Stahlleichtbauträger für kurze bis mittlere Spannweiten bei Dachtragwerken. Entwicklungsgeschichte und Übersicht zu konfektionierten Tragwerkselementen


Studienarbeit, 2019

138 Seiten, Note: 1,0


Leseprobe


Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Problemstellung und Ziel der Studienarbeit
1.2. Gang der Untersuchung

2. Allgemeines zum Stahlleicht- und zum Stahlrohrbau
2.1. Entstehung und historische Entwicklung
2.2. Einsatzmöglichkeiten bzw. Anwendungsbereiche
2.3. Vor- und Nachteile von Stahlleichtbaukonstruktionen
2.3.1. Vorteile
2.3.2. Nachteile
2.3.3. Zwischenfazit und abschließender Vergleich
2.4. Bewertungskriterien für den Stahlleichtbau

3. Stahlbaubestimmungen
3.1. Relevante DIN-Normen für den Stahl, Stahlleicht- und Stahlrohrbau
3.1.1. Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau DIN 1050
3.1.2. Vorschriften für geschweißte Stahlhochbauten DIN 4100
3.1.3. Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115
3.2. Zusammenfassung der Merkmale des Stahlleicht- und Stahlrohrbaus

4. Stahldächer
4.1. Grundbegriffe des Daches
4.2. Dachformen
4.3. Allgemeiner Dachaufbau
4.4. Dachkonstruktionen
4.5. Binderarten und Räumliche Tragwerke
4.5.1. Dreieckbinder für Satteldächer
4.5.2. Balkenbinder für Satteldächer
4.5.3. Dreieck- und Balkenbinder für Pultdächer
4.5.4. Räumliche Tragwerke
4.6. Profilarten
4.7. Konstruktionsgrundlagen
4.8. Korrosionsschutz

5. Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau-Systeme
5.1. Dachbinder
5.1.1. Jucho-Leichtbaubinder aus Bandstahlprofilen
5.1.2. Dachsparren-Binder veränderlicher Stützweite der Fa. Jucho
5.1.3. Leichtbau-Rahmenbinder aus Bandstahlprofilen
5.1.4. R-Träger aus T-Gurten mit Rundstahlaussteifung
5.1.5. Binder des Wuppermann Systems
5.1.6. Stran-Steel-System
5.1.7. Metsec-Binder
5.1.8. Typendachbinder der Deutschen Röhrenwerke aus geschweißten Stahlrohren
5.1.9. Stall-Typenbinder aus geschweißten Stahlrohren
5.1.10. Doppelwandiger Leichtbaubinder
5.1.11. Polonceau-Binder
5.1.12. Typisierte Konstruktion einer LKW-Garage
5.1.13. Filigran-Binder
5.1.14. Fachwerkbinder nach dem Mannesmann-System
5.1.15. Geschweißte Rundstahlkonstruktionen der Mannesmannröhren-Werke AG
5.2. Räumliche Tragwerke und Skelettkonstruktionen
5.2.1. Tezet-Fertighalle der Fa. Wuppermann
5.2.2. Unistrut-System
5.2.3. Kipszer-Tragwerk
5.2.4. Dolesta-Rahmenbinder
5.2.5. Metsec-Technique-Halle
5.3. Dachdecken
5.3.1. LKT-Decke
5.3.2. Fenestra-Dachplatte Typ Holorib-Decke
5.3.3. Mahon-Dachplatte
5.3.4. Tektal-Dach der Hoesch AG
5.3.5. Stahl-Gips-Dachplatte
5.4. Träger mit Aussparungen
5.5. Sonderkonstruktionen und Sonderlösungen
5.5.1. Leichtbauträger des Herstellers Alexander Siegel
5.5.2. Punktgeschweißter Hohlträger mit X-Querschnitt - Hrst. Alexander Siegel
5.5.3. Kaltprofile mit gelochten Wänden (Dexion-Profile)
5.5.4. X-Träger der Fa. Filigranbau
5.5.5. Dolesta Verbunddachsparren
5.5.6. Einwinkelfachwerk (M.E. Binder)
5.6. Zwischenfazit

6. Mögliche Gründe für eine geringe Durchsetzung des Stahlleichtbaus

7. Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Internet Verzeichnis

Patentverzeichnis

Anhang

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Leichtträgervergleiche @ und @

Abbildung 2: Leichtbaukennzahlen schlanker Hohlstäbe

Abbildung 3: Benennung der Dachteile

Abbildung 4: Dachformen

Abbildung 5: Allgemeiner Dachaufbau

Abbildung 6: Konstruktionsarten von Dächern im Überblick

Abbildung 7: Dreieckbinder für Satteldächer

Abbildung 8: Balkenbinder für Satteldächer

Abbildung 9: Dreieck- und Balkenbinder für Pultdächer

Abbildung 10: Räumliche Tragwerke

Abbildung 11: Mögliche Einfache Profile

Abbildung 12: Mögliche Zusammengesetzte Profile

Abbildung 13: Zusammenstellung der Korrosionsgeschwindigkeiten

Abbildung 14: Vergleich der Korrosionsbeständigkeit

Abbildung 15: Jucho-Leichtbaubinder, aus Bandstahlprofilen

Abbildung 16: Jucho-Leichtbaubinder im Detail mit 10 Meter Spannweite

Abbildung 17: Jucho-Leichtbaubinder im Detail mit 12,5 Meter Spannweite

Abbildung 18: Sparrenbinder aus Normalprofilen, zirkelartig verstellbar

Abbildung 19: Dachsparren-Binder veränderlicher Stützweite - Ansicht

Abbildung 20: Dachsparren-Binder veränderlicher Stützweite - Detail

Abbildung 21: Dachsparren-Binder veränderlicher Stützweite - Abmessungen

Abbildung 22: Eiserne Dachlattung - Detail

Abbildung 23: Dachsparren-Binder veränderlicher Stützweite - fertiger Dachstuhl

Abbildung 24: Leichtbau-Rahmenbinder, aus Bandstahlprofilen

Abbildung 25: Leichtbau-Rahmenbinder - Gesamtansicht und Obergurtschnitt

Abbildung 26: Hallendachbinder mit Pfetten aus R-Trägern

Abbildung 27: Hallendachbinder aus R-Trägern

Abbildung 28: R-Träger im Detail mit Bimsbetoneindeckung

Abbildung 29: Varianten des R-Trägers

Abbildung 30: R-Träger, aus T-Gurten mit Rundstahlaussteifung

Abbildung 31: R-Träger Auflager und First - Detail

Abbildung 32: Binder des Wuppermann-Systems

Abbildung 33: Profile des Stran-Steel-Systems

Abbildung 34: Beispiele von Stran-Steel-Bindern

Abbildung 35: Traufknoten eines Stran-Steel-Binders

Abbildung 36: Firstknoten eines Stran-Steel-Binders

Abbildung 37: Auflagerknoten eines Sattelbinders aus C 52 Profilen

Abbildung 38: Metsec-Binder - Auflagerteil und Gurtquerschnitt

Abbildung 39: Dachbinder aus geschweißten Stahlrohren

Abbildung 40: Dachbinder aus geschweißten Stahlrohren - Querschnitt Traufe

Abbildung 41: Dachbinder aus geschweißten Stahlrohren - Querschnitt First

Abbildung 42: Stall-Typenbinder, aus geschweißten Stahlrohren

Abbildung 43: Stall-Typenbinder - Auflager und Knoten

Abbildung 44: Stall-Typenbinder als offene Feldscheune mit seitlichem Anbau

Abbildung 45: Stall-Typenbinder als offene Feldscheune

Abbildung 46: Doppelwandiger Leichtbaubinder

Abbildung 47: Konstruktionsprinzip Polonceau-Binder

Abbildung 48: exemplarischer Polonceau-Binder I

Abbildung 49: exemplarischer Polonceau-Binder II

Abbildung 50: Ansicht eines Polonceau-Binders

Abbildung 51: Typisierte Konstruktion einer LKW-Garage

Abbildung 52: Typisierte Konstruktion einer LKW-Garage - Profile

Abbildung 53: Filigran-Binder

Abbildung 54: Filigran-Binder - Dach Fachwerknetz und Binderausschnitt

Abbildung 55: Typisierte Dachbinder nach dem Mannesmann-System

Abbildung 56: Querschnitt eines Mannesmann-Binders mit 20 m Stützweite

Abbildung 57: Dachquerschnitt eines Mannesmann-Binders

Abbildung 58: Normaler Dachstuhl mit Zugband in der Decke

Abbildung 59: Mansarddachstuhl mit Zugband in der Kehlbalkendecke

Abbildung 60: Weitere Exemplarische Dachkonstruktion I

Abbildung 61: Binderauflagerung

Abbildung 62: Dachkonstruktion eines Krankenhauses

Abbildung 63: Dachkonstruktion mit einer Abwalmung - Außenansicht

Abbildung 64: Weitere Exemplarische Dachkonstruktion

Abbildung 65: Wuppermann-Tezet-Tonnendach

Abbildung 66: Wuppermann-Tezet-Tonnendach - Frontansicht und Seitenansicht

Abbildung 67: Wuppermann-Tezet-Tonnendach - Knoten

Abbildung 68: Wuppermann-Tezet-Tonnendach - Aufbau

Abbildung 69: Unistrut-System - Überdachung einer Schule in den USA

Abbildung 70: Unistrut-System - Ansicht a) sowie Einzelheiten b) und c)

Abbildung 71: Kipszer-Tragwerk im Aufbau

Abbildung 72: Kipszer-Tragwerk - Knoten

Abbildung 73: Dolesta-Binder - Übersicht des Zweigelenkrahmens

Abbildung 74: Dolesta-Binder - Querschnitt und Knotenpunktgestaltung

Abbildung 75: Dolesta-Binder - Patentzeichnung

Abbildung 76: Dolesta-Binder - Riegelteil

Abbildung 77: Konstruktives System einer Metsec-Technique-Halle

Abbildung 78: Querschnitt der Metsec-Technique Bauteile

Abbildung 79: Querschnitt der LKT-Decke 79 Abbildung 80: Fenestra-Dachplatte Typ Holorib-Decke - Querschnitt 80 Abbildung 81: Ausschnitt aus dem Produktkatalog des Holorib Steel Roof Decks

Abbildung 82: Verschweißung des Holorib Steel Roof Decks 81 Abbildung 83: Fenestra-Dachplatte Typ Holorib-Decke - Rohrbefestigung 81 Abbildung 84: Mahon-Dachplatte - Querschnitt

Abbildung 85: Mahon-Dachplatte - Schichtenaufbau

Abbildung 86: Tektal-Dach der Hoesch AG - Querschnitt 84 Abbildung 87: Stahl-Gips-Dachplatte - Querschnitt

Abbildung 88: Im Steg zickzackförmig aufgetrennter Träger

Abbildung 89: Beispiele für Träger mit Aussparungen

Abbildung 90: Träger mit Aussparungen im eingebauten Zustand

Abbildung 91: Leichtbauträger - Querschnitt 88 Abbildung 92: Leichtbauträger - Dachziegel- und Dachplattenbefestigung 89 Abbildung 93: Punktgeschweißter Hohlträger mit X-Querschnitt

Abbildung 94: Gelochte Dexion-Profile mit beispielhafter Anordnung der Löcher 91 Abbildung 95: Binder einer Lagerüberdachung aus Dexion-Profilen 91 Abbildung 96: X-Träger - Querschnitte und Seitenansicht

Abbildung 97: Anwendungsmöglichkeiten des X-Trägers

Abbildung 98: Dolesta Verbunddachsparren - Querschnitt

Abbildung 99: Einwinkelfachwerk - Querschnitt 95 Abbildung 100: Einwinkelfachwerk - Innenknoten im Obergurt

Abbildung 101: Erzeugerpreis wichtiger Waren

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Abschließender Vergleich der Vor- und Nachteile

Tabelle 2: Vorschriften für Stahlleichtbauteile nach DIN 4115

Tabelle 3: Unterschiede Stahlleicht- bzw. Stahlrohrbau und herkömmlicher Stahlbau 18 Tabelle 4: Korrosionsgeschwindigkeit unter bestimmten Angriffsatmosphären

Tabelle 5: Ausschnitt - Anzahl Arbeitsstätten und die darin beschäftigten Personen

Tabelle 6: Ausschnitt - Erzeugerpreis wichtiger Waren,

1. Einleitung

1.1. Problemstellung und Ziel der Studienarbeit

„Der technische Fortschritt im Bauwesen ist durch Verringerung des Gewichtes der Baukonstruktion sowie ihrer Fertigungs- und Montagekosten bei Erhaltung oder gar Erhöhung ihrer Tragfähigkeit und ihres Nutzwertes gekennzeichnet. [-]“1

Um den technischen Fortschritt im Bauwesen voranzutreiben wurde bereits im frühen 20. Jahrhundert versucht, den herkömmlichen Stahlbau wirtschaftlicher bzw. effizienter zu machen. In den Anfängen des noch nicht existierenden bzw. definierten „Stahlleichtbaus“ wurden dünnwandige Bauteile zu vorteilhaften Profilen geformt.

Dafür wurden die Ideen aus dem Flugzeug-, Schiffs-, Waggon- und Kraftwagenbau auf Bauteile übertragen. Diese neuen Konstruktionen wurden immer weiterentwickelt, sodass mit der Zeit der Begriff des Stahlleichtbaus entstand, entsprechende DIN-Normen entwick­elt wurden und die verschiedensten Stahlleichtbau bzw. Stahlrohrbau-Systeme auf den Markt kamen.2 Eine breitenwirksame Durchsetzung des Stahlleichtbaus in Dachtragwerken fand allerdings nicht statt, weshalb die meisten Konstruktionen lediglich in der Literatur sowie aus Patenten hervorgehen.

Heutzutage tauchen bei Umbauten und Sanierungen von Bestandsgebäuden immer wieder Dachkonstruktionen aus Stahlleichtbau- bzw. Stahlrohrbau auf. Ziel dieser Studienarbeit ist es, die unterschiedlichen Systeme dieser Bauweisen mit einer Spannweite von bis zu 16 Metern aufzuarbeiten, damit zukünftig auftretende Dachkonstruktionen einfacher zugeord­net und besser verstanden werden können.

Im Zuge dessen werden die Entstehung, die Einsatzmöglichkeiten bzw. die Anwendungs­bereiche sowie die Vor- und Nachteile eingegangen. Des weiteren soll auf die relevanten DIN-Normen und die Gründe für die geringe Durchsetzung des Stahlleichtbau eingegan­gen werden.

1.2. Gang der Untersuchung

Zu Beginn erfolgt eine allgemeine Erläuterung des Stahlleicht- und Stahlrohrbaus. Dabei wird die Entstehung und die historische Entwicklung des Stahlleichtbaus aufgezeigt, sowie die häufigsten Einsatzmöglichkeiten bzw. Anwendungsbereiche. Außerdem werden die all­gemeinen Vor- und Nachteile beschrieben, die sich durch den Stahlleichtbau ergeben. Auf besonders vorteilhafte oder nachteilige Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau-Konstruktionen, wird in Kapitel fünf bei der genauen Erklärung der einzelnen Systeme eingegangen.

Daraufhin wird die DIN 4115 „Stahlleichtbau und Stahlrohrbau“ erklärt. Es werden unter anderem grundlegende Begriffsbestimmungen, Verwendungsbereiche, Herstellernach­weise, die Ausführung, die Abnahme und der Einbau beschrieben. Dabei sollen die Unter­schiede zum herkömmlichen Stahlbau und die charakteristischen Merkmale für Stahlle­ichtbau aufgezeigt werden.

In Kapitel vier werden zunächst die Grundbegriffe des Daches, die verschiedenen Dachformen, der allgemeine Dachaufbau sowie die im Stahlbau am häufigsten Verwende­ten Binderarten ebener Tragwerke und Räumlicher Tragwerke vorgestellt, damit die Stahlleichtbau-Systeme im nachfolgenden Kapitel einfacher beschrieben, erklärt, sowie dem jeweiligen Bindertyp direkt zugeordnet werden können. Außerdem werden die am häufigsten verwendeten Profilarten, die Konstruktionsgrundlagen und Korrosionsschutz­maßnahmen vorgestellt.

Nachdem anhand der DIN 4115 die Begriffe Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau erläutert und die verschiedenen Binderarten und Räumliche Tragwerke vorgestellt wurden, sollen darauf aufbauend gängige Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau-Systeme verschiedener Firmen bzw. Hersteller aufgezeigt und genauer erklärt werden.

Im Anschluss darauf soll die Frage geklärt werden, warum sich der Stahlleichtbau trotz der in Kapitel 2 beschriebenen Vorteile nicht breitenwirksam durchsetzen konnte und da­raufhin vom Markt verschwand.

Zuletzt werden die Ergebnisse in einem Fazit zusammengefasst und ein möglicher Aus­blick in die Zukunft wird gegeben.

Grundlagen für den Gang der Untersuchung war vorwiegend Literaturrecherche sowie Patentrecherche.

2. Allgemeines zum Stahlleicht- und zum Stahlrohrbau

2.1. Entstehung und historische Entwicklung

Bereits im frühen 20. Jahrhundert ist in Deutschland zu beobachten, dass in verstärktem Maße Bestrebungen unternommen wurden, Leichtkonstruktionen im Stahlbau umzusetzen bzw. auszuführen. Auf die Entwicklung und den Grund für die Entstehung des Stahlleicht- und Stahlrohrbaus wird im Folgenden eingegangen.

Einer der wesentlichen Gründe, warum es den Stahlleichtbau und die dazugehörige DIN 4115 „Stahlleichtbau und Stahlrohrbau im Hochbau“ aus dem Jahr 1950 gibt, liegt im natürlichen Bestreben des Menschen. Schon immer versucht der Mensch Abläufe und Gegenstände durch technische Innovationen zu optimieren, um mit geringeren Arbeits­oder Produktionsmitteln eine gleiche Produktionsmenge bzw. um mit gleichen Arbeits- und Produktionsmitteln eine höhere Produktionsmenge zu erstellen. Dieser sogenannte technis­che Fortschritt lässt sich ebenso auf alle Fachbereiche des Bauwesens, unabhängig ob Holz-, Massiv- oder Stahlbau, übertragen. Im Bauwesen wird der technische Fortschritt häufig definiert mit einer Verringerung des Gewichtes der Baukonstruktion sowie der Fer- tigungs- und Montagekosten, bei einer gleichzeitigen Erhaltung oder gar Erhöhung der Tragfähigkeit und des Nutzwertes. Es war daher nur eine Frage der Zeit, bis der Mensch versuchen würde den Stahlbau mit neuen Methoden und Techniken zu verbessern bzw. ef­fizienter zu machen.3

Besonders auf Grund der Sparzwänge durch die Kriegswirtschaft wurden Formen von leichten Rohrbauten bereits 1940 durch den Artikel von Fritz Leonhard erwähnt, der eben­so wie E. Neufert und M. Mengeringhausen erhebliches Einsparpotential durch die Über­tragung von Leichtbauformen aus anderen Bereichen, wie z.B. der Natur oder der Luft­fahrtindustrie, gesehen hat. Er leitete aus dem Querschnitt eines einfachen Strohhalms aus der Natur eine enorme Tragfähigkeit ab und stellte daraufhin in diversen Versuchen ver­schiedene Querschnitte herkömmlicher Stahlprofile den Rundrohren gegenüber und konnte erhebliche Stahleinsparungen nachweisen. Ebenso beschäftigte sich M. Mengeringhausen schon frühzeitig mit der Bewertung der Effizienz von konstruktiven Systemen.4

Von welcher Bedeutung die zunehmende Werkstoffverknappung von Stahl und Holz in­folge des zweiten Weltkrieges wirklich war, wird beim Betrachten der Aussage von Albert Speer in der Bauordnungslehre von E. Neufert aus dem Jahr 1943 deutlich.

„Der [...] Krieg zwingt zur Konzentration aller Kräfte auch im Bauwesen. Weitge­hende Vereinheitlichung zur Einsparung technischer Kräfte und zum Aufbau ra­tioneller Serienfertigung ist die Voraussetzung zu einer Leistungssteigerung, die zur Bewältigung unserer großen Bauaufgaben erforderlich ist.“5

Der Stahl wurde so kontingentiert, dass die Bauwirtschaft gezwungen wurde möglichst sparsam mit dem zur Verfügung stehenden Material umzugehen. Teilweise wurden in Deutschland Sparvorschläge in behördlichen Anordnungen vorgeschrieben. Erstmals wurde von sog. „stahlsparenden“ Konstruktionen gesprochen und Versuche zu verschiede­nen Systemen durchgeführt.6 7

Weitere umfangreiche Untersuchungen, um Stahlkonstruktionen leichter und damit ef­fizienter zu gestalten, wurden durch E. Neufert in der Bauordnungslehre von 1943 veröf­fentlicht. Dabei wurden insgesamt sechs verschiedene „Leichtträger“ mit einer Trägerspannweite von 10 Metern Länge im Bezug auf Gewicht pro Laufmeter und der Pro­filhöhe in cm verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass der Rundstahlschlangenträger @ (genaue Erklärung des R-Trägers in Kapitel 5.1. „Profil- und Bandstahlkonstruktionen“), oder auch R-Träger genannt, das günstigste Gewicht gegenüber allen anderen Trägern hat und etwa die Hälfte vom Normalprofil @ wiegt (siehe Abbildung 1: Leichtträgervergleiche ® und ®).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Leichtträgervergleiche © und @ 7

Des weiteren wird in der Bauordnungslehre noch der U-Träger vorgestellt, bei dem es sich um einen geschweißten Fachwerkträger mit Füllungsstäben aus einfachen U-Stäben und einem Gurt aus Doppelstäben beliebiger Form wie bspw. L- oder U-Profile handelt.8 9 10

Es ist zu erkennen, dass schon im Jahr 1943 versucht wurde, mit den bereits bekannten Profilen neue Konstruktionen zu erschaffen, um Ressourcen zu sparen und damit effizien­ter zu bauen. Die Grundansätze des R- und U-Trägers finden sich abgewandelt in ver­schiedenen Stahlleichtbaukonstruktionen wieder und waren damit enorm wichtig für die weitere Entwicklung des Stahlleichtbaus.

Nachdem E. Neufert in den 1940er Jahren die ersten Versuche mit „leichten“ Stahlträgern durchgeführt hatte, wurden viele Fachleute aus der Betriebspraxis angeregt, neuartige Fer­tigungen aus Leichtmetall und Stahlblechen aus unterschiedlichen Industriezweigen, wie bspw. aus dem Flugzeug-, Schiffs-, Waggon- und Kraftwagenbau, auf den Stahlbau zu übertragen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit der Verwendung dünnwandiger Bauteile, die in vorteilhafte Profile geformt wurden, und Verbundformen mit Kunststoff erzielt.9,10 Auf den Bauausstellungen der nachfolgenden Jahre, wie z.B. die Arnsberger Ausstellung 1943, wurde eine Vielzahl von Stahlleichtkonstruktionen in Modellen und Mustern gezeigt. Nicht wenige dieser Konstruktionen wurden ohne erforderliche Stahlbaukentnisse ent­wickelt, was dazu führte, dass diese zum Teil nicht vollständig ausgereift waren und bspw. statische und bauliche Mängel aufwiesen. Es entstanden andererseits auch Dachkonstruk­tionen, die sich baulich bewährten und in Serie gefertigt werden konnten.

Ein weiterer Schritt zur Entwicklung des Stahlleichtbaus bzw. zur Förderung und Zusam­menfassung der Stahlleichtbaubestrebungen erfolgte im Jahr 1946 mit den neu entstanden­en Fachverband Stahlbau, Deutscher Stahlbau-Verband durch den Ausschuss „Stahl­sparende Konstruktionen“. Damit konnten in einer Zeit, als weder Fachzeitschriften noch sonstige Möglichkeiten für den Gedankenaustausch existierten, aufgeschlossene Fachkräfte der Stahlindustrie zusammengeführt werden. Außerdem kamen von den Zulassungsaus­schüssen der Länder, die vermehrt Anträge von Stahlleichtbaukonstruktionen zu bearbeiten hatte, weitere Anregungen. Auf Basis dieser Unterlagen konnte vom Ausschuss „Stahl­sparende Konstruktionen“ Anfang 1947 ein erster Entwurf der Richtlinie für Stahlleichtbau im Hochbau entwickelt werden. Vier Jahre und zahlreiche Entwürfe später wurde im Au­gust 1950 die DIN 4115 „Stahlleichtbau und Stahlrohrbau im Hochbau, Richtlinien für die Zulassung, Ausführung, Bemessung“ vom deutschen Institut für Normung veröffentlicht.11

Ab diesem Zeitpunkt kamen immer mehr Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau-Systeme ver­schiedenster Hersteller auf den Markt, da die DIN 4115 genau vorgab wie z.B. der Ver­wendungsbereich, die geschweißten Verbindungen oder der Korrosionsschutz aussehen musste (dazu mehr in Kapitel 3.2 „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“), damit die Systeme in der Praxis ohne Zustimmung im Einzelfall verbaut werden konnten.

2.2. Einsatzmöglichkeiten bzw. Anwendungsbereiche

Die Einsatzmöglichkeiten bzw. Anwendungsbereiche des Stahlleichtbaus sind in keiner Weise eingeschränkt gegenüber dem herkömmlichen Stahlbau. In der Literatur werden für die Anwendung von Stahlleichtbauteilen zwei Hauptgebiete unterschieden. Zum Ersten gehören Stahlleichtbauteile für Details im Ausbau und zum zweiten gehören tragende Teile von Konstruktionen kleiner und mittlerer Spannweite oder für untergeordnete Bauteile aller Stahlkonstruktionen.

Beispiele für Details im Ausbau sind Tür- und Fensterrahmen, Tore, umstellbare Trenn­wände, Bauteile von nichttragenden Außenwänden, Aufzugsschächten, Arbeitsbühnen und dergleichen.

Die zweite Gruppe kann nochmals unterteilt werden in Tragkonstruktionen ausschließlich aus Stahlleichtbauteilen, leichte Teilkonstruktionen herkömmlicher Stahlkonstruktionen und Verbundkonstruktionen.

Bei Tragkonstruktionen die ausschließlich aus Stahlleichtbauteilen bestehen handelt es sich zum Beispiel um Skelettbauten, Hallenbauten, räumliche Tragwerke und Schalentrag­werke. Zu den leichten Teilkonstruktionen herkömmlicher Stahlkonstruktionen zählen Bauwerkselemente, wie Dachbinder, Decken in Wohn- und Gemeinschaftsbauten und für Lagerhäuser, Dachplatten und Pfetten für Hallenbauten, Oberlichter, Arbeitsbühnen und Fahrbahnen, Aussteifungen und Fachwerkwände von Hallen- und Skelettbauten, Spund­wände und Teile verstellbarer Decken- und Wandschalungen. Verbundkonstruktionen stellen eine besondere Gruppe dar und treten sehr selten beispielsweise in Freileitungsmas­ten, Brücken, Decken und Bauteilen von Kränen und Montageräten auf.

Zur Anwendung kam damit der Stahlleichtbau in Wohnhäusern, Lager- und Indus­triehallen, Schulen, Gebäuden für die Landwirtschaft, Treibhäusern, Überdachungen, Flugzeughallen usw.

Aus den zahlreichen Beispielen wird ersichtlich, dass die Einsatzmöglichkeiten bzw. An­wendungsbereiche des Stahlleichtbaus sehr vielseitig sind . Allerdings sollten bei der Ver­wendung von Stahlleichtbauteilen stets alle vorherrschenden Umwelteinflüsse und Fak­toren, wie zum Beispiel Korrosionsschutz, Festigkeit, Spannweiten, wirtschaftliche Kenn­werte, Nutzung, etc. berücksichtigt werden, um sicherstellen zu können, dass der Stahl­leichtbau eine gleichwertige oder bessere Alternative zum herkömmlichen Stahlbau darstellen kann.12

Da sich die Studienarbeit lediglich mit Stahlleichtbauträgern für kurze bis mittlere Spann­weiten von Dachtragwerken beschäftigt, wird auf die Einsatzmöglichkeiten und Anwen­dungsbereiche im weiteren Verlauf nicht genauer eingegangen.

2.3. Vor- und Nachteile von Stahlleichtbaukonstruktionen

Konstruktionen des Stahlleichtbaus weisen sowohl Vor- als auch Nachteile gegenüber herkömmlicher Stahlbaukonstruktionen, die mit allgemein üblichen konstruktiven und technischen Lösungen gebaut wurden, auf. Betrachtet werden hauptsächlich messbare Be­wertungskriterien wie Stahlverbrauch, Montagezeit, Baukosten und Herstellkosten. Zu er­wähnen ist, dass es sich bei den Zahlenwerten bloß um prozentuale Durchschnittswerte handelt, so dass manche Systeme unter guten Bedingungen höhere bzw. unter schlechten Bedingungen niedrigere Werte erreichen können. Sollte ein System in einer bestimmten Eigenschaft besonders vorteilhaft oder nachteilig sein, wird darauf in Kapitel 5 beim vorstellen der einzelnen Systeme genauer eingegangen.

2.3.1. Vorteile

Einer der wesentlichen Vorteile bei der Verwendung von Stahlleichtbaukonstruktionen ist die Verminderung des Stahlverbrauchs und damit des Gewichtes. In der Praxis konnte der Stahlverbrauch aufgrund der Dünnwandigkeit um 25 bis 50% gesenkt werden. Die Gewichtsreduzierung hat zusätzlich positive Auswirkungen auf die Transportkosten, sodass insgesamt die Wirtschaftlichkeit steigt. Grundsätzlich ist es zwar möglich das Gewicht noch weiter, also um mehr als 50%, zu verringern, allerdings wird dies aufgrund der un­verhältnismäßigen Steigerung der Kosten und der Fertigungsschwierigkeiten in der Praxis nicht durchgeführt.

Weiterhin bringt der Stahlleichtbau gegenüber dem herkömmlichen Stahlbau in der Regel eine Verkürzung der Montagezeiten auf der Baustelle, bspw. bei einer Halle, um bis zu 30% mit sich. Für bestimmte Anwendungsfälle bzw. in bestimmten Situationen kann sogar eine Einsparung um bis zu 60% erreicht werden.

Außerdem sind vorteilhafte Größen der festigkeitstechnischen Kennwerte bezogen auf die Querschnittsfläche, insbesondere bei geschlossenen Profilen, im Stahlleichtbau vorhanden. Dazu zählen vor allem Widerstandsmoment und Trägheitsradius.

In mancher Literatur wird dem Stahlleichtbau als Vorteil ein günstiges ästhetisches Ausse­hen zugesprochen. Da es sich dabei aber um keine wirklich messbare Größe handelt und das Aussehen nur schwer objektiv bewertet werden kann, wird darauf in dieser Studienar­beit nicht weiter eingegangen.13

2.3.2. Nachteile

Den Vorteilen des Stahlleichtbaus stehen aber auch einige Nachteile gegenüber wie zum Beispiel die höheren Preise des Rohstoffs und Herstellungskosten. In der Regel werden für den Stahlleichtbau nicht genormte Baustähle mit hochwertigerer Festigkeit verwendet, die im Einkauf teurer sind. Zusätzlich benötigen die Bauteile des Stahlleichtbaus durch beson­dere Schweißverfahren und Biegemethoden deutlich mehr Zeit in der Werkstatt und sind damit nochmals teurer gegenüber herkömmlichen Stahlbaukonstruktionen. Aus damaliger Sicht sei es mit weiterer Entwicklung hin zu einer serienmäßigen Herstellung möglich die Kosten wesentlich herabzusetzen.

Ein weiterer Nachteil der mit Stahlleichtbaukonstruktionen einhergeht, ist der höhere Aufwand für den Korrosionsschutz. Die meisten Profile der verschiedenen Systeme haben größere Oberflächen die meist nur schwer zugänglich sind. Zudem müssen aufwendigere Verfahren angewandt werden, damit die Schutzschicht der dünnen Bauteile eine größere Widerstandsfähigkeit gegen die Atmosphäre besitzt. Mit welchen Methoden und Verfahren der Korrosionsschutz zu erbringen ist, wird in Kapitel 4.8 „Korrosionsschutz“ genauer beschrieben.

Aber nicht nur der höhere Preis, die höheren Herstellungskosten und der aufwendigere Korrosionsschutz sind Nachteile des Stahlleichtbaus. Der Entwurf und die Planung einer Stahlleichtbaukonstruktion verlangen einen deutlich größeren Arbeitsaufwand. Dies hat hauptsächlich mit der freien Wahl der Profilgeometrie und der damit fehlenden vorliegen­den Berechnungstafeln zu tun. Aber auch hier bestand damals das Potential zur Senkung des Aufwandes für den einzelnen Entwurf durch eine mögliche Vereinheitlichung der Ele­mente.

Durch das geringere Gewicht des Stahlleichtbaus sind zwar, wie zuvor in den Vorteilen er­wähnt, die Transportkosten bzw. Kosten der Beförderung geringer, aber der Montage, der Umlagerung und vor allem dem Transport muss deutlich mehr Sorgfalt gewidmet werden. Grund dafür sind die leichten, besonders die dünnwandigen, Bauteile, die deutlich anfäl­liger für örtliche Beschädigungen sind. Schon leichte Schäden an den Kanten von dünnen Profilen können die Stabilität drastisch senken, wenn die Biege- und Knicksicherheit dadurch vermindert wird.14

2.3.3. Zwischenfazit und abschließender Vergleich

Abschließend überwiegen die Vorteile dennoch leicht den Nachteilen. In der Praxis können durch Verwendung von Stahlleichtbaukonstruktionen die gesamten Baukosten durch­schnittlich um bis zu 10 bis 25% gesenkt werden. Selbst bei ungünstigen Bedingungen können noch Einsparungen mit bis zu 5% erzielt werden. Um dies zu erreichen und die Vorteile des Stahlleichtbaus, wie bspw. verkürzen der Montagezeiten, voll ausschöpfen zu können, muss von Beginn an sorgfältig geplant und in allen Stadien zweckmäßig verfahren werden.15 In der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 1: Abschließender Vergleich der Vor- und Nachteile) werden nochmals alle Vor- und Nachteile zusammengefasst dargestellt.

Tabelle 1: Abschließender Vergleich der Vor- und Nachteile

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.4. Bewertungskriterien für den Stahlleichtbau

Neben E. Neufert und F. Leonhardt gab es weitaus mehrere Namenhafte Ingenieure, Ar­chitekten und Wissenschaftler wie z.B. M. Mengeringhausen, B. Fuller, F. Otto, R. Le Ri- colais sowie A. Bell, die sich schon sehr früh mit sparsamen und damit gleichzeitig auch leichten Konstruktionen beschäftigten.

Max Mengeringhausen befasste sich vor allem mit der Frage, ob es möglich sei den „Grad der Sparsamkeit“ von konstruktiven System mit einer Formel zu ermitteln und damit in einer Kennzahl darzustellen. Bisher existierten lediglich erste Ansätze Boschs mit einer Profilzahl p, dargestellt in der nachfolgenden Formel (2.1), wobei J dem Flächen­trägheitsmoment, e dem Abstand der Schwerachse zur äußersten Faser und F der Quer­schnittsfläche entspricht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit diesem Wert konnte lediglich eine Auswahl aus mehreren Lösungen unter Berücksich­tigung der Festigkeiten getroffen werden. Für Mengeringhausen war dies aber nicht ausrei­chend. Er schrieb, dass er eine Kennzahl suche, die in verschiedenen Gebieten der Technik, also nicht nur im Baubereich, anwendbar war und Auskunft über die Stoffverwendung oder die Stoffausnutzung gab, ähnlich dem Wirkungsgrad, wie er bspw. für die Energienutzung verwendet wurde. Gleichzeitig hätte mit dieser Kennzahl eine Aussage über die Frage, wann der Stahlleichtbau beginnt bzw. endet getroffen werden können.

Mengeringhausen führte die grundlegende Leichtbaukennzahl ZL ein, die sich aus dem Quotienten der Gesamtlast PG, also der aufnehmbaren Last in Kg, und der Eigenlast PE ergibt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Außerdem konnte die Formel (2.2) erweitert und für die Beanspruchungen Zug, Biegung sowie Druck verwendet werden, wobei bei einer Druckbelastung in die Fälle mit (ZLK) und ohne (ZLD) Knickung unterschieden wurde. Für Zugbeanspruchung existiert ebenfalls eine Leichtbau-Kennzahl (ZLZ). Die Werte l ergeben sich aus der Baulänge in cm, während y die Wichte des Werkstoffs in kg/cm3 ist. w beschreibt die Knickzahl des Bauteils und oDzul bzw. oZzul gibt dabei die Werkstoffestigkeit in Kg/cm2 an.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Im Rahmen von Versuchen mit Stahlrohren von 200 cm Länge, bei denen er die Außen­durchmesser, die Wandstärken sowie die Stahlsorte variierte, ermittelte Mengeringhausen mit Hilfe der oben dargestellten Formeln verschiedene Leichtbaukennzahlen und verglich sie anschließend mit der zulässigen Tragkraft. Besonders die beiden Stäbe „a“ und „e" aus herkömmlichen Stahl St.37 mit einem geringen Rohrdurchmesser von 1,5 mm stellten, wie sich zeigte, eine günstige Bauform dar, da sie im Vergleich zu anderen Rohren mit wenig Material eine hohe zulässige Tragkraft sowie Leichtbaukennzahl besaßen (vgl. Abbildung 2: „Leichtbaukennzahlen schlanker Hohlstäbe“). Im herkömmlichen Stahlbau konnten diese dünnwandigen Rohre jedoch noch nicht eingesetzt werden, da die DIN 4115 „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau“ erst im Jahre 1950 veröffentlicht wurde, welche erstmals dünnwandige Profile zuließ (genauere Erläuterung in Kapitel 3.1.3. „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“).16,17

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Leichtbaukennzahlen schlanker Hohlstäbe 18

Neben Mengeringhausen beschäftigte sich weiterhin F. Otto und seine Forschergruppe einige Jahre später mit den Bewertungskriterien des Stahlleichtbaus. Die Forschungs­gruppe ging von einer gegenseitigen Abhängigkeit zwischen From, Kraft und Masse in Natur und Technik aus. Infolge dessen definierte die Forschungsgruppe die relative kon­struktive Schlankheit 2 mit der Einheit [m/^N].

Dieser Wert ergibt sich aus der Übertragungsstrecke s einer Kraft [m] und einer Grenzlast (Bruchkraft) Kraft F [N], durch einen Körper mit der Formel (2.4):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Anhand dieser relativen konstruktiven Schlankheit konnten Stäbe mit unterschiedlichen Radien, Längen und Bruchkräften miteinander verglichen werden. Bei kurzen Objekten mit großer Last ist die relative Schlankheit 2 demnach klein, während sie bei langen Objek­ten mit kleiner Last groß ist.19,20 Weiterführend untersuchte F. Otto Objekte auf ihre Fähigkeit, Kräfte aufnehmen und weiterleiten zu können. Dafür orientierte er sich vorerst an einem standardisierten Kraftübertragungsweg T, der sich aus dem Produkt der Strecke und der übertragenden Kraft ergibt. Im Falle der Grenztragfähigkeit eines Körpers spricht man von T ra [Nm]. Um aber eine Aussage über die Leistungsfähigkeit im Bezug auf die Masse bei einer gegebenen Belastungsart treffen zu können, muss die Masse des kraftübertragenden Kör­pers mit dem Tra ins Verhältnis gestellt werden. Daraus ergibt sich das Bic [g/Nm]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit konnte F. Otto die relative konstruktive Schlankheit 2 von Körpern ins Verhältnis mit der Leistungsfähigkeit auf Druck- und Biegebeanspruchung Bic setzen und in ein so­genanntes Bic - 2 - Diagramm eintragen. Ein aussagekräftiger Vergleich der Bic -Werte ist jedoch nur bei Körpern mit einer gleichen relativen Schlankheit gegeben.21,22 Es zeigt sich, dass zum Teil schon sehr frühzeitig ausführliche Untersuchungen zu den Fragen der Effizienz sowie der Bewertung von leichten Konstruktionen durchgeführt wur­den mit jeweils unterschiedlichen Ansätzen.

3. Stahlbaubestimmungen

Für jegliche Bauarten, unabhängig ob Holz-, Stahl- oder Massivbauten, existieren in Deutschland bauliche Bestimmungen in DIN-Normen. Im folgenden wird auf die relevan­ten DIN-Normen des herkömmlichen Stahlbaus und des Stahlleicht- bzw. Stahlrohrbaus eingegangen, um die Unterschiede zwischen diesen aufzuzeigen und um Stahlleicht- bzw. Stahlrohrbauwerke in der heutigen Zeit besser identifizieren zu können.

Die verwendeten Bezeichnungen der DIN-Normen entsprechen denen der 1940er und 1950er Jahren zum zeitlichen Höhepunkt des Stahlleicht- und Stahlrohrbaus. Die heutigen DIN-Normen können, auf Grund mehrmaliger Überarbeitungen über die Jahre, von den damaligen DIN-Normen abweichen und werden im folgenden nicht weiter betrachtet.

3.1. Relevante DIN-Normen für den Stahl, Stahlleicht- und Stahlrohrbau

Im wesentlichen gibt es für den herkömmlichen Stahl-, Stahlleicht- und Stahlrohrbau drei wichtige DIN-Normen. Dabei handelt es sich um die DIN 1050 „Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau“, die DIN 4100 „Geschweißte Stahlhochbauten“ und die DIN 4115 „Stahlleichtbau und Stahlrohrbau im Hochbau“, auf die in den folgenden Kapiteln 3.1.1 bis Kapitel 3.1.3 genauer eingegangen wird, um wesentliche Inhalte der verschiedenen Nor­men und die einzelnen Unterschiede zwischen dem herkömmlichen Stahlbau und dem Stahlleicht- bzw. Stahlrohrbau aufzuzeigen. Durchaus gibt es noch innerhalb der DIN­Normen unzählige Verweise untereinander oder Normen, wie zum Beispiel die DIN 2448, welche von der Stahlbaufirma Mannesmann zusätzlich zur Hilfe genommen wurden, um das Gewicht von möglichen Rohrkombinationen anhand von Außendurchmesser und Wanddicke zu bestimmen16. Auf diese im weiteren jedoch nicht genauer eingegangen, da sie mit dem Stahlleicht- und Stahlrohrbau nicht unmittelbar in Verbindung stehen.

3.1.1. Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau DIN 1050

Die DIN 1050 „Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau“ enthält alle nötigen Angaben bzw. Bestimmungen des Stahlbaus und gilt somit für sämtliche Bauteile aus Stahl im Hochbau, sowie für Bauten zu vorübergehenden Zwecken (fliegende Bauten, Gerüste, Schalungen und Aufzuggerüste). Für Bauten wie beispielsweise Brücken, Funktürme, Fördergerüste für den Bergbau oder Kranbahnen gilt die DIN 1050 nicht. Dafür müssen speziellere Normen herangezogen werden. Soweit in der DIN 4115 nichts anderes be­stimmt ist, gilt die DIN 1050 auch für den Stahlleicht- und Stahlrohrbau.

Innerhalb der DIN 1050 werden Angaben zu Festigkeitsberechnungen, also Elasti­zitätsmodul, Schubmodul, Wärmedehnzahl, Berechnung, sowie zu zulässigen Spannungen, Spannungsermäßigungen und Bemessungsregeln gegeben.

Darüber hinaus wird in §7 der DIN 1050 „Baustoffe und zulässige Spannungen“ genau festgelegt, welche Stähle mit welcher Güteklasse für den Stahlbau verwendet bzw. nicht verwendet werden dürfen.17 Dies ist einer von den drei wesentlichen Punkten in denen der herkömmlichen Stahlbau vom Stahlleicht- und Stahlrohrbau abweicht (genauere Er­läuterung in Kapitel 3.1.3 „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“).

Weiterhin beinhaltet § 9 der DIN 1050:

Mindestquerschnitte. Ergeben sich rechnerisch sehr kleine Blech- oder Pro­fildicken, so gilt für Haupttragteile mind 4 mm Dicke und hinreichende An­schlußbreiten für Vernietung, Verschraubung oder Verschweißung. Dicken unter 4 mm in Haupttragteilen für untergeordnete Bauwerke wie Gewächshäuser, Garten­zelte, Vorgartenüberdachungen u a.“18

Dabei unterscheidet sich der herkömmliche Stahlbau zum zweiten Mal vom Stahlleicht- und Stahlrohrbau (genauere Erläuterung in Kapitel 3.1.3 „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“).19

3.1.2. Vorschriften für geschweißte Stahlhochbauten DIN 4100

Die zweite wichtige DIN-Norm für den herkömmlichen Stahlbau sowie dem Stahlleicht- und Stahlrohrbau ist die DIN 4100 „Vorschriften für geschweißte Stahlhochbauten“. Sie gilt ebenso wie die DIN 1050 für den Stahlleicht- und Stahlrohrbau, falls in DIN 4115 nichts anderes bestimmt ist.

Neben Bestimmungen zur Prüfung der Schweißer, werden in der DIN 4100 zulässige Spannungen, Berechnungen, sowie Ausführung, Überwachung und Abnahme der Schweißnähte vorgegeben.

Außerdem wird in § 2 der DIN 4100 „Werkstoffe“ ebenso wie in der DIN 1050 festgelegt, welche Werkstoffe zu verwenden sind und zusätzlich wie diese zu verschweißen sind.20 Dies bedeutet, dass der herkömmliche Stahlbau auch in der DIN 4100 vom Stahlleicht- und Stahlrohrbau abweicht (genauere Erläuterung in Kapitel 3.1.3. „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“).

Zusätzlich bestimmt die DIN 4100 in § 3:

Schweißverfahren. Anwendbar ist Lichtbogenschweißung mit Gleich- oder Wechselstrom, elektr Widerstands-, Gasschmelz- oder gaselektrische Schweißung.

In diesem Punkt unterscheidet sich der der herkömmliche Stahlbau zum dritten Mal vom Stahlleicht- und Stahlrohrbau (genauere Erläuterung in Kapitel 3.1.3. „Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115“).

3.1.3. Stahlleicht- und Stahlrohrbau im Hochbau DIN 4115

Bei der DIN 4115 handelt es sich um eine speziell entwickelte Richtlinie für die Zulassung, Ausführung und Bemessung von Stahlbauteilen für den Stahlleicht- und Stahlrohrbau. Dennoch gelten, falls nicht anders angegeben, weiterhin die DIN 4100 sowie die DIN 1050 als allgemeine Berechnungsgrundlagen.

Bei Stahlleichtbauteilen handelt es sich laut Abschnitt 1 „Begriffsbestimmung“ um Bauteile, die auf Grund von Stahleinsparungen in einem oder mehreren der Abschnitte 1.1 bis 1.3 der DIN 4115 von der DIN 1050 „Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau“ und der DIN 4100 „Vorschriften für geschweißte Stahlhochbauten“ abweichen und die gegen Korrosion sorgfältiger geschützt sein müssen als herkömmliche Stahlhochbauten.21 22 Die Abschnitte 1.1 bis 1.3 der DIN 4115 enthalten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.1 Die Dicke der tragenden Bauglieder ist mindestens 1,5 mm.

1.2 Zur Verbindung der Einzelteile miteinander dienen neuartige Mittel oder Ver­fahren, z.B. die Punktschweißung.

1.3 Es wird auch nichtgenormter Baustahl höherer Festigkeit verwendet. [^]“23

Das bedeutet, dass die Mindestquerschnitte des herkömmlichen Stahlbaus, die laut DIN 1050 4 mm betragen, nun um 2,5 mm unterschritten werden dürfen auf 1,5 mm. In Sonder­fällen ist eine Herabsetzung auf 1 mm möglich.24 25 26

Des weiteren dürfen im Stahlleicht- und Stahlrohrbau neuartige Mittel und Verfahren zur Verbindung von Bauteilen genutzt werden. Bisher wurde in DIN 4100 genau festgelegt, welche Schweißverfahren zur Verfügung standen.

Zuletzt ist es beim Stahlleicht- und Stahlrohrbau möglich, nichtgenormte Baustähle mit höherer Festigkeit zu verwenden. Nach DIN 1050 und DIN 4100 gibt es beim herkömm­lichen Stahlbau genaue Vorgaben, welche Baustähle verwendet werden dürfen und welche Materialeigenschaften diese besitzen müssen.

Die Verwendung von dünneren Mindestquerschnitten, neuen Verbindungsmittel bzw. -arten und nichtgenormten Baustählen hat allerdings zufolge, dass der Stahlleicht- und Stahlrohrbau einen eingeschränkten Verwendungs- bzw. Anwendungsbereich sowie höhere Anforderungen an den Korrosionsschutz besitzt. Grundsätzlich dürfen Stahlleichtbauteile, sofern keine besondere Zulassung vorliegt, nur für vorwiegend ruhend belastete Bauteile angewendet werden. Im einzelnen hängt der Einsatzbereich von Stahlleicht- und Stahlrohrbauteilen, wie aus Tabelle 2: „Vorschriften für Stahlleichtbauteile nach DIN 4115“ ersichtlich ist, von Faktoren wie der Mindestdicke der Querschnitte, der Quer­schnittsausbildung als offener oder geschlossener Querschnitt und der Art des Korrosions­schutzes ab.

Bis auf die Vorgabe, dass Hohlräume von Bauteilen mit geschlossenen Querschnitten zum Schutz gegen innere Korrosion durch Verschweißen aller Nähte und Öffnungen luftdicht abzuschließen sind, gibt es bezüglich der Formgebung der Tragsysteme und der Baukörper bzw. Bauteile keine weiteren Einschränkungen.32,33 Damit können die verschiedenen Her­steller neue und innovative Konstruktionen schaffen und umsetzten, die mit dem herkömmlichen Stahlbau nicht möglich sind.

Tabelle 2: Vorschriften für Stahlleichtbauteile nach DIN 4115 34

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Weitere Punkte, die neben der Begriffsbestimmung und dem Verwendungsbereich in der DIN 4115 geregelt werden, sind Ausführung, also Korrosionsschutz, zulässige Spannun­gen, gedrückte Bauteile, Verbindungen, Bauteile aus Röhren, Verbände und bauliche Aus­bildung, sowie Abnahme, Einbau und Nachweis der Eignung des Herstellwerkes, auf die nicht weiter im Detail eingegangen wird, da dies über den Rahmen dieser Studienarbeit hinausgehen würde.27 28

3.2. Zusammenfassung der Merkmale des Stahlleicht- und Stahlrohrbaus

Abschließend können die charakteristischen Merkmale des herkömmlichen Stahl- und des Stahlleicht- bzw. des Stahlrohrbaus in drei Punkten zusammengefasst werden. Zum einen zeichnen sich Stahlleichtbaukonstruktionen durch ihre Dünnwandigkeit und ihre räumliche Bauweise aus, bei der der Stahl in werkstoffsparende Konstruktionsformen gebracht wird. Zum anderen sind neuartige, häufig nichtgenormte, Stähle zulässig, die eine höhere Fes­tigkeit und Zähigkeit aufweisen. Zuletzt sind beim Stahlleicht- und Stahlrohrbau fortschrittliche Fertigungsarten bei der Verbindung der Bauteile erlaubt, wie z.B. die Punktschweißung. Bedeutend ist außerdem, dass die DIN 1050 „Berechnungsgrundlagen für Stahl im Hochbau“ und die DIN 4100 „Vorschriften für geschweißte Stahlhochbauten“ weiterhin gelten, soweit in der DIN 4115 nichts anderes bestimmt ist.29

In der nachfolgenden Tabelle (Tabelle 3: Merkmale Stahlleicht- und Stahlrohrbau) werden nochmals die Unterschiede zwischen dem herkömmlichen Stahlbau und dem Stahlleicht- bzw.30 Stahlrohrbau aufgelistet.31

Tabelle 3: Unterschiede Stahlleicht- bzw. Stahlrohrbau und herkömmlicher Stahlbau

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

4. Stahldächer

Stahldächer sind vom Grundprinzip wie Holzdächer aufgebaut, indem sie eine Dachhaut, also eine Dachdeckung, und eine Dachkonstruktion bzw. ein Tragwerk besitzen.32 Im fol­genden wird das Dach zuerst von außen und anschließend von innen betrachtet. Somit werden als erstes die Grundbegriffe bzw. verschiedenen Dachteile sowie die unter­schiedlichen Dachformen erklärt. Daraufhin wird auf die unterschiedlichen Konstruktion­sarten von Dächern, der allgemeine Aufbau von Stahl- bzw. Holzdächern und die im Stahlbau am häufigsten verwendeten Binderarten bzw.33 räumlichen Tragwerke eingegan­gen. Auf Grundlage dessen können die im nachfolgenden Kapitel 5 vorgestellten Stahl­leichtbau-Systeme einfacher beschrieben, erklärt, sowie dem jeweiligen Bindertyp direkt zugeordnet werden.34

4.1. Grundbegriffe des Daches

Bevor auf das eigentliche, innenliegende Tragwerk des Daches genauer eingegangen wird, sollten zuerst alle Begrifflichkeiten des Dachäußeren erklärt werden.35 Zur Veran­schaulichung der einzelnen Bezeichnungen wird im folgenden auf Abbildung 3: „Benen­nung der Dachteile“ Bezug genommen.36

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei den Dachflächen handelt es sich um die von außen sichtbaren Flächen eines Daches. Die obere Schnittkante bzw. der obere Abschluss, an dem geneigte Dachflächen waagerecht zusammenstoßen, wird als First bezeichnet. Den Gegensatz dazu bildet die Traufe die untere Kante bzw. den unteren Abschluss einer Dachfläche. Da an dieser Stelle eine Tropfkante entsteht, findet in der Regel hier die Dachentwässerung mit Hilfe einer 37 Stahr / Hinz, Sanierung und Ausbau von Dächern. Grundlagen - Werkstoffe - Ausführung, 2011, S. 9 Regenrinne statt. Als Giebel wird die abschließende Wandfläche eines Gebäudes im Be­reich des Daches bezeichnet. Der Ortgang bildet den seitlichen Abschluss der Dachfläche und verbindet Traufe und First. Gleichzeitig begrenzt dieser den Giebel nach oben.37 Sobald zwei Dachflächen nicht in der Waagerechten, sondern in der Schräge zusammentreffen, handelt es sich im Falle einer Außenkante um einen Grat und im Falle einer Innenkante um eine Kehle. Stoßen an einem Punkt drei oder mehr Dachflächen aufeinander, bezeichnet man dies als Anfallspunkt. Zuletzt ist eine Differenzierung zwischen Dachgeschoss und Dachboden wichtig. Bei einem Dachgeschoss handelt es sich um einen Dachraum im Obergeschoss und bei einem Dachboden um einen unausgebauten Raum im gleichen Be- reich.38

4.2. Dachformen

Nachdem nun die einzelnen Begriffe bzw. Elemente des Daches erläutert wurden, wird nun auf die im Stahl- und Stahlleichtbau am häufigsten anzutreffenden Dachformen eingegan­gen. In Abbildung 4 „Dachformen“ ist zur Illustration eine Auswahl an Dachformen dargestellt, auf die im Folgenden Bezug genommen wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Dachformen39

Bei der einfachsten und gleichzeitig am weitesten verbreiteten Dachform in Deutschland handelt es sich um das Satteldach, das gleichbedeutend mit dem Giebeldach ist. Dieses besteht aus zwei geneigten Dachflächen sowie einem Dachfirst und zeichnet sich durch seine konstruktive Einfachheit und Stabilität aus.

Eine weitere häufig gewählte Dachform ist das Walmdach. Der Unterschied zum Sattel­dach besteht darin, dass neben der Dachfläche auf der Traufseite auch die Giebelseite geneigt ist, die „Walm“ genannt wird. Das Walmdach ist gegenüber dem Satteldach aufwendiger in der Konstruktion und somit teurer.

Neben dem Sattel- und Walmdach gibt es noch das im Stahl- und Stahlleichtbau eingesetz­te Pultdach. Dieses besitzt nur eine einzige geneigte Dachfläche mit einem geringen Nei­gungswinkel, bei der die obere Kante der Dachfläche den First und die untere die Traufe bildet.40

Das Sheddach, oder auch Sägezahndach genannt, wird Hauptsächlich in Industrie- und Fabrikhallen verwendet, da es sich durch einen natürlichen Lichteinfall und eine einfache Konstruktion auszeichnet.

Wie in Abbildung 4: „Dachformen“ zu sehen ist, existieren weitere Dachformen neben den oben erläuterten. Diese werden nicht weiter betrachtet, da es sich dabei in der Regel um konstruktive Sonderlösungen handelte, die nicht für die Serienfertigung im Stahl- und Stahlleichtbau bestimmt waren.

4.3. Allgemeiner Dachaufbau

Nachdem nun in den Kapiteln 4.1 und 4.2 die Grundbegriffe des Daches sowie die ver­schiedenen Dachformen erklärt wurden, wird im Folgenden auf den allgemeinen Dachauf­bau im Inneren eines Daches eingegangen. Die wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit dem Dachinneren sind die Lattung, der Sparren, die Pfette und der (Dach-)Binder (vgl. Abbildung 5: Allgemeiner Dachaufbau).

Die äußere Schicht der Konstruktion unter der Dachhaut bildet die (Dach-)Lattung. Diese trägt die spätere Dachdeckung und ist parallel zur Traufe bzw. zum Dachfirst auf dem Sparren befestigt.

Falls es sich um ein Pfettendach handelt, verlaufen die Sparren senkrecht zur Traufe bzw. parallel zum Ortgang auf der First-, Mittel- und Fußpfette und bilden damit die Verbindung zwischen den Pfetten und der Lattung (genauere Erklärung des Pfettendachs in Kapitel 4.4. „Dachkonstruktionen“).

Die Pfetten wiederum liegen auf dem Mauerwerk des Giebels, dem Mauerwerk des obersten Geschosses oder dem Dachbinder bzw. auch Fachwerkbinder genannt auf. Bei einem Sparrendach, entfallen die Pfetten, da sich die Sparren in diesem Fall gegenseitig stützen (genauere Erklärung des Sparrendachs in Kapitel 4.4. „Dachkonstruktionen“).41

Bei einem Dachbinder handelt es sich, wie aus der nachfolgenden Abbildung ersichtlich wird, um ein ein vertikal tragendes Bauteil im Dachtragwerk. Dieser kann sowohl den Ab­schluss des Dachtragwerks bilden, als auch bei größeren Spannweiten oder einem Binder­dach im inneren des Tragwerks als aussteifendes Bauteil dienen (genauere Erklärung des Binderdachs in Kapitel 4.4. „Dachkonstruktionen“). Häufig wird der Dachbinder auch als Binder, Träger, Fachwerkträger oder Fachwerkbinder bezeichnet.42 43

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Allgemeiner Dachaufbau43

4.4. Dachkonstruktionen

Bevor die verschiedenen Binderarten und räumlichen Tragwerke im nächsten Kapitel vorgestellt werden, wird auf die möglichen Dachkonstruktionsarten bzw. das tragendenden Elemente eingegangen. Im Wesentlichen gibt es vier verschiedene Dachkonstruktionsarten. Dabei handelt es sich um das Sparren-, das Kehlriegel- bzw. Kehlbalken-, das Pfetten-, sowie das Binderdach (vgl. Abbildung 6: “Konstruktionsarten von Dächern im Überblick“).

Die Dachkonstruktion eines Sparrendachs kommt ohne zusätzliche Stützen im Dachraum aus. Die Sparren stützen sich in einer Dreiecksform gegenseitig ab und benötigen deshalb keine Pfetten. Allerdings ist die Spannweite aus statischen Gründen begrenzt.

Eine erweiterte Form des Sparrendaches bildet das Kehlbalken- bzw. Kehlriegeldach. Der Unterschied zum Sparrendach besteht dabei in einem waagerechten Balken unterhalb des Dachfirstes, dem sog. Kehlbalken bzw. Kehlriegel, der die Sparren zusätzlich gegeneinan­der abstützt. Damit ist eine größere Spannweite möglich als bei einem einfachen Sparren- dach.44 Zusätzlich ist zu erwähnen, dass bei dem Sparren- und Kehlbalkendach immer zwei gegenüberliegende Sparren zu einem Sparrendreieck verbunden sind und damit einen (Dach-)Binder sowie zugleich einen gleichschenkligen Dreigelenkrahmen bilden.45

Bei dem Pfettendach hingegen stützen sich die Sparren nicht gegenseitig, sondern liegen auf der Firstpfette sowie den Mittel- und Fußpfetten auf. Damit nehmen die Pfetten die gesamte Dachlast auf, sodass die Sparren auch versetzt aufgestellt werden können.

Dagegen handelt es sich bei einem Binder- bzw. Fachwerkbinderdach um ein vorgefer­tigtes Dachgerüst, das teilweise oder komplett im Stahl- oder Sägewerk hergestellt wird und nur noch mittels Kran auf den Rohbau des Hauses gesetzt werden muss. Die Binder werden mit einem definierten Abstand hintereinander aufgestellt und bilden somit ein Tragwerk, auf welches direkt die Lattung sowie die Dachhaut aufgebracht werden kann.46 47

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Konstruktionsarten von Dächern im Überblick47

In der Literatur wird eine genaue Abgrenzung häufig nicht vorgenommen weshalb auch von Sparrenbindern oder Ähnlichem gesprochen und lediglich der jeweilige Querschnitt der Binder gezeigt wird. Dies bedeutet im konkreten Fall, dass Dachkonstruktionen gleichzeitig wie ein Sparrendach und ein Binderdach aufgebaut sein können, wobei die sich jeweils abstützenden Sparren in Form von Dreigelenkrahmen die vertikal hintereinan­der stehenden Binder darstellen. Im Stahl- und Stahlleichtbau wird deshalb häufig nur von Bindern gesprochen, unabhängig ob Sparren-, Kehlbalken-, Pfetten- oder Binderdach.

4.5. Binderarten und Räumliche Tragwerke

Zuletzt werden die gängigen Binderarten und räumlichen Tragwerke im Stahl- sowie Stahlleichtbau vorgestellt. Neben den unten abgebildeten Binderarten existieren in der Literatur noch der Vordachbinder, der Bogenbinder, Shedbinder für Sheddächer und Binder für Großraumhallen sowie verschiedene Kuppeln, die als räumliche Tragwerke erstellt werden. Auf diese wird jedoch nicht weiter eingegangen, da im Rahmen dieser Arbeit lediglich Dächer aus Stahlleichtbaukonstruktionen für Wohn- und Zweckbauten mit kurzer bis mittlerer Spannweite betrachtet werden und Kuppeldächer nicht für eine serienmäßige Produktion vorhergesehen waren.

4.5.1. Dreieckbinder für Satteldächer

Bei den Dreieckbindern handelt es sich um die einfachste Form von Bindern, welche sich üblicherweise aus mehreren Dreiecken zusammensetzen, da das Dreieck mitunter als stabilste zweidimensionale Form gilt. Wie man in Abbildung 7: „Dreieckbinder für Sattel­dächer“ sehen kann, nimmt die Spannweite und damit auch die Stabilität der Binder mit wachsender Anzahl von Dreiecken zu. Die Spannweiten reichen von 5 Metern bei einem einfachen Dreieckbinder (Q) und bis zu 24 Metern bei einem belgischen Dachbindern mit Entlüftungs-Laterne (©). Des Weiteren ist deutlich, dass, wie bereits in Kapitel 4.4.: „Dachkonstruktionen“ beschrieben, das Sparrendach und das Kehlbalkendach (® und @) in der Literatur auch als Binder kategorisiert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Dreieckbinder für Satteldächer48

4.5.2. Balkenbinder für Satteldächer

Der Balkenbinder unterscheidet sich grundsätzlich nur marginal vom Dreieckbinder. Anstelle der dreieckigen Grundform besteht der Balkenbinder aus einem Untergurt und zwei in der Mitte zusammenlaufenden schrägen Obergurten (vgl. Abbildung 8: „Balken­binder für Satteldächer“). Der Balkenbinder ist für Spannweiten von 8 - 30 Metern einsetz­bar, wobei er allerdings durch die geringe Neigung der Dachflächen eher für den Einsatz in Industriehallen vorgesehen ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

(5) bis (?) Balkenbinder mit steigenden und fallenden Diogonalen für ca 5 m Pfettenabstand; (7), (ß) mit Laterne

Abbildung 8: Balkenbinder für Satteldächer 49

4.5.3. Dreieck- und Balkenbinder für Pultdächer

Während in Satteldächern die zuvor beschriebenen Dreieck- und Balkenbinder zur Anwen­dung kommen, existieren diese auch für Pultdächer. Dabei wurden die Binder der Sattel­dächer gedanklich in der Hälfte geteilt. Beispielsweise ist der zweifache Dreieck-Pult­dachbinder (®) aus Abbildung 9: „Dreieck- und Balkenbinder für Pultdächer“ die linke Hälfte des zweifachen englischen Dachbinders (@) aus Abbildung 7: „Dreieckbinder für Satteldächer“. Die Spannweiten der Pultdächer fallen im Gegensatz zu den anderen Bindern mit 5 - 12 Metern relativ gering aus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Dreieck- und Balkenbinder für Pultdächer50 51

4.5.4. Räumliche Tragwerke

Zuletzt werden nun die räumlichen Tragwerke vorgestellt. Dabei handelt es sich, wie in Abbildung 10: „Räumliche Tragwerke“ dargestellt ist, nicht mehr um einen zweidimen­sionalen Binder, sondern um ein dreidimensionales Tragwerk, das weiterhin aus ver­schiedenen Dreiecken zusammengesetzt wird. Im Gegensatz zu den ebenen Dachbindern weisen die räumlichen Tragwerke eine größere Seitensteifigkeit auf, da sie sich im dreidi­mensionalen Raum gegenseitig abstützen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Räumliche Tragwerke51

4.6. Profilarten

Aus dünnen Blechen können beliebig viele Profile durch Knicken, Biegen und Ziehen (Kaltverformung) erzeugt werden. Ziel dieser Verformungen ist es stabilere Strukturen zu erschaffen, um ein Vielfaches an höherer Last aufnehmen zu können bei gleichbleibendem Ausgangsgewicht. In der Regel besitzen die Profile konstante Wanddicken, die zusätzlich in bestimmten Teilstücken verdoppelt werden können. Abbildung 11: „Mögliche Einfache Profile“ zeigt eine Auswahl dieser Profile.

Zusammengesetzte Profile, welche in Abbildung 12: „Mögliche Zusammengesetzte Pro­file“ abgebildet sind, entstehen durch neuartige Verbindungsmethoden, wie Punkt- schweißen, Lichtbogenschweißen und Kleben einfacher Profile. Da die Tragwirkung dünn­wandiger Bauteile von der jeweiligen Profilart abhängt, können durch das Zusammenbrin- gen der verschiedenen einfachen Profile sehr Stabile Träger und Konstruktionssysteme entstehen, welche die Vorteile der einzelnen Profile zusammen vereinen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Mögliche Einfache Profile52

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Mögliche Zusammengesetzte Profile53

Die hergestellten Profile können Grundsätzlich in zwei Gruppen unterteilt werden. Zum einen in standardisierte Profile, die von den jeweiligen Unternehmen serienmäßig auf Lager hergestellt werden und zum anderen in nicht standardisierte Profile, die erst nach einer individuellen Bestellung gefertigt werden.

Geschlossene Profile mit Quadrat- und Rechteckquerschnitt sind besonders für diejenigen Konstruktionen geeignet, die unter Verwendung von standardisierten Sortimenten entwor­fen werden. Profilformen, die von den oben beschriebenen Formen abweichen, werden in der Regel nur für eine bestimme Aufgabe oder ein bestimmtes Bauteil benötigt, weshalb sie nicht standardisiert werden können und auf Bestellung herzustellen sind.

Damit der Profilquerschnitt an die vorgesehene Tragwirkung bestmöglich angepasst wer­den kann, sind die zuvor vorgestellten Profile, bevor sie in einem bestimmten Bauteil oder einer bestimmten Konstruktion verwendet werden sollen, zweckentsprechend zu entwer­fen. Bei der Wahl und Gestaltung der einzelnen Profilquerschnitte sollte zu Beginn einer jeden Konstruktion der genaue Zweck, die Nutzung sowie die maximal auftretenden Lasteinwirkungen festgelegt sein.

Grundsätzlich wurde angestrebt dünnwandige geschlossene Hohlkörper zu verwenden, da diese bei Druck-, Biege- und Drehbeanspruchung statisch vorteilhafter als andere Profile sind. Außerdem haben Hohlkörper den Vorteil, dass die Innenflächen bei geschlossenen Enden nicht der Korrosion ausgesetzt sind (genauere Erklärung des Korrosionsschutzes in Kapitel 4.8. „Korrosionsschutz“). Bei Fachwerkkonstruktionen ist eine einwandige Ausbil­dung anzustreben, um die Anwendung der Punktschweißung zu ermöglichen.54,55

4.7. Konstruktionsgrundlagen

In der Literatur werden häufig die Stahlleicht- und Stahlrohrbaukonstruktionen in die zwei Kategorien „Bauteile aus kaltgeformten Profilen“ und „Bauwerksteile aus warmgewalzten Profilen“ unterteilt.

Kaltgeformte Stahlteile werden ausschließlich aus hochwertigen Stahlblechen hergestellt und mittels Biegen, Knicken, Walzen, etc. in endgültige Formen gebracht. Bei diesen Vorgängen wird keine Hitze benötigt. Der größte Vorteil der kaltgeformten Stahlteile liegt im geringeren Gewicht im Vergleich zu den warmgewalzten, weshalb die Bauteile in der Regel dünner, leichter, einfacher herzustellen und kostengünstiger sind als warmgewalzte Teile. Diese hingegen werden unter Zugabe von Hitze und Walzen in die endgültige Form gebracht. Zu diesen Profilen gehören klassischerweise I-Profile sowie Rohre und derglei­chen, die aus soliden Stahlblöcken hergestellt werden.

Leichte Konstruktionen, die ausschließlich aus kaltgewalzten Blechen hergestellt werden, ergeben für Spannweiten zwischen 6 m und 15 m den kleinsten Stahlverbrauch. Dieser kann bis zu 60 % geringer sein als bei vollwandigen Trägern und bis zu 40 % im Gegen­satz zu Fachwerken aus warmgewalzten Profilen. Dahingegen sind warmgewalzte Profile bei Spannweiten von 12 m bis 21 m besonders wirtschaftlich. Der Grund für diese beson- Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 36 - 37 ders effizienten Spannweiten ist, dass bei größeren Spannweiten der Umfang von Werk­stattarbeiten derart zunimmt, dass die Gesamtkosten der Konstruktion höher werden. Bei den kaltgeformten Profilen kommt hinzu, dass die dünnen Bleche ab einer gewissen Spannweite nicht mehr ausreichend Last aufnehmen können und somit mehr Blechen zur Verstärkung notwendig wären, was wiederum zu einem unwirtschaftlichen Gewicht sowie hohem Stahlverbrauch führen würde.

Da allerdings auch Hybrid-Konstruktionen exisiterten, wie z.B. der in Kapitel 5.1.4. vorgestellte „R-Träger, aus T-Gurten mit Rundstahlaussteifung“, und die Art der Profilher­stellung zum Teil nicht mehr festzustellen ist, wird im Folgenden keine Unterscheidung zwischen den Herstellungsarten gemacht.

Für die Dacheindeckung von leichten Konstruktionen wurden hauptsächlich Falt-, Well­oder Rippenbleche, Wellasbestzementplatten, Platten aus holzartigen Stoffen (z.B. Holz­spanplatten) und Leichtbetonplatten verwendet. In Ausnahmefällen kamen auch mehrschichtige Kunststoffplatten, Schaumglas oder Pappe auf Brettern zum Einsatz. Bei Sparren- und Kehlbalkendächern konnten ebenso Dachziegel, Dachschiefer oder Asbestzement-Dachplatten verwendet werden. Schwere Baustoffe sind auf Grund des da­raus resultierenden höheren Stahlverbrauchs nicht zu empfehlen. Allerdings ist zu beach­ten, dass bei der Verwendung von Betonplatten wiederum auf die Pfetten in der Regel verzichtet werden kann, da die Platten für ausreichend Versteifung des Daches sorgen.

Auf besonders vorteilhafte Dacheindeckungen bei bestimmten System, wird beim vorstellen der einzelnen Konstruktionen in Kapitel 5: „Stahlleichtbau- und Stahlrohrbau­Systeme“ eingegangen.56,57,58

4.8. Korrosionsschutz

Ein angemessener Korrosionsschutz ist auf Grund der geringen Werkstoffdicke bei den leichten Konstruktionen besonders wichtig. Korrosion sorgt für eine Schwächung des Querschnitts, was bei den empfindlichen dünnwandigen Bauteilen in kurzer Zeit zur Zer­störung führen kann.

An Stahlkonstruktionen entsteht Korrosion in der Regel infolge elektrochemischer Reak­tionen. Die Korrosion kann entweder durch Elementbildung zwischen Stahl und nicht­metallischen Bestandteilen (z.B. Schlackeneinschlüsse) sowie zwischen Stahl und edleren Materialen eingeleitet werden. Bedingung für die chemische Reaktion und damit die Rost- Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 36 - 37 bildung ist ein Elektrolyt, dass in der Regel in Form von Wasser vorhanden ist. Für die Ablagerung von Wasser auf Stahlbauteilen ist die relative Luftfeuchtigkeit maßgebend, die allerdings stark temperaturabhängig ist. Verstärkt wird die Korrosion insbesondere durch staubförmige Ablagerungen oder aggressive Gase wie z.B. Schwefeldioxyd oder Kohlen­dioxyde.

Die nachfolgende Tabelle zeigt ungefähre Korrosionsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit von den verschiedenen Angriffsatmosphären. Beispielsweise ist die Korrosions­geschwindigkeit in Seeluft um das 15 bis 40-fache höher als in einer ländlichen Umge­bung. Es wird deutlich, dass die Anforderungen an den Korrosionsschutz in der DIN 4115 nicht unbegründet sind, weshalb diese besonders bei aggressiven Atmosphären wie Indus­trie- und Seeluft erfüllt werden müssen.

Tabelle 4: Korrosionsgeschwindigkeit unter bestimmten Angriffsatmosphären54

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zum Schutz gegen Korrosion können Stahlleichtbaukonstruktionen mit verschiedenen Maßnahmen gesichert werden. Zum einen können mit Hilfe von Legierungselementen wie z.B. Nickel oder Kupfer rostfreie Stähle hergestellt werden. Da die Herstellung des rost­freien Stahls allerdings mit hohen Kosten verbunden ist wird er im Stahlbau kaum verwen­det.

Eine weitere Methode zur Verhinderung einer schnellen Korrosion ist die richtige und zweckentsprechende Gestaltung von Stahlkonstruktionen. Es besteht ein direkter Zusam­menhang zwischen der baulichen Durchbildung sowie der Profilwahl und der Korrosions­beständigkeit, wie auch die Versuchsergebnisse in Abbildung 13: „Zusammenstellung der Korrosionsgeschwindigkeiten“ zeigen. Die relative Korrosionsgeschwindigkeit S 0 wird anhand der Formel (4.1) beschrieben.

[...]


1 Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

2 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

3 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

4 Vgl. Leonhardt, Leichtbau - eine Forderung unserer Zeit. Anregungen für den Hoch- und Brückenbau, S. 413 - 423

5 Neufert, Bauordnungslehre, 1943, Vorwort

6 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 5

7 Neufert, Bauordnungslehre, 1965, S. 140

8 Vgl. Neufert, Bauordnungslehre, 1965, S. 140

9 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

10 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 5

11 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 5-6

12 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 10

13 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

14 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

15 Vgl. Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

16 Vgl. Mannesmann-Röhrenwerke Aktiengesellschaft, Stahlrohrbau, 1955, S. 198-199

17 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 268-271

18 Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 272

19 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 268-271

20 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 279

21 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 280

22 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 286

23 Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 286

24 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 7

25 Vgl. Mittag, Baukonstruktionslehre, 1971 S. 161

26 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 7

27 Mittag, Baukonstruktionslehre, 1971 S. 161

28 Vgl. Deutscher Stahlbau-Verband, Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 286-292

29 Vgl. Fachverband Stahlbau, Abhandlungen aus dem Stahlbau. Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 7-8

30 Stahr / Hinz, Sanierung und Ausbau von Dächern. Grundlagen - Werkstoffe - Ausführung, 2011, S. 12

31 Vgl. Wikipedia, Dach

32 Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 268-271

33 Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 279

34 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

35 Stahlbau-Handbuch, 1952, S. 286

36 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

37 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

38 Heft 4 - Stahlleichtbau, 1950, S. 5

39 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 10

40 Vgl. Bauratgeber-Deutschland, Dachformen

41 Vgl. Wikipedia, Dachkonstruktion

42 Vgl. Wikipedia, Dachbinder

43 Vgl. Wikipedia, Dachbinder

44 Vgl. ZBO - Zentrale Bauorganisation, Dachkonstruktion

45 Vgl. Wikipedia, Dachbinder

46 Vgl. ZBO - Zentrale Bauorganisation, Dachkonstruktion

47 Mittag, Baukonstruktionslehre, 1971 S. 174

48 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 12-13

49 Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 9

50 Mittag, Baukonstruktionslehre, 1971 S. 158

51 Mittag, Baukonstruktionslehre, 1971 S. 159

52 Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 20

53 Brodka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 20

54 Bródka / Lubinski, Leichte Stahlkonstruktionen, 1977, S. 48

Ende der Leseprobe aus 138 Seiten

Details

Titel
Stahlleichtbauträger für kurze bis mittlere Spannweiten bei Dachtragwerken. Entwicklungsgeschichte und Übersicht zu konfektionierten Tragwerkselementen
Hochschule
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Note
1,0
Autor
Jahr
2019
Seiten
138
Katalognummer
V535365
ISBN (eBook)
9783346150417
ISBN (Buch)
9783346150424
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Stahlleichtbau, Stahlleichtbauträger, Dachtragwerke, Tragwerkselemente, Dachbinder, Stahlrohrbau, DIN4115
Arbeit zitieren
Benjamin Schramm (Autor:in), 2019, Stahlleichtbauträger für kurze bis mittlere Spannweiten bei Dachtragwerken. Entwicklungsgeschichte und Übersicht zu konfektionierten Tragwerkselementen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/535365

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