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1997 | Buch

Bauen mit Stahl

Kreative Lösungen praktisch umgesetzt

verfasst von: Ewald Rüter

herausgegeben von: L. Schubert

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Erfolgreiches Bauen mit Stahl setzt voraus, daß die Abläufe in Konstruktion und Ausführung rationell organisiert sind. Für seine Arbeiten erhielt Rüter bereits 1988 den Stahlbaupreis. In diesem Buch werden jetzt Problemlösungen vorgestellt, die von ihm erfolgreich in der Praxis eingesetzt werden. Unveröffentlichtes Know-How wird damit offengelegt. Die Themen "Wirtschaftliches Bauen", "Konstruktionsprinzipien" und "Konstruktionsdetails" werden anwendungsnah behandelt und durch viele Beispiele erläutert. Das Buch wendet sich an Ingenieure und Konstrukteure der Baukonstruktion (Stahlbau und Industriebau).

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Stahlbau — wirtschaftlich

1. Der wirtschaftlich organisierte Stahlbaubetrieb
Zusammenfassung
Stellen Sie sich vor, Sie hätten sich entschlossen, einen mittelständischen Stahlbaubetrieb aufzubauen. Was wären dann, ganz praktisch betrachtet, zunächst einmal die wichtigsten Voraussetzungen für eine wirtschaftliche Fertigung?
Ewald Rüter
2. Klare Personalstruktur: Jedem seine Aufgabe!
Zusammenfassung
Der zuvor umrissene, auf die Kerngebiete des Stahlbaubetriebs konzentrierte Umfang des Leistungs-und Maschinenparks eröffnet natürlich auch die Chance zu einer entsprechend gestrafften Personalstruktur nach folgender Devise:
Jeder Mitarbeiter, vom Arbeiter bis zum obersten Vorgesetzten, kennt genau seinen Aufgaben-und Verantwortungsbereich.
Ewald Rüter
3. Rationelle Fertigungs- und Montageprozesse
Zusammenfassung
Richtig verstandene Wirtschaftlichkeit in Fertigung und Montage beginnt bereits im Konstruktionsbüro. Dort werden die Weichen gestellt, wie einfach und kostengünstig oder wie schwierig und teuer eine Konstruktion später zu fertigen und zu montieren ist. Umso wichtiger ist es, daß sich die Fachexperten aus Betrieb und Montage rechtzeitig mit den Konstrukteuren zusammensetzen, um ihr Wissen bereits in die Konzeption eines Stahlbauprojekts einfließen zu lassen. Bei schwierigeren Konstruktionen ist dies häufig der Beginn eines beharrlichen Diskutierens und Feilens, bis hin zur Fertigstellung der Baupläne für die wirklich optimale Konstruktion.
Ewald Rüter
4. Stahlbauarchitektur — Ästhetik — Wirtschaftlichkeit
Zusammenfassung
Erstaunlich, die damals neuartigen Eisenkonstruktionen des 19. Jahrhunderts fielen „mangels Masse“ durch: zu wenig Fleisch für das Stilund Dekorationsbedürfnis jener Zeit. Dazumal mußten die Eisenkonstruktionen als stumme Diener hinter steinernem Plüsch verschwinden, wenn ihre konstruktive Überlegenheit schon nicht mehr abzuleugnen war. Allenfalls bei Zweckbauten - also Ingenieurarbeit - wurde Eisen als Konstruktionswerkstoff geduldet.
Ewald Rüter

Konstruktionsprinzipien

1. Elementiertes Bauen
Zusammenfassung
Ob man an den legendären Märklin-Baukasten denkt, an die Ursprungsidee der Lego-Bausteine oder aber an ein „ausgewachsenes“ Elementarbausystem aus Stahl - das Grundprinzip des elementierten Bauens bleibt stets dasselbe: mit einer auf das Notwendige reduzierten Anzahl standardisierter Bauelemente einen auch spezialisierten Bedarf an Gestaltungs-, Ausbau-und Umbaumöglichkeiten abdecken. Und das ist in erster Linie eine Herausforderung an die Findigkeit der Konstrukteure. Aus Sicht der Stahlbaufertigung ist Sinn und Zweck der Schaffung solcher Baukastensysteme zunächst einmal die damit verbundene Rationalisierungsmöglichkeit durch Serienfertigung einheitlicher Bauelemente. Dabei dürfen die zum Bausystem gehörenden standardisierten oder konfektionierten Bauelemente durchaus anwendungsgerecht in der Größe abgestuft sein, so lange das Grundprinzip der standardisierten Gestaltung und Anschlußtechnik gewahrt wird. Aber, um durch Fertigung in möglichst großen Serien Kosten zu sparen, wird man bei der Konstruktion bestrebt sein, das Baukastensystem auf die Verwendung möglichst großer Stückzahlen an maßgleichen Bauelementen auszulegen. Denn jede Maßänderung hat zumindest eine Umrüstung der Bearbeitungsvorrichtungen zur Folge.
Ewald Rüter
2. Konstruktionsablauf: Teamwork zwischen Architekt, Konstrukteur und Statiker
Zusammenfassung
Frage: Wie kommt man denn nun zu der vielbeschworenen „optimalen Konstruktion“. Neben der Erfahrung des Konstrukteurs, kommt es dabei auf den richtigen Ablauf des Konstruktionsverfahrens, auf eine gute und enge Zusammenarbeit mit Architekten, Statikern und den Ausführenden in der Praxis an.
Ewald Rüter
3. Aktueller Stand: CAD im Stahlbau
Zusammenfassung
Computer Aided Design (CAD) bedeutet im Wortsinn „Rechnergestützter Entwurf“. Ende der 50er Jahre von D. T. Ross geprägt, wird dieser Begriff heute mit zwei Kriterien verbunden:
  • Der technische Entwurf wird durch graphische Ein-und Ausgabe unterstützt. Der aktuelle Stand des Entwurfs wird jederzeit in Form von Zeichnungen oder Modellansichten auf dem Bildschirm präsentiert und dient dem Ingenieur gleichzeitig als Arbeitsgegenstand zur Manipulation.
  • Dabei steht nicht (mehr) die Zeichentechnik im Vordergrund, sondern eine echte Unterstützung des Entwurfsprozesses. Das CAD-System bildet die jeweilige Begriffswelt des Architekten bzw. Ingenieurs ab; das reale Bauwerk wird entsprechend idealisiert. Der Bearbeiter kann in der vertrauten Terminologie auf einer unmittelbar verständlichen Benutzeroberfläche arbeiten (Bild II.2).
Ewald Rüter
4. Gußteile im Stahlbau
Zusammenfassung
Die Gießereitechnik, die sich im Lauf der Jahrhunderte zu einer hohen Kunst entwickelte, ist fast so alt wie die Entdeckung der Metalle überhaupt. Das Gießen eignet sich naturgemäß zur Herstellung besonders kompliziert geformter Teile, z. B. auch von Bauteilen mit unregelmäßigen Hohlräumen, die sich anderweitig überhaupt nicht anfertigen lassen. Da für das Gießen generell zunächst eine Form mit Hilfe eines Modells des Gußteils angefertigt werden muß, ist dieses „(Urformverfahren)“ besonders für die Serien-oder Massenfertigung prädestiniert. Aber es wurden natürlich immer auch schon Einzelgußstücke angefertigt: Glocken oder Schiffsschrauben sind die wohl berühmtesten Beispiele. Und wo die Gießtechnik sich mit alternativen Produktionsverfahren überschneidet, wird der Wettbewerb letztlich wieder über den konkurrenzfähigen Preis entschieden.
Ewald Rüter
5. Korrosionsschutz: „So gut wie möglich…“
Zusammenfassung
Auch auf die Gefahr hin, erst einmal ernüchternd zu wirken, soll hier versucht werden, das Thema „Korrosionsschutz im Stahlbau“ einmal anders zu gewichten. Während es in der einschlägigen Fachliteratur nämlich häufig so dargestellt wurde, als sei penibelster Korrosionsschutz die Voraussetzung für Stahlanwendung überhaupt, soll hier einleitend festgestellt werden, daß in der Vergangenheit des Guten (und Teuren) eher zu viel, als zu wenig getan wurde! So jedenfalls ist, des Autors persönliches Fazit, dieses, durchaus nicht nebensächlichen Aspekts lebenslanger Betätigung im Stahlbau.
Ewald Rüter
6. Hohlprofile im Stahlbau
Zusammenfassung
Stahlbau-Hohlprofile, ob quadratisch, rechteckig oder kreisförmig, haben sich in den letzten drei Jahrzehnten zu einem beliebten Element in der Architektur entwickelt. Viele preisgekrönte Bauwerke beweisen dies in eindrucksvoller Weise, z. B.:
  • neues Terminal Flughafen Stuttgart (Bild II.8)
  • neues Terminal Ost Flughafen Frankfurt (Bild II.9)
  • Globe Arena Stockholm (Bid II.10)
Diese und weitere repräsentative Bauwerke aus Stahlbau-Hohlprofilen finden sich in dem von Schmiedel herausgegebenen Buch „Konstruktion und Gestalt“ [1].
Ewald Rüter

Brandschutzkonzepte für Industrie- und Geschoßbau

1. Was sagt der Gesetzgeber?
Zusammenfassung
Nach §3 der neuen Bauordnung des Landes Nordrhein-Westfalen sind bauliche Anlagen sowie andere Anlagen und Einrichtungen
so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, daß die öffentliche Sicherheit oder Ordnung, insbesondere Leben, Gesundheit oder die natürlichen Lebensgrundlagen, nicht gefährdet werden. Dazu sind die „allgemein anerkannten Regeln der Technik“ zu beachten.
Ewald Rüter
2. Nachweis der Feuerwiderstandsdauer
Zusammenfassung
Will der Planer von den in Tabelle III.1 aufgestellten Regelanforderungen an den Brandschutz, je nach Nutzungsart und Gebäudehöhe, abweichen, dann sind die für die erwähnten Abweichungen nötigen Einzelfallnachweise zu erbringen.
Ewald Rüter
3. Brandschutz-Beispiele
Zusammenfassung
Nachdem das City-Center in Essen 1983 abgebrannt war, wurde ein Neuaufbau, überwiegend eingeschossig und mit kleinen Ladeneinheiten beschlossen. Im Rahmen nachträglicher Modernisierungsmaßnahmen wurde ab 1992 geplant, das City-Center aufzustocken und die bisher offenen Sicherheits-/Flaniergänge zwischen den Gebäuden mit einem Wetterschutz zu überschirmen (Bild III.3 und III.4).
Ewald Rüter
4. Zusammenfassung
Zusammenfassung
Die Entwicklung von Brandschutzkonzepten unter Berücksichtigung neuester Erkenntnisse der Sprinklertechnik, der Rauch-und Wärmeabzugsanlagen und der Brandmeldetechnik lassen heute Erleichterungen und Abweichungen von festgeschriebenen Standards der Bauordnung zu. Das betrifft insbesondere:
  • Bauart und Anordnung aller für die Standsicherheit, die Verkehrssicherheit, den Brand-, Schall-oder Gesundheitsschutz wesentlichen Bauteile;
  • die Bauart, Zahl und Anordnung von Treppen, Aufzügen, Ausgängen und Rettungswegen;
  • die Lüftungsanlagen für Zu-und Abluft;
  • Betriebs-und Nutzungsart von Gebäuden mit übergroßen Brandabschnitten.
Ewald Rüter

Konstruktionsdetails

1. Stützenfüße
Zusammenfassung
Bei Stützenfüßen, der Verbindung zwischen Stützen und Fundamenten, wird zwischen vier Bauarten unterschieden:
Pendelstützen sind unten und oben gelenkig gelagert. Die Stützen geben den natürlichen Formänderungen des Tragwerks pendelnd, also ohne Zwängungen nach.
Eingespannte Stützen werden am Fuß starr verankert und am Kopf gelenkig mit dem Tragwerk verbunden. Der Fuß wird beispielsweise durch Betonverguß in einem speziellen Köcherfundamеnt, durch Ankerschrauben oder Schweißverbindungen verankert.
Geschoßbaustützen übertragen die Eigengewichte und Nutzlasten der Decken oder auch Dachlasten in die Fundamente. In der Regel geht es hier nur um senkrechte Lasten und zentrische Lastverteilungsanschlüsse.
Portalstützen schließlich benötigt man beispielsweise für Zweigelenk-rahmen (frühere Bezeichnung: Zweigelenkportale). Die Stützenfüße sind gelenkig/fest mit dem Fundament verbunden.
Wozu haben Stützεnfüße zu dienen? Auf diese scheinbar banale Frage gibt es, konstruktiv betrachtet, differenzierte Antworten. Geht es an dieser Nahtstelle zwischen Tragwerk und Fundament doch besonders um den Maß- oder Toleranzausgleich zwischen den in dieser Beziehung recht verschiedenen Gewerken Stahlbau und Massivbau. Letztlich also um nichts geringeres als um die Vereinfachung und Beschleunigung der Bauabläufе. Der Stahlbauer arbeitet natürlich genauer als der Betonbauer und sollte bauseits nicht an einem zügigen und damit kostengünstigen Montageablauf behindert werden.
Ewald Rüter
2. Horizontale und vertikale Aussteifungen
Zusammenfassung
Technikgeschichtlich wurden Stabtragwerke wohl aus den uralten Erfahrungen mit Fachwerkhäusern entwickelt. Die Tragwerksstäbe sind so miteinander verbunden, daß ihr Verband Tragsicherheit gegenüber den äußeren und inneren Krafteinwirkungen gewährleistet. Für die Anordnung der Stäbe für die Tragwerksaussteifung gibt es natürlich eine schier unerschöpfliche Auswahl an Möglichkeiten. Auf jeden Fall ist die Fachwerks-oder Verbandsauslegung eine wichtige Voraussetzung für eine bautechnisch einwandfreie und wirtschaftlich optimale Bauwerkslösung, z. B. für Hallenkonstruktionen, wie sie im folgenden betrachtet werden.
Ewald Rüter
3. Pfosten-Riegel-Konstruktionen für Fassaden
Zusammenfassung
Pfosten-Riegel-Konstruktionen dienen als Traggerüst für Fenster, Türen, Verglasungswände oder andere Fassadengestaltungen. Aufgebaut ist dieses Traggerüst aus den senkrechten Pfosten und den waagerechten Riegeln, wobei die Riegelprofile in der Regel filigraner als die Pfosten gestaltet sind. Das Traggerüst trägt die Gebäudeaußenhaut in Form von Verglasungen, Sandwich-Elementen oder anderen Plattenarten und -dekors. Pfosten-Riegel-Konstruktionen werden als montagefertige Flächenelemente individuell für eine bestimmte Baufunktion hergestellt. Als Stahlbau-Profile kommen sowohl Leichtbau-Hohlprofile als auch Walzprofile, z. B. I-Stähle, zum Einsatz.
Ewald Rüter
4. Befestigung von Wandverkleidungen
Zusammenfassung
Die Außenhaut der Gebäude, also Wandverkleidungen oder Paneele, sind im Lauf einer langen baugeschichtlichen Entwicklung tendentiell immer leichter, dabei aber gleichzeitig immer energiebewußter ausgelegt worden. Wenn man sich historische Fabrik-oder Zechengebäude oder auch alte Fachwerkhäuser ansieht, dann fällt im Vergleich zu unseren modernen Bauweisen auf, daß die Wände früher meist mit Ziegelsteinen ausgemauert oder auf andere Art massiv ausgefacht waren. Dabei wurden Tragwerk und Auskleidung früher in der Regel möglichst dauerhaft in-und miteinander verbunden, während Wandverkleidung und Unterkonstruktion heute eher funktionell getrennt betrachtet werden.
Ewald Rüter
5. Auslegung von Kranbahnträgern
Zusammenfassung
Seine wohl extremste statische und dynamische Belastung erfährt das Traggerüst von Industriebauten oft von innen, aus dem Betrieb von im Halleninneren verkehrenden Lastkranen. Die daraus resultierenden Belastungen, zusammengesetzt aus der eigentlichen Traglast sowie den Anfahr-und Bremskräften müssen auf geeignete, vor allem sichere Weise über Laufflächen durch Kranbahnträger oder entsprechend gestaltete Schienen in die Tragwerkskonstruktion abgeleitet werden.
Ewald Rüter
6. Trägerbau
Zusammenfassung
Als Hauptbauteile des Traggerüsts eines Bauwerks werden Träger so angeordnet, daß sie hauptsächlich nur senkrecht zur Längsachse wirkende Belastungen aufzunehmen haben, also auf Biegung beansprucht werden.
Ewald Rüter
7. Beispiele für Hohlprofil-Verbindungen
Zusammenfassung
Das Stahlbau-Hohlprofil hat nicht nur im sog. Architekturbau, sondern auch im Bereich der Wirtschafts-und Industriebauten zunehmend an Bedeutung gewonnen. Vergleicht man das geschlossene, kreisförmige Stahlbau-Hohlprofil von seiner Form her mit dem klassischen, offenen Walzprofil, dann kann vom ersten Augenschein her der Eindruck gewonnen werden, daß das Hohlprofil einfacher zu verarbeiten ist. Diesen Eindruck sollte man jedoch nicht generalisieren. Oft erkennt man heikle Fragen der Verarbeitung erst beim praktischen Einstieg in die konstruktiven Details.
Ewald Rüter
8. Anschlüsse an Betonbauteile
Zusammenfassung
Bei einer kombinierten Bauweise müssen natürlich geeignete Anschlüsse zwischen den beteiligten Gewerken Massivbau und Stahlbau bzw. Beton-und Stahlbaukonstruktion hergestellt werden. Die jeweils günstigste Anschlußtechnik ist bereits in der Planungsphase einzuplanen, ihre Ausführung zwischen den Fachleuten der beteiligten Gewerke genau abzusprechen, zu vermaßen und zu organisieren.
Ewald Rüter
9. Verstärkung und Sanierung von Betonbauteilen
Zusammenfassung
Für die stahlbaugerechte Verstärkung statisch zu schwacher, vorhandener Betonbauteile gibt es, wie im folgenden gezeigt wird, eine ganze Reihe erprobter Möglichkeiten. Entsprechend können Betonbauteile, an denen der Zahn der Zeit genagt hat, durch eine Stahlbausanierung, z. B. durch Blechverkleidung, wieder tragfähig gemacht werden. Gegenüber der radikalen Lösung, dem Betonbau-Abbruch, der oft nicht einfach ist, hat die Stahlbauverstärkung oder -sanierung in vielen Fällen eindeutige wirtschaftliche Vorteile.
Ewald Rüter
10. Sonderlösungen
Zusammenfassung
Im Unterschied zu den anderen Kapiteln sind hier Konstruktionsbeispiele so zusammengestellt, wie es sich eben aus den praktischen Anforderungen ergab. Deshalb sind die hier vorgestellten Sonderlösungen nicht durch einen „roten Faden“ verbunden - ihre einzige Gemeinsamkeit: sie sind erfolgreich in der Praxis erprobt und lassen sich sicher auf so manche andere Aufgabenstellung im Stahlbau übertragen.
Ewald Rüter

Elementar-Bausysteme

1. Rohrstabwerk (System RRV)
Zusammenfassung
Dieses Bausystem wird aus eigentlich nur zwei Bauelemente, Rohrstäben und Rohrknoten mit Hilfe der speziellen „Keil-Klemm-Verbindung“ aufgebaut (Bild V.1 – V.3). Als Stäbe werden, wichtig für gute Praxiseignung, Stahlbau-Hohlprofile mit quadratischem Querschnitt verwendet. Das Rohrstabwerk zeichnet sich durch Hohlprofilstäbe aus, die, auf Fixmaß gesägt, ohne weitere Anarbeitung direkt vom Stahlhändler auf die Baustelle geliefert werden, um sie dort auf einfachste Weise mit unterschiedlichen Knotenanschlüssen (Bild V.4) zu maßgeschneiderten Tragwerken zusammenzubauen, die man später eventuell noch schneller wieder zerlegen kann.
Ewald Rüter
2. Wandfachwerk und Mehrzweckgerüste mit Keil-Steck-Verbindung (System KSV)
Zusammenfassung
Dieses Schnellbausystem ermöglicht die einfache und kostensparende Montage (und Demontage) von Wandkonstruktionen und Mehrzweckgerüsten, wie sie durch ein einfaches Zusammenstecken standardisierter Fachwerkstützen-und -Fachwerkriegel errichtet und durch eine spezielle Keil-Steck-Technik verbunden werden. Dieses Bausystem überrascht durch seine Einfachkeit: das einzige Werkzeug, das auf der Baustelle wirklich benötigt wird, ist ein Hammer.
Ewald Rüter
3. Raumfachwerk-System „Alpha“ (DBP)
Zusammenfassung
Mit den Raumfachwerken für den repräsentativen Objektbau kommen wir zu den modernsten Ausprägungen heutiger Stahlbautechnik. Mit ihrem ästhetisch-filigranen Leichtbau setzen Raumfachwerke zeitgerechte Akzente, weshalb sie oft als sichtbares Gestaltungselement der Gebäude-oder Raumarchitektur eingesetzt werden.
Ewald Rüter
4. Trägerrost-Fachwerksystem „Delta“ (DBP)
Zusammenfassung
Aus kreuzweise gespannten filigranen Fachwerkträgern lassen sich Großflächen-Trägerroste, z. B. für Dächer, Fassaden und Decken im Hallen-und Geschoßbau spannen (Bild V.35 a - c). Mit seinem konsequent durchkonstruierten modularen Fertig-Baukasten, der rationellen, weitgehend automatisierten Fertigung der wenigen, standardisierten Modulbauelemente sowie der einfachen und zeitsparenden Montage bietet das neuentwickelte System „Delta“ eine auch von den Kosten her sehr interessante Alternative zu herkömmlichen Raumtragwerken.
Ewald Rüter
Backmatter
Metadaten
Titel
Bauen mit Stahl
verfasst von
Ewald Rüter
herausgegeben von
L. Schubert
Copyright-Jahr
1997
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-59218-8
Print ISBN
978-3-642-63903-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-59218-8