Baustahl – Wikipedia

Verschiedene Baustahlformen

Baustahl ist eine Stahlkategorie, die zur Herstellung von Baumaterialien in einer Vielzahl von Formen verwendet wird. Viele Baustahlformen haben die Form eines langgestreckten Trägers mit einem Profil mit einem bestimmten Querschnitt. Baustahlformen, -größen, chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften wie Festigkeiten, Lagerpraktiken usw. sind in den meisten Industrieländern durch Normen geregelt.

Die meisten Baustahlformen, wie z ich-Träger, haben hohe zweite Flächenmomente, das heißt, sie sind sehr steif in Bezug auf ihre Querschnittsfläche und können so eine hohe Belastung ohne übermäßiges Durchhängen aufnehmen.

Gängige Bauformen[edit]

Die verfügbaren Formen sind in vielen veröffentlichten Standards weltweit beschrieben, und eine Reihe von speziellen und proprietären Querschnitten sind ebenfalls erhältlich.

Ein Stahl ich-Träger, in diesem Fall verwendet, um Holzbalken in einem Haus zu tragen.

• ich-Strahl (ich-förmiger Querschnitt – in Großbritannien gehören dazu Universal Beams (UB) und Universal Columns (UC); in Europa umfasst es die Sektionen IPE, HE, HL, HD und andere; in den USA umfasst es Wide Flange (WF oder W-Shape) und H Abschnitte)
• Z-Form (halber Flansch in entgegengesetzte Richtungen)
• HSS-Form (Hohlstrukturprofil auch bekannt als SHS (Strukturhohlprofil) und umfasst quadratische, rechteckige, kreisförmige (Rohr) und elliptische Querschnitte)
• Winkel (L-förmiger Querschnitt)
• Strukturkanal, oder C-Strahl, oder C Querschnitt
• T-Stück (T-förmiger Querschnitt)
• Schienenprofil (asymmetrisch ich-Strahl)
• Stange, ein langes Stück mit rechteckigem Querschnitt, aber nicht so breit, dass man es als Blech bezeichnen könnte.
• Stab, ein runder oder quadratischer Abschnitt, der im Vergleich zu seiner Breite lang ist; siehe auch Bewehrung und Dübel.
• Platte, Bleche dicker als 6 mm oder 1/4 im.
• Offener Stegstahlbalken

Während viele Profile durch Warm- oder Kaltwalzen hergestellt werden, werden andere durch Zusammenschweißen von flachen oder gebogenen Blechen hergestellt (beispielsweise werden die größten kreisförmigen Hohlprofile aus zu einem Kreis gebogenen und nahtgeschweißten flachen Blechen hergestellt).^[1]

Die Bedingungen Winkeleisen, Kanaleisen, und Eisenblech werden häufig verwendet, bevor Schmiedeeisen für kommerzielle Zwecke durch Stahl ersetzt wurde. Sie haben nach der Ära des kommerziellen Schmiedeeisens weitergelebt und werden heute noch manchmal informell in Bezug auf Stahlwinkel, Kanalmaterial und Blech gehört, obwohl sie irreführend sind (vergleiche “Steinfolie”, die manchmal noch informell verwendet wird für Aluminiumfolie). Im formellen Schreiben für Metallbearbeitungskontexte werden genaue Begriffe wie Winkelschaft, Kanalbestand, und Blatt werden verwendet.

Normen[edit]

Standardbaustähle (Europa)[edit]

Die meisten in ganz Europa verwendeten Stähle sind nach der europäischen Norm EN 10025 spezifiziert. Es bleiben jedoch auch viele nationale Normen in Kraft.^{[citation needed]}

Typische Sorten werden als „S275J2“ oder „S355K2W“ bezeichnet. In diesen Beispielen bezeichnet ‘S’ eher Baustahl als Konstruktionsstahl; 275 oder 355 bezeichnet die Streckgrenze in Newton pro Quadratmillimeter oder das entsprechende Megapascal; J2 oder K2 bezeichnet die Materialzähigkeit in Bezug auf die Charpy-Schlagzähigkeitswerte; und das ‘W’ bezeichnet verwitterungsbeständigen Stahl. Zur Bezeichnung von Feinkornstahl (‘N’ oder ‘NL’) können weitere Buchstaben verwendet werden; vergüteter Stahl (‘Q’ oder ‘QL’); und thermomechanisch gewalzter Stahl (‘M’ oder ‘ML’).

1. S275JOH Spezifikation S275JOH ist eine Stahlsorte gemäß EN 10219 Spezifikation, EN 10210 Standard. Und die am weitesten verbreitete Spezifikation ist die Norm EN10219, die kaltgeformte geschweißte Konstruktionshohlprofile aus unlegierten und Feinkornstählen umfasst.

EN10219-1 legt die technischen Lieferbedingungen für kaltgeformte geschweißte Konstruktionshohlprofile in runder, quadratischer oder rechteckiger Form fest und gilt für kaltgeformte Konstruktionshohlprofile ohne nachträgliche Wärmebehandlung.

Anforderungen an S275JOH-Rohrtoleranzen, Abmessungen und Querschnittseigenschaften von s275-Rohren sind in EN 10219-2 enthalten.

2. Herstellungsprozess von S275JOH-Stahlrohren

Der Stahlherstellungsprozess liegt im Ermessen des Stahlherstellers. Rohre aus Kohlenstoffstahl S275JOH können im ERW-, SAW- oder nahtlosen Verfahren hergestellt werden. Alle S275JOH-Stahlmaterialien und S275JOH-Rohre sollten den Normen EN10219 entsprechen.
^[2]

Die verfügbaren normalen Streckgrenzengüten sind 195, 235, 275, 355, 420 und 460, obwohl einige Güten häufiger verwendet werden als andere, zB in Großbritannien, sind fast alle Baustähle die Güten S275 und S355. Höhere Güten sind in vergütetem Material erhältlich (500, 550, 620, 690, 890 und 960 – obwohl Güten über 690 derzeit im Bauwesen wenig oder überhaupt verwendet werden).

Ein Satz von Euronormen definiert die Form eines Satzes von Standard-Strukturprofilen:

Standardbaustähle (USA)[edit]

Stähle, die in den USA für den Hochbau verwendet werden, verwenden von ASTM International identifizierte und spezifizierte Standardlegierungen. Diese Stähle haben eine Legierungskennzeichnung beginnend mit EIN und dann zwei, drei oder vier Zahlen. Die für Maschinenbau, Maschinen und Fahrzeuge gebräuchlichen vierstelligen AISI-Stahlsorten sind eine ganz andere Spezifikationsreihe.

Die am häufigsten verwendeten Baustähle sind;^[3]

Kohlenstoffstähle[edit]

• A36 – Strukturformen und Platte.
• A53 – Strukturrohre und -schläuche.
• A500 – Strukturrohre und -schläuche.
• A501 – Strukturrohre und -schläuche.
• A529 – Strukturformen und Platte.
• A1085 – Strukturrohre und -schläuche.

Hochfeste niedriglegierte Stähle[edit]

• A441 – Strukturformen und Platten – (Ersetzt durch A572)
• A572 – Strukturformen und Platten.
• A618 – Strukturrohre und -schläuche.
• A992 – Mögliche Anwendungen sind W- oder S-I-Träger.
• A913 – Abschreckende und selbsttemperierte (QST) W-Formen.
• A270 – Bauformen und Platten.

Korrosionsbeständige hochfeste niedriglegierte Stähle[edit]

• A243 – Bauformen und Platten.
• A588 – Strukturformen und Platten.

Vergütete legierte Stähle[edit]

• A514 – Strukturformen und Platten.
• A517 – Kessel und Druckbehälter.
• Eglin-Stahl – Preiswerte Luft- und Raumfahrt- und Waffengegenstände.

Schmiedestahl[edit]

Bolzenmontage ohne Vorspannung (EN 15048)

Vorspannbolzenmontage (EN 14399)

CE Kennzeichnung[edit]

Das Konzept der CE-Kennzeichnung für alle Bauprodukte und Stahlprodukte wird durch die Bauproduktenrichtlinie (BPR) eingeführt. Die CPD ist eine europäische Richtlinie, die den freien Verkehr aller Bauprodukte innerhalb der Europäischen Union gewährleistet.

Da Stahlbauteile “sicherheitskritisch” sind, ist die CE-Kennzeichnung nicht zulässig, es sei denn, das System der werkseigenen Produktionskontrolle (FPC), nach dem sie hergestellt werden, wurde von einer geeigneten Zertifizierungsstelle bewertet, die von der Europäischen Kommission zugelassen wurde.^[4]

Bei Stahlprodukten wie Profilen, Schrauben und Stahlkonstruktionen zeigt die CE-Kennzeichnung, dass das Produkt der entsprechenden harmonisierten Norm entspricht.^[5]

Für Stahlkonstruktionen sind die wichtigsten harmonisierten Normen:

• Profile und Platten aus Stahl – EN 10025-1
• Hohlprofile – EN 10219-1 und EN 10210-1
• Vorspannbare Schrauben – EN 14399-1
• Nicht vorspannbare Schrauben – EN 15048-1
• Bearbeiteter Stahl – EN 1090 -1

Die Norm für die CE-Kennzeichnung von Stahlbau ist EN 1090-1. Die Norm ist Ende 2010 in Kraft getreten. Nach einer Übergangszeit von zwei Jahren wird die CE-Kennzeichnung in den meisten europäischen Ländern irgendwann Anfang 2012 obligatorisch.^[6] Das offizielle Enddatum der Übergangsfrist ist der 1. Juli 2014.

Stahl vs. Beton[edit]

Auswahl des idealen Konstruktionsmaterials[edit]

Die meisten Bauprojekte erfordern den Einsatz von Hunderten verschiedener Materialien. Diese reichen von Beton unterschiedlichster Beschaffenheit, Baustahl unterschiedlicher Beschaffenheit, Ton, Mörtel, Keramik, Holz usw. Im Sinne eines tragenden Tragwerks bestehen sie in der Regel aus Baustahl, Beton, Mauerwerk und/oder Holz, wobei jeweils eine geeignete Kombination verwendet wird, um eine effiziente Struktur zu erzeugen. Die meisten Gewerbe- und Industriebauten werden hauptsächlich aus Baustahl oder Stahlbeton gebaut. Beim Entwerfen einer Struktur muss ein Ingenieur entscheiden, welches, wenn nicht beides Material für das Design am besten geeignet ist. Bei der Auswahl eines Baumaterials sind viele Faktoren zu berücksichtigen. Kosten sind in der Regel das kontrollierende Element; jedoch werden andere Überlegungen wie Gewicht, Festigkeit, Konstruierbarkeit, Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit und Feuerbeständigkeit berücksichtigt, bevor eine endgültige Entscheidung getroffen wird.

• Kosten – Die Kosten für diese Baumaterialien hängen vollständig von der geografischen Lage des Projekts und der Verfügbarkeit der Materialien ab. So wie der Benzinpreis schwankt, so schwanken auch die Preise für Zement, Zuschlagstoffe, Stahl usw. Stahlbeton bezieht etwa die Hälfte seiner Baukosten aus der benötigten Schalung. Dies bezieht sich auf das Holz, das erforderlich ist, um den “Kasten” oder den Behälter zu bauen, in den der Beton gegossen und bis zum Aushärten gehalten wird. Der Aufwand für die Formen macht Betonfertigteile aufgrund der reduzierten Kosten und Zeit zu einer beliebten Option für Planer.^[7] Da Stahl nach Gewicht verkauft wird, muss der Tragwerksplaner die leichtesten Elemente angeben, die möglich sind und gleichzeitig eine sichere Konstruktionskonstruktion beibehalten. Die Verwendung vieler identischer Stahlelemente anstelle vieler einzigartiger Elemente reduziert auch die Kosten.^[8]
• Festigkeits-/Gewichtsverhältnis – Baumaterialien werden üblicherweise nach ihrem Festigkeits-Gewichts-Verhältnis kategorisiert – oder der spezifischen Festigkeit, die die Festigkeit eines Materials geteilt durch seine Dichte ist. Diese Verhältnisse geben an, wie nützlich das Material für sein Gewicht ist, was wiederum auf seine Kosten und seine einfache Konstruktion hinweist. Beton ist bei Druck typischerweise zehnmal stärker als bei Zug, was ihm ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bei Druck verleiht.^[9]
• Nachhaltigkeit – Viele Bauunternehmen und Materialanbieter werden umweltfreundlicher. Nachhaltigkeit ist zu einer völlig neuen Überlegung für Materialien geworden, die für Generationen in der Umwelt bleiben werden. Ein nachhaltiges Material beeinträchtigt die Umwelt bei der Installation und während seines gesamten Lebenszyklus nur minimal. Stahlbeton und Baustahl können bei sachgemäßer Verwendung nachhaltig sein. Über 80 % der Stahlbauelemente werden aus recycelten Metallen, dem sogenannten A992-Stahl, hergestellt. Dieses Elementmaterial ist billiger und hat ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht als bisher verwendete Stahlelemente (Sorte A36).^[10] Die Materialkomponenten von Beton sind natürlich vorkommende Materialien, die für die Umwelt nicht schädlich sind, und Beton kann jetzt durchlässig gegossen werden, sodass Wasser durch eine gepflasterte Oberfläche fließen kann, um den Bedarf an Entwässerungs- oder Abflussinfrastruktur zu reduzieren. Beton kann auch zerkleinert und als Zuschlagstoff in zukünftigen Betonanwendungen verwendet werden, wodurch die Deponierung vermieden wird.^[11]
• Feuerbeständigkeit – Eine der gefährlichsten Gefahren für ein Gebäude ist die Brandgefahr. Dies gilt insbesondere in trockenen, windigen Klimazonen und für Konstruktionen aus Holz. Bei Baustahl müssen besondere Überlegungen angestellt werden, um sicherzustellen, dass er nicht unter gefährlichen Brandbedingungen steht. Stahlbeton stellt charakteristischerweise keine Bedrohung im Brandfall dar und widersteht sogar der Ausbreitung von Feuer sowie Temperaturänderungen. Dies macht Beton zu einer hervorragenden Isolierung und verbessert die Nachhaltigkeit des umgebenden Gebäudes, indem der erforderliche Energieaufwand zur Aufrechterhaltung des Klimas reduziert wird.^[9]
• Korrosion – Einige Konstruktionsmaterialien sind anfällig für Korrosion durch umgebende Elemente wie Wasser, Hitze, Feuchtigkeit oder Salz. Bei der Installation eines Baumaterials sind besondere Vorkehrungen zu treffen, um dies zu verhindern, und die Bewohner des Gebäudes müssen die begleitenden Wartungsanforderungen kennen. Beispielsweise darf Baustahl nicht der Umwelt ausgesetzt werden, da Feuchtigkeit oder sonstiger Kontakt mit Wasser ihn rosten lässt, die strukturelle Integrität des Gebäudes beeinträchtigt und Bewohner und Nachbarn gefährdet.^[9]

Verstärkter Beton[edit]

• Eigenschaften – Im Allgemeinen bestehend aus Portlandzement, Wasser, Bauzuschlagstoffen (grob und fein) und Bewehrungsstahl (Bewehrungsstahl), ist Beton im Vergleich zu Baustahl billiger.
• Festigkeit – Beton ist ein Verbundwerkstoff mit relativ hohen Druckfestigkeitseigenschaften, jedoch ohne Zugfestigkeit/Duktilität. Dies macht Beton von Natur aus zu einem nützlichen Material, um das Gewicht einer Struktur zu tragen. Mit Stahlbewehrung verstärkter Beton verleiht der Struktur eine stärkere Zugfestigkeit sowie eine Erhöhung der Duktilität und Elastizität.
• Baubarkeit – Stahlbeton muss gegossen und abbinden oder aushärten. Nach dem Abbinden (normalerweise 1-2 Tage) muss ein Beton aushärten, der Prozess, bei dem Beton eine chemische Reaktion zwischen den zementartigen Partikeln und dem Wasser erfährt. Der Aushärtungsprozess ist nach 28 Tagen abgeschlossen; der Bau kann jedoch je nach Beschaffenheit des Bauwerks nach 1–2 Wochen fortgesetzt werden. Beton kann in fast jeder Form und Größe hergestellt werden. Ungefähr die Hälfte der Kosten für den Einsatz von Stahlbeton in einem Hochbauprojekt wird auf den Bau der Schalung zurückgeführt. Um Zeit und damit Kosten zu sparen, können Betonbauteile vorgefertigt werden. Dies bezieht sich auf einen Stahlbetonträger, -träger oder eine Säule, die außerhalb der Baustelle gegossen und ausgehärtet werden muss. Nach dem Aushärten kann das Betonbauteil bei Bedarf auf die Baustelle geliefert und eingebaut werden. Da das Betonbauteil vorher an Ort und Stelle ausgehärtet wurde, kann der Bau unmittelbar nach der Montage fortgesetzt werden.^[9]
• Feuerbeständigkeit – Beton hat ausgezeichnete Feuerbeständigkeitseigenschaften, sodass keine zusätzlichen Baukosten erforderlich sind, um die Brandschutznormen des International Building Code (IBC) einzuhalten. Bei Betongebäuden werden jedoch wahrscheinlich immer noch andere Materialien verwendet, die nicht feuerbeständig sind. Daher muss ein Konstrukteur immer noch die Verwendung des Betons berücksichtigen und wo feuergefährliche Materialien erforderlich sind, um zukünftige Komplikationen bei der Gesamtkonstruktion zu vermeiden.
• Korrosion – Stahlbeton hat, wenn er richtig konstruiert ist, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeitseigenschaften. Beton ist nicht nur beständig gegen Wasser, sondern braucht es auch, um auszuhärten und im Laufe der Zeit seine Festigkeit zu entwickeln. Die Stahlbewehrung im Beton darf jedoch nicht freigelegt werden, um deren Korrosion zu verhindern, da dies die Tragfähigkeit des Bauwerks erheblich verringern könnte. Das American Concrete Institute stellt die notwendigen Konstruktionsspezifikationen für einen Ingenieur bereit, um sicherzustellen, dass jede Stahlbewehrung mit ausreichend Beton bedeckt ist, um eine Wasserexposition zu verhindern. Dieser Überdeckungsabstand muss angegeben werden, da Beton an zugtragenden Stellen oder Stellen, an denen Bewehrungsstäbe zum Tragen dieser Spannungen enthalten sind, unvermeidlich reißt. Wenn der Beton reißt, kann das Wasser direkt zu den Bewehrungsstäben gelangen.^[9] Einige Bewehrungsstäbe sind als Maßnahme zweiter Ordnung zur Verhinderung von Korrosion durch Wasserkontakt mit Epoxidharz beschichtet. Dieses Verfahren verursacht jedoch aufgrund der höheren Kosten der epoxidbeschichteten Stäbe höhere Kosten für das Gesamtprojekt. Außerdem müssen bei Verwendung von epoxidbeschichteten Stäben Stahlbetonelemente größer und stärker ausgelegt werden, um den Reibungsverlust zwischen den Bewehrungsstäben und dem Beton auszugleichen. Diese Reibung wird als Haftfestigkeit bezeichnet und ist für die strukturelle Integrität eines Betonbauteils von entscheidender Bedeutung.^[7]

Baustahl[edit]

• Eigenschaften – Baustahl unterscheidet sich von Beton sowohl in seiner zugeschriebenen Druckfestigkeit als auch in seiner Zugfestigkeit.^[9]
• Festigkeit – Baustahl ist aufgrund seiner hohen Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit und duktilen Eigenschaften eines der am häufigsten verwendeten Materialien im gewerblichen und industriellen Hochbau.^[12]
• Konstruierbarkeit – Baustahl kann in nahezu jede beliebige Form gebracht werden, die entweder verschraubt oder in der Konstruktion zusammengeschweißt wird. Baustahl kann direkt nach Anlieferung der Materialien auf der Baustelle errichtet werden, während Beton mindestens 1–2 Wochen nach dem Betonieren ausgehärtet werden muss, bevor weitergebaut werden kann, was Stahl zu einem termingerechten Baustoff macht.^[9]
• Feuerbeständigkeit – Stahl ist von Natur aus ein nicht brennbares Material. Wenn es jedoch auf Temperaturen erhitzt wird, die in einem Brandszenario auftreten, werden die Festigkeit und Steifigkeit des Materials erheblich reduziert. Die Internationale Bauordnung verlangt, dass Stahl mit ausreichend feuerbeständigen Materialien umhüllt wird, was die Gesamtkosten von Stahlkonstruktionsgebäuden erhöht.^[12]
• Korrosion – Stahl kann bei Kontakt mit Wasser korrodieren und eine potenziell gefährliche Struktur bilden. Im Stahlbau müssen Maßnahmen getroffen werden, um eine lebenslange Korrosion zu verhindern. Der Stahl kann lackiert werden und bietet Wasserbeständigkeit. Außerdem ist das feuerbeständige Material, das zum Umhüllen von Stahl verwendet wird, im Allgemeinen wasserbeständig.^[9]
• Schimmel – Stahl bietet eine weniger geeignete Oberflächenumgebung für das Wachstum von Schimmel als Holz.^[13]

Die höchsten Gebäude heute (allgemein als “Wolkenkratzer” oder Hochhaus bezeichnet) werden aufgrund seiner Baubarkeit sowie seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses aus Baustahl hergestellt. Im Vergleich dazu hat Beton, obwohl er weniger dicht ist als Stahl, ein viel niedrigeres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Dies ist auf das viel größere Volumen zurückzuführen, das ein tragendes Betonbauteil benötigt, um die gleiche Last zu tragen; Stahl ist zwar dichter, benötigt aber nicht so viel Material, um eine Last zu tragen. Dieser Vorteil wird jedoch bei niedrigen Gebäuden oder solchen mit mehreren oder weniger Stockwerken vernachlässigt. Niedrige Gebäude verteilen viel geringere Lasten als Hochhäuser, was Beton zur wirtschaftlichen Wahl macht. Dies gilt insbesondere für einfache Strukturen wie Parkhäuser oder jedes Gebäude, das eine einfache, geradlinige Form hat.^[14]

Baustahl und Stahlbeton werden nicht immer nur deshalb gewählt, weil sie das idealste Material für das Bauwerk sind. Unternehmen sind auf die Fähigkeit angewiesen, bei jedem Bauprojekt Gewinn zu erwirtschaften, ebenso wie die Planer. Die Preise für Rohstoffe (Stahl, Zement, Grob-, Fein-, Schalungsholz usw.) ändern sich ständig. Wenn eine Struktur unter Verwendung eines der beiden Materialien konstruiert werden könnte, wird das billigste der beiden wahrscheinlich die Oberhand behalten. Eine weitere wichtige Variable ist der Standort des Projekts. Die nächste Stahlfabrik kann viel weiter von der Baustelle entfernt sein als der nächste Betonlieferant. Auch die hohen Energie- und Transportkosten bestimmen die Materialauswahl. Alle diese Kosten werden vor Beginn der Konzeptionierung eines Bauvorhabens berücksichtigt.^[9]

Kombination von Stahl und Stahlbeton[edit]

Konstruktionen aus beiden Materialien nutzen die Vorteile von Baustahl und Stahlbeton. Dies ist bei Stahlbeton bereits gängige Praxis, da die Stahlbewehrung verwendet wird, um einem tragenden Betonbauteil die Zugfestigkeit von Stahl zu verleihen. Ein häufig gesehenes Beispiel sind Parkhäuser. Einige Parkhäuser werden mit Baustahlstützen und Stahlbetonplatten gebaut. Der Beton wird für die Fundamente gegossen und gibt dem Parkhaus eine bebaubare Fläche. Die Stahlstützen werden mit der Platte durch Verschrauben und/oder Schweißen mit Stahlbolzen verbunden, die aus der Oberfläche der gegossenen Betonplatte herausragen. Vorgefertigte Betonbalken können vor Ort geliefert werden, um für den zweiten Stock installiert zu werden, danach kann eine Betonplatte für den Gehwegbereich gegossen werden. Dies ist für mehrere Geschichten möglich.^[14] Ein solches Parkhaus ist nur ein mögliches Beispiel für viele Konstruktionen, die sowohl Stahlbeton als auch Baustahl verwenden können.

Ein Bauingenieur versteht, dass es eine unendliche Anzahl von Designs gibt, die ein effizientes, sicheres und erschwingliches Gebäude schaffen. Es ist die Aufgabe des Ingenieurs, mit dem/den Eigentümer(n), Auftragnehmer(n) und allen anderen Beteiligten zusammenzuarbeiten, um ein ideales Produkt herzustellen, das allen Anforderungen gerecht wird.^[9] Bei der Auswahl der Konstruktionsmaterialien für seine Struktur muss der Ingenieur viele Variablen berücksichtigen, wie z. B. Kosten, Festigkeits-/Gewichtsverhältnis, Nachhaltigkeit des Materials, Konstruierbarkeit usw.

Thermische Eigenschaften[edit]

Die Eigenschaften von Stahl variieren stark in Abhängigkeit von seinen Legierungselementen.

Die Austenitisierungstemperatur, die Temperatur, bei der ein Stahl in eine austenitische Kristallstruktur übergeht, beginnt für Stahl bei 900 °C (1.650 °F) für reines Eisen und sinkt dann, wenn mehr Kohlenstoff hinzugefügt wird, auf ein Minimum von 724 °C ( 1,335 °F) für eutektischen Stahl (Stahl mit nur 0,83 Gewichtsprozent Kohlenstoff). Bei Annäherung an 2,1 % Kohlenstoff (in Masse) steigt die Austenitisierungstemperatur wieder auf 1.130 °C (2.070 °F). Ebenso ändert sich der Schmelzpunkt von Stahl je nach Legierung.

Die niedrigste Temperatur, bei der ein normaler Kohlenstoffstahl zu schmelzen beginnen kann, sein Solidus, beträgt 1.130 ° C (2.070 ° F). Unter dieser Temperatur wird Stahl nie flüssig. Reines Eisen („Stahl“ mit 0% Kohlenstoff) beginnt bei 1.492 °C (2.718 °F) zu schmelzen und ist bei 1.539 °C (2.802 °F) vollständig flüssig. Stahl mit 2,1 Gewichtsprozent Kohlenstoff beginnt bei 1.130 ° C (2.070 ° F) zu schmelzen und ist bei Erreichen von 1.315 ° C (2.399 ° F) vollständig geschmolzen. „Stahl“ mit mehr als 2,1% Kohlenstoff ist kein Stahl mehr, sondern wird als Gusseisen bezeichnet.^[15]

Feuer Beständigkeit[edit]

Metalldeck und offener Stahlträger zur Aufnahme von Spritzfeuerschutzputz aus polystyrol-gesäuertem Gips.

Stahl verliert bei ausreichender Erwärmung an Festigkeit. Das kritische Temperatur eines Stahlbauteils ist die Temperatur, bei der es seine Last nicht sicher tragen kann.^[16] Bauvorschriften und bautechnische Standards definieren unterschiedliche kritische Temperaturen in Abhängigkeit vom Bauteiltyp, der Konfiguration, der Ausrichtung und den Belastungseigenschaften. Die kritische Temperatur wird oft als die Temperatur angesehen, bei der die Streckgrenze auf 60 % der Streckgrenze bei Raumtemperatur reduziert wurde.^[17] Um die Feuerwiderstandsklasse eines Stahlbauteils zu bestimmen, kann die anerkannte Berechnungspraxis verwendet werden,^[18] oder es kann eine Brandprüfung durchgeführt werden, deren kritische Temperatur durch die von der zuständigen Behörde anerkannte Norm, wie z. B. eine Bauordnung, festgelegt ist. In Japan liegt diese unter 400 °C^{[citation needed]}. In China, Europa und Nordamerika (z. B. ASTM E-119) beträgt dies ungefähr 1000–1300 °F^[19] (530-810 °C). Die Zeit, die das zu prüfende Stahlelement benötigt, um die von der Prüfnorm vorgegebene Temperatur zu erreichen, bestimmt die Dauer der Feuerwiderstandsdauer. Die Wärmeübertragung auf den Stahl kann durch die Verwendung von Brandschutzmaterialien verlangsamt werden, wodurch die Stahltemperatur begrenzt wird. Zu den üblichen Brandschutzverfahren für Baustahl gehören intumeszierende, endotherme und Putzbeschichtungen sowie Trockenbauwände, Kalziumsilikatverkleidungen und Mineralwolle-Dämmdecken.^[20]

Gebäudekonstruktionen aus Beton erfüllen oft die vorgeschriebenen Feuerwiderstandsklassen, da die Betondicke über der Stahlbewehrung einen ausreichenden Feuerwiderstand bietet. Beton kann jedoch abplatzen, insbesondere wenn er einen erhöhten Feuchtigkeitsgehalt hat. Obwohl ein zusätzlicher Brandschutz bei Betonbauwerken nicht oft angewendet wird, wird er manchmal in Verkehrstunneln und an Orten verwendet, an denen ein Brand von Kohlenwasserstoffbrennstoffen wahrscheinlicher ist, da Brände brennbarer Flüssigkeiten dem Bauteil mehr Wärme liefern als ein Feuer mit gewöhnlichen brennbaren Stoffen während die gleiche Feuerzeit. Zu den Baustahl-Brandschutzmaterialien gehören intumeszierende, endotherme und Putzbeschichtungen sowie Trockenbauwände, Kalziumsilikatverkleidungen und mineralische oder Hochtemperatur-Dämmwolledecken. Auf Verbindungen wird geachtet, da die Wärmeausdehnung von Bauteilen die Feuerwiderstandsklasse beeinträchtigen kann.

Herstellung[edit]

Das Ablängen von Werkstücken erfolgt in der Regel mit einer Bandsäge.^{[citation needed]}

Eine Balkenbohranlage (Drill Line) gilt seit langem als unverzichtbares Mittel, um Löcher zu bohren und Schlitze in Balken, Kanäle und HSS-Elemente zu fräsen. CNC-Trägerbohrlinien sind in der Regel mit Vorschubförderern und Positionssensoren ausgestattet, um das Element zum Bohren in Position zu bringen, sowie mit Sondierungsfunktionen, um die genaue Position zu bestimmen, an der das Loch oder der Schlitz geschnitten werden soll.

Zum Schneiden unregelmäßiger Öffnungen oder ungleichmäßiger Enden an dimensionalen (nicht plattenförmigen) Elementen wird typischerweise ein Schneidbrenner verwendet. Autogenbrenner sind die gebräuchlichste Technologie und reichen von einfachen Handbrennern bis hin zu automatisierten CNC-Bearbeitungsmaschinen, die den Brennerkopf entsprechend den in der Maschine programmierten Schneidanweisungen um das Bauteil herum bewegen.

Die Herstellung von Flachblechen erfolgt in einem Blechbearbeitungszentrum, in dem das Blech flach auf einen stationären „Tisch“ gelegt wird und verschiedene Schneidköpfe das Blech von einem Portalarm oder einer „Brücke“ überqueren. Die Schneidköpfe können einen Stempel, Bohrer oder Brenner umfassen.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

Externe Links[edit]