Neuigkeiten – Stahlkonstruktionen: Ein Schlüsselsystem im modernen Ingenieurwesen

In der zeitgenössischen Architektur, im Transportwesen, in der Industrie und im Energieingenieurwesen,StahlkonstruktionStahlkonstruktionen, die sowohl in Bezug auf Material als auch Struktur Vorteile bieten, haben sich zu einer treibenden Kraft für Innovationen in der Ingenieurtechnik entwickelt. Durch die Verwendung von Stahl als tragendem Kernmaterial überwindet Stahl dank industrieller Fertigung und modularer Montage die Grenzen traditioneller Konstruktionen und bietet effiziente Lösungen für eine Vielzahl komplexer Projekte.

Vor- und Nachteile von Stahlkonstruktionen - CHINA ROYAL STEEL

Definition und Eigenschaften der Stahlkonstruktion
Stahlkonstruktionen bezeichnen ein tragendes Tragsystem, das aus folgenden Bestandteilen besteht:Stahlplatten, Stahlprofile (H-Träger, U-Kanäle, WinkelstahlStahlkonstruktionen bestehen aus Stahlrohren, die durch Schweißen, hochfeste Schrauben oder Nieten befestigt werden. Ihr Wesen beruht darauf, die hohe Festigkeit und Zähigkeit von Stahl zu nutzen, um vertikale Lasten (Eigengewicht und Gerätegewicht) und horizontale Lasten (Wind und Erdbeben) eines Gebäudes oder Projekts gleichmäßig auf das Fundament zu übertragen und so die Stabilität der Konstruktion zu gewährleisten. Im Vergleich zu Betonkonstruktionen liegt der Hauptvorteil von Stahlkonstruktionen in ihren mechanischen Eigenschaften: Ihre Zugfestigkeit kann über 345 MPa erreichen, mehr als das Zehnfache der von Normalbeton; und ihre ausgezeichnete Plastizität ermöglicht es ihnen, sich unter Last zu verformen, ohne zu brechen, was eine doppelte Gewährleistung der strukturellen Sicherheit bietet. Diese Eigenschaft macht sie bei großen Spannweiten, Hochhäusern und hohen Lasten unverzichtbar.

Hauptarten von Stahlkonstruktionen

(I) Klassifizierung nach Strukturform
Gateway-Rahmenkonstruktion: Diese Konstruktion aus Stützen und Trägern bildet ein torförmiges Gerüst, das mit einem Tragsystem verbunden ist. Sie eignet sich für Industrieanlagen, Logistiklager, Supermärkte und andere Bauwerke. Übliche Spannweiten liegen zwischen 15 und 30 Metern, in einigen Fällen sogar über 40 Metern. Die Bauteile können im Werk vorgefertigt werden, sodass die Montage vor Ort in nur 15 bis 30 Tagen möglich ist. Beispielsweise nutzen die Lagerhallen des führenden Logistikparks Asiens von JD.com hauptsächlich diese Konstruktionsart.
Fachwerkkonstruktion: Diese Konstruktion besteht aus geraden Stäben, die durch Knotenpunkte zu einer dreieckigen oder trapezförmigen Geometrie verbunden sind. Die Stäbe sind ausschließlich axialen Kräften ausgesetzt, wodurch die Festigkeit des Stahls voll ausgenutzt wird. Fachwerkkonstruktionen werden häufig für Stadiondächer und Brückenhauptspannweiten eingesetzt. Beispielsweise wurde bei der Sanierung des Pekinger Arbeiterstadions eine Fachwerkkonstruktion verwendet, um eine stützenfreie Spannweite von 120 Metern zu realisieren.
Rahmenkonstruktionen: Ein räumliches System, das durch die starre Verbindung von Trägern und Stützen entsteht, ermöglicht flexible Grundrisse und ist die gängigste Wahl für Hochhausbürogebäude und Hotels.
Gitterstrukturen: Ein räumliches Gitter aus mehreren Elementen, oft mit regelmäßigen Dreiecks- und Quadratknoten, bietet hohe Stabilität und ausgezeichnete Erdbebensicherheit. Sie werden häufig in Flughafenterminals und Kongresszentren eingesetzt.

(II) Klassifizierung nach Lastcharakteristika
Biegeträger: Diese Träger, die durch Balken dargestellt werden, nehmen Biegemomente auf, wobei oben Druck und unten Zug wirkt. Sie bestehen häufig aus H-Profilen oder geschweißten Kastenprofilen, wie beispielsweise Kranträger in Industrieanlagen, und müssen sowohl Festigkeits- als auch Dauerfestigkeitsanforderungen erfüllen.
Axial belastete Bauteile: Diese Bauteile sind ausschließlich axialen Zug-/Druckkräften ausgesetzt, wie beispielsweise Zugstangen und Gitterträger. Zugstangen werden auf Festigkeit ausgelegt, während Druckstangen Stabilität erfordern. Typischerweise werden kreisförmige Rohre oder Winkelprofile verwendet. Exzentrisch belastete Bauteile: Diese Bauteile sind sowohl axialen Kräften als auch Biegemomenten ausgesetzt, wie beispielsweise Rahmenstützen. Aufgrund der exzentrischen Belastung an den Trägerenden sind symmetrische Querschnitte (z. B. Kastenstützen) erforderlich, um die Kräfte und Verformungen auszugleichen.

Hauptvorteile von Stahlkonstruktionen
(I) Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften
Hohe Festigkeit und geringes Gewicht sind die größten Vorteile von Stahlkonstruktionen. Bei gleicher Spannweite beträgt das Eigengewicht eines Stahlträgers nur ein Drittel bis ein Fünftel des Eigengewichts eines Betonträgers. Beispielsweise wiegt ein Stahlfachwerk mit 30 Metern Spannweite etwa 50 kg/m, während ein Betonträger über 200 kg/m wiegt. Dies reduziert nicht nur die Fundamentkosten (um 20–30 %), sondern mindert auch die Auswirkungen von Erdbeben und verbessert so die Erdbebensicherheit des Bauwerks.
(II) Hohe Baueffizienz
Über 90 % der Stahlbauteile werden millimetergenau in Fabriken vorgefertigt. Die Montage vor Ort erfordert lediglich das Anheben und Verbinden der Teile. So dauert beispielsweise der Bau eines zehnstöckigen Stahlbürogebäudes von der Bauteilproduktion bis zur Fertigstellung nur sechs bis acht Monate – eine Zeitersparnis von 40 % im Vergleich zu einer Betonkonstruktion. Ein Beispiel hierfür ist ein vorgefertigtes Stahlwohnprojekt in Shenzhen, bei dem eine Baugeschwindigkeit von „einem Stockwerk alle sieben Tage“ erreicht wurde, wodurch die Lohnkosten vor Ort deutlich gesenkt werden konnten.
(III) Hohe Erdbebenbeständigkeit und Langlebigkeit
Die Zähigkeit von Stahl ermöglicht es Stahlkonstruktionen, bei Erdbeben Energie durch Verformung abzubauen. So erlitt beispielsweise eine Stahlfabrik in Chengdu beim Erdbeben von Wenchuan 2008 nur geringe Verformungen und es bestand keine Einsturzgefahr. Darüber hinaus kann Stahl nach Korrosionsschutzbehandlung (Verzinken und Beschichten) eine Lebensdauer von 50 bis 100 Jahren erreichen, bei deutlich geringeren Wartungskosten als Betonkonstruktionen.
(IV) Umweltschutz und Nachhaltigkeit
Die Recyclingquote von Stahl liegt bei über 90 %, sodass er nach dem Abriss wieder eingeschmolzen und weiterverarbeitet werden kann. Dadurch wird die Umweltbelastung durch Bauschutt vermieden. Darüber hinaus benötigt Stahlkonstruktionen weder Schalung noch Wartung, wodurch der Nassbau vor Ort auf ein Minimum reduziert wird und die Staubemissionen im Vergleich zu Betonkonstruktionen um über 60 % sinken. Dies entspricht den Prinzipien des nachhaltigen Bauens. Beispielsweise wurden nach dem Abbau des Ice Cube, der Arena der Olympischen Winterspiele 2022 in Peking, einige Bauteile in anderen Projekten wiederverwendet, was zu einem nachhaltigen Ressourcenrecycling führte.

Weitverbreitete Anwendung von Stahlkonstruktionen
(I) Bau
Öffentliche Gebäude wie Stadien, Flughäfen, Kongress- und Ausstellungszentren usw. setzen auf Stahlkonstruktionen, um große Spannweiten und großzügige Raumkonzepte zu realisieren.
Wohngebäude: Vorgefertigte Stahlkonstruktionen von Wohnhäusern erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und können individuellen Wohnbedürfnissen gerecht werden.
Gewerbebauten: Superhohe Bürogebäude und Einkaufszentren, die Stahlkonstruktionen nutzen, um komplexe Designs und eine effiziente Bauweise zu erreichen.
(II) Transport
Brückenbau: Seebrücken und Eisenbahnbrücken. Stahlbrücken bieten große Spannweiten und eine hohe Wind- und Erdbebenbeständigkeit.
Schienenverkehr: U-Bahn-Stationsüberdachungen und Stadtbahnschienen.
(III) Industrie
Industrieanlagen: Schwermaschinenwerke und Hüttenwerke. Stahlkonstruktionen halten den Lasten großer Anlagen stand und ermöglichen spätere Anlagenmodifikationen.
Lagerhallen: Kühlhäuser und Logistikzentren. Portalrahmenkonstruktionen erfüllen die Anforderungen an großflächige Lagerung und lassen sich schnell errichten und in Betrieb nehmen.
(IV) Energie
Kraftwerksanlagen: Hauptgebäude und Übertragungstürme von Wärmekraftwerken. Stahlkonstruktionen eignen sich für hohe Belastungen und raue Umgebungsbedingungen. Neue Energien: Windkraftanlagentürme und Photovoltaik-Montagesysteme bestehen aus leichten Stahlkonstruktionen, die einen einfachen Transport und eine unkomplizierte Installation ermöglichen und so die Entwicklung sauberer Energien unterstützen.