Dach- und Wandkonstruktionen

im Hallenbau

BAUEN MIT STAHL

Dokumentation 609

Eine Gemeinschaftsorganisation von stahlerzeugenden Unternehmen und

dem Deutschen Stahlbau-Verband DSTV

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Seite

1. Allgemeines 2

2. Eigenschaften der Werkstoffe 2

3. Korrosionsschutz fr Stahl 2

4. Profilbleche aus Stahl 4

5. Sandwichelemente 6

6. Gteberwachung 8

7. Verbindungs- und Befestigungselemente 8

8. Bauweisen 12

9. Entwicklungstendenzen 20

Literaturhinweise 21

Organisation BAUEN MIT STAHL e. V. 24

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BAUEN MIT STAHL

Inhalt

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Dach- und Wandkonstruktionen im Hallenbau

1. AllgemeinesDie Idee, aus ebenen Stahlblechen zur Er-hhung der Tragkraft prismatische Struk-turen zu formen, wurde bereits in derzweiten Hlfte des letzten Jahrhundertsumgesetzt. Der Ursprung der Entwicklungist in den Jahren 1850 1860 zu sehen,in welchen in England bereits Stahl-Wellblechelemente hergestellt wurden.In Deutschland wurde im Jahre 1875 vonder Firma Hein, Lehmann und Co., Berlin,diese Entwicklung nachvollzogen [1].

Im Gegensatz hierzu ist die Industrialisie-rung der Fertigung von Well- und Trapez-profilen das Ergebnis der Entwicklungenin den letzten 50 Jahren. Eine groeNachfrage nach raumabschlieendenElementen in den ersten Nachkriegsjah-ren setzte in Deutschland Entwicklungenin Gang, die nunmehr zu einer allseitsakzeptierten Bauweise gefhrt haben.

Die wichtigsten Meilensteine auf diesemWeg sind die Entwicklung sendzimirver-zinkten Bandstahls, die Entwicklung vonCoilcoating-Anlagen und neuerdingsauch das Glhen von Coils in kontinuier-lichen Glhanlagen.

Die ersten Stahl Polyurethan Verbund-elemente (im folgenden kurz PUR-Sand-wichelemente genannt) fr den Bau-bereich wurden bereits 1962 hergestellt,als von einem namhaften deutschenStahlhersteller die Sandwichtechnik frneue Produkte aus oberflchenveredel-tem Stahlblech wiederentdeckt wurde;eine kontinuierliche Fertigungsmethodeebnete dem Bauelement den Weg in denBaumarkt. Seit einigen Jahren werdenauch Sandwichelemente mit Kern ausMineralwolle in kontinuierlichen Verfah-ren hergestellt.

2. Eigenschaften der Werkstoffe

2.1 StahlFr die Herstellung von Trapezprofilenund Deckschalen fr Sandwichelementewird fr die Kaltverformung geeigneterStahl mit einer Streckgrenze von minde-stens 280 N/mm2 bis 350 N/mm2 verwen-det. Die bevorzugte Lieferform fr dieseStahlbleche sind Bnder in Dicken von0,4 bis 1,5 mm und Breiten von ca. 600

mm bis ca. 1500 mm, zu Coils aufgerolltmit einem Gewicht von bis zu 30 t [2 8].

2.2 Polyurethan-HartschaumEr entsteht durch Vermischen der flssi-gen Rohstoffe Polyisocyanat und Polyol.Zustzliche Komponente sind Aktivato-ren und Zusatzmittel, um die Verarbeit-barkeit in kontinuierlichen Prozessen zuregeln, die Matrix zu stabilisieren undum die mige Entflammbarkeit nachDIN 4102-1 sicherzustellen.

Die chemische Reaktion der beiden Stoffewird durch ein Treibmittel untersttzt,um das gewnschte feinporige Auf-schumen und die erforderliche Roh-dichte zu erreichen. Die tiefsiedendenFlssigkeiten werden den chemischenKomponenten whrend des Mischvor-gangs beigefgt. Die Wrme, die beidem exothermen Proze zwischen demPolyol und dem Polyisocyanat entsteht,lt die flssigen Treibmittel verdampfenund das Gemisch aufschumen.

Die Komponenten des Polyurethan-Schaums sind sorgfltig auf die ge-wnschte Anwendung abgestimmt [24].Die Verwendung als Baustoff fordertverllich gleichbleibende mechanischeKennwerte. Neben der mechanischenBeanspruchbarkeit des Polyurethan-Schaumes sind seine Wrmeisolier-eigenschaften von hoher Bedeutung;die Treibmittel liefern mit sehr niedrigenWrmeleitwerten hierzu einen willkom-menen Beitrag.

2.3 MineralwolleMineralwolle wird in kontinuierlichenVerfahren aus verflssigtem Gesteingesponnen. Die Fasern werden whrenddes Produktionsprozesses in einer Vor-zugsrichtung parallel zu den Oberflchender Platten abgelagert. Um sie als Sttz-kern in Sandwichelementen gebrauchenzu knnen, mssen diese Fasern aus Stabi-littsgrnden jedoch senkrecht zur Plat-tenoberflche stehen. Daher werden diePlatten mit der Breite von einem Meterin Lamellen mit der Dicke des zu fertigen-den Sandwichelementes geschnitten undum 90 gedreht. Anschlieend werden dieLamellen manuell oder maschinell ent-weder quer zur Laufrichtung des Mineral-woll-Sandwichelementes oder auch inLngsrichtung versetzt eingebaut.

3. Korrosionsschutz fr Stahl

3.1 Baurechtliche GrundlagenDIN EN ISO 12944, Definition von Atmosphrentypen und Beanspru-chungen.

DIN 55928-8, Definition von Korrosions-schutzsystemen.

DIN 18807-1 und Zulassungsbescheidedes Deutschen Instituts fr Bautechnik(DIBt). Katalogisierung der erforderlichenKorrosionschutzsysteme als Funktiondes Einsatzbereiches der Bauelementeim Metalleichtbau allgemein.

DIN 18516-1, Vorgabe der erforderlichenKorrosionschutzsysteme als Funktiondes Einsatzbereiches der Bauelementeals Verkleidung ber Beton oder Mauer-werk.

3.2 Metallische berzge In Bandverzinkungsanlagen erhlt derBandstahl als erste Stufe zum Korrosions-schutz einen metallischen berzug [1].Das Stahlblech mehrere Coils zu einemendlosen Band zusammengeheftet durchluft kontinuierlich verschiedeneVorbehandlungsstufen Reinigungs-,Vorwrm-, Reduktions- und Anglei-chungszonen ehe es im Zinkbad beica. 450 seinen metallischen berzugerhlt. Beim Austritt aus dem Bad wirddurch eine Dsenabstreifvorrichtungsichergestellt, da ein berzug mitgleichmiger Dicke entsteht. Die End-qualitt erhlt das Band in den folgen-den Stufen-Khlung, Dressierung,Streckrichten.

Es werden drei unterschiedliche Artenvon metallischen berzgen auf Zink-basis unterschieden, die mit einer Zink-schichtdicke von 20 m je Seite aufge-bracht werden:

Verzinkung (Z): Wie oben beschrieben,wird auf das Stahlband eine beidseitigeZinkauflage von insgesamt 275 g/m2

aufgebracht [3]. Dies entspricht einerSchichtdicke von ca. 20 m beidseitig.Das gebruchliche Krzel lautet: Z 275.Die Einstufung dieses berzuges erfolgtin die Korrosionsschutzklasse I nachTeil 8 der DIN 55928.

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Galfan (ZA): Der berzug besteht auseiner Legierung von 95 % Zink und 5 %Aluminium nebst geringen Mengen vonMischmetallen [4]. Der berzug Galfanzeigt gegenber dem feuerverzinktenStahl ein verbessertes Umformverhal-ten und eine verbesserte Korrosions-bestndigkeit. Die Auflage betrgt250 g/m2; dies entspricht einer Schicht-dicke von 20 m beidseitig; das ge-bruchliche Krzel ist ZA 250. Die Ein-stufung dieses berzuges erfolgt in dieKorrosionsschutzklasse I nach Teil 8 derDIN 55928.

AlZn 55 % (AZ): Der Begriff AlZn 55 %oder Galvalume wird als Bezeichnungfr den Trgerwerkstoff Stahl einschlie-lich seines metallischen berzuges ver-wendet. Dieser besteht aus einer Legie-rung von 55 % Aluminium, 43,4 % Zinkund 1,6 % Silizium [5]. Eine typischeAuflagegruppe ist AZ 185 (185 g/m2,entsprechend 20 m je Seite). Galva-lume oder AlZn 55 % hat gegenberder Verzinkung ein vergleichbares Um-formverhalten, ist jedoch hinsichtlichdes Korrosionsschutzes deutlich besser[13].

Gegenber der frher allgemein ge-bruchlichen Tafelverzinkung hat dieheute angewendete Bandverzinkungden Vorteil, da die bergangsschichtzwischen Stahlkern und Zink, die s.g.Hartzinkschicht, sehr dnn bleibt; dasErgebnis ist, da nun die Verformungzu profilierten Stahlblechen mit kleinenBiegeradien (in der Grenordnung derBlechdicke) mglich ist.

Der Korrosionsschutz des Stahlblecheswird dadurch bewirkt, da bei der Be-witterung das im berzug enthalteneZink eine schtzende Deckschicht ausKorrosionsprodukten bildet. Wegen desKohlendioxydgehaltes der Luft bestehendiese vorwiegend aus basischen Zink-carbonaten, die im Laufe der Zeit durchWind und Wetter flchig abgetragenwerden, sich jedoch stndig aus demdarunter befindlichen Zink erneuern.berzge auf Zinkbasis verbrauchensich daher im Laufe der Zeit, sofern sienicht durch zustzliche Manahmengeschtzt werden. Der Abtrag wird instarkem Mae vom Typ der Atmosphre,in dem sich das Bauteil befindet, beein-flut [1].

Bei lnger andauerndem Feuchteanfall,insbesondere bei dichter Lagerung, z. B.beim Transport oder der Baustellenlage-rung, kann Weirost (Zinkoxidhydrat)entstehen, der den Korrosionsprozeerheblich beschleunigt.

Lediglich AlZn 55 % kann ohne weitereBeschichtung der Bewitterung auchin Meeres- und Industrieatmosphre ausgesetzt werden. Zum Schutz gegenSchwarzrost bei feuchter Lagerungwhrend des Transportes unterziehtman dieses System zustzlich einer Nach-behandlung mittels einer organischenChromatlsung.

Wird das mit einem metallischen berzugversehene Stahlblech (bzw. ein Produktaus diesem) durch Schneiden oder Sgengeteilt, entstehen zwangslufig Schnitt-flchen, an denen das GrundmaterialStahl ohne schtzende Zinkschicht derVerwitterung ausgesetzt ist.

Der Schutz der Schnittflchen bei Blech-strken bis ca. 1,2 mm wird ber den so-genannten kathodischen Schutz er-reicht, einem Austausch von Ladungs-trgern in einem Elektolyten, so da sichkaum Korrosionserscheinungen ergeben.

Luftumsplte Schnittkanten sind einewesentliche Voraussetzung fr die Funk-tion der kathodischen Schutzwirkung.

3.3 Organische Beschichtungen [8].Die organische Beschichtung (Kunststoff-beschichtung) wird als Flssigbeschich-tung oder in Form einer Folie auf denmetallischen berzug aufgebracht.

Die Flssigkeit kann als Anstrich imSpritzverfahren nach der Profilierungder Profile aber auch als kontinuierlicheBandbeschichtung (Coilcoating) vorder Verformung der Bleche ausgefhrtwerden.

Von dominanter Bedeutung ist heutedas Coilcoating-Verfahren. Bei derFlssigbeschichtung werden beidseitigthermoplastische oder duroplastischeKunststo