Was sind Stahlkonstruktionen?

Unser heutiger Beitrag betrifft das Thema Stahlkonstruktionen. Wir erzählen, möglichst kompakt und informierend zugleich, über die wichtigsten Aspekte der Stahlindustrie, indem wir zuerst den Begriff an sich definieren und dann zu Einzelheiten übergehen. So erfahren Sie z.B. von unterschiedlichen Arten von Stahlkonstruktionen sowie deren Verwendung auf dem heutigen (Bau)Markt. Der Artikel wendet sich sowohl an Einsteiger, die sich für dieses Thema rein theoretisch interessieren, als auch an diejenigen Menschen, die es vielmehr professionell betrachten und vielleicht am An- oder Verkauf von Stahlgerüsten interessiert sind.

Was ist eine Stahlkonstruktion?

Einfach gefragt: Was ist eine Stahlkonstruktion? – einfach geantwortet: Stahlkonstruktionen sind Gerüste, die aus Stahl verschiedener Qualität und Beschaffenheit bestehen. Dabei geht es unter anderem darum, dass Stahl in diversen Zuständen existieren kann, sodass dessen Benutzung, je nach dem Industrie- bzw. Wirtschaftszweig situationsbedingt variiert.
Aufgrund der hohen Festigkeit gegenüber jeglichen bedrohenden Außenwirkungen gelten Stahlkonstruktionen im Betrieb als besonders zuverlässig. Solide und resistent, haben sie dabei eine vergleichsweise geringe Masse, was einen positiven Einfluss auf deren Lieferung und Montage hat. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine Vielfalt konstruktiver Formen sowie allgemeine architektonische Ausdruckskraft aus.

Die Anfänge der Stahlverwendung im Bauwesen gehen auf die 80er Jahre des 19. Jh. zurück. Damals hat man die grundlegenden industriellen Methoden zur Herstellung von Stahl bzw. Gusseisen entwickelt und im Laufe folgender Jahrzehnte beherrscht. Die drei bekanntesten Massenstahlverfahren sind nach den Namen ihrer Erfinder genannt und heißen:

  • bodenblasendes Bessemer-Verfahren (1850er);
  • windfrischendes Thomas- Verfahren (1878), d.
  • alternatives herdfrischendes Siemens-Martin-Verfahren (1864), das sich weltweit durchsetzte und bis in die erste Hälfte des vorigen Jh. am populärsten war.

Das ABC der Stahlerzeugung besteht darauf, eine innerlich und oberflächlich reine Eisenlegierung aus Eisenherz und Roheisen. Die entstandene Legierung hat einen bestimmten Gehalt an Kohlenstoff, den man eben als Stahl bezeichnet. Bis zum Ende des 19. Jh. hat man in ganz Europa Großgebäude und Ingenieurbauwerke errichtet, deren Hauptkonstruktionen aus Stahl bestanden, z.B. der Eifelturm in Paris oder die berühmte Stahlbrücke in Brooklyn (Brooklyn Bridge).

Stahlkonstruktionen

Stahlkonstruktion Halle als Beispiel von Stahlverwendung im Baubetrieb

Nehmen wir als Beispiel einer Stahlkonstruktion Halle. Diese Art von massiven Großbauwerken ist verschiedenen inneren wie äußeren Belastungen und Gefährdungen besonders ausgesetzt. Deshalb errichtet man Sport-, Konferenz- oder Messehallen heutzutage eben aus Stahl. Die entscheidenden Faktoren sind dabei:

  • stilvolle Ästhetik der Ausführung;
  • Rahmenstabilität;
  • solide Haltbarkeit der Oberfläche.

Die einzelnen technischen Parameter verschiedener Stahlelemente, die man bei Hallenerrichtung anwendet, unterscheiden sich voneinander je nach der Funktionalität des jeweiligen Gebäudes. Am häufigsten verwendet man dafür vorgefertigte Paneele, die weder zusätzliche Elemente noch extra Isolierung erfordern, was die Bauzeit wesentlich verkürzen kann. Dies ist eine perfekte Lösung für Lagerhallen, Industrieräumen, Garagen oder Versorgungseinrichtungen. Eine andere, preisgünstigere Möglichkeit ist Profilblech, das man beim Bau von Lagern, Rümpfen, Hangars und Garagen erfolgreich einsetzt. Die Auswahl an Modellen, je nach Profil und Farbe, ist sehr breit.

Hauptvorteile einer Stahlbaukonstruktion im Überblick

Eine Stahlbau Konstruktion kam anstelle von Häusern und Bauwerken aus Beton, ähnlich wie vorher die Betonbauten die meisten Holzhäuser ersetzten. Die wichtigsten Vorteile von Stahlkonstruktionen, verglichen mit anderen Baumaterialien, lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:

  • solide Zuverlässigkeit;
  • geringes Gewicht;
  • Undurchdringlichkeit;
  • Einfache Reparatur und Rekonstruktion.

Darüber hinaus weisen Stahlkonstruktionen eine gute Duktilität, d.h. ein hohes plastisches Verformungsvermögen unter starker Belastung, sowie eine ausgezeichnete seismische und winddichte Leistung auf. Dies verbessert die Sicherheit des Gebäudes oder Bauwerks im großen Maße. Eine besondere Rolle spielen solche Charakteristika in den Regionen, die von Erdbeben und Taifunen gefährdet sind. Dank einer starken Stahlbaukonstruktion kann man nämlich den Gebäudeeinsturz verhindern.

Stahlbaukonstruktion

Arten und Klassifizierung von Stahlbaukonstruktionen

Man teilt Stahlbaukonstruktionen nach unterschiedlichen Kriterien in mehrere Gruppen und Arten ein. Ausschlaggebend können dabei die Betriebsbedingungen oder diejenigen Branchen, wo man das konkrete Stahlgerüst benutzt, sein. Eine der möglichen Einteilungen sieht wie folgt aus:

  • Gruppe A: geschweißte Konstruktionen bzw. deren Elemente, die unter besonders schwierigen Umständen betrieben werden. Dazu zählen unter anderem solche Stahlbaukonstruktionen, die plastische Verformungen einschränken sollen und dynamischen Vibrationslasten ausgesetzt sind. Also beispielsweise Transportmittel, Kranträger, Spezialstütze, Wände, Bunkerbalken usw.
  • Gruppe B: Schweißkonstruktionen oder Elemente davon, deren Betrieb unter statischer Belastung und Zugspannungen erfolgt. Hinzu gehören Stahlfachwerke (z.B. Sporthallen), Dach- und Bodenbalken, Treppenwangen, Stützen von Transportgalerien usw.
  • Gruppe C: die unter statischer druckorientierter Belastung verwendenden Stahlstrukturen oder ihre Elemente. Das sind vor allem Säulen, Grundplatten, technologische Ausrüstung, Halterungen und Befestigungskonstruktionen sowie einige Konstruktionen aus der Gruppe B, allerdings ohne Schweißverbindungen.
  • Gruppe D: verschiedene Hilfskonstruktionen von Gebäuden und Bauwerken.

Warum ist bei einer Rahmenkonstruktion Stahl so bedeutend?

Portalgebäude mit Stahlrahmen bilden heutzutage das am meisten verbreitete Tragwerk. Der Grund, warum eine Rahmenkonstruktion Stahl besonders gut verträgt, ist leicht erklärt: Leichtigkeit + Sicherheit = eine ideale Lösung für Lagerhallen, Werkstätte, Garagen und Schuppen aus Stahl. Der stählerne Rahmen ist ein Leichtbausystem. Es handelt sich dabei um einen massiven Steg- oder Gitterportalrahmen, der die Haupttragfunktion ausführt und aus geschweißtem und warmgewalzten H-förmigen oder kaltgeformtem dünnwandigem C- oder Z-förmigem Stahl besteht. Letzteres verwendet man als Latten und Wandpfetten, wobei Wellbleche für Dächer und Wände eingesetzt werden. Folgende Materialien benutzt man zu wärmespeichernden- und dämmenden Zwecken:

  • Polystyrol;
  • Steinwolle;
  • Mineralwolle;
  • Glaswolle;
  • Polyurethan-Hartschaum.

Vergleicht man einen Stahlrahmen beispielsweise mit einem Rahmen aus Beton, so bietet der Erstere solche Vorteile, wie etwa leichtes Gewicht, wesentlich höhere Steif- und Festigkeit, eine flexible und praktische Struktur.

Stahlstützen, Dachträger und diverse Befestigungssysteme bilden das tragende Hauptgerüst des Portalgebäudes, den sog. „Hauptrahmen“. Dachlatten und Wandbalken stützen nicht nur das Dach und die Wände, sondern bieten auch einen seitlichen Halt für die Tragbalken- und Säulen, welche, sozusagen, den sekundären Rahmen bilden. Die Dach- und Wandpaneele dienen somit zur Umhüllung und Einfassung der gesamten Struktur und erhöhen die allgemeine Festigkeit derartiger Stahlkonstruktionen.