stahlbau-kalender 2016 - kuhlmann, ulrike (hrsg.)

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ZUM VIDEO

DIN EN 1993-1-8

Anwendung EN 1993-1-5

UmsetzungDIN EN 1090

Stahlwasserbau

Gerüstbau

Faserverbundwerkstoffe

Membrantragwerke

Strukturoptimierung, CAE

Glasbau

Holzbauteile nach EN 1995-1-1

Regale in Stahlbauweise

www.ernst-und-sohn.de

ISBN 978-3-433-03104-9

Eurocode 3 – GrundnormWerkstoffe und Nachhaltigkeit

2016

Vorwort III

Vorwort

Der Stahlbau-Kalender 2016 hat in diesem Jahr zwei Schwerpunkte, die Themen „Werkstoffe“ und „Nach-haltigkeit“, die auch im Zusammenhang gesehen wer-den können, denn die Wahl des Werkstoffs hat bei der Nachhaltigkeitsbilanz einen großen, zum Teil aber auch überschätzten Einfluss. Zu den drei betrachteten Metal-len unter dem Thema „Werkstoffe“ gehören neben dem klassischen Baustahl die nichtrostenden Stähle und Aluminium. Für das Thema „Nachhaltigkeit“ zeigen die Hintergrundbeiträge über Normung und ökologi-sche Bilanzierung anhand der wissenschaftlich-techni-schen Grundlagen und konkreter Anwendungen, dass Nachhaltigkeit mehr als ein Schlagwort ist, vielmehr ein modernes Kriterium, das – sachlich behandelt – bei Entwurf, Bemessung und Konstruktion zu sinnvollen, fundierten Entscheidungen führt.Mit dem erneuten Abdruck der Grundnorm DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau mit Nationalem Anhang sowie ergänzen-den, an den jeweiligen Stellen eingearbeiteten Kom-mentaren und Erläuterungen von Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann, Dipl.-Ing. Antonio Zizza und Dipl.-Ing. Adrian Just, Universität Stuttgart, wird auch weiterhin für die tägliche Arbeitspraxis der Zugriff auf die aktu-ellste Fassung der Norm gegeben und durch die Kom-mentare auf aktuelle Fragen und Entwicklungen re-agiert. In diesem Jahr ist die jüngste Änderung dieses Normenteils DIN EN 1993-1-1/A1:2014-07 eingearbei-tet und der aktualisierte Nationale Anhang DIN EN 1993-1-1/NA:2015-08 wird an den jeweiligen Stellen im Normentext zitiert.In bewährter Form haben Dr.-Ing. Karsten Kathage und Dipl.-Ing. Christoph Ortmann, Deutsches Institut für Bautechnik (DIBt), Berlin, wieder die derzeit gülti-gen Technischen Baubestimmungen, Normen, Bauregel-listen und Zulassungen im Stahlbau zusammengestellt. Der Beitrag gibt neben Auszügen aus der Muster-Liste der Technischen Baubestimmungen (MLTB), Ausgabe Juni 2015, den Normen und Richtlinien für den Stahl-bau, auch die für den Stahl- und Verbundbau wichtigen gültigen Zulassungen (Stand Dezember 2015) und Aus-züge aus den neuen Bauregellisten (Ausgabe 2015/2) wieder. Mit dem Beitrag Bemessung und Konstruktion von Alu-miniumtragwerken wird ein umfassender Überblick über Aluminium als Werkstoff und die Besonderheiten bei Entwurf, Bemessung, Konstruktion und Ausfüh-rung von Aluminiumtragwerken gegeben. Die Autoren unter der Koordination von Dr.-Ing. Christina Radl-beck, TU München, gehören mit Prof. Dr.-Ing. Peter Knödel, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dipl.-Ing. Reinhold Gitter, AluConsult, Dr.-Ing. Iris Maniatis, Universität der Bundeswehr München, Dr.-Ing. Andreas Haese MBA und Dipl.-Ing. Tobias Herrmann, beide Ingenieurbüro Dr. Siebert, Dr.-Ing. Stefan Allmeier, INSTAL Engineering GmbH, Dr.-Ing. Gerhard Krause, Dr. Krause GmbH sowie Dipl.-Ing.

Werner Mader, GDA – Gesamtverband der Alumi-niumindustrie e. V. zu den wichtigsten Fachleuten auf diesem Gebiet. Neben der Einführung in das Werkstoff-verhalten von Aluminium und Informationen zur Werkstoffwahl liegt der Fokus auf den Bemessungsver-fahren nach Eurocode 9. Die Querschnittsklassifizie-rung, die wegen der meist dünnwandigen Querschnitte eine wichtige Rolle spielt, und die für die Praxis eher ungewohnte Bemessung unter Nutzung plastischer Re-serven werden erläutert und anhand von Beispielen verdeutlicht. Die Anwendung von DIN EN 1999-1-5 (Schalentragwerke) und DIN EN 1999-1-3 (Ermü-dungsbeanspruchte Tragwerke) wird in gesonderten Abschnitten und mithilfe von Beispielen nahegebracht. Die Grenzen der Handbemessung mit DIN EN 1999 sowie mögliche Lösungswege, basierend auf Versuchen und Finite-Elemente-Analysen (FEA), werden anhand von Aluminium-Glas-Konstruktionen aufgezeigt und es wird auf die Besonderheiten bei der Simulation von Aluminiumkonstruktionen mithilfe der Finite-Ele-mente-Methode eingegangen. Abschließend wird das für die Praxis wichtige Thema „Oberflächen und Kor-rosion“ behandelt.In Zeiten von Rohstoffknappheit und starkem Preis-wettbewerb ist der gezielte Einsatz des Grundwerkstoffs Stahl sowohl aus Gründen der Ökonomie als auch der Nachhaltigkeit von großem Interesse. In ihrem Beitrag Stähle für den Stahlbau – Herstellung, Normung und Anwendung vermitteln Dr. rer. nat. Tobias Lehnert und Dr.-Ing. Falko Schröter, Dillinger Hüttenwerke, ver-tiefte Kenntnisse über den Werkstoff Baustahl und seine Anwendungen mit einem Schwerpunkt auf die höherfesten Stahlsorten. Neben Informationen zur Stahlherstellung und zu den wesentlichen im bauauf-sichtlichen Bereich zu beachtenden Regelwerken und Normen wird ferner ein Ausblick auf die neue Fassung der Materialgrundnorm DIN EN 10025 gegeben, die voraussichtlich in diesem Jahr veröffentlicht wird. Zu-sätzlich sind Hinweise zur Verarbeitung moderner Stahlsorten wie TM-Stähle, wasservergütete Stähle oder wetterfeste Stähle enthalten. Referenzbeispiele zum Einsatz dieser Stähle im Stahlhochbau, Stahl- und Verbundbrückenbau sowie Stahlwasserbau runden den Beitrag ab.Ein wesentliches Argument für den Einsatz von nichtrostenden Stählen ist die Korrosionsbeständigkeit, die gerade bei Außenbauteilen wie Fassadenkonstruk-tionen, aber auch in anderen Fällen den Ausschlag gibt. Derzeit erfolgt in Deutschland die Bemessung von Konstruktionen aus nichtrostendem Stahl noch auf Ba-sis von DIN 18800 in Verbindung mit der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Z-30.3-6. Es ist geplant, dass in Kürze sowohl die neue DIN EN 1993-1-4 als auch der zugehörige Nationale Anhang DIN EN 1993-1-4/NA bauaufsichtlich eingeführt werden und die der-zeit geltende Z-30.3-6 ablösen. In ihrem Beitrag Neue Regeln nach Eurocode für nichtrostende Stählte gehen

IV Vorwort

deshalb Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Natalie Stranghöner, Universität Duisburg-Essen, Dipl.-Ing. Detlef Ulbrich, ibvm – Verbindungen im Metallbau und Nancy R. Baddoo, MA CEng FICE, SCI – The Steel Construc-tion Institute, hauptsächlich auf die neuen Regeln für nichtrostende Stähle nach DIN EN 1993-1-4 ein. Wo erforderlich, werden auch die Regeln der derzeit noch geltenden Z-30.3-6 erläutert, u. a. weil für die Verarbei-tung von nichtrostenden Stählen die für die Herstellung von Stahlbauten gültige DIN EN 1090-2 nur unvoll-ständige und zum Teil nicht dem aktuellen Stand der Technik entsprechende Regeln enthält.Als erster Grundlagenbeitrag zum Thema Nachhaltig-keit geben Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tim Zinke und Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dr. Bernhard Hauke, bauforumstahl e. V. und Raban Siebers, M. Sc., Univer-sität Duisburg-Essen, mit Nachhaltigkeit und Normung einen Einblick in die Methodik der Nachhaltigkeitsbe-wertung und die einschlägige Normung. Die Normung, im Wesentlichen auf CEN-Ebene entwickelt, definiert das Vokabular, zeigt Handlungsempfehlungen auf, stellt eine Gliederungssystematik bereit, standardisiert Systemgrenzen und Berechnungsmethoden und gibt Kriterien und Indikatoren bzw. Vorgaben für Zielgrö-ßen. Dabei steht die nachhaltigkeitsbezogene Normung im Bauwesen immer auch im Kontext mit gesetzlichen Vorgaben und Bewertungssystemen. Erläutert wird im Beitrag, wie Nachhaltigkeitsnormen auf zwei zentralen Grundsätzen beruhen: zum einen dem ganzheitlichen Betrachtungsansatz, der sich in die ökonomische, öko-logische und soziale Dimension unterteilt, zum anderen erfolgt immer auch eine Analyse des kompletten Le-benszyklus.Ein wesentlicher Bestandteil einer Nachhaltigkeitsana-lyse mithilfe der Methode der Ganzheitlichen Bilanzie-rung ist, neben der Analyse nach technischen, ökono-mischen und sozialen Kriterien, die Berücksichtigung ökologischer Anforderungen. Die ökologische Bilanzie-rung, mit der Ökobilanz als grundlegendste und am weitesten verbreitete Vorgehensweise, deckt in diesem Zusammenhang die ökologische Säule der Nachhaltig-keit ab. Hierzu stellen die Autoren Dipl.-Ing. Matthias Fischer, Dr.-Ing. Stefan Albrecht, Dipl.-Ing. Robert Ilg, Dr.-Ing. Michael Held, Dipl.-oec. Michael Jäger, Prof. Dr.-Ing. Philip Leistner, Fraunhofer-Institut für Bau-physik (IBP) bzw. Universität Stuttgart, in dem Beitrag Grundlagen der ökologischen Bilanzierung neben den grundlegenden Methoden und Inhalten sowie verschie-denen Anwendungen spezifische Lösungen zu folgen-den Aspekten vor: Sensitivität von Wertschöpfungsket-ten, Entwicklung belastbarer Bewertungsgrundlagen für Entscheidungen in Hinblick auf zukünftige Ent-wicklungen, Beurteilung von Recyclingkreisläufen, ökologische Bilanzierung im Baubereich, Idee des funk-tionalen oder funktionsintegrierten Leichtbaus.Der Stahlleichtbau stellt die vorrangige Bauweise für hallenartige Gebäude des Industrie- und Gewerbesek-tors dar. Vor dem Hintergrund der Bedeutung dieser

Gebäude liegen hier große Potenziale zur Verbesserung der Nachhaltigkeit der gebauten Umwelt. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Kuhnhenne, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Feldmann, beide RWTH Aachen, Prof. Dr.-Ing. Susanne Rexroth und Prof. Dr. Romy Morana, HTW Berlin, Prof. Dr.-Ing. Helmut Hachul, FH Dortmund sowie Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer, Karls-ruher Institut für Technologie (KIT), behandeln die Frage der Ausschöpfung und Nutzung dieser Poten-ziale im ersten anwendungsorientierten Beitrag zur Nachhaltigkeit über Energieoptimierte Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise. Es wird hier zunächst auf die Optimierung der bauphysikalischen Eigenschaften von Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise eingegangen. Anschließend werden zwei generell unterschiedliche, bauteilintegrierte Möglichkeiten vorgestellt, um Solar-energie nutzbar zu machen: ein bauteilintegriertes So-larthermiemodul und die Integration von Photovol-taik-Komponenten in Sandwichelemente.Der durch die Energiewende bedingte Anstieg des An-teils erneuerbarer Energien am deutschlandweiten Ener-gieverbrauch und die bisher fehlenden Nachhaltigkeits-ansätze bei der Auswahl und Konstruktion stählerner Tragstrukturen für erneuerbare Technologien führten zum Forschungsvorhaben „Nachhaltige Stahlkonstruk-tionen für Erneuerbare Energien (NaStafEE)“, dessen praktische Ergebnisse im vorliegenden Beitrag Nachhal-tige Stahlkonstruktionen für Erneuerbare Energien erläu-tert werden. Die an diesem Vorhaben beteiligten Autoren Univ.-Prof. Dr.-Ing. Peter Schaumann, Dipl.-Ing. Anne Bechtel, Universität Hannover, Univ.-Prof. Dr.-Ing. ha-bil. Natalie Stranghöner, Jörn Berg, M. Sc., Universität Duisburg-Essen, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hermann-Josef Wagner und Dipl.-Ing. Julian Röder, Ruhr-Universität Bochum, stellen eine Methode zur Bewertung der Nach-haltigkeit von stählernen Tragkonstruktionen für erneu-erbare Energien vor, und zwar für Windenergieanlagen und für Biogasanlagen. Diese Methode wurde auf Grundlage bestehender Bewertungssysteme entwickelt, in ein Anwendungstool umgesetzt und durch Hinweise auf Optimierungspotenziale ergänzt.Im Beitrag Nachhaltige Geschossbauten in Stahl- und Verbundbauweise von Prof. Dr.-Ing. Richard Stroet-mann, Dipl.-Ing. Thomas Faßl und Dipl.-Ing. Lukas Hüttig, alle TU Dresden, wird der Zusammenhang zwi-schen Nachhaltigkeitsbewertung und Tragstruktur her-ausgearbeitet. Ob die raumbildenden Konstruktionen die notwendige Flexibilität zur Anpassung an zukünf-tige Nutzungsanforderungen besitzen, ist entscheidend für die Weiternutzbarkeit eines Geschossbaus. Neben den Anforderungen aus der statisch-konstruktiven Aus-legung und der Bewertung der Nachhaltigkeit geht es im Schwerpunkt um Evaluierung und Optimierung von Tragkonstruktionen. Diese Untersuchungen münden schließlich in Empfehlungen sowie Entwurfshilfen für die Bemessung und Konstruktion von Deckensystemen und Stützen und ihren Rastern. Nachhaltigkeitsaspekte beim Bauen im Bestand werden aufgegriffen von Prof. Dr.-Ing. Dieter Ungermann,

Vorwort V

PD Dr.-Ing. habil. Bettina Brune, Anja Pätzold, M. Sc., Dipl.-Ing. Eva Preckwinkel, TU Dortmund, Ass. Prof. Dr.-Ing. Arch. Paul Floerke, Ryerson University, Ka-nada, Dipl.-Ing. Arch. Sonja Weiß, PASD Architektur-büro Feldmeier + Wrede, Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer, Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tim Zinke, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in ihrem Beitrag Verdichtung im urbanen Raum – Aufstockungen des Gebäudebestands in Stahlbauweise. Neben allge-meinen Ausführungen zur Kategorisierung von Gebäu-deaufstockungen in Typologien und zur Bestandsana-lyse sowie Planungshilfen für die konstruktive Umset-zung von Aufstockungen in Stahlbauweise werden interdisziplinär ausgearbeitete Fallbeispiele mit unter-schiedlichen Schwerpunkten in der architektonischen und ingenieurtechnischen Ausrichtung aufgezeigt. Au-ßer der architektonisch-technischen Bewertung werden an den ausgewählten Beispielen auch eine quantitative Analyse unter Verwendung der Methoden der Lebens-zykluskostenrechnung und Ökobilanzierung durchge-führt.Spezifisch für die Nachhaltigkeitsbewertung von Brü-cken ist die lange Nutzungsphase von planmäßig min-destens 100 Jahren. Maßnahmen zur Steigerung der Nutzungsdauer einer Brücke einschließlich Brücken-ausstattung können zusammen mit Betriebs- und Er-haltungsstrategien während der Nutzungsphase zu maßgeblichen Vorteilen in der Gesamtbilanzierung füh-ren. Basierend auf einem gemeinsamen Forschungsvor-haben, zeigen Forscher und Vertreter der Bauverwal-tung mit Unterstützung durch die technischen Büros der Stahlbauindustrie im Beitrag Ganzheitliche Bilan-zierung von Stahlverbundbrücken auf, wie methodisch eine Nachhaltigkeitsanalyse für Brücken durchgeführt werden kann. Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann und Dipl.-Ing. Philippa Maier, beide Institut für Konstruk-tion und Entwurf der Universität Stuttgart, Prof. Dr.-Ing. Thomas Ummenhofer und, Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Tim Zinke, beide Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Dipl.-Ing. Heinz Friedrich

Dipl.-Ing. Ralph Holst und Dipl.-Umweltwiss. Cyrus Schmellekamp, alle Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) sowie Dipl.-Wirt.-Ing. Katrin Lenz, Dipl. Geoökol. Tabea Beck, Dipl.-Wirt.-Ing. Sarah Schneider und Dipl.-Ing. Matthias Fischer, alle Lehrstuhl für Bauphysik, Abt. Ganzheitliche Bilanzierung, Universi-tät Stuttgart, zeigen am konkreten Beispiel von Auto-bahnüberführungen in Stahlverbundbauweise, wie Ökobilanzierung, Lebenszykluskostenrechnung und externe Kostenrechnung in eine gemeinsame Nachhal-tigkeitsbewertung überführt werden, die für die jewei-lige individuelle Situation eine Entscheidungsgrundlage auch schon in einer frühen Planungsphase bereitstellt.2010 wurde von der Forschungsvereinigung Stahlan-wendung e. V. (FOSTA) in Kooperation mit dem Deut-schen Ausschuß für Stahlbau e. V. (DASt) der For-schungsverbund „NASTA – Nachhaltigkeit von Stahl im Bauwesen“ ins Leben gerufen. Die vorgestellten anwendungsbezogenen Beiträge zur Nachhaltigkeit be-ruhen alle auf Verbundforschungsvorhaben, die im Rahmen dieses Forschungsclusters zum Thema Nach-haltigkeit und ihre Bewertung zu den verschiedenen Aufgaben von Stahl im Bauwesen, also den realen Kon-struktionen des Stahl- und Verbundbaus durchgeführt wurden. Initiatoren und Unterstützern sei an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich gedankt.Der Stahlbau-Kalender-Tag am Freitag, 03. Juni 2016 in Stuttgart, zu dem ich wieder alle Interessenten herz-lich einladen möchte, wird die Möglichkeit bieten, noch mehr Informationen zu diesem Forschungsverbund zu erhalten, aber auch zu allen anderen Themen, wenn die Autoren dieser Ausgabe persönlich aus ihren Beiträgen vortragen und für Diskussionen zur Verfügung stehen. So bleibt mir jetzt noch, mich ganz herzlich bei allen Autoren und Mitarbeitern im Institut und beim Verlag Ernst & Sohn für den großen Einsatz zu bedanken.

Stuttgart, Februar 2016Prof. Dr.-Ing. Ulrike Kuhlmann

Inhaltsübersicht VII

Inhaltsübersicht

1 Stahlbaunormen DIN EN 1993-1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau 1Ulrike Kuhlmann, Antonio Zizza, Adrian Just

2 Technische Baubestimmungen, Normen, Bauregellisten und Zulassungen im Stahlbau 87Karsten Kathage, Christoph Ortmann

3 Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken 175Christina Radlbeck, Peter Knödel, Reinhold Gitter, Iris Maniatis, Andreas Haese, Tobias Herrmann, Stefan Allmeier, Gerhard Krause, Werner Mader

4 Stähle für den Stahlbau – Herstellung, Normung und Anwendung 311Tobias Lehnert, Falko Schröter

5 Neue Regeln nach Eurocode für nichtrostende Stähle 359Natalie Stranghöner, Detlef Ulbrich, Nancy Baddoo

6 Nachhaltigkeit und Normung 411Tim Zinke, Thomas Ummenhofer, Bernhard Hauke, Raban Siebers

7 Grundlagen der ökologischen Bilanzierung 455Matthias Fischer, Stefan Albrecht, Robert Ilg, Michael Held, Michael Jäger, Philip Leistner

8 Energieoptimierte Gebäudehüllen in Stahlleichtbauweise 485Markus Kuhnhenne, Markus Feldmann, Susanne Rexroth, Romy Morana, Helmut Hachul, Thomas Ummenhofer

9 Nachhaltige Stahlkonstruktionen für Erneuerbare Energien 525Peter Schaumann, Anne Bechtel, Natalie Stranghöner, Jörn Berg, Hermann-Josef Wagner, Julian Röder

10 Nachhaltige Geschossbauten in Stahl- und Verbundbauweise 571Richard Stroetmann, Thomas Faßl, Lukas Hüttig

11 Verdichtung im urbanen Raum – Aufstockungen des Gebäudebestands in Stahlbauweise 667Dieter Ungermann, Bettina Brune, Anja Pätzold, Eva Preckwinkel, Paul Floerke, Sonja Weiß, Thomas Ummenhofer, Tim Zinke

12 Ganzheitliche Bilanzierung von Stahlverbundbrücken 739Ulrike Kuhlmann, Philippa Maier, Tim Zinke, Thomas Ummenhofer, Heinz Friedrich, Ralph Holst, Cyrus Schmellekamp, Katrin Lenz, Tabea Beck, Sarah Schneider, Matthias Fischer

Stichwortverzeichnis 795

618 10 Nachhaltige Geschossbauten in Stahl- und Verbundbauweise

Die ökologischen und ökonomischen Daten von Bau-materialien, Bauelementen und Bauleistungen sind ste-tigen Veränderungen unterlegen. Die Ergebnisse der Parameterstudien basieren auf der in [49] definierten Datengrundlage. Die Darstellung absoluter Größen bei der Bewertung der Ökologie und Ökonomie wurde wei-testgehend vermieden. Die Kurvenverläufe in den Dia-grammen wurden in vielen Fällen geglättet, um Quer-schnitts- und Dickenabstufungen oder Ähnliches nicht zu betonen.Durch die Auswertungen werden Relationen und Ten-denzen veranschaulicht, um die Wahl der Bauweisen, Konstruktionsraster und Materialfestigkeiten zu unter-stützen. Mit den Vergleichen ist nicht beabsichtigt, be-stimmte Bauweisen abzuwerten. So können weitere Kriterien oder auch andere Wichtungen für die Ent-scheidung zu einer Bauweise für ein bestimmtes Bau-vorhaben von Relevanz sein.

5.2 Deckensysteme

5.2.1 Stahlbeton- und Verbunddeckenplatten

Im Folgenden werden einachsig gespannte Stahlbeton- und Verbunddecken sowie Decken aus Spannbeton-hohldielen in Bezug auf ihre Bauhöhe, den ökologi-schen Erfüllungsgrad und die Kosten evaluiert. Es wird der Einfluss unterschiedlicher Betonfestigkeitsklassen und Ausführungsvarianten (Ortbeton- oder Fertigteil-decke sowie Halbfertigteil mit Aufbeton) untersucht.Bild 40 zeigt Ergebnisse der Untersuchungen von Stahl-beton- (Ortbeton) und Verbunddecken. Es wurden Durchlaufsysteme mit Feldweiten von 2,40 m bis 6,00 m im Raster von 1,20 m berechnet. Spannweiten darüber hinaus sind für die untersuchten Systeme auf-grund des hohen Masseneinsatzes unwirtschaftlich und auch ökologisch nicht sinnvoll. Um den Einfluss der Betongüte zu untersuchen, erfolgte die Bemessung für die Festigkeitsklassen C20∕ 25 und C30∕ 37. Bei den Verbunddecken wurde ein Profilblech mit 40 mm Höhe und 0,75 mm Dicke berücksichtigt. Die Diagramme auf der linken Seite zeigen, dass Deckenstärke, Beton- und Bewehrungsmenge erwartungsgemäß mit der Spannweite zunehmen. Bis etwa 3,60 m wird bei der Verbunddecke die Mindesthöhe von 100 mm maßge-bend. Aufgrund des günstigeren inneren Hebelarms ergeben sich geringere Deckenstärken und Betonmas-sen als bei den Stahlbetondecken. Der Betonstahl wird bei den Verbunddecken zur Abdeckung der Stützmo-mente und als konstruktive Mindestbewehrung für die Lastquerverteilung und Rissbreitenbeschränkung be-nötigt. Das Profilblech wird als Feldbewehrung, Scha-lung und Unterstützung im Bauzustand herangezogen. Zur Begrenzung der Durchbiegung im Bauzustand auf a∕ 180 wurden Hilfsunterstützungen berücksichtigt.Bei der Ökobilanzierung schneiden die Stahlbetonde-cken geringfügig günstiger ab. Zwar sind die Decken-stärken höher als bei den Verbunddecken, die Einspa-rungen in den Beton- und Betonstahlmengen werden

jedoch durch die Aufwendungen für das verzinkte Pro-filblech aufgehoben. Durch die höhere Betonfestigkeit kann die Deckenstärke geringfügig reduziert werden, die Einsparungen werden jedoch durch die ungünstige-ren ökologischen Werte des C30∕ 37 im Vergleich zum C20∕ 25 kompensiert. Bei den Kosten wurden auch die Schalungsarbeiten und die Montage von Hilfsunter-stützungen berücksichtigt. Die Einsparungen durch den Entfall der Schalung an der Deckenunterseite und die schnelle Montage der Verbundbleche werden deut-lich (Bild 40).In der Praxis werden anstelle von Ortbetondecken oft Betonhalbfertigteile oder -fertigteile eingesetzt, da diese zu einer rationelleren Ausführung mit geringem bausei-tigen Schalungsaufwand führen. Bedingt durch Trans-port, Konstruktion und Betonierlasten ist ein höherer Bewehrungsanteil notwendig. Wie bereits in Abschnitt 2.2 erwähnt, werden Spannbetonhohldielen erst für größere Spannweiten eingesetzt. Dies erweist sich auch aufgrund der Massenbilanz und deren ökologischen und ökonomischen Auswirkungen als sinnvoll. Auf der Basis der Produktdeklaration [24] sind Spannbeton-hohldielen im Vergleich zu den anderen Deckensyste-men ökologisch ungünstiger einzustufen (Bild 41).

5.2.2 Decken mit Verbundträgerunterzügen

Die Untersuchungen an Decken ergaben, dass aus öko-logischer und ökonomischer Sicht Spannweiten bis etwa 4 m günstig sind. Dies gilt auch für das Decken-system mit Verbundunterzügen, auch wenn der Profil-stahlanteil je m2 Decke bei größeren Trägerabständen kleiner wird. In Bild 42 sind links Konstruktionshöhe, Profilstahlmasse und Gesamtgewicht (Decke und Trä-ger) je m2 Decke für unterschiedliche Trägerabstände a und variable Gebäudetiefen L = L1 + L2 jeweils für Stahlbeton- und Verbunddecken ausgewertet. Die Ver-bundträger wurden als Zweifeldträger mit einer Stüt-zung bei 4,80 m (dies entspricht der Raumtiefe eines Zellenbüros) berechnet, sodass sich zwei ungleiche Feldweiten L1 und L2 ergeben. Mit steigendem Träger-abstand nehmen Konstruktionshöhe, Gesamtgewicht und Betonstahlmasse zu, während die Profilstahlmasse je m2 abnimmt. Die Betonstahlmengen in den Decken-platten sind gegenüber denjenigen in Bild 40 höher, da zusätzliche Bewehrung zur Abdeckung der Stützmo-mente der Verbundträger (auch Duktilitätsbewehrung) und zur Einleitung der Schubkräfte in die Betonplatte (Schulterschub der Verbundträger) benötigt wird. Für die Raster a = 2,4 m und 3,6 m ist das Gesamtgewicht wegen der identischen Deckenstärken und der dominie-renden Betonmassen annähernd gleich.In Bild 42 sind rechts die Kosten und die ökologischen Erfüllungsgrade für die betrachteten Systeme darge-stellt. Bei der Kostenermittlung wurden die in Ta-belle 31 aufgelisteten Baustoffe und deren Transport-wege sowie die Fertigungs-, Montage- und Gerätekos-ten berücksichtigt. Die Fertigungs- und Montagekosten steigen mit zunehmender Anzahl der Stahlträger (kleine

Evaluierung und Optimierung von Tragkonstruktionen 619

Bild 40. Vergleich von Stahlbeton- und Verbunddecken als Durchlaufsysteme

Bild 41. Vergleich verschiedener Deckentypen in Bezug auf Massen, Bauhöhen, ökologische Erfüllungsgrade und Herstellungskosten


Trägerabstände und Stückgewichte, mehr Verbindun-gen). Bei Trägerabständen größer als etwa 4,0 m steigen die Stahlbetonmassen und die damit verbundenen Herstellkosten so an, dass diese nicht durch den gerin-geren Profilstahlbedarf kompensiert werden können. Entsprechendes gilt für den ökologischen Erfüllungs-grad.In Abschnitt 5.2.1 wurde deutlich, dass sich Material-einsparungen bei den Deckenplatten durch die Verwen-

dung höherer Betongüten nicht ökologisch günstiger auswirken. Gleiches gilt für höhere Betongüten bei Ver-bundträgern. Jedoch kann die Profilstahlmenge durch den Einsatz von höheren Stahlfestigkeiten reduziert werden, solange diese für die Dimensionierung maßge-bend sind. Aus Bild 43 ist ersichtlich, dass sich die Ma-terialeinsparungen durch die Verwendung von S460 gegenüber S235 sowohl positiv auf die ökologische Qualität als auch auf die Kosten auswirken.

Bild 42. Vergleich von Baustoffmassen und Konstruktionshöhen sowie der Kosten und ökologischen Erfüllungsgrade für verschiedene Deckentypen und Trägerabstände (Zweifeldträger S355) bei variabler Bauwerkstiefe (L = L1 + L2)

Tabelle 31. Zusammenfassung der berücksichtigten Aufwendungen

Baustoffe Beton, Bewehrung, Profilstahl, Profilblech, Kopfbolzendübel

Transport Transport der Baustoffe zzgl. Schalung zur Baustelle

Vorbereitung Zuschnitt, Überhöhen, Korrosionsschutz, Dübelschweißen, Schweißnähte

Montage Betonieren, Ein- und Ausschalen sowie Hilfsstützen, Bewehren, Einheben Stahlprofil, Verlegen der Bleche, Verlegen der Fertigteile oder Halbfertigteile

Geräte Kran, Betonpumpe


Nach dem Kriterienkatalog des BNB [127] kann die Umnutzungsfähigkeit höher eingestuft werden, wenn mindestens 50 % der Bruttogrundfläche für Nutzlasten größer 5 kN∕ m2 ausgelegt werden (vgl. Abschnitt 3.1). In Bild 44 sind die Abhängigkeiten der Konstruktions-höhen sowie der Profil- und Betonstahlmassen von der Höhe der Nutzlasten dargestellt. Untersucht wurden Systeme mit Zweifeldträgern aus IPE-Profilen in S355 und Decken aus Beton C20∕ 25. Die Nutzlasten betra-gen zum Vergleich 3,0 und 5,0 kN∕ m2. Bei der Nutzlast von 5 kN∕ m2 sind geringfügig größere Deckenstärken und höhere Stahlprofile erforderlich. Die Deckenkon-struktion ist zwischen 2 und 5 cm höher (Bild 44, oben links). Für Trägerabstände bis 3,6 m sind die Höhen der Stahlbeton- und Verbunddecken konstant, sodass sich die Gesamtmassen je m2 Deckenfläche nur aufgrund der Bewehrungs- und Profilstahlmengen unterscheiden. Für Trägerabstände größer als 3,6 m ist die Gesamt-masse bei einer Nutzlast von 5,0 kN∕ m2 etwa 10 % hö-her als bei 3,0 kN∕ m2, da eine größere Deckenstärke erforderlich ist. Maßgebend für die Dimensionierung der Decken ist in diesem Fall der Durchbiegungsnach-weis.

5.2.3 Decken mit Slim-Floor-Systemen

Slim-Floor-Systeme weisen eine vergleichsweise geringe Konstruktionshöhe auf und ermöglichen wegen der fehlenden Unterzüge eine freie Installation (vgl. Ab-schnitt 2.2). Diese positiven Eigenschaften sind bei der Entscheidung für ein Deckensystem gesondert zu wür-digen und in Verbindung mit den Herstellungskosten und den ökologischen Eigenschaften abzuwägen. Ge-ringe Bauhöhen reduzieren Fassadenflächen, Gebäude-volumen und damit Betriebskosten. Die freie Installa-tion erhöht die Umnutzungsfähigkeit. Da Verbundträ-ger bei geeigneter Anordnung einen hohen Lochanteil im Steg zur Leitungsdurchführung ermöglichen und Lüftungssysteme inzwischen häufiger am Deckenrand positioniert werden, sollte diese Eigenschaft jedoch nicht überbewertet werden.In Bild 46 sind die Kriterien Konstruktionshöhe, öko-logischer Erfüllungsgrad und Kosten für eine Auswahl von Slim-Floor-Systemen für Gebäude ohne und mit Mittelstützenreihe in Abhängigkeit von der Gebäude-tiefe (Summe der Stützweiten) gegenübergestellt (s. auch [67]). Die Parameter für den Vergleich der De-ckensysteme sind in Tabelle 32 zusammengefasst. Die Skalierung des ökologischen Erfüllungsgrads und der

Bild 43. Vergleich von Decken mit Ein- und Zweifeldverbundträgern in den Festigkeitsklassen S235 und S460


Kosten erfolgte über alle im Bild 46 dargestellten Sys-teme. Bei den Parameterstudien wurden IFB-Profile (Integrated Floor Beam – halbes Walzprofil mit ange-schweißtem Untergurt, s. Bild 45) berücksichtigt. Bei gleicher Querschnittshöhe sind Tragfähigkeit und Bau-stahlmasse je m2 Deckenfläche höher als bei SFB-Pro-filen (Slim-Floor-Beam – Walzprofil mit angeschweiß-tem Blech zur Verbreiterung des Untergurts, s. Bild 2 in [65]). Die Verwendung der IFB-Profile führt zu einem geringfügig günstigeren ökologischen Erfüllungsgrad und niedrigeren Kosten, da die Konstruktionshöhen und damit die Betonmassen kleiner sind als beim Ein-satz von SFB-Profilen. Die IFB- bzw. SFB-Profile sind

im Vergleich zu den IPE-Profilen für die Unterzugsde-cken sehr kompakt. Dies und der hohe Betonanteil der Deckenplatte führen zu einem höheren Materialeinsatz der Slim-Floor-Konstruktionen gegenüber den Unter-zugsdecken (Bild 45).Um die Betonmassen zu reduzieren, werden häufig Spannbetonhohldielen in Kombination mit Slim-Floor-Trägern eingesetzt. Bei den Parameterstudien in Bild 46 wurden die Träger generell als Einfeldsysteme bemes-sen, da die Durchlaufwirkung für Decken ohne Aufbe-ton nur mit größerem Aufwand bei den Verbindungen zu realisieren ist. Bei kleinen Stützweiten der Träger (Parameter Gebäudetiefe L in Bild 46) wird die Bau-

Bild 44. Einfluss der Nutzlast auf die Bauhöhe, Deckenstärke, Profil- und Gesamtmasse sowie den ökologischen Erfüllungsgrad und die Kosten


höhe von der Dicke der Spannbetonhohldielen und damit von der Spannweite a bestimmt. Dies führt dazu, dass trotz veränderlicher Stützweiten der IFB-Träger die Bauhöhe zunächst konstant ist (Bild 46, oben). Die Profilstahlmasse je m2 nimmt mit steigendem Trägerab-stand ab, die Betonmasse zu. Aufgrund der Höhenab-stufungen und der unterschiedlichen Hohlraumgeome-trien der Spannbetonhohldielen verhält sich der Ver-lauf der Masse über die Spannweiten und Trägerabstände sprunghaft. Dies führt zu entsprechenden Verläufen beim ökologischen Erfüllungsgrad und den Kosten. Trotz höherer Profilstahlmassen je Quadratmeter De-ckenfläche sind im Hinblick auf die Ökologie Trägerab-stände zwischen 6,0 und 7,2 m zu bevorzugen. Bei grö-ßeren Trägerabständen steigt die Masse der Spannbe-tonhohldielen stark an.Die Materialkosten sind für die Slim-Floor-Konstruk-tionen aufgrund der höheren Baustahlmassen und we-gen der Kosten der Spannbetonhohldielen höher als für Unterzugsdecken. Mit zunehmender Trägerspannweite erhöhen sich im Wesentlichen die Baustahlkosten und die damit verbundenen Transportkosten. Bei Variation des Trägerabstands bei gleicher Spannweite führen die dickeren Spannbetonhohldielen zu höheren Kosten.

Die Kosten für Baustahl sowie für Zuschnitt, Überhö-hung und Korrosionsschutz (Vorbereitung) sinken.Aufgrund des hohen Eigengewichts der Slim-Floor-Kon-struktionen mit Stahlbeton- und Verbunddecken hat eine Verkehrslasterhöhung von 3,0 auf 5,0 kN∕ m2 kaum eine Auswirkung auf die Konstruktionshöhe, den ökologischen Erfüllungsgrad und die Kosten. Bei dem leichteren Deckensystem mit Spannbetonhohldielen führt die Lasterhöhung zu einer größeren Konstrukti-onshöhe. Die Mehraufwendungen infolge der Ver-kehrslasterhöhung sind jedoch gering.

5.3 Stützen

5.3.1 Allgemeines

Die Auswahl der Gebäudestützen hängt von der erfor-derlichen Tragfähigkeit, den Brandschutzanforderun-gen, der konstruktiven Gestaltung und dem Platzbe-darf ab. Geht man in Bezug auf Dauerhaftigkeit und Unterhaltungsaufwand von einer Gleichwertigkeit der Stützentypen aus, kann die Nachhaltigkeitsanalyse auf die Ökologie und Wirtschaftlichkeit in der Herstel-lungs- und Bauphase sowie auf die Entsorgungsphase

Bild 45. Vergleich eines Unterzugsträgers und eines Slim-Floor-Trägers mit den Spannweiten L = 8,5 m + 6,5 m = 15 m

Tabelle 32. Übersicht der betrachteten Parameter für den Vergleich der Slim-Floor-Systeme

Slim-Floor mit Stahlbeton- oderVerbunddecken

Slim-Floor mitSpannbetonhohldielen

Profiltyp IFB der HEB-ReiheIFB der HEM-Reihe für Einfeldträger

IFB der HEB-Reihe

Betongüte C20∕ 25 C45∕ 55

Deckentyp Stahlbetondecke, Verbunddecke mit Cofrastra 70, t = 0,88 mm

Spannbetonhohldielen

Trägerabstand a = 4,80 m a = 6,00 m und a = 7,20 m

StatischeSysteme

Einfeldträger,Zweifeldträger mit L1 = L2 − 2,0 m

Einfeldträger,2 Einfeldträger mit L1 = L2 − 2,0 m

Belastung Eigengewicht, Ausbaulast 1,5 kN∕ m2, Nutzlast 3,0 kN∕ m2 (vgl. [65], Abs. 6.1)

Verformungs-begrenzung

Durchbiegungen ≤ L∕ 250, Ausbaulasten nach 28 Tagen, ggf. Trägerüberhöhung für Eigen- und Ausbaulasten, Kriechen und Schwinden (vgl. [65], Abs. 6.1)


Bild 46. Bauhöhe, ökologischer Erfüllungsgrad und Kosten zum Vergleich der Slim-Floor-Systeme ohne und mit Mittelstützenreihe


und Verwertung fokussiert werden. Für die Optimie-rung von Stützen sind die vorgegebenen Randbedin-gungen wesentlich. Zu diesen gehören u. a.:– Höhe der Belastung und Einwirkungskombination

(N, My und ggf. Mz),– Geschosshöhe∕ Knicklänge,– ggf. vorgegebene Stützenform,– Brandschutzanforderungen und gewählte Maßnah-

men zur Erzielung eines ausreichenden Feuerwider-stands.

In den folgenden Parameterstudien werden verschie-dene Einflüsse untersucht, um deren Abhängigkeiten zu verdeutlichen. Berücksichtigt werden Stahl- und Ver-bundstützen mit doppeltsymmetrischen H-Profilen, Kreis- und Quadrathohlprofilen, die durch planmäßig zentrischen Druck beansprucht werden.Für eine vergleichende Betrachtung von Stützen in öko-logischer und ökonomischer Hinsicht stellt sich die Frage nach der Bezugsgröße. In Abhängigkeit von der Geschosszahl und der Lage der Stützen im Grund- und Aufriss eines Gebäudes ergeben sich unterschiedlich hohe Stützenlasten. Der Bezug auf die funktionale Ein-heit „Quadratmeter Geschossfläche“ ist für Tragkon-struktionen von Gebäuden in ihrer Gesamtheit besser geeignet als für eine isolierte Untersuchung von Einzel-stützen. Auch spielen die Deckenlasten und Geschoss-höhen eine wesentliche Rolle für die Dimensionen der Stützen, die je nach Gebäudeentwurf und Höhe der Verkehrslast unterschiedlich ausfallen können.Um eine Vielzahl gebäudespezifischer Randbedingun-gen auszublenden, bietet sich der Bezug auf die Tragfä-higkeit einer Stütze (funktionale Einheit kN) für den Vergleich und eine darauf aufbauende Optimierung an, die nachfolgend verwendet wird. Dabei ist jedoch zu beachten, dass mit zunehmender Belastung die Stützen-querschnitte größer werden und die Knickgefährdung zurückgeht. Materialaufwendungen, Kosten und öko-logischer Erfüllungsgrad werden bei Bezug auf die Tragfähigkeit günstiger. Daher ist ein Vergleich unter-schiedlicher Stützenausführungen für die jeweils rele-vante Belastung durchzuführen. Auch müssen zusätzli-che technische und konstruktive Anforderungen ver-gleichbar sein. Dies gilt zum Beispiel für die Knicklängen und Brandschutzanforderungen.

5.3.2 Einfluss der Stützenkonstruktion

Bild 47 zeigt die Ergebnisse einer Parameterstudie für planmäßig zentrisch gedrückte Stahl- und Verbundstüt-zen. Zugrunde gelegt wurden die Materialgüten S460 und C30∕ 37, eine Knicklänge von 3,50 m und ein Be-wehrungsgrad von 3 %. Um ungewollte Tragfähigkeits-sprünge zu vermeiden, wurde bei den Kreis- und Qua-drathohlprofilen eine einheitliche Blechdicke von 10 mm für alle Profilhöhen angesetzt. Bei den ausge-wählten Stahl- und Verbundstützen sind im untersuch-ten Parameterbereich mindestens die Anforderungen an die Querschnittsklasse 3 eingehalten.

In Bild 47 ist oben die Tragfähigkeit der verschiedenen Stützentypen (Kaltbemessung) in Abhängigkeit von der Nennhöhe der Querschnitte aufgetragen. Bei den Stützen mit den HEA-Profilen wurde jeweils das Kni-cken senkrecht zur y-Achse und zur z-Achse berück-sichtigt. Aus dem Vergleich von Stahl- und Verbund-stützen mit gleicher Nennhöhe lässt sich der Tragfähig-keitszuwachs durch die Ergänzung des Stahlbetons ablesen. Es fällt auf, dass mit zunehmender Nennhöhe der Zuwachs größer wird. Dies gilt insbesondere für die Stützen mit Kreis- und Quadrathohlprofilen. Dies liegt einerseits daran, dass der Flächenanteil des Stahlbetons am Gesamtquerschnitt zunimmt. Andererseits geht auch der Knickeinfluss auf die Tragfähigkeit zurück. Für die HEA-Profile und warmgefertigten Stahlhohl-profile aus S460 darf nach DIN EN 1993-1-1 [103], Tab. 6.2 die günstige Knicklinie a0 verwendet werden. Bei den Verbundstützen sind nach DIN EN 1994-1-1 [107], Tab. 6.5 für kammerbetonierte I-Profile die Knicklinien b bzw. c und für betongefüllte Stahlhohlprofile mit bis zu 3 % Bewehrung die Knicklinie a unabhängig von der Streckgrenze vorgegeben. Je nach Stützenschlankheit wirken sich die Zuordnungen zu den Knicklinien unter-schiedlich stark aus. So ergeben diese bei den Hohlpro-filstützen bis zu einer Querschnittshöhe von 180 mm rechnerisch keine nennenswerten Tragfähigkeitsunter-schiede durch die Stahlbetonergänzung (Bild 47). Dies legt die Ausbildung von Verbundstützen erst bei größe-ren Stützenabmessungen nahe. Werden niedrigere Pro-filstahlfestigkeiten verwendet, macht sich der Einfluss der Stahlbetonergänzung früher bemerkbar.Aus dem jeweiligen Vergleich der Stahl- und Verbund-stützen untereinander ist abzulesen, dass bei gleicher Höhe die Querschnitte mit Quadrathohlprofilen die größte Tragfähigkeit aufweisen. Durch die Wahl von HEB- und HEM-Profilen sowie größerer Wandstärken der Hohlprofile lassen sich die Tragfähigkeiten bei gleichbleibender Nennhöhe der Profile weiter steigern oder die Stützen für eine gegebene Belastung schlanker ausbilden.In Bild 47 sind unten die Profilstahl- und Gesamtmasse je laufenden Meter Stütze über die Tragfähigkeit NRd aufgetragen (s. auch [66]). Da bei den Verbundstützen ein Teil der Last vom Stahlbeton übernommen wird, sind die auf die Tragfähigkeit bezogenen Profilstahl-massen am geringsten, die Gesamtmassen jedoch am höchsten. Die Ergebnisse für die Quadrat- und Kreis-hohlprofile sind wegen ähnlicher Trägheitsradien ver-gleichbar. Da die bezogene Knickschlankheit im be-trachteten Parameterbereich λ ̅ > 0, 5 beträgt, kann die Umschnürungswirkung des Betons bei den Kreishohl-profilstützen nicht ausgenutzt werden, sodass sich hier-aus für diesen Stützentyp keine besonderen Vorteile ergeben.Der auf die Tragfähigkeit bezogene Primärenergiebe-darf und die bezogenen Kosten der untersuchten Stüt-zen liegen bei gleicher Tragfähigkeit eng beieinander (Bild 48). Die Aufwandswerte fallen mit zunehmender Tragfähigkeit ab. Die Materialeinsparungen bei den


Hohlprofilstützen werden durch die höheren Herstel-lungskosten und den höheren Primärenergiebedarf teil-weise ausgeglichen (vgl. [49]). Der Einsatz von Beton und Bewehrung erhöht zwar die Kosten, führt jedoch zu höheren Tragfähigkeiten, sodass sich die auf die Tragfähigkeit bezogenen Kosten für Stahl- und Ver-bundstützen annähern und bei großen Grenzdruck-kräften nahezu gleich sind. Bei den Untersuchungen wurden die Herstellungs-, Fertigungs- und Montage-kosten berücksichtigt. Da die Betonier- und Beweh-rungsarbeiten bei Verbundstützen gegenüber Decken-

systemen aufwendiger sind, wurden die Aufwendungen hierfür mit einem Aufschlag von 20 % versehen (vgl. [49]).

5.3.3 Einfluss der Materialfestigkeit

Durch die Verwendung höherer Stahlfestigkeiten ist so-wohl für Stahl- als auch für Verbundstützen eine Stei-gerung der Tragfähigkeit oder die Ausführung kleinerer Querschnitte möglich (Bild 49, s. auch [66]). Da in der EPD Baustahl die Festigkeitsklassen S235 bis S960 im

Bild 47. Profilhöhe, Masse des Profilstahls und Gesamtmasse von ausgewählten Stahl- und Verbundstützen

Bild 48. Auf die Tragfähigkeit bezogene Werte für Primärenergiebedarf und Kosten ausgewählter Stahl- und Verbundstützen (Legende gemäß Bild 47)


Integral ihrer Verwendung behandelt werden, sind die ausgewiesenen ökologischen Belastungen unabhängig von der Streckgrenze, den Legierungsanteilen und dem Behandlungszustand einheitlich (vgl. [65], Tab. 4). Ent-sprechendes gilt für Stahlhohlprofile nach DIN EN 10210, jedoch sind Norm und EPD auf Stähle bis S460 begrenzt.Wegen der mit der Stahlfestigkeit zunehmenden Trag-fähigkeit sinkt der hierauf bezogene Primärenergiebe-darf. Die höheren Materialkosten können innerhalb des betrachteten Schlankheitsbereichs durch die Tragfähig-keitssteigerung kompensiert werden, sodass sich auch ökonomische Vorteile durch die höheren Festigkeiten ergeben. In Bild 49 fällt auf, dass trotz der unterschied-lichen Tragfähigkeiten bei gleicher Nennhöhe der Pri-märenergiebedarf zwar von der Stahlfestigkeit abhän-gig, jedoch nahezu unabhängig von der Querschnitts-form ist. Auch hier gilt, dass Materialeinsparungen durch die günstigere Form der Hohlprofile vom höhe-ren Primärenergiebedarf je Masseneinheit weitestge-hend kompensiert werden.In Bild 50 ist der Zusammenhang zwischen der Nenn-höhe des Profils, dem Primärenergiebedarf und den Kosten für die Kombination verschiedener Stahl- und Betonfestigkeiten aufgetragen (s. auch [66]). Analog zu den Stahlgüten führt auch eine Erhöhung der Beton-güte bei Verbundstützen zu einer Erhöhung der Tragfä-

higkeit. Wie in Bild 37 gezeigt, nehmen Umweltwir-kung und Ressourceninanspruchnahme mit höheren Betongüten zu. Die ökologischen Produktdaten diffe-renzieren zwischen den Güten. Bezieht man den Pri-mär energiebedarf jedoch auf die Tragfähigkeit, werden die relativen Aufwendungen niedriger. Entsprechende Auswirkungen ergeben sich auch auf die Kosten. Zu erkennen ist, dass durch entsprechende Material- und Querschnittswahl Einsparungen von 20 bis 30 % mög-lich sind (Bild 50).

5.3.4 Einfluss der Stützenlänge

Die erforderliche Stützenlänge ergibt sich aus der lich-ten Raumhöhe und der Konstruktionshöhe des De-ckensystems einschließlich der Fußbodenaufbauten und ggf. abgehängter Decken. Die Wahl der lichten Raumhöhe beeinflusst die Umnutzungsfähigkeit eines Gebäudes (vgl. Abschnitt 4.3).In Bild 51 ist die Tragfähigkeit von Stahl- und Verbund-stützen mit Quadrathohlprofilen in drei Größen und unterschiedlichen Festigkeitsklassen in Abhängigkeit von der Knicklänge aufgetragen. Im gedrungenen und mittleren Schlankheitsbereich wirken sich hohe Festig-keiten positiv auf den Materialverbrauch aus. Aus den Diagrammen ist zu erkennen, dass die Abstände der Gruppen von Tragfähigkeitslinien (schwarze, dunkel-

Bild 49. Profilhöhe sowie Primärenergiebedarf und Kosten (beide bezogen auf Grenzdruckkraft) für Stahlstützen aus S235, S355 und S460

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