Einführung

Im Industriebau hat die Verwendung von Stahl eine ganz bestimmte Funktion, nämlich die Gewährleistung der Tragfähigkeit und der sicheren und störungsfreien Nutzung. Bei den architektonischen Konstruktionen kommt noch die optische Wirkung dieser Konstruktionen hinzu. Diese ist möglich, weil Stahl in einer nahezu unbegrenzten Vielfalt an Formen, Verjüngungen, Rundungen, Farben und Oberflächenbehandlungen hergestellt werden kann. Diese Art von Konstruktionen ziehen die Blicke auf sich, sie können beeindrucken, sie können Wegweiser sein und manchmal werden sie sogar zu Symbolen.

Einige von ihnen sind täglich in Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden anzutreffen und gewährleisten deren Funktionalität und Sicherheit. Dazu gehören unter anderem: Treppen (einzelne Läufe oder Treppenhäuser), Geländer, Balkone, Außenfassaden, Vordächer, Oberlichter, Außenaufzüge, Zäune und viele andere. 

Materialien

Neben Kohlenstoffstahl werden häufig auch rostfreier Stahl, Corten (auch Roststahl genannt), Kupfer oder Legierungen aus verschiedenen Metallen wie Bronze und Messing verwendet. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der oben genannten Materialien ist es notwendig, einige Zeit damit zu verbringen, sich mit ihnen vertraut zu machen, um keine Probleme zu verursachen. Im Folgenden werden einige praktische Beispiele angeführt:

Schweißen von kohlenstoffarmem Stahl und reinem Kupfer

Aufgrund des großen Unterschieds zwischen den Schmelzpunkten der beiden Metalle wird als Schweißzusatzwerkstoff beispielsweise reines Kupfer (oder Nickel) in Form von Schweißdraht verwendet. Andernfalls kann es beim Schweißen zu Hitzesprüngen kommen.

Korrosion von verzinkten Bauteilen

Rostfreier Stahl ist ein edles Material und in den meisten Verbindungen kathodisch, während Zink und verzinkter Stahl in der Spannungsreihe der Metalle niedriger sind – in Kombination mit rostfreiem Stahl sind sie eher anodischer Natur. Wenn nichtrostender Stahl mit verzinktem Stahl verbunden ist und der Stromkreis durch den Elektrolyten (z.B. Regenwasser) geschlossen wird, kann es zur Korrosion des anodischen Materials, d.h. des verzinkten Stahls, kommen. 

Bearbeitung von rostfreiem Stahl

Bei der Bearbeitung von gewöhnlichem (schwarzem) Stahl mit Sägen, Bürsten usw. wird die Oberfläche des rostfreien Stahls verunreinigt. Die Kohlenstoffstahlpartikel setzen sich tief in die Oberfläche des rostfreien Stahls, wo sie nach kurzer Zeit zu korrodieren beginnen. Dies äußert sich in rostigen Flecken auf der Oberfläche des Edelstahls.

Um ein einzigartiges, modernes Aussehen zu erzielen, wird Stahl in der Architektur häufig mit anderen Materialien wie Holz oder Glas kombiniert. Bei Glas wird hauptsächlich Verbundglas verwendet. Dabei handelt es sich um verstärktes Glas (VSG). Es entsteht, indem zwei oder mehr Glasscheiben mit einer speziellen Folie miteinander verbunden werden. Der Vorteil dieser Art von Glas ist die Sicherheit – im Falle einer Beschädigung zerbröckelt das Glas und bricht, aber die Glasstücke bleiben an der Folie haften. Durch die Kombination der richtigen Menge und Art von Glas ist es möglich, Glas mit schalldämpfenden, einbruchsicheren oder kugelsicheren Eigenschaften zu erhalten.

Auch zugekaufte Elemente wie: Magnetschlösser (Foto 1), manuelle Schlösser, alle Arten von Scharnieren (z.B. selbstschließend), hydraulische Antriebe (z.B. für Flügeltore, Luken) oder eine breite Palette von Halterungen (z.B. zur Befestigung von Geländestossgrifen (Foto 2) oder Glasscheiben (Foto 3) werden verwendet. Es ist notwendig, sich mit ihren Daten und Montagerichtlinien vertraut zu machen, um die Stahlkonstruktion richtig darauf vorzubereiten. Manchmal werden solche Elemente bereits in der Vorfertigungsphase eingebaut (z.B. bevor die Stahlkastenelemente versiegelt oder lackiert werden).

Fertigstellung

Nachfolgend sind nur ausgewählte Beispiele in Abhängigkeit vom verwendeten Material aufgeführt:

Kohlenstoffstahl

Verzinkung, Pulverbeschichtung mit Polyester- und thermoplastischen Farben;

Rostfreier Stahl

Schleifen, Bürsten, Oberflächenbeschichtung mit anderen Materialien oder Polieren auf: matt, satiniert Foto 4, spiegelnd Foto 5. Bei Blechen auch Perforation und Prägung Foto 6.

Corten

Foto 7, ein Stahl mit erhöhter Widerstandsfähigkeit, der sich bei Feuchtigkeitseinwirkung auf natürliche Weise mit einer charakteristischen rostähnlichen Schicht überzieht. Die Kupferoxidschicht beeinträchtigt die Struktur des Stahls nicht und bietet sogar eine zusätzliche Schutzschicht (im Gegensatz zu „echtem“ Rost). Es ist jedoch zu beachten, dass der Stahl gut geschützt sein muss und keine Spalten oder Vertiefungen vorhanden sein dürfen.

Kupfer

Chemische Patinierung Foto 8 oder farblose Beschichtungen, um die natürliche Farbe zu erhalten.

Glas

Glas ist zwar kein Stahl, aber dennoch erwähnenswert. Es ist sowohl in transparenter als auch in milchiger Form in einer Vielzahl von Farben erhältlich. Die Ränder sind oft geschliffen, und die häufigsten Schliffe sind:

Verbindungselemente

Im Gegensatz zu industriellen Konstruktionen eröffnet sich uns bei architektonischen Konstruktionen eine viel breitere Auswahl an Sortiment. Neben Sechskantschrauben werden häufig auch Senkkopfschrauben verwendet. Bei Zäunen oder anderen Konstruktionen, wie z.B. Fahrradkäfigen, bei denen die Schrauben beim Lösen ihre Schutzfunktion für den Innenraum verlieren, werden auf der Außenseite Schlossschrauben (mit Kugelkopf) verwendet. Der Schaft einer solchen Schraube hat zum Teil einen quadratischen Querschnitt, der sich in einem speziell vorbereiteten Loch im zu befestigenden Bauteil verkeilt, so dass die Mutter von innen angezogen werden kann.

Auch Inbusschrauben (mit Kugel- oder Flachkopf) werden häufig verwendet. Für Blechkragen werden feine Nieten (z.B. Stahlaluminium), selbstbohrende Verbindungselemente (in großer Auswahl) oder Klebstoffe verwendet.

Prozess

Alles beginnt mit Gesprächen mit dem Kunden und wird in der Regel von einem Architekten durchgeführt. Es wird ein architektonischer Entwurf erstellt, auf dessen Grundlage der Ingenieur Berechnungen vornimmt und die Querschnitte der Elemente auswählt. Alles geht zur Genehmigung an den Kunden zurück. Der nächste in der Reihe ist der Detailplaner (die Person, die den detaillierten Werkstattentwurf der Konstruktion ausführt).  Er macht sich mit den erhaltenen Unterlagen vertraut und formuliert eventuelle technische Fragen. Manchmal ist dies ein mühsamer und langwieriger Prozess, bei dem E-Mails geschrieben und Besprechungen abgehalten werden.

Stahlkonstruktionen in architektonischen Gebäuden erfordern häufig, dass bei der Planung der Bestand an bestehenden Konstruktionen (z.B. Stahlbeton oder Mauerwerk) berücksichtigt wird, so dass es unvermeidlich ist, auf Folgendes zurückzugreifen:

• Messungen aus der Baustelle (Zollstock/Entfernungsmesser). Das Verständnis der erhaltenen Skizzen ist manchmal schwieriger als die Konstruktion selbst, die die Aufgabe ist. Kurz gesagt: „Was hatte der Autor im Sinn?“.
• Geodätische Vermessungen. Wenn das Gebäude gemäß dem Entwurf errichtet wurde, gibt es keine Fragen, es werden nur geringfügige Korrekturen hinsichtlich der Höhen oder der Position von Elementen im Plan vorgenommen. Schlimmer ist es, wenn während des Baus Änderungen vorgenommen werden und man herausfinden muss, wie etwas letztendlich aussieht, weil es nicht im Entwurf steht.
• Laserscannen und Arbeiten mit einer Punktwolke. Die präziseste Methode zur Bestandsaufnahme, die eine Genauigkeit von einigen mm ermöglicht. Diese Methode wird für komplizierte Konstruktionen verwendet. Die nebenstehende Ansicht aus dem Programm Tekla Structures zeigt einen Ausschnitt aus einem Stahlbetonrahmenmodell mit einer Vorschau der Punktwolke.

In unserer Firma erstellen wir Modelle dieser Art von Konstruktionen mit dem Programm Tekla Structures, indem wir eingeben:

• Stahlbeton- und Mauerwerkskonstruktionen entsprechend dem Bestand;
• wichtige Abschlussschichten, die sich auf die Abmessungen der Stahlkonstruktion auswirken (z.B. die Standardhöhe von Brüstungen, die ab der Abschlussschicht berechnet wird). Manchmal ist bei dieser Art von Konstruktion eine zusätzliche Verkleidung mit dünnen Blechen erforderlich, um bestimmte Elemente zu verbergen oder einen ästhetischen Übergang zwischen verschiedenen Arten von Materialien und Abschlussschichten zu schaffen.
• Stahlkonstruktion;
• zugekaufte Elemente, z.B. die Halterungen an den Brüstungspfosten zur Befestigung der Glasfüllungen. Sie dienen dazu, die Elemente später zu zählen, die Glaselemente für die Bestellung vorzubereiten und die Lösungen auf den späteren Zeichnungen zur Genehmigung darzustellen.
• alle anderen Elemente wie z.B.: Treppenstufen aus Holz, Handläufe von Holzgeländern usw. Dies ist notwendig, da z.B. Glas in der Regel auf der Grundlage der vom Detailplaner erstellten Werkstattdokumentation der genannten Elemente bestellt wird. Außerdem müssen sie auf den Zeichnungen, die zur Genehmigung vorgelegt werden, dargestellt und beschrieben werden.

Sobald das Modell fertiggestellt ist, werden die oben genannten Zeichnungen zur Genehmigung erstellt.

Es gibt 3 grundlegende Stände für solche Zeichnungen:

• A – Zeichnung geprüft, keine Bemerkungen, weitere Arbeiten (wie Werkstattdokumentation oder Produktion) können fortgesetzt werden.
• B – Zeichnung geprüft mit Bemerkungen, die Arbeit (wie oben) kann fortgesetzt werden, sofern die Bemerkungen berücksichtigt werden.
• C – Zeichnung geprüft mit Bemerkungen, weitere Arbeiten sind nicht zulässig, Änderungen müssen entsprechend den Bemerkungen vorgenommen werden, und die Zeichnung wird zur erneuten Genehmigung überarbeitet. 

Mit der Genehmigung der Dokumentation verhält es sich unterschiedlich. Manchmal erfolgt sie beim ersten Mal, und manchmal erfordert sie die Geduld des Detailplaners und wird mit vielen Überarbeitungen erkauft. Überarbeitungen gibt es aus verschiedenen Gründen: die erhaltenen Unterlagen sind mangelhaft und man muss selbst etwas vorschlagen, einfacher menschlicher Fehler, Änderungen seitens des Architekten oder Ingenieurs oder die Unentschlossenheit des Kunden. Manchmal wird sogar ein 1:1-Muster eines Teilstücks der Konstruktion zur Genehmigung erstellt (z.B. ein halber Meter eines Geländers), wobei alle verwendeten Materialien, die Verbindungselemente, die Qualität der Schweißnähte und die Ausführung berücksichtigt werden.

Nach der Genehmigung der Dokumentation können die Werkstatt- und Montageunterlagen endgültig erstellt werden und der Auftragnehmer kann mit der Vorfertigung und Montage beginnen.

Nachfolgend finden Sie einige typische Zeichnungen aus dem Designprozess.

Wojciech Świerad

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