steeldoc - Stahlbau Zentrum Schweiz

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Bauen in Stahl
Technische Dokumentation des Stahlbau Zentrums Schweiz
01/06
steeldoc
Konstruktives
Entwerfen
Grundlagen und Praxis
tec 01
Inhalt
I
Einführung
1
2
Einführung
Stahl – Vom Rohmaterial zum Bauwerk
Materialtransformation
Neue Dimensionen
Der Weg zum Glashaus
Vorfabrikation und «anything goes»
Plastizität und Ornament
II
Grundlagen des Stahlbaus
3
Stahl – Das Baumaterial
Die Eigenschaften von Baustahl
Die Vorteile der Stahlbauweise
Vordimensionierung von Stahlträgern
4
Stahlprodukte – Formen und Anwendungen
Profilarten
Flachprodukte und weitere Profile
5
Tragwerksplanung
Struktur des Tragwerks
Tragwerks-Stabilisierung
Wahl der Stabilisierungselemente
Tragverhalten von vertikalen Verbänden
6
Stützen
Gebräuchlichste Stützenquerschnitte
Konstruktionsdetails von Stützen
7
Träger
Gebräuchliche Trägertypen
Fachwerkträger
8
Decken
Installationsführung
Deckenkonstruktionen
9
Verbindungen
Stützen-Träger-Anschlüsse
Trägeranschlüsse
10 Fassaden
11 Skelettrahmenbau
Rahmen mit durchlaufenden Trägern
Rahmen mit durchlaufenden Stützen
Ungerichtetes Rahmenskelett
12 Brandschutz
Aktive Brandschutzmassnahmen
Baulicher Brandschutz
Einsatzmöglichkeiten der Stahlbaus
III
Anwendung in der Praxis
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Skelettrahmenbau
Fachwerk und Fassade
Raumfachwerke
Raute und Diagonale
Pilzkonstruktionen
Falten und Biegen
Hilfsmittel und Planungsgrundlagen
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Kompetenz im Stahlbau
Das Stahlbau Zentrum Schweiz ist das Schweizer Kompetenz-Forum für den Stahlbau. Als Fachorganisation
vereint das SZS die wichtigsten stahlverarbeitenden Betriebe, Zulieferfirmen und Planungsbüros der Schweiz
und erreicht mit seinen Aktionen mehr als 8000 Architektinnen, Bauplaner, Entscheidungsträger und Institutionen.
Das SZS informiert das Fachpublikum, fördert die Forschung, Entwicklung und Zusammenarbeit im Stahlbau,
pflegt internationale Verbindungen und unterstützt
die Aus- und Weiterbildung von Fachleuten. Seine Mitglieder profitieren von einem breiten Leistungsangebot zu
günstigen Konditionen.
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Steeldoc ist die Bautendokumentation des Stahlbau
Zentrums Schweiz und erscheint periodisch mindestens
viermal pro Jahr. Sonderhefte mit einem technischen
Schwerpunkt können auch einzeln oder als separate Reihe
bezogen werden.
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Stahlbau Zentrum Schweiz
Centre suisse de la construction métallique
Centrale svizzera per le costruzioni in acciaio
www.szs.ch
Editorial
Bauen in Stahl ist ein konstruktiver Prozess. Schon beim ersten Entwurf muss sich der Planer Gedanken zur Tragstruktur, zu Spannweiten
und Stützenabständen machen. Denn beim Bauen mit Stahl fügt sich
das eine zum anderen. Ist die Wahl des Strukturrasters getroffen, so
entsteht aus Stützen, Balken und Verstrebungen ein stabiles Skelett,
das als Grundlage für den Einbau von Decken, Wänden und der Gebäudehülle dient. So einfach die Sache im Grunde ist, umso ausschlaggebender ist die Wahl der Elemente und die Kenntnis ihrer Funktionsweise. Es gibt Stützen, Träger und Deckenelemente aller Art und Grösse, die sich zu einem Ganzen fügen. Die Fügung bestimmt nicht nur
das Tragsystem, sondern auch den Raum selbst. Was die Griechen
«Tektonik» nannten, ist beim Stahlbau höchst legendig. Es ist die Baukunst des Fügens von tragenden und raumabschliessenden Elementen
zu einem Ganzen. Das ist Architektur.
Das vorliegende Heft ist eine Sonderausgabe von Steeldoc mit technischem Schwerpunkt. Es ist die erste Ausgabe dieser Art, und sie
widmet sich dem konstruktiven Entwerfen mit Stahl. Die Einführung ist
eine Bestandesaufnahme der bisherigen Möglichkeiten des Bauens
mit Stahl. Der Text stützt sich grösstenteils auf einen ausführlichen
Artikel von Alois Diethelm, der im Handbuch «Architektur konstruieren»
von Andrea Deplazes im Birkhäuser Verlag erschienen ist. Der zweite
Teil widmet sich den Grundlagen des konstruktiven Entwerfens mit
Stahl, d. h. der Tragstruktur, den Elementen und deren Anschlüssen
sowie dem Aspekt des Brandschutzes. Dieser Teil gibt einen Überblick
über die Konstruktionsprinzipien des Stahlbaus und zeigt die gängigsten Konstruktionsdetails. Ausführliche Literatur hierzu ist im Anhang
aufgeführt. Grundlage für dieses Kapitel bilden diverse Quellen, unter
anderen die bestehenden Publikationen des SZS und insbesondere
das Buch «Conception des charpentes métalliques» von Manfred Hirt
und Michel Crisinel (EPFL), aus dem viele der Plandarstellungen
stammen. In einem dritten Teil werden Architekturbeispiele aus der
Praxis dokumentiert, die jeweils einen besonderen konstruktiven
Aspekt des Stahlbaus verdeutlichen. Diese Texte stammen wiederum
grösstenteils von Alois Diethelm aus dem oben erwähnten Handbuch
und wurden mit aktuellem Bildmaterial ergänzt.
Diese Ausgabe ist eine Planungshilfe für das Bauen mit Stahl. Sie soll
die Konstruktionsprinzipien des Stahlbaus aufzeigen und dazu anregen,
mit diesen Prinzipien neue Wege in der Architektur zu beschreiten.
Denn «jedes Material ist nur soviel wert, wie was man aus ihm macht»
– sagte schon Mies van der Rohe. Wir wünschen viel Vergnügen und
Einsichten beim Studium der folgenden Seiten.
Evelyn C. Frisch
3
I Einführung
1 Einführung
Evelyn C. Frisch
Der Stahlbau war seit jeher eng mit der Ingenieur-Baukunst
verbunden und hat so zu einer eigenen Architektur-Sprache
gefunden. Wirft man einen Blick zurück auf die Architekturgeschichte, so kann man wohl mit Recht behaupten,
der Stahlbau habe die Architektur revolutioniert. Kein anderes Baumaterial hat die Form von Bauwerken so radikal
beeinflusst und der Tragstruktur zu reinerem Ausdruck
verholfen. Die intelligente Reduktion auf das Wesentliche
war die Prämisse der Moderne, welche in den 50er-Jahren
mit dem amerikanischen Strukturalismus einen weiteren
Höhepunkt fand. Grossbauten wie Markthallen, Bahnhöfe
oder Warenhäuser waren eine neu aufgekommene Gebäudetypologie, für die der Stahlbau wie geschaffen war.
Während die Moderne und das Industrie-Zeitalter in der
Architektur zu einer Typisierung der Bauformen führten,
erwachte die Ingenieur-Baukunst mit neuen Konstruktionsund Tragwerksystemen zu einer eigenen Disziplin.
Heute steht der Stahlbau für High-tech, für den ökonomischen Umgang mit der Masse, für die intelligente Konstruktion und die Eleganz der Form. Mit dem Know-how
des Ingenieurs ist der Stahlbau wesentlich enger verknüpft als die meisten anderen Bauweisen. Die Kraftverläufe bilden die Grundlage der Gestaltung im Stahlbau.
Typische Ingenieur-Baukunst in Stahl besteht denn auch
vornehmlich aus Brücken, Hallenbauten oder Dachkonstruktionen mit unschlagbaren Spannweiten oder komplexen Formen. Das Zusammenwirken von verschiedenen
und neuen Materialien wie Glas, Kunststoff, Holz oder
Beton zielt dabei auf die Optimierung der Materialeigenschaften ab. Ingenieure und Architekten lassen sich
kaum auf die Verwendung eines bestimmten Materials beschränken, sondern sie suchen stets nach neuen Möglichkeiten in der Konstruktions- und Materialwahl. Das
Zusammenführen beider Baudisziplinen ist für den Stahlbau von primärer Bedeutung. Die Virtuosität der unter
Mitwirkung von Ingenieuren entworfenen Tragwerke zeigt
sich an unzähligen Beispielen der jüngeren Baugeschichte.
Der Stahlbau ist wie der Holzbau eine Leichtbauweise mit
ökonomischen und ökologischen Vorteilen. Beide haben
hohe Anforderungen an den Brandschutz und die Dauerhaftigkeit des Materials zu erfüllen. Im Vergleich zum
Holzbau hat der Stahlbau auch einige konstruktive Vorteile
vorzuweisen, wie die leistungsfähigen Querschnitte und
die Verbindungstechnik, die ihn für aussergewöhnliche
Bauwerke grosser Dimension prädestinieren. Der Brandschutz ist im Stahlbau heute wesentlich einfacher handhabbar geworden als noch vor ein paar Jahren. Die neuen
Brandschutzvorschriften erlauben ganzheitliche Brandschutzkonzepte, bei denen auch Sprinkleranlagen zum
Zuge kommen. Brandschutzanstriche, welche im Brandfall
aufschäumen und den Stahl vor Hitze schützen, sind
heute ästhetisch überzeugend und finanzierbar, so dass
Stahl auch in Innenräumen sichtbar bleiben kann.
Der Stahl gilt in weiten Planerkreisen immer noch als
Baumaterial mit energieintensiver Produktion. Doch Baustahl wird heute in Europa zu 90 Prozent aus RecyclingMaterial gewonnen und mit elektrischer Energie verarbeitet, was ihn zu einem ressourcenschonenden Werkstoff
erster Güte macht. So bemüht sich die Stahlbranche vermehrt um die Beweisführung in Sachen Umweltfreundlichkeit. Die Förderung des Recycling von Stahlbauteilen
und Stahlschrott sowie deren Wiederverwertung mit Hilfe
von kohlenstoffarmen, erneuerbaren Energieträgern ist
einer der wichtigsten Gradmesser nachhaltiger Entwicklung in der Stahlherstellung.
Der Stahlbau erlaubt eine schnelle, effiziente Bauphase
und hat durch seine flexible Nutzbarkeit eine lange
Lebensdauer. Danach lässt er sich problemlos demontieren
und recyclieren. Doch die wichtigste Komponente für die
Nachhaltigkeit eines Bauwerkes ist seine gesellschaftliche
Akzeptanz, das heisst, letztlich seine architektonische
Qualität. Denn «ein Bau lebt solange, wie er geliebt wird»,
sagte einmal der Architekt Jean Nouvel – und die Architekturgeschichte gibt ihm Recht.
Weitgespanntes Dachgewölbe
der juristischen Bibliothek
der Universität Zürich
(Santiago Calatrava), 2003
Mehrgeschossiger Stahlbau:
der Messeturm in Basel
(Morger & Degelo), 2002
4
steeltec 01
2 Stahl – Vom Rohmaterial zum Bauwerk
Alois Diethelm
Materialtransformation
Stahl fand während der Industrialisierung zuerst Anwendung im Bau von Maschinen, Fahrzeugen und Schiffen und
öffnete den Weg zu Architekturformen, die zuvor unvorstellbar waren. In den 20er-Jahren des letzten Jahrhunderts
galt Stahl als eines von der Avantgarde bevorzugten Materials für das Neue Bauen und führte zu einer «Maschinenästhetik» – einer aufs Notwendigste reduzierten Ingenieurlogik. So schrieb Le Corbusier in Vers une architecture
(1923): «Les ingénieurs font de l’architecture, car ils
emploient le calcul issu de la nature, et leurs œuvres nous
font sentir l’harmonie.»
Die Maschinenästhetik bezog sich jedoch vornehmlich auf
den Baustil, denn das Bauen von Häusern war nur selten
auf eine serielle Produktion ausgelegt, und der Aspekt der
Montage und Demontage sowie die dynamische Beanspruchung galten als zweitrangig. Die Beschränkung auf
ein einziges Material, wie sie die Herstellung von Maschinen und Transportmitteln kennzeichnet, ist dem Bauwesen
fremd. Massiv- oder Skelettbauten waren schon in frühen
Kulturen die beiden möglichen Formen menschlicher Behausungen (Höhlen oder Jurten) und bilden noch heute
die Pole, innerhalb derer sich das Bauen bewegt. Aus dieser traditionellen Dualität erklärt sich, dass das Hervorbringen eines neuen Materials – wie etwa Stahl – keinen
eigentlichen Ablöseprozess verursacht, sondern vielmehr
zu Materialtransformationen und Vermischungen führt.
Der Stahlbeton beispielsweise übersetzte zuerst die Prinzipien des Holzbaus mit Stützen und Balken in Beton, ehe
die Flachdecke entstehen konnte. So auch beim Stahl: die
Schokoladenfabrik Menier (1871/72) von Jules Saulnier
basiert auf einem Fachwerk, das sich von einer Ausführung in Holz nur dadurch unterscheidet, dass die Querschnitte geringer sind. Und bei der Bibliothèque Nationale
in Paris (1875) von Henri Labrouste erinnern die Rippen
der Kuppeln an gotische Konstruktionen aus Stein.
Im Spannungsfeld zwischen Massiv- und Filigranbau
brachte Stahl schliesslich eine Form der Vermischung hervor, bei der das Partnermaterial nicht mehr länger nur
als Füllung ohne statische Funktion vorkommt – wie etwa
die Ausmauerungen in Holzriegelbauten –, sondern in
gegenseitiger Abhängigkeit zu einem integralen Bestandteil der Tragkonstruktion wird. Die Rede ist von der
Kombination von Stahl und Beton: von jener Paarung, bei
der Stahl weiterhin in Form von Stützen und Balken ein
Skelett bildet, jedoch zugleich im statischen Verbund mit
Beton wirkt. In wechselnder Beziehung ergänzen sich die
beiden Materialien gegenseitig; beispielsweise ersetzen
Stahlträger die Betonunterzüge, oder Trapezbleche fungieren als verlorene Deckenschalung und Bewehrung. Für
diese so genannten Verbundkonstruktionen aus Stahl und
Beton sprechen statische und bauphysikalische Gründe.
Betondecken haben den Vorteil, dass sie Lasten in mehrere
Richtungen abtragen können, und sie sind deshalb ideal
für eine variable Verkehrsflächennutzung. Der Beton
bringt auch die Verbesserung des Brandschutzes für das
Tragwerk. Denn die Feuerbeständigkeit der Stahlprofile
bemisst sich nach dem Verhältnis von ungeschützter
Oberfläche (Abwicklung) und Querschnittsfläche – jede
plane Berührung zwischen Stahl und Beton bedeutet
demnach eine Reduktion der Oberfläche, welche dem
Feuer ausgesetzt ist – und zudem bremst der wasserhaltige
Beton die Erwärmung der Bauteile enorm.
Aufgrund ihrer Vorteile sind Verbundkonstruktionen aus
der heutigen Bauproduktion – vor allem bei mehrgeschossigen Büro- und Gewerbebauten – nicht mehr wegzudenken. Versteht man die Vermischung der Baustoffe als
gegenseitige Hilfestellung, ist auch jenes Charakteristikum
getroffen, das einen wesentlichen Zweig der Anwendung
von Stahl in der Architektur kennzeichnet. Viele Bauten
jedoch – vor allem Ingenieur-Bauwerke mit grossen
Spannweiten – können auf die Hilfestellung des Betons
verzichten.
Verkleidung der Stahldeckenträger mit Hohlziegeln. William
LeBaron Jenney: Fair Store,
Chicago, 1890
Verwandtschaft des Stahlbaus
mit dem Holzbau. Jules Saulnier: Schokoladenfabrik
Menier, Noisiel (F), 1872
Übersetzung einer steinernen
in eine gusseiserne Struktur.
Henri Labrouste: Bibliothèque
Nationale, Paris, 1875
5
I
Einführung
Neue Dimensionen
Stahlskelett im Verbund mit
Ortbeton. Roland Rohn: Fabrik
BBC, Baden, 1952
Noch vor dem Aufkommen des armierten Betons ermöglichten die hervorragenden statischen Eigenschaften
von Stahl den Bau von höheren Häusern. Verglichen mit
einem Stein- oder Holzbau, wuchsen so bei gleicher oder
gar geringerer Anzahl lastabtragender Komponenten
die bisherigen Gebäudehöhen zunächst um ein paar Geschosse und wurden in der weiteren Entwicklung schliesslich um ein Vielfaches überschritten. Stahl schuf somit
die Grundvoraussetzung für einen gänzlich neuen Gebäudetyp, das Hochhaus, dessen Grundrisslayout von Aufzügen und Treppenhäusern geprägt ist, um die nunmehr
gestiegene Zahl von Benutzern rasch in die entsprechenden
Geschosse zu transportieren. In der Fassade führte das
Bauen in Stahl dank grösserer Spannweiten zu grösseren
Fenstern, wie in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts
in Chicago eindrücklich demonstriert wurde. Unabhängig
davon, ob das Stahlskelett sichtbar in Erscheinung trat
oder hinter einer Verkleidung verborgen lag: Fenster, welche als strukturelle Öffnungen vom Boden bis zur Decke
und von Stütze zu Stütze reichen, verweisen auf den
dahinter liegenden Stahlbau.
Daneben entstanden aber auch Bauten, bei denen allein
deren Grösse den Einsatz neuer Technologien verriet. Umhüllt von einem steinernen Mantel und darin ausgesparten
Lochfenstern, waren die Fassaden dieser Skelettbauten
von jenen eines Massivbaus kaum zu unterscheiden. Die
Pragmatiker des Industriebaus begriffen Stahl vor allem
bei hohen Gebäuden schnell auch als strukturelles Ersatzmaterial für Stein und Holz, deren Tragfähigkeit sich ab
einer bestimmten Höhe erschöpfte. Später wirkte Stahl
auch als Ersatz für Tragwerksteile in Beton, deren Erstellung sehr material- und arbeitsintensiv ist. Die Übertragung
der Prinzipien des Holzrahmenbaus (dünne Stützen und
aussteifende Beplankung) auf den Stahlbau findet in Regionen mit geringeren Holzvorkommnissen grössere
Verbreitung als anderswo. Dabei haben die Systeme mit
dünnwandigen Blechprofilen gegenüber dem Holzrahmen-
Grosse Öffnungen: L.H. Sullivan:
Schlesinger & Mayer Department
Store, Chicago, 1904
bau unübersehbare Vorteile: Sie sind robust und unterhaltsarm, verzugsfrei und wiegen weniger. Sie sind
deshalb prädestiniert für Gebäudeaufstockungen, bei
denen es darum geht, Gewicht zu sparen, eignen sich
aber genauso gut für Neubauten.
Eine herausragende Stellung nimmt der Stahlbau noch
immer bei grossen Spannweiten ein. Weit gespannte
Hallendächer, wie beispielsweise jene von Flughäfen
und Ausstellungshallen, werden fast ausschliesslich aus
Stahl gefertigt. Hier wird die Feingliedrigkeit der Tragstruktur zum raumprägenden Motiv und erzeugt damit
eine Formensprache, die allein dem Stahlbau vorbehalten
ist. Wenn es sich dabei um eingeschossige Gebäude
handelt, bedarf es meist keiner Brandschutzverkleidungen; nötigenfalls werden Sprinkler und Brandschutzanstriche eingesetzt.
Hinter einer Vormauerung
verborgener Stahlbau.
Diener & Diener: Vogesenschulhaus, Basel, 1994
rechts: Tragende Stahlstruktur
hinter Verputz. Wassili und
Hans Luckhardt: Haus am
Rupenhorn, Berlin, 1928
6
steeltec 01
Schlanke Querschnitte: der Weg zum Glashaus
Wenn bei Hochhäusern die Querschnitte der Stahlstützen
und -träger wesentlich mehr zu tragen vermochten oder
grössere Spannweiten erlaubten, so fanden die Exponenten des Neuen Bauens in Stahl auch ein Mittel, um schlankere Konstruktionen zu erzielen. Material- und gewichtssparend wurden zwischen die dünnen Stützen häufig
nichttragende Leichtbauplatten gestellt, die alsdann beidseitig – und über die Stützen hinweg – verputzt wurden.
Zusammen mit den bündig zur Fassade gestellten Fenstern
vermittelten die oft vom Boden abgehobenen Bauten das
Bild schwereloser, abstrakter Körper. Das Stahlgerüst
dieser «leichten» Bauten trat – wenn überhaupt – nur punktuell in Erscheinung, wobei «leicht» sowohl physisch – im
Sinne einer Materialoptimierung – als auch optisch zu
verstehen ist. So diente Stahl einerseits der Baurationalisierung und verhalf andererseits zu einer puristischen,
weitgehend entmaterialisierten Architektur. Das charakteristische Relief der aus Stegen und Flanschen bestehenden
Stahlprofile und die Prinzipien der Skelettbauweise blieben
hinter einer äusseren und einer inneren Verkleidung verborgen; dass es sich um einen Stahlbau handelt, fand
einzig in der Schlankheit der Konstruktion Niederschlag.
Dank dieser Schlankheit hoben sich die Stützen, wie bei
Neutras Lovell House (1927–1929), kaum noch von den
Fensterrahmen ab und ermöglichten dadurch grossflächige
Verglasungen und Bandfenster, die sich scheinbar nicht
mehr an die Tragstruktur zu halten hatten.
Fenster als Paneele zwischen
das Stahlskelett gesetzt. Le
Corbusier & Pierre Jeanneret:
Immeuble Clarté, Genf, 1932
Die Stahlstützen heben sich
kaum von den Fensterprofilen
ab. Richard Neutra: Lovell
House, Los Angeles, 1929
Transparenz: Ludwig Mies van
der Rohe: Farnsworth House,
Plano (USA), 1945 –1950
Schon mit Paxtons Kristallpalast (1851) zeichnete sich ab,
dass die Kombination mit Glas zum herausragenden Gestaltmerkmal des Bauens mit Stahl respektive Eisen werden
würde. Die filigranen, in Fachwerke aufgelösten Träger
und die von dünnsten Metallleisten gefassten Gläser gewährten einen Lichtdurchlass, der mit einer Ausführung in
Holz undenkbar gewesen wäre. Wie kaum ein anderer
Bautyp, vermag das Glashaus selbst 150 Jahre nach Paxton die Architekten immer wieder neu herauszufordern.
Verfolgt man die jüngsten Projekte von Architekten unter-
schiedlichster Gesinnung, so scheint es, als sei Glas zu
Beginn des 21. Jahrhunderts von den ideologischen Grabenkämpfen der 90er-Jahre (Stichwort: steinernes Berlin)
befreit und nicht mehr länger Ausdruck einer einzigen
Architekturauffassung. Bei Mies van der Rohes Entwurf
für ein Hochhaus an der Friedrichstrasse (1922) noch
Vision, ermöglichte die Glasindustrie schon bald sprossenfreie Scheibengrössen, die dem Wunsch nach beinahe
entmaterialisierten Wänden entsprachen.
Dass in den 80er-Jahren ein Grossteil dieser Stahl-GlasHäuser nur unter aufwändigem Einsatz von Klima- und
Heizanlagen bewohnbar war, schien nach der Erdölkrise
und dem gewachsenen Umweltbewusstsein das Ende des
Glashauses zu bedeuten. Heute gibt es alternative Energiekonzepte, bei denen Glas zur Gewinnung solarer Wärmestrahlung auch als «Kollektorlinse» eingesetzt wird.
Verknüpft mit der Bereitschaft der Architekten, einen äusseren Sonnenschutz anzubringen, sind Glashäuser aufgrund neuartiger Glasscheiben, die einen Dämmwert von
bis zu U = 0,4 W/m 2K aufweisen, aktueller denn je. Dabei
öffnete das hoch wärmedämmende Glas gleich noch ein
Feld, das schon aufgegeben schien: das von innen wie
aussen sichtbare Stahlskelett. Die dämmende Schicht legt
sich nunmehr wie ein transparenter Schleier um das Gebäude und kommt dem nahe, was Mies van der Rohe als
Haut-und-Knochen-Architektur bezeichnete, selber aber
in dieser Konsequenz als glatte Membran aus technologischen Gründen nie erreichte.
Die Ausfachung des Stützenzwischenraumes mit Paneelen
oder Fensterscheiben prägte den Ausdruck von Le Corbusiers «Immeuble Clarté» in Genf genauso wie viele
Industriebauten der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts.
Aufgrund wärmetechnischer Anforderungen ist diese Ausfachung zwischen sichtbar bleibenden Stützen heute nicht
mehr ohne weiteres möglich. Denn anders als Holz, das
einen relativ guten Wärmedämmwert aufweist, ist Stahl
ein Wärmeleiter. Dabei ist allerdings zu beachten, dass die
in der Fassade sichtbaren Stahlprofile alter Industriebau-
7
I
Einführung
kantet oder zu Trägern zusammengeschweisst. Dann
kommen Anschlussteile und schliesslich der Korrosionsschutz dazu. Für die Montage auf der Baustelle werden
Schraubverbindungen bevorzugt, denn die Bedingungen
für das Schweissen auf dem Bau sind nicht optimal, und
Anpassungen während der Montage würden den Korrosionsschutz (z. B. Zinkphosphatbeschichtung mit allfälligen
Deckanstrichen oder Feuerverzinkung) verletzen. In dieser
Konstruktionsart ist auch gleich die einfache Demontage
angelegt, was unter anderem die grosse Verbreitung von
Stahl für temporäre Bauten erklären mag.
Höchste Transparenz bei
minimalem Energieverbrauch:
Null-Energie-Haus von Werner
Sobek, Stuttgart, 2003
ten häufig Teil einer Sekundärkonstruktion sind, die nur
die Verkleidung tragen (z. B. die Vormauerung aus Backstein). In diesem Sinne reflektiert die Teilung in der Fassade meist eine unmittelbar dahinter liegende Tragstruktur.
Ausfachung und Verkleidung bilden auch dort eine Einheit,
wo die Grösse der Elemente mit dem Raster des Skeletts
übereinstimmt. Wenn folglich Stützen und Träger von
den Elementrahmen abgedeckt werden, ist die Erwartung
erfüllt, wonach sich das Wesen der gewählten Konstruktion im Ausdruck des Gebäudes niederschlagen soll.
Vorfabrikation und «anything goes»
Von Hand geschweisste Nähte
erfordern hohe Sachkenntnisse; CNC-gesteuerte Brennschneidanlage; Einbau von
vorgefertigten SandwichPaneelen.
8
Das Bauen mit Stahl ist von der Vorfabrikation geprägt.
Denn die hoch entwickelte Verbindungstechnik garantiert
die Tragfähigkeit der Verbindungen. In der Werkstatt des
Stahlbauunternehmers werden Stahlprofile durch Sägen,
Brennschneiden, Bohren und allenfalls Biegen bearbeitet;
andere Bauteile werden aus Blechen geschnitten, abge-
Vom Aspekt der Vorfabrikation ist aber nicht nur die Tragstruktur berührt, sondern auch die Hülle. Denn das Potenzial dünner, industriell vorbeschichteter Bleche ist direkt
an die Möglichkeit geknüpft, durch Falten und Biegen eine
Stabilität zu erlangen, die bei anderen Materialien erst
durch das Aufbringen von zusätzlichen Rippen oder Unterkonstruktionen erreicht wird. Die Formgebung durch
Rollprofilieren oder Abkanten ist ein maschineller, an die
Werkstatt gekoppelter Prozess, allenfalls gefolgt von
Weiterbearbeitungen (z. B. Ausschneiden, Knicken, Biegen,
Schweissen, zusätzliche Oberflächenbehandlungen).
Die Vorfabrikation vereinfacht den Bauablauf, verkürzt die
Bauzeit und erlaubt die Fertigung grosser Serien. Die
an der Fassade sichtbaren Paneele werden als funktionsfertige Einheit (Sandwich) auf die Baustelle geliefert oder
erst dort im Sinne einer Teilvorfabrikation (Vorfertigung
einzelner Schichten) zusammengefügt. In der weitgehenden
Werkstattproduktion gründet auch das im Stahlbau früh
entwickelte Bestreben nach Standardisierung, die entweder für ein einziges Bauwerk angelegt ist oder ein Baukastensystem bezweckt. Wird im erstgenannten Fall mit
der seriellen Wiederholung nur eine kostengünstige Herstellung angestrebt, ermöglicht der Baukasten ferner den
Austausch einzelner Elemente und nahtlose Erweiterung.
Zudem ist der Baukasten nicht an einen spezifischen
Gebäudetypus gebunden.
steeltec 01
Plastizität und Ornament
Auf der einen Seite ist der Stahlbau oft seriell und orthogonal aufgebaut; auf der anderen Seite kann er aber in
Form gebündelter Stäbe auch beliebig geformte Körper
übersetzen. Der Linienzeichnung eines Rendering gleich,
werden dabei plastische Baukörper wie die des Architekten Frank Gehry in gerade Stäbe aufgelöst, wodurch
konkave und konvexe Deformationen sowie Verdrehungen
und Verjüngungen auf die einfachste ökonomische Formel
gebracht werden können. Da die Stäbe, welche die vielgestaltige Form nachbilden, nicht überall dem Kräftefluss
entsprechen, werden weitere Druck- und Zugglieder
eingeführt, die sich hinter dem Schleier einer homogenen
Verkleidung mit dem Balloon Frame vermengen. Nach
wirtschaftlichen Kriterien in einem anderen Material kaum
denkbar – man stelle sich bloss die aufwändigen und nur
einmal verwendbaren Schalungen für eine Bauweise in
Beton vor –, wird Stahl auch hier zum Material, das alles
möglich macht. Mit der Unterstützung von Computern in
Planung und Produktion entstehen Architekturformen, die
unsere bisherigen Vorstellung von Skulpturalität und Gravitation übersteigen. Der Computer hat die Orthogonalität
als vorrangiges Kriterium für ein ökonomisches Tragwerk
ausser Kraft gesetzt und die neuen, skulpturalen Räume
für Museen und Konzertsäle finanzierbar gemacht.
Der spielerischen Plastizität und der cartesischen Ordnung
ist noch eine dritte Form hinzuzufügen: die Diagonale,
respektive die schräge Stütze. Der Zeitpunkt für die Wiederentdeckung der Diagonalen in jüngster Zeit scheint
nicht zufällig. Nach dem einengenden Minimalismus der
neunziger Jahre und der nach einem Befreiungsschlag zur
Beliebigkeit neigenden Opulenz vermögen nicht-orthogonale Tragwerke nämlich gleichermassen Sachlichkeit und
eine neu gewonnene Freude am Ornament zu vereinen.
Wies der Stahlbau mit den Nietverbindungen einst jene
Verzierungen auf, die – weil technisch bedingt – selbst
von den Puristen akzeptiert wurden, liegen Stahlbau und
konstruktives Ornament zu Beginn des 21. Jahrhunderts
erneut nahe beieinander. Im Zentrum stehen aber nicht
mehr die Verbindungen, sondern Strukturen, die vom Primat
des rechten Winkels abweichen und aus statischen,
wirtschaftlichen und architektonischen Gründen (Schlankheit der Konstruktion) hauptsächlich aus Stahl gefertigt
werden. Diese Strukturen müssen nicht schon im Rohbau
einen ornamentalen Charakter aufweisen, sondern können zu einer dahingehenden Bearbeitung der Ausbauteile
anregen. Damit ist das Aufgreifen einer strukturell bedingten Form gemeint, die dann in der Fassade massstäblich
verändert und mehrfach wiederholt als Ornament wahrgenommen wird.
Als Beispiel seien zwei jüngere Bauten erwähnt, deren
Fassaden rautenförmige Öffnungen aufweisen und bei
denen schiefwinklige Stützen das Tragwerk bilden. Auf den
ersten Blick recht ähnlich, korrespondiert die engmaschige
Fassadengliederung im Fall des Epicenter Store von
Prada in Tokio (Herzog & de Meuron, 2003) exakt mit
dem Raster der dahinter liegenden Tragstruktur, während
es sich im Fall des Swiss Re Towers (Norman Foster,
2004) um ein skaliertes Abbild davon handelt. Finden im
ersten Fall innerhalb eines Geschosses zwei Rauten Platz,
bedarf es im anderen Fall vier Geschosse, bis das Tragwerk überhaupt eine Raute formt. In beiden Fällen bildet
das Fassadengitter steife Korsette, wodurch die Kerne
keine aussteifende Funktion mehr zu übernehmen haben.
Irreguläre Plastizität lässt sich demnach auch anders
herstellen als durch massgeschneiderte Strukturen, die
meist Skelette aufweisen, die einer Verkleidung bedürfen:
Raute und Dreieck heissen die Alternativen zum herkömmlichen orthogonalen Konstruktionsmodul. *
* Dieser Artikel basiert auf einem Text des Autors im Handbuch «Architektur Konstruieren» (siehe Quellennachweis) und
wurde von der Redaktion aktualisiert und überarbeitet.
Hinter den plastisch geformten
Körpern liegt ein Stahlskelett.
Frank O. Gehry: Guggenheim
Museum, Bilbao, 1997
Die bewegten Formen werden
in lineare Gitterstrukturen
übersetzt. Frank O. Gehry:
Guggenheim Museum, Bilbao,
1997
Die Grösse der Rauten passt
sich der Gebäudeform an.
Foster & Partners, Swiss Re
Tower, London, 2004
Tragwerk und Glasteilung
sind identisch. Herzog und
de Meuron: Epicenter Store
Prada, Tokio, 2003
9
II Grundlagen des Stahlbaus
3 Stahl – Das Baumaterial
Die Eigenschaften von Baustahl
Der Werkstoff Baustahl zeichnet sich durch ein elastisches
Verhalten mit hoher Festigkeit und Steifigkeit aus. Damit
erträgt Stahl höchste Spannungen auf Zug und Druck bis
zur sogenannten Streckgrenze.
Wenn bei Zug-, Druck- oder Biegebeanspruchung die
Streckgrenze überschritten wird, verhält sich Baustahl
plastisch, woraus sich drei Trümpfe ergeben: freie Formgebungsmöglichkeiten, sichere Tragreserven dank
Spannungsausgleich in den Bauteilen, gutmütiges Bauteilverhalten ohne Risse bei Überlastung. Auch im Anschluss
an solch hohe Beanspruchungen verhält sich Baustahl
wieder elastisch.
Dank industrieller, sorgfältig überwachter Herstellungsprozesse weist der Werkstoff Baustahl gleichmässige
Materialqualitäten auf.
Baustahl ist leicht und vielfältig zu bearbeiten: Durch
Sägen, Scheren oder Brennschneiden zerteilt, lassen sich
die einzelnen Elemente stanzen, bohren, abkanten, rollen
und biegen, durch verschiedene Verfahren zusammenschweissen, schleifen und beschichten.
Baustahl hat ein gutmütiges Korrosionsverhalten, indem
er langsam und gut sichtbar oberflächlich abrostet; als
Gegenmassnahme besteht eine Auswahl bewährter Oberflächenschutzbehandlungen.
Wegen der guten Wärmeleitfähigkeit von Baustahl sind
Wärmebrücken nicht vernachlässigbar, und weil er, obwohl
nicht brennbar, sich bei hohen Temperaturen entfestigt,
kommt dem Brandschutz grosse Bedeutung zu.
Die ökologischen Vorteile von Stahl als robuster und vollkommen recyclingfähiger Baustoff sind entscheidend: ohne
Qualitätsverlust erträgt er beliebig viele Lebenszyklen
und passt sich problemlos immer wieder neuen Verwendungszwecken an.
Spannungs-Dehnungsdiagramme der Baustähle S235
und S355, mit Streckgrenze
bei 235 bzw. 355 N/mm 2
[N/mm2]
Die Vorteile der Stahlbauweise
Die Stahlbauweise bietet bei der Projektierung, Bauabwicklung und Nutzung wesentliche Vorteile:
Filigrane und leichte Bauweise
Planungssicherheit durch gleichbleibende Qualität des
Baustoffs und standardisierte Konstruktionsdetails
Grosse Spannweiten und schlanke Bauteilquerschnitte
zur Optimierung des Nutzvolumens
Durchlässige Tragsysteme und geringe Bautoleranzen
für eine einfache Planung und Ausführung der Installationen und Ausbauelemente
Anpassungsfähigkeit an Nutzungsänderungen durch
lösbare Verbindungen und Integration neuer Ausbauelemente und Installationen
Vielfältige Farbgebung durch Oberflächenschutz- und
Brandschutzbeschichtungen
Hohe Wirtschaftlichkeit durch geringes Tragwerksgewicht (minimale Fundamente)
Trockene und geräuscharme Baustelle mit geringem
Platzbedarf
Schnelle, witterungsunabhängige Montage
Vorbildliche Bauökologie (hoher Recyclingwert,
Demontierbarkeit, Wiederverwendung)
Nebst seiner Anwendung für Hallen und mehrgeschossige Büro- und Wohngebäude ist Stahl prädestiniert für
Deckentragwerke mit grossen Spannweiten. Innenstützen
fallen dabei weitgehend weg, was eine flexible Raumteilung ermöglicht. Soll die Spannweite vergrössert werden,
so ist die Trägerhöhe und/oder die Querschnittsfläche
der Flansche zu vergrössern. Bei grossen Deckenspannweiten werden zwei oder gar drei Trägerscharen übereinandergelegt. Dabei wird durch Kombination verschiedener
Trägertypen das bestgeeignete System gesucht.
Kultur- und Kongresszentrum
Luzern (Jean Nouvel), 1999.
Das Dach überspannt rund
12 000 m 2. Auskragung: 35 m,
in der Diagonale: 45 m, Trägerhöhe: max. 3,7 m
510
355
360
S 355
S 235
235
E = 210 000 N/mm2
1
≈0.1 ≈1
[%]
≈15
≈25
(Quelle: Conception des charpentes métalliques, PPUR)
10
steeltec 01
Vordimensionierung von Stahlträgern
Abschätzen von Bauteilabmessungen im Entwurf
1/12
Elementhöhe
H (m)
2.00
1.90
1.80
1/15
1.70
1.60
1.50
1/18
1.40
1.30
1.20
1.10
1/24
1.00
0.90
0.80
1/36
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00
0
1
Anwendungsbereich
2
3
4
5
6
Element
(Tragwerksteil)
7
8
9
10
Spannweite L (m)
Dachpfetten IPE, HEA
11
12
13
H/L
– 10 m
1/18 – 1/36
Deckenträger IPE, HEA, HEB
6 – 15 m
1/15 – 1/24
Loch-/Wabenträger IPE, HEA, HEB
Blechträger
8 – 20 m
> 12 m
1/12 – 1/18
> 10 m
1/10 – 1/15
Fachwerkträger geschweisst
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Spannweite
L (m)
Vordimensionierung von Trägern
Grosse Elementhöhen sind zu wählen bei einfachen Balken und
hoher Belastung, niedrige Elementhöhen kommen bei Durchlaufträgern und geringer Belastung sowie bei Verbundwirkung
mit der aufliegenden Betondecke in Betracht. Weitere Gesichtspunkte bei der Wahl der Elementhöhe sind: Anschlüsse, Installationsbedarf, Gebäudehöhe, allfällige Überdimensionierung für
Feuerwiderstand oder spätere Umnutzung.
Vordimensionierung von Stützen
Die SZS-Bemessungstafeln C4 erlauben die direkte Festlegung
der Profilgrösse für zentrisch belastete Stützen, sofern die wirkenden Kräfte und die Knicklängen bekannt sind.
(Quelle: M. Dietrich: Ingenieurschule Burgdorf, 1990)
11
II
4 Stahlprodukte – Formen und Anwendungen
Profilarten
Breitflanschträger (für Träger und Stützen) sind wegen den breiten Flansche auch für grosse Lasten und schiefe
Beanspruchungen (Biegung gleichzeitig um beide Achsen) geeignet. Achtung: Nur bei der HEB-Reihe entspricht
die Profilbezeichnung, z. B. HEB 200, der tatsächlichen Profilhöhe.
Breitflanschträger
HEA, HEB und HEM
Normalprofile
INP und UNP
Profile mit parallelen Flanschen
IPE, UPE und IPET
Hohlprofile, quadratisch,
rechteckig oder rund
Normalprofile sind etwas kostengünstiger als Profile mit parallelen Flanschen. Sie sind für geschweisste Konstruktionen geeignet. Wegen der schrägen Innenflansche werden sie eher selten für geschraubte Konstruktionen verwendet.
IPE-Profile sind schlanke Profile, Anwendung vor allem als Biegeträger (wegen der geringen Flanschbreite als
Druckstäbe weniger gut geeignet). UPE-Profile eignen sich als Randträger, sie können auch paarweise verbunden
werden. Durch den Unternehmer halbierte IPE-Profile (IPET) werden bei Fachwerkträgern und z. B. als Sprossen
von Glasdächern eingesetzt. Die den UPE ähnlichen UAP-Profile werden nicht mehr hergestellt.
Hohlprofile finden hauptsächlich Anwendung als Stützen und für Fachwerkträger, ideal für zentrische Belastung.
Hohlprofile weisen im Vergleich mit HEA-Profilen eine kleine Oberflächenabwicklung auf (weniger Malerarbeiten).
Der Aussendurchmesser bleibt bei unterschiedlichen Wanddicken gleich («unsichtbare» Abstufungen). Unterschieden
wird zwischen kaltgefertigten (RRK, leicht und kostengünstig) und warmgefertigten Profilen (RRW, knickfester als
RRK, gestauchte Eckbereiche).
Rund- und Vierkantstahl findet seine hauptsächliche Verwendung als Hänge- und Zugstangen,
bei grösseren Querschnitten auch als Druckglieder z. B. in Betonverbundstützen (zwecks Brandschutz).
Rund- und Vierkantstahl
RND und VKT
Winkel- und Kleinprofile
gebräuchliche Profile für allgemeine Schlosserarbeiten
(Geländer, Vordächer, einfache
Türen und Fenster, etc.).
Rundkantige Winkel und Flachstäbe werden auch im normalen
Stahlbau eingesetzt.
6
1
2
3
4
5
6
7
12
1
2
3
4
5
7
8
9
10
11
13
14
15
16
Winkel – rundkantig, gleichschenklig
Winkel – rundkantig, ungleichschenklig
T-Stahl – rundkantig, hochstegig
U-Stahl
Z-Stahl – Normalprofil
Flachstäbe
Winkel – scharfkantig, gleichschenklig
12
17
8
9
10
11
12
13
14
18
Winkel – scharfkantig, ungleichschenklig
T-Stahl – scharfkantig
Coulissenstahl
Z-Stahl – scharfkantig
Geländerrohr
Winkelprofil – kaltgerollt, gleichschenklig
Winkelprofil – kaltgerollt, ungleichschenklig
15
16
17
18
U-Profil – kaltgerollt
Z-Profil – kaltgerollt
Hutprofil – kaltgerollt
C-Profil – kaltgerollt
steeltec 01
Bezeichnung
kleinste Abmessung (h x b)
Breitflanschträger
HEA leichte Reihe
HEB normale Reihe
HEM verstärkte Reihe
HEA 100
HEB 100
HEM 100
Normalprofile
INP
UNP
INP 80
UNP 65
grösste Abmessung (h x b)
(96 mm x 100 mm)
(100 mm x 100 mm)
(120 mm x 106 mm)
16,7 kg/m
20,4 kg/m
41,8 kg/m
HEA 1000
HEB 1000
HEM 1000
(990 mm x 300 mm)
(1000 mm x 300 mm)
(1008 mm x 302 mm)
272,0 kg/m
314,0 kg/m
349,0 kg/m
(80 mm x 42 mm)
(65 mm x 42 mm)
5,9 kg/m
7,1 kg/m
INP 550
UNP 400
(550 mm x 200 mm)
(400 mm x 110 mm)
166,0 kg/m
71,8 kg/m
Profile mit parallelen Flanschen
IPE
IPE 80
IPET
IPET80
UPE
UPE 80
(80 mm x 46 mm)
(40 mm x 46 mm)
(80 mm x 50 mm)
6,0 kg/m
3,0 kg/m
7,9 kg/m
IPE 600
IPET 600
UPE 400
(600 mm x 220 mm)
(300 mm x 220 mm)
(400 mm x 115 mm)
122,0 kg/m
61,2 kg/m
72,2 kg/m
Hohlprofile
RRW / RRK quadratisch
RRW / RRK rechteckig
ROR rund
RRW 40 x 40
RRW 50 x 30
ROR 21.3
(40 mm x 40 mm)
(50 mm x 30 mm)
( 21.3 mm)
3,4 kg/m
3,6 kg/m
0,9 kg/m
RRW 400 x 400
RRW 400 x 200
ROR 813
(400 mm x 400 mm)
(400 mm x 200 mm)
( 813 mm)
191,0 kg/m
141,0 kg/m
159,0 kg/m
Rund- und Vierkantstahl
RND
VKT
RND 10
VKT 10
( 10 mm)
(6 mm x 6 mm)
0,6 kg/m
0,3 kg/m
RND 500
VKT 200
( 500 mm)
(200 mm x 200 mm)
1540,0 kg/m
314,0 kg/m
Flachprodukte und weitere Profile
Flachprodukte (z. B. Bleche) werden gewalzt. Sie sind lieferbar in Standardabmessungen oder auf Bestellung, doch
die Breiten sind im Allgemeinen beschränkt auf 2000 mm.
Die Dicke erreicht bis 100 mm für walmgewalzte und bis
3 mm für kaltgewalzte Bleche. Kaltgewalzte Bleche können
beispielsweise zu Profilblechen geformt werden (Anwendung im Decken- und Fassadenbereich) und werden meistens schon im Werk verzinkt.
Flachprodukte werden oft für geschweisste Konstruktionen
in vielfältiger Querschnittsform eingesetzt. Eine vollständige
Übersicht der in der Schweiz gebräuchlichen Profilformen
liefert die SZS-Publikation Steelwork C5 «Konstruktionstabellen». Weitere Profilübersichten sind auf der Website
der Europäischen Konvention für Stahlbau EKS unter
www.steelconstruct.com abrufbar oder über den Schweizer
Stahlhandel erhältlich (siehe SZS-Homepage).
13
II
5 Tragwerksplanung
Struktur des Tragwerks
Die tragende Konstruktion eines Stahlbaus setzt sich aus
Stahlstäben zusammen: dem Stahlskelett. Das Skelett
ist ein Stabwerk und hat nur tragende, nicht raumabschliessende Funktion. Es ermöglicht aber die Befestigung
raumabschliessender Teile. Das Skelett setzt sich meist
aus horizontal verlaufenden Trägern und vertikalen Stützen
zusammen. Um die Stabilität des Gebäudes zu gewährleisten, werden wo nötig zusätzliche stabilisierende
Elemente wie Diagonalen, biegesteife Rahmen oder Flächenelemente eingesetzt.
Durch die Wahl eines Strukturrasters werden die Stützenund Trägerabstände sowie die Spannweiten festgelegt.
Wirtschaftlich sind Spannweiten zwischen 6 und 18 m, in
besonderen Fällen bis 30 m. Die Stützen von Stahlgeschossbauten stehen in der Regel auf den Kreuzungs-
punkten eines Rasters. Rechteckige Raster führen bei
den meisten Skeletten zu einer wirtschaftlicheren Konstruktion als Raster mit quadratischen Feldern, weil die
Trägerlagen entsprechend besser ausgenutzt werden
können. Auch eine schiefwinklige Stützenrasterung ist
möglich.
Das Strukturraster steht in Wechselbeziehung zum sekundären Raster der raumabschliessenden Elemente und
der technischen Installationen. Es nimmt Bezug auf die
Gebäudefunktion (Belastung, nutzungsbedingte Freiräume,
Installationsbedürfnisse) und auf die Rahmenbedingungen
für Fertigung, Transport und Montage der Bauteile.
Strukturraster im
Geschossbau mit einer
Trägerschar
1
2
3
4
4
1
Stütze
Deckenträger
Trennwand
Deckenrand
2
3
Strukturraster im Geschossbau mit zwei Trägerscharen
2
1 Deckenträger
2 Unterzug
3 Deckenrand
1
3
(Zeichnungen aus: Conception des charpentes métalliques, PPUR)
14
steeltec 01
Tragwerks-Stabilisierung
Die einzelnen Tragelemente (Träger, Stützen, etc.) müssen
untereinander zu einem räumlichen Tragwerk verbunden
werden, welches eine sichere und genügend steife Abtragung aller Horizontalkräfte in die Fundation ermöglicht
und somit das Gebäude stabilisiert. Die Horizontalkräfte
werden über die Deckenscheiben und allfällige Dachverbände zu den vertikalen Aussteifungselementen geführt.
Als vertikale Aussteifungselemente werden fachwerkförmige Verbände, massive Wandscheiben oder biegesteife
Rahmen verwendet. Für ein günstiges Erdbebenverhalten
sind die stabilisierenden Elemente möglichst symmetrisch
anzuordnen.
Wahl der Stabilisierungselemente
Die Art der Aussteifung und ihre Anordnung haben grossen
Einfluss auf die Raumnutzung oder die Fassadengestaltung und sind daher frühzeitig festzulegen. Vielfach ist es
zweckmässig, die Aussteifung in die Aussenwände zu
legen, da hierdurch jede konstruktive Bindung für die Aufteilung der Geschossfläche entfällt. Fachwerkverbände
sind bei Stahlkonstruktionen die Regel, da Justierungen
während der Montage möglich sind. Massive Wände werden
nur dann berücksichtigt, wenn sie aufgrund anderer Bedürfnisse ohnehin vorgesehen sind. Biegesteife Rahmen
eignen sich vor allem für eingeschossige Bauten, wenn
sie besonders durchlässig sein sollen, sie sind jedoch
auch etwas massiver und folglich teurer. Einige Kriterien
sprechen besonders für
Drehgefahr!
Schubmittelpunkt
Deckenscheiben im Geschossbau haben je 3 Freiheitsgrade. Die Anordnung der Aussteifungselemente kann in der Fassade oder im Kern erfolgen. Es braucht mindestens 3 (besser 4)
Vertikalverbände.
Fachwerkverbände
– leichte, weitgespannte Vertikalfachwerke
– wenn Lifte und Treppen als offene Strukturen
oder im Aussenbereich geplant sind
– bei unzureichender Aussteifung durch die
vorhandenen massiven Elemente
Massive Wände oder Kerne
– wenn diese ohnehin vorgesehen und sonst
keine Verbände mehr notwendig sind
– wenn sich keine ausreichenden Fachwerkverbände
im Skelett unterbringen lassen
Anordnung von Stabilisierungsverbänden im Geschossbau und bei einer Halle
Biegesteife Rahmen
– wenn auf maximale Durchlässigkeit Wert gelegt wird
– wenn keine tragenden Wände mitwirken
– bei kleineren, eingeschossigen Objekten
15
II
Tragverhalten von vertikalen Verbänden
Statisch gesehen wirken Vertikalverbände als Biegeträger,
und zwar als im Boden eingespannte Fachwerk-Kragarme
(a). Schmale Vertikalverbände erhalten grosse Stabkräfte.
Die Stäbe erleiden Längenänderungen und bewirken
dadurch Verschiebungen (b). Breite Fachwerkverbände
sind wegen ihrer geringen Stabkräfte leichter und
haben geringere Verformungen (c). Es ist ein vernünftiges
Verhältnis von Höhe zu Breite des Verbandes anzustreben
(max. 1:5 bis 1:7), um einfache Stabanschlüsse und eine
genügende Steifigkeit zu erreichen. Die Steifigkeit eines
schmalen Windverbandes wird wesentlich erhöht, wenn
der Verband über ein horizontales Fachwerk zu den Aussenstützen hin verspannt wird, so dass eine Rahmenwirkung entsteht (d).
a
b
Vertikalverband über
8 Geschosse. Arcelor
Office Building, Luxembourg
c
d
Tragverhalten und Steifigkeit von Vertikalverbänden
Vertikalverbände
e) Raute (kleine Knicklängen)
f) Kreuz (aus schlanken Zugstreben)
g) K-Fachwerk
h) Fachwerkrahmen (teuer)
i) Biegesteifer Rahmen (teuer)
Als Verbandstreben eignen sich alle Profile, die sich
für ein geschraubtes Fachwerk bewähren: Rohre, einfache Winkel, Doppelwinkel, gekreuzte Winkel, T-Profile,
HEA, HEB, UNP, UPE.
e
f
g
Mögliche Formen von Vertikalverbänden
16
h
i
Für Verbände mit gekreuzten Streben eignen sich auch
Flachstäbe, Rundstäbe oder evtl. Drahtseile; diese
Streben übernehmen nur Zugkräfte.
steeltec 01
6 Stützen
Lärmschutzverbauung,
(Mario Botta), Chiasso, 2004
Betonstützen
Stahlstützen
330
250
170
130
130
170
250
330
Die senkrechten Lasten eines Bauwerks werden durch
Stahlstützen und bisweilen durch Betonwände abgefangen.
Für die wirtschaftliche Stützenplanung ist eine integrale
Sichtweise entscheidend. Je nach Gebäudenutzung können
Stützen in den Innenräumen als Hindernisse wirken.
Deshalb ist eine Anordnung zu wählen, die den Betriebsabläufen nicht entgegensteht. Für innenliegende Stützenreihen sollten aus wirtschaftlichen Gründen möglichst
schlanke Querschnitte in möglichst grossen Abständen
gewählt werden. Enggestellte Stützen entlang der Aussenwand sind hingegen von Vorteil, denn sie können in die
Fassade integriert werden, ohne dass zusätzliche Fassadenpfosten notwendig sind. Und sie bieten gleiche Anschlüsse für Trennwände in allen Achsen.
N d = 1120 kN
680
300
250
220
250
300
680
Stahlstützen haben meist viel geringere Querschnitte als
Betonstützen. Sie nehmen wenig Grundfläche in Anspruch,
wodurch sich ein günstiges Verhältnis zwischen gesamter
Grundrissfläche und nutzbarer Fläche zwischen den
Stützen ergibt. Um Lasten von 1120 kN bzw. 5600 kN
(Bemessungswerte) zu tragen, ergibt sich nebenstehender
Vergleich der Querschnittsabmessungen von Beton- und
Stahlstützen. Bei Einbezug von Stahl-Beton-Verbundquerschnitten mit ähnlichen Aussenabmessungen kann
Stahl unverkleidet sichtbar bleiben.
N d = 5600 kN
Vergleich statisch gleichwertiger
Beton- und Stahlstützen
Allgemeine Bedingungen
Knicklänge L K = 3 m
Beton C 20/25
Bewehrung µ = 0,6 %
Baustahl S355
Feuerwiderstand R 60
Gebräuchlichste Stützenquerschnitte
-Querschnitte
– Häufigste und wirtschaftlichste Stützenform
– Besonders gut geeignet für Anschlüsse von Trägern in beiden Richtungen
– Alle Teile des Profils für Schraubverbindungen zugänglich
– Als Verbundquerschnitt («kammerbetoniert») mit erhöhter Tragfähigkeit,
Feuerwiderstand bis R 90
Rechteckige Kastenprofile und Vollstahlprofile
– Geeignet für Stützen mit hohen Lasten, Biegung in beiden Richtungen,
grossen Knicklängen bei kleinem Querschnitt
– Wegen der glatten Aussenfläche als unverkleidete Stütze beliebt,
Feuerwiderstand R 30 für Vollquerschnitte ab 80 mm
Hohle Walzprofile
– Runde Kanten geben ein glattes Bild
– Profile gleicher Aussenabmessung sind durch die Wanddicke abstufbar
– Die Einleitung der Kräfte bedarf besonderer konstruktiver Massnahmen
– Ausbetonieren erhöht Tragfähigkeit und Feuerwiderstand
(mit Längsbewehrung für R 60 / R 90)
Mehrteilige Stützen
– Geeignet, wenn der Unterzug zwischen den Stützenhälften liegen soll
oder in der Stütze die Installationen zugänglich geführt werden sollen
– Grösserer Aussenquerschnitt als alle oben beschriebenen Stützen
– Bindebleche für Knicksteifigkeit notwendig
17
II
Konstruktionsdetails von Stützen
Gelenkige Stützenfüsse
Sonderfall
Eingespannte Stützenfüsse
Trägeranschlüsse an Stützen
gelenkig, mit Fahnenblech
Stützenköpfe, weitgehend gelenkig
gelenkig, mit Doppelwinkel
biegesteif, mit Stirnplatte
Laschen an Rohrflansche
Stahlpilzstütze, in Geschossdecke eingespannt, mit Deckenrand-Varianten
Sonderformen: aufgelöste
Pylonstützen (Zollanlage
Kreuzlingen-Konstanz);
Schräggestellte Gelenkstützen
(Airside Center, Flughafen
Zürich), rechts: Stützenfuss
18
steeltec 01
7 Träger
Als Träger werden die horizontalen Tragelemente bezeichnet, welche die Lasten aus Decken und Dächern zu den
Auflagern hin abtragen. Nebst statisch-konstruktiven
Überlegungen sind für die Wahl der Stahlträger ausserdem die Raumwirkung, die Anforderungen an die Installationsführung und an den Brandschutz zu beachten. Je
nach Verwendungszweck und Beanspruchung kommen
verschiedene Trägertypen zur Anwendung.
Gebräuchliche Trägertypen
Träger HEA, HEB, HEM mit breiten Flanschen
– Tragen hohe Lasten bei minimaler Trägerhöhe (100 – 1000 mm)
– Stegaussparungen beschränkt, max. = 0,5 H
– Empfohlene Spannweiten: ab 4,5 bis max. 7 m
– Trägerhöhe H = 1/18 (einfache Balken) bis 1/30 der Spannweite (Durchlaufträger)
(b)
Träger IPE mit schmalen Flanschen
– Wirtschaftlicher Profiltyp
– Grössere Stegaussparungen möglich, max. = 0,5 H
– Empfohlene Spannweiten: bis 9 m (Decken), bis 16 m (Dächer)
– Trägerhöhe H = 1/1 5 (einfache Balken) bis 1/24 der Spannweite (Durchlaufträger)
Träger U-Profile und Doppel-U-Profile
– Für geringe Beanspruchung (z. B. Deckenrandfelder)
– U-Profile können doppelt verwendet werden, meist mit seitlicher Befestigung an die
Stützen
– Die Verdrehung lässt sich durch verschiedene konstruktive Vorkehrungen verhindern
Wabenträger/Lochstegträger
– Hergestellt aus Grundprofilen IPE, HEA oder HEB
– Für Installationsleitungen mit grösseren Durchmessern (max. = 0,7 H)
– Wirtschaftlich zur Übertragung grosser Biegemomente bei grossen Spannweiten
– Einfache Formgebung möglich (Überhöhung, Biegung, Vouten, etc.)
– Im Stützbereich Löcher vermeiden/schliessen
– Trägerhöhe H = ca. 1/16 der Spannweite
(a)
(d)
(e)
(k)
(l)
(Isometrische Zeichnungen aus: Conception des charpentes métalliques, PPUR)
19
II
Zentrum Paul Klee, Bern: freie
Formgebung und grosse
Spannweiten mit Blechträgern
Blechträger
– Aus Blechen, selten aus Profilen zusammengeschweisst
– Grössere Stegaussparungen möglich, max. = 0,7 H
– Einfache Formgebung möglich (Überhöhung, variable Bauhöhe)
– Empfohlene Spannweiten: über 12 m (besonders für Dächer)
(h)
Sonderformen
– Davex®-Träger sind mechanisch verbunden, d.h. weder geschweisst, noch gepresst.
Damit sind unterschiedliche Dicken von Gurt und Steg möglich, so dass der Trägerquerschnitt optimiert wird. Es können nahezu alle Geometrien erstellt und unterschiedliche Materialien wie Metalle oder Kunststoffe als Steg eingesetzt werden.
– Anwendung für geringe Belastungen im sichtbaren Stahlbau als Fassadenelemente,
für Balkone, Messebau, Treppen, etc.
(f)
Davex ®-Träger bieten durch
das scharfkantige Profil und die
filigrane Optik neue Möglichkeiten für die Architektur.
(www.d-a.ch, info_metall@d-a.ch)
Verbundträger
– Der Stahlträger wirkt dank aufgeschweisster Kopfbolzendübel statisch mit der
aufliegenden Betondecke oder Blechverbunddecke zusammen, wobei der Beton
hauptsächlich Druckkräfte infolge Biegung übernimmt.
– Alle oben beschriebenen Stahlträgertypen kommen dafür in Frage
– Relativ steifes Tragelement, bei gleichzeitig reduzierter Trägerhöhe
Verbundquerschnitte aus
Stahlträger und Betondecke
(Zeichnungen: Conception des charpentes métalliques, PPUR)
20
steeltec 01
Fachwerkträger
Fachwerkträger haben ein relativ geringes Gewicht und
eignen sich deshalb für grosse Spannweiten oder für ausserordentliche Gewölbe- oder Dachformen. Sie können aus
verschiedenen Profilen zusammengesetzt sein. Für die
Gurte kommen neben T oder H auch Doppelwinkel, für die
Füllstäbe Doppel- und Einzelwinkel oder Hohlprofile vor;
bei T-Gurten kann oft auf Knotenbleche verzichtet werden.
Fachwerkträger haben folgende Vorteile:
– Ermöglicht leichte Installationsführung
– Relativ steifes Tragelement
– Freie Formgebung (Überhöhung)
– Spannweiten: 9 m – 18 m (Decken); bis 100 m (Dächer)
– Trägerhöhe H = 1/10 (einfache Balken) bis 1/18 der
Spannweite (Durchlaufträger)
Beispiele von parallelen und
nicht parallelen Fachwerkträgern.
Giebelförmige Fachwerkträger
Der Vierendeel-Träger benötigt
keine Diagonalen, da die ganze
Konstruktion steif ausgebildet
ist. Deshalb ist der Träger
schwerer, erlaubt jedoch eine
freie Zirkulation (hier als Fachwerkträger mit einzelnem
Vierendeel-Feld).
Dachträger im Airside Center,
Flughafen Zürich: zwei sich
gegenseitig durchdringende
Fachwerkscharen.
rechts: Brückentragwerk in
Malaysia (Prix Acier 2005)
21
II
8 Decken
Für die Anordnung der Träger bieten sich verschiedene
Formen an; sie können parallel oder gekreuzt verlaufen.
Sich kreuzende Trägerscharen können entweder aufeinander liegen oder ineinander verschachtelt sein. Die
Art und Anordnung der Träger hängt von der verfügbaren
Deckenhöhe und den unterzubringenden Installationsleitungen ab.
Installationsführung
Das offene Stahlskelett begünstigt die Installationsführung
zur technischen Erschliessung des Gebäudes in vertikaler
und horizontaler Richtung und spätere Änderungen an
den Installationen. Tragwerk und Installationsführung beeinflussen sich gegenseitig. Der Einbau von Installationen
ist oft entscheidend für die konstruktive Gestalt des
Deckentragwerks. Für den kostspieligen technischen Ausbau der Gebäude ist eine übersichtliche und einfache
Leitungsführung von grosser Wichtigkeit. Da die horizontalen Verteilerstränge fast stets in der Decke liegen,
bieten Stahlträgerdecken eine flexible Leitungsführung
und auch spätere Anpassungen der Installationen.
Die Geschossdecke hat typischerweise folgenden Aufbau:
– Bodenbelag
– Betondecke mit Bewehrung
– Profilblech (hier Schwalbenschwanz)
– Stahlträger
– Zwischendeckenbereich für Installationen
– Abgehängte Unterdecke (evtl. geeignet für Brandschutz)
1
3
2
5
3
6
4
4
1
2
7
3
4
2
4
3
Installationsführung im Deckenbereich bei zwei Trägerscharen
1
2
3
4
5
6
7
8
Stütze
Deckenplatte
Deckenträger
Unterzug
Hauptleitung
Nebenleitung
Öffnung
Leitung
22
8
4
3
steeltec 01
Deckenkonstruktionen
Einfache Betondecke
Die armierte Betondecke trägt meistens in einer Richtung,
seltener in zwei Richtungen. Sie wird aus Ortbeton auf
der Baustelle gegossen (auf eine Holzschalung), oder sie
besteht aus vorfabrizierten Elementen, die auf der Trägerkonstruktion aufliegen und allenfalls mit Überbeton
vergossen werden.
Stahldecke
Die Stahldecke besteht aus profilierten Blechen mit
einem mehrschichtigen Bodenaufbau. Das Profilblech ist
das tragende Element und kann als Schalung für den
Estrich dienen (Ortbeton, Anhydrit, etc.). Die Profilierung
hat meistens trapezförmigen Querschnitt. Die Bleche
werden meistens verzinkt oder farbig beschichtet verwendet.
Vorteile der Stahlblech- und Verbunddecken:
– geringes Gewicht
– schneller Einbau
– Betondecke ohne Schalung
– sofortige Begehbarkeit nach der Montage
– sichere Baustelle
Verbunddecken
Bei der Verbunddecke bilden Stahlträger, Blech und
armierter Beton ein Tragsystem. Besteht zwischen Blech
und Betonplatte ein Verbund (bei Rippenblech), so dient
das Blech als Bewehrung. Ist der Stahlträger zusätzlich
durch Bolzen mit der Decke verbunden, so spricht man von
einem Verbundquerschnitt. Diese Konstruktion ist sehr
wirtschaftlich.
Schlanke Deckensysteme (Slim-Floor)
Das schlanke Deckensystem «Slim-Floor» kennt seit den
80er-Jahren im angelsächsischen Raum weite Verbreitung.
Es besteht aus nur einer Trägerlage mit integrierten
Deckenelementen. Die gesamte Deckenkonstruktion ist
kaum höher als der Träger und bietet gleichzeitig genügend
Feuerschutz. Die Deckenelemente sind oft vorfabriziert,
was eine schnelle Montage erlaubt. Die integrierte Blechverbunddecke erlaubt zudem eine platzsparende Leitungsführung.
23
II
9 Verbindungen
Die Elemente des Stahlskeletts werden in Werkstätten
vorgefertigt. Die industrielle Herstellung und die Anforderungen einer einfachen, sicheren Montage haben einen
grossen Einfluss auf die Gestaltung der Verbindungen
zwischen den Elementen. Wichtig sind dabei standardisierte
Verbindungen und festgelegte Toleranzen. Hier ist eine
Auswahl typischer Knotenpunkte des Geschossbaus
für Träger und Stützen aus \-Profilen dargestellt. Die einfacheren Konstruktionsformen sind aus Wirtschaftlichkeitsgründen vorzuziehen.
Stützen-Träger-Anschlüsse
Stützen durchlaufend
Träger durchlaufend
gelenkige Anschlüsse
biegesteife Anschlüsse
vorgefertigte Knoten
biegesteife Anschlüsse
Anschlusslaschen geschweisst
Stirnplatten geschweisst
Stirnplatten geschweisst
Rippen eingeschweisst unter
Stützensteg, halbsteif
Doppelwinkel (ungeschweisst)
Rippen eingeschweisst, überste- Rippen eingeschweisst,
hende Stirnplatten geschweisst Stirnplatten geschweisst
Rippen eingeschweisst,
biegesteif
dreidimensionaler Anschluss
dreidimensionaler Anschluss,
HE-Coupstück eingeschweisst
Durchgehende Stützen ohne horizontale Rippen sind günstig für vertikale Installationen. Vorgefertigte Knoten sind eher selten, doch
mit Anschlüssen nahe beim Momentennullpunkt können sie konstruktive und montagetechnische Vorteile bieten. Dreidimensionale
Anschlüsse können dadurch vermieden werden, dass die sekundäre Trägerschar in vertikaler Richtung verschoben oder gegenüber
dem Stützenraster versetzt wird. Weitere Konstruktionsdetails siehe z. B. SZS-Publikation C8.
24
steeltec 01
Trägeranschlüsse
Typische Anschlüsse von sekundären Trägern (Deckenträger, Pfetten) an Primärträger (Unterzüge, Binder) aus \-Profilen
Sekundärträger gelenkig
Fahnenblech-Anschluss
Doppelwinkel-Anschluss
Doppelsteglaschen-Anschluss
Anschlusslaschen (Fahnenbleche) einseitig, im Werk
geschweisst. Mit Ausklinkung (wie nebenstehend)
auch möglich für OK Oberflansche bündig.
Keine Schweissarbeit nötig, aber mehr Schrauben.
Ohne Ausklinkung (wie nebenstehend links) auch
möglich für vertikal versetzte Oberflansche.
Rippen evtl. weniger hoch, nur mit Steg verschweisst. Leichte Verdrehung der Steglaschen
infolge Anschlussexzentrizität unvermeidlich.
aufliegend (Stapelbauweise)
Stirnplatten-Anschluss
geschweisster Anschluss
Eingeschweisste Rippen nur, sofern nötig. Auch mit
Sekundärträgerstoss beim Auflager möglich (dann
meist gelenkig).
Dicke Stirnplatten, vorgespannte HV-Schrauben. Futterbleche wegen Einfädeln und Toleranzausgleich. Gelenkiger Anschluss, falls Stirnplatte nur am Steg angeschweisst
(dann auch mit Ausklinkung wie obenstehend möglich).
Aufwändige Montageschweissung. Nachträglicher Oberflächenschutz im Anschlussbereich
nötig. Auch für ungleich hohe, versetzte Sekundärträger möglich.
Sekundärträger durchlaufend
Gelenkige Trägeranschlüsse
Fahnenblechanschlüsse
Steglaschenanschluss
Doppelwinkelanschlüsse
Biegesteif geschraubte Trägerstösse
Stirnplattenstoss
Firststoss mit Voutenblechen
Laschenstoss
25
II
10 Fassaden
Die Fassade ist für die Energieeffizienz eines Gebäudes
ausschlaggebend. Sie wird entweder hinter, vor oder in
der Ebene der Tragstruktur angebracht. Wegen der
Wärmeleitfähigkeit der Stahlstruktur empfiehlt es sich, die
Fassade ausserhalb der Tragstruktur anzubringen (vorgehängt). Der Stahlbau lässt sich auch mit einer massiven
Fassadenkonstruktion kombinieren.
Leichte Stahlfassade
1 Stahlstütze
2 Innenverkleidung Blech
3 Isolation
4 zusätzliche Dämmschicht
5 Holzlattung
6 Aussenverkleidung
7 Vorgefertigte Betonplatten
8 Aufhängung der Platten
1
1
8
6
5
2
3
140 – 200 mm
7
1.0 – 3.0 m
4
Schwere Fassade
Massive Platten
Massive Elementfassade
Selbsttragende Fassadenelemente benötigen keine
Sekundärstruktur. Es handelt
sich um geschosshohe, vorfabrizierte Elemente, die
direkt an die Geschossdecken
montiert werden.
2.8 – 3.5 m
–
3.0
0.2
0–
0.2
5.0
m
5m
2
4
1
Mauerwerkfassade
Bei einer tragenden Mauerwerkfassade wird der Deckenträger an einem speziellen
Winkelprofil im Mauerwerk
befestigt, das wegen der thermischen Leitfähigkeit einen
Korrosionsschutz benötigt.
26
1
2
3
4
5
Äusseres Mauerwerk
Isolation mit Dampfsperre
Tragendes Mauerwerk
Luftschicht
Befestigungsprofil
5
3
steeltec 01
11 Skelettrahmenbau
Rahmen mit durchlaufenden Trägern
Rahmen mit durchlaufenden
Trägern
Deckenaufbau D1
Bretterlage 27 mm
Stahlträger IPE 180 mm
Total 207 mm
Die Tragstruktur besteht aus mehreren, aufeinanderliegenden Rahmen mit geschosshohen Stützen. Da die Stützen
unterbrochen sind, müssen die Träger zur Ableitung der
Vertikallasten mit Rippen verstärkt werden. Die Rahmen
verlaufen in Querrichtung des Gebäudes. Falls die Stützen
über hochfest verschraubte Kopf- und Fussplatten mit
den Trägern biegesteif verbunden sind, ist jeder Rahmen
in sich stabil; hingegen muss das Tragwerk für Horizontalkräfte in Gebäudelängsrichtung durch Vertikalscheiben
stabilisiert werden. Die Skizze zeigt drei Varianten für
die Decke, wobei die Gemeinsamkeit in der Anordnung
oberhalb der Hauptträger besteht.
D1 basiert im Sinne einer Sekundärkonstruktion auf einer
Lage von Deckenträgern, die auf den Hauptträgern aufliegt.
Der Hauptträgerabstand ist hier etwa 4,5 m, bei höheren
Deckenträgern sind bis 12 m erreichbar. Im Unterschied
zu Sekundärträgern, die höhengleich zwischen den Hauptträgern angebracht sind, erlaubt die Überlagerung (Stapelbauweise mit durchlaufenden, weit gespannten Sekundärträgern) das Führen von Leitungen in Querrichtung zu
den Rahmen. Je nach Anforderung reicht als Gehbelag
eine einfache Bretterschalung aus. Bei D2 und D3 wird
auf sekundäre, stabförmige Tragelemente verzichtet.
Trapezbleche bilden die Tragkonstruktion – im Fall D3 in
Verbund mit einem armierten Überbeton, bei D2 als reine
Trockenbauweise mit einer Verlegeplatte als Untergrund
für den Bodenbelag. Für niedrigere Profilbleche bzw. wenn
für die Blechverbunddecke keine Montageunterstützung
benutzt wird, reduziert sich der Trägerabstand auf etwa 2 m.
Der Deckenaufbau D3 erreicht einen Feuerwiderstand
REI 90; die übrigen Konstruktionsteile benötigen zusätzliche
Massnahmen, falls ein Feuerwiderstand gefordert ist.
Deckenaufbau D2
Verlegeplatte 27 mm
Gummitrennlage 20 mm
Stahlprofilblech 160 mm
Total 207 mm
Deckenaufbau D3
Überbeton bewehrt 70 mm
Stahlprofilblech (Schwalbenschwanz) 50 mm
Total 120 mm
D1
a) HEA 400, geschossweise
unterbrochen
b) HEA 400, Durchlaufträger
c) Aussteifungsrippen für
die Vertikallasten
D2
D3
b
c
a
links System Styltech: die
Stützen lassen sich relativ frei
anordnen (www.arcelor.com).
27
II
Rahmen mit durchlaufenden Stützen
Die Tragstruktur besteht aus einer Aneinanderreihung von
Rahmen mit durchlaufenden Stützen, die meistens innen
liegen. In diesem Beispiel stehen die Stützen direkt an der
Fassade, wodurch sie den Raum kaum tangieren. Bei
gleicher Grundrissfläche wie beim vorhergehenden Beispiel
müssen die Träger aber stärker dimensioniert werden,
weil die Spannweite hier mit etwa 10 m grösser ist.
Rahmen mit durchlaufenden
Stützen
Die Rahmen verlaufen in Querrichtung des Gebäudes.
Wenn die Träger über hochfest verschraubte Stirnplatten
biegesteif mit den Stützen verbunden sind, verringern sich
dank Einspannwirkung die Trägerdurchbiegungen, und
jeder Rahmen wird in sich stabil. Die Steifigkeit der Knotenpunkte lässt sich durch verschiedene konstruktive Massnahmen weiter verbessern. Für Horizontalkräfte in Gebäudelängsrichtung muss das Tragwerk durch Vertikalscheiben stabilisiert werden.
Die Mehrhöhe kann teilweise kompensiert werden, indem
die Deckenkonstruktion zwischen die Hauptträger gelegt
wird. Der Deckenaufbau D4 basiert analog zu D1auf einer
Lage von Deckenträgern, die nun aber höhengleich zwischen den Hauptträgern liegt. Das Führen von Installationen
senkrecht zu den Rahmen bedingt Löcher in den Trägern;
diese werden entweder partiell angeordnet oder im Sinn
eines Loch- oder Wabenträgers in regelmässigen Abständen auf die ganze Trägerlänge verteilt. Derart perforierte
Träger bringen zudem eine Gewichtseinsparung von bis zu
30 %, allerdings bei etwas grösserer Bauhöhe.
D5 zeigt eine Rippendecke, bei der Trapezbleche zwischen
die Hauptträger gehängt und ausbetoniert werden.
Aufgrund vorgängig auf die Träger geschweisster Bolzen
geht die Deckenkonstruktion einen festen Verbund mit
der Primärstruktur ein. Das Einhängen der Bleche erfolgt
über Stahlknaggen (Vierkantstahl 25x25 mm), die in
der Werkstatt auf die Träger geschweisst wurden.
Der Deckenaufbau D5 erreicht einen Feuerwiderstand
REI 90; die übrigen Konstruktionsteile benötigen zusätzliche
Massnahmen, falls ein Feuerwiderstand gefordert ist.
Deckenaufbau D4
Brettschichtholzplatte 27 mm
Stahlträger IPE 160 160 mm
Total 187 mm
Deckenaufbau D5
Überbeton 120 mm
Total 320 mm
D4
a) HEA 300
b) IPE 600, partiell als
Lochstegträger dargestellt
D5
b
a
28
steeltec 01
Ungerichtetes Rahmenskelett
Die Tragstruktur besteht aus einem ungerichteten Skelett
mit Stützen aus warmgefertigten Hohlprofilen (oder geschweissten Kastenprofilen), die den Trägern – im Unterschied zu Doppel-T-Profilen – allseitig die gleiche Anschlusssituation bieten. Da die Stützen durchlaufend sind,
ist, wie auch bei anderen Systemen, zudem der Anschluss
der Träger auf jeder beliebigen Höhe möglich, was feldweise unterschiedliche Raumhöhen erlaubt.
ungerichtetes Skelett
Die Anschlüsse sind im vorliegenden Beispiel nicht biegesteif, wodurch ein Rahmentragwerk mit gelenkigen Knotenpunkten entsteht. Für Horizontalkräfte muss das Tragwerk
deshalb in Längs- und Querrichtung durch zusätzliche
Vertikalscheiben stabilisiert werden. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Stützenabstand etwa 5 m, doch sind mit
dem gleichen System auch grössere Spannweiten möglich.
Falls alle Deckenträger gleichmässig belastet werden
sollen, muss die Spannrichtung der Decken von Feld zu
Feld wechseln. Bei schlanken Deckensystemen ist der
Deckenaufbau gleich hoch wie der Träger (Slim-FloorDecken, Integrated Floor Beam, etc.). Dabei werden in
beiden Fällen an den Trägern breitere Untergurtbleche
angeschweisst, die als Auflager dienen.
D6 basiert auf vorfabrizierten Spannbetonhohlplatten, die
– wie der Name sagt – vorgespannt sind und dadurch bis
zu 12 m überbrücken können. Die Hohlräume dienen allein
der Gewichtseinsparung; Installationen werden unterhalb
der Decke angebracht. Der grosse Vorteil liegt in der
Trockenbauweise. D7 zeigt analog zu D5 eine Rippendecke,
bei der wiederum Trapezbleche zwischen die Hauptträger
gelegt und ausbetoniert werden. Die Leitungsführung ist
hier zwischen den Rippen möglich. Als Verbundkonstruktion
dient die Decke auch der horizontalen Aussteifung des
Gebäudes.
D6 und D7 eignen sich auch vorzüglich für gerichtete
Skelette mit rechteckigen Stützenrastern. Die Deckenaufbauten D6 und D7 können einen Feuerwiderstand REI 90
erreichen. Die Slim-Floor-Deckenträger und die betongefüllten, bewehrten Hohlprofile weisen Feuerwiderstände
R 60 bis R 90 auf.
Deckenaufbau D6
Zement-Unterlagsboden 80 mm
Trittschalldämmung 20 mm
Spannbetonhohlplatten 220 mm
Total 320 mm
Deckenaufbau D7
Überbeton 120 mm
Total 320 mm
a) Stützen Hohlprofil RRW 200,
durchlaufend (auch ROR)
b) Träger HEB 200 mit
Zusatzblech (Typ SFB),
gelenkig angeschlossen
D6
D7
b
Spannbetonhohldecke: Träger
mit breiterem Untergurt als
Auflager der Deckenplatte
a
29
II
12 Brandschutz
Im Stahlbau ist der Brandschutz von zentraler Bedeutung,
denn obgleich Stahl nicht brennt, verändert die Einwirkung von Hitze dessen Gefüge und in der Folge dessen
Tragfähigkeit. Soll deshalb ein tragendes Bauteil aus Stahl
dem Feuer während 60 Minuten Widerstand leisten
(R 60), muss es meistens verkleidet oder mit einem Schutzanstrich versehen werden – dies im Unterschied zu Tragwerken aus Beton oder Backstein.
teln zur Früherkennung eines Brandes (Brandmelder) und
zu dessen rascher Eindämmung (Sprinkler) dienen aber
nicht nur dem Schutz von Personen und des Gebäudeinhaltes, sondern ermöglichen oftmals das Tragwerk unverkleidet zu belassen, da es zu einer akuten Gefährdung
durch einen Vollbrand gar nicht erst kommen kann.
Baulicher Brandschutz
Als Grundlage für die Wahl der geeigneten Brandschutzmassnahmen dienen objektspezifische Brandschutzkonzepte, welche die Nutzung und das damit verbundene
Brandrisiko genauso berücksichtigen wie die Personenbelegung, die Art der Raumbeziehungen (offen oder geschlossen) und die Geschosszahl. So werden bei eingeschossigen Industriegebäuden meist keine Anforderungen
an den Feuerwiderstand des Tragwerks gestellt, da direkte
Fluchtmöglichkeiten ins Freie bestehen, die Arbeiter mit
den räumlichen Verhältnissen vertraut und in der Regel über
das Verhalten im Brandfall instruiert sind. Gänzlich anders
verhält es sich bei öffentlichen Gebäuden, in denen sich
eine Mehrheit der Leute nicht auskennt. Eingeschossige
Gebäude und das oberste Stockwerk mehrgeschossiger
Bauten unterliegen weniger strengen Auflagen, weil keine
darüber liegenden Räume gefährdet werden.
Aktive Brandschutzmassnahmen
Mit den Fluchtmöglichkeiten ist der Personenschutz angesprochen, der zusammen mit dem Sachschutz (Gebäude
und Inhalt) zu den beiden grundlegenden Zielen eines
jeden Brandschutzkonzeptes zählt. Hinsichtlich des Personenschutzes ist interessant zu wissen, dass Ersticken
durch Brandgase – und nicht etwa der Einsturz von Bauteilen – als die häufigste Todesursache bei Bränden gilt.
Wichtig ist es deshalb, Wärme und Rauch schnell abzuführen. Präventive Massnahmen und der Einsatz von Mit-
Reichen die aktiven Brandschutzmassnahmen nicht aus,
muss das Tragwerk so beschaffen sein, dass es seine
Tragfähigkeit auch im Falle eines Vollbrandes (mit Temperaturen bis etwa 1000 °C) während 30, 60 oder 90 Minuten
beibehält. Soll der Stahlbau sichtbar bleiben, so kann der
Feuerwiderstand des Bauteils z. B. durch Überdimensionierung oder durch das Applizieren eines Brandschutzanstrichs, der im Brandfall aufquillt, gewährleistet werden.
Brandschutzanstriche sind heute bis zur Feuerwiderstandsklasse R 60 zugelassen und von der Oberfläche her
kaum mehr von normalen Anstrichen zu unterscheiden.
Der gängigste bauliche Brandschutz ist die Verkleidung,
die entweder direkt oder unter Bildung von Hohlräumen
(z. B. für Installationen) auf die Stahlteile angebracht wird.
Verbundkonstruktionen, bei denen die Stützen und Träger
teilweise oder gar vollständig ausbetoniert werden, sind
eine weitere sinnvolle und verbreitete Brandschutzmassnahme. Dabei sind die Stahlstützen häufig von einem Stahlmantel umgeben, welcher beim Betonieren als Schalung
dient. Der Hüllbeton schützt das innere Stahlprofil vor
übermässiger Wärmeeinwirkung und kann selber noch eine
tragende Funktion übernehmen. Wird umgekehrt eine
Stahlrohrstütze mit Beton gefüllt, erfolgt unter Brandeinwirkung eine Lastumlagerung, sodass fortan der Betonkern
die tragende Funktion übernimmt.
Stützen als Verbundtragwerk
a) ausbetoniertes Hohlprofil: unter Brandeinwirkung übernimmt
der Betonkern die tragende Funktion
b) Stahlkern mit Beton- und Stahlmantel: der Beton schützt den
Kern vor den hohen Temperaturen
c) einbetoniertes Stahlprofil ohne Stahlmantel
Passive bauliche Brandschutzmassnahmen
a) unverkleidetes Profil im Verbund mit der Betondecke
für Feuerwiderstandsdauern bis R 30
b) kammerbetoniertes Profil
c) feuerwiderstandsfähige Unterdecke
d) Brandschutzfarbanstrich (oder Putze)
e) Verkleidung
30
steeltec 01
Einsatzmöglichkeiten des Stahlbaus
Stahl sichtbar
Stützen (1,2)
SZS/EKS N° 89 (U/A < 50 m-1) (3)
SZS/EKS N° 89 (U/A < 14 m-1) (3)
keine
Träger mit aufliegender
Decke (2)
min. RND/VKT 80
min. RND/VKT 280
min. 60 x120
min. 200 x 500
min. 150 x150
min. HHD 320 x 300
min. HHD 400 x 382
min. 400 x 400
min. 320 x 320
SZS/EKS N° 89
SZS/EKS N° 89
min. HEM 300
Vollstahl min.
FLB 150/300
Konstruktionen mit
Brandschutzanstrich (4)
alle
Profile
keine
alle
Profile
nicht erlaubt
http://bsronline.vkf.ch
SZS C2.3, SZS C2.4, ECCS N° 55
Norm SIA 264 /1
Norm SIA 264 /1
Norm SIA 264 /1
min. HEA 160, RRK 140, ROR 139,7
min. HEA 200, RRK 160, ROR 159
min. HEA 240, RRK 180, ROR 177,8
SZS C2.4
Norm SIA 264/1
SZS C2.4
Norm SIA 264/1
SZS C2.4
Norm SIA 264/1
min. HEA 100, IPE 120
Profilblech-Verbunddecken
SZS C2.4, EKS N° 32
mittlere Deckendicke heff
heff 60 mm
heff 80 mm
heff 100 mm
Stahl-Beton-Verbund (5)
Stützen
Träger kammerbetoniert mit
aufliegender Decke ( 120 mm)
Stahl verkleidet (6)
kastenförmige
BrandschutzplattenVerkleidung
SZS, EKS N° 89 / Steeltec 02
alle
Profile
ca. 15 mm typische
Verkleidungsdicke
alle
Profile
ca. 25 mm typische
Verkleidungsdicke
alle
Profile
ca. 35 mm typische
Verkleidungsdicke
(z. B. Stützen)
profilfolgende
SpritzputzUmmantelung
(z. B. Träger)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
alle
Profile
ca. 20 mm typische Spritzputzdicke
alle
Profile
ca. 30 mm typische Spritzputzdicke
alle
Profile
ca. 40 mm typische
Spritzputzdicke
Zahlenwerte gültig für durchlaufende Stützen bei 3 m Geschosshöhe (gemäss Euronomogramm EKS N° 89 / Steeltec 02)
Bei statisch unvollständiger Ausnutzung sind auch kleinere Abmessungen möglich (vgl. Euronomogramm EKS N° 89 / Steeltec 02).
Profilfaktor U/A (bzw. Am/V gemäss Euronomogramm)
Anwendung benötigt objektbezogene Genehmigung durch Brandschutzbehörde (vgl. VKF-Brandschutz-Erläuterung 1008).
Beton stets bewehrt, ausser bei Hohlprofilen R 30
Verkleidungsprodukte gemäss VKF-Brandschutzregister, Anwendung und konstruktive Randbedingungen wie geprüft und zugelassen
(QS-Verantwortung der Bauleitung).
31
III Anwendung in der Praxis
13 Skelettrahmenbau
Die grösste Verbreitung findet der Stahlbau in Form der
Skelettbauweise. Dabei bilden Stützen und Träger ein
Stabwerk, innerhalb dessen Decken und nichttragende
Wände als Füllungen den Raumabschluss bilden. Diese
Abschlüsse folgen je nach Konstruktionsart gänzlich den
Prinzipien des Trockenbaus oder bezwecken im Verbund
mit Beton eine gegenseitige Materialoptimierung. Der
Skelettbau in Stahl ist geprägt von rationellen Abläufen
bei Planung, Herstellung und Montage.
Das Swisscom-Hochhaus von Burkard, Meyer & Partner in
Winterthur (1999) ist exemplarisch für die Bauweise von
Gebäuden dieser Grössenordnung. Rund um einen massiven, aussteifenden Kern, welcher Treppen, Aufzüge und
Installationen aufnimmt, sind im Raster von 5,6 m x 5,6 m
Verbundstützen angeordnet. Diese bestehen aus einem
Vollstahlkern und einem betongefüllten Blechmantel (quadratisches Hohlprofil als Schalung), welche hohe Tragfähigkeit und hervorragenden Brandschutz bei minimalem
Querschnitt gewährleisten. Auf den Stahlträgern mit
breitem Untergurt liegen vorfabrizierte Betonelemente, die
überbetoniert werden und mit dem Stahlgerippe einen
festen Verbund eingehen (Slim-Floor). Das Tragwerk ist
von der Fassade derart umhüllt, dass nur noch die Decken
als strukturelle Komponenten in Erscheinung treten.
und geschlossene Füllungen) als Anschlagebene dient.
Vergleichbar mit dem Ferienhaus von Lacaton & Vassal in
Lège Cap-Ferret (1998), das innerhalb eines dichten
Baumbestandes erstellt wurde, tritt das Skelett deshalb im
Innenraum als plastisches Relief in Erscheinung. Analog
zu diesem Ferienhaus handelt es sich beim Teehaus um
eine reine Trockenbauweise, bei der nur die Bodenplatte
aus Beton erstellt wurde. Die Gebäudeaussteifung wird
von kreuzweise gespannten Diagonalen übernommen,
welche hinter den Elementen liegen, und die Decken
basieren auf Trapezblechen.
Ein weiteres Beispiel ist das Wohnhaus von Werner Sobek
in Stuttgart. Das Stahlskelett besteht aus verschraubten
und gesteckten Quadratrohrstützen und IPE-Profilträgern.
Die Aussteifung wurde mit Kreuzungen und Zugdiagonalen
der Verbände erreicht. Die Decken bestehen aus Massivholzelementen, die mit Epoxydharz beschichtet wurden.
Die Glashaut ist dreifach isoliert und reflektiert über 80 %
der Infrarotstrahlen. Es handelt sich hier um ein NullEnergie-Haus.
Auf den ersten Blick vermittelt das Teehaus in Neustift
am Walde (1998) von Georg Marterer den Eindruck, als
sei die Gitterstruktur an der Fassade das tragende Stahlskelett. Tatsächlich handelt es sich aber um aufgesetzte
Profile, welche die Fugen zwischen den Elementen abdecken. Das sichtbare Raster entspricht exakt der dahinterliegenden Tragstruktur, die im Grundriss auf einer quadratischen Teilung im Abstand von 2,46 m aufbaut und den
erwähnten Elementen (Festverglasungen, Schiebefenster
Stahlskelett mit Slim-FloorDecken. Burkard, Meyer
Architekten: Swisscom-Hochhaus, Winterthur, 1999;
darüber Deckenkonstruktion.
Haus Sobek: Stahlskelett aus
Quadratrohrstützen und IPEDeckenträgern; Aussteifung
durch Zugstäbe an drei
Fassaden und in den Decken,
Stuttgart, 2001
Innen sichtbares Stahlskelett
mit Profilblechdecke. Lacaton &
Vassal: Ferienhaus, Lège
Cap-Ferret (F), 1998
Beim sichtbaren Gitternetz
handelt es sich um die Abdeckprofile der Elemente. Georg
Marterer: Teehaus in Neustift
am Walde, Wien, 1998
32
steeltec 01
14 Fachwerk und Fassade
Übersteigt die Spannweite ein bestimmtes Mass, so reichen
handelsübliche Walzprofile als Träger nicht mehr aus.
Unter dem Aspekt der Material- und Gewichtseinsparung
werden Träger sodann mit Zugstangen unterspannt, als
Blechträger ausgeführt oder in ein Fachwerk überführt.
Bis zur ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts war das
Zusammensetzen von Tragwerken aus filigransten Profilen
an der Tagesordnung – wenn nicht sogar die einzige
Möglichkeit, um grosse Distanzen zu überbrücken. Das
Zusammenschweissen der einzelnen Fachwerk-Glieder
(Ober- und Untergurt, Pfosten und Streben) ist allerdings
arbeitsintensiv, sodass heute ebenso oft – trotz höherem
Materialverbrauch – aus Blechtafeln zusammengeschweisste Vollwandträger anzutreffen sind.
Dem Mehraufwand für die Auflösung des Tragwerks in
eine Stabstruktur stehen neben der erwähnten Gewichtseinsparung aber auch eine erleichterte Installationsführung
und die Lichtdurchlässigkeit der Konstruktion gegenüber. Letztere findet sich beispielsweise beim Lokomotivdepot auf dem Wolf (1995) von Herzog & de Meuron,
wo die Fachwerkträger Oberlichter formen. Die Hallen
basieren auf einer Schottenbauweise aus Beton und einer
Dachkonstruktion aus Stahl. Auf den Betonscheiben
liegen im Abstand von 13 m zu Körpern gepaarte Fachwerkträger, die eine Distanz von bis zu 40 m überbrücken.
Mit Profilit-Glas bekleidet, fungieren die 3 m hohen
Fachwerkkästen, an denen zusätzlich die Träger für das
dazwischenliegende Flachdach aufgehängt sind, gleichzeitig
als Oberlicht.
Das Haus als Brücke. Craig
Ellwood: Wochenendhaus,
San Luis Obispo (USA),
1967/68; Fassadenschnitt
Die Oberlichter sind von
Schotte zu Schotte gespannt.
Verkleidung mit Profilit-Glas.
Herzog & de Meuron:
Lok-Depot auf dem Wolf,
Basel, 1995
Finden bei Herzog & de Meuron die Fachwerkträger nur
auf dem Dach Anwendung, bilden sie bei Craig Ellwoods
Wochenendhaus in San Luis Obispo (1967/68) die primäre
Tragstruktur und als solche die Längsfassaden des Hauses.
Einer Brücke gleich überspannt hier der quaderförmige
Baukörper einen 18 m breiten Canyon. Die Fachwerkträger setzen sich aus je zwei UNP-Profilen (Ober- und
Untergurt) zusammen, zwischen denen Pfosten und
Streben in Form quadratischer Stahlrohre eingeklemmt
sind. Boden und Decke basieren auf Stahlträgern, die im
gleichen Abstand wie die Pfosten von Fachwerkträger
zu Fachwerkträger spannen.
Bei den vorangegangenen Beispielen prägt der Stahlbau
die formale Erscheinung des Hauses – bei Ellwood mehr
als bei Herzog & de Meuron, deren Konstruktion hinter
einem halbtransparenten Schleier sitzt. Gänzlich verborgen
liegt das Stahlkonstrukt bei den Alterswohnungen von
MVRDV in Amsterdam (1997), wo nur die immense Auskragung der zweigeschossigen Körper auf eine gewichtssparende Ausführung in Stahl schliessen lässt. Allfällige
Rückschlüsse ermöglichen noch die Öffnungen, deren
maximale Grösse und Lage von den Pfosten und Streben
definiert wird.
Hinter der Holzverkleidung
liegt ein Stahlgerippe verborgen.
Die Fenster liegen zwischen
Pfosten und Streben. MVRDV:
Alterswohnungen, Amsterdam,
1997
33
15 Raumfachwerke
Raumfachwerke bestehen aus filigranen Stäben, die meist
über kugelähnliche Knoten mit bis zu 18 Anschlussmöglichkeiten untereinander verbunden sind. Raumfachwerke
werden in der Regel mit Dächern, oder vielmehr mit grossflächigen Überdachungen, in Verbindung gebracht. Mit
einer Systemhöhe von z. B. 4 m werden flache Dächer mit
einer Spannweite von bis zu 120 m möglich.
Mero-Knoten mit angeschlossenem Stab. Aufsicht und
Schnitt
oben rechts: Das Raumfachwerk verteilt die Last des
Hauses auf vier Einzelfundamente. Benthem Crouwel:
Wohnhaus, Almere (NL), 1984
Der Kugelabschnitt weist an
der Basis einen Durchmesser
von 110 m auf. Buckminster
Fuller: USA-Pavillon
EXPO ’67, Montreal, 1967
Offengelegte Ecke. Norman
Foster: Sainsbury Centre for
Visual Arts, Norwich (UK),
1978; Axonometrie der Tragkonstruktion
34
Neben Konrad Wachsmann und Buckminster Fuller, welche
sich der Entwicklung dieser leichten Tragwerke für weitgespannte Dächer mit grossem Engagement annahmen,
ist auch Max Mengeringhausen zu erwähnen, dessen
Mero-Knoten aus dem Jahre 1942 eine Schraubverbindung
darstellt, die noch heute Anwendung findet. Der strukturelle Aufbau von Raumfachwerken konstituiert sich aus
Unter- und Obergurtebene sowie dazwischenliegenden
Raumdiagonalen. Je nachdem, ob es sich um die Kombination von Tetra-, Okta- und/oder Cuboktaedern handelt,
liegen die Stabrichtungen der Ober- und Untergurte in
der Aufsicht parallel oder diagonal zueinander.
Bei Norman Fosters Sainsbury Centre for Visual Arts
(1978) findet sich das Raumtragwerk in einzelne Dreigurtbinder aufgelöst, die ihrerseits aus dem Zusammenschluss
von je zwei Parallel-Fachwerkträgern mit gemeinsamem
Untergurt hervorgehen. Interessant ist, dass das Tragwerk
und die Hülle sowohl für das Dach als auch für die Wände
Anwendung findet. Dabei nutzt Foster in den Wänden die
Binderhöhe von rund drei Metern, um nebst Installationen
auch Erschliessungskorridore in die Tragwerksbereiche zu
integrieren. Die Knoten der Binder sind geschweisst;
einzig die Verbindungsdiagonalen zwischen den Bindern
sind – ganz dem Montageablauf folgend – verschraubt.
Beim USA-Pavillon von Buckminster Fuller auf der Weltausstellung 1967 in Montreal wurde die Grenze zwischen
Wand und Dach gänzlich aufgehoben. Der DreiviertelKugelabschnitt bildet das Behältnis für die Ausstellung
und weist an der Basis einen Durchmesser von 110 m auf,
während er am Äquator stattliche 167 m misst – und das
alles mit Stahlrohren von maximal 9 cm Durchmesser!
Anders als bei Foster ist hier der Raumabschluss – bestehend aus hexagonalen Acrylplatten – auf der Innenseite
des Raumfachwerks angebracht. Dabei entspricht die
sechseckige Form der Platten jener der Untergurtebene,
während die obere Lage aus einem Dreiecksverband
besteht.
Das Wohnhaus von Benthem Crouwel in Almere (1984) ist
als Anwendungserweiterung zu sehen, ohne dass die
Prinzipien der Konstruktionsweise aufgegeben wurden.
Schlechter Baugrund und die Tatsache, dass es sich um
ein temporäres Bauwerk hätte handeln sollen – es steht
noch immer und wurde 1991 sogar erweitert –, haben zu
einem einfach demontierbaren Raumfachwerk angeregt,
das die Flächenlast des Wohngeschosses auf vier Einzelfundamente verteilt – die Einzelfundamente sind wie
verkürzte Stützen zu betrachten. Durch das Abheben vom
Boden ist das Erdgeschoss gleichzeitig gegen Feuchtigkeit aus dem Erdreich geschützt.
steeltec 01
16 Raute und Diagonale
Die aussteifende Diagonale ist häufig ein Additiv, um das
statische Konzept zu vervollständigen, wenn andere aussteifende Komponenten wie Kerne und Wandscheiben
nicht zur Verfügung stehen. Aber auch als primäres Tragelement erfreut sich die Diagonale grosser Beliebtheit –
sei es als Bündel scheinbar beliebig schräg gestellter
Stützen (Mikado) oder eingebunden in eine regelmässige
Gitterstruktur. Dabei dürfte die Faszination gleichermassen
von den beiden Tatsachen ausgehen, dass die Vertikalund Horizontallasten scheinbar hierarchielos mit einer einzigen, stabförmigen Struktur aufgenommen werden können
und dass dem Geflecht ornamentale Qualität abgewonnen
wird.
Frühe Beispiele für nicht-orthogonale Gitterstrukturen
stellen die Gittertürme Suchovs dar, die aus der Suche nach
einer materialsparenden Konstruktionsweise für Wassertürme hervorgingen. Eindrücklicher Beleg für das Einsparungspotenzial der ausschliesslich aus Winkel- und
U-Profilen gefertigten Türme liefert der Vergleich zwischen
Suchovs Radiosendeturm in Moskau (1919 –1922), der
bei einer Höhe von 350 m 2200 Tonnen wiegt, und dem
Eiffelturm in Paris (1889), der 305 m hoch ist, aber
8850 Tonnen auf die Waage bringt – auch wenn die beiden
Bauwerke nutzungsbedingt unterschiedliche Anforderungen erfüllen müssen.
Die angewandte Form des Hyperboloids basiert auf zwei
deckungsgleichen Zylindern mit geraden Stäben, die
durch «Drehung» des unteren oder oberen Ringes eine
rhombenförmige Gitterstruktur erzeugen. Die Kreuzungspunkte werden miteinander vernietet, und auf der Innenseite sind zur Erhöhung der Aussteifung horizontale Ringe
angebracht, sodass letztlich Dreiecke entstehen.
und Ito hierarchisiert, treten bei Norman Fosters Juristischer Fakultät in Cambridge die diagonalen und horizontalen Glieder des gewölbten, fast 40 m weit gespannten
Daches gleichwertig in Erscheinung. Die Konstruktion besteht aus Rohrprofilen mit 160 mm Durchmesser, von
denen jedes zweite zusätzlich unterspannt ist. Interessant
ist, dass die Verglasung gegenüber der Tragstruktur um
wenige Zentimeter abgelöst ist, was die Frage aufwirft, ob
es Foster darum ging, die Membran zu thematisieren, oder
ob es darauf zurückzuführen ist, dass sich die runden
Profile zum Anschlagen der Fenster nicht eignen.
Das verglaste Dach besteht
aus einer triangulären Gitterstruktur. Norman Forster:
Juristische Fakultät,
Cambridge, 1995
Spiralförmig angeordnete
Stäbe aus je zwei U-Profilen
bilden ein Hyperboloid. Vladimir
G. Suchov: Sabolovka-Radioturm, Moskau, 1919 –1922
Diese Entkoppelung kennt der Prada-Store von Herzog &
de Meuron in Tokio (2003) nicht. Die Gläser liegen direkt
auf dem Gitterwerk, das zusammen mit den drei inneren
Kernen die vertikalen Lasten abträgt. Ein Lastabtrag, bei
dem an den Kreuzungspunkten der liegenden Rhomben
eindrücklich das statische Potenzial von Schweissverbindungen demonstriert wird. Die Beanspruchung ist nämlich
ungleich höher als bei stehenden Rhomben und verlangt
deshalb nach steifen Eckverbindungen.
Ein aktuelles Beispiel, das an die Erkenntnisse eines
Suchov anknüpft, findet sich in Toyo Itos Mediothek in
Sendai (2001), wo die vier Ecktürme nach ähnlichen Prinzipien konstruiert sind. Sind die Tragglieder bei Suchov
Die vier Eckpfeiler mit sich
kreuzenden Stäben funktionieren analog zu Suchov.
Toyo Ito: Mediothek,
Sendai (J), 2001
In den Pfeilern werden die
Treppen untergebracht.
Toyo Ito: Mediothek,
Sendai (J), 2001
Rhombenförmige Tragstruktur der Fassade. Herzog &
de Meuron: Prada, Tokio,
2003
35
17 Pilzkonstruktionen
Bäume mit 48 Ästen: von
Gerkan, Marg & Partner: Flughafen Stuttgart, 1999
Die Tischkonstruktion strukturiert das obere Hallendach.
Rafael Moneo: Bahnhof Atocha,
Madrid, 1984 –1992
Modulares Dach. Norman
Foster: Flughafen Stansted,
London, 1991
Die meisten Tragwerke basieren auf Grundeinheiten, die
erst durch die Wiederholung raumbildend werden. So
setzt z. B. die Bauweise mit Rahmen (zwei Stützen und ein
Träger) mindestens zwei Einheiten voraus, um Raum zu
generieren. Bei Pilzkonstruktionen hingegen bildet bereits
das Basismodul ein selbständiges Bauwerk – z. B. als
Tankstelle oder als Wartehäuschen. Die Autonomie der
einzelnen Pilze ermöglicht, dass sie untereinander Abstände aufweisen können. Abstände, die in Form schmaler
Schlitze dem Lichteinlass dienen oder die so gross sind,
dass das Modul des Pilzes unter Verzicht der Stütze
nochmals darin Platz findet.
Mit Nervis Konstruktion absolut vergleichbar ist der Bahnhof Atocha in Madrid (1984 –1992) von Rafael Moneo.
Ebenfalls auf Betonstützen stehend, ist hier die Balkenlage der «Pilzhüte» hierarchisiert, da sich die Untersicht aus
vier Dreiecken mit jeweils senkrecht zu den Rändern
stehenden Balken zusammensetzt. Die Schlitze werden von
giebelförmigen Oblichtbändern überdacht und gliedern
so die Dachfläche.
Zur erstgenannten Kategorie ist Nervis «Hall of Labor»
(1961) zu zählen, bei der 16 Pilze im Abstand von 40 m
einen quadratischen Hauptraum beschreiben, dessen
Ränder von einem Ring zweigeschossiger Nebenräume
flankiert werden. Die 20 m hohen Pilze verfügen über einen
«Stiel» aus Beton, der an der Basis die Form eines Kreuzes
aufweist, das mit zunehmender Höhe zum Kreis mutiert.
Der «Hut» selbst basiert auf einer Stahltrommel, an welche
20 identische Träger radial anschliessen, die von einem
umlaufenden Profil gefasst werden. Trommel und Träger
sind an der Unterseite schräg und folgen somit dem
Kräfteverlauf. Da die Fassade mit den Rändern der äusseren Pilze bündig steht, ist die Konstruktion nur im Innenraum spürbar.
ein weiteres Dachelement eingehängt werden kann. Die
Materialisierung macht keine Zweiteilung zwischen Stütze
und Dach. Aufgelöst in vier Rundrohre (d = 45 cm), ist die
Stütze zudem raumhaltig und nimmt im Innenraum Infrastrukturkomponenten auf. Aufgrund der schrägen Druckstäbe verschmelzen Dach und Stütze zu einem räumlichen
Gebilde.
Einer gänzlich anderen Konzeption unterliegen die Pilze
von Norman Fosters Flughafenterminal Stansted (1991).
Hier stehen die Pilze so weit auseinander, dass dazwischen
Man ist geneigt, von Bäumen zu sprechen, findet dieses
Bild aber noch direkter bei von Gerkan, Marg & Partner
umgesetzt. Ausgehend von vier Stahlrohren mit je 40 cm
Durchmesser, verzweigen sich die Bäume beim Flughafen
Stuttgart (1990) in jeweils 48 Äste, von denen der dünnste
einen Querschnitt von 16 cm aufweist.
Pilzkonstruktion aus Beton
und Stahl; Feldgrösse 38 x
38 m. Pier Luigi Nervi: Hall of
Labor, Turin, 1961
36
steeltec 01
18 Falten und Biegen
Falten ist eine der grundlegenden Bearbeitungstechniken
von Metall und kennzeichnet die Arbeit eines ganzen
Berufszweiges: die Bauspenglerei. Neben Papier und
Karton handelt es sich dabei um das einzige Material, das
derartige Deformationen überhaupt zulässt. Unter Bildung
von Stegen und Rippen erhalten die dünnen Bleche durch
das Falten eine erhöhte Stabilität, wodurch es möglich
wird, grössere Platten ohne Trägerschicht direkt auf die
Tragstruktur anzubringen. In diesem Sinne findet Wellblech
– und später Trapezblech – seit dessen Erfindung 1829
sowohl als Material für die Dacheindeckung als auch für
die Fassaden von Baracken und Industriebauten grosse
Verbreitung.
Über Optimierungsprozesse für Verkleidungen hinaus
gehen die Arbeiten des französischen Konstrukteurs Jean
Prouvé (1901–1984). Er entwickelte ganze Tragkonstruktionen, die auf der Abkantung von Blech gründen. Beispielhaft ist der Pariser Pavillon zum 100-Jahr-Jubiläum
der industriellen Herstellung von Aluminium 1954. Das
152 m lange Bauwerk basierte auf 15 m langen, im Abstand von 1,34 m angeordneten Trägern, zwischen denen
Bleche derart eingehängt sind, dass die nach oben offenen
Profile als Rinne fungieren. Die Träger selbst bestanden
aus drei Teilstücken, die mittels gegossenen Verbindungsschuhen erst vor Ort zusammengesetzt wurden. Hier
offenbart sich eine Nähe zum Maschinen- und zum Fahrzeugbau. Beim Observatoriumsbau von Jean Prouvé von
1951 wird Blech zu einem selbsttragenden Element. Das
Gebäude weist einen parabelförmigen Querschnitt auf,
der aus jeweils zwei aneinander gelehnten Halbschalen
gebildet wird. Die gebogene Form entsteht hier durch den
starren Verbund des inneren und äusseren Bleches.
Detailausschnitt der Tragkonstruktion und Bild
Jean Prouvé: Pavillon du
centenaire de l'aluminium,
Paris, 1954
Frei von bauphysikalischen Anforderungen gelang es Hild
und K bei ihren Wartehäuschen in Landshut, die Wände
aus nur einem Blech – und ohne eine weitere Unterkonstruktion – zu fertigen. Dabei sind die sichtbaren Füsse
ebenso aus der 12 mm dicken Cortenstahlplatte geschnitten wie das Ornament. Der Grundriss besteht aus zwei
Platten, die jeweils eine 90°-Abbiegung aufweisen.
Montage der Sandwichelemente. Jean Prouvé, La Méridienne
de l'observatoire, Paris, 1951
(oben)
Hild und K: Wartehaus, Landshut (D), 1999. Abgekantetes
Stahlblech (d=12 mm) als
statisches Element, Grundriss,
ca. M. 1:140 (links).
37
19 Hilfsmittel und Planungsgrundlagen
Bautendokumentation des Stahlbau Zentrums Schweiz
Bauen in Stahl
Publikationen im SZS-Verlag
04/05
steeldoc
Periodika Architektur und Technik
Steeldoc: Thematische Bautendokumentation mit Detailplänen, Umfang: 24 – 32 Seiten
Technische Dokumentationen erscheinen als Sonderhefte von Steeldoc,
können aber auch als separate Reihe bezogen werden; Umfang: 24 – 40 Seiten
Stadien
Schweizer Baudokumentation
CH–4223 Blauen
Tel. 061 765 82 82
Fax 061 765 82 83
baudoc@baudoc.ch
www.baudoc.ch
Stahlbau Zentrum Schweiz (SZS)
Seefeldstrasse 25, CH–8034 Zürich
Tel. 044 261 89 80, Fax 044 262 09 62
info@szs.ch, www.szs.ch
www.stahlbauzentrum.ch
Feuerwiderstands-Anforderungen
an das Stahltragwerk
Konstruktiver Brandschutz
im Stahlbau
Der Inhalt dieser Übersichtstabelle wurde durch die Technische Kommission Brandschutz der
Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen auf materielle Übereinstimmung mit der VKFBrandschutznorm und den VKF-Brandschutzrichtlinien, Ausgabe 2003, überprüft und verabschiedet.
Kriterien
Feuerwiderstand
ohne
Nutzung / Stockwerkzahl / Fläche 1)
Sprinkler
Untergeschosse allgemein
min. R60 (nbb)
Einfamilienhäuser (samt UG)
kein
Eingeschossige Gebäude
kein
Oberstes Geschoss (bei allen Gebäuden)
kein
Einbauten (z. B. Galerie, Treppentragwerk)
kein
Hochhäuser
R90 (nbb)
Wohn-, Büro-, Schulbauten:
•
2-geschossig ! 1200 m2
nbb
•
2-geschossig > 1200 m2 (im EG)
R30 (nbb)
•
3-geschossig
R30 (nbb)
•
4-geschossig
R60 (nbb)
•
5- und mehrgeschossig 2)
R60 (nbb)
Industrie-/Gewerbebauten bis 1000 MJ/m2:
•
2-geschossig ! 1200 m2
nbb
•
R30 (nbb)
•
3-geschossig
R30 (nbb)
•
4-geschossig
R60 (nbb)
•
R60 (nbb)
Industrie-/Gewerbebauten über 1000 MJ/m2:
•
2-geschossig ! 1200 m2 (im EG)
R30 (nbb)
•
R60 (nbb)
•
3-geschossig
R60 (nbb)
•
R90 (nbb)
Krankenhäuser, Alters- und Pflegeheime
R60 (nbb)
Hotels, Pensionen, Ferienheime:
•
bis 3-geschossig
R60 (nbb)
•
R60 (nbb)
Bauten mit grosser Personenbelegung und Verkaufsgeschäfte:
•
2-geschossig ! 1200 m2 (im EG)
R30 (nbb)
•
R30 (nbb)
•
R60 (nbb)
Einstellräume für Motorfahrzeuge:
•
offen gebaut (unverschliessbare Öffnungen > 25 %)
nbb 3)
•
1-geschossiges UG, nicht überbaut
R30 (nbb)
•
2-geschossig ! 1200 m2 (geschlossen gebaut)
nbb
•
2-geschossig > 1200 m2 (geschlossen gebaut)
R30 (nbb)
•
3-geschossig (geschlossen gebaut)
R30 (nbb)
•
4-geschossig (geschlossen gebaut)
R60 (nbb)
•
5- und mehrgeschossig (geschlossen gebaut) 2)
R60 (nbb)
Alternative Brandschutzkonzepte 4)
nbb
gemäss VKF-Brandschutznorm, Art. 11.2
oder R30 (nbb)
mit
Sprinkler
min. R60 (nbb)
kein
kein
kein
kein
R90 (nbb)
nbb
nbb
nbb
R30 (nbb)
R60 (nbb)
auss
en
nbb
nbb
nbb
R30 (nbb)
R60 (nbb)
nbb
R30 (nbb)
R30 (nbb)
R60 (nbb)
R60 (nbb)
R30 (nbb)
R60 (nbb)
• Im Brandfall stellen sich günstige statische
Systeme ein (Stützeneinspannung in
Nachbargeschossen und Decken, Seiltragverhalten von kalt verankerten Durchlaufträgern, Membrantragwirkung von
Deckenfeldern, Stützenaufhängung im
ausgesteiften Obergeschoss).
kalt
(LK $ 1,0L)
nbb 3)
R30 (nbb)
nbb
nbb
nbb
R30 (nbb)
R60 (nbb)
nbb
oder R30 (nbb)
kalt
Stahlprofile
Verbindungsmittel
Stahlbau-Produkte
Technische Hinweise
Adressen
CD mit Produktedaten
Profilés en acier
Moyens d'assemblage
Produits métalliques
Explications techniques
Adresses
CD avec des produits
(LK $ 0,5L)
warm
Sichtbar bleibende Stahltragwerke
Wirksame Brandschutzlösungen für Objekte,
welche die Funktion und ästhetische Wirkung sichtbar bleibender Stahlstrukturen in
Szene setzen:
• Dämmschichtbildende Brandschutzanstriche R30 oder R60 für leichte,
schlanke und filigrane Stahlprofile
(siehe umseitige Hinweise).
• Vollquerschnitte und dickwandige Tragelemente R30 oder R60
(siehe umseitige Beispiele)
• Stahl-Beton-Verbundquerschnitte (siehe
umseitige Beispiele) mit freigestellten
Profilkanten.
• Brandschutzverkleidungen mit einem
äusseren Blechmantel markieren «Stahlbau».
C5/05
C5
2005
warm
nbb
R30 (nbb)
R60 (nbb)
Legende:
nbb nicht brennbar
1)
Als Geschosse zählen alle oberirdischen Voll-, Dach- und Attikageschosse.
Die Flächenangabe gilt pro Geschoss.
2)
Bis zur Hochhausgrenze (nach Baugesetzgebung, oder Traufhöhe "#25 m).
3)
Tragwerk R30 (nbb) in Bereichen mit >35 m Abstand zur nächsten unverschliessbaren Öffnung.
4)
Voraussetzung: Brandrisikobewertung oder anerkannter Brandsicherheitsnachweis
(z. B. Brandsimulation). Solche Lösungen erfordern das Einverständnis der Brandschutzbehörde.
Konstruktionstabellen · Tables de construction
Konzeptionelle Hinweise
Für den Brandschutz von Stahltragwerken
sind intelligente, kostengünstige Lösungen
entwickelt worden, die sich problemlos und
wirksam anwenden lassen, wenn sie frühzeitig in das planerische Gesamtkonzept des
Bauvorhabens einbezogen werden.
• Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen:
Durch das statische und bauphysikalische
Zusammenwirken von Stahl und Beton
(Betondecken auf Trägern, betongefüllte
Profile) wird der Feuerwiderstand R60/90
erreicht. Die höhere Tragfähigkeit dieser
Bauweise erlaubt zudem schlankere Profile (siehe umseitige Mindestabmessungen).
• Bei Tragwerken mit integriertem Raumabschluss können Fassadenelemente,
Wandpaneele und Unterdecken gleichzeitig als Brandschutzverkleidung oder
Abschirmung ausgebildet werden.
Einzelhefte Architektur
Die Hefte aus der Reihe Steeldoc können auch einzeln bestellt werden. Daneben vertreibt das SZS weitere
Architektur-Publikationen (Code E) sowie Publikationen der Europäischen Konvention für Stahlbau und der
Europäischen Partnerorganisationen. Siehe Website www.szs.ch > Publikationen
Jahr
Code
Merkblätter
Anforderungen an den Feuerwiderstand. SZS-Merkblatt (Revision 2005)
2005
M1
Basisinformationen über dämmschichtbildende Brandschutzsysteme
2006
M2
Oberflächenschutz von Stahlkonstruktionen (SIA Merkblatt)
2003
2022
Arbeitsbücher / Steelwork
Konstruktionstabellen Steelwork C5/05, Buch mit CD-ROM (Revision 2005)
Bemessungstafeln Steelwork C4/06 (Basis SIA 263)
2005
2006
C5
C4
Praktischer Stahlbau
Auftragsabwicklung im Stahlbau
Konstruktive Details im Stahlhochbau, mit Typenkatalog
Stirnplattenverbindungen, Doppelwinkelanschlüsse, rippenlose Auflager
Brandsichere Stahl-Beton-Verbundtragwerke
Verbundstützen aus quadratischen und rechteckigen Hohlprofilen
2000
1996
2002
1997
1993
C
C
C
C
C
Brandschutz
Kursordner «Brandschutz im Stahlbau» (inkl. CD mit Bemessungssoftware)
Steeldoc: Brandschutz im Stahlbau (Technische Dokumentation)
2005
2006
C 10
D 2.06
steelwork
Konstruktionstabellen
Tables de construction
6
8
9.1
2.4
2.3
Bestellungen über www.szs.ch > Publikationen (Mitglieder des SZS haben 20 – 30 % Rabatt, Studenten 30 – 50 %)
Weitere Publikationen
M. A. Hirt, M. Crisinel: Conception des charpentes métalliques, PPUR, Lausanne, 2005 (ISBN 2-88074-657-4)
M. Landowski, B. Lemoine: Concevoir et construire en acier, Arcelor, Luxembourg, 2005 (ISBN 2-9523318-0-4)
Software
Die Arcelor-CD «Section Range/Design Software» ist 5-sprachig (E, S, F, D, I) und enthält – neben Tabellen mit
Abmessungen und Querschnittswerten der meisten Walzprofile und Autocad-Daten der \-Walzprofile – umfangreiche
Software für die Bemessung von Trägern, Stützen, Portalrahmen, Fachwerken, Stahlverbund-Trägern und -Stützen,
Lochträgern und asymmetrischen Trägern; für Brandfall-Bemessungen ist zusätzliche Software enthalten. Für
Kostenschätzungen ist ein Internet-Link angegeben. Bezug über www.sections.arcelor.com. Software und Unterlagen
zur Planung von Stahldeckensystemen sind über www.globalfloor.com erhältlich. Weitere Software-Anbieter sind in
den SZS-Konstruktionstabellen C5 auf Seite 123 aufgeführt (siehe auch www.szs.ch > Produkte, Dienste).
Dank
Das Stahlbau Zentrum Schweiz bedankt sich für die Unterstützung der
Veröffentlichung und Verbreitung der vorliegenden Publikation bei:
Arcelor Commercial Sections SA
66, rue de Luxembourg
L-4221 Esch-sur-Alzette
www.arcelor.com
38
steeltec 01
Quellen- und Bildnachweis
Impressum
Andrea Deplazes (Hrsg.): Architektur konstruieren – Vom Rohmaterial zum Bauwerk,
Birkhäuser Verlag Basel, 2005 (Kapitel Stahlbau).
Steeldoc 01/06, März 2006
Bauen in Stahl. Technische Dokumentation des Stahlbau
Zentrums Schweiz
M. A. Hirt, M. Crisinel: Conception des charpentes métalliques,
Presses polytechniques et universitaires romandes PPUR, Lausanne, 2005.
Die in der vorliegenden Steeldoc-Ausgabe im Text erwähnten Zeichnungen (Seiten 14, 19,
20, 22, 23, 25 und 26) sind aus diesem Werk entnommen und mit der Genehmigung des
Herausgebers reproduziert worden. Alle Rechte bleiben vorbehalten.
Marc Landowski, Bertrand Lemoine (Hrsg.): Concevoir et construire en acier
(Arcelor, Luxembourg), 2005 (Abb. Fachwerkträger S. 20)
Steeldoc, Bautendokumentation des Stahlbau Zentrums Schweiz (SZS), diverse technische
Publikationen des SZS
Herausgeber:
SZS Stahlbau Zentrum Schweiz, Zürich
Evelyn C. Frisch, Direktorin
Designkonzept:
Gabriele Fackler, Reflexivity AG, Zürich
www.reflexivity.ch
Pläne gezeichnet von: Alois Diethelm (ETHZ); Tobias Oehmichen, Zürich (SZS);
Claudio Leonardi, ICOM EPF, Lausanne
Leitende Redaktion und Layout:
Evelyn C. Frisch, SZS
Fotografen/Bildnachweis (von l. nach r.):
Technische Redaktion:
Stephan Zingg, SZS
Titelbild: ©Heiner Leiska (Stadion Köln, gmp)
Editorial: Hermann Fahlenbrach, Neuss (Geschäftshaus Düsseldorf)
Einführung: S. 4 Stephan Rötheli, Zürich; Ruedi Walti, Basel
Stahl – Vom Rohmaterial zum Bauwerk: S. 5 Magazin Brickbuilder 1897); Deutsches Museum,
München; Bayrische Staatsbibliothek, München. S. 6 Hans Ruedi Disch; aus: Wohnhäuser der
klassischen Moderne (Deutsche Verlagsanstalt, Stuttgart); aus: Louis Henry Sullivan (Artemis
Verlag, Zürich). S. 7 aus: Le Corbusier, Skira Verlag, Genf 1987; aus: Richard Neutra (Artemis
Studio Paperback, Zürich); Scot Frances. S. 8 Josef Schulz; 3 Fotos von Arcelor Sections,
Eschs-Alzette (L). S. 9 beide Fotos aus: Guggenheim Museum Bilbao (Guggenheim Museum
Publications, New York); Nigel Young (Bell-Pottinger), London; Christian Richters, Münster.
Grundlagen des Stahlbaus: S. 10 beide aus: Bauen mit Stahl 15/1999 (SZS); S. 11 aus:
M. Dietrich, Ingenieurschule Burgdorf 1990; S. 13 aus: Konstruieren mit Walzprofilen (Ernst &
Sohn Verlag, Berlin). S. 14 Pläne aus Hirt/Crisinel (s. oben). S. 15 Hiroyuki Hirai; 3. Plan aus
Hirt/Crisinel (s. oben); Jensen & Skodvin Arkitektkontor AS, Oslo, N; Franz Keuzenkamp;
Arcelor Sections. S.16 Arcelor Sections. S. 17 Enrico Cano, Como. S. 18 Fotodesign Lan,
Konstanz; 2 Fotos Ralf Bensberg, Fällanden. S. 19 Arcelor Sections; Pläne aus Hirt/Crisinel
(s. oben) und SZS; S. 20 Volker Schmid, London; Pläne aus Hirt/Crisinel (s. oben); Arcelor Sections. S. 21 Pläne aus: Landowski/Lemoine (s. oben); Ralf Bensberg, Fällanden; Peter A. Wyss
(Brücke). S. 22 + 23 Pläne aus Hirt/Crisinel (s. oben). S. 23 H. Abbadie/L. Boegly, Archipress.
S. 24 Pläne aus: Deplazes (s. oben). S. 25 Pläne aus Hirt/Crisinel (s. oben) und SZS; Arcelor
Sections. S. 26 Pläne aus Hirt/Crisinel (s. oben); H. Abbadie/L. Boegly, Archipress. S. 27 – 20
aus: Deplazes (Bearbeitung T. Oehmichen).
Anwendung in der Praxis: S. 32 aus: Werk, Bauen und Wohnen 11/2000, Zürich; Philippe Ruault;
Georg Marterer; Josef Schulz. S. 33 Hisao Suzuki; aus: Herzog & de Meuron 1989 –1991, Band
2 (Birkhäuser Verlag, Basel). S. 34 aus: Stahlbau Atlas (Birkhäuser); aus: Bauwerk Tragwerk
Tragstruktur (Ernst & Sohn Verlag, Berlin); Richard Bryant; aus: Glasarchitektur (Birkhäuser
Verlag, Basel). S. 35 beide Fotos aus: Detail, Nr. 7/2001, München; Christian Richters, Münster;
aus: Foster Catalogue 2001 (Prestel Verlag, München); aus: Vladimir Suchov 1853-1939,
Die Kunst der sparsamen Konstruktion (Deutsche Verlagsanstalt, Stuttgart); S. 36 aus: Stahlbau
Atlas, Birkhäuser Verlag, Basel; aus: A &V Monografias de Arquitectura y Vivienda, Nr. 36/1992,
Madrid ; Ken Kirkwood; 2 Fotos aus Process Architecture, Nr. 23/1981, Tokyo. S. 37 2. rechts
drei Bilder aus: Laurence Allégret, V. Vaudou: Jean Prouvé et Paris (Ed. du Pavillon de l’Arsenal,
Paris), 2001; darunter: aus: Detail Nr. 4 München 1999.
Texte:
Stahl – vom Rohmaterial zum Bauwerk: Alois Diethelm
Grundlagen des Stahlbaus: Stephan Zingg, SZS u. a.
Anwendung in der Praxis: Alois Diethelm
(Die Texte wurden redaktionell überarbeitet)
Bildmaterial und Pläne:
in Zusammenarbeit mit ETH Zürich (Lehrstuhl Prof.
Deplazes) und ETH Lausanne (ICOM);
Nachweis siehe nebenstehend
Administration, Abonnemente, Versand:
Andreas Hartmann, SZS
Druck:
Kalt-Zehnder-Druck AG, Zug
ISSN 0255-3104
Jahresabonnement Steeldoc Inland:
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Einzelexemplar Steeldoc CHF 15.–
Einzelexemplar Steeltec CHF 24.–
Preisänderungen vorbehalten
Bauen in Stahl/steeldoc© ist die Bautendokumentation
des Stahlbau Zentrums Schweiz und erscheint mindestens
viermal jährlich in deutscher und französischer Sprache.
Mitglieder des SZS erhalten das Jahresabonnement und
die technischen Informationen des SZS gratis.
Ein Nachdruck, auch auszugsweise, ist nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers und bei deutlicher
Quellenangabe gestattet. Das Copyright der Fotos liegt
bei den Fotografen.
39
SZS
Stahlbau Zentrum Schweiz
Centre suisse de la construction métallique
Centrale svizzera per le costruzioni in acciaio
Seefeldstrasse 25
Postfach
CH-8034 Zürich
Tel. 044 26 1 89 80
Fax 044 262 09 62
E-Mail: info@szs.ch
Internet: www.szs.ch

steeldoc - Stahlbau Zentrum Schweiz

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