Vorteile von Leichtstahlrahmen

Jul 17, 2023

Einer der Hauptvorteile von Leichtstahlrahmen ist seine Vielseitigkeit und die Vielfalt der Gebäudetypen, für die er verwendet werden kann.

Die Anwendungen von Leichtstahlrahmen reichen von Flachbauten bis hin zu mehrstöckigen Gebäuden mit mehreren Wohneinheiten, einschließlich plattenförmiger Strukturrahmen, Außenwandsystemen und vollständig fertigen Modulkonstruktionen außerhalb des Geländes. Die Bandbreite der Gebäudetypen wird durch die in den Abbildungen 1 bis 4 dargestellten Projekte veranschaulicht.

Das breite Anwendungsspektrum kommt zu den Vorteilen hinzu, die man von einer modernen Bauweise erwarten kann: schnelle Baugeschwindigkeit, hohe Qualität und Leistung, hervorragende Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Ein Hauptsektor für leichte Stahlrahmen sind vier- bis achtstöckige Wohngebäude und Gebäude mit gemischter Nutzung, die häufig Gewerbeflächen und Parkplätze auf den unteren Ebenen umfassen. In diesen Fällen ist die Leichtbaueigenschaft des Bausystems entscheidend, um die Belastungen der Tragkonstruktion zu minimieren.

Der leichte Stahlrahmen besteht aus verzinkten, kaltgeformten C-Profilen mit einer Tiefe von 70 mm bis 100 mm in den Wandpaneelen und 150 mm bis 300 mm tiefen C-Profilen oder Gitterträgern in den Böden. Es können Spannweiten von bis zu 6 m erreicht werden, was den Verzicht auf tragende Innenwände ermöglicht und somit zu einer Flexibilität bei der Innenraumplanung führt.

Die vorgefertigten Wandpaneele sind typischerweise geschosshoch (also 2,7 m bis 3,2 m) und bis zu 8 m lang, je nach Transport und Hub.

Bereits aus 12 Wandpaneelen lässt sich ein Haus bauen und per LKW können bis zu vier Häuser oder große Wohnungen angeliefert werden. Die Böden können in Form vorgefertigter Bodenkassetten oder als Einzelbalken verlegt werden. Ein typisches Leichtstahlprojekt während der Bauphase ist in Abbildung 5 dargestellt.

Die Option, Verbundbodenplatten zu verwenden, die von leichten Stahlwänden getragen werden (siehe Abbildung 6), ist in einigen Branchen beliebt. In diesem Fall ist die Bodenplatte typischerweise 150 mm bis 180 mm tief und besteht aus profiliertem Stahlbelag mit Ortbeton. Die Spannweite beträgt bis zu 5,5 m, wenn sie während des Baus vorübergehend abgestützt wird. Das Eigengewicht ist nicht nur halb so hoch wie das einer flachen Betonplatte, es ist auch flacher und ermöglicht die Verlegung von Kanälen, die an der Terrassendiele aufgehängt sind.

Sowohl bei Balken- als auch bei Verbundböden werden häufig schlanke Bodenbalken verwendet, die in die Bodenzone integriert werden, um mehr offene Räume zu schaffen, was besonders in Pflegeheimen und Lobbybereichen nützlich ist. Beton- und Stahltreppen werden im Allgemeinen als Teil des Leichtstahlpakets geliefert und sind in das vom Leichtstahllieferanten bereitgestellte Building Information Model (BIM) integriert.

Die strukturelle Leistungsfähigkeit kaltgeformter Profile ermöglicht ihren Einsatz in einer Vielzahl von Anwendungen. Ein leichtes C-Profil aus Stahl mit einer Dicke von nur 1,5 mm kann einer Druckbelastung von bis zu 50 kN standhalten. Für die Stabilität sind in die Wände strukturelle Aussteifungen integriert, so dass bei mittelhohen Gebäuden keine zusätzlichen Kerne erforderlich sind. Effiziente Designlösungen werden durch die Auswahl der Stahldicke und der Konfiguration der Abschnitte entsprechend den spezifischen Belastungsbedingungen erreicht.

Die Vorteile der Off-Site-Fertigung und von leichten Stahlrahmen kommen insbesondere bei städtischen Wohnprojekten zum Tragen, bei denen es häufig um eine Mischung aus Stadthäusern und größeren Wohnhäusern geht. Abbildung 7 zeigt ein Innenstadthotel in leichter Stahlrahmenkonstruktion. Die vom Auftraggeber und Auftragnehmer angestrebten Vorteile sind:

Gemischt genutzte Siedlungen umfassen in der Regel Gewerbe- oder Einzelhandelsflächen auf den unteren Ebenen und Wohneinheiten darüber. Ein gutes Beispiel ist der Bau von drei- oder vierstöckigen Wohnungen auf Einzelhandelsflächen, beispielsweise Supermärkten in städtischen Gebieten. Der gemischte Charakter des Projekts kann aus Planungsgründen oder zur Maximierung der Rendite der Landnutzung erforderlich sein.

Die Hauptanforderung ist eine leichte Überkonstruktion, die zwischen den Transferträgern überspannt werden kann und ausreichend robust ist, um unterschiedliche Durchbiegungen der Stützen zu tolerieren. Leichte Stahlrahmen haben sich als perfekte Lösung erwiesen, da sie weniger als 100 kg/m2 pro Etage wiegen und Spannweiten von bis zu 6 m zwischen den Trägern ermöglichen.

Die Leichtstahlrahmenindustrie ist führend bei BIM, das für den Herstellungsprozess von wesentlicher Bedeutung ist und Probleme vor Ort, insbesondere bei Schnittstellen zu anderen Komponenten, beseitigt. Beim Leichtstahlrahmen wird ein 3D-BIM-Modell der Gebäudestruktur im IFC-Format erstellt und dem Projektarchitekten während der Gestaltungsphase zur Verfügung gestellt.

Es ist wichtig, dass der Leichtstahllieferant frühzeitig benannt wird, um den Nutzen eines integrierten BIM-Modells maximieren zu können (siehe Abbildung 8).

Daraus erstellt der Leichtstahllieferant Plattenzeichnungen für die Fertigung und auch für die weiteren Komponenten, wie Stahlträger und Treppenelemente, die in das Modell integriert werden. Dies ermöglicht eine konsistente Geometrie und Schnittstellen zu anderen wichtigen Teilen des Gebäudes, wie z. B. Fassaden und Dienstleistungen. In dieser Phase werden Konflikte identifiziert und gelöst. Der Hauptauftragnehmer oder Projektarchitekt übernimmt häufig das BIM-Modell und verwaltet spätere Aktualisierungen, sodass es dem Kunden und dem Facility Manager zur Verfügung steht.

Das Steel Construction Institute (SCI) verfügt über mehr als 25 Jahre Forschungs- und Entwicklungserfahrung im Leichtstahlsektor und arbeitet mit führenden Lieferanten von Leichtstahlrahmen zusammen, um Entwurfsrichtlinien für Strukturdesign, Akustik, Feuerbeständigkeit, thermische Leistung und Nachhaltigkeit zu erstellen. Der SCI hat eine Reihe technischer Informationsblätter veröffentlicht, um dem Sektor technische Leitlinien zu bieten.

Aus dem Markt geht klar hervor, dass die Zukunft des Leichtstahlrahmens auf den Wertvorteilen basiert, die die Beschaffung aus einer Hand und das integrierte Design bieten, und auf der Reaktion auf die Forderungen der Kunden nach schnell zu bauenden, leichten und anpassungsfähigen Gebäuden.

Die unabhängige SCI-Produktzertifizierung ist für die Marktakzeptanz neuer Systeme von Vorteil und ist auf typische Leichtstahlbausysteme zugeschnitten, darunter: Verkleidungen und Dächer, Außenwandsysteme, Leichtstahlrahmen und Modular.

Das Steel Construction Institute dankt den Mitgliedern des Light Steel Forums (siehe unten) für ihre Zusammenarbeit und die Bereitstellung von Bildern und Informationen.

Ayrshire Metals

BW Industries

Etex-Gebäudeleistung

Fusionsgebäudesysteme

Hadley-Stahlrahmen

Kingspan Steel Building Solutions

Metek

Saint-Gobain

Sigmat

Visionsorientierte Fertigung

voestalpine Metsec plc

Andrew Way

Stellvertretender Direktor

Institut für Stahlbau

Tel.: +44 (0)1344 636525

www.steel-sci.com

Twitter: @SCIsteel

LinkedIn: SCI-Gruppe