Basics Stahlbau 9783035612530, 9783035603644

Table of contents :
Inhalt
Vorwort
Einleitung
Baustoff
Konstruktionsweise
Planungsprinzipien
Bauteile
Schlusswort
Anhang
Tabellen
Normen und Richtlinien
Literatur
Bildnachweis
Die Autorin

Citation preview

DARSTELLUNGSGRUNDLAGEN

ENTWERFEN DARSTELLUNGSGRUNDLAGEN KONSTRUKTION BERUFSPRAXIS BAUPHYSIK UND HAUSTECHNIK BAUSTOFFKUNDE LANDSCHAFTSARCHITEKTUR STÄDTEBAU THEORIE

FREIHANDZEICHNEN

Freihandzeichnungen sind für den Architekten ein wichtiges Medium zur Darstellung seiner Arbeiten. Sie schulen die räumliche Vorstellungskraft und begleiten die Ideenfindung ebenso wie den weiteren Planungs- und Konkretisierungsprozess. Basics Freihandzeichnen erklärt die Entwicklung perspektivischer Darstellungen von den Werkzeugen und Zeichengründen über die Zeichnungstypen bis hin zur nachträglichen Bildbearbeitung.

BASICS

www.birkhauser.com

BASICS KONSTRUKTION STAHLBAU Katrin Hanses

Katrin Hanses

Stahlbau

Katrin Hanses - Sebastian El Khouli Bert Bielefeld

Entwurfsidee Stahlbau

Birkhäuser BIRKHÄUSER Basel BASEL

Inhalt Vorwort _7 Einleitung _8 Baustoff _9 Materialeigenschaften _9 Herstellung _12 Querschnittsprofile _14 Brandschutz _19 Korrosion _22 Oberflächenbehandlung _23

Konstruktionsweise _27 Lineare Elemente _27 Räumliche Elemente _37 Sonderformen _40

Planungsprinzipien _45 Hallenbau _45 Geschossbau _47 Leichtbau _48 Aussteifung _53 Transportgrößen und Montage _55 Verbindungen _56

Bauteile _59 Ecken _59 Fußpunkte _59 Auflager _64 Montagestöße _67 Knoten _69 Dach _70 Verbundkonstruktionen _71 Fassade _75 Thermische Trennung _76

Schlusswort _78 Anhang _79 Tabellen _80 Normen und Richtlinien _89 Literatur _91 Bildnachweis _92 Die Autorin _92

Vorwort Stahl ist seit der Industrialisierung einer der wichtigsten Baustoffe in der Architektur. Er ermöglicht mit geringstem Materialaufwand weit gespannte Tragwerke und ist ein sehr effizientes Material. Neben klassischen Einsatzbereichen bei Hallen- und Dachtragwerken bietet der Stahl eine enorme Bandbreite und Gestaltungsvielfalt. Er ermöglicht offene und wandaufgelöste Räume, er bietet eine Vielfalt von räumlich filigranen Tragwerken und somit außergewöhnliche Raumkonstellationen. Der Einsatz von Stahl und anderen Metallen ist somit eng verknüpft mit den technischen Eigenschaften und konstruktiven Möglichkeiten. Nur mit dem Wissen über die Eigenschaften, die Profile und Fügungsprinzipien einer Stahlkonstruktion sowie die Grenzen des Materials ist es dem Architekten möglich, kreative Lösungen in Stahl zu entwickeln und die gegebenen Grenzen immer wieder zu durchbrechen. Der vorliegende Band Basics Stahlbau setzt hier an und vermittelt dem Leser ein Verständnis für die besonderen Eigenschaften von Stahl und die konstruktiven Möglichkeiten, die der Baustoff bietet. Über den Wissensaufbau vom Baustoff bis hin zu komplexen Konstruktionen und Anwendungen versetzt er Architekturstudenten in die Lage, selbst über kreative Lösungen auch außerhalb der standardisierten Angebote der Bauindustrie nachzudenken. Viele Fortschritte im Stahlbau sind neben der Materialforschung durch innovative und unkonventionelle Entwürfe von Architekten entstanden, die Herausforderungen und Impulse für stetig neue Entwicklungen und Anwendungen gegeben haben. Dieses Buch soll dazu anregen, mit dem erlangten Wissen die Möglichkeiten für ­eigene Entwürfe auszuloten und vielleicht sogar neue baukonstruktive Ansätze zu entwickeln. Bert Bielefeld, Herausgeber

7

Einleitung Seit man direkt aus Roheisen Stahl erzeugen kann, hat der Stahlbau wirtschaftlich und baukulturell an Bedeutung gewonnen. Spätestens mit der Weltausstellung in Paris 1889 zeigte er eindrucksvoll seine Fähigkeit, bahnbrechende Konstruktionen zu errichten. Zuvor wurden auf der ­ersten Weltausstellung 1851 in London unter anderem durch Josef Paxton erste Versuche einer materialgerechten Architektur in Stahl unternommen. Die Konstruktion des Crystal Palace zeigte schon damals die charakteristischen Eigenschaften des Baustoffs. Konstruktionen mit großen Spannweiten konnten zudem leicht demontiert werden. Aber die Zer­störung des Crystal Palace durch einen Brand 1936 offenbarte auch die Gefahrenstellen des Materials. Bei der Planung von Stahlarchitektur gilt es, die positiven und die negativen Eigenschaften zu berücksichtigen. Mittlerweile hat sich aus den materialspezifischen Eigenschaften eine ganz eigene Bauweise entwickelt, und Stahl hat gleichermaßen ­Architektur und Ingenieurbau revolutioniert – z. B. bei Hochhäusern oder transparenten Gebäudehüllen, bei großen Hallen und filigranen Konstruktionen. Darüber hinaus wird Stahl im Beton als Bewehrung, als Fassadenverkleidung oder auch im Leichtbau eingesetzt. Von hochglänzenden Schuppen bis hin zu rauen Haptiken, korrodierten Flächen oder Perfo­ rationen sind dem Stahl auch bei Fassadengestaltungen keine Grenzen gesetzt. Seine Anwendungen zeigen die Vielfalt des Materials: Von leicht und kleinteilig bis hin zu massiven und großformatigen Querschnitten ist ­stufenlos jede Art von Gefüge denkbar. Die Auflösung in filigrane Fachwerkkonstruktionen mit enormen Spannweiten prägt die Architektur im Stahlbau.

8

Baustoff Stahl ist ein sehr vielseitiger Werkstoff, der in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt wird. Es gibt eine enorme Vielfalt an Stahlsorten, und es herrscht ein hoher Grad an normativen Regelungen für sämtliche Parameter des Baustoffs, seien es Verbindungen, Verformungsarten oder Oberflächenbehandlungen. Ein weiterer Faktor für die Komplexität des Reglements ist der sehr hohe Entwicklungsgrad in den unterschiedlichen Herstellungsprozessen und bei den Materialeigenschaften, was den Baustoff zu einem hochinnovativen und komplexen Material werden lässt. Materialeigenschaften

Stahl ist – im Gegensatz zu Verbundmaterialien wie Stahlbeton – auch ohne Verbund mit anderen Materialien sehr leistungsstark in Bezug auf Zug- und Druckfestigkeit. Er erfüllt beide Eigenschaften in nahezu gleichem Verhältnis. Eine Schwäche des Baustoffs ist aber seine Empfindlichkeit hinsichtlich Korrosion und thermischer Verformungen, was auch den Brandschutz zu einem wichtigen Thema werden lässt. So müssen beispielsweise in Kombination mit Beton besondere Maßnahmen be­ rücksichtigt werden, um Überdeckungen und Schutz des Stahls zu ge­ währleisten. Metall wird unterschieden in eisenhaltige Metalle und nicht eisenhaltige Metalle, wobei Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 2 % zu den Eisenmetallen gehört. Metalle haben generell eine hohe Dichte und Festigkeit, einen hohen Schmelzpunkt und eine gute Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität. Außerdem regelt ein System von Werkstoffnummern und -buchstaben die große Zahl der Stahlsorten. > Abb. 1 Vor allem die Position 1 ist wichtig, um die Art des Stahls zu erkennen. > Tab. 1 Die weiteren Positionen bezeichnen besondere Werkstoff­

Position 1

Position 2

Position 3a

Hauptsymbole

Werkstoffsorte

Haupteigenschaft

Position 3

Position 3b

Position 4

Zusatzsymbole

Herstellungsart – Einsatzbereich zusätzliche mechan. Eigenschaften

Erzeugnisart

Abb. 1: Konzept der Bezeichnungsvergabe

9

Konstruktive Eigenschaften

Tab. 1: Abkürzungen für typische Stahlarten im Bauwesen

Baustahl

Wetterfester Baustahl

Nicht rostender Stahl

S

Stähle für den allgemeinen Stahlbau

L

Stähle für den Rohrleitungsbau

B

Betonstähle

Y

Spannstähle

eigenschaften, die Herstellungsart, Einsatzbereiche und -verfahren und sind vor allem für die Stahlindustrie von Bedeutung. Ein G vor den Buchstaben kennzeichnet ein gegossenes Stahlbauteil. Das Bezeichnungssystem für Stahl hat sich mit der Einführung der Europäischen Norm grundlegend geändert. Für den Baustahl sind vor allem zwei Sorten besonders wichtig: S235 und S355. Eine Form des Baustahls ist der sogenannte Feinkornbaustahl. Er hat eine hohe Festigkeit und Zähigkeit, was ihn besonders für Schweiß­ verbindungen geeignet macht. Diese Eigenschaften erreicht der Feinkornbaustahl durch eine Verringerung der Korngröße mit Hilfe bestimmter ­Legierungselemente, einen geringen Kohlenstoffgehalt von Kap. Baustoff, Herstellung Korrosionsbeständige Stähle können gebürstet, geschliffen, geätzt oder sand­

10

Spannung σ

Bruch

Zugfestigkeit

plastischer Bereich

Streckgrenze Grenzspannung Fließbereich

elastischer Bereich

Bruchdehnung

Dehnung ε Abb. 2: Typische Spannungs-Dehnungs-Linie von Stahl

gestrahlt werden. Sie werden als tragende Bauteile ausgebildet, brauchen aber eine bauaufsichtliche Zulassung. Unter hoher Belastung findet bei Metallen eine plastische Verformung statt (Fließen). Deswegen ist bei der Verwendung von Stahl nicht unbedingt die Bruchlast ausschlaggebend, sondern die Spannung, die bei einer Dehnung von 0,2 % erreicht wird. Um Festigkeit, Plastizität und  Elastizität zu beurteilen, legt man normalerweise ein Spannungs-­ Dehnungs-Diagramm an. > Abb. 2 Stahl kann sowohl als Primär- als auch als Sekundärkonstruktion verwendet werden. In beiden Fällen ist darauf zu achten, dass keine Lücken in der Dämmebene entstehen. Da Stahl eine hohe Wärmeleitfähigkeit ­besitzt > Tab. 2, ist die Gefahr von Wärmebrücken und Heizwärmeverlusten an Durchstoßpunkten der Primärkonstruktion, an Ecken oder durch ­Lücken in der Sekundärkonstruktion besonders groß. Je nach Gebäudeund Bauteilanforderungen müssen einzelne Bereiche thermisch getrennt werden. > Kap. Bauteile, Thermische Trennung Außerdem bildet sich an der kalten Stahloberfläche schneller als auf anderen Materialien Kondenswasser. Der Be- und Hinterlüftung kommt deshalb eine besondere Rolle zu, um Schäden durch Kondenswasser in der Konstruktion zu verhindern. Das Wasser muss frei abgeführt werden

◯ Hinweis: Für den sommerlichen Wärmeschutz bei

Stahlskelettbauten sind die Decken meist die einzige Möglichkeit, Speichermasse im Gebäude unterzu­ bringen. Schon 10 cm Aufbeton in der Deckenebene erzeugen einen spürbaren Effekt. Die Kombination mit einer Bauteilaktivierung ist ebenfalls möglich.

11

Verformung

Wärmeschutz

◯

Tab. 2: Eigenschaften von Stahl Rohdichte

Wärmeleitfähigkeit

Zugfestigkeit

Bruchdehnung

Stahlguss

7850 kg/m3

40–50 W/mK

380–1100 N/mm2

7–25 %

Baustahl

7850 kg/m3

48–56,985 W/mK

340–680 N/mm2

17–25 %

Edelstahl

7920–7960 kg/m3

14,5–15 W/mK

500–730 N/mm2

45–50 %

Schallschutz

können, und potenzielle Stellen für Kondensataustritt müssen im Vornherein lokalisiert und vermieden werden. Bei der Trittschallübertragung verhalten sich Stahlverbunddecken genauso wie eine normale Stahlbetondecke. Der Trittschall muss durch schwimmenden Estrich oder federnde Aufbauten unterdrückt werden. Gleiches gilt für den Luftschallschutz, der bei Stahlleichtbauwänden durch eine möglichst geringe Steifigkeit und möglichst biegeweiche Schalen bei großem Flächengewicht verbessert wird. Generell ist auf eine ­lückenlose Schallentkopplung zu achten, vor allem bei Gebäudeteilen, wie beispielsweise Treppenhäusern, mit besonderen Schallentkopplungsanforderungen. Herstellung

Eisen ◯

Rohstoffe für die Stahlerzeugung sind Kohle, Koks, Erze und Schrott. Im Herstellungsprozess werden oxidische Eisenerze mit Kalk gemischt und dann im Hochofen durch Energiezufuhr (Koks als Energieträger) zu Eisen erschmolzen. > Abb. 3 Es entsteht Roheisen mit einem hohen Anteil an Kohlenstoff (3–5 %), Phosphor und Schwefel. Roheisen ist sehr spröde und als Rohmaterial nicht gut nutzbar. Das geschmolzene Roh­ eisen kommt anschließend in einen Konverter, wo Sauerstoff aufge­blasen wird („Windfrischen“) und weitere Zusatzstoffe beigefügt werden. So ­werden Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor weitestgehend reduziert. Für  die Herstellung vieler Stahlsorten ist außerdem noch die Zugabe ­verschiedener Legierungselemente nötig, um die entsprechenden Güten zu erzeugen. Das Elektrolichtbogen-Verfahren > Abb. 4 ermöglicht es, Stahl aus Schrott und Zusatzstoffen herzustellen. Der Lichtbogen erzeugt sehr hohe Temperaturen, wodurch auch hochwertige Legierungen geschmolzen

◯ Hinweis: Die Erstproduktion ist sehr energieauf­

wendig, in den letzten Jahren konnte die Effizienz des Herstellungsprozesses allerdings sehr verbessert ­werden. Einmal hergestellter Stahl ist jedoch bis zu 100 % recycelbar und hat nach seiner Ersterstellung einen geringen Rohstoffbedarf, indem Schrott wieder ein­geschmolzen wird. Der Energieaufwand ist aber auch in der Wiederverwertung hoch.

12

200 °C Vorwärmezone Trocknen, Vorwärmen, Auflockern

Gicht

400 °C Reduktionszone Indirekte Reduktion durch CO

Kohlungszone Direkte Reduktion durch C Wind Schmelzzone

Schacht 900 °C

Elektroden

1400 °C

Sauerstoffzufuhr Lichtbogen Schrott Rollenlager

Kohlensack Rast Gestell

Roheisen

Abb. 3: Prinzipskizze Hochofen

Schlacke 1600 °C

Stahl Schlacke

Abb. 4: Prinzipskizze Elektrolichtbogen-Verfahren

­werden können und eine gute Stahlqualität entsteht. So kann Stahl zu 100 % wiederverwendet werden. Das Verfahren ist daher sehr ressourcen­ schonend, aber aufgrund des hohen Energieaufwands nicht besonders wirtschaftlich. Dennoch wird es für die meisten Stähle mit hohen Qualitätsanforderungen verwendet. In der Architektur und im Ingenieurbau ist Stahl (Baustahl und Feinkornbaustahl) neben Gusseisen das am häufigsten eingesetzte Eisen­ material. Aus den unterschiedlichen Gusseisensorten werden hauptsächlich Abflussrohre, Heizkörper, Badewannen, Kanaldeckel, Hydranten, Beschläge und Schlüssel hergestellt. Gusseisen verliert stetig an Bedeutung und wird von besser entwickelten Materialien verdrängt. Wie die Herstellungsarten von Stahlprodukten variieren auch die Möglichkeiten der Weiterverarbeitung dieser Erzeugnisse. Man unterscheidet generell zwischen Warm- und Kaltverformung. Einige Methoden sind sowohl kalt als auch warm anwendbar. > Tab. 3 Warmverformung ­verbessert generell die Stahleigenschaften und sorgt für eine bessere Verarbeitbarkeit. Kaltverformung erzeugt dagegen mehr Festigkeit. Beim Gießen wird Stahl in Sandformen vergossen. Stahlgussteile sind schweißbar, müssen allerdings teilweise vorgewärmt werden. Sie sind genau wie Walzteile genormt und bezeichnet. Es ist eine beliebige Formgebung möglich. Das Schmieden wird von Hand, maschinell oder mit Pressformen durchgeführt. Auch hier sind viele Formen herstellbar. Beim Schmieden verändert der Stahl sein Gefüge; das grobkörnige Gussgefüge wird in feinkörniges verändert, die Festigkeit wird verbessert.

13

Formung und Weiterverarbeitung

Tab. 3: Umformungsverfahren Warmverformung

Kaltverformung

Gießen

Ziehen

Warmwalzen

Kaltwalzen

Pressen

Pressen

Schmieden

Schmieden Spanabhebende Verfahren Abkanten Kaltprofilieren Tiefziehen

Beim Walzen verdichtet sich das Stahlgefüge. Ein System von Rollen und Walzen formt mit hohem Anpressdruck die Walzprofile. Das Walzen ist eine Weiterverarbeitungsstufe des Stahlgussteiles und kann bei ­unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Man erzeugt damit gleichbleibende Querschnitte und längliche Produkte mit einer glatten oder profilierten Oberfläche. Das Pressen durch eine Öffnung kann auch die geplante Querschnittsform entstehen lassen. Es eignet sich allerdings nicht so gut für Stahl, sondern eher für Nichteisenmetalle (zum Beispiel Aluminium). Das Strangpressen wird meist für Profile verwendet, die aufgrund ­ihrer Geometrie nicht gewalzt werden können. Ein erhitzter Block wird dabei durch eine Matrize gepresst. Stangen, Bewehrungsstäbe und Drähte entstehen durch Ziehen. Mehrere Durchgänge machen die Materialien immer dünner. Weil der Prozess als Kaltverformung stattfindet, haben die entstandenen Produkte eine gute Festigkeit. Das Tiefziehen ist eine Verformung von Blechen mit Stempel, Niederhalter und Matrize. Meist entstehen dadurch einseitig offene Profile, Wannen oder ähnliche Erzeugnisse. Weitere Umformungen sind beispielsweise durch mechanische Bearbeitung möglich. Auch hier gibt es wieder eine große Vielfalt an Möglichkeiten. Beispiele sind Fräsen, Bohren, Feilen, Sägen, Drehen, Biegen, Prägen oder Falzen. Die Weiterverarbeitungsmethoden erzeugen das ­sogenannte „Halbzeug“, das dann zu dem eigentlichen Bauteil verarbeitet werden kann. > Abb. 5 Querschnittsprofile

Stahlerzeugnisse, also die eigentlichen Bauteile und Produkte, werden in unterschiedliche Gruppen unterteilt. Aufgrund der Vielzahl der Produkte werden auch hier nur die für den Stahlbau relevanten Ober­gruppen

14

Abb. 5: Halbzeuge

flaches Blech in Bahnen liniert Nutenblech Mikroprofilierung

Trapezprofil

Wellenprofil Abb. 6: Blechprofilierungen

Tab. 4: Bleche und Bänder nach Dicke Grobblech

> 3 mm (z. B. Riffelblech)

Feinblech

< 3,0 mm (z. B. Stanzblech)

Feinstblech

< 0,5 mm (kaltgewalzt)

genannt, um eine anschauliche Übersicht zu geben. Für das Bauwesen haben sich nachfolgende Begriffe etabliert. Flacherzeugnisse werden meist für die Weiterverarbeitung zu Halbzeugen verwendet, da sie in ihrer Ursprungsform wenig Stabilität auf­ weisen. Bleche werden auch als „Coils“ bezeichnet. Man unterscheidet warmgewalzte und kaltgewalzte Coils sowie Bleche und Bänder nach ­Dicke. > Tab. 4 Durch Falten in Trapez- und Wellenformen kann man die ­nötige Stabilität längs zur Faltrichtung erzeugen. Die Bauteile bleiben aber einachsig belastbar. > Abb. 6 Die Formgebung erfolgt meist nach der Beschichtung. Die profilierten Bleche eignen sich gut als innere und ­äußere Schalen für Mehrschichtaufbauten. Schon in der Planung sollte beachtet werden, dass die Bleche nach der Verformung nur noch stapelbar sind und andere Transportgrößen auslösen.

15

Flacherzeugnisse

Abb. 7: Flacherzeugnisse

●

Seile

Betonstahl

Flacherzeugnisse sind als Wellbleche, Pfannenbleche, oberflächenprofilierte Bleche (Riffel-, Warzen-, Raupen-, Lochbleche) und in vielen weiteren Varianten erhältlich. Profilierte Bleche werden oftmals für rutschhemmende Oberflächen verwendet und Lochmuster häufig für Fassaden (z. B. Sonnenschutz). Sie alle können durch Abkanten weiter verformt werden, und es sind auch Kombinationen von strukturierten und gelochten Blechen möglich. Lochblech als Innenbekleidung kann zusätzlich auch als Schallschutzelement verwendet werden. > Abb. 7 Ein weiteres Flacherzeugnis sind Streckmetalle, die durch Auseinanderziehen eines versetzt geschlitzten Bleches hergestellt werden. > Abb. 8 Es entsteht ein Gitter mit rautenförmigen Öffnungen, das aus unterschiedlichen Blickwinkeln die Oberfläche zwischen blickdicht und geöffnet changieren lässt. Mit diesem Effekt sind unterschiedliche Grade an Transparenz erreichbar. Streckmetalle sind ebenfalls form- und kantbar und häufig günstiger als Drahtgewebe und Lochbleche. Hinzu kommt, dass sie eine gewisse Eigenstabilität haben. Seile werden vor allem im Brückenbau und Stahlhochbau eingesetzt. Man unterscheidet laufende (auf Rollen, Scheiben, Trommeln) und stehende Seile (Tragseile, Anschlagseile, Abspannseile). Sie bestehen aus kaltgezogenem Draht und formen sich meist aus mehreren Drähten, die um einen Kern oder ein Drahtbündel gelegt sind. > Abb. 9 Für den Verbund mit Beton wird Betonstahl eingesetzt. Da Beton gut Druck, aber schlecht Zug aufnehmen kann, wird Stahl als Bewehrung eingelegt. > Abb. 10 Der Beton schützt den Stahl außerdem vor Korrosion durch

● Beispiel: Im Industriebau werden Stahlbleche oft als Sandwichpaneele für Dächer und Fassaden eingesetzt. Sie bestehen aus zwei profilierten Stahlblechen mit dazwischenliegender Dämmung und bilden eine gedämmte und finale Außenhülle, was meist sehr wirtschaftlich ist.

16

Abb. 8: Streckmetalle und Lochbleche

Paralleldrahtseil

Litzenseil

verschlossenes Seil

Bündel parallelverseilter Spanndrähte

Abb. 9: Tragkabel (Zugseile)

Abb. 10: Betonstahl

eine ausreichende Betonüberdeckung. So ergänzen sich die beiden ­ aterialien sehr gut. Der Betonstahl bildet meist die Zugbewehrung in M Form von Stäben, Matten oder Fasern. Er wird in der Regel warmgewalzt hergestellt und mit Quer- und Längsrippen für den besseren Verbund mit dem Beton versehen. Auch Spannbeton ist damit zu produzieren und besonders leistungsfähig. Als Stahlfasern werden kurze, speziell geformte Stahldrahtstücke dem Frischbeton zugegeben. Sie können teilweise die Stabbewehrung ersetzen und sind vor allem gut in Verbunddecken zu nutzen. > Kap. Bauteile, Verbundkonstruktionen Hier dienen sie als Schubbewehrung und zur Rissvermeidung.

17

falsch

richtig Abb. 11: Anordnung von Aussparungen

Profile

Abb. 12: Stahlprofile

Profile sind sogenannte Langerzeugnisse. Sie entstehen meist durch Walzen und sind als Voll- oder Hohlprofile erhältlich. Vollprofile sind zum Beispiel als Rund-, Vierkant-, Achtkant- oder Flachprofile herstellbar, aber für eine gute Kraftübertragung werden normalerweise große und kleine Profile nach Buchstabenform genutzt. Die häufigsten sind I-, H- und U-Profile, deren Stege und Flansche ausgerundet sind. I- und H-Profile unterscheiden sich durch die Flanschbreite. > Anhang, Tab. 8 bis 17 Breitflansch­träger (HE) dienen zur Aufnahme großer Lasten als Stützen oder Träger, wogegen Normalprofile (IP/UP) meist schlank sind und sich deshalb vor allem für Biegebeanspruchung, beispielsweise als Träger, eignen. Aufgrund der höheren Knickgefahr werden sie normalerweise nicht als Stützen verwendet. Außerdem sind noch Winkelprofile, gleichschenklige T-Profile, Wulstflachprofile und diverse Spezialprofile zu nennen, die beispielsweise für Türen und Fensterrahmen verwendet werden. Herkömmliche I- oder ­H-Profile können in Teilen des Stegs unterbrochen werden, um etwa Rohre oder Installationen durchzuführen. Dies darf nur an statisch unwirk­samen Stellen geschehen. > Abb. 11 Außer durch Walzen können Profile durch Strangpressen hergestellt werden. Dies eignet sich auch für dickwandige Sonderprofile. Auch Hohlprofile können so angefertigt werden. Darüber hinaus werden kalt­ geformte Profile durch Kaltwalzen von Blechen mit geringer Dicke (0,4–8 mm) oder Abkanten produziert. Als kaltgeformte Profile werden vor allem C- und Z-Profile verwendet. Lippen und Sicken sorgen für eine bessere Aussteifung des Profils. > Abb. 13 Auch hier gibt es wieder unzählige Variationen für die unterschiedlichen Anforderungen und Bauteile. Kaltgeformte Profile eignen sich besonders als Verbundbauteile. Hohlprofile werden nahtlos gezogen, gewalzt oder geschweißt (längsoder spiralgeschweißt) und in dem Fall aus Flacherzeugnissen hergestellt. Hohlprofile sind vor allem für Stützen und Fachwerkträger geeignet und können mit unterschiedlichen Wanddicken bemessen werden. Sie erlangen eine hohe Knickfestigkeit, sind aber auch teurer und manchmal komplizierter in den Anschlüssen an andere Bauteile, da sie keine flächige Anschlussmöglichkeit bieten.

18

Lippe

Sicke

Abb. 13: Lippen und Sicken

Abb. 14: Trapezblech-Systemdecke

Trapezprofile werden aus Feinblech und durch Rollprofilieren hergestellt. Durch die Profilierung erlangen sie eine gewisse Steifigkeit und können sogar tragend (einachsig) ausgebildet werden. > Abb. 14 Aus runden oder flachen Walzdrähten, Stangen oder Seilen ist es möglich, bestimmte Gewebe zu erzeugen. Es sind unterschiedliche Flechtmuster herstellbar und als Bahnen, Rollen oder Einzelflächen oder auch nach individuellen Anforderungen anzufertigen. Einflussfaktoren auf die Gestaltung sind unter anderem die Maschenweite, der Drahtdurchmesser, die Gewebedicke und die Gewebefeinheit. Als Gelege ­bezeichnet man ebene Drahtlagen, die an den Kreuzungspunkten verschweißt oder verpresst sind. Gewebe werden gerne als Sonnenschutz, Fassadenelemente, Geländerfüllung, Abhangdecken, aber auch beweglich als metallische Vorhänge eingesetzt.

Trapezprofile

Gewebe

Brandschutz

Stahl ist generell nicht brennbar, leitet kein Feuer weiter und setzt im Brandfall keine giftigen Gase frei. Allerdings verändert er bei hohen Temperaturen stark seine Eigenschaften. Das betrifft unter anderem die Zugfestigkeit, Streckgrenze, den E-Modul und das metallische Gefüge. Die Planung muss dementsprechend auf diese Eigenschaften des Baustoffs eingehen. Im Brandschutz unterscheidet man verschiedene Arten. > Tab. 5

Aufgrund der bereits erwähnten Eigenschaft des Stahls, sich bei Hitze stark zu verformen, gilt dem Schutz der Stahlbauteile ein besonderes Augenmerk. Der bauliche Brandschutz dient dazu, im Brandfall das Feuer gar nicht erst an die Konstruktion gelangen zu lassen beziehungsweise die Erwärmung so lange hinauszuzögern, dass eine gewisse Feuerwiderstandsdauer vor dem Versagen eingehalten wird. Die Schutzmaßnahmen sollten entweder dämmend, abschirmend oder wärmeabführend sein.

19

Baulicher Brandschutz

Tab. 5: Brandschutzarten Baulicher Brandschutz

Entfluchtungs- und Rettungswege werden geschaffen, und die Ausbreitung von Bränden soll minimiert werden (Brandabschnitte). Einsatz von nicht brennbaren, schwer entflammbaren Baustoffen.

Anlagetechnischer Brandschutz

Brandmelder, Sprinkleranlagen usw.

Abwehrender Brandschutz

Direkte Maßnahmen zum Löschen und Eindämmen eines Brandes (baulicher Brandschutz spielt hierfür eine große Rolle)

Organisatorischer und betrieblicher Brandschutz

Vorbeugende Maßnahmen, um Brände zu vermeiden (z. B. Schulungen der Nutzer für schnelle Flucht und ­Brandbekämpfung)

◯

Dies kann beispielsweise durch Ummantelungen erfolgen. Als Ummantelungen dienen Spritzputze, Betone, Platten und Bekleidungen aus Mineralfaser. > Abb. 15 Verkleidungen sind meist in Form vorgefertigter Kasten- oder Profilelemente, die die Elemente flexibel verkleiden, vorhanden. Es ist zu beachten, dass Korrosionsschutz und Ummantelung sich vertragen, um keine Schäden hervorzurufen. Beton eignet sich generell gut als Verbundmaterial mit Stahl und kann auch gut als Brandschutzmaßnahme mit kraftschlüssiger Verbindung eingesetzt werden. Das beinhaltet nicht nur die klassische Anwendung als Beton mit Stahlbewehrung, sondern auch Spritzbetone als Brandschutz auf der Stahlstütze oder einbetonierte Stützen. Dämmschichtenbildende Beschichtungen sind Anstriche und Folien, die im Brandfall chemisch aufschäumen. Diese Art des Brandschutzes bildet eine schützende Schicht um das Bauteil und gilt als besonders ­geeignet für den Stahlbau. Es entsteht kein direkter Kontakt zum Feuer. Hitze wird über längere Zeit vom Bauteil abgehalten. Dieser Effekt dauert aber nur eine gewisse Zeit an und verzögert lediglich den Versagens­ prozess. Für den Schutz mit Hilfe von Beschichtungen bieten sich verschiedene, auch optisch variable Möglichkeiten an. Sie können zu Farbgestaltungszwecken verwendet werden und wirken gleichzeitig korrosionsschützend. Eine Brandschutzbeschichtung unterscheidet sich von einer „normalen“ Beschichtung oder Lackierung nur durch die Rauigkeit der Oberfläche.

◯ Hinweis: Der Aufbau einer solchen Beschichtung

besteht aus der Korrosionsschutzgrundierung, der Dämmschichtbeschichtung und der Deckschicht. Mit dieser Methode lässt sich mittlerweile die Feuerwiderstandsklasse F90 erreichen, sogar bis zu F120 ist möglich.

20

Verkleidung beispielsweise mit Gipskarton oder Mineralfaser

Ummantelung mit Spritzputz

Dämmschichtbildende Anstriche

ein- oder ausbetoniert

Abb. 15: Brandschutzmaßnahmen

Zum anlagentechnischen Brandschutz gehören vor allem Brand­ melder und Sprinkleranlagen. Neben diesen herkömmlichen Maßnahmen kann Wasser, auch innerhalb von Hohlprofilen, als hitzeabführendes ­Medium genutzt werden. Man unterscheidet zwischen Profilen, in denen das Wasser steht, und solchen, in denen es einen Wasserfluss gibt. Profile mit stehendem Wasser müssen durch Ventile vor Überdruck im Inneren geschützt werden und halten nur eine gewisse Zeit der Hitze stand. Durchströmte Profile können die Hitze dauerhafter ableiten und theoretisch auch erst im Brandfall geflutet werden. Generell entsteht aber im Inneren eines wasserführenden Hohlprofils ein hydrostatischer Druck, der nicht zu unterschätzen ist und sich auf die Tragfähigkeit des Bauteils auswirken kann. Die aufwendigen Brandschutzmaßnahmen im Stahlbau können in Einzelfällen reduziert werden. Es gibt einerseits die Möglichkeit, die notwendige Feuerwiderstandsdauer zu verringern. So kann bei Gebäuden mit geringer Höhe erläutert werden, weshalb im Brandfall weniger Schäden entstehen oder wie besonders schnelle Brandbekämpfungsmaßnahmen gewährleistet sind. Andererseits können aktive Maßnahmen wie Sprinkleranlagen oder Ähnliches die notwendige Feuerwiderstandsdauer der Bauteile erhöhen. Es ist auch möglich, eine genaue statische Berechnung für das Verhalten des Bauwerks im Brandfall aufzustellen. Dann wird eine sogenannte Naturbrandkurve (im Gegensatz zur ISO-Normbrandkurve, die allgemein eingesetzt wird) ermittelt, die die wirklich vorhandene Brandlast darstellt. Anschließend wird der genaue Zeitpunkt bestimmt, wann das Tragwerk im Brandfall versagen wird. Eine solche Analyse des Tragwerks im Brandfall ermöglicht oftmals den Verzicht auf umfangreiche passive Brandschutzmaßnahmen.

21

Nachweis im Einzelfall

Korrosion

Eisen ist ein unedles Metall, und sein Korrosionsvorgang ist der bekannte Rost. Bei der Korrosion von Metall geht Material verloren, wes­ wegen die Tragfähigkeit des Bauteils auf Dauer geschwächt wird. Je dünner die Bauteile, desto gefährlicher ist dementsprechend der Rostprozess. Korrosion setzt in der Regel bei 65 % Luftfeuchtigkeit ein, sodass Bauteile aus Stahl besonders vor dem Korrosionsprozess geschützt werden ­müssen. Neben den funktionseinschränkenden Auswirkungen ist Rost auch aus optischen Gründen nicht erwünscht. Er vermittelt eine schlechte Bauteilqualität und Misstrauen gegenüber der Konstruktion. Im Bau ist vor allem die elektrochemische Korrosion von ausschlaggebender Bedeutung. Man unterscheidet: —— Flächenkorrosion (Mulden-, Loch-, Spaltkorrosion) —— Kontaktkorrosion Korrosionsprozess

◯

Korrosion ist ein elektrochemischer Prozess, der entweder an der Luft, im Boden oder im Wasser stattfindet. Zuerst bildet sich eine verdichtete Rostschicht, die sich später lockert und dann abblättert. Die losen Rostschichten sorgen zusätzlich dafür, dass sich Kondenswasser gut an diesen Stellen ablagern kann, und fördern so noch den Korrosionsvorgang. In Innenräumen gibt es keinen elektrolytischen Feuchtigkeitsfilm, weshalb Rost hier nicht vorkommt. Bei unregelmäßigem Materialabtrag an der Oberfläche durch Korrosion spricht man je nach Erscheinungsbild von Mulden-, Loch- oder Spaltkorrosion. Die Kontaktkorrosion setzt dagegen dann ein, wenn verschiedene Metalle sich berühren und ein Elektrolyt (z. B. Wasser) zeitweise hinzukommt. Das unedlere Metall beginnt in der Folge den Zersetzungs­prozess. Dies tritt im Hochbau vor allem bei Fassadenbefestigungen und Dachbauteilen auf, bei denen unterschiedliche Metalle aufeinandertreffen.

◯ Hinweis: Der elektrochemische Prozess erfolgt ver-

einfacht folgendermaßen: An der Stahloberfläche bilden sich kleine Korrosionselemente, die aus je einem anodischen und kathodischen Bezirk bestehen. An der Anode löst sich ein Eisenion (FE++) und setzt gleichzeitig Elektronen (e-) frei. Diese wandern naturgemäß zur Kathode. Treffen sie dort an der Oberfläche mit Wasser (H2O) und Sauerstoff (O2) zusammen, bilden sich so­genannte Hydroxilionen (OH-). Der eigentliche Rost entsteht an der Stelle, an der wiederum die Hydroxilionen auf das zuvor entstandene Eisenion treffen und in Verbindung mit Sauerstoff oxidieren (siehe Abb. 16).

22

Hydroxilionen Sauerstoff O2

Wasser H2O

OH–

Rost

Sauerstoff O2

e Fe

Eisenionen

Anode Stahl

Elektronen e e

Kathode

Abb. 16: Schema elektrochemischer Prozess

Tab. 6: Korrosionsschutz Aktiv

Passiv

Durch Planung: zweckmäßige Gestaltung der Konstruktion und Auswahl der Werkstoffe

Durch Fernhalten angreifender Stoffe von der Bauteil­ oberfläche: künstliche Deck- und Schutzschichten, ­metallische und nicht metallische Überzüge

Durch Eingreifen in den Korrosionsvorgang: Entfernung/ Beeinflussung angreifender Stoffe, Eingriff in den elektrochemischen Vorgang

Anstriche, Beschichtungen, Überzüge, Emaillierung, ­Galvanisierung, Verzinkung

Möglichst wenig Angriffsfläche für Korrosion bieten

Bei der Bearbeitung von Stahl kann auch im Bauteil eine elektrochemische Reaktion stattfinden. Dies geschieht beispielsweise an Schweißnähten, Biegestellen oder durch Legierungsbestandteile. Auch andere Stoffe können den Vorgang beschleunigen, zum Beispiel Chloride in Meeresnähe oder Schwefel in Industrieregionen. Durch eine korrosionsgerechte Gestaltung kann Korrosion vermieden werden. Im Wesentlichen sollte die Stahlkonstruktion möglichst glatt und wenig gegliedert sein und gut zugänglich für Ausführung, Prüfung und Instandhaltung von Korrosionsschutz. Schmutz- und Wasserablagerungen sollten vermieden werden. Spalte, Schlitze und Fugen sind zu verschließen, genauso wie offene Hohlräume, Hohlkästen und Hohlbauteile innenseitig einen geeigneten Korrosionsschutz erhalten und belüftet werden müssen. > Tab. 6 Oberflächenbehandlung

Die Behandlung von Stahloberflächen kann verschiedene Hintergründe haben. Neben gestalterischen Aspekten sind vor allem die beschriebenen Korrosions- und Brandschutzanforderungen ausschlagge-

23

Korrosionsschutz

Beschichtung

Metallische Überzüge

bend. Man unterscheidet bei den korrosionsschützenden Oberflächen metallische Überzüge, Beschichtungen oder Kombinationen aus Überzug und Beschichtung (= Duplex-Systeme). Oberflächen können in ihrer Qualität sehr unterschiedliche Anforderungen haben. Das reicht von haptischen Eigenschaften wie Rauigkeit, Glätte und Härte bis hin zu funktionsschützenden Fähigkeiten wie Schmierstoffhaftung oder Korrosionsschutz. > Tab. 7 Die Behandlung besteht meist aus unterschiedlichen Arbeitsgängen. Es können auftragende und abtragende Operationen unterschieden werden. In allen Fällen muss die Oberfläche sauber und individuell vorbehandelt werden. Eine Beschichtung wirkt immer „passivierend“, also rostverhindernd und abschirmend gegen Atmosphäre (bzw. Erdreich oder Wasser). Dabei ist die Grundbeschichtung die passivierende und die Deckschicht die ­abschirmende, die auch gleichzeitig die Grundierung schützt. Meistens haben die unterschiedlichen Schichten auch unterschiedliche Farb­ gebungen, damit die lückenlose Überdeckung gewährleistet werden kann. Außerdem schützen Fertigungsbeschichtungen während Transport, ­Lagerung und Bearbeitung vor Korrosion. Sie bieten allerdings keinen dauerhaften Schutz. Vor jeder Beschichtung muss die Oberfläche entsprechend vorbereitet und von jeglichen Verunreinigungen befreit werden. Dies kann z. B. durch Abstrahlen, Beizen, Abschleifen, Abbürsten, Abschaben von Hand oder maschinell erfolgen. Wichtig ist eine reine Oberfläche. Keine der Beschichtungen ist zu 100 % diffusionsdicht. Sie müssen deshalb in ausreichender Dicke und auf gut vorbereitetem Untergrund aufgebracht werden. Dies kann durch Streichen mit Pinseln (vor allem für die Grundbeschichtung) und Rollen oder durch Spritzen erfolgen. Das Aufbringen sollte staubfrei und gleichmäßig stattfinden, anschließend muss ausreichend abgetrocknet werden. Beschichtungen basieren meist auf organischen Polymeren. Man kann sie gut an bestimmte Gegebenheiten (Korrosionsschutz) oder ­Verarbeitungsmöglichkeiten anpassen. Sie sind wirtschaftlich einsetzbar und bieten jede Menge Gestaltungsmöglichkeiten durch Farbwahl und Glanzgrad der Oberfläche. In der Regel bestehen sie aus Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Lösungsmitteln bzw. Dispergiermitteln und Hilfsstoffen. Polymerbeschichtungen können mit der Zeit spröde werden und ihre Festigkeit verlieren. Die oben beschriebenen Beschichtungen ergänzen die Stahloberfläche additiv, während ein metallischer Überzug mit der Stahloberfläche reagiert und eine Einheit eingeht. Der Stahl muss dafür mit einem reaktiven Metall überzogen werden (zum Beispiel Aluminium oder Zink), um dann die elektrochemische Verbindung zu ermöglichen. Am gebräuchlichsten ist Zink, der CO2 aus der Luft absorbiert, eine festhaftende Schicht und einen sehr guten Korrosionsschutz bildet. Die Verzinkungsschicht nimmt aber im Laufe der Jahre ab, weshalb man eine entspre-

24

Tab. 7: Beispielhafte Auflistung von Oberflächenbehandlungen Mechanische ­Bearbeitung

Sandstrahlen

Sand wird mit Hilfe von Druckluft auf das Bauteil gestrahlt.

Kugelstrahlen

Körniges Material unterschiedlicher Größe wird mit Hilfe von kinetischer Energie auf das Bauteil gestrahlt.

Hochdruckwasserstrahlen

Strahlen mit spanabhebender Funktion

Bürsten

Oberflächenreinigung, geschliffene Oberfläche entsteht.

Schleifen

Spanabtrag durch Reibbewegung mit Schleifkörnern.

Polieren

Kein Spanabtrag, nur abstehende Materialgrate werden ­geglättet. Eine glänzende Oberfläche entsteht.

Thermische ­Bearbeitung

Beflammen

Reinigung der Oberfläche

Glühen

Reinigung der Oberfläche

Chemische ­Bearbeitung, nicht schichtbildend

Chemisches Entgraten

Feinstentgratung und Glättung

Ätzen

Abtragende Oberflächenbehandlung, optische Effekte können erzeugt werden.

Beizen

Zur Entfernung von Rost und zur Haftungsverbesserung.

Brünieren

Stark oxidierende Lösungen erzeugen einen dichten Film an der Oberfläche.

Phosphatierung

Eine Dampfsperre wird erzeugt, dies ist vor allem bei organischen Beschichtungen eine gute Grundierung und ein guter Schutz vor Korrosion.

Chromatierung

Bildung von Chromatschichten bei Aluminium- und Zinkwerkstoffen

Metallspritzen

Auftragen von metallischen Dickschichten schützt mechanisch beanspruchte Bauteile.

Plattieren

Bedecken eines Stahlkerns mit dünnen, walzplattierten ­Schichten aus anderem Metall. Verbundstoffe aus mehreren Schichten entstehen.

Eloxieren

Erzeugt eine oxidierte Schutzschicht auf Aluminium.

Emaillieren

Auf ein Stahlteil wird glasartiges, nicht kristallines Email ­aufgeschmolzen, das einen Verbund mit der Oberfläche ­eingeht. Säurebeständigkeit, Korrosionsschutz, Temperaturschutz und anderes mehr.

Chemisches und ­galvanisches Metallisieren

Edlere Metallschichten werden als Oberfläche aufgebracht, z. B. Aluminium, Chrom, Kobalt, Nickel, Kupfer, Messing, Bronze, Zink, Silber, Cadmium, Zinn, Blei.

Lackieren

Organische oder anorganische Polymere in Verbindung mit ­Bindemitteln, Pigmenten, Füllstoffen, Lösungsmitteln, Additiven und Wasser.

Chemische ­Bearbeitung, ­schichtbildend

Metallische Überzüge

Beschichtung

Bedrucken

Beispielsweise Siebdruck

Verzinken

Metallischer Überzug durch Tauchbad, Spritzen usw.

Pulverbeschichten

Farbige Kunststoffpartikel werden durch elektrostatische ­Aufladung mit der Stahloberfläche dauerhaft verbunden.

Duplex-Beschichtung

Erst metallischer Überzug (Verzinkung), dann Beschichtungssystem

Plasma-Vakuum­ beschichtung

Im Vakuum werden chemische Elemente auf die Oberfläche ­aufgebracht (Aluminium, Kupfer, Titan). Für selbstreinigende Fassadenmaterialien, antibakterielle Oberflächen, Färbung von Edelstahl. Dauerhaft und verformungsresistent.

25

Duplex-System

chend dicke Schicht planen sollte, um den Korrosionsschutz langfristig zu gewährleisten. Das Verzinken von Stahlbauteilen kann auf unterschiedliche Arten erfolgen. Beim Stückverzinken werden die Bauteile in ein Zinkbad ein­ getaucht und danach getrocknet. Bei der Planung muss auf die Stück­ größen geachtet werden, weil die Verzinkerwannen in der Größe ein­ geschränkt sind. Übliche Wannengrößen liegen bei 18,0 × 2,2 × 3,6 m (l × b × t), längliche Bauteile können aber von zwei Seiten getaucht werden, sodass sie gegebenenfalls bis zu doppelt so groß sein können. Das Bandverzinken (Coil-Coating) bezeichnet das Verzinken von Bändern und Bandstahl in einem kontinuierlichen Schmelztauchverfahren. Thermisches Spritzen mit Zink (Spritzverzinken) wird vor allem bei Bauteilen angewendet, die nicht oder nicht so klein zerlegbar sind, dass sie in ein Tauchbad passen. Das Spritzverzinken ist relativ aufwendig, eignet sich aber auch zu Ausbesserungszwecken. Es entsteht eine unregelmäßige und porige Oberfläche, die deshalb immer durch eine Beschichtung ergänzt werden muss. Bei der galvanischen Verzinkung fügt man dem Tauchbad kurz ­gesagt eine elektrische Spannung hinzu. So wird die elektrostatische Anziehung von Stahl und Beschichtungsmaterial genutzt. Wenn zusätzlich zum metallischen Überzug eine Beschichtung angelegt wird, so wird die Haltbarkeit der Oberfläche noch verbessert. Diese Dopplung nennt man Duplex-System. Es wird oft aus optischen Gründen verwendet, um die Verzinkung zu verstecken oder zu veredeln. Ein sinnvoller Nebeneffekt ist die zusätzliche Steigerung des Korrosionsschutzes. Durch die Kombination der beiden Schutzarten verlängert sich die Schutzzeit für das Bauteil wesentlich mehr als durch die Summe beider Maßnahmen einzeln. Es entsteht ein synergetischer Effekt.

26

Konstruktionsweise Stahl als Primärkonstruktion bietet zahlreiche Vorteile wie leichte und filigrane Konstruktionen, flexible Grundrisse und einen hohen Vorfertigungsgrad. Er bringt aber auch Anforderungen an Brandschutz, Tragwerksplanung und Logistik mit sich, die von Beginn an zu berücksichtigen sind. Das Material kann im großen Maßstab die tragende Struktur eines Gebäudes oder auch Ingenieurbauwerks bilden, eignet sich aber zusätzlich auch für filigrane Einzelteile an Fügungspunkten und Sekundärstrukturen. Wie in jedem System eines Gebäudes hat auch im Stahlbau das Tragwerk als Hauptaufgaben Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit zu sichern. Standsicherheit bedeutet in diesem Zusammenhang prinzipiell die Abtragung aller horizontal und vertikal auftretenden Kräfte innerhalb der Gesamtstruktur, während die Gebrauchstauglichkeit die Nutzbarkeit der Architektur gewährleistet. Lineare Elemente

Eine sehr gebräuchliche Art der linearen Abtragung von Lasten im Bauwerk stellt der Einsatz von Vollwandträgern dar. Es handelt sich hierbei um Träger mit einem konstanten Querschnitt, die im Normalfall auf Biegung belastet werden (vgl. Basics Tragsysteme von Alfred Meistermann). Eine Abwandlung des Biegeträgers ist ein Träger mit veränderlicher Bauhöhe. Statt eines konstanten Querschnitts gleicht sich hier die Trägerform der Momentenlinie im Bauteil an. > Abb. 18 und 19 Das hat natürlich biegesteife Ecke

gelenkig gelagerter Fußpunkt

eingespannter Fußpunkt

Auflager (gelenkig)

Abb. 17: Elemente des Tragwerks

27

Träger

System

Momentenlinie

Einfeldträger

Durchlaufträger

Gelenkträger

Kragträger

Abb. 18: Momentenlinien je nach System

Fachwerkträger

großen Einfluss auf die Gestaltung, kann aber durchaus auch vorteilhaft genutzt werden. Wenn keine Vollwandbiegeträger eingesetzt werden sollen, kann der massive Träger in ein Fachwerksystem aufgelöst werden. Das lässt ein leichtes, materialsparendes Bauteil im Sinne einer angemessenen Auslastung entstehen. Innerhalb des Fachwerks nehmen die Gurte die ­Momente auf, während die Diagonalen und Pfosten die Querkraft weiterleiten. > Abb. 20

28

Günstige Trägerformen herkömmlicher parallelgurtiger Vollwandträger

gevoutete Vollwandträger

unterspannter Träger

Abb. 19: Trägerformen Einfeldträger

Obergurt

Diagonalen Pfosten Untergurt Abb. 20: Teile des Fachwerkträgers

Man unterscheidet Streben- und Pfostenfachwerke. Das K-Fachwerk ist eine Form des Pfostenfachwerks. Wie der Vollwandträger kann sich der Fachwerkträger in seiner Silhouette ebenfalls Momenten- oder Dachformen anpassen. Das Fachwerk kann mit Parallelgurten, geneigten oder gebogenen Ober- und Untergurten ausgebildet werden. > Abb. 22 Bei der Planung eines Fachwerkträgers muss der Planer das statische System betrachten: Die Fachwerkknoten werden immer als Gelenke angenommen, an denen die Belastung angreift. Es treten nur Normal-

29

Abb. 21: Fachwerkträger (von links): Fischbauch, Pfostenfachwerk, Strebenfachwerk

Pfostenfachwerk

unregelmäßiges Fachwerk

Satteldachfachwerk Strebenfachwerk

Strebenfachwerk mit Lasteinzugsstäben

linsenförmiges Fachwerk

K-Fachwerk

Fischbauchfachwerk

querkraftgerechtes Strebefachwerk

Bogenfachwerk

Abb. 22: Mögliche Formen eines Fachwerkträgers

kräfte auf. Knoten sollten in den Stabachsen zentriert angeordnet sein, sodass sich die Fachwerkstäbe in einem Punkt schneiden. > Abb. 23 Die Winkel zwischen den Stäben liegen zwischen 30 und 60° zur Längsachse. Es entsteht ein Gelenkdreieck der Einzelkomponenten. Bei den Diagonalen wird zwischen Zug- und Druckdiagonalen unterschieden. Druckbeanspruchte Bauteile haben eine gewisse Knick- und

30

Obergurt

Obergurt

St re

St re

be

be

30–60°

zentriert, Achsen treffen sich in einem Punkt

nicht zentriert, Achsen treffen sich außerhalb

Abb. 23: Achsen in den Knotenpunkten

Obergurtträger

Spreize Zugband Abb. 24: Aufbau unterspannter Träger

Kippgefahr. Maßgeblich sind vor allem die Länge und die Schlankheit der Stäbe. Eine weitere Variante, einen linearen Träger aufzulösen, ist die Nutzung einer Unterspannung. Es entsteht ein Einfeldträger mit mehreren Komponenten. > Abb. 24 Der Obergurtträger ist der eigentliche Biegeträger, der Biegemomente und Querkräfte aufnimmt, während die Spreize und die Zugbänder eine Zwischenunterstützung bilden. Sie sind nur durch Normalkräfte belastet und formen eine hybride Tragstruktur. Im Gegensatz zum Fachwerk, in dem alle Knoten gelenkig angenommen werden, ist der Obergurt beim unterspannten Träger biegesteif und durchlaufend. Spreize und Zugband sind dagegen gelenkig gelagert.

◼ Tipp: Gleichmäßig unterspannte Träger sollten nur für symmetrische Lasten herangezogen werden. Sie können gut für Dachkonstruktionen, aber auch für Stege oder kleine Brücken verwendet werden. Für Geschosslasten sind sie eher weniger geeignet.

31

Unterspannte Träger

◼

eine Spreize

zwei Spreizen

drei Spreizen

vier Spreizen

Überlagerung zwei Systeme je zwei Spreizen

Zwischenverbände zur Stabilisierung

Abb. 25: Auswahl von Formen für unterspannte Träger

Obergurt

Streben

Untergurt

Abb. 26: Dreigurtbinder

Dreigurtbinder

Der unterspannte Träger kann unterschiedlich viele Spreizen und zusätzlich eine Obergurtneigung haben. > Abb. 25 Bis zu vier Spreizen (gleichmäßig angeordnet) sind sinnvoll. Je mehr Spreizen es gibt, desto größer wird die Kraft auf das Zugband, dafür werden aber die Momente im ­Träger reduziert. Es können auch mehrere Unterspannungen kombiniert ­werden. Der Dreigurtbinder ist eine besondere Art des Fachwerks. Die Druckkraft im Obergurt wird durch zwei Stäbe aufgenommen, sodass sich ein räumliches Fachwerk mit der Wirkung eines Einfeldträgers ergibt. > Abb. 26 Auch hier sind Ober- und Untergurt als Gelenkstäbe ausgebildet, beide

32

parallelgurtig

parallelgurtig

gevoutet

momentenliniennah gevoutet gevoutet

Stützenbereich gevoutet über-/unterspannt

linear gevoutet

Fachwerkträger Gerberträger

Abb. 27: Auswahl Durchlaufträger: Annäherung an die Momentenlinie

Abb. 28: Auswahl Kragarmträger: Annäherung an die Momentenlinie

Stäbe im Obergurt teilen sich die Kräfte auf. Die Knotenpunkte müssen aufgrund der Vielzahl der ankommenden Stäbe genau geplant werden. > Kap. Bauteile, Knoten

Liegt ein Träger nicht nur auf zwei, sondern auf mehreren Auflagern auf, so ergibt sich ein anderes statisches System. Der Mehrfeldträger läuft über mehrere Felder, unterschieden werden Durchlaufträger und Gelenkträger. Durchlaufträger liegen ohne Unterbrechung auf den verschiedenen Lagern und stellen sogenannte statisch unbestimmte Systeme dar (sie lassen sich nicht mehr allein durch die Gleichgewichtsbedingungen bestimmen). > Abb. 27 Gelenkträger haben an jedem Auflager ein Gelenk und ergeben so eine Aneinanderreihung von Einfeldträgern. Mehrfeldträger sind ebenfalls als Vollwandträger, ebene und räumliche Fachwerkträger, unter- oder abgespannte Träger ausführbar. Befindet sich am Ende des Trägers kein abschließendes Auflager, sondern eine Auskragung, so ändert sich die Momentenlinie nochmals. Ein Träger mit Kragarmen kann dementsprechend auch an die Form der ­Linie angepasst werden. > Abb. 28

33

Mehrfeldträger und Kragarme

Statisches System

Form

Statisches System

Pendelstütze

beidseitig eingespannte Stütze

Kragstütze

Stütze mit Kopfeinspannung

Form

Stütze mit Fußeinspannung

Abb. 29: Auswahl von Stützenformen

Stützen

Rahmen

Stützen sind Bauteile, die meistens druckbelastet werden und somit der Gefahr des Knickens ausgesetzt sind. Der Zeitpunkt des Versagens, also die Leistungsfähigkeit des Bauteils, wird durch die Schlankheit und die Materialität der Stütze beeinflusst. Nicht nur die Größe des Querschnitts ist wichtig, sondern auch die Geometrie. Im Stahlbau sind Hohlquerschnitte besonders gut für Stützen geeignet. Stützen unterscheiden sich weiterhin in der Art ihrer Lagerung. > Abb. 29 Am häufigsten wird die Pendelstütze eingesetzt, die oben und ­unten gelenkig gelagert wird. Die Endpunkte der Stützen können aber auch eingespannt oder frei sein. Genau wie bei den Biegeträgern kann es vorteilhaft sein, die Form einer Stütze ihrer Momentenlinie anzunähern. Eine Auflösung in mehrere Stäbe ist ebenfalls denkbar. Ein Rahmen besteht aus zwei oder mehr linienförmigen Teilen, die in einer Ebene zu einer Fläche aufgespannt und miteinander verbunden sind.

34

Rahmenriegel

Ecke

Dreigelenkrahmen

Zweigelenkrahmen

Eingespannter Rahmen

Rahmenstiel

Abb. 30: Rahmenprinzipien und -elemente

Abb. 31: Auswahl von Rahmensystemen

Zweigelenkrahmen

Dreigelenkrahmen

Sonderformen Einhüftiger Rahmen

Mittlere biegesteife Stütze

Abb. 32: Auswahl von Rahmenformen

Rahmen gibt es als Dreigelenk-, Zweigelenk- und eingespannten Rahmen. Es bestehen unterschiedliche Gestaltungsmöglichkeiten, auch eine Aneinanderreihung ist möglich. > Abb. 31

> Abb. 30

35

Dreigelenkbogen

Zweigelenkbogen

Eingespannter Bogen

Bogenstich

Abb. 33: Bogenprinzipien

Zugband

Versteifungsträger

Spannseil

Abb. 34: Versteifungsmöglichkeiten für Bögen

◼

Bogen

Grundsätzlich trägt und stützt ein Rahmen und ist ein in seiner Ebene steifes System. Er kann also auch als Aussteifung wirken, sowohl für sich selbst als auch für das Gebäude. Eine Ausformung der Querschnitte ist auf unterschiedliche Arten möglich. > Abb. 32 Der Bogen ist ein formaktives Tragwerk. Seine Form kann sich dem Kräfteverlauf im Bauteil so anpassen, dass annähernd keine Momente mehr auftreten. Er wird also nur durch Normalkräfte (Druck und Zug) beansprucht. Für die ausschließliche Erzeugung von Normalkräften muss die individuelle Stützlinie ermittelt werden. Sie gibt später auch die Tragwerksform vor. Wie beim Rahmen wird zwischen Zweigelenk-, Dreigelenk- und eingespanntem Bogen unterschieden. > Abb. 33 Der Bogen nimmt seine Form im Gegensatz zum Seilbinder (= Seillinie) aus der Stützlinie und nutzt das gleiche Prinzip einer momentfreien Konstruktionsweise. Je kleiner der Bogenstich, desto größer ist allerdings der Horizontalschub am Fußpunkt, welcher in der konstruktiven Planung eine wesentliche Größe darstellt. Der Bogenstich sollte daher so hoch wie möglich gewählt werden, was wiederum starke Auswirkungen auf die Gestaltung und die lichte Raumhöhe unter dem Bogen hat. Ein Bogen kann als alleiniges

◼ Tipp: Bei der Gestaltung der Rahmenecke sind neben statischen Aspekten auch die Vorgaben aus der Montageplanung zu berücksichtigen. Als generelle Entwurfsregel sollte man sich zudem merken, dass die Profilstärken von Riegel und Stiel nicht zu unterschiedlich sein sollten.

36

Tragwerk ohne Stützen oder aufgeständert für bessere Raumnutzung ausgebildet werden. Bögen können auch in Fachwerke aufgelöst oder durch Unter- und Überspannungen noch leistungsfähiger gemacht werden. Der Kreativität in der Ausformung sind hier kaum Grenzen ­gesetzt. Der Bogen neigt zum Kippen und Knicken (vgl. Basics Tragsysteme von Alfred Meistermann). Unterschiedliche Aussteifungsmaßnahmen, die ebenfalls in den gestalterischen Ansatz des Tragwerks mit einfließen können, sind gegen die Knickgefahr einsetzbar. So kann eine höhere Stabilität erreicht werden. > Abb. 34 Räumliche Elemente

Ein ebenes Tragwerk aus Trägerscharen bezeichnet man als Trägerrost. Die Lastabtragung erfolgt in zwei Richtungen. Es entsteht hauptsächlich eine Biegebelastung. Die Träger sind biegesteif miteinander verbunden, was die flächige beziehungsweise zweiachsige Wirkung erzielt. Die Grundrissgestaltung des Trägerrostes ist sehr variabel. > Abb. 35 Beispielsweise sind auch runde Grundrisse denkbar, und ein diagonales Raster wirkt sich günstig auf die Dimensionierung der inneren Träger aus. quadratisch

Randstützung kreisförmig

Dreiecksraster

Abb. 35: Trägerrost-Systeme

37

Trägerrost

Abb. 36: Trägerrost auf Stützen, Neue Nationalgalerie, Berlin

Grundformen Raumtragwerk

Tetraeder

Dodekaeder

Abb. 37: Typische Struktur eines Trägerrostes

Gitternetz mit Kuben

Gitternetz mit Tetraedern

Kubus

Oktaeder

Ikosaeder

Abb. 38: Raumtragwerk

Die Auflagerung des Rostes kann auf Pendelstützen, Einzelstützen (eingespannt) oder Wandscheiben erfolgen. Genau wie der Grundriss ist auch die Anordnung der Stützen variabel. Sie können an Eckknoten oder Kreuzungspunkten innen oder am Rand, mit oder ohne Auskragung geplant werden. > Abb. 37 Die Tragwirkung gleicht der zweier ineinandergreifender Träger, die zweiachsig die Last abtragen. Die beste zweiachsige Lastabtragung erhält man bei einem Seitenverhältnis des Trägerrosts von 1:1, weil die Kraft immer den kürzesten Weg nimmt. So werden die Auflager regel­ mäßig belastet und bilden eine gleichmäßige Steifigkeit. Die Randträger müssen besonders stabil ausgebildet werden, da die Innenträger in die Randträger eingespannt werden.

38

Raumfachwerk

Raumfachwerk Knotenpunkt

Abb. 39: Raumfachwerk

Wie bei den linearen Systemen kann auch im räumlichen Zusammenhang die Massivität der Konstruktion in ein Fachwerk aufgelöst werden. Raumfachwerke bestehen ebenfalls aus Stäben und Knoten, die gelenkig miteinander verbunden sind. Sie bilden ein dreidimensionales Raumgitter, das sich aus der Aneinanderreihung platonischer Körper zusammensetzt. Nur an den Knoten werden Kräfte eingeleitet, die Stäbe werden ausschließlich mit Zug oder Druck belastet. Aus Dreiecken zusammengesetzte Gebilde sind ohne weitere Maßnahmen stabil, auf Kuben basierende Konstruktionen müssen mit zusätzlichen Elementen kombiniert werden. > Abb. 38 Als ebene Raumfachwerke bezeichnet man solche, die im Zusammenschluss eine flächige Wirkung erzeugen. Auch in der Ebene entstehen Tragwerke mit geringer Masse und großer Spannweite. Das ebene Raumfachwerk wirkt dank seiner Stabilität wie eine Platte oder ein Trägerrost, sodass keine zusätzlichen horizontalen Aussteifungen notwendig sind. Es mutet sehr filigran und leicht an und ist sehr leistungsfähig. Raumfachwerke werden meist aus Rund-, aber auch aus Quadratrohrprofilen hergestellt. > Abb. 39 Knoten können ebenfalls durch Schweißen, Kugeln oder geschlitzte Bleche ausgeformt werden. > Kap. Bauteile, ­Knoten Aus Raumfachwerken, die nicht eben liegen, lassen sich auch Schalen- und Kuppeltragwerke konstruieren. Ein Beispiel dafür ist die geo­ dätische Kuppel, die sich aus Dodekaedern oder Ikosaedern zusammensetzt.

39

Raumfachwerk

Abb. 40: Seiltragwerk für den Brückenbau, Brooklyn Bridge, New York

Sonderformen Hänge­konstruktionen

Bei Hängekonstruktionen werden äußere Lasten über zugbeanspruchte Tragwerkselemente abgeleitet. Die gestalterischen Möglichkeiten von Hängekonstruktionen sind sehr vielfältig, besonders bei großen Spannweiten. > Abb. 40 Die geringe Eigenlast und die fast ausschließliche Belastung durch Zug sorgen für eine optimale Ausnutzung des Werkstoffs. Die Stabilität ist nicht durch übermäßige Druckbelastung gefährdet. Im Gegensatz zum Bogen, der die optimale Stützlinie eines Bauteils ausnutzt, kann bei Hängekonstruktionen die optimale Seillinie als An­ näherung angenommen werden. Sie stellt die Idealform für ein Tragwerk dar, in dem keine Momente frei werden und welches deshalb filigran ausgeführt werden kann. Seiltragwerke sind Minimaltragwerke und werden deshalb gerne für besonders große Konstruktionen wie Brücken oder große Hallen verwendet. Ein Seil ist nicht in der Lage, Momente aufzunehmen, und richtet sich in seiner Form immer nach den aufgebrachten Lasten. So entsteht eine präzise Annäherung an die Seillinie. Die Berechnung von Seilkonstruktionen ist allerdings sehr aufwendig, schnell kann es zu komplizierten Knotenausbildungen und Verankerungen kommen. Die Zugkräfte, die für schlanke Stahlelemente günstig wirken, sind zudem für die Fundamente sehr ungünstig, die eigentlich vom Prinzip her Druck ans Erdreich weiterleiten. Teilweise sind auf­ wendige Verankerungen im Erdreich notwendig. Bei der Ausführung von Hängekonstruktionen ist zu beachten, dass die Seile keinesfalls an Spannung verlieren oder gar durchhängen, da ansonsten der Verlust der Stabilität droht. Die Wahrung der Stabilität bietet insgesamt eine der größten Herausforderungen einer Hängekonstruktion. Beim Hängedach kann die

40

Schale

Pylon Abspannung

Stabilisierungsgewichte

Pylon Abspannung

Abb. 41: Stabilisierung von Hängekonstruktionen

Tragseil

Hänger

Spannseil

Abb. 42: Seilbinder

­ tabilisierung etwa einachsig durch Gewicht oder durch die Anordnung S einer Dachhaut mit aussteifender Schalenwirkung erfolgen. > Abb. 41 Seilbinder erlangen ihre Stabilität durch einachsig angeordnete, ­gegengekrümmte vorgespannte Seile. Sie bestehen aus Tragseil und Spannseil und sind normalerweise durch Zugelemente („Hänger“) mit­ einander verbunden. > Abb. 42 Wenn diese entfallen, muss ähnlich wie bei Unterspannungen mit Spreizen gearbeitet werden. > Abb. 43 Diese Binder werden vor allem durch Knicken der Spreizen oder Verdrehen des Binders gefährdet.

41

Seilbinder

Seilträger mit Versteifungsträger

Seilträger mit Trag- und Spannseil

Jawerthbinder

Linsenförmiger Seilbinder mit Druckspreizen

Abb. 43: Formen von Seilbindern

Schrägseilbinder

Eine Variante des Seilbinders ist der Schrägseilbinder. Während Seilbinder sehr filigran, aber schwer anzufertigen sind, bietet der Schrägseilträger mehr Potenzial. Er trägt vor allem bei Brücken zur wesentlichen Vereinfachung der Herstellung bei. Innerhalb der Konstruktion wird ein

42

Schrägseil Rückverankerungsseil

Versteifungsträger

Pylon

Abb. 44: Aufbau Schrägseilbinder

Beidseitiger Pylon

Einseitiger Pylon

Mittiger Pylon

Abb. 45: Formen von Schrägseilbindern

schlanker Träger von Seilen abgehängt und wirkt somit als Versteifungsträger. > Abb. 44 Er wird mit Normalkräften belastet. In der Gestaltung und Anordnung der Seile und Pylone erlaubt der Schrägseilbinder eine große Varianz. > Abb. 45

43

Abb. 46: Schrägseilbinder im Nationalstadion ­Warschau mit Seilbrücke im Vordergrund

Abb. 47: Geschlossenes Seilnetz

Abb. 48: Offenes Seilnetz

Abb. 49: Offene Seilnetze im Olympiapark und -stadion, München

Seilnetz

Seilnetze wirken prinzipiell wie eine Membran. Sie werden aus Bündeln von gegeneinander und gegengekrümmt verspannten Trag- und Spannseilen gebildet und erlangen so ihre Stabilität. Unterschieden werden geschlossene und offene Seilnetze. > Abb. 47, 48 und 49 Beim geschlossenen Seilnetz werden die Seilzugkräfte in Randlager eingeleitet. Diese werden auf Druck belastet, und die Randträger ermöglichen eine nutzbare Raumbildung. Seilnetze können beispielsweise die Unterkonstruktion für eine leichte Dachhaut bilden. Je dichter die Seile verstrickt werden, desto ­näher ist die Konstruktion an der Wirkweise einer Membran. Die nur auf Zug belasteten Elemente können Stäbe oder Seile aus Stahl sein.

44

Planungsprinzipien Das Tragwerk im Stahlbau ist immer Teil des Entwurfes. Die Abstimmung zwischen gestalterischen Vorstellungen und konstruktiven Möglichkeiten hat von Beginn an eine große Bedeutung. Das Tragwerk kann als gestalterisches Element verwendet und durchgängig sichtbar gemacht werden, oder es wird versteckt innerhalb der Konstruktionsschichten angeordnet. > Abb. 50 Der Bezug von Gebäudehülle und Raumabschluss zum Tragwerk sollte auch Teil des grundlegenden Gebäudekonzeptes sein. Nachdem die einzelnen Elemente der Tragwerke betrachtet wurden, soll nun die Umsetzung der gelernten Prinzipien erfolgen. Besonderer ­Fokus liegt auf der architektonischen Planung. Hallenbau

Generell ist zwischen eingeschossigen und mehrgeschossigen Stahlbauten zu unterscheiden. Die Möglichkeiten großer, stützenfreier Konstruktionen, die leicht, aber leistungsfähig sind, prädestinieren Stahl für den Industrie- und Hallenbau. > Abb. 51 Gerade in diesem Bereich kommen die erörterten Trägerelemente häufig zum Einsatz. Die großen Spannweiten werden meist durch Stützen-Träger-Systeme hergestellt. Je nach Aussteifungsbedingungen werden diese zu ­einer Rahmenkonstruktion oder zu räumlichen Konstruktionen zusammengefasst. Die Aussteifung im Hallenbau muss je nach Nutzung nicht nur Windlasten abfangen, sondern auch Anpralllasten von Fahrzeugen oder Lasten von Hallenkränen. Dach- und Fassadenkonstruktionen können bei geringen Abständen unterhalb von ca. 6–7 Metern direkt auf die Stützen-Träger-Systeme aufgebracht werden. > Kap. Planungsprinzipien, Leichtbau Bei größeren Konstruktionsachsen der Primärkonstruktion ist häufig eine sekundäre Struktur als Auflager für die eigentliche Hülle notwendig. Die Hauptträger, die auch als Binder bezeichnet werden, können als Vollwandträger oder Fachwerkträger ausgebildet und zudem durch Anpassung an die Momentenlinie optimiert werden. Bei kleineren Bau­ körpern werden häufig aus wirtschaftlichen Gründen parallelgurtige ­Elemente verbaut.

◼ Tipp: Um etwa Schubkräfte aufnehmen zu können, müssen Dach- und Fassadenkonstruktionen statisch einzeln nachgewiesen und ausgeführt (z. B. verschraubt) werden. Viele Hersteller bieten hierzu fertige und getestete Systeme je nach Anforderung (Spannweite, Profilstärke usw.) an.

45

Primärkonstruktion

◼

Sekundärkonstruktion

Tragwerk sichtbar, Hülle innenliegend

Tragwerk nur innen sichtbar, Hülle außenliegend

Tragwerk teilweise sichtbar

Tragwerk nicht sichtbar, Hülle innen und außen

Abb. 50: Lage des Tragwerks

große Räume große Spannweiten meist eingeschossig

Pfette Träger

Stütze

Abb. 51: Prinzip Hallenbau

46

Abb. 52: Hallenbau mit Primärkonstruktion auf Vollwandträgern und sekundärer ­Verstrebung

Für die Konstruktion der Sekundärstruktur im Dachaufbau wird mit Pfetten gearbeitet, die orthogonal zum Tragsystem aufgelegt werden und so einen flächigen Untergrund für die Dachhaut oder das Aufbaupaket liefern. > Kap. Bauteile, Dach Gleiches gilt für den Wandaufbau, für den analog Riegel als Sekundärkonstruktion angeordnet werden können, welche aufgrund gerin­gerer Einflüsse aus Lastabtragung und Witterung meist kleiner dimensioniert sind. Auch die Sekundärkonstruktion braucht eine aussteifende Verkleidung, um Kippen oder Verformung zu unterbinden. > Abb. 52 Deswegen müssen Primär- und Sekundärkonstruktion sowie Außenhülle als Gesamtsystem geplant werden. Geschossbau

Im Gegensatz zum eingeschossigen Hallenbau verbindet der Geschossbau mehrere übereinanderliegende Tragsysteme miteinander. > Abb. 53 Daraus folgen andere Bedingungen für das Tragwerk, den Brandschutz, den Schallschutz und natürlich auch die Gestaltung. Eine Aussteifung muss dennoch genau so wie beim Hallenbau geplant werden. Häufig werden gestapelte Rahmensysteme und vertikale Fachwerke zur Aussteifung verwendet. Der Geschossbau bis hin zu Hochhäusern mit Stahlkonstruktionen wird meist als Skelettbauweise ausgeführt, die sich durch flexible Grundrisse auszeichnet und tragende Bauteile auf ein Minimum beschränkt. Die Stahlkonstruktionen > Kap. Konstruktionsweise, die sich sehr nah an der ­optimalen Lastübertragung innerhalb der Bauteile bewegen, sind hier ein sinnvolles Mittel. Das Gefüge bildet sich aus einer Kombination von Scheiben  (Decken), Stützen und entsprechenden aussteifenden Elementen. > Kap. ­Planungsprinzipien, Aussteifung Tragwerkselemente sind Träger, Stütze, Rahmen, Scheiben oder aufgelöste Scheiben in Form von Auskreuzungen.

47

mehrgeschossig durchgängiges, gerastertes Tragsystem

Kern Geschossdecke

Stützen oder Wände

Abb. 53: Prinzip Geschossbau

Massive Scheiben werden meist durch Elemente im Verbundbau > Kap. ­Bauteile, Verbundkonstruktionen hergestellt und können mit zusätzlichen gebäude­ technischen Nutzungen versehen werden. Leichtbau

Ständerbausysteme

◯

Der Leichtbau umfasst leichte, dünnwandige Bauteile aus Stahl und hat zum Ziel, die Minimierung des Materialaufwands mit anderen positiven Effekten zu verbinden. Die Leichtbauweise ermöglicht einen schnellen Baufortschritt und einen hohen Vorfertigungsgrad. Auch die Integration von Installationen und eine qualitativ hochwertige Ausführung sind gut herzustellen. Der Leichtbau wird oftmals in einzelnen Bauteilen wie Fassaden- oder Dachkonstruktionen eingesetzt, er eignet sich aber auch zum Errichten ganzer Gebäude. Hierbei wird meist mit Ständerbausystemen gearbeitet.  > Abb. 54 Ähnlich wie im Holzbau können beispielsweise die „Plat­form-Frame-Bauweise“ oder die „Balloon-Frame-Bauweise“ angewendet ­werden. Die beiden Verfahren unterscheiden sich in der Konstruktionsund Montageweise. Mit dieser Bauweise ist es auch möglich, größere Gebäude­elemente vorzufertigen und vor Ort nur noch zu montieren. So können ganze Hotelzimmer schon mit Innenausstattung zur Baustelle ­geliefert werden.

◯ Hinweis: Die „Platform-Frame-Bauweise“ beschreibt

eine Ständerbauweise, die ein großes Maß an Vorfabrikation und Elementanfertigung ermöglicht. Die Wandelemente stehen auf den Geschossdecken auf und erlauben einen geschossweisen Aufbau. Das „BalloonFrame-System“ hat durchlaufende, mehrgeschossige Pfosten. Die Decken verlaufen neben oder vor den Ständern (siehe Abb. 58 und 59).

48

Träger mit U-Profil vor Kopf (je nach System auch mit massiver Decke)

Ständer U-Schienen halten Ständer zusammen (verteilt Lasten auf die Ständer = flächige Tragwirkung)

Abb. 54: Prinzip Ständerbauweise

Gebäude in Leichtbauweise müssen besonders hinsichtlich ihrer Aussteifung gesichert werden. Windlasten können nicht immer von Decken aufgenommen werden. Der Grundsatz der Aussteifung gilt in mindestens zwei Richtungen. Meistens wird die Aussteifung über Kreuzverstrebungen innerhalb von Wänden in mindestens zwei Richtungen erreicht. Teilweise müssen bei solch leichten Konstruktionen auch Vorkehrungen gegen das Abheben durch Windsog getroffen werden. Leichte Fassadensysteme werden vor allem im Industriebau verwendet. Sandwichelemente sind wirtschaftlich und liefern durch Profilierung und Farbe variable Gestaltungsmöglichkeiten in der Oberfläche. Sie bestehen aus einer inneren und einer äußeren Stahlhülle, die mit unterschiedlichen Dämmmaterialien gefüllt sein kann. > Abb. 57 Für Wand- und

49

Fassaden-­ Leichtbausysteme

tragende Stütze Fußblech

U-Profil-Abschluss Kopfblech

Deckenträger Randauflager Stegblechstreifen

Abb. 55: Prinzip „Platform-Frame-Bauweise“

tragende Stütze Fußblech (Wand läuft vor der Deckenebene!)

Kopfblech

Deckenträger Randauflager Haltewinkel

Abb. 56: Prinzip „Balloon-Frame-Bauweise“

50

Sandwich auf Sekundärkonstruktion Primärkonstruktion z. B. Stahlstütze Sekundärkonstruktion z. B. Riegel

Horizontalschnitt Sandwichelement

Fußwinkel

Vertikalschnitt Wand Abb. 57: Sandwichbauweise

Deckenkonstruktionen geeignet, brauchen sie aber meist eine Sekundärkonstruktion (Pfetten oder Ähnliches) als Auflager. Zweischalige Systeme mit unabhängigen Schalen sind dafür etwas flexibler einsetzbar. Häufig werden für so individuell geplante Dachaufbauten Trapezbleche verwendet, die eine einachsig aussteifende Wirkung übernehmen können. > Abb. 58 Möglichkeiten für den Dach- und Wandaufbau, mit und ohne Hinterlüftung, gibt es viele. Kassettenprofile können gleichzeitig Wandaufbau, Aussteifung und Konstruktion sein. Die Kassetten haben den Aufbau eines Sandwich­ elements mit unterschiedlichen Anforderungen an die Oberfläche. Sie können so stabil miteinander verbunden werden, dass sie ein Konstruktionsgefüge bilden. Dafür werden sie vertikal aufeinandergeschichtet und können zusätzlich mit Dämmstoff gefüllt und zum Beispiel mit einem ­vertikal positionierten Trapezblech geschlossen werden. > Abb. 59 Das so entstandene Sandwichelement kann sowohl vertikal als auch horizontal eingesetzt werden.

51

Trapezblech als Dachhaut

Schiene und Clips zur Befestigung des Trapezblechs

Dämmebene Dampfsperre Trapezblech

Abb. 58: Dachaufbau mit Trapezblech

Kassette direkt auf Primärkonstruktion

Primärkonstruktion

Kassettenprofil Paneele Hinterlüftung

Vertikalschnitt Wand Abb. 59: Kassettenfassade direkt auf der Primärkonstruktion

52

Als Fassaden können viele Metalle verwendet werden. Neben Stahl, Edelstahl und wetterfestem Baustahl sind Aluminium-, Kupfer- und Zinkfassaden (nicht eisenhaltige Metalle) gebräuchlich. Fassaden aus Metall sind dauerhaft und wartungsarm und wegen der dünnen Material­dicke oft sehr leicht. Da Metall nahezu dampfdicht ist, muss darauf geachtet werden, dass kein Kondenswasser entsteht. Zu- und Abluftöffnungen in der Fassade müssen eingeplant werden. Zusätzlich kann innenseitig eine Dampfsperre notwendig werden. Bei der Planung von Fassaden aus Metall muss vor allem auf die thermisch bedingten Verformungen des Materials geachtet werden. Längen­ ausdehnungen von 1,2 mm/m können durchaus vorkommen. Um Schäden durch Zwängungen oder Verformungen zu vermeiden, müssen ausreichende Fugen geplant werden. Außerdem sollte die Fassade verschiebbar und zwängungsfrei auf der Unterkonstruktion befestigt ­werden. Darüber hinaus können Windsogkräfte an der Fassade Auswirkungen auf die Befestigung haben. Der Korrosionsschutz muss bei der Auswahl der Oberflächen und der Anordnung der Bauteile und Aufkantungen berücksichtigt werden. Es darf sich kein Wasser anstauen oder in Fugen gelangen. Aussteifung

Jeder Baukörper und Baukörperabschnitt muss in sich ausgesteift sein. Die Aussteifung dient dazu, horizontal auftretende Kräfte, wie zum Beispiel Windlasten oder auch Erdbebenbewegungen, abzufangen. Der Baukörper muss vor Verdrehen und Verschieben geschützt werden. Hierzu ist eine Aussteifung in horizontaler und vertikaler Richtung notwendig.

Aussteifung durch Kerne Kreisförmiger Grundriss

Aussteifung durch Wandscheiben Abb. 60: Aussteifende Elemente im Grundriss

53

Metallfassaden

Rahmen Dachverband

Wandverband

Kreuzverband

Strebenverband

K-Verband

Abb. 61: Verbände

Aussteifung durch Kerne

Aussteifung durch Verbände

Horizontale Lasten können zum Beispiel durch aussteifende Bauteile, wie Erschließungskerne oder Nasszellen, abgetragen werden, die innerhalb einer Skelettkonstruktion aus massivem Material (Beton) hergestellt werden. > Abb. 60 Horizontale Kräfte werden aus der Fassade über die ­Deckenscheiben an den aussteifenden Kern weitergeleitet. Leichte Deckenkonstruktionen aus Stahl, die keine Scheibenwirkung durch Verbund mit Beton oder Ähnlichem aufweisen, müssen durch Auskreuzungen (Verbände) als Scheibe ausgebildet werden. Die vertikal aussteifenden Kerne, Wände, Rahmen und eingespannten Stützen leiten die Lasten dann in die Fundamente weiter. Es entsteht ein Gefüge aus horizontal und vertikal aussteifenden Elementen. In Hallen- oder Fachwerkkonstruktionen wird die Aussteifung durch Verbände, ebenfalls in vertikaler und horizontaler Ebene, hergestellt. > Abb. 61 Sie müssen in Längs- und Querrichtung und jeweils beide Windrichtungen angeordnet werden. In Querrichtung können zur Aussteifung beispielsweise auch Rahmen eingesetzt werden. Mindestens drei aussteifende Elemente sind erforderlich, wobei sich deren Wirkungslinien nicht in einem Punkt treffen und nicht alle parallel verlaufen dürfen. Bei mehrgeschossigen Gebäuden müssen aussteifende Elemente in jeder Etage angeordnet werden. Sie sollten axial übereinander stehen, um die Lasten direkt abtragen zu können.

54

Mehrere vertikale Aussteifungen können zu Zwängen führen

Abb. 62: Mögliche Zwängungen durch ­aussteifende Kerne

Abb. 63: Ein Profil wird an seine Position gehoben.

Auf die Vermeidung von Zwängungen zwischen zwei oder mehreren aussteifenden Elementen muss besonders geachtet werden. So entsteht bei zwei Erschließungskernen innerhalb einer steifen Deckenplatte ein erhöhtes Risiko. > Abb. 62

Vermeidung von Zwängungen

TransportgröSSen und Montage

Bei der Montage von Stahlbauten werden Elemente bis zu einer bestimmten Größe im Werk vorgefertigt, mit Korrosionsschutz oder einer Beschichtung versehen und mit Transportfahrzeugen auf die Baustelle gebracht. Die Bauteile werden dann mit einem Kran an ihre Position gehoben und verschraubt, sodass z. B. bei der statischen Ausbildung von Aussteifungen auch temporäre Zwischenstände während der Montage berücksichtigt werden müssen. Bei größeren Bauteilen müssen auch im Stahlbau Bauabschnitte geplant werden. Sowohl Produktions- als auch Transportgrößen unterliegen Einschränkungen (z. B. durch die Unterfahrbarkeit von Brücken) und müssen in den Planungsprozess mit einfließen. Überschreiten die erforderten Bauteilmaße einen dieser Parameter, müssen vor Ort konstruktive Stöße ausgeführt werden. > Kap. Bauteile, ­Montagestöße Stahlbau ist meist sehr präzise, was in der Kombination mit anderen Materialien, die größere Maßtoleranzen aufweisen, häufig zu Problemen führt. Anpassungen auf der Baustelle sind im Stahlbau nur bedingt bis gar nicht möglich. Schraubverbindungen liefern, auch durch die Anord-

55

Maßtoleranzen

Sechskantschraube Scheibe

Mutter

Abb. 64: Prinzip Schraubenverbindung

nung von Langlöchern und die Montagemöglichkeiten auf der Baustelle, eine etwas größere Flexibilität. Schweißverbindungen sind dagegen so gut wie unveränderbar und sehr aufwendig auf der Baustelle herzustellen. Geschweißt werden sollte nach Möglichkeit nur im Werk. Daher müssen Details und Anschlüsse genau geplant werden und Maßtoleranzen aufnehmen können. Auch die Montagestöße sind integraler Bestandteil der Planung. Architektur- und Tragwerksplanung sollten dementsprechend eng miteinander korrespondieren. Verbindungen

Lösbare V­erbindungen

Eine besondere Herausforderung im Stahlbau ist das Planen und Ausführen von Verbindungen. Deren Aufgaben bestehen im Allgemeinen darin, Kräfte von einem Bauteil ins andere zu übertragen (Zug, Druck, Biegung, Torsion) und gewisse ästhetische und baurechtliche Anforderungen (z. B. Brandschutz oder Bauphysik) zu erfüllen. Man unterscheidet zwischen lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen. Zu den lösbaren Verbindungen zählen Schrauben, Stiftverbindungen oder Bolzen. > Abb. 64 Die oft genannten Regelwerke bieten Richtwerte für Rand- und Lochabstände, und auch die Anordnung der Schrauben wird normativ festgelegt. Für eine leichtere Montage müssen mindestens zwei Schrauben pro Verbindung angenommen werden. Stift- und Bolzenverbindungen sind für auftretende Abscherkräfte geeignet. Bei den Stiftverbindungen werden Stifte mit hoher Passgenauigkeit in Stahl- oder Stahlgussteile eingesetzt. Die Verbindung ist formund kraftschlüssig. Auch hier sind Formen und Abmessungen genormt. Es können zwei oder mehrere Bauteile miteinander verbunden werden. Der Unterschied von Stift- und Bolzenverbindung liegt darin, dass bei der Bolzenverbindung mindestens ein Teil beweglich bleibt. > Abb. 65 und 66 Bei Bolzen wird außerdem zwischen solchen mit und solchen ohne Kopf unterschieden. Bei Stiftverbindungen werden alle Teile fest miteinander verbunden. Am häufigsten werden Zylinderstifte, Kegelstifte, Spannstifte und Kerbstifte verwendet.

56

Bolzen

Stift

Werkstück 1

Werkstück 2

Abb. 65: Prinzip Stiftverbindung

Werkstück 1

Werkstück 2

Abb. 66: Prinzip Bolzenverbindung

Zu den nicht lösbaren Verbindungen gehören Schweißen, Nieten und Löten, bedingt auch Klebeverbindungen. Schweißverbindungen werden im besten Fall im Werk hergestellt, da die Bedingungen auf der Baustelle nicht immer geeignet sind. Sie kommen zum Einsatz, wenn mehrere Einzelquerschnitte zu einem gemeinsamen Querschnitt zusammengefügt werden sollen. Schweißverbindungen erlauben keinen passgenauen Zusammenbau einzelner Bauteile, wie es bei geschraubten Konstruktionen möglich ist. Schweißnähte müssen nach bestimmten Anforderungen ausgebildet werden, um den statischen Zweck der Kraftübertragung an einer Verbindungsstelle erfüllen zu können. Es lassen sich unter anderem Stumpfund Kehlnähte herstellen. > Abb. 67 Eine Stumpfnaht verbindet zwei stumpf aufeinandertreffende Werkstücke miteinander. Die Kanten, die später die Verbindungsfläche bilden, müssen vorab aufgearbeitet werden, etwa durch Schleifen, Fräsen oder Brennschneiden. Eine Kehlnaht wird notwendig, wenn zwei Bauteile senkrecht oder winkelig verbunden werden sollen. Kehlnähte können auch von zwei Seiten ausgeführt werden. Man unterscheidet Hohlnähte, Flachnähte und Wölbnähte. Besonders dicke Schweißnähte müssen in mehreren Lagen geschweißt werden. Zuerst kommt die sogenannte Wurzellage, darüber die Fülllage und ganz nach oben die Decklage. Wenn zwei unterschiedlich ­dicke Materialien gestoßen werden, gibt die Naht des dünneren Bauteils die Schweißnahtdicke an. Nähte gibt es in unterschiedlichen Formen. ­Besonders häufig werden I-, V-, HV-, DV- und Y-Nähte verwendet.

◯ Hinweis: Schweißverbindungen dürfen nur durch

geprüfte Fachkräfte erstellt werden. Um das zu kon­ trollieren, gibt es verschiedene Schweißnachweise. Betriebe mit einem großen Schweißnachweis dürfen uneingeschränkt alle Konstruktionen im Stahlbau ­herstellen. Solche mit nur einem kleinen Schweiß­ nachweis haben gewisse Einschränkungen.

57

Nicht lösbare ­Verbindungen

◯

Abb. 67: Stumpf- und Kehlnähte

Schließkopf

Setzkopf

Abb. 68: Nietverbindung

Abb. 69: Nieten

Nietverbindungen werden nicht mehr häufig verwendet, denn sie erfordern einen hohen Arbeitsaufwand und sind daher meist unwirtschaftlich. Sie werden als formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen genutzt und auf Abscherung beansprucht. Allerdings sollten sie nicht auf axialen Zug beansprucht werden und darüber hinaus aus dem gleichen Material wie die zu verbindenden Bauteile bestehen. > Abb. 68 und 69 Wie auch beim Schweißen entsteht beim Löten eine stoffschlüssige Verbindung zweier Bauteile. Die Verbindung wird starr und dicht. Allerdings wird eine Lötverbindung bei geringeren Temperaturen erstellt. Je nach Lötverfahren kann sie später durch Wärmezufuhr wieder gelöst ­werden, während sich beim Schweißen die Bauteiloberfläche dauerhaft verändert und nur durch Zerstörung zu lösen ist. Der Vorteil dieser Verbindungsart besteht darin, dass die Bauteile nicht durch Durchdringungen geschwächt werden. Jedoch werden größere Lötstellen schnell unwirtschaftlich und erfordern nochmals inten­ sivere Vorbereitungsmaßnahmen als die Schweißverbindung. Das Prinzip der Klebeverbindungen ist relativ jung und teilweise in der Entwicklungsphase. Ein Problem stellt die noch geringe Temperaturstabilität im Brandfall dar. Kleber eignet sich aber gut für Verbundwerkstoffe oder Sandwichelemente.

58

Bauteile Ecken

Rahmenecken zeichnen sich durch ihre Biegesteifigkeit aus. Ausschlaggebend ist, dass unter Belastung keine Drehung zwischen den aufeinandertreffenden Stäben entstehen kann. Um diese biegesteife Wirkung zu erzeugen, ist eine besondere Ausbildung der Rahmenecken erforderlich, meist mit gesonderten Aussteifungsmaßnahmen. > Abb. 71 Rahmenecken können verschweißt oder mit Hilfe vorgespannter hochfester Schrauben zusammengefügt werden. > Abb. 70 Die Winkel der Rahmenecke sind dabei nicht auf 90° begrenzt, sondern können beispielsweise für Schrägdächer der Dachform angepasst werden. FuSSpunkte

Ein Fußpunkt muss immer dann detailliert geplant werden, wenn ein vertikales, punktuelles Bauteil die Kräfte in ein horizontales Bauteil, meist das Fundament, weitergeben soll. Die richtige Ausführung dieses Punktes ist für die Kraftübertragung besonders wichtig. Ankommende Bauteile sind etwa Stützen oder Rahmenstiele.

a

Einfacher Fußpunkt

b

a Träger an Stütze b Traufpunkt Hallenrahmen c Trägerstoß Für alle Anschlüsse sind hochfeste Schrauben notwendig. c Abb. 70: Rahmenecke mit Stirnplatten, verschraubt

59

Riegel

Stiel

a

c

Riegel

Stiel

b

d

a Riegel wird auf Stiel aufgelegt (Regelfall) b Riegel wird seitlich angebracht c–e vollgeschweißte Konstruktionen

e

Abb. 71: Rahmenecken mit Aussteifung

Eingespannter ­Fußpunkt

Generell werden Fußpunkte gelenkig oder eingespannt ausgeführt. Allerdings ergibt sich ein Sonderfall, wenn die Stütze zwar statisch gelenkig geplant ist, in der Realität aber nur eine zentrische Druckbeanspruchung in unverschieblichen Tragwerken vorhanden ist. Dies ist zum Beispiel bei Stützen im Geschossbau der Fall. Dann werden Fußpunkte mit einer Fußplatte und nicht gelenkig ausgebildet. Stattdessen wird eine lastverteilende Fußplatte angeordnet und mit Quellmörtel unterfüllt. ­Hierfür sollte eine Fuge von 2 bis 4 cm zwischen Betonbauteil und ­Stahl­kopfplatte eingeplant werden. Der Mörtel dient zur gleichmäßigen Lastübertragung an den Untergrund und gleicht gegebenenfalls Unregelmäßigkeiten und Maßtoleranzen im Fundament oder in der Bodenplatte aus. Damit es im Nachhinein nicht doch noch zu Verdrehungen um Auflager kommt, ist auf eine exakte und gleichmäßige Ausführung des Mörtels zu achten. Die Kraft muss großflächig in das Betonbauteil eingeleitet werden. Bei geringen Lasten auf Stiel oder Stütze wird die Konstruktion ohne Aussteifung ausgeführt. > Abb. 72 und 73 Bei höheren Lasten oder auch ­weniger tragfähigem Untergrund wird die Fußplatte ausgesteift. > Abb. 74 Die Einbringung von Steifen führt allerdings auch zu Querbeanspruchungen im Stahlbauteil und muss je nach Profilquerschnitt gesondert berechnet werden. Tritt am Fußpunkt auch Querkraft auf, sollte diese am besten durch Schubknaggen an das Fundament übertragen werden. Für auftretende Momente oder Zugkräfte müssen ebenfalls Zusatzmaßnahmen ergriffen werden. Ergibt sich aus dem statischen Lastfall die starre Einspannung eines Stiels oder einer Stütze, muss die Konstruktion des Fußpunkts dieser Anforderung genügen. Eine Einspannung ist zum Beispiel bei Kragstützen

60

Abb. 72: Fußpunkte einer Stütze

5

5

2 1

2 1

3

5 2 1

4

1 Fundament 2 Mörtel 3 Absicherung für Querkraft 4 Absicherung für Zug- oder Druckkräfte oder kleine Momente 5 Stütze

Abb. 73: Beispiel einer nicht ausgesteiften Fußplatte

61

3 2 1

4

1 Fundament 2 Mörtel 3 Stütze 4 Steifen

Abb. 74: Beispiel einer ausgesteiften Fußplatte

Gelenkiger Fußpunkt

oder Rahmenstielen mit Fußeinspannung notwendig. Je höher die auftretenden Kräfte im Fußpunkt, desto stärker muss auch die Stabilisierung der Konstruktion sein. Bei hohen Einspannungsmomenten wird mit Fußtraversen gearbeitet. > Abb. 75 Sie sorgen dafür, dass das Moment von der Stütze an das Fundament weitergeleitet wird. Eingespannte Fußpunktkonstruktionen können auch unter Vorspannung hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Ausführung eines eingespannten Fußpunktes ist das Köcherfundament. Hier werden Stahlstütze oder Stiel in einen vorgefertigten Betonköcher gestellt und später mit Beton vergossen. > Abb. 76 Diese Konstruktion ermöglicht einen hohen Einspannungsgrad, ist aber nicht immer sinnvoll. Die Übergangsstelle von Beton zum frei liegenden Stahlbauteil ist später anfällig für Korrosion. Zudem ist diese Art der Einspannung aufgrund der Betonverfüllung eher für I- als für Hohlprofile geeignet. Eine Demontage wird nur mittels Durchtrennung der Stütze möglich. Bei einer Pendelstütze in verschieblichen Tragwerken oder Rahmenstielen mit Gelenk wird der Fußpunkt auch konstruktiv gelenkig ausgeführt. Üblich sind hierfür Konstruktionen mit einem sogenannten balligen Zentrierstück oder Knaggen. Anschlüsse mit echten Bolzen werden nur bei leichten Konstruktionen und eher selten angewendet. > Abb. 77

62

3 1 1 Köcher 2 Mörtel 3 Stütze 4 Betonverfüllung

2 4

3

1 Stütze 2 Traverse 3 Mörtel

Abb. 75: Eingespannter Fußpunkt mit Fußtraverse

balliges Zentrierstück

2 1

Abb. 76: Köcherfundament

Bolzengelenk

Abb. 77: Gelenkiger Fußpunkt

63

Auflager in Wandnische

Auflager auf Knagge

Stegverschraubung

verschweißt

Abb. 78: Träger auf Mauerwerk oder Beton

Auflager Träger auf Wand

Träger auf Träger

Träger auf Stütze

Wenn ein Stahlträger auf eine Wandkonstruktion aufgebracht wird, stellt der Anschluss an Materialien mit höheren Toleranzen eine besondere Herausforderung dar. > Abb. 78 Das Auflager muss so ausgebildet werden, dass es alle Lasten vollflächig weiterleiten kann. Eine Mörtelschicht unter dem Träger sorgt auch hier für einen kraftschlüssigen Anschluss. Träger, die orthogonal in verschiedenen Ebenen aufeinandertreffen, können an den Kreuzungspunkten im Stegbereich ausgeklinkt und mit einer entsprechenden Verstärkung versehen werden. > Abb. 79 Träger, die sich in der gleichen Höhenebene kreuzen, können sich in Ausnahmefällen durchdringen. Im Regelfall werden sie aber gelenkig aneinandergestoßen. Im Allgemeinen erfolgt dies durch Schraubverbindungen mit Doppelwinkeln oder Stirnplatten. > Abb. 80 Die einfachste Form einer gelenkigen Auflagerung eines Trägers auf einer Stütze ist das Auflegen auf eine Kopfplatte. Dies kann als unverschiebliches System oder als Durchlaufträger konstruiert werden. > Abb. 81 Ist mit Winkeldrehungen des Trägers zu rechnen, führt dies zu einer außermittigen Beanspruchung der Stütze. Das Auflager muss dann mit zusätzlichen Maßnahmen wie einem Zentrierelement ausgebildet ­werden.

64

Steifen, verschweißt

Träger Zentrierstück Unterzug Abb. 79: Ausgeklinkte, sich kreuzende Träger

Befestigung mit Winkel

Befestigung mit Kopfplatte

Abb. 80: Schraubverbindungen mit Doppelwinkel und Stirnplatte

Träger

Kopfplatte

Stütze

Abb. 81: Auflager auf Kopfplatte

65

Abb. 82: Auflagerpunkt an durchlaufende Stütze ­(Stahlbeton)

evtl. Passfutter vorsehen

Verschraubung mittels Winkel

Verschraubung mittels Kopfplatte

Verschraubung

Distanzstück

Distanzstück

Knaggenverbindungen mit Distanzstücken zur Lagesicherung Fixierung mit Schraube Abb. 83: Anschluss eines Trägers an durchlaufende Stütze

66

Um einen Träger an eine durchlaufende Stütze anzuschließen, gibt es ebenfalls variable Lösungen. Auch hier wird meist mit Winkeln oder Kopfplatten gearbeitet. Eine Variante dazu ist der Anschluss über eine Knaggenverbindung. > Abb. 82 und 83

Anschluss: Träger an Stütze

MontagestöSSe

Die Druckkräfte innerhalb eines mehrgeschossigen Gebäudes nehmen von oben nach unten hin immer weiter zu. Die Maße der Stützenquerschnitte können theoretisch daran angepasst werden. Im Bereich der Stoßpunkte müssen aber Anschlüsse ausgeformt werden, die die Größenunterschiede ausgleichen können. Bei nahezu gleichen Querschnitten können relativ einfach Stumpfnähte geschweißt werden. Hohlprofile benötigen dagegen meist ein Flacheisen, das die nötige Auflagerfläche liefert. Dies ist vor allem bei Stößen, die auf der Baustelle hergestellt werden, wichtig. Eine besondere Herausforderung ist die Einhaltung der Achsen der beiden Stöße. Meist muss hier mit Hilfskonstruktionen fixiert werden. Montagestöße werden bei der Montage vor Ort gelegentlich auch mit Flansch- und Steglaschen geschraubt. Wenn es unterschiedliche Querschnitte gibt, muss mit Futterblechen gearbeitet werden, ähnlich wie bei Trägerstößen. Oft werden Stöße mit Kopfplatten ausgeführt. Bei nicht gleichen Profilen gibt es die Möglichkeit von kontinuierlichen Übergängen (a) oder dem Einsetzen eines Zwischenteils (b), wobei bei schärferen Knicken Querbleche notwendig werden (c). > Abb. 84 Eine andere Variante ist die Verwendung von Zwischenblechen, die die Querschnittsdifferenz ausgleichen. Bei geschraubten Stößen wird hier an jeden Stützenteil eine Kopfplatte aufgebracht. > Abb. 85

a

b

c

Abb. 84: Stöße unterschiedlicher Querschnitte

67

Stützenstöße

verschweißter Stoß mit Kopfplatte zur Stabilisierung

Stoß unterschiedlicher Querschnitte mit Kopfplatte

Rippen

Stoß unterschiedlicher Querschnitte mit Kopfplatte und Rippen (bei großen Querschnittsunterschieden)

versetzter Stoß unterschiedlicher Querschnitte mit Kopfplatte und Rippe (bei großen Querschnittsunterschieden)

Abb. 85: Stöße mit Kopfplatte

Momentenstoß, Flansch verschraubt

Querkraftstoß, Steg verschraubt Abb. 86: Trägerstöße

68

verschraubter Stoß, hier werden zwei Kopfplatten notwendig

Genau wie bei den Stützen können Trägerstöße prinzipiell stumpf gestoßen und verschweißt werden, wodurch ein weitestgehend ungestörter Kraftfluss gewährleistet wird. Dies kann sowohl im Werk als auch auf der Baustelle geschehen. Geschraubte Stöße werden ausschließlich für Montagestöße auf der Baustelle verwendet. Diese kommen meist als ­Laschen- oder Kopfplattenstöße mit hochfesten Schrauben zum Einsatz. Je nach auftretenden Belastungen im Bauteil müssen die Laschen an Steg oder Flansch befestigt werden, oder die Verbindung muss über eine Kopfplatte hergestellt werden. > Abb. 86

Trägerstöße

Knoten

Knotenpunkte entstehen immer an Stellen, an denen mehrere filigrane Tragwerkselemente aus unterschiedlichen Ebenen aufeinandertreffen. Knotenpunkte werden statisch immer als Gelenke angenommen, können aber in der Ausführung nicht immer als solche ausgebildet werden. Sie werden normalerweise fest verschraubt oder geschweißt. Um den Schnittpunkt der Elementachsen einhalten zu können, gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die Geometrie herzustellen. Zu nennen sind unter anderem Kugelverbindungen und Knotenbleche, Gussknoten, Schweißknoten oder geschlitzte Knoten. Alle diese Verbindungen finden hauptsächlich bei Fachwerkträgern oder räumlichen Fachwerken Verwendung. Sie bilden die Fügungspunkte schlanker Stahlstäbe. > Abb. 87 Es gibt aber auch Punkte, an denen Seilenden verbunden werden müssen. Für diesen Fall existieren Sonderlösungen für die Sicherung der Seile.

Kugelknoten, verschraubt

Knotenblech, verschraubt

Knoten, geschweißt

einfaches Knotenblech

T-Streben an H-Obergurt

angeformtes Knotenblech

Rundrohrprofile

Aufsicht

Schnitt

Abb. 87: Beispielhafte Knotenpunkte

69

Dach

Stahl und Metalle können auf unterschiedliche Art und Weise für fast alle Dachneigungen als Dachdeckung oder auch Dachabdichtung verwendet werden. Mit Dachdeckung sind Konstruktionen wie Schindeln oder Schuppen gemeint, die sich aus Einzelteilen zusammensetzen und Regenwasser ableiten. Die Konstruktion wird regensicher, aber nicht wasserdicht. Je offener die Verlegart der Einzelteile, desto größer muss die Dachneigung sein. Metalleindeckungen werden meist an der Längsseite durch Falzungen verbunden. Die Querfugen werden durch Überlappungen, Querfalzen oder Gefällestufen gelöst. Die Eindeckung folgt dem Prinzip der Schuppen, wobei jedoch verformte zum Einsatz kommen. Eine Dachdichtung ist dagegen wasserdicht. Theoretisch kann aus Stahl eine große wasserdichte Schicht geschweißt werden. Die Temperaturdehnung wäre aber zu groß, deswegen arbeitet man mit kleinen Teilen und Verpressleisten mit Dichtungsbändern. Verformte Metallplatten sind aus verzinktem, nicht rostendem oder Duplex-beschichtetem Stahl möglich. Dies können zum Beispiel Trapez-, Well-, Stegprofile oder Stahlschuppen sein. Auch Verbund- oder Sandwichplatten mit Wärmedämmung können problemlos als Bänder verlegt werden. Stahl- und Metalldeckungen sind sehr dauerhaft und auch für gekrümmte Flächen geeignet. Das Fugenbild prägt nachhaltig das Erscheinungsbild des Gebäudes und sollte deshalb sorgfältig geplant werden. Zweischaligkeit mit Hinterlüftungsebene bietet sich wegen der dichten Oberfläche häufig als Lösung an.

Trapezblech als Dachhaut

Dämmung Dampfsperre Trapezblech

Träger

Abb. 88: Beispiel eines Dachaufbaus in Stahl, Trapezblech als aussteifendes Element

70

Verbundkonstruktionen

Die Kombination der Baustoffe Stahl und Beton hat sich in unterschiedlichen Formen bewährt. Neben Stahlbetonbauteilen mit Bewehrungsstählen bietet auch eine Stahlprofil-Stahlbeton-Verbindung viel Potenzial, da sie die statischen und praktischen Eigenschaften der beiden Baustoffe kombinieren kann. Besonders hinsichtlich des Brandschutzes können diese Bauteile sehr sinnvoll sein. Zudem können sie leichten Konstruktionen Masse verleihen und die Bauzeit beschleunigen. Zur Herstellung von Decken kann ein Verbund von Beton und Stahlträgern als Primärkonstruktion erstellt werden oder es werden Bleche im Betonverbund als Sekundärkonstruktion verwendet. > Abb. 89 Bilden Stahlträger die Primärkonstruktion, so formen sie ein lineares Auflagersystem für die Betonausfachung und liegen innerhalb der Deckenebene. Die Flansche sind unterhalb der ­Decke sichtbar und leiten die Kräfte in die Stützen ab. Auf diese Weise entstehen Deckenuntersichten ohne Unterzüge, dennoch sind große Spann­weiten möglich. Die Verbunddecken sind mit den darunterliegenden Trägern schubsteif zu verbinden. Als Sekundärkonstruktion gibt es Stahltrapezbleche mit Bewehrung, die in die Sicken eingelegt wird. Das Paket wird dann auf Stahlträger gelegt. Das Trapezblech ist eine verlorene Schalung. Bestimmte Stahltrapez­ bleche können sogar die untere Bewehrung ersetzen. Das Profil sorgt auch für die Verbundwirkung. Im Falle eines Brandes schützt der Beton die ­Bewehrung, während das Blech den unten ­abplatzenden Beton abfangen kann. Nach diesen Grundprinzipien können Verbunddecken in unterschiedlichen Ausführungen hergestellt werden. Viele Hersteller haben sich auf die Vorteile von Stahlverbunddecken eingestellt und bieten variable Produkte an. Ausführungsvarianten sind: —— Das Trapezblech kann die reine Schalung darstellen und einen ­kleinen Mehrwert zum Brandschutz beitragen. Dann liegt die ­eigentliche Stahltragstruktur frei unterhalb des Bleches, die ­Decke ist normal bewehrt und wirkt wie eine Betonrippendecke. —— Wird das Trapezblech kraftschlüssig mit dem Beton verbunden, müssen zusätzliche Brandschutzmaßnahmen erfolgen, da das Blech nun aktiv zur Tragwirkung beiträgt. Die Schubkräfte werden über Nocken vom Beton auf den Stahl übertragen. —— Es kann auch ein Verbund von Träger und Decke erzielt werden. Der Verbund wird durch Kopfbolzen auf dem Trägerflansch her­ gestellt. Statisch wirksam ist nur die Schicht oberhalb der Rippen. —— Eine Sonderform sind sogenannte „Integrated Floor Beams“ oder auch „Slim-Floor-Decken“. Hier wird das Stahltragwerk in den ­Konstruktionsaufbau integriert. Es gibt keine Unterzüge, eine ebene Untersicht und der Gesamtaufbau sind sehr reduziert. Nur der Untergurt des Stahlträgers ist im Brandfall belastet. Im

71

Verbunddecke

Stahlbeton Trapezblech

Träger

Verbund Beton und Träger Verbindung über Bolzen

Verbund Beton und Trapezblech Verbindung über Nocken

Hohlkörper-Fertigteil

Aufbeton

Aufbeton

Träger Abb. 89: Systeme von Verbunddecken

72

Betonfertigteil

Vergleich zur herkömmlichen Verbunddecke ist dieser Verbund noch stabiler. Statt des Ortbetons können auch Fertigteile auf den unteren Flansch aufgelegt werden. Dieser muss dementsprechend verstärkt werden. Die Betonfertigteile können dazu noch vorgespannt oder besonders leicht als Hohlkörperdecke ausgebildet werden. Bei der Herstellung von Trägern in Verbundbauweisen werden oftmals die Trägerkammern ausbetoniert, und der Kammerbeton wird zusätzlich bewehrt. Im Brandfall ist vor allem der Steg im Zusammenwirken mit dem Stahlbeton für die Tragfähigkeit des Bauteils verantwortlich. Aufgeschweißte Kopfbolzen sichern die Verbundwirkung zwischen Stahl­profil und Stahlbetonplatte. > Abb. 90 und 91 Die Anschlüsse der Verbundträger an die Stützen werden häufig mit Hilfe von Knaggenanschlüssen erstellt. Die Verbindung ist schraubenlos und schnell montierbar, der Träger wird durch die später betonierte ­Decke gehalten. Verbundstützen bestehen in der Regel aus Hohlprofilen oder einbetonierten Walzprofilen. Ein Hohlprofil wird im Brandfall außen sehr schnell heiß und gibt in der Tragwirkung schnell nach. Der Beton behält dann die Stabilität und wird lediglich vom Stahl von der Hitze ferngehalten. Ausbetonierte Stützenquerschnitte bleiben in ihrer Tragwirkung länger erhalten als die gleichwertig ausgeführten Verbundträger. In der Stütze verlaufen die Kräfte längs der Bauteilachse, während der Träger durch die Schwächung der Flansche und die entstehende Durchbiegung schneller versagt. Komplett einbetonierte Profile halten wesentlich länger dem Feuer stand, weil sie wiederum von Beton geschützt werden. Allerdings ent­ stehen durch Temperaturschwankungen im Inneren des Stützenverbundes starke Spannungen. Für Verbundstützen können fast alle Profile verwendet werden, aber sie müssen relativ massiv ausgebildet sein und eine Betondeckung von mindestens 5 cm aufweisen. > Abb. 92

◼ Tipp: Verbunddecken sollten immer in Absprache mit der Gebäudetechnik geplant werden, weil Trägerspannrichtungen, Auflagergestaltung, Trägerabstände und Stegöffnungen für die Leitungsführung gegebenenfalls Einfluss auf die Deckenausbildung haben. Die generelle Installationsführung und beispielsweise auch Hybridsysteme für eine effektive Raumkühlung oder -behei­zung lassen sich gut in Zwischenräumen integrieren.

73

◼

Verbundträger

Verbundstützen

Abb. 90: Stahlträger mit Bolzen für die Sicherung der Decke

h

Verbundträger mit Bolzen

Verbund mit Aufbeton

Abb. 91: Statisch wirksame Höhe des Verbundträgers

Abb. 92: Querschnitte von Verbundstützen

74

ausbetonierter Verbundträger

Fassade

Stahl eignet sich nicht nur in zahlreichen Funktionen als Haupttragsystem für Gebäude, sondern auch als tragende Struktur der Gebäudehülle. Gemeint sind in diesem Fall die tragenden Elemente von Glasfassaden, deren Gestaltung die Verwendung von Stahl geradezu anbietet. Hierfür können unterschiedliche Systeme verwendet werden (vgl. Basics Glasbau von Andreas Achilles und Diane Navratil). Die Pfosten-Riegel-Konstruktion ist die mit am häufigsten angewendete Konstruktion für Glasfassaden. Der Pfosten trägt in diesem Fall die Eigenlast der Fassade und horizontale Windlasten. Er wirkt also wie ein vertikal ausgerichteter Biegeträger. Die Riegel, die quer verlaufen, übernehmen einen Anteil der Windlasten, müssen aber vor allem das Eigengewicht des Glases tragen. Der Riegel kann zwischen den Pfosten liegen oder wie ein Durchlaufträger an ihnen vorbeilaufen. Der Riegel ist meist kleiner dimensioniert, sodass die vertikale Gliederung überwiegt. Die Rasterung der Fassade und die gewählte Glasgröße haben große Auswirkungen auf die gesamte Gestaltung des Gebäudes. Das System der Elementfassade funktioniert dagegen anders. Es setzt sich aus einzelnen vorgefertigten Rahmenelementen inklusive Verglasung zusammen, die dann vor den Deckenköpfen befestigt werden. Charakteristisch für die Elementfassade sind die gleichmäßige Gliederung und die doppelten Profilansichten. > Abb. 93 Sie zeichnet sich zudem durch einen hohen Vorfertigungsgrad und schnelle Montage aus.

Pfosten

Riegel

Ele

me

nt

Elementfassade

Pfosten-Riegel-Fassade

Abb. 93: Fassadenaufbauten

75

Pfosten-Riegel-­ Konstruktion

Abb. 94: Gliederung der Pfosten-Riegel-Fassade mit Sekundärstruktur und hinterspannten Pfosten

Ein weiteres Fassadenprinzip ist die Trennung von Fassadenebene und Tragsystem. Hier wird eine unabhängige Stahlstruktur geplant, die die Gläser auf Abstand hält. Die Befestigung der Gläser erfolgt meist über Punkthalterungen, die an den Tragwerksknoten angeschlossen werden. Vor allem bei punktgehaltenen Fassaden, aber auch in Kombination mit anderen Systemen muss eine eigenständige Primärkonstruktion für die Fassade ausgebildet werden. Dies kann durch Fachwerkträger in vertikaler oder horizontaler Richtung erfolgen. Auch Unterspannungen – für die Fassade in der Ebene gedreht – werden gerne als Gestaltungselement verwendet. Die Fassade ist dann der Obergurt des Trägers. > Abb. 94 Eine Kombination unterschiedlicher Systeme, aber auch unterschiedlicher Verglasungsarten, zum Beispiel das Structural Glazing, ist in vielen Formen denkbar. Es können unter Umständen sehr komplexe und hoch technisierte Hybridsysteme entstehen. Thermische Trennung

Im Stahlbau ist die Gefahr, dass sich Wärmebrücken durch die flexiblen Schichtmöglichkeiten ausbilden, recht hoch. Verschiedene Produkthersteller bieten daher Elemente zur thermischen Trennung von Stahl-

76

Kopfplatte

durchlaufende Dämmebene

Knagge

Stahlbeton

Stahl

Abb. 95: Thermische Trennung von Stahl an Betonbau

Kopfplatte

Stahlträger

durchlaufende Dämmebene

Primärkonstruktion

Abb. 96: Thermische Trennung bei reinen Stahlkonstruktionen

bauteilen an. Genau wie im Massivbau ermöglichen die getrennten Module freie Gestaltungen von Auskragungen, die durch die Fassade ­stoßen, oder außenliegende Tragsysteme. Auch für den Verbund zwischen Betonbauwerk und auskragenden Elementen aus Stahl gibt es Verbindungsmöglichkeiten. > Abb. 95 und 96

77

Schlusswort Der Baustoff Stahl bietet eine enorme Vielfalt an Konstruktionsmöglichkeiten. Stahlbauten erlauben äußerst flexible Detaillierungsmöglichkeiten, die den architektonischen Entwurf in seinem kreativen Prozess bereichern. Auch Hybridkonstruktionen mit anderen Materialien oder der Gebäudetechnik eröffnen neue Horizonte in der Planung. Stahl wird für massive Bauteile und Materialien verwendet, kann aber auch bis zur maximalen Filigranität aufgelöst werden. Membranartige Seilstrukturen und Netze können ebenso leistungsstark sein wie groß ­dimensionierte Träger. Die präzise Ausführung dank hoher Vorfertigungsgrade in Verbindung mit der hohen Festigkeit des Materials eröffnet für jeden Planer eine große Auswahl an Gestaltungsmöglichkeiten. Immer neue Entwicklungen hinsichtlich der Materialeigenschaften bieten eine aussichtsreiche Perspektive für die Zukunft. Abgesehen von den unendlichen technischen Einsatzbereichen, gilt der Fokus weiterhin der Architektur. Architekten wie Mies van der Rohe oder Jean Prouvé zeigen mit ihren Bauwerken die gekonnte Kombination aus konstruktivem Bewusstsein und gestalterischem Talent. Sie schaffen es, beides zu einer materialspezifischen Formensprache zu vereinen. Genau diese Kombination von Wissen und Kreativität gilt es zu schulen, das ist es, was den Stahlbau ausmacht.

78

Anhang Tabellen Tab. 8: Profilarten Bezeichnung Breitflanschträger HEA leichte Reihe HEB normale Reihe HEM verstärkte Reihe

Form

HEA

Anwendung

HEB

HEM

Normalprofile IPN UPN IPN

Profile mit parallelen Flanschen IPE IPET UPE

Hohlprofile RRW/RRK ­quadratisch RRW/RRK rechteckig ROR rund

Rund- und ­V ierkantstahl RND VKT

IPE

UPN

IPET

UPE

quadratisch rechteckig

RND

VKT

rund

Abmessung mind.

Abmessung max.

(b × h)

(b × h)

Für hohe Traglasten. Vor allem für Stützen, aber auch Träger. Auch für schiefe Beanspruchung geeignet. Besonderheit: Nur bei der HEB-Reihe entspricht die Profilbezeichnung der ­tatsächlichen Profilhöhe.

HEA 100 (96 mm × 100 mm) 16,7 kg/m HEB 100 (100 mm × 100 mm) 20,4 kg/m HEM 100 (120 mm × 106 mm) 41,8 kg/m

HEA 1000 (990 mm × 300 mm) 272,0 kg/m HEB 1000 (1000 mm × 300 mm) 314,0  kg/m HEM 1000 (1008 mm × 302 mm) 349,0 kg/m

Kostengünstiger als Profile mit parallelen Flanschen, wegen der Schrägen an der Innenseite eher für Schweißverbindungen geeignet, Schrauben sind schwer anzubringen.

IPN 80 (80 mm × 42 mm) 5,9 kg/m UPN 65 (65 mm × 42 mm) 7,1 kg/m

IPN 600 (600 mm × 215 mm) 199,0 kg/m UPN 400 (400 mm × 110 mm) 71,8 kg/m

IPE: Schlanke Profile, vor allem für Biegeträger geeignet. UPE: Oftmals paarweise angeordnet, um den asymmetrischen Querschnitt zu vermeiden.

IPE 80 (80 mm × 46 mm) 6,0 kg/m IPET 80 (40 mm × 46 mm) 3,0 kg/m UPE 80 (80 mm × 50 mm) 7,9 kg/m

IPE 600 (600 mm × 220 mm) 122,0 kg/m IPET 600 (300 mm × 220 mm) 61,2 kg/m UPE 400 (400 mm × 115 mm) 72,2 kg/m

Fast ausschließlich für Stützen und ­Fachwerkträger, sehr gut für zentrische Belastung. RRW = warmgefertigt, knickfest durch gestauchte Eck­ bereiche. RRK = kaltgefertigt, leicht und kostengünstig.

RRW 40 × 40 (40 mm × 40 mm) 3,4 kg/m RRW 50 × 30 (50 mm × 30 mm) 3,6 kg/m ROR 21,3 (Ø 21,3 mm) 0,9 kg/m

RRW 400 × 400 (400 mm × 400 mm) 191,0 kg/m RRW 400 × 200 (400 mm × 200 mm) 141,0  kg/m ROR 813 (Ø 813 mm) 159,0 kg/m

Hauptsächlich für Hänge- und ­Zugstangen. Bei größeren Querschnitten auch ­druckbelastbar (z. B. in Betonverbund­ stützen).

RND 10 (Ø 10 mm) 0,6 kg/m VKT 10 (6 mm × 6 mm) 0,3 kg/m

RND 500 (Ø 500 mm) 1540,0 kg/m VKT 200 (200 mm × 200 mm) 314,0 kg/m

79

Tab. 9: Abmaße von gängigen Profilen IPE IPE-Profile r h s

t

b

Kurzzeichen

Maße für

IPE

h mm

b mm

s mm

t mm

r mm

A cm²

G kg/m

80 100

80 100

46 55

3,8 4,1

5,2 5,7

5 7

7,6 10,3

6,0 8,1

120 140 160

120 140 160

64 73 82

4,4 4,7 5,0

6,3 6,9 7,4

7 7 9

13,2 16,4 20,1

10,4 12,9 15,8

180

180

91

5,3

8

9

23,9

18,8

200

200

100

5,6

8,5

12

28,5

22,4

220

220

110

5,9

9,2

12

33,4

26,2

240

240

120

6,2

9,8

15

39,1

30,7

270

270

135

6,6

10,2

15

45,9

36,1

300

300

150

7,1

10,7

15

53,8

42,2

330

330

160

7,5

11,5

18

62,6

49,1

360

360

170

8

12,7

18

72,2

57,1

400

400

180

8,6

13,5

21

84,5

66,3

450

450

190

9,4

14,6

21

98,8

77,6

500

500

200

10,2

16

21

116

90,7

550

550

210

11,1

17,2

24

134

106

600

600

220

12

19

24

156

122

80

Tab. 10: Abmaße von gängigen Profilen HE-A HE-A-Profile

s

r

t

h

b Kurzzeichen

Maße für

HE-A

h mm

b mm

s mm

t mm

r mm

A cm²

G kg/m

100 120 140 160 180

96 114 133 152 171

100 120 140 160 180

5 5 5,5 6 6

8 8 8,5 9 9,5

12 12 12 15 15

21,2 25,3 31,4 38,8 45,5

16,7 19,9 24,7 30,4 35,5

200 220 240 260 280

190 210 230 250 270

200 220 240 260 280

6,5 7 7,5 7,5 8

10 11 12 12,5 13

18 18 21 24 24

54,8 64,3 76,8 86,8 97,3

42,3 50,5 60,3 68,2 76,4

300 320 340 360

290 310 330 350

300 300 300 300

8,5 9 9,5 10

14 15,5 16,5 17,5

27 27 27 27

112 124 133 143

88,3 97,6 105 112

400 450 500 550 600 650

390 440 490 540 590 640

300 300 300 300 300 300

11 11,5 12 12,5 13 13,5

19 21 23 24 25 26

27 27 27 27 27 27

159 178 198 212 226 242

125 140 155 166 178 190

700 800 900 1000

690 790 890 990

300 300 300 300

14,5 15 16 16,5

27 28 30 31

27 30 30 30

260 286 320 347

204 224 252 272

81

Tab. 11: Abmaße von gängigen Profilen HE-B HE-B-Profile s

r

t

h

b Kurzzeichen

Maße für

HE-B

h mm

b mm

s mm

t mm

r mm

A cm²

G kg/m

100 120 140 160 180

100 120 140 160 180

100 120 140 160 180

6 6,5 7 8 8,5

10 11 12 13 14

12 12 12 15 15

26,0 34,0 43,0 54,3 65,3

20,4 26,7 33,7 42,6 51,2

200 220 240 260 280

200 220 240 260 280

200 220 240 260 280

9 9,5 10 10 10,5

15 16 17 17,5 18

18 18 21 24 24

78,1 91,0 106 118 131

61,3 71,5 83,2 93,0 103

300 320 340 360

300 320 340 360

300 300 300 300

11 11,5 12 12,5

19 20,5 21,5 22,5

27 27 27 27

149 161 171 181

117 127 134 142

400 450 500 550 600 650

400 450 500 550 600 650

300 300 300 300 300 300

13,5 14 14,5 15 15,5 16

24 26 28 29 30 31

27 27 27 27 27 27

198 218 239 254 270 286

155 171 187 199 212 225

700 800 900 1000

700 800 900 1000

300 300 300 300

17 17,5 18,5 19

32 33 35 36

27 30 30 30

306 334 371 400

241 262 291 314

82

Tab. 12: Abmaße von gängigen Profilen HE-M HE-M-Profile s

r

t

h

b Kurzzeichen

Maße für

HE-M

h mm

b mm

s mm

t mm

r mm

A cm²

G kg/m

100 120 140 160 180

120 140 160 180 200

106 126 146 166 186

12 12,5 13 14 14,5

20 21 22 23 24

12 12 12 15 15

53,2 66,4 80,6 97,1 113

41,8 52,1 63,2 76,2 88,9

200 220 240 260 280

220 240 270 290 310

206 226 248 268 288

15 15,5 18 18 18,5

25 26 32 32,5 33

18 18 21 24 24

131 149 200 220 240

103 117 157 172 189

300 320/305 320 340 360

340 320 359 377 395

31 304 309 309 308

21 16 21 21 21

39 29 40 40 40

27 27 27 27 27

303 225 312 316 319

238 177 245 248 250

400 450 500 550 600 650

432 378 524 572 620 668

307 307 306 306 305 305

21 21 21 21 21 21

40 40 40 40 40 40

27 27 27 27 27 27

326 335 344 354 364 374

256 263 270 278 285 293

700 800 900 1000

716 814 910 1008

304 303 302 302

21 21 21 21

40 40 40 40

27 30 30 30

383 404 424 444

301 317 333 349

83

Tab. 13: Abmaße von gängigen Profilen für Quadratrohre Quadratrohre a

s a a mm

s mm

A cm²

G kg/m

a mm

s mm

A cm²

G kg/m

70

3 4 5

7,8 10,1 12,1

6,1 8,0 9,5

180

5 6,3 8 10 12,5

34,1 42,4 52,8 63,7 77,0

26,8 33,3 41,5 50,0 60,5

80

3 4 5

9,0 11,8 14,1

7,1 9,2 11,1

200

6,3 8 10

47,5 59,2 71,7

37,3 46,5 56,3

90

3 3,2 4 5 6,3

10,2 10,9 13,3 16,1 19,7

8,0 8,5 10,5 12,7 15,5

220

6,3 8 10

52,5 65,6 79,7

41,2 51,5 62,6

100

3 4 5 6,3

11,4 15,0 18,1 22,3

9,0 11,7 14,2 17,5

260

8 10 12,5

78,4 95,7 117,0

61,6 75,1 81,1

110

3 4 5 6

12,6 16,6 20,1 23,7

9,9 13,0 15,8 18,6

280

8 10 12,5

84,8 104,0 127,0

66,6 81,4 99,7

120

4 5 6,3 7 8

18,2 22,1 27,3 30,0 33,6

14,3 17,4 21,4 23,5 26,4

300

8 10 12,5

91,2 112,0 137,0

71,6 87,7 108,0

125

4 5 6

18,9 23,1 27,3

14,9 18,2 21,4

320

8 10 12,5 16

97,6 120,0 147,0 188,0

76,6 94,0 115,0 148

140

4 5 6,3 7

21,3 26,1 32,3 35,5

16,8 20,5 25,4 27,9

360

10 12,5 161

137,0 170,0 214,0

108,0 133,0 168,0

400

12,5 20

190,0 294,0

149,0 231,0

84

Tab. 14: Abmaße von gängigen Profilen für Rechteckrohr Rechteckrohre

h s b h×b in mm

s mm

r mm

A cm²

G kg/m

100×40

3 4

6 8

7,8 10,1

6,12 7,96

100×50

4 5

8 12,5

10,9 13,1

8,59 10,3

100×60

4 5

8 12,5

11,8 14,1

9,22 11,1

120×60

4 5 6,3

8 12,5 15,8

13,4 16,1 19,7

10,5 12,7 15,5

120×80

5 6,3

12,5 15,8

18,1 22,3

14,2 17,5

120×100

6 7

15 17,5

23,7 27,2

18,6 21,3

140×70

5

12,5

19,1

15

140×80

4 5 6,3 7

8 12,5 15,8 17,5

16,6 20,1 24,8 27,2

13 15,8 19,4 21,3

150×50

4 5 6

8 12,5 15

14,9 18,1 21,3

11,7 14,2 16,7

150×100

6,3

15,8

28,6

22,4

160×80

4 5

8 12,5

18,2 22,1

14,3 17,4

160×90

5 8

12,5 20

23,1 35,2

18,2 27,6

180×80

5 6 8

12,5 15,0 20

24,1 28,5 36,8

18,9 22,4 28,9

180×100

4 5 6,3

8 12,5 15,8

21,4 26,1 32,3

16,8 20,5 25,4

200×120

6,3 10

15,8 30

37,4 55,7

29,3 43,7

220×120

6 8,8

15,0 26,4

38,1 53,4

29,9 41,9

320×180

8,8 12,5

17,6 25

82,9 115

65,1 90,0

400×260

11 17,5

22,0 35

137 211

108 166

85

Tab. 15: Abmaße von gängigen Profilen für rundkantige U-Profile U-Profile t s r

r

h

b Kurzzeichen

Maße für

U

h mm

b mm

s mm

t mm

r mm

A cm²

G kg/m

30×15 30 40×20 40

30 30 40 40

15 33 20 35

4 5 5 5

4,5 7 5 7

2 3,5 2,5 3,5

2,21 5,44 3,66 6,21

1,74 4,26 2,87 4,87

50×25 50 60 65 80

50 50 60 65 80

25 38 30 42 45

5 5 6 5,5 6

6 7 6 7,5 8

3 3,5 3 4 4

4,92 7,12 6,46 9,03 11,0

3,86 5,59 5,07 7,09 8,64

100 120 140 160 180

100 120 140 160 180

50 55 60 65 70

6 7 7 7,5 8

8,5 9 10 10,5 11

4,5 4,5 5 5,5 6,5

13,5 17,0 20,4 24,0 28,0

10,6 13,4 16,0 18,8 22,0

200 220 240 260 280

200 220 240 260 280

75 80 85 90 95

8,5 9 9,5 10 10

11,5 12,5 13 14 15

6 6,5 6,5 7 7,5

32,2 37,4 42,2 48,3 53,3

25,3 29,4 33,2 37,9 41,8

300 320 350 380 400

300 320 350 380 400

100 100 100 102 110

10 14 14 13,5 14

16 17,5 16 16 18

8 8,75 8 8 9

58,8 75,8 77,3 80,4 91,5

46,1 59,5 60,6 63,1 71,8

86

Tab. 16: Abmaße von gängigen Profilen für Stahlrohre Stahlrohre s d

D Außendurchmesser

Maße

D mm

D Zoll

s mm

d mm

A cm²

G kg/m

20 21,3 25 30 33,7 38 42,4 44,5 48,3 51

2

2 2 2 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6

16 17,3 21 24,8 28,5 32,8 37,2 39,3 43,1 45,8

1,13 1,21 1,45 2,24 2,54 2,89 3,25 3,42 3,73 3,95

0,89 0,96 1,13 1,76 1,99 2,29 2,57 2,70 2,95 3,12

54 57 60,3

2 1/8 2 1/4 2 3/4

63,5 70,0

2 1/2 2 3/4

73 76,1

3 3

2,6 2,9 2,3 2,9 2,9 2,6 2,9 2,9 2,9

48,8 51,2 55,7 54,4 57,7 64,8 64,2 67,2 70,3

4,20 7,93 4,19 5,23 5,52 5,51 6,11 6,39 6,57

3,30 3,90 3,31 4,14 4,36 4,35 4,85 5,01 5,28

82,5

3 1/4

88,9 101,6

3 1/2 4

108 114,3

4 1/4 4 1/2

2,6 3,2 3,2 2,9 3,6 3,6 3,6

77,3 76,1 82,5 95,8 94,4 101,8 107,1

6,53 7,97 8,62 8,99 11,1 11,8 12,5

5,16 6,31 6,81 7,11 8,76 9,33 9,90

127 133 139,7 152,4 159 168,3

5 5 1/4 5 1/2 6 6 6 1/4 6 5/8

4 4 4 4 4,5 4,5 4,5

119 125 131,7 144,4 143,4 150 159,3

15,5 16,2 17,1 18,6 20,9 21,6 23,2

12,2 12,8 13,5 14,7 16,4 17,1 18,1

177,8 193,7

7 7 5/8

167,8 184,7

219,1 244,5 267 273

8 5/8 9 5/8 10 1/2 10 3/4

5 4,5 5,6 6,3 6,3 6,3 6,3

206,5 241,9 254,4 260,4

27,1 26,7 33,1 42,1 47,1 51,6 52,8

21,3 21,0 26,0 33,1 37,1 40,6 41,6

298,5

11 3/4

284,3 309,7 344,4 339,6 393,8

51,5 65,0 70,7 61,6 87,4 79,2

40,5 51,1 55,6 48,2 68,3 62,4

323,9 355,6

12 3/4 14

406,4

16

5,6 7,1 7,1 5,6 8 6,3

87

Tab. 17: Abmaße von gängigen Profilen für Trapezprofile Trapezbezeichnung

Profilquerschnitt

Nennblech­

Eigenlast

Grenzstützweiten

tN

g

Igr1

Igr2

mm

kN/m²

m

m

0,75 0,88 1,00 1,25

0,073 0,085 0,097 0,121

0,89 1,36 1,78 4,40

1,10 1,70 2,22 5,50

0,75 0,88 1,00 1,25

0,082 0,096 0,109 0,137

1,20 2,70 3,90 5,10

1,50 3,38 4,88 6,38

0,75 0,88 1,00 1,25

0,075 0,088 0,100 0,125

1,77 2,50 2,86 3,60

2,21 3,13 3,57 4,50

0,75 0,88 1,00 1,25

0,080 0,094 0,107 0,134

3,50 4,93 5,63 7,10

4,38 6,16 7,04 8,88

0,75 0,88 1,00 1,25

0,087 0,102 0,116 0,145

4,64 7,06 8,07 10,20

5,80 8,83 10,10 12,70

0,75 0,88 1,00 1,25

0,090 0,106 0,120 0,150

4,70 5,79 6,80 8,57

5,87 7,24 8,50 10,71

0,75 0,88 1,00 1,25

0,092 0,108 0,123 0,153

4,87 6,85 7,30 8,65

6,09 8,56 9,13 10,70

0,75 0,88 1,00 1,25

0,097 0,114 0,129 0,161

5,80 7,80 8,51 9,83

7,25 9,75 10,64 12,29

0,75 0,88 1,00 1,25

0,107 0,126 0,143 0,179

7,75 10,00 11,40 14,40

9,69 12,50 14,30 18,00

0,75 0,88 1,00 1,25

0,120 0,141 0,160 0,200

8,25 9,68 11,00 13,75

10,31 12,10 13,75 15,00

dicke

Maße in mm 119

88

167

40

35

35/207

207 1035

40/183 40

119 64

143 40

183 915

115

196

54

119

161

240

40

48,5

48,5/250

135

250 1000

83

38/280

280 1120

139

148

98

98/287

287

39 861

140

135

235

40

100

100/257

275 825

154

172

286

40

126

126/326

145

165

270

40

135

135/310

326

978

119

161

239

40

153

153/280

310

930

280 840

102

148

210

40

165

165/250

250 750

88

Normen und Richtlinien DIN EN 502, Dachdeckungsprodukte aus Metallblech, Festlegung für vollflächig unterstützte Bedachungselemente aus nicht rostendem Stahlblech DIN EN 508, Dachdeckungsprodukte aus Metallblech, Festlegung für selbsttragende Bedachungselemente aus Stahlblech, Aluminiumblech oder nicht rostendem Stahlblech DIN EN 1011, Schweißen – Empfehlung zum Schweißen metallischer Werkstoffe DIN EN 1043 Teil 1: Härteprüfungen, Härteprüfung für Lichtbogenschweißverbindungen Teil 2: Härteprüfungen, Mikrohärteprüfung an Schweißverbindungen DIN EN 1090, Ausführung von Stahltragwerken und Aluminiumtragwerken DIN EN 1065, Baustützen aus Stahl mit Ausziehvorrichtung – Produktfestlegung, Bemessung und Nachweis durch Berechnung und Versuche DIN EN 1991, Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke DIN EN 1993, Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten DIN EN 1994, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton DIN EN 1998, Eurocode 8: Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben DIN EN 10020, Begriffsbestimmungen für die Einteilung der Stähle DIN EN 10021, Allgemeine technische Lieferbedingungen für Stahl- und Stahlerzeugnisse DIN EN 10024, I-Profile mit geneigten inneren Flanschflächen – Grenzabmaße und Formtoleranzen DIN EN 10025, Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen DIN EN 10027, Bezeichnungssysteme für Stähle DIN EN 10029, Warmgewalztes Stahlblech von 3 mm Dicke an – Grenzabmaße und Formtoleranzen DIN EN 10079, Begriffsbestimmungen für Stahlerzeugnisse DIN EN 10083, Vergütungsstähle DIN EN 10088, Nicht rostende Stähle DIN EN 10130, Kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus weichen Stählen zum Kaltumformen DIN EN 10152, Elektrolytische, verzinkte und kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen – Technische Lieferbedingungen DIN EN 10162, Kaltprofile aus Stahl – Technische Lieferbedingungen – Grenzabmaße und Formtoleranzen DIN EN 10163, Lieferbedingungen für die Oberflächenbeschaffenheit von warmgewalzten Stahlerzeugnissen (Blech, Breitflachstahl und Profile) (+ Berichtigung 1) DIN EN 10204, Metallische Erzeugnisse – Arten von Prüfbescheinigungen DIN EN 10210, Warmgefertigte Hohlprofile für den Stahlbau aus unlegierten Baustählen und aus Feinkornbaustählen DIN EN 10219, Kaltgefertigte, geschweißte Hohlprofile für den Stahlbau aus unlegierten Baustählen und aus Feinkornbaustählen DIN EN 10250, Freiformschmiedestücke aus Stahl für allgemeine Verwendung DIN EN 10277, Blankstahlerzeugnisse – Technische Lieferbedingungen DIN EN 10278, Maße und Grenzabmaße von Blankstahlerzeugnissen DIN EN 10293, Stahlguss für allgemeine Anwendungen DIN EN 10343, Vergütungsstähle für das Bauwesen – Technische Lieferbedingungen DIN EN 10346, Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stah – Technische Lieferbedingungen DIN EN 13381, Prüfverfahren zur Bestimmung des Beitrages zum Feuerwiderstand von tragenden Bauteilen

89

DIN EN 13501, Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten DIN EN 14509, Selbsttragende Sandwich-Elemente mit beidseitigen Metalldeckschichten – Werksmäßig hergestellte Produkte – Spezifikationen DIN EN 15251, Produktabbildung – Eingangsparameter für das Raumklima zur Auslegung und Bewertung der Energieeffizienz von Gebäuden – Raumluftqualität, Temperatur, Licht und Akustik DIN EN 15804, Nachhaltigkeit von Bauwerken – Umweltdeklarationen für Produkte – Grundregeln für die Produktkategorie Bauprodukte DIN EN ISO 148: Metallische Werkstoffe – Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy DIN EN ISO 2063, Thermisches Spritzen – Metallische und andere anorganische Schichten – Zink, Aluminium und ihre Legierungen DIN EN ISO 5173, Zerstörende Prüfungen von Schweißnähten an metallischen Werkstoffen – Biegeprüfungen DIN EN ISO 6508, Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Rockwell DIN EN ISO 6506, Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Brinell DIN EN ISO 6507, Metallische Werkstoffe – Härteprüfung nach Vickers DIN EN ISO 6892, Metallische Werkstoffe – Zugversuch DIN EN ISO 6946, Bauteile – Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient – Berechnungsverfahren DIN EN ISO 8990, Wärmeschutz – Bestimmung der Wärmedurchgangseigenschaften im stationären Zustand – Verfahren mit dem kalibrierten Heizkasten DIN EN ISO 10113, Metallische Werkstoffe – Blech und Band DIN EN ISO 12 944, Beschichtungsstoffe – Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme DIN EN ISO 14713, Zinküberzüge – Leitfäden und Empfehlungen zum Schutz von Eisen- und Stahlkonstruktionen vor Korrosion DIN EN ISO 16276, Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme – Beurteilung der Adhäsion/Kohäsion (Haftfestigkeit) einer Beschichtung und Kriterien für deren Annahme

ISO 21930, Hochbau – Nachhaltiges Bauen – Umweltdeklaration von Bauprodukten ISO 21931, Sustainability in building construction – Framework for methods of assessment of the environmental performance of construction works ISO 15686, Hochbau und Bauwerke – Planung der Lebensdauer

Euronorm 19, IPE-Träger, I-Träger mit parallelen Flanschflächen Euronorm 24, Schmale I-Träger, U-Stahl, zulässige Abweichungen Euronorm 44, Warmgewalzte mittelbreite I-Träger, IPE-Reihe, zulässige Abweichungen Euronorm 53, Warmgewalzte breite I-Träger (I-Breitflanschträger) mit parallelen Flanschflächen Euronorm 54, Warmgewalzter kleiner U-Stahl Euronorm 55, Warmgewalzter gleichschenkliger, rundkantiger T-Stahl Euronorm 56, Warmgewalzter gleichschenkliger, rundkantiger Winkelstahl Euronorm 57, Warmgewalzter ungleichschenkliger, rundkantiger Winkelstahl Euronorm 58, Warmgewalzter Flachstahl für allgemeine Verwendung Euronorm 59, Warmgewalzter Vierkantstahl für allgemeine Verwendung Euronorm 60, Warmgewalzter Rundstahl für allgemeine Verwendung

90

Literatur

Andrej Albert: Bautabellen für Architekten: mit Entwurfshinweisen und Beispielen, Bundesanzeiger Verlag, Köln 2014 Peter Beinhauer: Standard-Detail-Sammlung Neubau: mit über 400 ­Detailkonstruktionen, Rudolf Müller Verlag, Köln 2014 Terri Meyer Boake: Stahl verstehen – Entwerfen und Konstruieren mit Stahl, Birkhäuser Verlag, Basel 2012 Klaus Bollinger, Martin Grohmann, Alexander Reichel und Markus ­Feldmann: Atlas moderner Stahlbau, Stahlbau im 21. Jahrhundert, ­Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München 2011 Andrea Deplazes (Hrsg.): Architektur Konstruieren, 4. erw. Auflage, Birkhäuser Verlag, Basel 2013 Johann Eisele: Tragsysteme und deren Wirkungsweise, DOM Publ., ­Berlin 2014 Manfred Hegger u. a.: Baustoff Atlas, Edition Detail, München 2005 Manfred Hegger, Hans Drexler und Martin Zeumer: Basics Materialität, ­Birkhäuser Verlag, Basel 2014 Ulf Hestermann, Ludwig Rongen: Frick/Knöll Baukonstruktionslehre 1, Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH, Wiesbaden 2015 Ulf Hestermann, Ludwig Rongen: Frick/Knöll Baukonstruktionslehre 2, Springer Vieweg, Wiesbaden 2013 Ulrich Knaack u. a.: Fassaden. Prinzipien der Konstruktion, 3. Auflage, ­Birkhäuser Verlag, Basel 2014 Ulrich Knaack u. a.: Systembau. Prinzipien der Konstruktion, Birkhäuser Verlag, Basel 2012 Gottfried Leicher: Tragwerkslehre in Beispielen und Zeichnungen, ­Bundesanzeiger, Köln 2014 Alfred Meistermann: Basics Tragsysteme, Birkhäuser Verlag, Basel 2007 José Luis Moro: Baukonstruktion: Vom Prinzip zum Detail, Springer, ­Berlin 2009 José Luis Moro, Matthias Rottner, Bernes Alihodži, Matthias Weissbach und Jörg Schlaich: Konzeption, Springer, Berlin 2009 Alexander Reichel, Peter Ackermann, Alexander Hentschel, Anette Hochberg: Bauen mit Stahl: Details, Grundlagen, Beispiele, Edition Detail, Basel 2006 Heinz Ronner: Baustruktur, Birkhäuser Verlag, Basel 1995 Heinrich Schmitt: Hochbaukonstruktion: die Bauteile und das Bau­gefüge. Grundlagen des heutigen Bauens, Morgan Kaufmann, 2012 Helmut C. Schulitz, Werner Sobek, Karl J. Habermann und Institut für Internationale Architektur-Dokumentation: Stahlbau-Atlas, ­Birkhäuser Verlag, Basel, 2001

91

Bildnachweis

Abbildung 12: „Balk9“ von Anders Lagerås – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 2.5 über Wikimedia Commons – http://commons.­ wikimedia.org/wiki/File:Balk9.jpg#/media/File:Balk9.jpg Abbildung 46: „National Stadium and Holy Cross Bridge“ von Bartosz ­MORAG – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC BY-SA 3.0 über ­Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:National_Stadium_and_Holy_Cross_Bridge.JPG#/media/ File:National_Stadium_and_Holy_Cross_Bridge.JPG Abbildung 49: „Olympiapark und Olympiastadion in München. 04 orig“ von Kora27 – Eigenes Werk. Lizenziert unter CC-BY-SA 4.0 über ­Wikimedia Commons – http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Olympiapark_und_Olympiastadion_in_M%C3%BCnchen._04_ orig.jpg#/media/File:Olympiapark_und_Olympiastadion_ in_M%C3%BCnchen._04_orig.jpg Abbildungen 10, 14, 21, 36, 52, 69, 72, 81, 82, 90: Prof. Dr.-Ing. Bert Bielefeld

Die Autorin

Katrin Hanses, M. A., Architektin, ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrgebiet Baukonstruktion und Entwerfen an der Universität ­Siegen und Inhaberin des Architekturbüros studio h in Köln.

92

Ebenfalls in dieser Reihe bei Birkhäuser ­erschienen:

Entwerfen Basics Entwurfsidee Bert Bielefeld, Sebastian El khouli ISBN 978-3-0346-0675-2

Basics Modellbau Alexander Schilling ISBN 978-3-0346-0677-6

Basics Barrierefrei Planen Isabella Skiba, Rahel Züger ISBN 978-3-7643-8958-1

Basics Dachkonstruktion Tanja Brotrück ISBN 978-3-7643-7682-6

Als Kompendium ­erschienen: Basics Entwurf Bert Bielefeld (Hrsg.) ISBN 978-3-03821-558-5

Basics Fassadenöffnungen Roland Krippner, Florian Musso ISBN 978-3-7643-8465-4

Darstellungsgrundlagen Basics Freihandzeichnen Florian Afflerbach ISBN 978-3-03821-543-1

Basics Holzbau Ludwig Steiger ISBN 978-3-0346-1329-3

Basics Technisches Zeichnen Bert Bielefeld, Isabella Skiba Basics Methoden der ­Formfindung ISBN 978-3-0346-0676-9 Kari Jormakka ISBN 978-3-7643-8462-3 Basics Architekturfotografie Michael Heinrich Basics Entwerfen und Wohnen ISBN 978-3-03821-522-6 Jan Krebs ISBN 978-3-03821-521-9 Als Kompendium erschienen: Basics Architekturdarstellung Basics Materialität Bert Bielefeld (Hrsg.) M. Hegger, H. Drexler, M. Zeumer ISBN 978-3-03821-528-8 ISBN 978-3-0356-0302-6 Konstruktion Basics Raumgestaltung Basics Betonbau Ulrich Exner, Dietrich Pressel Katrin Hanses ISBN 978-3-7643-8847-8 ISBN 978-3-0356-0361-3

Basics CAD Jan Krebs ISBN 978-3-7643-8086-1

Basics Mauerwerksbau Nils Kummer ISBN 978-3-7643-7643-7

Basics Tragsysteme Alfred Meistermann ISBN 978-3-7643-8091-5 Basics Glasbau Andreas Achilles, Diane Navratil ISBN 978-3-7643-8850-8 Als Kompendium erschienen: Basics Baukonstruktion Bert Bielefeld (Hrsg.) ISBN 978-3-0356-0371-2 Berufspraxis Basics Ausschreibung T. Brandt, S. Th. Franssen ISBN 978-3-03821-518-9 Basics Projektplanung Hartmut Klein ISBN 978-3-7643-8468-5 Basics Bauleitung Lars-Phillip Rusch ISBN 978-3-03821-519-6 Basics Terminplanung Bert Bielefeld ISBN 978-3-7643-8872-0 Basics Kostenplanung Bert Bielefeld, Roland Schneider ISBN 978-3-03821-530-1

Erhältlich im Buchhandel oder unter www.birkhauser.com

Als Kompendium ­erschienen: Basics Projektmanagement ­Architektur Bert Bielefeld (Hrsg.) ISBN 978-3-03821-461-8 Städtebau Basics Stadtbausteine Th. Bürklin, M. Peterek ISBN 978-3-7643-8459-3 Basics Stadtanalyse Gerrit Schwalbach ISBN 978-3-7643-8937-6 Bauphysik und Haustechnik Basics Raumkonditionierung Oliver Klein, Jörg Schlenger ISBN 978-3-7643-8663-4 Basics Wasserkreislauf im ­Gebäude Doris Haas-Arndt ISBN 978-3-0356-0565-5 Landschaftsarchitektur Basics Entwurfselement Pflanze Regine Ellen Wöhrle, Hans-Jörg Wöhrle ISBN 978-3-7643-8657-3 Basics Entwurfselement ­Wasser Axel Lohrer, Cornelia Bott ISBN 978-3-7643-8660-3

Reihenherausgeber: Bert Bielefeld Konzept: Bert Bielefeld, Annette Gref Lektorat: Thomas Menzel Layout Printausgabe: ­Andreas Hidber EPUB-Herstellung: Kösel Media, Krugzell Library of Congress Cataloging-in-Publication data A CIP catalog record for this book has been ­applied for at the Library of Congress. Bibliografische Information der Deutschen ­Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National­ bibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de ­abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des ­Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen

und der Speicherung in Datenverarbeitungs­ anlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der ­gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Straf­ bestimmungen des Urheberrechts. Dieses Buch ist auch als Printausgabe (ISBN 978-3-0356-0364-4) und in englischer Sprache (ISBN PDF 978-3-0356-1280-6; ISBN EPUB 9783-0356-1224-0) erschienen. © 2015 Birkhäuser Verlag GmbH, Basel Postfach 44, 4009 Basel, Schweiz Ein Unternehmen der Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston ISBN 978-3-0356-1253-0 PDF ISBN 978-3-0356-1168-7 EPUB www.birkhauser.com