E. Ruter: Bauen mit Stahl Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH E. Rüter Bauen mit Stahl Kreative Lösungen praktisch umgesetzt Mit 216 Abbildungen , Springer Ewald Rüter Dieses Werk ist urheberre<:htlich geschützt. E. Rüter GmbH Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der übersetzung, des Nachdrucks, des Nortkirchenstraße 53 Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und 44263 Dortmund Tabellen, der Funksendung, der Mikrover filmung oder der Vervieltaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenver arbeitungsanlagen, bleiben,auch bei nur aus Redaktionelle Bearbeitung: zugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine L. Schubert, Meerbusch Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberre<:htsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundSätzlich vergütungspflichtig. Zuwider handlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. @Springer-VerlagBerlin Heidelberg 1997 Ursprtlnglich erschienen bei Springer-Verlag Die Fotografien zu diesem Band stammen von Berlin Ileidclbcrg New York 1997 Klaus Möller, Herdecke (42 Bilder), Softcover reprint of the hardcover Mannesmann-Röhren-Werke AG, 1st edition 1997 MülheimlRuhr (7 Bilder), Reinhard l'weer GmbH (3 Bilder), Krupp Stahlbau Hannover GmbH (1 Bild), Peter Knopf (1 Bild). Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und ISBN 978-3-642-63903-6 Markenschutz.-Gesetzgebung als frei zu ISBN 978-3-642-59218-8 (eBook) betrachten wären und daher von jedermann DOI 10.1007/978-3-642-59218-8 benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Die Deutsche Bibliothek _ CIP-Einheitsaufnahme Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. OIN, V01, VOE) Bezug genommen oder aus Rüter, Ewald: Bauen mit Stahl: kreative Lösungen ihnen zitiert worden sein,so kann der Verlag praktisch umgesetzt I Ewald Rilter. - Berlin ; keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit Heidelberg; NewYork; Barcelona; Budapest; oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, Hongkong; I.ondon; Mailand; Paris; gegebenenfalls fur die eigenen Arbeiten die voll Santa Clara; Singapur; Tokio: Springer, 1997 ständigen Vorschriften oder Richtlinien in der ISBN 3-540-61543-1 jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Satz: Fotosatz-Service Köhler OHG, Wilrzburg Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg SPIN: 10543474 6813020-543210- Gedruckt auf säurefreiem Papier Zum Geleit 1988 erhielt Ewald Ruter die "Auszeichnung des Deutschen Stahlbaues", mit der Verdienste urn das industrielle Bauen mit Stahlkonstruktionen durch Weiterentwicklung der Technik und Verbesserung der Wirtschaft lichkeit gewii.rdigt werden. Die Jury stellte in ihrer Begrundung Ruters Ideenreichtum bei der Entwicklung typisierter Bauelemente mit ein fachen Verbindungen zu vielseitig verwendbaren Bausystemen und deren konsequente Umsetzung in einem mittelstandischen Unter nehmen heraus. Nun legt dieser begal?te Stahlbauingenieur und -unternehmer der Fachwelt ein Buch vor, dessen Titel "Bauen mit Stahl-Kreative Losungen praktisch umgesetzt" wie eine Kurzfassung der Jury-Begrundung fUr die ihm vor Jahren zuerkannte Ehrung klingt. Ich hatte das Gluck, mit Ewald Ruter uber lange Zeit bei seinen Ent wicklungen zusammenzuarbeiten: er war der mit auBergewohnlichem Ingenium, also mit schopferischer Geistesanlage und Erfindungskraft begabte Ingenieur; als Partner an einer Universitat spielten wir die Rolle von Ingenieuren anderer Auspragung, namlich die wissenschaftlich gebildeter Fachleute der Technik, die auf der Grundlage uberlieferten Wissens mit methodisch betriebener Forschung zu neuen Erkenntnissen kommen wollten. So stand auf der einen Seite der innovative Ingenieur mit der Fahig keit, sich grundsatzliche Neuerungen einfallen zu lassen, sich aus herge brachten Denkschemen zu losen. Dabei ist Sprunghaftigkeit - wie bei einer Mutation - ein wesentliches Kennzeichen seines Tuns, und er wird umso besser, je sprunghafter er ist. Das Vorgehen der anderen Beteilig ten war stark gestimmt durch Methodik, durch Rationalitat, denn Wissenschaftler konnen nur in der Oberzeugung arbeiten, daB der Gegenstand ihrer Beschaftigung von logischer, gesetzmaBig berechen barer Beschaffenheit ist. Bei dieser Zusammenarbeit habe ich bewundert, wie Ewald Ruter Neue~ konzipiert und wie umfassend er denkt, wenn er Entwicklungen vorantreibt: die Konstruktion steht zwar im Vordergrund, aber Werk stoffwahl und Fertigungsmoglichkeit, Kosten, Anwendungsvielfalt und Montage werden immer mitbedacht. Ein Festhalten an gefundenen Losungen gibt es nicht, wenn er auf neue Prinzipien s10Bt oder Ver besserungsmoglichkeiten findet. Dieses auBergewohnliche Wirken spiegelt Ruters Buch wider. Am Anfang steht die Wirtschaftlichkeit des Stahlbaues; dazu wird u. a. die VI Zum Geleit von ihm entwickelte Einrichtung und Organisation seiner Werkstatt beschrieben. Es folgen Betrachtungen zu Konstruktionsprinzipien, die spater durch die Darstellung von Konstruktionsdetails erganzt werden. Hierbei entdeckt man kaum etwas, was man schon woanders so gesehen oder gelesen hat. Die aus den Grundlagen entwickelten Elementar-Bausysteme spre chen fUr sich: bauaufsichtlich zugelassen sind mit ihnen viele ver schiedenartige Bauaufgaben realisiert worden, im Buch wird von einigen berichtet. DaB Ewald Ruter fUr mehrere Abschnitte Kollegen als Autoren ge winnen konnte, bestatigt seine Offenheit bei der Zusainmenarbeit mit Fachleuten fUr spezielle Fragen. Und daB er mit dieser Offenheit die Fachwelt in seine Werkstatt - dies im weitesten Sinn - schauen laBt, spricht fUr seine Sicherheit, durch Konkurrenz eher das Geschaft zu beleben als sich dadurch zu schaden. Ich kann nur wiinschen, daB aUe Stahlbauer das Buch gut studieren und daB es in der Lehre verwendet wird, damit junge Ingenieure Stahl bau fortschrittlich betreiben. J. Scheer; Hannover/Braunschweig Vorwort Was gab den Impuls zu diesemBuch? Es entstand aus der Idee, die Arbeitsergebnisse vieler Jahrzehnte aktiver Tatigkeit im Stahlbau zu sammeln, zu sortieren und als Fachbuch einem breiteren Publikum zu prasentieren. Um bewiihrte Bautechnik vor dem Vergessen zu bewahren, aber auch um neue Elementar-Bausysteme - dazu wurden mir verschie dene Patente erteilt - noch breiter bekannt zu machen. Das Buchvorhaben war, wie sich bei den Vorarbeiten bald zeigte, kein ganz einfaches, mit allein etwa 200 Konstruktionszeichnungen und Fotos, die die "Fruchte dieser Arbeit" prasentieren. Sie dokumentieren nicht nur eine sehr groBe Spannweite an Stahlbauarbeiten, sie wurden fast ohne Ausnahme auch praktisch ausgefiihrt. Mit all dem entspre chenden Erfahrungsgewinn in der Konstruktion, bei der Fertigung im eigenen Betrieb und der Montage, und sei es auch aus anfanglichen Feh lern. Dabei fiel im Laufe von fast 50 Jahren so gut wie alles an Aufgaben an, was von einem mittelstandischen Stahlbauunternehmen verlangt werden kann: yom Hallen- bis zum Briickenbau, von der Kranbahn bis zum komplexen Baukastensystem fUr Raumfachwerke. Fiir ein noch besser abgerundetes Fachbuch mochte ich mich be sonders auch bei den Gast-Autoren bedanken. Fur ihre Rahmenbeitrage uber Architekturfragen, Brandschutz, Stahlbau-Hohlprofile und CAD Anwendung. Mit dem Werkstoff Stahl, unter Ausnutzung all seiner Eigenschaften, wurde das 19. Jahrhundert zum "Industrie-Zeitalter" umgeschmiedet. Dabei sind unziihlige, moglicherweise innovationstrachtige Legierungs kombinationen, vor allem auch fUr neue, leichtere Stahlsorten bis heute nicht erprobt. Wenn man dem Stahl deshalb jungst einen "dritten Friih ling" prophezeite, dann gilt das sicher ebenso fUr seine Anwendung im Stahlbau. Bis heute ist keine Konkurrenz in Sicht, die es in der Summe ihrer Vorteile mit dem Basiswerkstoff Stahl aufnehmen konnte. Ent scheidend aber - und das gilt auch im Computer-Zeitalter - ist und bleibt. die kreative Anwendung seiner unerschopften Moglichkeiten durch findige Ingenieure und Architekten. Und genau dazu soIl dieses Buch praktische Beispiele und Anregun gengeben! Ewald RiUer Inhalt TElL I Stahlbau - wirtschaftlich 1 Der wirtschaftlich organisierte Stahlbau-Betrieb 1 1.1 Verkehrgiinstige Lage oder flexible Transportmittel 1 1.2 Angemessene Hallen- und Transportkapazitat 2 1.3 Der Hallen-Vorplatz: Ent- und Beladen, Zwischenlagern und Zurichten ................ 4 1.4 Der optimal ausgelastete Maschinenpark .. 5 2 Klare Personalstruktur: Jedem seine Aufgabe 6 2.1 Eigenstandige "Montage-Tochter" . . . . . . 8 3 Rationelle Fertigungs-und Montageprozesse 8 3.1 Die rationelle Montage . . . . . . . . . . . . 9 4 Stahlbauarchitektur - Asthetik - Wirtschaftlichkeit 10 H. Hetschold, Witten 4.1 Veranderung findet immer im Kopf statt 12 4.2 Architekt und Ingenieur wieder als "Baumeister" 14 4.3 "Chaos" als Fundus fUr Kreativitat ....... 15 4.4 Der Werkbund-Streit: Kapital versus Kunst ... 16 4.5 Corporate Identity: das Gebaude als "Werbeflache" 17 4.6 Vision und Bestandigkeit ............. 18 TElL II Konstruktionsprinzipien 1 Elementiertes Bauen . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.1 Stadtbahn-Haltestelle "Oberhausen - Neue Mitte" 23 2 Konstruktionsablauf: Teamwork zwischen Architekt, Konstrukteur und Statiker . . . . . 23 2.1 . Fazit ................ 24 3 Aktueller Stand: CAD irn Stahlbau 25 M. Huhn, Karlsruhe 3.1 Anwendungsbereiche ...... 26 3.2 Das Potential einer CAD-Losung 27 3.3 Oberlegte CAD-EinfUhrung . 28 3.4 Tendenzen und Perspektiven 28 X Inhalt ........... 4 Gu:6teile im Stahlbau 30 5 Korrosionsschutz: "So gut wie moglich ..." 34 ........ 5.1 Innen- oder Au:6eneinsatz? 35 5.2 SonderHille von Korrosionsschutz im Innenbereich 36 ............ Literatur 38 .... 6 Hohlprofile im Stahlbau 38 J. Krampen, Millheim a. d. Ruhr .. 6.1 Geschichtliche Entwicklung 38 6.2 Herstellung . . . . . . . . . . . 41 6·3 Normung, Forschung und Entwicklung 45 6.4 Konstruktion und Fertigung 51 6.5 Korrosionsschutz 53 6.6 Brandschutz 54 ..... Literatur 55 TElL III Brandschutzkonzepte fur Industrie-und GeschoBbau K. H. Halfkann . 1 Was sagt der Gesetzgeber 57 2 Nachweis der Feuerwiderstandsdauer 59 2.1 Normen und Versuche . . . . . 59 2.2 Einfache Nachweisverfahren . . 59 2.3 Wiirmebilanzierungs-Nachweis 61 3 Brandschutz-Beispiele . . . . . 62 3.1 City-Center, Essen ....... 62 3.2 Kunstmuseum Aalen/Westfalen 68 3.3 Entwicklungs- und Versuchszentrum Mercedes-Benz, Sindelfingen ... 70 4 Zusammenfassung 72 Literatur ..... 73 TElL IV Konstruktionsdetails 1 Stutzenfii:6e 75 1.1 Eingespannte Stutzen ..... 75 1.2 Gelenkig gelagerte Stutzenfii:6e 82 2 Horizontale und vertikale Aussteifungen 96 2.1 Hallenaussteifung in Liingsrichtung 97 2.2 Hallenaussteifung in Querrichtung 100 2.3 Zugbeanspruchte Verbiinde . 100 2.4 Druckbeanspruchte Verbiinde . . . 104 Inhalt XI 3 pfosten-Riegel-Konstruktionen fUr Fassaden . . . . 104 3.1 Hohlprofll-Steckanschliisse ............. 105 3.2 Verbindung von Fassaden-und Tragkonstruktionen 105 4 Befestigung von Wandverkleidungen .... 110 4.1 Wandkonstruktionen fUr Sandwichelemente 112 4.2 Wandkonstruktionen fUr Betonplatten 112 5 Auslegung von Kranbahntragern ...... 113 5.1 Neue Steckverbindung fUr Briickenkrantrager .. 115 5.2 Trager fUr Hangekrane . . . . . . . 120 5.3 Katzbahntrager: StOBe und Auflager 126 5.4 Kranschienen-Hilfspuffer 126 6 Tragerbau........ 128 6.1 Gelenkige Anschliisse 129 6.2 Biegesteife 1-Trager-Steck-Verbindung 134 6.3 Biegesteife 1-Trager-Eckverbindung . . 135 7 Beispiele fUr Hohlprofil-Verbindungen 138 7.1 Biegesteifer RundrohranschluB 139 7.2 Biegesteife Hohlprofll-/RohrstoBe 143 8 Anschliisse an Betonbauteile 159 8.1 Stahl-Einbauteile......... 159 8.2 Stahl-Anbauteile......... 165 9 Verstarkung und Sanierung von Betonbauteilen 169 9.1 Stiitzen-Verstarkung 169 9.2 Betonbau-Sanierung 170 10 Sonderlosungen.. 173 10.1 Briickeniibergange . 174 10.2 Briickenauflagerungen 176 10.3 Vorrichtung fUr hydraulisches Vorspannen 181 10.4 FahrbahnstoBe fUr Kabinen-Hangebahn 183 10.5 Stiitztragwerk fUr Wanddurchbruch . . . . 185 10.6 Korrosionssichere Gelanderkonstruktion . 188 10.7 Befestigung des Treppengelanders am Mauerwerk 189 10.8 Staubdichte Durchbruchabdeckungen . . . . . . . 191 10.9 Thermische Trennung zwischen Innen- und AuBentrager 191 10.10 Vorrichtung fUr Verbundanker-Zugversuche ....... 193 TEILV Elementar-Bausysteme 1 Rohrstabwerk (System RRV) 195 1.1 Keil-Klemm -Systemtechnik 198 2 Wandfachwerk und Mehrzweckgeriiste mit Keil Steck-Verbindung (System KSV) 199 2.1 Keil-Steck-Systemtechnik ........... . 199