Bauen mit Stahl by DETAIL

â&#x2C6;&#x201A; Praxis

Bauen mit Stahl Details Grundlagen Beispiele

Alexander Reichel Peter Ackermann Alexander Hentschel Anette Hochberg

Edition Detail

Autoren: Alexander Reichel, Dipl.-Ing. Architekt, Kassel Alexander Hentschel, Dr.-Ing., Nürnberg Peter Ackermann, Dipl.-Ing. Architekt, München Anette Hochberg, Dipl.-Ing. Architektin, Griesheim Projektleitung: Andrea Wiegelmann, Dipl.-Ing. Redaktion: Nicola Kollmann, Dipl.-Ing. (FH), Christina Schulz, Dipl.-Ing. Architektin Zeichnungen: Silvia Hollmann, Claudia Hupfloher, Nicola Kollmann, Elisabeth Krammer, Daniel Hajduk, Andrea Saiko, Dirk Hennig, Gerald Schnell © 2006 Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG, München Ein Fachbuch aus der Redaktion DETAIL

ISBN-10: 3-920034-16-3 ISBN-13: 978-3-920034-16-4 Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff. Alle Rechte vorbehalten, einschließlich das des auszugsweisen Abdrucks, der Übersetzung, der fotomechanischen Wiedergabe und der Mikrokopie. Die Übernahme des Inhalts und der Darstellungen, ganz oder teilweise, in Datenbanken und Expertensysteme, ist untersagt.

DTP & Produktion: Peter Gensmantel, Andrea Linke, Roswitha Siegler, Simone Soesters Druck: Rapp-Druck GmbH, Flintsbach a. Inn 1. Auflage 2006 3250 Stück

Institut für internationale Architektur-Dokumentation GmbH & Co. KG Sonnenstraße 17, D-80331 München Telefon: +49/89/38 16 20-0 Telefax: +49/89/39 86 70 www.detail.de

∂ Praxis Bauen mit Stahl

Inhalt

Einführung

8 10 12

Beispiel A – Halle Übersicht Tragwerk / Hülle Details M 1:20

20 22 24

Beispiel B – Erweiterung Übersicht Tragwerk / Hülle Details M 1:20

30 31 33 34 42 43

Tragwerksentwurf Tragwerksentwicklung / Stahlherstellung Mechanische Eigenschaften Tragsysteme, Tragelemente Raster, Geometrische Ordnung Transport und Montage

45 46 48 52 54 56

Fügen und Verbinden Einführung Verbindungsmittel Stützen / Träger Stützenfuß / Verbindung Stütze – Träger Verbände Beispiele

65 68 73 76

Halbzeuge aus Stahl Langerzeugnisse (Profile) Flacherzeugnisse (Bleche) Roste, Gitter, Gewebe Seile / Zugstabsysteme

79 84

Korrosionsschutz, Brandschutz, Bauphysik Korrosionsschutz Brandschutz, Wärmeschutz, Schallschutz

87 88 90 92 94 96 98 100 102

Ausgeführte Stahlbauten Übersicht Wohnhaus in Oldenburg Spannbandbrücke in der Via Mala Schlucht Dachaufbau in Stuttgart Wohnhaus mit Praxisräumen in Saulgau Mensa und Casino in Dresden Umnutzung Tiefstollenhalle in Peißenberg Wohnhaus in Dornbirn Dokumentationshaus Hinzert

104 109 110 111 112

Anhang Tabellen Normen/Richtlinien, Literatur Verbände/Informationsstellen Herstellerverzeichnis Bildnachweis

Einführung Alexander Reichel

Stahlbau, Stahlprofile und Stahlbleche sind ein fester Bestandteil im Hochbau. Das Bauen mit Stahl – trotz der Vielfalt seiner Aspekte – in einer knappen und präzisen Übersicht darzustellen ist Ziel dieses Bandes aus der Reihe Detail Praxis. Dabei sollen hier nicht die spektakulären und rekordverdächtigen Anwendungen im Mittelpunkt stehen, sondern Techniken und Lösungen für gut gestaltete, angemessene und gebrauchstaugliche Alltagsarchitektur. Das Buch gliedert sich dazu in vier Hauptbestandteile, die durch ausgeführte Stahlbauten, Tabellen und Register ergänzt werden. Die Reihenfolge der Kapitel reicht vom komplexen angewandten Projektbeispiel über die Fügung und Ordnung des Tragwerks und seiner Konstruktion bis hin zu den einzelnen Produkten und Halbzeugen des Baumaterials Stahl. Zunächst werden exemplarisch zwei typische Bauvorhaben in Stahlbauweise mit ihren spezifischen Details vorgestellt. Konstruktion und Gestalt, Tragwerk und Hülle sind in einer Zeichnung zusammengefasst und entsprechen den üblichen Ausführungsdetails der Architekten.

und Tabellen sowie durch Nachweise zum schnellen und übersichtlichen Verständnis. Die Auswahl an Strukturen und Oberflächen, die Filigranität und Profilierung der Tragstruktur, aber auch die Ordnung und Präzision der Fügungen kennzeichnen den Stahlbau und ergeben den architektonischen und sinnlichen Reiz von Stahlkonstruktionen. Die Eigenschaften des Materials lassen dabei zunächst alle formalen Freiheiten zu, was die Vielzahl der gestalterisch unterschiedlichen Bauten belegt. Aufgrund der Schnelligkeit während der Montage, der großen wirtschaftlichen Spannweiten und der relativen Leichtigkeit und Flexibilität der Konstruktion ist Stahl ein Baustoff der Industrie. Die Zunahme von Sanierungen und die geänderten Ansprüche an räumliche Vorstellungen eröffnen dem Stahlbau jedoch weitere Anwendungsmöglichkeiten. Die gemeinsame planerische Disziplin von Architekten und Ingenieuren vermag dabei die Qualitäten des Materials zur Geltung zu bringen und die Vielfalt der Konstruktionen und Halbzeuge in gestalterische Bahnen zu lenken.

Im zweiten Teil wird den Tragwerksprinzipien und der Aussteifung der Konstruktionselemente im Stahlbau nachgegangen. Darauf folgen Grundprinzipien gestalterischer Fügungslogik einzelner Konstruktionselemente ergänzt durch realisierte Beispiele. Im Anschluss sind die wichtigsten Profile und Halbzeuge, ausgewählt und sortiert, vorgestellt. Dieser Teil wird ergänzt durch kurze Darstellungen der technischen Kennwerte Korrosions-, Brand-, Wärmeund Schallschutz. Abgerundet wird der Einstieg in den Stahlbau durch ausgeführte Stahlbauten, die die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten aufzeigen, 7

Beispiel A Halle

18/19

12 17

Übersicht Details M 1:20

12 13 14 15 16 17 18 19

Vertikalschnitt Metallfassade Rahmenecke und -fußpunkt Vertikalschnitt Geschossdecke Vertikalschnitt Glasfassade Horizontalschnitt Metall- und Glasfassade Verbunddecke, Fensterbänder Lichtkuppel Sektionaltor Falttor

Beispiel A Halle

Die Anforderungen an Herstellungs- und Montageschnelligkeit, an flexible Nutzung und Umrüstung sowie an die Wirtschaftlichkeit führen bei weitgespannten Industriehallen häufig zu Stahltragwerken.

Beispiel A zeigt daher eine Halle, die als Handwerkerwerkstatt, Lager, Verkaufsoder Produktionsstätte verwendet werden könnte. Der Grundstückszuschnitt entspricht denen in Gewerbegebieten, er ermöglicht Zu- und Abfahrt aber auch eine Umfahrt. Das Gebäude ist als kompakter Baukörper angelegt, der innerhalb einer Hülle unterschiedliche Raumqualitäten bietet. Im vorderen Bereich sind Empfang und Ausstellung sowie die Aufenthaltsräume und Umkleiden der Mitarbeiter untergebracht. Im Obergeschoss liegen zusätzlich Büroarbeitsplätze, die direkte Kommunikation in die Halle erlauben. Die große stützenfreie Werkfläche endet in einer überdachten An- und Auslieferungsfläche. Form und Größe einer Halle können im Stahlbau in den Dimensionen nahezu unbeschränkt gewählt werden. Typologisch werden sie eingeteilt u. a. nach der Anzahl der Hallenschiffe, nach der Dachform, nach den Einbauten, nach Kranbahnen und Regalanlagen. Die hier vorgestellte Halle ist eine einschiffige Standardhalle ohne Kranbahn mit einer Zwischenbühne zur Aufnahme der Büroräume. Das Achsraster der Tragkonstruktion entspricht dabei üblichen Dimensionen, im Beispiel 5 m, die sich unter Abwägung der Ausbaumaße als wirtschaftlich herausgestellt haben. Dabei wird zwischen der Decken- und Trägerhöhe und zwischen den freien Blechspannweiten und Montagemöglichkeiten abgewogen. Die Werkhalle ist üblicherweise als kalte Halle ausgebildet, die im Gegensatz zu den Büroflächen gering beheizt wird (ca. 16 °C). Die Hallengrundfläche ist ein wichtiges Kriterium zur Anwendung unterschiedlicher Vorschriften. So werden beispielsweise Hallen bis 200 m2 in der Industriebaurichtlinie bzw. der DIN 18230 mit einfacheren Forderungen zum Brandschutz belegt. In den Beispielen wird vor allem das Zusammenwirken von Tragwerk, Ausbauteilen, Hülle und gestaltender Idee aufgezeigt. Dabei wird erläutert, wie sich aus einem Stahltragwerk ein Gebäude mit einer ansprechenden Hülle entwickelt, das die Fügungslogik und klare Geometrie des Stahlbaus herausarbeitet.

Tragwerksentwurf Gebäudeentwurf Funktion / Nutzung

Ökologie

Wirtschaftlichkeit

Dauerhaftigkeit 1

Zentriertes Raumfachwerk Radsporthalle, Berlin 1996, Dominique Perrault Randbedingungen des Tragwerksentwurfs

Tragwerksentwicklung Der Entwurf eines Tragwerks ist ein Spiel mit Kräften und mit der Form der Wege, die diese Kräfte vom Ort ihrer Entstehung zu ihrem Ziel, den Auflagern, zurücklegen. Der Tragwerksentwurf ist prinzipiell anders als sein statischer Nachweis, bei dem es vorrangig darum geht, für ein bereits planerisch fixiertes Tragwerk die Standsicherheit richtig und nachvollziehbar zu bestimmen. Der Tragwerksentwurf und die Entwicklung konstruktiver Lösungen wird vom architektonischen Entwurfsansatz geleitet und orientiert sich dabei an zahlreichen Randbedingungen. Die nicht zu trennende Verknüpfung von Tragwerksform und Gebäudegestalt fordert eine enge und frühzeitige Zusammenarbeit zwischen Architekten und Ingenieuren, da nur so die Synergien aus Funktionalität und Gestaltung in den Entwurf integriert werden können. Auf diese Weise entstehen in Abhängigkeit von wirtschaftlichen Überlegungen nahezu unbegrenzte Gestaltungsmöglichkeiten. Tragwerke haben die Aufgabe Lasten aufzunehmen und an den Stellen, die als Auflager vorgesehen sind oder sich dafür anbieten, abzuleiten. Die Lasten werden dabei getrennt nach Eigengewicht und Verkehrslasten, die sich aus der Nutzung und den klimatischen Bedingungen ergeben, betrachtet. Bei der Entwicklung eines Tragwerks beschreibt das Kraftsystem die konstruktive Aufgabe, die Kräfte von ihren Angriffspunkten zu den Auflagern hin zu verschieben. Das Kraftsystem ist bestimmt durch Größe, Verteilung, Richtung und Angriffspunkte der Lasten sowie die Lage der Auflagerungspunkte. Aus dem Kraftsystem lassen sich Varianten für ein Tragsystem, oft auch als stati-

Tragwerksentwurf

Materialeigenschaften

Baurecht

Beanspruchung

sches System bezeichnet, entwickeln. Das Tragsystem wird beschrieben durch die System-Maße (z. B. Stützweiten), die Form (äußere Geometrie), die Auflagereigenschaften (z. B. fest, verschieblich, eingespannt) und die Belastung. Erst das Tragsystem ist die Grundlage für eine statische Berechnung. Neben den konstruktiven Randbedingungen, die im Kraftsystem formuliert werden, sind unter der Voraussetzung eines integrativen Ansatzes zahlreiche weitere Einflüsse, unter anderem die Wirtschaftlichkeit, die Dauerhaftigkeit und der Bauablauf zu berücksichtigen. Im gleichen Maß, in dem der architektonische Entwurf zunächst ein gestalterisches Konzept aus städtebaulichen, soziologischen und funktionalen Anforderungen entwickelt, liegt es am Tragwerksentwurf ein Konzept für den Lastabtrag zu finden, das den konstruktiven Randbedingungen, den gestalterischen Ansätzen und der Erwartung an die Dauerhaftigkeit und Wirtschaftlichkeit einer Konstruktion gerecht wird. Stahl als Baustoff für tragende Konstruktionen bietet sowohl aufgrund seiner Formbarkeit als auch durch die Möglichkeiten zur Addition elementierter Bauteile und deren Anpassung an die Belastungen im Gesamttragwerk gute Voraussetzungen für die Optimierung von Tragwerken hinsichtlich der geforderten Funktionalität und Gestalt. Die primäre Stahlkonstruktion ist im Hochbau dabei immer ein Skelettbau, der gegenüber dem Massivbau durch lineare Tragelemente und durch die strikte Trennung von tragenden und raumbildenden (umhüllenden) Bauteilen gekennzeichnet ist. Die Optimierung der Struktur hinsichtlich der Kraftflüsse führt fast immer zu einer guten Ablesbarkeit des Kräfteverlaufs. Dabei ist abzuwägen, ob ein Tragwerk

inszeniert werden soll oder zurückhaltend nur der Funktionalität dient. An den beiden Beispielen (S. 8ff. und S. 20ff.) zeigen sich die Vorzüge von Tragwerken aus Stahl im Hochbau. Vorteile von Stahlkonstruktionen bei Aufstockungen oder Umbauten: • Trockene Baustelle und kurze Bauzeit durch Vorfertigung bei der Primärkonstruktion, • geringes Eigengewicht der Konstruktion und daher Berücksichtigung der begrenzten Tragfähigkeit des Bestandes möglich, • leichte Montage bei entsprechender Elementierung, • geringe Konstruktionshöhen durch eine an die Beanspruchung angepasste Profilwahl und durch die Leistungsfähigkeit des Baustoffs Stahl, • große Freiheiten bei der Gestaltung von Grundriss und Gebäudehülle durch Skelettbauweise, • Integration der unverkleideten Primärkonstruktion in die Gestaltung des Innenraumes durch entsprechende Detailausbildung. Vorteile von Stahltragwerken bei Hallenbauten: • Erzeugen von Spannweite mit filigraner Konstruktion durch Anpassung der Profilgeometrien an die Schnittgrößenverläufe, • Integration der gebäudetechnischen Installationen unter Berücksichtigung des Kraftflusses in den elementaren Bauteilen, • kurze Montagezeiten und geringer Aufwand bei der Baustelleneinrichtung durch den hohen Vorfertigungsgrad, • Skelettbauweise bietet durch die Entflechtung von Tragwerk und Hülle die Möglichkeit für große Toröffnungen. 31

Tragwerksentwurf Seil

Seil Das Seil ist ein rein zugbeanspruchtes Tragelement. Gegenüber dem Zugstab besitzt ein Seil – bei im Hochbau üblichen Abmessungen und Querschnitten – eine zu vernachlässigende Biegesteifigkeit. Während der Zugstab äußere Lasten, die für die im Stab wirkenden Zugkräfte verantwortlich sind, nur an seinen Stabenden aufnimmt, kann das Seil quer zu seinem Verlauf wirkende Lasten aufnehmen und diese durch einen Knick im Seilverlauf in Zugkräfte umwandeln. Ein Seil könnte damit als Polygonzug beschrieben werden, der aus Zugstäben aufgebaut ist. Seile im Sinne eines Tragelementes können als Vollmaterial in Form von Bauoder Spannstahl oder als geschlossene Seile oder Spiralseile ausgeführt werden. Die unterschiedlichen Elastizitätsmodule und Festigkeiten sind jeweils zu beachten. Aufgrund der reinen Zugbeanspruchung ist das Seil hinsichtlich des Materialverbrauchs das effizienteste Tragelement. Jedes an zwei Punkten befestigte Seil hängt unter einer bestimmten Last in einer ganz bestimmten Form durch. Das Seil entzieht sich dabei wegen seiner Biegeweichheit jeder Momentenaufnahme. Ändert sich die Last, so verändert sich auch die Form des Seildurchhangs. Als Seillinie bezeichnet man die Form eines Seiltragwerks, bei der die Lasten momentenfrei, ausschließlich über Zugkräfte abgetragen werden. Hat ein anderes hängendes oder in gespiegelter Form stehendes Tragwerk die Form einer Seillinie, entstehen in ihm analog keine Momentenbeanspruchungen, wie bereits im Abschnitt zur Ermittlung der optimalen Bogenform beschrieben. Die Form einer Seillinie ist allein von der Belastungsverteilung abhängig. Einzellasten führen zu Knicken, gleichmäßig verteilte Lasten, wie zum Beispiel aus Eigengewicht, zu parabelförmigen Verläufen 40

und vermischte Belastungen zu entsprechenden Seillinienformen. Das Seil zeigt also bei Lastwechseln entsprechend große Verformungen, die mit der von Baukonstruktionen geforderten Gebrauchstauglichkeit nicht vereinbar sind. Zur Lösung dieses Problems stehen im wesentlichen zwei grundsätzliche Ansätze zur Verfügung: • Einleitung der äußeren Lasten durch einen Versteifungsträger, der die von der Seillinie abweichenden Laststellungen über Biegung abträgt. • Vorgabe und Fixierung der Seillinie durch Vorspannen des Seils. Die Vorspannung kann mit Spannseilen oder durch Ballast aufgebracht werden. Im Fall der Spannseile führt eine Steigerung der äußeren Lasten oder in begrenztem Umfang der Wechsel von Laststellungen nicht zu einer veränderten Seillinie, sondern nur zu einer Abnahme der Kräfte in den Spannseilen bis hin zum Erschlaffen. Im Fall des Ballastes ist dessen Größe so zu wählen, dass er maßgeblich für die Seillinie wird und zusätzliche Lasten damit nur zu einer geringen Formänderung führen. Dem gleichen Prinzip folgen auch doppelt gekrümmte Seilnetze für die filigrane Überdeckung großer Spannweiten: Tragseile in den Haupttragrichtungen und gegenläufige Spannseile. Beim Entwurf und Nachweis von Seilkonstruktionen ist neben der Tragfähigkeit in der Regel die Begrenzung der Dehnungen und Verformungen maßgebend. Aufgrund der filigranen Querschnitte der Seile selbst kommt der Detaillierung der Knotenpunkte eine hohe Bedeutung zu. Die im Stahlbau übliche Schweißverbindung scheidet als Verbindungsmittel von Seilen aus. Einzige Ausnahme sind Baustähle mit angeschweißten Blechlaschen. Gängige Möglichkeiten zur Seilverbin-

dung sind: • Vergussverbindungen • Verbindungen mit Gabelseilhülsen und Verbindungsblechen oder Augenstäben • Klemmen und Pressen • Umlenksattel Die Verbindungstechniken bzw. Kombinationen daraus können optimal an die Anforderungen einer Seilkonstruktion angepasst werden, bleiben hinsichtlich ihrer Dimensionen aber dennoch Gestalt bestimmend. Im Hinblick auf eine wirtschaftliche Konstruktion muss beim Entwurf und der Detaillierung beachtet werden, dass Seilverbindungen im Gegensatz zu den Seilen selbst der maßgebliche Kostenfaktor sind. Seillängen sind daher zu maximieren, die Anzahl der Knotenpunkte zu minimieren und Verbindungsprinzipien konstruktiv zu vereinfachen.

23 a

21 Tragsystem »Seil«, Die Form der Seillinie ergibt sich aus der Verteilung der Belastung. 22 Durch gegengespannten Natursteinplattenbelag versteiftes Seil Púnt da Surasuns, 1999, Conzett (s. Seite 90f.) 23 Seilversteifung durch a Versteifungsträger b Vorspannung (V)

Tragwerksentwurf Trägerrost

Trägerrost Der Trägerrost besteht aus sich in unterschiedlichen Richtungen kreuzenden – möglichst ebenengleich gestoßenen – biege- und torsionssteif miteinander verbundenen Balken. Die Tragwirkung eines Trägerrostes kann mit der einer Platte gleichgesetzt werden, die durch Balkenscharen aufgelöst ist. Wie bei der Platte ergeben sich auch beim Trägerrost in Abhängigkeit von der Geometrie der Kreuzungspunkte vielfältige Möglichkeiten für die Auflagerung und eine entsprechend große Freiheit für die Stützenstellung. Bei großen horizontalen Ausdehnungen des Rostes ist bei der Ausbildung der Auflager durch entsprechende Maßnahmen zur horizontalen Verschieblichkeit auf eine zwängungsfreie Konstruktion zu achten. Üblicherweise werden zwei sich rechtwinklig kreuzende Trägerscharen als Rost verwendet. Schiefwinklig kreuzende Trägerscharen sind fertigungstechnisch deutlich aufwendiger und kommen daher nur in Einzelfällen zur Anwendung. Das Gleiche gilt für Trägerroste aus drei oder mehr sich kreuzenden Scharen. Eine Besonderheit stellt die Form des Trägerrostes mit gekrümmten Trägerlagen entsprechend den Verläufen der Hauptspannungen dar (Abb. 26). Diese Rostform nutzt die Trägerquerschnitte optimal, allerdings muss ein erhöhter Aufwand im Bereich der Anschlüsse in Kauf genommen werden. Trägerroste tragen Lasten senkrecht zu Ihrer Systemebene über die Biegetragwirkung in den Trägerscharen ab. Die Lastaufteilung auf die einzelnen Trägerlagen ist abhängig vom Steifigkeitsverhältnis der Balkenquerschnitte zueinander und von den Spannweitenverhältnissen der sich kreuzenden Träger.

Man kann davon ausgehen, dass orthogonale Trägerroste mit gleichen Balkenquerschnitten in beide Richtungen bis zu einem Spannweitenverhältnis von 1:1,5 eine ausgeprägte zweiachsige Lastabtragung besitzen. Größere Spannweitenunterschiede führen zu einer einachsigen Lastabtragung in Richtung der kurzen Spannweite. Die Trägerschar mit der größeren Spannweite wird damit immer mehr zu einem untergeordneten Nebentragsystem. Wie bereits beim Tragsystem »Balken« beschrieben können auch Trägerroste durch eine Auflösung des Kraftflusses hinsichtlich ihres Materialverbrauchs optimiert werden. Dies kann beispielsweise in Form von Unterspannungen der Trägerscharen erfolgen. Entsprechende Konstruktionshöhen und ein größerer Aufwand durch die Ausbildung zusätzlicher Knotenpunkte sind dabei in Kauf zu nehmen. Die Wahl eines Trägerrostes als Tragsystem im Stahlbau kann aus folgenden Gründen erfolgen: • Adäquates Tragsystem für ein ungerichtetes räumliches Konzept mit sichtbarer Konstruktion • Möglichkeit zur freieren Anordnung der Stützen durch ein untergeordnetes enges Trägerraster bei hoher Querschnittsausnutzung • Minimierung der Konstruktonshöhe als Alternative zu einem System bestehend aus Haupt- und Nebenträgern Für die Wahl der erforderlichen Trägerquerschnitte ist bei der Bemessung eines Trägerrostes neben der für Biegetragwerke üblichen Verformungsbegrenzung und Tragfähigkeit auch die Entwicklung der Anschlussknoten maßgebend. Die Trägerstöße müssen neben Normalund Querkräften auch Biege- und Torsionsmomente abtragen. Dadurch erhöht

sich der Aufwand für die Konstruktion der Knotenpunkte. Dies gilt im Besonderen für Bereiche, in denen die Anschlussschnittgrößen über Schraubanschlüsse ausgeführt werden müssen (Montagestöße). Bei der Konstruktion der Trägerrostanschlüsse mit Schweißnähten können die Anschlussschnittgrößen harmonischer übertragen werden. Die Art und Lage der Schweißnähte muss dabei hinsichtlich ihrer Ausführbarkeit (Baustellenstöße, Zugänglichkeit innerhalb der Trägerscharen) überprüft werden.

24 Über Mittelstützen weit auskragender Trägerrost Nationalgalerie Berlin, 1968, Mies van der Rohe 25 Tragsystem »Trägerrost« Verlauf der Biegemomente (dünne Linie) und Verformung (gestrichelt) 26 Trägerrostform in direkter Analogie zum Verlauf der Hauptbelastungen in einer punktgestützten Platte, Kurklinik und Terrassentherme, Bad Colberg 1997, Kaufmann, Theilig & Partner

Tragwerksentwurf Raster, geometrische Ordnung

28 a

Raster, geometrische Ordnung Die Frage nach dem optimalen Raster der Träger und Stützen muss für jede Bauaufgabe individuell beantwortet werden. Aus der systematischen Anordnung von Stützen in einem Grundriss resultieren möglichst regelmäßige Rasterungen der Decken- oder Dachtragelemente. Dies dient in erster Linie der Wirtschaftlichkeit und leichteren Planbarkeit durch die sich in ihren Abmessungen wiederholenden Grundelemente. Gleichzeitig wird auf diese Weise eine gleichmäßige und zwischen den verschiedenen Feldern des Rasters ausgeglichene Verformung der Konstruktion unter Last bei einer gleichmäßigen Konstruktionshöhe erreicht. Ein durchgängiges und klares Raster stärkt darüberhinaus wesentlich die Ästhetik eines Skelettbaus. Die Stützenstellungen orientieren sich an folgenden wesentlichen Randbedingungen: • Grundriss in Abhängigkeit der Nutzung • Gestaltung der Fassade • Lage der Punkte zur Lastweiterleitung oder Fundamentierung • Begrenzung der Konstruktionshöhen Mögliche Stützenstellungen werden zunächst getrennt nach Innen- und Randstützen untersucht. Innenstützen sind in der Regel nicht gestaltprägend für ein Gebäude und lassen sich relativ leicht in den Grundriss integrieren. Die Stellung der Randstützen dagegen hat einen direkten Einfluss auf die Gestalt der Fassade und das Ausbauraster. Es bieten sich drei grundlegende Stützenstellungen an: • Weitgestellte, von der Fassade eingerückte Stützenanordnung mit einer entsprechenden Freiheit bei der Entwicklung der Fassade, aber resultierenden Zwängen durch die Stützenstellung im Innenraum. 42

• Weitgestellte, in die Fassadenebene integrierte Stützenstellung. Dabei erhält die Fassade eine meist vertikale Gliederung, da die Stützen des Tragwerks deutlich größere Abmessungen besitzen als die Pfosten der Fassade. • Enggestellte Stützenanordnung in der Fassade. Die Stützen tragen geringere Lasten und können damit den Abmessungen von Fassadenpfosten angenähert und in gleichen Querschnitten ausgebildet werden. Die Fassadenelemente können auch direkt an den Stützen befestigt werden, eine gesonderte Fassadenunterkonstruktion kann dann entfallen. Auf den vorgenannten Randbedingungen für die Rasterung der vertikalen Konstruktion kann das Raster der horizontal liegenden Konstruktion entwickelt werden. Es basiert auf geometrischen Grundformen, die sich in gerichtete, ungerichtete und zentrierte Tragstrukturen einteilen lassen. Gerichtete orthogonale Tragstrukturen bauen auf einem Rechteckraster auf und sind immer durch eine Haupt- und Nebentragrichtung gekennzeichnet. Die Kraftableitung ist hierarchisch geordnet. Die Ordnung erfolgt in Haupt- und Nebenträgern (Primär- und Sekundärträgern). Bei der Gestaltung und Dimensionierung der Träger muss zunächst festgelegt werden, ob die Trägerlagen gestapelt oder oberkantenbündig angeordnet werden sollen. Die Stapelung hat den Vorteil, dass Durchlaufwirkungen zur besseren Ausnutzung konstanter Profilquerschnitte ohne großen konstruktiven Aufwand realisiert werden können. Allerdings müssen dafür größere Höhen der Gesamtkonstruktion in Kauf genommen werden. Bei der bündigen Ausführung ist die Durchlaufwirkung der an den Hauptträgern gestoßenen Nebenträger nur mit kon-

27 Klare Strukturierung des Innenraums und der Fassade durch aufeinander abgestimmte Konstruktions- und Ausbauraster Sporthalle Magglingen, 1995–99, Max Schlupp 28 a Gerichtete Struktur b Zentrierte Strukturen c Ungerichtete Strukturen

struktivem Mehraufwand zu realisieren und sollte daher, auch aus gestalterischen Gründen, nicht angestrebt werden. Zur optimalen Ausnutzung der verfügbaren Konstruktionshöhe empfiehlt es sich dabei meist, die hochbelasteten Hauptträger über eine kürzere Spannweite zu führen als die geringer belasteten Nebenträger. Ein Tragwerk wird umso wirtschaftlicher, je kürzer die Wege sind, auf denen die Lasten abgeleitet werden, und je kleiner die Anzahl der Elemente ist, die sich am Lastabtrag beteiligen. Daraus folgt, dass ein Primärtragwerk mit Trägern in einer Richtung und quer dazu liegender Eindeckung am wirtschaftlichsten ist. Durch die Einführung von Sekundär- und gegebenenfalls Tertiärtragebenen lassen sich allerdings die entsprechend größeren Spannweiten erzeugen. Bei ungerichteten Tragstrukturen werden Lasten nahezu gleichmäßig in mindestens zwei Richtungen abgetragen. Hierzu bieten sich auf quadratischen oder dreieckigen Grundrastern aufbauende Trägerroste oder Raumfachwerke an. Den möglichst gleichmäßigen Lastabtrag in alle Richtungen kann aber nur ein entsprechend gleichmäßiges, quadratisches oder auf gleichschenkligen Dreiecken aufbauendes Stützenraster gewährleisten. Zentrierte Strukturen stellen eine Sonderform der Rasterung dar. In der Regel werden zentrierte Raster über Tragelemente gebildet, die auf einen Kreismittelpunkt als Zentrum oder auf die Zentren einer Ellipse ausgerichtet sind. Neben den Überlegungen zu Spannweite, Leistungsfähigkeit, Gestalt und Ordnung eines Rasters muss ebenso die Frage der Installationsführung und die Art der Eindeckung in der Festlegung des Rasters eine sinnvolle Antwort finden.

Tragwerksentwurf Transport, Montage

29 Montage einer Stahlkonstruktion am Tiefenbachkogel (BIG 3), Österreich 30 Anhängelasten in Abhängigkeit der Auslegung eines 35 t Autokrans 31 Zulässige Abmessungen und Gesamtgewichte für beladene Straßentransportfahrzeuge 29

Transport und Montage Ebenso wie der Lastabtrag im Tragwerk bestimmen auch Einflüsse aus Montage und Transport die Gestalt einer Stahlkonstruktion und ihre Detailausbildung. Schon während der industriellen Vorfertigung der Stahlbauteile findet eine Vielzahl von Transportvorgängen statt, deren Begrenzungen für Gewicht und Abmessungen jeweils stark von der Ausstattung der ausführenden Firma abhängen. Die frühzeitige Berücksichtigung der auf der Baustelle und in der Produktion vorhandenen Randbedingungen gewährleisten eine sinnvolle Elementierung der Gesamtkonstruktion und eine angemessene Gestalt in der Detailausbildung. Bei der Werkstattplanung, die in der Regel im technischen Büro des Stahlbaubetriebs erfolgt, werden die Vorgaben der Architektur und der Tragwerksplanung auf die spezifischen Randbedingungen der Produktion und des Bauablaufs hin angepasst. Dies kann zu erheblichen Abweichungen im Erscheinungsbild der Konstruktion und in der Lastabtragung führen. Werkstattzeichnungen sind daher stets von den Planern zu prüfen und freizugeben, gestalterisch wichtige Punkte wie beispielsweise die Art der Profile und deren Fügung bereits im Leistungsverzeichnis präzise zu definieren. Für die Festlegung der wirtschaftlichsten Transporte sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Insbesondere ist darauf zu achten, dass eine Wechselwirkung zwischen der Bauteilgröße beim Transport nach Abschluss der Werkstattfertigung und den Hebezeugen auf der Baustelle besteht. Für Transport- und Montageabläufe sind daher immer Varianten zu untersuchen. Die Grenzen für die Ausführbarkeit und die Wirtschaftlichkeit bezogen auf die Größe von Einzelelementen der Konstruktion werden in der Regel durch die Be- 31

schränkungen der StVZO hinsichtlich Abmessungen und Gesamtgewicht eines Straßentransportfahrzeuges erreicht. Aufgrund des hohen Vorfertigungsgrades bis hin zum bereits aufgebrachten Korrosionsschutz sind nachträgliche Änderungen an bereits auf der Baustelle angelieferten Bauteilen nur sehr begrenzt möglich und mit erheblichem Mehraufwand und Verlust an Qualität verbunden. Im Stahlbau ist daher auf eine detaillierte und sorgfältige Planung bis hin zur Festlegung der Anschlagpunkte und Hebezeuge zu achten. Auf die Baustelle transportierte Bauteile sollten idealerweise direkt unter dem Hebezeug angeliefert und ohne Zwischenlagerung an den Einbauort gehoben werden. Bei Schraubverbindungen auf der Baustelle ist darauf zu achten, dass die Schraubenbilder eines Knotenpunktes jeweils mit einer möglichst geringen Anzahl gleicher Schrauben (Schraubendurchmesser, Schraubengüte) ausgeführt werden, um den Montageaufwand zu minimieren und Verwechslungen bei der Montage vorzubeugen. Baustellenschweißstöße sind möglichst zu vermeiden. Sind sie unvermeidbar sollte bereits bei der Planung und Festlegung der einzusetzenden Stahlgüten ein Schweiß-

fachingenieur hinzuzugezogen werden. Der Berücksichtigung und Eingrenzung von Bautoleranzen nach DIN 18201, DIN 18202 und DIN 18203 kommt im Zusammenhang mit der Planung von Montageabläufen eine hohe Bedeutung zu. Es ist darauf zu achten, dass die zulässigen Toleranzen konstruktiv ohne Zwängungen aufgenommen werden können. Die im Stahlbau mögliche Präzision in der Fertigung von Bauteilen kollidiert auf der Baustelle häufig mit der geringeren Genauigkeit von Bauteilen aus Stahlbeton oder Holz. An der Schnittstelle zwischen Stahlbau und anderen Gewerken müssen daher stets größere Maßungenauigkeiten eingeplant und ausgeglichen werden. Dies gilt insbesondere im Bereich der Fundamentierung von Stahlbauteilen. Neben der Berücksichtigung der Montageabläufe wird bei der Entwicklung von Stahlkonstruktionen häufig auch eine Planung der Demontage gefordert. Lösbare Klemm- und Schraubverbindungen in den Montagestößen und eine gute Zugänglichkeit der Anschlüsse ermöglichen einen mehrfachen Auf- und Abbau. Ein möglicher Verschleiß in den Verbindungsteilen bei wiederholtem Auf- und Abbau ist bei der Planung zu berücksichtigen.

Zulässige Abmessungen und Gesamtgewichte für beladene Straßentransportfahrzeuge nach §§ 32 und 34 StVZO Straßentransporte ohne besondere Genehmigung

Schwer- und Spezialtransporte

Fahrzeuge mit 2 Achsen

Fahrzeuge mit über 2 Achsen

Sattelkraftfahrzeuge

Lastzüge

mit Jahresdauer- mit Einzelfahrtgenehmigung genehmigung

Länge [m]

12,00

15,501

18,00

25,00

> 25,00

Breite [m]

2,50

3,00

> 3,00

Höhe [m]

4,00

> 4,00

Gesamtgewicht [t] 16,00

22,00

40,00

40,002

> 40,00

1 2

nach Euro-Norm 16,50 m 42,00 t für unteilbare Lasten

Fügen und Verbinden

Unter Fügen wird das Zusammensetzen von Tragwerksteilen zu einer Gesamtkonstruktion verstanden. Die Teile eines Tragwerkes wirken unter ihrer gegenseitigen Beeinflussung als ein Ganzes. Der Begriff Fügung bezieht sich auf verschiedene Ebenen des Konstruierens von Tragwerken: • Fügung von Einzelelementen zu einem Tragwerksteil, wie Fachwerkträger, zusammengesetzte Träger, mehrteilige Stützenquerschnitte • Fügung von Tragwerksteilen zu Tragwerken, wie Fundament + Stütze + Träger + Platte • Fügung von Bauwerksteilen, wie Stahlskelett + Stahlbetonkern, Tragwerk + Fassade

Die Fügung hat bei der Gesamtkonzeption des Tragwerkes und in der Ausbildung des Details entscheidenden Einfluss auf die Gestalt des Bauwerks. Gut proportionierte Verbindungen, die den Kraftfluss sichtbar machen, aufeinander abgestimmte Profile von Stützen, Trägern und weiteren Subsystemen und ihre klare geometrische Zuordnung können dem Bauwerk eine hohe ästhetische Qualität verleihen. Die Konzeption eines leistungsfähigen Tragwerks und die sorgfältige Ausbildung seiner Details erfordern nicht nur technische Raffinesse, sondern geben den Architekten vielfältigen Gestaltungsspielraum. Für die Fügung von Tragwerksteilen aus dem Material Stahl sind nachfolgend die wichtigsten Prinzipien dargestellt.

Die wichtigsten Kriterien für das Fügen von Tragwerksteilen sind: • Das Material: Kennwerte und Eigenschaften • Der Kraftfluss: Die inneren und äußeren Kräfte sollen auf direktem Weg und mit geringstem Aufwand übertragen werden • Die Geometrie: Geometrie und optimaler Kraftfluss bedingen sich gegenseitig. Kreuzungen und Durchdringungen bedürfen besonderer Beachtung (angemessene Querschnittsformen und sinnvolle Ausbildung der Tragswerksteile). • Die Herstellung, Verarbeitung und Montage: Herstellungsmethoden und Grad der Vorfertigung. • Die Verbindungsmittel: Die Wahl hängt ab vom jeweiligen Material, von der Beanspruchung und dem Kraftfluss (dem statischen System), von der Herstellung und Montage. • Die Form: Durch das gewählte statische System, das verwendete Material und die Fügung der Tragwerksteile wird die Erscheinungsform des Tragwerkes bestimmt.

Fügen und Verbinden Beispiel außenliegender Fachwerkträger

Außenliegende Fachwerkträger mit abgehängtem Nebenträgersystem Die Industriehalle wird von einem außenliegenden Tragwerk mit davon abgehängtem Nebenträgersystem überspannt. Die Aussteifung des Baukörpers erfolgt über eingestellte Stahlbetonkerne, Treppen und Lüftungszentralen. Das Primärtragwerk besteht aus Stahlfachwerkträgern mit offenen Stahlprofilen. Die Konstruktion ist nach außen gelegt, um einerseits aus städtebaulichen Gründen eine niedrige Traufhöhe zur kleinmaßstäblichen Nachbarbebauung zu erreichen

7 Valeo Motorenwerk, Bietigheim-Bissingen 2003 Architekt: Ackermann und Partner, Tragwerksplaner: Christoph Ackermann 8 Dachaufsicht als fünfte Fassade mit außenliegenden Fachwerkträgern und selbsttragenden Nordsheds für die Belichtung. Die natürliche und blendfreie Belichtung stellt eine optimale Arbeitsplatzqualität sicher und erhöht die Wirtschaftlichkeit des Energieeinsatzes. 9 Längsschnitt, Maßstab 1:250 10 Querschnitt mit den Abhängungen der Nebenträger, Maßstab 1:250 11 Detail des Fachwerkträgers mit eingeschweißten Diagonalen aus Rundstahl, Maßstab 1:20 12 Querschnitt des Fachwerkträgers, Maßstab 1:20 8

und andererseits das zu konditionierende Raumvolumen zu minimieren. Der Obergurt ist aufgrund seiner hohen Belastung als HEM 280 ausgebildet, der Untergurt als HEB 300. Die gewählten Profile sind – bedingt durch andere Wandstärken – in ihrer Tragfähigkeit sehr unterschiedlich, in ihren Außenabmessungen jedoch annähernd gleich, wodurch ein ruhiges Erscheinungsbild des Trägers erreicht wird. Die Druckstäbe des Fachwerkträgers sind je nach Lastfall als HEB oder HEA 160 ausgebildet und mit den Ober- und Untergurten biegesteif verschweißt. Diese werden jeweils an den Anschlussstellen

Fügen und Verbinden Beispiel außenliegender Fachwerkträger

mit Steifen verstärkt. Der Anschluss der Zugdiagonalen aus runden Vollstäben erfolgt mittels eingeschweißter Knotenbleche, durch die erst die erforderliche Schweißnahtlänge hergestellt werden kann. Der wachsenden Beanspruchung der Zugdiagonalen wird mit Querschnittsvergrößerung begegnet. Bei der Fügung der Knotenpunkte ist darauf zu achten, dass sich die Systemlinien der Profile und Diagonalen in einem Punkt schneiden, um eine saubere Krafteinleitung sicherzustellen. Der dargestellte Fachwerkträger aus Walzprofilen mit eingeschweißten Zugdiagonalen kann sehr

wirtschaftlich hergestellt werden. Das Nebenträgersystem liegt innerhalb der Gebäudehülle und ist über diagonale Zugstäbe von den Fachwerkobergurten und über vertikale Laschen von den Untergurten abgehängt. Als Verbindungsmittel werden wegen der Montagefreundlichkeit gabelförmige Augenstäbe eingesetzt, die problemlos in die Anschweißlaschen eingehängt und nachjustiert werden können. Die Anschlusspunkte der Hänger werden mit Laschen über die Abdichtebene verlegt, so dass das Eindichten der Durchdringungspunkte möglichst einfach und

sauber gelöst werden kann. Generell ist bei der Durchdringung der Dachebene mit besonderer Sorgfalt bezüglich der Abdichtung zu arbeiten. Bei außenliegenden Tragwerken ist ein besonderes Augenmerk auf den Korrosionsschutz zu legen. Eine Feuerverzinkung mit Grundierung und Deckbeschichtung stellt hierbei den besten Schutz dar. Aufgrund der großen Dimensionen ist eine Verzinkung oft nicht zu realisieren und deshalb auf den Beschichtungsaufbau besonders zu achten (siehe hierzu S. 79ff.).

Fügen und Verbinden Beispiel Fachwerkträger als Haupt- und Nebenträger

Fachwerkträger als Haupt- und Nebenträger in einer Ebene Die Ausgangsidee für den Tragwerksentwurf war ein ungerichtetes Trägersystem, das beliebig in alle Richtungen erweitert werden kann und für die Produktion eine ausreichende Stützenfreiheit bietet. Zur Optimierung wurden schon in der Konzeptphase die Pläne der Haus- und Produktionstechnik in die Überlegungen einbezogen. In vielen Überarbeitungsschritten wurde dann auf einem quadratischen Raster von 24,5 m ein in Hallenlängsrichtung durchlaufendes Trägersystem mit eingehängten, einfeldrigen Nebenträgern entwickelt. Haupt- und Nebenträger bestehen aus Fachwerk und sind zwecks optimaler Installationsführung in einer Ebene angeordnet. Die Profile der Fachwerkträger entsprechen dabei konsequent den jeweiligen

13 Valeo Wischerwerke, Bietigheim-Bissigheim 2002, Architekt: Ackermann und Partner Tragwerksplaner: Christoph Ackermann 14 Die einzelnen Profile des Fachwerkträgers sind ihren jeweiligen Beanspruchungen angepasst. Maßstab 1:20 14

Belastungen: Reine Zugelemente sind aus Flachstahl gefertigt, Zugstäbe mit geringen Druckbelastungen aus schmalen U-Profilen und knickgefährdete Druckstäbe als doppelsymmetrische Walzprofile. So wird nicht nur Material gespart, sondern die Wirkungsweise des Fachwerkes sichtbar gemacht. Die Dachebene ist durch mit Spannschlössern vorgespannte Verbände aus Rundstäben zu einer Scheibe ausgebildet, die die Windlasten zu den Betonkernen bzw. Vertikalverbänden hinleitet und außerdem die knickgefährdeten Obergurte der Fachwerkträger stabilisiert. Die Vertikalverbände für die Aussteifung sind in Hallenlängsrichtung in der Mitte der 171,5 m langen Halle in den Fassadenebenen angeordnet und erlauben dem Tragwerk eine spannungsfreie Temperaturdehnung. Die maximal auftretende Verschiebung halbiert sich somit.

Fügen und Verbinden Beispiel Fachwerkträger als Haupt- und Nebenträger

15 Ansicht Hauptträger 16 Die 24,5 m langen Hauptträgerabschnitte werden jeweils am Auflager gestoßen. Um die hohen Momente der Durchlaufträger an dieser Stelle aufzunehmen sind die Obergurte zum Untergurt heruntergeführt und oben montagefreundlich durch reine Zugelemente aus Flachstahl gekoppelt. Die eingehängten Nebenträger müssen aus der Stützenachse herausgerückt werden, wodurch hier eine besonders große Öffnung für Installationen entsteht. 17 Isometrie eines Tragwerksmodules mit aufgesetzter Dachlaterne 18 Auflager Stütze – Träger mit Montagestoß der durchlaufenden Hauptträger, Maßstab 1:20

aa c

Halbzeuge aus Stahl

h-2c

Steg

Flansch

b w1

ts d1 Flansch 1 2

Blockstraße Salzgitter AG, Warmwalzvorgang eines I-Profils Breiter I-Träger mit parallelen Flanschen, Reihe HE-B = IPB nach DIN 1025-2

Stahl ist ein warm und kalt formbarer Eisenwerkstoff mit einem Kohlenstoffgehalt unter 1,9 %. Er wird durch Walzen, Strangpressen oder Ziehen zu Halbzeugen weiterverarbeitet, deren Handelsform genormt ist. Warmformgebungsverfahren sind • Warmwalzen, • Schmieden, • Gießen und • Strangpressen. Die Warmumformung findet oberhalb der so genannten Rekristallisierungstemperatur statt, die Kaltverformung unterhalb. Zu den Kaltformgebungsarten zählen:

Ziehen Tiefziehen Kaltverdrillen Kaltbiegen Kaltpressen Kaltwalzen

(Spanndrähte) (Bleche für Trapezprofile) (Betonstahl) (Spann-Bewehrungsstäbe) (Köpfe auf Spanndrähten) (Profile)

Der Oberbegriff Halbzeug steht für vorgefertigte Rohmaterialien, die halbfertig sind (semi-finished materials), wie Bleche, Profile oder Rohre. Diese Halbzeuge stellen in der Metallverarbeitung die übliche Lieferform dar. Sie sind nicht auf Bestellung gefertigt und wesentliches Element für rationelle und kostengünstige Konstruktionen. Als Massenware vorgefertigt, müssen sie nur noch spezifisch bearbeitet oder veredelt werden. Die Stahlerzeugnisse sind in der EN 10079 beschrieben nach Form, Abmessung, Aussehen und Oberflächenzustand. Grob unterschieden werden: • Langerzeugnisse Warmgewalzte Profile, Hohlprofile (nahtlose und geschweißte Rohre), Kaltprofile, Draht (Walzdraht, gezogener Draht) • Flacherzeugnisse Breitflachstahl, Bleche und Bänder (warm- oder kaltgewalzt), profilierte Bleche

Langerzeugnisse Beim Standguss wird der flüssige Stahl aus den Konvertern in Formen (Kokillen) zu Brammen oder Blöcken gegossen. Neuer ist das Stranggießen, ein kontinuierliches Verfahren, bei dem Rohlinge in gewünschter Länge entstehen: • Vorblöcke

> 130 mm2

• Knüppel

< 130 mm2

• Brammen

t > 40 mm

• Warm- und Kaltbänder • • • • • •

Daraus werden auf Warmwalzstraßen die Profilerzeugnisse hergestellt. Dabei durchlaufen die glühenden Vorblöcke oder Brammen mehrere Walzgerüste, bis das Fertigprofil ausgewalzt ist. Profilerzeugnisse werden in gerader Form über die gesamte Länge geliefert, Walzdraht in Ringen. Es gibt über 70 000 verschiedene Walzstahlerzeugnisse. Die üblichsten Standardwalzprofile sind in Tabellen mit ihren Querschnittswerten aufgeführt und ihre Geometrien in EURO-, DIN- und Werksnormen der Hüttenwerke festgelegt. Sonderprofile können zwar hergestellt werden, sind aber erst in großen Mengen wirtschaftlich. In Deutschland werden meist die genormten europäischen Profile verwendet. Es gibt aber auch Exportprofile für Übersee, sie sind nach internationalen Normen definiert. Tabellen über die Angabe der Mantelflächen in m2/m der verschiedenen Profile erleichtern die Ermittlung der Entrostungs- und Anstrichflächen für Beschichtungen. Angaben zur Profilabwicklung U in m2 dienen der Ermittlung des Profilfaktors U/A für Brandschutzberechnungen. Je kleiner das Verhältnis U/A ist, um so dünnere Verkleidungen reichen für die gleiche Brandwiderstandsklasse aus.

Der Stahlpreis errechnet sich über sein Gewicht. Die Gewichtsangaben sind ebenfalls tabellarisch den verschiedenen Profilen und Langerzeugnissen zugeordnet und Basis für die Abrechnung. Sie basieren auf der Dichte von 7,85 kg/dm3, die vom Formenausschuss für Eisen und Stahl verwendet wird (DIN 18335 und DIN 18360). Wirtschaftliches Konstruieren ist nur bei entsprechender Sachkenntnis möglich. Bei manchen Konstruktionen kann der hochwertige S355 (früher St 52) wirtschaftlicher sein, als der billigere S235 (früher St 37). Preisunterschiede gibt es auch zwischen den einzelnen Profilarten, nicht immer ist das leichteste Profil das billigste. Bei der Auswahl von Profilen muss neben Statik und Preis auch der Bearbeitungsaufwand in der Werkstatt und bei der Montage berücksichtigt werden. Å-Profil Am häufigsten verwendet werden Profile mit Å-Querschnitt (Doppel-T). Sie werden in einer Folge von Walzvorgängen durch paarweise senkrecht aufeinander stehende Walzen erzeugt. Charakteristisch ist die dabei entstehende Rundung in den Ecken zwischen Steg und Flansch. Die Profile werden in einer Richtung gewalzt, die Hauptfestigkeit liegt in Walzrichtung, quer dazu ist sie geringer. Die so hergestellten Profile haben zwar eine hohe Passgenauigkeit, sind aber durch den Produktionsprozess nicht gänzlich frei von Toleranzen. Die zulässigen Abweichungen sind in den Normen festgelegt und bei der Planung zu berücksichtigen. In die Kammer eines Å-Profils einzusetzende Elemente wie Blechsteifen sollten daher nicht als Lagerware produziert sondern im Einzelfall eingepasst werden. In der europäischen Doppel-T-Profilserie HE-B (normale Reihe) und IPE ist die Profilbezeichnung identisch mit der Trägerhöhe (weiter auf Seite 68). 65

Halbzeuge aus Stahl Lochbleche

bemessen werden. Kaltprofilierte Stähle bieten gegenüber warmgewalzten Profilen die Chance kostengünstig in den Produktionsprozess einzugreifen und spezielle Profile zu gestalten. Querschnittsform und Abmessungen können so optimal an den Verwendungszweck angepasst werden, daher wird oft auftragsbezogen gefertigt. Trotz der Vielfältigkeit der Kaltprofile gibt es eine Reihe von gebräuchlichen Standardprofilen, die auch kurzfristig verfügbar sind, wie I-, L-, U-, Z-, C-, Hut-, Σ-, und Ω-Profile, sowie geschlitzte Rohrund Rechteckquerschnitte. Zur Übersicht werden die Profile nach Querschnittsform kategorisiert: • offen – geschlossen • symmetrisch – asymmetrisch • geradwinklig – schiefwinklig Kaltprofile mit dünner Blechstärke sind problematisch zu fügen. Durch die Kaltformung sind sie schlecht schweißbar und durch die geringe Materialstärke auch nur bedingt geeingnet für Schraubverbindungen. Lochplatten (Lochbleche) In der DIN 4185-2 und in der DIN 24041 wird von einer »Lochplatte« mit gleich-

artigen, regelmäßigen Öffnungen (Löchern) gesprochen, die durch Stanzen, Perforieren oder Bohren hergestellt werden. Alle Stähle, so auch korrosions- und hitzebeständige oder verschleißfeste, können gelocht werden, in Blechstärken von 0,5 mm (Feinstblech) bis zu 30 mm (Grobblech). Die Lochung erfolgt auf Streifen- und Breitpressen oder mit StanzLaserautomaten, entweder in Großserien als Blechbahnen direkt vom Coil oder aus einzelnen Blechtafeln: • • • • •

Kleinformat Mittelformat Großformat Superformat Coil

1000 mm ≈ 2000 mm 1250 mm ≈ 2500 mm 1500 mm ≈ 3000 mm 1600 mm ≈ 4000 mm Breite bis 1250 mm Stärke max. 2 mm

Bei Anfragen oder Bestellungen ist anzugeben, ob die Bleche mit oder ohne Rand gewünscht sind. Bei ungelochtem Rand muss dessen Größe, der Stirnrand (parallel zum kurzen Außenmaß) und der Längsrand (parallel zum langen Außenmaß) angegeben werden. Wird vom Band gefertigt und anschließend auf Maß geschnitten, geht der Schnitt durch die Lochung, an den Längsseiten bleibt ein kleiner ungelochter Rand. Werden Bleche aus gro-

ßen fertigen Lagertafeln herausgeschnitten, dann sind die Lochbleche ringsum randlos. Die Lochanordnung beeinflusst neben der Dicke des Blechs die Eigenschaften. Eine hohe Steifigkeit und freien Querschnitt bedingt die um 60 Grad versetzte Rundlochung, es ist die verbreitetste Lochung (Normalausführung). Dagegen weist die gerade, gereihte Rundlochung geringere Steifigkeit auf. (Laden-, Möbelbau, Zierlochung). Wichtig, die Lochgröße sollte nicht kleiner als die Blechdicke sein. Wie jedes Feinblech kann auch Lochblech mit allen Fertigungsverfahren weiterverarbeitet werden. Durch diese vielfältige, einfache Handhabung und den daraus resultierenden hohen industriellen Vorfertigungsgrad entsteht ein kostengünstiges Bauprodukt. Die Lochungen verringern das Gewicht des Bauteils, ein wirtschaftlicher Vorteil im Leichtbau. Lochplatten sind außerdem optimal als Trägerelement für schalldämmende Absorptionsplatten einsetzbar. Tragende Funktion erfüllen Lochbleche gekantet als Trittroste und Laufstege, oder auf unbefestigtem Boden. Durch zusätzliche Prägungen und Riffelungen werden sie rutschfest für Treppenstufen oder Beläge in Werkhallen.

c h

r t

l ez

14 a

Kurzzeichen zur Bemaßung von Lochungsarten am Beispiel von: a Rundlochung in versetzten Reihen b Rundlochung in geraden Reihen c Langlochung in versetzten Reihen

15 c

Wichtige Angaben bei der Bestellung sind: • Lochformen f Rundlochung (R) gerade oder versetzt, Quadratlochung (Q), Langlochung (L, Le) längs- und querlaufend, Rauten- und Zierlochungen • Lochabmessungen Lochweite w (das kleinste Maß für die Lochung), Lochlänge l (bei Rechteckgeometrie) • Lochabstand Lochteilung t (Achsabstand der Löcher), Stegbreite c (kleinster ungelochter Zwischenraum)

Profilhöhe h

Halbzeuge aus Stahl Profilbleche

Obergurt

Obergurtsicke Stegsicke oder Stegversatz Steg

Ebener Längsrand

Untergurt Rippenbreite b R

Abgekanteter Längsrand

Baubreite b Elementbreite

Profilbleche Profilbleche werden aus Feinblechen von 0,65 –1,5 mm Dicke hergestellt. Durch gezieltes Falten und Knicken erhalten die beulanfälligen dünnen Bleche Stege und Rippen, die ihre Stabilität in Laufrichtung deutlich erhöhen. Das große Tragvermögen dieser äußerst leichten kaltverformten Stahlbleche macht sie zum unverzichtbaren Bauelement des Leichtbaus. Die Profilbleche können so ohne Sekundärträgerlage direkt auf die Hauptträger gelegt werden. Für Dach, Decken- und Wandkonstruktionen stehen im Stahlbau verschiedene Halbfertigzeuge aus Feinblechen, Systeme aus Well-, Trapez- und Kassettenprofilen sowie Sandwichelemente zur Verfügung. Es sind leichte, großformatige Tafeln, meist aus verzinkten und beschichteten Stahlblechen mit glatter oder profilierter Oberfläche. Sie sind einfach und schnell zu montieren, ihre Oberflächen benötigen keine weitere Behandlung. Die Profilauswahl richtet sich nach den statischen Erfordernissen, die sich aus den Abständen der Unterkonstruktion ergeben, und nach dem gewünschten Erscheinungsbild. Temperaturbedingte Längenänderungen und Windsogkräfte beeinflussen Befestigungstechnik und Dimensionierung. Durch gleitfähige Anschlüsse und Fugenabstände können Zwängungen und Überbeanspruchungen des Materials vermieden werden. Erhöhte Windsogspitzen treten an Rändern und Ecken windbelasteter Flächen auf (DIN 1055-4), hier ist auf entsprechende Befestigung zu achten. Im Leichtbau werden häufig mehrschalige wärmegedämmte Wandkonstruktionen aus Profilblech eingesetzt. Ihre konstruktionsbedingten Wärmebrücken können durch thermische Trennstreifen zwischen der Innenschale und den Distanzprofilen abgemildert werden.

Wellblech 1830 wurde das erste gewellte Blech als Dachdeckung verbaut. Wellblech trägt in eine Richtung, in die andere ist es rollbar. Für einfache Konstruktionen wurden Wellprofile überwiegend als Witterungsschutz verwendet. Beim Einsatz als bewitterte Oberschale von zweischaligen hinterlüfteten Dach- und Wandkonstruktionen liegt innen meist ein Trapezprofil als Tragschale. Beim Wellblech sind nur geringe Bauhöhen möglich, die Tragfähigkeit ist daher begrenzt. Lieferlängen bis zu 14 m ermöglichen querstoßfreie Dachflächen aus Wellprofilen. Dabei sind die Regeldachneigungen je nach Ausführung zu beachten. Trapezblech Stahltrapezprofile werden seit 1950 im Hochbau verwendet. Sie werden in einem Rollformer kontinuierlich längsprofiliert aus bandverzinktem Stahlblech, geliefert in Dicken von 0,65 –1,5 mm. Es entsteht die meist trapezförmige Profilierung im Querschnitt. So sind sie bauartbedingt nur einachsig belastbar. Die DIN 18807, Trapezprofile im Hochbau, regelt Bemessung und Ausführung. Dünnwandige Bauteile neigen zu großen Verformungen, besonders quer zur Tragrichtung. Die Tragfähigkeit hängt von dem Erhalt der Querschnittsgeometrie ab, Abflachung reduziert das Tragverhalten, die statische Höhe wird geringer. So wurde die Profilgeometrie immer weiter optimiert, die Biegesteifigkeit durch Ausbildung von Sicken und Versätzen in den Gurt- und Stegpartien verbessert. In dieser Entwicklung spricht man von Trapezprofilen der ersten, zweiten und dritten Generation. Profile der ersten Generation, ca. 50 mm hoch, waren nur nichttragende Verkleidung. Profile der zweiten Generation mit Höhen von 40 –160 mm sind durch Sicken in der Lage, Lasten zu tragen, Rippenabstand ca. 250 mm. Mit Lie-

ferlängen bis zu 12 m (möglich sind abhängig vom Transport sogar bis zu 22 m) eignen sie sich optimal als Zwei- oder Dreifeldträger (Feldlänge 7,5 – 9,0 m möglich). In der dritten Generation sind sie zusätzlich in Querrichtung auf dem Obergurt gerippt, Profilhöhe bis 210 mm. Jeder Hersteller entwickelt eigene Profilgeometrien, für die ein Rollformer hergestellt wird. Daher sind die angebotenen Trapezbleche so vielfältig und die Profilierungen nicht genormt. Herstellerspezifisch gibt es deshalb fertige Bemessungswerte auf Basis der bauaufsichtlichen Zulassung (typengeprüfte Statik). Hier findet man maximale Stützweiten, bezogen auf Profilhöhe, Rippenbreite und Blechdicke. Stahltrapezprofile werden eingesetzt für Geschossdecken, ohne oder mit Aufbeton. Trapezblech kann daher verlorene Schalung sein oder mittragendes Bauteil einer Stahl-Verbunddecke (s. S. 16). Bei Dächern und Wandkonstruktionen können

11 Kaltprofile 12 Coils (Rollenband) aus oberflächenveredeltem Feinblech (verzinkt), bereit für die Weiterverarbeitung 13 Lochbleche mit verschiedenen Lochformen 14 a Kaltprofil aus flachgewalztem Stahlblech, dickwandig, durch Walzen oder Abkanten kalt geformt b C-Profil aus Feinblech, dünnwandig, fast keine Rundung in den Ecken, wird im Stahlleichtbau verwendet 15 Kurzzeichen zur Bemaßung von Lochungsarten 16 Profilblech dritter Generation Deckenprofil mit großer Biegesteifigkeit durch Rippung am Obergurt und hoher Profilgeometrie. Stützweiten (betoniert) bis 5,50 m möglich, günstig bei stützenreduziertem Parkhaus- und Geschossbau 17 Bezeichnungen an Trapezblechen nach DIN 18807-1 18 Kombination von gebogen und eben montierten Trapezblechen an der Außenfassade. Einschalige gelochte Profile sind auch einsetzbar als lichttransparente Fassadenelemente, zur Verschattung oder als Brüstung.

Halbzeuge aus Stahl Kassetten, Sandwichpaneele

a h f c

d b

sie als Tragschale und/oder als äußere Wetterhaut eingesetzt werden sowie für Dächer, Wände und Außenwandverkleidungen. Es gibt Dachkonstruktionen mit zwei gekreuzten Lagen Trapezblech, die untere trägt, dazwischen liegt die Dämmung mit Hinterlüftung und die obere Lage mit geringer Profilhöhe dient nur dem Witterungsschutz. Gegen Korrosion sind sie feuerverzinkt mit oder ohne zusätzliche Beschichtung (DIN 18807-1). Verbunden werden sie mit der Unterkonstruktion, untereinander oder im Anschluss zu angrenzenden Bauteilen durch bauaufsichtlich zugelassenene Verbindungselemente (selbstschneidende Schrauben, Schießbolzen, Popnieten, siehe IFBSInfo). Schweißen, Stanzen und Verschränken der Ränder sollte nur nach Vorschrift des Herstellers erfolgen. Bei besonderen akustischen Anforderungen können Profile mit gelochten Stegen zur verbesserten Schallabsorption eingesetzt werden.

Sandwichpaneele Sandwichelemente sind Verbundelemente und bestehen aus zwei dünnen profi-

Profilhöhe h

Kassetten Sie werden durch Kaltverformung aus Blechen von 0,75 –1,50 mm Dicke hergestellt. Aufgrund ihrer zahlreichen Sicken im Profil entsteht beachtliche Steifigkeit. Die Elemente sind ca. 600 mm breit und zwischen 90 –160 mm hoch. Aus Transportgründen sind sie nur in Ausnahmefällen länger als 12 m. In Abhängigkeit vom

statischen System können Spannweiten bis 10 m erreicht werden. Sie verfügen über schmale Obergurte zur Befestigung der Außenschale und einen breiten Untergurt mit schwacher Profilierung. Stege und Untergurt bilden ein Gefach zur Aufnahme der Wärmedämmung. Die Kassettenstöße werden mit Dichtbändern winddicht ausgeführt. Thermische Trennungen mindern Wärmebrücken zwischen den Obergurten der Stahlkassettenprofile und der Außenschale (Abb. 21). Eine optimierte Tragkraft entfalten Kassetten durch den Verbund mit einer Außenschale aus Stahltrapezprofilen, selten auch Wellprofilen. Unterkonstruktion und Außenhaut müssen dann sorgfältig und in hoher Dichte mit zugelassenen Verbindungsmitteln schubfest verbunden werden. Das Außenblech schützt generell nur vor Witterung, die bauphysikalischen Anforderungen werden von den darunterliegenden Schichten erfüllt. Funktional wird zwischen hinterlüfteten und unbelüfteten Konstruktionen unterschieden. Bei hinterlüfteten Außenwänden ist die Außenhaut von der Unterkonstruktion durch eine Luftschicht getrennt. So kann Staunässe durch Kondensat vermieden werden.

Obergurt

Stegsicke oder Stegversatz

Steg Untergurt Baubreite b

Elementbreite

Untergurtsicke

lierten Deckblechen, die durch einen Kern aus Mineralwolle oder Hartschaum schubfest miteinander verbunden sind. Sie haben eine hohe Tragfähigkeit bei gleichzeitig guten Dämmeigenschaften, geringes Gewicht und geringe Aufbauhöhe, sind einfach, schnell und kostengünstig zu montieren und herzustellen. Sie bilden als vorgefertigtes Element sowohl die fertige Außenhülle als auch die Innenwand. Die Biegesteifigkeit wird allein von den Deckblechen bestimmt, die Schubsteifigkeit über den Kern. Oberflächenprofilierung und Farben der Beschichtung sind so vielfältig wie die gesamte Stahlblechherstellung. Bauseits werden die Paneele über vorgeformte Steckfalze montiert und auf der Unterkonstruktion befestigt. Bei der direkten Befestigung wird von außen eine gewindefurchende Schraube sichtbar durch das Paneel geschraubt. Bei der indirekten dagegen wird im Falz geschraubt, wodurch der Schraubenkopf durch die Feder des Paneels überdeckt wird. Alle Befestigungen müssen für spätere Wartungsarbeiten reversibel sein. Da diese Konstruktion nicht belüftet ist, ist sie auch anfälliger für eventuell eindringendes Wasser oder Kondensat. Die Fugen und Bauteilanschlüsse müssen bei Planung und Ausführung daher sorgfältig beachtet werden. Die Fugentypen

19 Fassadenbekleidung aus gekanteten Edelstahlpaneelen 20 Sandwichpaneele mit Feinblech aus Stahl 21 Aufbau einer wärmedämmenden Kassettenwand a Außenschale Trapezprofil b Innenschale Kassettenprofil c Trennstreifen d Dämmung e Dichtband am Kassettenstoß f Verbindungselement g Stahlprofil (Ankerschiene) h Stütze (hier Stahlbetonstütze) 22 Bezeichnungen an Kassettenprofilen nach DIN 18807-1

Halbzeuge aus Stahl Gitterroste

Materialkombinationen und Funktion im Verbund Materialtyp

Funktionen Verbund Brandschutz

werden nach prEN 14509:2004 unterschieden. Wichtig ist außerdem das Raster zwischen Wandöffnungen und Bauteilbreiten abzustimmen, um Verschnitt zu vermeiden. Es gibt keine Norm für die Bemessung von Sandwichelementen, alles ist durch bauaufsichtliche Zulassungen geregelt, so auch die Verbindungsmittel. Hersteller geben Stützweitentabellen zur vereinfachten Bemessung heraus. Sandwichelemente sind nicht brennbar, wenn die Wärmedämmung der Baustoffklasse A 2 nach DIN 4102 entspricht.

Roste, Gitter, Gewebe

Inzwischen werden unter dem Begriff »Komposite« vermehrt Bauprodukte mit intelligenten Materialkombinationen entwickelt, die gleichzeitig mehrere Anforderungen aus Statik, Wärme-, Schallund Brandschutz erfüllen können. Dies sind beispielsweise flächige Bauelemente aus Stahlblechen mit einem kraftschlüssig verklebten Kern aus mineralischen oder holzbasierten Plattenwerkstoffen. Optimal ist es, wenn bauphysikalische Anforderungen erfüllt und gleichzeitig die Tragfunktion der Blechbauteile durch die artfremden, schützenden Plattenwerkstoffe verbessert werden. Dies ist über bauaufsichtliche Zulassungen geregelt oder über Zustimmung im Einzelfall zu klären.

Werden die Füllstäbe zusätzlich unter hohem Pressdruck in formgestanzte Schlitze der Tragstäbe eingepresst, entstehen stabile, verwindungsfeste Gitterroste, sogenannte Pressroste (PR), die hauptsächlich als begehbare Abdeckungen und Fußroste eingesetzt werden. Zur Verbesserung der rutschhemmenden Wirkung der Rostoberfläche können Trag- und Füllstäbe profiliert werden. Neben allen weitmaschigen Gitterrosten sind besonders die engmaschigen Ausführungen (Maschenweite 11/30, 30/11) als Fußroste geeignet. Das bei den Maschenweiten erstgenannte Maß gibt den Tragstababstand an. Bei Fußrosten liegt die Längsmasche meist parallel zur langen Rostseite. Gegen Einbruch, Verrut-

Gitterroste Das Konstruktionsprinzip von Gitterrosten beruht auf sich abwechselnden Trag- und Füllstäben. Abgetragen wird nur in Tragstabrichtung zwischen den Auflagern (Stützweite = von Mitte zu Mitte), die Tragstäbe tragen die Belastung. Füllstäbe werden mit den Tragstäben verpresst oder verschweißt. Sie verteilen die Last und geben Stabilität. Die Randeinfassung umschließt die Stabkonstruktion. Gitterroste gibt es in Stahl, Edelstahl und Aluminium.

Schallschutz

Klimaschutz

Beton

•

Gipskarton

•

Sperrholz

•

Holzfaserplatte

•

Spanplatte

Mineralwolle

•

Mineralfaser

•

Schaumstoff

•

Perlite

•

schen oder Klappern der Roste gibt es verschiedene Befestigungselemente (z. B. Hakenschrauben, Doppelklemmen). Passende Scharniere erlauben das Aufklappen der Roste. Schweißpressroste (SP) entstehen, indem verdrillter Vierkantstahl als Füllstab auf ungeschlitzte Flachstähle im Schweißpressverfahren eingepresst wird. Jeder Knotenpunkt wird verschweißt, so dass besonders homogene und verwindungssteife Roste entstehen. Sie sind nicht nur tragfähiger als einfache Pressroste, sondern erlauben auch das Ausschneiden von Öffnungen. Haben Trag- und Füllstäbe die gleiche Höhe, werden sie als Vollroste (VR) bezeichnet. Sie haben eine geringere Tragwirkung und dienen als Geländerfüllung, Deckenabhängung oder Sonnenschutz. Wenn Durchsicht nicht erwünscht ist, kommen Jalousienroste mit angewinkelten Füllstäben zum Einsatz, etwa bei Brücken, Laufstegen, Entlüftungsgittern, Balkonabdeckungen, Sonnenschutzgittern und Fassadenverkleidungen. Hier werden in den Tragstab Füllstäbe im Winkel von 45 oder 30 Grad eingelegt und verschweißt. Beim Jalousie-Vollrost (VR) hingegen werden Trag- und Füllstäbe nur zusammengepresst, die Winkel der Füllstäbe sind somit frei wählbar. Schweißpunkte stören dann das optische Erscheinungsbild nicht mehr.

23 verschiedene Gitterrosttypen, verzinkt 24 Jalousie-Vollrost 25 Materialkombinationen und ihre Funktionen im Verbund 26 Schema Schweißpressrost 1 Randstab 2 Füllstab (Vierkantstahl) verdrillt 3 Tragstab

Ausgeführte Stahlbauten

Wohnhaus in Oldenburg LIN Finn Geipel, Giulia Andi, Berlin/ Paris

Spannbandbrücke in der Via Mala Schlucht Conzett, Bronzini, Gartmann Ingenieure, Chur

Dachaufbau in Stuttgart Hartwig N. Schneider Architekten, Stuttgart

Wohnhaus mit Praxisräumen in Saulgau Ingo Bucher-Beholz, Gaienhofen

Mensa und Casino in Dresden Auer + Weber + Partner, Stuttgart

Umnutzung Tiefstollenhalle in Peißenberg Reichel Architekten, Kassel Müller-Hamann Architektin, München

100

Wohnhaus in Dornbirn Oskar Leo Kaufmann, Albert Rüf, Dornbirn

102

Dokumentationshaus Hinzert Wandel Hoefer Lorch + Hirsch, Saarbrücken, Frankfurt

Umnutzung Tiefstollenhalle in Peißenberg

Architekt: Tragwerksplaner: Baujahr:

Reichel Architekten, Kassel Müller-Hamann Architektin, München Ingenieurbüro Handel, Weilheim 2003 – 2004

Die ehemaligen denkmalgeschützten Bergwerkshallen (1874/75) sind saniert und als Bürgerhaus mit Theatersaal und Bergbaumuseum umgenutzt. Neben der sorgfältigen Instandsetzung des Vorhandenen zeigt sich der Umbau als neuer eigenständiger Teil der Maßnahme. Die alten Maschinenhallen bestehen aus 40 cm starkem Ziegelmauerwerk und Stahlbetonwänden im Untergeschoss. Das Dach wird von genieteten Fachwerkträgern mit einer Spannweite von etwa 14,5 m und einer Trägerhöhe von ca. 3,0 m getragen. Da das Tragwerk mit heutigen Normen nicht nachgewiesen

werden konnte, musste es ertüchtigt und über eine Einzelzulassung genehmigt werden. Die Verstärkung erfolgte mit kaum sichtbaren, kraftschlüssig eingefügten Bindeblechen zwischen den einzelnen Druckgliedern der Fachwerkstäbe. Die neuen Galerieebenen bestehen in allen Hallen aus orthogonal gerichteten Doppel-T-Trägern, Stützen und Trägern aus gleich starken Stahlprofilen mit einem Achsabstand von ca. 3,50 m. Als Zwischendecken dienen abgeriebene 16 cm starke Ortbetonplatten. Die Aussteifung der Stahlstruktur erfolgt über die biegesteif ausgebildeten Rahmenecken.

a A aa Grundriss, Schnitt Maßstab 1: 750

Ausgeführte Stahlbauten Umnutzung Tiefstollenhalle in Peißenberg

Vertikalschnitt Maßstab 1:20 1 Dachkonstruktion: Wellplatten Eternit 10 mm Lattung 40/60 mm Konterlattung 30/50 mm Unterspannbahn Luftschicht 40 mm Wärmedämmung, Mineralfaser 160 mm Dampfsperre Schalung, Untersicht lasiert 24 mm 2 Stahlprofil HEA 140 3 historischer Fachwerkträger bestehend aus 2 ≈ ∑100/65 mm 4 Stahlprofil HEB 160 5 Geländer Flachstähle 30/8 mm, Grundbeschichtung Zinkphosphat Deckbeschichtung Eisenglimmer anthrazit 6 Imprägnierung transparent 2-fach Stahlbeton 160 mm mit Brettern 10/20 geschalt 7 Mauerwerk Bestand 250 mm 8 Imprägnierung transparent 2-fach Heizestrich bewehrt 72 mm Trittschalldämmung 35 mm Wärmedämmung 50 mm PE-Folie Stahlbeton 150 mm Magerbeton 50 mm 9 Polycarbonatplatte, hinterleuchtet

A 99

Anhang

Verein Deutscher Eisenhüttenleute (VDEh) Informationszentrum und Bücherei Sohnstr. 65 40237 Düsseldorf Tel.: +49 211 914270 Fax: +49 211 672034 reinhard.winkelgrund@stahl-info.de www.vdeh.de Österreichischer Stahlbauverband (ÖSTV) Wiedner Hauptstraße 63 A–1045 Wien Tel.: +43 1 5039474 Fax: +43 1 5039474227 stahlbau@fmmi.at www.stahlbauverband.at

Herstellerverzeichnis (Auswahl) Arcelor Gruppe Subbelrather Straße 13 50672 Köln Tel.: +49 221 5729256 Fax: +49 221 5729285 www.arcelor.com Corus Bausysteme GmbH (ehem. Kalzip) August-Horch-Str. 20 – 22 56070 Koblenz Tel.: +49 261 98340 Fax: +49 261 9834100 kalzip@corusgroup.com www.corusgroup.com AG der Dillinger Hüttenwerke Werkstr. 1 66763 Dillingen/Saar Tel.: +49 6831 470 Fax: +49 6831 472212 info@dillinger.biz www.dillinger.de Bauglasindustrie GmbH Hüttenstraße 33 66839 Schmelz/Saar Tel.: +49 6887 30322 Fax: +49 6887 30345 www.pilkington.de Donges Stahlbau GmbH Mainzer Straße 55 Postfach 10 04 51 64204 Darmstadt Tel.: +49 6151 8890 Fax.: +49 6151 889219 www.donges.de Hoesch Hohenlimburg GmbH 58117 Hagen Tel.: +49 2334 910 Fax: +49 2334 913369 info.hoesch-hohenlimburg@ thyssenkrupp.com www.hoesch-hohenlimburg.de Helling & Neuhaus GmbH & CO. KG Geschaftsbereich Gitterroste Gottlieb-Daimler-Str. 2 33334 Gütersloh Tel.: +49 5241 6040 Fax. +49 5241 60440 gitterroste@seppeler.de www.gitterroste.de

Stahlröhrenwerk CH– 9463 Oberriet SG Tel.: +41 71 7639111 Fax: +41 71 7612270 info@jansen.com www.jansen.com Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH Ehinger Straße 200 47259 Duisburg-Huckingen Tel.: +49 203 99901 Fax: +49 203 9994411 post@hkm.de www.hkm.de Stahlbau Lamparter Leipziger Str. 12–18 34260 Kaufungen Tel.: +49 561 951200 Fax: +49 561 9512088 info@stahlbau-lamparter.de www.stahlbau-lamparter.de Opticor Systemberatung (Korrosionsschutz) Sohnstraße 70 40237 Düsseldorf Tel.: +49 211 69076529 Fax: +49 211 689599 info@opticor.de www.opticor.de Peikko GmbH Brinker Weg 15 34513 Waldeck Tel.: +49 5634 1231 Fax: +49 5634 7572 www.peikko.de Pfeifer Seil- und Hebetechnik GmbH Dr.-Karl-Lenz-Straße 66 87700 Memmingen Tel.: +49 8331 9370 Fax: +49 8331 937294 presse@pfeifer.de www.pfeifer.de Pilkington Holding GmbH Alfredstraße 236 45133 Essen Tel.: +49 201 1254 Fax: +49 201 1255025 www.pilkington.de Salzgitter AG Eisenhüttenstraße 99 38239 Salzgitter Tel.: +49 5341 2101 Fax: +49 5341 212727 info@szmh-group.com www.salzgitter-ag.de Schöck Bauteile GmbH Vimbucher Straße 2 76534 Baden-Baden Tel.: +49 722 39670 Fax: +49 722 3967450 schoeck@schoeck.de www.schoeck.de ThyssenKrupp Hoesch Bausysteme GmbH Hammerstraße 11 57223 Kreuztal Tel.: +49 2732 5991599 www.tks-bau.com ThyssenKrupp Stahl AG

Jansen AG

110

Kaiser-Wilhelm-Straße 100 47166 Duisburg Tel.: +49 203 521 Fax: +49 203 5225102 www.thyssenkrupp-stahl.com Vallourec & Mannesmann Tubes 130, rue de Silly F– 92100 Boulogne Tel.: +33 1 49093919 Fax: +33 1 49093990 www.vmtubes.com

Literatur (Auswahl) Grundlagen für das Entwerfen und Konstruieren, Kurt Ackermann, Karl Krämer Verlag, Stuttgart 1983 Tragsysteme, Heino Engel, Deutsche Verlags Anstalt GmbH, Stuttgart 2006 Stahlbau im Detail, Grimm, WEKA Baufachverlage GmbH, Augsburg 1994 Stahlbau-Brandschutz-Handbuch, Hass, Meyer-Ottens, Richter, Ernst & Sohn Verlag, Berlin 1994 Der Entwurf von Tragwerken, Führer, Ingendaaij, Stein, Verlag Rudolf Müller, Köln 1995 Stahlbau, Petersen, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden 1993 Stahlbauatlas, Schulitz, Sobek, Habermann, Institut für internationale Architekturdokumentation, München 1999 Stahlbau Handbuch, Band 1 + 2, Verlag Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH, Köln 2002 Stahl im Hochbau, Anwenderhandbuch, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf 1969 Typisierte Anschlüsse im Stahlhochbau, Band 1 + 2, Deutscher Stahlbau-Verband DSTV, Stahlbau-Verlagsgesellschaft mbH Ausführung von Stahlbauten, Erläuterungen zu DIN 18800-7, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2005 Stahlbau-Profile, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf 2004 Stahlbau Kalender, jährliches Erscheinen, Ernst & Sohn Verlag, Berlin DIN Taschenbücher Nr. 10, 140, 193 Mechanische Verbindungsmittel, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2001/2006/2005 DIN Taschenbuch Nr. 69, Stahlhochbau, Beuth Verlag GmbH, Berlin 2005 Stahlbau Teil I+II, Thiele, Lohse, Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1997/2000

Anhang

Sachregister 69 80 76 26 10 14, 29 71 31 23, 72 22, 54

Abkanten Abrostungszuschläge Abspannseile Aluminiumlamellen Anpralllasten Attika Aufbeton Auflager Außenwand, nichttragend Aussteifung

Band (Blech) 68 Bauphysik 72 Baustähle 32, 105 Baustellenschweißstöße 43 Bautoleranzen 12, 13, 14, 43 Befeuchtungsdauer 79 Beschichtungssysteme 81, 82, 83 Betonrippendecke 24 Biegesteifigkeit 40 Biegung 36 Blechkonstruktionen, geschweißte 69 Bleche 69, 70 Bogen 39 Brandschutz 16, 49, 84 68 79

Coil COR-TEN-Stahl

21, 92 85 85 38 57 74, 75, 76 83 61

Dachaufbau Dämmkonzept Dampfbremse Deckenscheiben Dehnfugenanschluss Draht Duplex-Systeme Durchlaufträger Edelstahl Eisen Elastizitätsmodul Entwässerungsrinne Fachwerkrost Fachwerkträger Fachwerkträger, außenliegend Falten Feinbleche Feuerverzinken Flacherzeugnisse Flachstahl Fließen Formenausschuss für Eisen Fugenabstände Fußroste

32, 79, 80, 107 32, 79 33 26 63 35, 51, 59, 60 58 71 69, 71 82 65, 68 67, 68 33 65 71 73

Gabelkopf Gebrauchstauglichkeitsnachweis Geflechte Gewebe Gewi-Stähle Gitterrost Grobbleche Gussknoten

77 34 75 75 12 73 69 62

Halbzeug Halbzeuge aus Stahl Hochofen Hohlprofile

65 65 32 67, 68, 79

Industriebaurichtlinie Industrieverglasung Installationsschicht

9 16 29

Jalousie-Vollrost (VR)

Kaltprofile 69 Kammerbeton 24, 56 Kassetten 28, 72 Knicken 35, 71 Kohlenstoff 32 Komposite 73 Konstruktionen, hinterlüftet 72 Konstruktionen, unbelüftet 72 Kontaktkorrosion 79 Kopfbolzendübel 16 Körperschall 85 Korrosion 59, 68, 76, 77, 79, 80, 81, 83, 107 Kräftesystem 31 Kraftfluss 31, 35, 51 Kranbahnen 10 Landesbauordnungen 84 Längenänderung, temperaturbedingte 71 Langerzeugnisse 65 Lichtkuppeln 16 Litzen 75, 76 Lochbleche 70 Mantelflächen Metallische Gewebe Montage Montagestöße Muttern

65 75 43 41, 53, 61 74

Nebenttägersystem, abgehängt Nieten

58 46, 74, 79

Pendelstütze Pfosten-Riegel-Konstruktion Polenceau-Träger Pressschweißverfahren Primärtragwerk Profilbaugläser Profilbleche Profilfaktor U/A Rahmen Rauchmelder Raumfachwerk Reißlänge Riffelblech Ringbalken Rostschicht R-Träger RWA-Anlagen

26 27 51 81 10, 22 16 71 65 12, 22, 38, 53 29 42 33 69 22, 24 79 51 16

Sandwichpaneele 11, 15, 72 Sauerstoff 79 Schallabsorption 28 Schallschutz 85 Schalung, verlorene 24 Schiebeläden 29 Schmelzschweißverfahren 81 Schrauben 46, 72, 74, 79 Schweißen 47, 68, 79 Schweißprofile 69 Schweißträger 36, 69 Seile 54, 75, 76, 77 Sekundärtragwerk 10 Skelettbau 31 Sonnenschutz 26, 29 Spannungs-Dehnungsdiagramm 33 Stabilitätsversagen 35 Stabwerk 36 Stahl 32

Stahl, gezogener Stahl, nichtrostend Stahlbetonverbunddecke Stahlblech Stahldraht Stähle, wetterfest Stahlkassette Stahlpreis Stahlprofile Stahltrapezdecken Stahltrapezprofile Stanzen Steckfalze Steifen Steifigkeit Streckgitter Streckgrenze Structural Glazing Stützen Stützenfuß Tauchbad Tore Träger Trägerrost Trägersystem mit eingehängten, einfeldrigen Nebenträgern Tragfähigkeitsnachweis Traggerüst Tragkonstruktion Tragwerk Tragwerk, außenliegend Tragwerksentwurf Tränenblech Trapezblech Trennung, thermische Verbände Verbindung Stütze – Träger Verbundstützen Verformungen Verglasung Verhalten, plastisches Verzinkung Verzinkung, galvanische Vierendeelträger Vorhangfassade

68 80 13, 16 69, 70 74 79 28 65 65, 66 16 22, 71 70 72 36 72 74 33, 84 14, 27 35, 48 12, 13, 52 83 18, 19 50, 51 62 60 34 10 22 10, 31 59 31 69 22, 71 14, 25, 72 38, 54 53 49 37 14, 27 33 82, 83 82 50, 56 14, 27

Walzen 68, 69 Warmdach 25 Wärmebrücken 71, 72, 85 Wärmedämmelement (für Stahlträger) 25 Wärmeschutz 85 Warmformgebungsverfahren 65 Wasser 79 Wellprofile 71 Werksnormen der Hüttenwerke 65 Wetterhaut 23 Windsogkräfte 71 Ziehen Zinkstaubfarben Zugfestigkeit Zugstabsysteme Zulassungen, bauaufsichtliche

69 81 33 54, 77 73

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