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Bau-Consulting Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. (FH) Laurenz Görres

Krane und Kranbemessung

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Allgemeines

 

Auf Baustellen des Hochbaus stellen Krane Leitgeräte dar. Sie sind deshalb der Bauaufgabe entsprechend technisch, logistisch und wirtschaftlich zu dimensionieren. Diese Aufgabe wird vom Arbeitsvorbereiter und Kalkulator übernommen, wie der nachfolgenden Abbildung entnommen werden kann:

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Teilablauf der Projektakquise mit der Gerätedimensionierung  |  eigene Darstellung

 

Kenntnisse zu Kranen sind insbesondere an den in der Abbildung gelb markierten Stellen erforderlich.

 

Bemessungsgrößen eines Krans

1) Technische Bemessung eines Krans

Darunter wird verstanden, den für eine Bauaufgabe richtigen Krantyp zu wählen und diesen technisch so zu dimensionieren, dass er den Anforderungen der Bauaufgabe und der Baustelle gerecht wird.

 

2) Logistische Bemessung eines Krans

Die logistische Bemessung eines Krans lässt sich auf zwei Weisen betrachten:

  • Logistik des Krans selbst

    Die Logistik des Krans selbst betrachtet den Aufwand, um einen Kran zu mobilisieren, vorzuhalten und zu demobilisieren (alle Aspekte rund um Geräte-Transport, Geräte-Aufbau, Geräte-Vorhaltung und Geräte-Abbau)?

    Ziel: Den richtigen Kran in der richtigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort bereitzustellen! Die Logistik des Krans selbst stellt i. d. R. kein Problem dar, es sei denn der Kran wird im "Auslandsbau" eingesetzt und muss deswegen weit und mit verschiedenen Transportmitteln befördert werden. 

     

  • Logistik des zu befördernden Materials auf eine Baustelle mittels eines Krans  

    Die Logistik des zu befördernden Materials betrachtet, wie ein Kran auf der Baustelle einzusetzen ist, damit die Materiallogistik der Baustelle optimal funktioniert.

    Ziel: Das richtige Material in der richtigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort auf der Baustelle mittels eines Kranes bereitzustellen! 

 

Logistischen Problemen liegt immer die "6R-Regel" der Logistik zugrunde. Sie besagt, dass das Ziel der Logistik die Bereitstellung

  • des richtigen Produkts,
  • zur richtigen Zeit und am richtigen Ort,
  • in der richtgen Menge und der richtigen Qualität,
  • zu den richtigen Kosten

ist. Diese Regel ist auf alle logistische Güter anwendbar, als da wären:

  • Material,
  • Personal,
  • Geräte und
  • Ersatzteile.

 

3) Wirtschaftliche Bemessung eines Krans

Ziel der wirtschaftlichen Bemessung eines Krans ist es, den kostengünstigsten Kran zu ermitteln, der sowohl technisch als auch logistisch die Bauaufgabe am Besten erfüllt. Die Wirtschaftlichkeit eines Krans lässt sich wie folgt messen:

Darstellung L. Goerres

Um wirtschaftlicher zu sein, müssen die Hebe-Mengen erhöht und/oder die Hebe-Zeiten wie auch die Gerätekosten minimiert werden. Die "Qualität" des Hebevorganges ist von untergeordneter bzw. vernachlässigbarer Bedeutung und spielt bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung keine Rolle.

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Grundlagen Krane

 

Im Baubereich kommen viele Krane unterschiedlicher Art zur Anwendung. Neben den sehr gebräuchlichen Turmdrehkranen (TDK) und Fahrzeugkranen (FZK) sind auch die folgenden Krane im Baustelleneinsatz zu finden: 

  • BrĂĽckenkrane
  • Portalkrane
  • Kabelkrane
  • Derrickkrane
  • Schwimmkrane
  • ...

 

Die Turmdrehkrane und Fahrzeug(dreh)krane lassen sich nach den folgenden Merkmalen differenzieren:

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Kranarten und Merkmale von TDK und FZK  |  eigene Darstellung

 

BrĂĽckenkrane

Der Brückenkran erhält seinen Namen von einer Kranbrücke, die an beiden Enden Laufräder besitzt, mit denen sie sich auf 2 Kranbahnen horizontal bewegen lässt. Die Kranbahnen liegen üblicherweise auf erhöhten Trägern oder Konsolen, die fest mit einem Gebäude verbunden sind.

Ein BrĂĽckenkran besteht i. d. R. aus:

  • zwei Kranbahnen bzw. Fahrschienen
  • einer KranbrĂĽcke, die aus einem oder zwei Profil- oder Kastenträgern besteht (Ein- oder ZweiträgerbrĂĽckenkran)
  • Laufrädern auf denen die KranbrĂĽcke montiert ist und die auf den Kranbahnen fahren
  • einem oder mehreren Hebezeugen bzw. Laufkatzen mit Winden, die auf der KranbrĂĽcke verfahrbar sind
  • einer Kransteuerung
 
Darstellung L. Goerres
Abbildung: eigene Darstellung

 

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Einträgerbrückenkran einer Baustellenwerkstatt vor der Montage auf den Kranschienen  |  eigenes Foto

Portalkrane

Ein Portalkran entspricht einem Brückenkran, dessen Kranbrücke auf zwei Stützen aufgeständert wurde. Die Stützen sind mit Fahrschemeln versehen, so dass der Portalkran verfahrbar ist. Der Portalkran wird als Kran in Eisenbiege-Werkstätten, Fertigteilwerken, auf Lagerplätzen, über schmalen Baugruben oder auch bei Schachtarbeiten eingesetzt.

 

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Portalkran auf einer Schacht- bzw. Tunnelbaustelle | eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Portalkran in einem Baustellen-Fertigteilwerk für Tübbinge  |  eigenes Foto

 

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Portalkran in einem Baustellen-Fertigteilwerk  |  eigenes Foto

Kabelkrane

Kabelkrane sind Förderanlagen, die nach dem Seilbahnprinzip funktionieren und Lasten punktgenau entlang des Tragkabels heben und absenken können. Das zwischen 2 Verankerungspunkten freigespannte Tragseil dient als Fahrbahn für die Laufkatze. Die Verankerungspunkte können dabei über 1.000 m auseinander liegen. Das Verfahren der Laufkatze erfolgt mittels eines umlaufenden Seils. Ein zusätzliches Hubseil dient dazu, Lasten von bis zu 30 Tonnen mit äußerster Präzision zu heben bzw. abzusenken. Kabelkrane kommen in folgenden Bereichen zur Anwendung:

  • Damm- und Talsperrenbau
  • BrĂĽckenbau (z. B. HängeseilbrĂĽcken)
  • Forstwirtschaft

 

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Funktionsweise eines Kabelkrans  |  eigene Darstellung
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Funktionsweise eines Kabelkrans  |  eigene Darstellung
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Verfahrbare Bedieneinheit eines Kabelkrans  |  Foto von Sinohydro Jiajiang Hydraulic Machinery Co. Ltd.
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kabelkran beim Bau der Silvretta-Staumauer in Tirol (1951)  |  eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: BE-Plan mit Kabelkranen der Staumauer Grande-Dixence im Wallis/Schweiz 

Derrickkrane

Der Derrickkran ist ein sehr einfacher Kran, da er sich sehr leicht auf- und abbauen lässt. Er besteht aus einem senkrechten Masten, der über zwei Streben (Bock-Derrick) oder durch Ankerseile (Trossen-Derrick) gehalten wird, an dem ein mittels Rollenzug heb- und senkbarer Ausleger angelenkt ist. Der Ausleger ist um den Mast drehbar angeordnet. Die Last hängt an einem Rollenzug, dessen Zugseil zu einer Winde führt. Der Derrickkran ist preiswert herzustellen, aber beschränkt in seiner Leistung. Er kommt überwiegend in Steinbrüchen aber auch auf Bohrplattformen zum Einsatz.

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Derrickkran auf einer Bohrplattform  |  eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Derrickkran einer Bohrplattform mit 80 ton-Fertigteil im Anschlag  |  eigenes Foto

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Grundlagen zu Turmdrehkranen

Geschichtliches zum Turmdrehkran

Der erste Turmdrehkran – ein Obendreher mit Nadelausleger – wurde 1913 von der Firma Julius Wolff & Co. auf der Leipziger Messe präsentiert. Es handelte sich dabei um den „ersten schnell montierbaren und fahrbaren „Baukran“ der Welt“! Seine Montagezeit betrug „nur“ noch 4 statt der bis dahin üblichen 14 Tage. Dazu wurde er am Boden montiert und dann aufgerichtet.

Der erste Laufkatzkran mit elektrischem Katzfahrwerk kam 1928 auf dem Markt – ebenfalls von Julius Wolff & Co. In den 1960er Jahren folgte dann ein kletterbares Turmsystem.

Heute werden die Baukrane in 6 Baureihen unterschieden.

Darstellung L. Goerres
Abbildung: aus "BauPortal"
(Heft 6/2013)

Turmdrehkran-Baureihen

Die heutigen Hochbau-/Turmdrehkrane werden in 6 Baureihen unterschieden:

  • Baureihe 1:
    Bezeichnung als: "Schnelleinsatzkrane" oder "Schnellaufbaukrane"
    Kennzeichen: selbstaufbauende Krane, in einem Stück transportfähig, Untendreher
    Nennlastmoment: bis zu ~100 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~50 m  |  Hubhöhe bis ~30 m  |  Hebelast bis ~8 ton
  • Baureihe 2:
    Bezeichnung als: "Economic-Krane" oder "Kompaktbaukran"
    Kennzeichen: Montage mittels Autokran in wenigen Arbeitsstunden, geringer Transportumfang (3 - 4 LKW), Obendreher
    Nennlastmoment: bis zu ~100 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~50 m  |  Hubhöhe bis ~60 m  |  Hebelast bis ~6 ton
  • Baureihe 3:
    Bezeichnung als: Krane in Kompaktbauweise und im Baukastensystem
    Kennzeichen: Montage mittels Autokran, evtl. auch mit Kletteroption, Obendreher
    Nennlastmoment: bis zu ~280 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~70 m  |  Hubhöhe bis ~85 m freistehend  |  Hebelast bis ~12 ton
  • Baureihe 4:
    Bezeichnung als: GroĂźkrane im Baukastensystem
    Kennzeichen: Montage mittels Autokran, mit Klettervorrichtung, Obendreher, fĂĽr groĂźe Traglasten
    Nennlastmoment: bis zu ~3.000 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~80 m  |  Hubhöhe bis ~100 m freistehend  |  Hebelast bis ~60 ton
  • Baureihe 5:
    Bezeichnung als: Kletterkrane mit Knickausleger
    Kennzeichen: können Teile des Auslegers steil stellen und gewinnen dadurch Hubhöhe
    Nennlastmoment: bis zu ~180 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~65 m  |  Hubhöhe bis ~100 m freistehend  |  Hebelast bis ~12 ton
  • Baureihe 6:
    Bezeichnung als: Kletterkrane mit Nadelausleger
    Kennzeichen: Seilführung über Auslegerspitze, Stellwinkel Ausleger zw. 15° und 85° variabel
    Nennlastmoment: bis zu ~600 tm
    Kennwerte: Ausladung bis ~60 m  |  Hubhöhe bis ~100 m  |  Hebelast bis ~24 ton

 

Der Kranunterbau

FĂĽr den Kranunterbau eines TDK gibt es unterschiedliche Optionen:

  1. fest eingespannt mit einem Fundamentanker in einem Einzelfundament (der Anker ist ein verlorenes Element und kann nicht wiederverwendet werden)
  2. auf einem Unterwagen
    • abgestĂĽtzt auf einem Schienenfahrwerk (Fahrschemeln) und einem Gleis, womit der Kran verfahrbar ist
    • abgestĂĽtzt auf Einzelfundamenten
  3. auf einem Kreuzrahmen bzw. Fundamentkreuz mit AbstĂĽtzspindeln auf Einzelfundamenten

Die Standweise auf einem Unterwagen oder einem Fundamentkreuz geht bei den Kranen der Baureihe 2 bis 6 immer mit einer Ballastierung ĂĽber einen Zentralballast einher.

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Möglichkeiten des Kranunterbaus in der Draufsicht  |  eigene Darstellung

 

Praxisbeispiele fĂĽr Kranunterbauten:

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kranunterbau mit Fundamentanker in einem Einzelfundament
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kranunterbau mit Unterwagen auf
Fahrschemeln und Gleisen  |  eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kranunterbau mit Kreuzrahmen bzw. Fundamentkreuz
und Zentralballast
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kranunterbau mit Kreuzrahmen bzw. Fundamentkreuz
und Zentralballast

 

Die Auslegerart

Ein weiteres wichtiges Merkmal von Turmdrehkranen ist die Art der Hakenaufhängung bzw. die Auslegerart. Folgende Auslegertyp werden unterschieden:

  1. Laufkatzausleger
  2. Knickausleger
  3. Biegebalkenausleger (Flat-Top-Kran | Topless-Kran  |  spitzenloser Kran)
  4. Teleskopausleger
  5. Nadelausleger

 

Praxisbeispiele fĂĽr Auslegerarten:

Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kran der Baureihe 4 mit Laufkatzausleger  |  eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kran der Baureihe 6 mit Nadelausleger  |  eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kran der Baureihe 4 mit Laufkatzausleger im Klettermodus  | eigenes Foto
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kran der Baureihen 3 mit Biegebalkenausleger
 
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Kran der Baureihe 5 mit Knickausleger

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technische Kranbemessung

 

Die technische Bemessung eines Krans hat zum Ziel, die technische Einsetzbarkeit eines Kranes nachzuweisen und die technologischen Größen des Krans zu bestimmen. Die gebräuchlichsten Krane auf Baustellen sind Turmdrehkrane in unterschiedlichen Ausführungen. Ihr großer Vorteil ist, dass sie im Drehbereich des Auslegers Materialien flächendeckend und sehr punktgenau absetzen können und hohe Leistungswerte aufweisen und aufgrund eines Baukastensystems sehr variabel ausgerüstet werden können. Eine wichtige Kenngröße eines Turmdrehkrans ist sein Nennlastmoment:

a) Nennlastmoment [tm] = Last [ton] x Ausladung [m] → maximal

Weitere wichtige Kenngrößen für die Bemessung eines Turmdrehkrans sind seine:

b) max. Hakenhöhe (→ größte erforderliche Hubhöhe)

c) max. Ausladung (→ größte erforderliche Reichweite)

d) max. Tragfähigkeit bzw. Hubkraft (→ größte zu hebende Einzellast)

e) Tragfähigkeit bei max. Ausladung (→ sehr häufig eine ausschlagende Bemessungsgröße)

Daneben sind noch folgende Größen bei der Bemessung eines Turmdrehkrans zu beachten:

f) Fundamentierung oder Ballastierung des Zentralballastes wie auch des Gegenauslegers

g) verfügbare Platzverhältnisse am Boden und in der Höhe

h) verfĂĽgbare Montagezeiten fĂĽr Auf- und Abbau

i) Notwendigkeit des Kran-Kletterns

 

Bemessung der Hakenhöhe

Die erforderliche Hakenhöhe orientiert sich zunächst an der Höhe des Bauobjektes oder an eventuell vorhandenen Störkanten, die sich im Drehbereich des Krans befinden. Zu berücksichtigen sind des Weiteren:

  • Höhe der Anschlagmittel,
  • Höhe des Anschlaggutes,
  • Höhen fĂĽr Sicherheitsabstände und
  • Höhen fĂĽr Arbeitsfreiräume.

Zu prĂĽfen ist: h vorh > h erf !

 
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Ermittlung der erforderlichen Hakenhöhe

 

Bemessung der Auslegerlänge

Die erforderliche Ausladung wird bestimmt durch die Forderung der flächenmäßigen Überstreichung des Bauobjektes UND der Baustelle. Dabei gilt es die Baugrubenabmessungen zu berücksichtigen und die notwendigen Sicherheitsabstände einzuhalten.

Zu prĂĽfen ist: a vorh > a erf !

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Ermittlung des Abstandes des Krans vom Bauobjekt und der erforderlichen Länge des Auslegers

 

FĂĽr den Abstand des Kranmittelpunkts von der AuĂźenwand des Bauobjektes gilt:

s = Spurweite Gleis oder Abstand der FuĂźpunkte des Unterbaus

p = Breite des Unterbaus des Krangleises oder Breite des Einzelfundaments

l = lastfreier Schutzstreifen (nach DIN 4124 mind. 600 mm)

b = Böschungsbreite

β = Böschungswinkel (nach DIN 18300 für BK 3/4: 45°; für BK 5: 60°)

a = Arbeitsraum (nach DIN 4124 mind. 500 mm)

f = FundamentĂĽberstand

A = Mindestabstand des Krans vom Bauobjekt  

 

Bemessung der maximalen Tragfähigkeit (Hubkraft)

Die erforderliche Hubkraft ergibt sich aus der maximalen Last am Haken. Bemessungsrelevant sind dabei meist folgende Lasten

  • BetonkĂĽbel,
  • Flächenschalungen oder
  • Fertigteile,

die die zulässige Trag- bzw. Seillast nicht überschreiten dürfen. 

 

Bemessung der Tragfähigkeit bei maximaler Ausladung

Zu prĂĽfen ist ebenfalls, bei welcher maximalen Ausladung noch welche Lasten zu heben sind. Zu beachten sind dabei Lasten wie z. B.:

  • 500 l-BetonkĂĽbel: ca. 1.400 - 1.500 kg
  • 1.000 l-BetonkĂĽbel: ca. 2.700 - 2.800 kg
  • GroĂźflächen-Wandschalungen: ca. 50 kg/m2
  • Deckenschaltisch: ca. 70 kg/m2

 

Nachzuweisen ist:

Nennlastmoment des Krans [tm] >! erf. Hakenlast [ton]  x  max. Ausladung [m]  

 

Sehr häufig ist gerade diese Bemessungsgröße ausschlaggebend für das erforderliche Nennlastmoment des Krans.

 

Jeder Kran darf nur exakt nach Vorschriften des Herstellers belastet werden. Die zulässige Traglast eines Kranes in seiner vorliegenden Ausstattung gibt der Hersteller in Traglast-Tabellen und in Traglast-Kurven bzw. Lastmomentenkurven an. Aus diesen kann abgelesen werden, welche Traglast sich bei welcher Ausladung noch heben lässt. Darstellung L. Goerres
Darstellung L. Goerres
Abbildung: Beispiel fĂĽr Traglast-Tabelle und Traglast-Kurven bzw. Lastmomentenkurve (Quelle Liebherr)

 

Bei geringer Ausladung (also beim Heben nah am Turm) ist die Tragfähigkeit des Kranseils maßgeben bzw. wird die maximale Tragfähigkeit des Krans erreicht. Ab einer bestimmten Ausladung reduziert sich die hebbare Last, weil das zulässige Nennlastmoment des Krans erreicht wird. Es gilt dabei zu beachten, das je länger der Ausleger konzipiert wurde, desto geringer ist die hebbare Last im Vergleich zu einem kürzeren Ausleger, weil zusätzliche Auslegerlänge das vorhandene Lastmoment erhöht. Der Ausleger sollte deswegen nicht länger als unbedingt notwendig konzipiert werden.

 

Bemessung der Ballastierung

Ferner ist die Ballastierung des Krans zu bemessen und zwar für den Gegenballast und den Zentralballast. Das Gewicht des Zentralballastes ist abhängig von:

  • der Hakenhöhe
  • der Auslegerlänge
  • der Art und Abmessung des Kranunterbaus

Auch fĂĽr die Ballastierung eines Krans geben die Kranhersteller in Tabellenwerken vor, wie diese zu erfolgen hat.

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Beispiel fĂĽr eine Ballastierungs-Tabelle (Quelle Liebherr)

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logistische Kranbemessung

 

Auf Hochbaustellen sind Turmdrehkrane Leitgeräte. Sie sind ein Fördermittel für die Förderung von Baustoffen, Bauhilfsstoffen u. a. Werden sie nicht richtig dimensioniert, kommt der Materialfluss auf der Baustelle und damit die Logistik ins Stocken.

Bei einer Kranbemessung sind aus logistischer Sicht zu untersuchen:

  1. Wie viele Krane mĂĽssen auf der Baustelle eingesetzt werden?
  2. Wie sind die Krane im Baufeld optimal zu positionieren?

 

BerĂĽcksichtigt werden mĂĽssen dabei die folgenden Randbedingungen:

  • Geometrie des Bauobjektes sowie die Bauwerksart
  • Geometrie des Baufeldes bzw. Layout der Baustelleneinrichtung
  • Art der zu hebenden Baustoffe
  • Bauzeitvorgaben und Leistungsanforderungen

 

Verfahren zur Ermittlung der notwendigen Anzahl an Krane im Baufeld 

Es gibt unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der notwendigen Krananzahl auf einer Baustelle bzw. zur Bestimmung der Leistung eines Kranes. Zur Anwendung kommende Ăśberschlagsverfahren sind:

1) Kennzahl- oder Richtwerteverfahren nach der Anzahl der Arbeitskräfte

2) Kennzahl- oder Richtwerteverfahren nach dem Gebäudevolumen

3) Methode der Verrichtungszahlen oder Kranaufwandswerten

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leistung eines Krans zu ermitteln.

4) Leistungsermittlung ĂĽber Spielzeitberechungen nach dem kritischen Weg

5) Leistungsermittlung ĂĽber Spielzeitberechungen nach Meyran

Letztendlich beruht die Ermittlung der Krananzahl sehr auf eigenen Erfahrungswerten!

 

Die Kennzahl- und Richtwerteverfahren

Die "Kennzahl Arbeitskräfte" sagt aus, dass für eine definierte Anzahl an Arbeitskräften, die einer bestimmten Tätigkeiten auf der Baustelle nachgehen, mindestens ein Kran zur Verfügung stehen sollte.

FĂĽr eine Stahlbetonskelettbauweise gilt:

  • max. 14 – 18 AK/Kran (bei Betoneinbau mit Kran)
  • max. 18 – 22 AK/Kran (bei Betoneinbau mit Pumpe)

FĂĽr eine monolithische Betonbauweise gilt:

  • max. 15 AK/Kran (bei Mauerwerksbau)
  • max. 30 AK/Kran (bei Betoneinbau mit Pumpe)

Andere Quellen geben folgende Kennzahlen an:

  • max. 6 – 8 AK/Kran (bei Montagebaustelle mit Fertigteilen)
  • max. 15 – 20 AK/Kran (bei teilweisem Einsatz von Pumpbeton)
  • max. 23 AK/Kran (bei Betoneinbau mit Pumpe und kranunabhängigen Schalverfahren)

 

Die "Kennzahl Gebäudevolumen" sagt aus, dass für eine definierte Bau-Kubatur pro Monat mindestens ein Kran zur Verfügung stehen sollte (gemessen in [m3-BRI/(Mon & Kran]) . Bei dieser Kennzahl ist allerdings Vorsicht geboten, da diese sehr von den Gewerken abhängig ist, die über den Kran bedient werden.

FĂĽr monolithischen Betonbau gilt:

  • 3.000 bis 4.000 m3-BRI/(Einsatzmonat & Kran) bei Betoneinbau mit Pumpe und Einsatz von GroĂźflächenschalung
  • 2.000 m3-BRI/(Einsatzmonat & Kran) bei allen Transporte ĂĽber den Kran
  • 2.500 bis 3.500 m3-BRI/(Einsatzmonat & Kran) bei "größeren HochbaumaĂźnahmen" 
    (Achtung die Angaben dieser Leistungswerte ist in der Literatur sehr unterschiedlich!)

Die Vielzahl an Kennzahlen wie auch die Vielzahl an unterschiedlich leistungsstarken Kranen zeigt, dass die Abschätzung über solche Kennzahlen schwierig ist.  

 

Berechnungsbeispiel mit Kennzahlverfahren und Kranaufwandswerten

Folgendes vereinfachtes Beispiel zur Berechnung der Krananzahl sei gegeben: 

Es gilt:

  • Kernbauzeit: 5 Monate
  • Mauerwerk: 1.200 m2
  • Schalung Decken: 3.200 m2
  • Beton Decken: 800 m3
  • Beton Sohle: 240 m3
  • Beton Fundament: 60 m3

 

Folgende Fragenstellung ergibt sich bei der Bemessung:

  1. Wie viele Arbeitskräfte sind erforderlich, um die vorgegebene Bauzeit einzuhalten?
  2. Wie viele Krane sind dafĂĽr erforderlich?
Darstellung L. Goerres
Abbildung: eigenes Beispiel

 

Bestimmung der Krananzahl über die Arbeitskräfte

Der Aufwand an Mannstunden [MStd] oder Arbeitsstunden [AStd] om konventionellem Hochbau kann überschlägig ermittelt werden mit einer Berechnungsformel nach Schub/Meyran:

Wstb = f Ă— (s Ă— Wsch + 0,001 Ă— fe Ă— Wbew + Wbet) Ă— z
  = Dauer Rohbau in [MStd/m3-BRI]
f = Feststoffanteil [m3 Feststoff/m3-BRI];  i. M. 0,12 – 0,15 m3/m3
s = Schalungsanteil [m2 Schalung/m3 Beton];  i. M. 4 – 8 m2/m3
Wsch = Aufwandswert für Schalung [Ah/m2];  i. M. 1,0 MStd/m2
fe = Bewehrungsanteil [kg Bewehrung/m3 Beton];  i. M. 90 – 150 kg/m3
Wbew = Aufwandswert für Bewehrung [Ah/ton];  i. M. 20 MStd/ton (ohne Schneiden und Biegen!)! Achtung: Der Wert ist sehr hoch!
Wbet = Aufwandswert für Betonieren [Ah/m3];  i. M. 1,0 MStd/m3 bei Transportbeton
z = Zuschlagsfaktor für Mob und Demob sowie Nebenarbeiten;  i. M. 1,0

 

Diese Formel gilt für konventionellen Stahlbeton-Hochbau und lässt sich vereinfachen auf:  

 Wstb = 0,135 × (s × 1,00 + 2,40 + 1,00) × 1,00
  = 0,135 × (s + 3,4) mit s = 4 bis 8 m2/m3
  = ca. 1,0 bis 1,5 MStd/m3-BRI

 

Wird der hohen Wert fĂĽr die Bewehrungsarbeiten herausgerechnet, ergibt sich als Richtwert fĂĽr die Schalungs- und Betonierarbeiten (ohne Bewehrungsarbeiten):

 Wb = 0,135 × (s × 1,00 + 0,00 + 1,00) × 1,00
  = 0,135 × (s + 1,0)  mit s = 4 bis 8 m2/m3
  = ca. 0,68 bis 1,22 MStd/m3-BRI  (ohne Bewehrungsarbeiten!)

Der Ansatz für die Bewehrungsarbeiten ist projektspezifisch zu bestimmen. Für vorgebogenen, einbaufertigen Bewehrungsstahl lässt sich ein Aufwand von ca. 0,13 bis 0,16 MStd/m3-BRI ansetzen.   

 

Folgende Berechnungsschritte sind nach dem Kennzahlenverfahren mit Arbeitskräften vorzunehmen:

  1. Ermittlung Mannstunden
    • Ansatz Aufwand Stahlbetonbau: 1,00 MStd/m3-BRI
    • Mannstunden gesamt: 12.000 m3-BRI x 1,00 MStd/m3-BRI = 12.000 MStd
  2. Ermittlung effektive Bauzeit
    • Ansatz wöchentliche Arbeitstage: 5 AT/Wo
    • Arbeitstage pro Jahr in [KT]:
      = 364 KT - 2Ă— 52 KT (fĂĽr Samstage und Sonntage) - ca. 10 bis 15 KT (fĂĽr Feiertage)
      = ca. 250 KT/Jahr
    • Arbeitstage pro Jahr in [%]: 250 AT / 364 KT = ca. 0,70 AT/KT = ca. 70%
    • effektive Arbeitstage im Projekt: 5,0 Mon Ă— 0,70 AT/KT x 30,33 KT/Mon = ca. 106 AT
  3. Ermittlung Arbeitskräfte
    • reguläre Tagesarbeitszeit: 8 Std/AT
    • Ansatz Verlustzeiten: 15%
    • effektive Tagesarbeitszeit: 85% x 8 Std/AT = 6,8 Std/AT
    • Arbeitskräfte gesamt: 12.000 MStd / (106 AT Ă— 6,8 Std/AT) = ca. 17 Mann
  4. Ermittlung Krananzahl
    • Krananzahl gesamt: ca. 1 Kran (je nach Kennwert)!
      Der Kran weist allerdings eine grenzwertige Auslastung auf und sollte entlastet werden (z. B. durch eine Betonpumpe).

 

Bestimmung der Krananzahl über das Gebäudevolumen

Folgende Berechnungsschritte sind nach dem Kennzahlenverfahren mit Gebäudevolumen vorzunehmen:

Krananzahl gesamt: = 12.000 m3-BRI / 5,0 Monate = 2.400 m3-BRI/Monat
  → ca. 1 bis 1,2 Krane (je nach Kennwert)

 

Bestimmung der Krananzahl ĂĽber Kranaufwandswerte bzw. Verrichtungszahlen

Mittels Kranaufwandswerten lässt sich die "Betriebsmittelgrundzeit" eines Kranes bestimmen, die angibt, wie viel Zeit für planbare Hebe- und Transportvorgänge benötigen werden. Die Betriebsmittelgrundzeit eines Kranes ist Teil der "Betriebsmittelzeit", die sich aus den folgenden drei Komponenten zusammensetzt:

  • Betriebsmittelgrundzeit

→ Zeit für alle planbaren Hebe- & Transportvorgänge

  • zusätzlichen Nutzungszeit

→ Zeitreserve für nicht planbare Hebe- & Transportvorgänge

  • Brachzeit

→ Zeit ohne Einsatz

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Darstellung der Zusammensetzung der Betriebsmittelzeit

 

Die Grundzeit des Krans lässt sich berechnen und gibt an, wie viel Zeit für die wesentlichen Hebe- und Transportvorgänge notwendig ist. Für alle zusätzlichen, nicht vorhersehbaren Vorgänge wird eine zusätzliche Nutzungszeit eingerechnet. Damit sich alle über die die Grundzeit und zusätzliche Nutzungszeit berücksichtigten Vorgänge ohne Wartezeit und Verzögerungen ausführen lassen, ist eine Brachzeit miteinzurechnen, in der keine Tätigkeiten für den Kran vorgesehen sind. Durch Berücksichtigung der Brachzeit steht der Kran für den nächsten Vorgang betriebsbereit zur Verfügung. Diese Brachzeit sollte 30% bis 35% der Betriebsmittelzeit auf keinen Fall unterschreiten und eher höher liegen (andere Meinungen gehen dahin, dass ein Kran nicht mehr als zu 50% ausgelastet sein bzw. 50% Brachzeit aufweisen sollte).

 

Berechnung der Betriebsmittelgrundzeit eines Krans ĂĽber Kranaufwandswerte

Vorgang Unter- und Obergrenze für Kranaufwandswert gewählter Wert
fĂĽr Beispiel
Beton Fundament 0,05 – 0,09 h/m3 0,07 h/m3
Beton Sohlplatte 0,06 – 0,12 h/m3 0,09 h/m3
Beton Decken 0,06 – 0,12 h/m3 0,10 h/m3
Schalung Decken 0,02 – 0,09 h/m2 0,09 h/m2
Mauerwerk Wände 0,20 – 0,25 h/m2 0,22 h/m2

 

Die "Betriebsmittelgrundzeit" = "Kran-Grundzeit" berechnet sich zu:

Kran-Grundzeit = 0,07 KStd/m3 Ă— 60 m3 + 0,09 KStd/m3 Ă— 240 m3 + 0,10 KStd/m3 Ă— 800 m3 + 0,09 KStd/m2 Ă— 3.200 m2 + 0,22 KStd/m2 Ă— 1.200 m2
= 658 Kran-Std 

 

Die "Betriebsmittelzeit" = "Kran-Zeit" berechnet sich zu:

Kran-Grundzeit = 658 Kran-Std
= ~50% Kran-Zeit
zusätzl. Nutzungszeit = ~17% Kran-Zeit
Brachzeit = ~33% Kran-Zeit
Kran-Zeit → 658 KStd / 50%
= 1.316 Kran-Std

 

Die erforderliche Krananzahl ermittelt sich wie folgt:

erf. Krananzahl = Betriebsmittelzeit Kran / Bau-Zeit
= Kran-Zeit / Bau-Zeit
= 1.316 Kran-Std / (170 Std/Mon Ă— 5,0 Mon)
= 1,55 Krane
→ 2 Krane

 

Kranaufwandswerte finden sich in der Literatur:

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Kranaufwandswerte (Quelle: Gralla, "Baubetriebslehre - Bauprozessmanagement", Seite 559)

 

 

Fazit zu den Kennzahl- und Richtwerteverfahren

  • Das Verfahren ĂĽber die Anzahl der Arbeitskräfte liefert eine Grobabschätzung der Krananzahl. In der Praxis kommt es zur Anwendung, um schnell eine ersten Abschätzung der erforderlichen Krananzahl zu ermitteln.
  • Das Verfahren ĂĽber das Gebäudevolumen liefert ebenfalls nur eine Grobabschätzung der erforderlichen Krananzahl. Bei diesem Verfahren ist allerdings zu beachten, dass es aufgrund der verschiedenen Kennzahlen zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen fĂĽhren kann.
  • Wenn die Krananzahl akkurater ermittelt werden soll, muss das Verfahren mit Kranaufwandswerten bzw. Verrichtungszahlen zur Anwendung kommen.
    • Nicht vergessen werden darf allerdings, dass die Krananzahl auch durch die Geometrie des Gebäudes bestimmt werden kann. Es ist zu ĂĽberprĂĽfen, ob die Geometrie des Gebäudes nicht mehr Krane erforderlich macht, als aus der Berechnung heraus ermittelt wurde. Dies trifft häufig bei WohnungsbaumaĂźnahmen zu, bei denen aufgrund der Gebäudegeometrie eine höhere Krananzahl erforderlich wird, als sich aus der erforderlichen (kalkulierten) Tranportleistung ergeben wĂĽrde. 

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Einfluss der Geometrie des Bauobjektes auf die Krananzahl

 

 

Leistungsermittlung ĂĽber die Spielzeitberechung nach dem kritischen Weg

Um die Leistung eines Krans zu bestimmen, muss eine Spielzeitanalyse durchgeführt werden. Diese liefert als Ergebnis, wie viele Transportvorgänge (Spiele) ein Kran pro Stunde zu einer bestimmten Tätigkeit erreicht.

Für eine Spielzeitanalyse gilt: 

  • Ăśber ein Spielzeitdiagramm wird die Dauer einer (maĂźgebenden) Spielzeit bestimmt.
  • Bei der Wahl des Bewegungsablaufes dieser Spielzeit wird meist eine ungĂĽnstige Situation während der BaumaĂźnahme gewählt (z. B. Anfahren des höchsten oder des entferntesten Punktes oder eines anderen repräsentativen Punktes)
  • Es sollten in der Berechnung max. zwei Teilvorgänge des Bewegungsablaufes gleichzeitig angesetzt werden, auch wenn geĂĽbte KranfĂĽhrer drei Teilvorgänge gleichzeitig steuern können.
  • Ăśber die so ermittelte Spielzeit lässt sich die Anzahl der Spiele pro Stunde bestimmen und damit die mögliche Leistung ermitteln.
  • Mittels der Leistung lässt sich die Zeitdauer und damit die AusfĂĽhrbarkeit bestimmter Vorgänge bestimmen (Betoniergeschwindigkeit einer Wand o. Ă„.).

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: eigenes Beispiel zur Ermittlung der Spielzeit

 

Die für die Bemessung notwendigen Hub-, Dreh- und Katzfahrgeschwindigkeiten erhält man vom Kranhersteller. Die zugehörigen Fahr- und Drehwege sind selbst zu bestimmen.

 

Die Kranleistung berechnet sich wie folgt:

Anzahl Kranspiele = 60 min / 4,50 min/Spiel
= 13,3 Spiele → 13 Spiele
Beförderungsvorgabe = 0,50 m3/Spiel
rechn. Nutzleistung = 0,50 m3/Spiel Ă— 13 Spiele/Std
= 6,50 m3/Std
= Kranleistung mit BetonkĂĽbel

 

 Das erforderliche Lastmoment des Krans ergibt sich zu:

Hakenlast = 0,50 m3 x 2,6 ton/m3 (Frischbeton) + 0,2 ton (KĂĽbelgewicht)
= 1,5 ton
Lastmoment = 1,5 ton x 35 m
= 52,5 tm

 

Neben der Leistungsermittlung mittels der "Spielzeitberechnung nach dem kritischen Weg" gibt es als weiteres Verfahren die Leistungsberechnung mittels der "Spielzeitberechnung nach Meyran". Diese setzt beim Bewegungsablauf des Kranfahrens voraus, dass ein Kranführer darum bemüht ist, die horizontale Bewegungsfolge des Krans nicht zu unterbrechen (da dies das Aufpendeln der angeschlagenen Last begünstigt). Das führt dazu, dass im Bewegungsablauf zunächst die vertikale Bewegung soweit durchgeführt wird, bis der Kranführer sich sicher ist, die horizontale Bewegung (Schwenken und Katzfahren) ohne Unterbrechung durchführen zu können. Somit ergibt sich die Spielzeit aus der Dauer der horizontalen Bewegung über die gesamte Bewegungsstrecke zuzüglich der Zeiten für die einzelnen Höhen- und Tiefensprünge. Auf dieses Verfahren wird hier allerdings nicht näher eingegangen.    

Eine tatsächliche Leistungsberechnung (um z. B. die Dauer eines bestimmten Betoniervorganges zu bestimmen) geht nur mittels einer Spielzeitberechnung.

Zu beachten gilt auch, dass die Leistung der Krane sehr davon abhängig ist, wie die Baustelleneinrichtung geplant wurde und wie gut die sonstige Baustelleneinrichtung die Arbeit der Krane unterstützt.

 Darstellung L. Goerres

Abbildung: Die BE-Planung hat einen groĂźen Einfluss auf die Leistung der Hochbaukrane

 

 

Regeln zum Aufstellen von Kranen im Baufeld

Folgendes sollte beachtet werden, wenn Krane im Baufeld zu positionieren sind (noch in Ausarbeitung):

  • Mit Hochbaukranen soll das gesamte Bauobjekt sowie ein Teil der Lagerflächen bzw. der Baustelleneinrichtung ĂĽberstrichen werden.
  • ...
  • ...

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wirtschaftliche Kranbemessung

 

Die wirtschaftliche Kranbemessung hat zum Ziel, die Kosten einer "Kranlösung" zu bestimmen und so zu optimieren, dass die günstigste und damit wirtschafltichste Kranlösung gefunden wird. Es gilt:

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: MaĂźgebende Parameter der Wirtschaflichkeit eines Kranes

 

Bei der Ermittlung der wirtschaftlichsten Kranlösung interessieren Fragen wie:

  • Wie lassen sich die Krane im LV erfassen?
  • Welche verschiedenen Kosten fallen beim Einsatz eines Krans an?
  • Welche Zeitphasen des Krans sind bei der Kostenermittlung zu differenzieren, um die Kosten des Krans möglichst akkurat zu erfassen?
  • Wie ist die Logistik eines Gerätes und welche Kosten fallen bei der Logistik an?

 

Für die Zuordnung der Kosten eines Kranes im LV gibt es (theoretisch) drei Möglichkeiten.

  1. Kran als Leistungsgerät in den EKT als Bestandteil einer Teilleistung
    → Eher unüblich, weil Kran i. d. R. keiner Teilleistung komplett bzw. eindeutig zugeordnet werden kann. 
  2. Kran als Leistungsgerät in den EKT als eigene Teilleistung
    → Bei größeren, langandauernden Projekte mit vielen Kranen ist es möglich, dass die Krane gesondert in einer oder mehreren Positionen im LV aufgeführt werden. Allerdings auch eher selten vorzufinden.
  3. Kran als Vorhaltegerät (Bereitschaftsgerät) in den BGK und über die Umlage auf alle LV-Positionen verteilt
    → Gebräuchlichste Art der Kostenerfassung eines Krans.

 

Darstellung L. Goerres

Abbildung: Möglichkeiten der Kostenerfassung eines Krans bzw. Gerätes im LV

 

Noch in Ausarbeitung 

 

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Bearbeitungsstand dieser Webseite: Dezember 2018

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