich Zargenwanddicke, Tragringabmessungen oder Verstärkungen anpassen und der Nachweis unmittelbar erneut führen.
Eingabegrößen
| Größe | Symbol | Einheit |
|---|---|---|
| Wanddickenverhältnis | eB/eZ | - |
| Ausführung des Bodens | Bodenart | - |
| Verhältnis | eB/DB | - |
| Bedingung für Bauform B (0,5 ≤ eB/ez ≤ 2,25) nicht erfüllt! | 0,5 ≤ eB/ez ≤ 2,25 | - |
| Schnittkraft in der Standzarge (p) | FZp | N |
| globale zusätzliche Axialkraft in 1-1 (Bild 16.12-4) | F1 | N |
| Gewicht des Behälters ohne lnhalt | FG | N |
| Gewicht des Behälterinhalts | FF | N |
| resultierendes Moment aus äußeren Lasten in Schnitt 1-1 (Bild 16.12-4) | M1 | N·mm |
| Mittlerer Durchmesser der Standzarge | DZ | mm |
| Schnittkraft in der Standzarge (q) | FZq | N |
| Membranspannung (p) | \u03c31pm | N/mm² |
| Festigkeitsbedingung | (16.12-5) | - |
| Gewicht des Behälters (ohne Inhalt) unterhalb Schnitt 2-2 | ΔFG | N |
| Berechnungsdruck | P | MPa |
| Mittlerer Durchmesser des Behälters | DB | mm |
| Berechnungswanddicke Behälter | eB | mm |
| Membranspannung (q) | \u03c31qm | N/mm² |
| Festigkeitsbedingung | (16.12-6) | - |
| erforderliche Wanddicke (p) | e1pm | mm |
| zulässige Spannung Behälter | f | N/mm² |
| erforderliche Wanddicke (q) | e1qm | mm |
| Nennwanddicke Behälter | enB | mm |
| Außendurchmesser der Standzarge | DZa | mm |
Berechnungsoptionen
Ausführung des Bodens
Klöpperboden · Korbbogenboden · Elliptischer Boden
Auslegung von Verankerungsschrauben und Bodenring?
Nein · Ja
Gewindesteigung nach Regelwerk
1 · 2
Bauart des Bodenrings
Typ 1 · Typ 2 A · Typ 2 B · Typ 3 · Typ 4 A · Typ 4 B
Bauform
A: Zargenanschluss über Tragring im Zylinderbereich · B: Zargenanschluss im Krempenbereich · C: Übergeschobene Standzarge
Häufige Fragen
Worin unterscheidet sich der Anschluss über Tragring vom direkt angeschweißten Zargenanschluss?
Bei der direkt angeschweißten Zarge werden die Auflagerkräfte unmittelbar über die Schweißnaht in die Behälterwand bzw. die Krempe des gewölbten Bodens eingeleitet – dort entstehen lokale Biegespannungen, die getrennt nachzuweisen sind. Ein Tragring verteilt die Lasteinleitung auf einen größeren Bereich und entkoppelt Zarge und Behälterwand teilweise; dafür sind Ring und Ringanschluss zusätzlich nachzuweisen. Welche Variante günstiger ist, hängt von Behälterdurchmesser, Wanddicke und Momentenbeanspruchung ab.
Welche Lasten müssen im Standzargennachweis berücksichtigt werden?
Neben dem Eigengewicht des leeren Apparats sind Einbauten, Isolierung, Betriebsfüllung und – häufig maßgebend – die Wasserfüllung bei der Druckprüfung anzusetzen. Hinzu kommen globale Biegemomente aus Wind nach EN 1991-1-4 bzw. Erdbeben nach EN 1998 sowie gegebenenfalls Lasten aus angeschlossenen Rohrleitungen. Die Kombination von maximalem Moment und minimaler bzw. maximaler Auflast entscheidet, ob Zug- oder Druckseite maßgebend wird.
Warum wird der Anschlussbereich getrennt von der Zarge selbst nachgewiesen?
Die Versagensmechanismen sind unterschiedlich: Im Anschlussbereich begrenzen lokale Membran- und Biegespannungen in der drucktragenden Behälterwand die Tragfähigkeit, in der Zarge dagegen Fließen unter Längsdruck und elastisch-plastisches Beulen des dünnwandigen Mantels. EN 13445-3 Abschnitt 16.12 behandelt beide Nachweise deshalb mit eigenen Kriterien und zulässigen Spannungen.
Sind Ausschnitte in der Standzarge zulässig?
Ja – Mannlöcher, Rohrdurchführungen und Belüftungsöffnungen sind in Standzargen üblich. Sie reduzieren jedoch den tragenden Querschnitt und erhöhen die Spannungen im Restquerschnitt, insbesondere auf der Druckseite unter Biegemoment. Größere Ausschnitte sind zu verstärken (z. B. durch Rahmen oder aufgeschweißte Verstärkungen) und im Nachweis der Schnittgrößen zu berücksichtigen.