Plattform zu Beton und Stahl im Bauwesen
Hochfester Stahl ist ein Begriff, der in der Baubranche unterschiedlich interpretiert wird. Im Nichtwohnungsbau wird oft schon die Stahlsorte S355 als hochfester Stahl angesehen, während im Infrastrukturbereich S355 der Standard ist und man erst bei Sorten wie S420 oder S690 von hochfestem Stahl spricht. Laut Frank Maatje, Direktor von Bouwen met Staal, liegt der Unterschied in der Streckgrenze: die Spannung, bei der der Stahl beginnt, sich plastisch zu verformen. Genau diese Eigenschaft macht hochfesten Stahl zu einem besonderen Baumaterial.
Wenn Stahl seine Streckgrenze erreicht hat, beginnt er zu fließen/zu verformen, ohne die Spannung weiter zu erhöhen. “Das mag wie ein Nachteil klingen, ist aber tatsächlich eine Stärke”, sagt Maatje. “Bei einem Stahlträger treten die höchsten Spannungen in der Regel an den Rändern des Querschnitts auf. Sobald dort die Streckgrenze erreicht ist, kann der verbleibende - noch nicht fließende - Teil des Querschnitts zusätzliche Kräfte aufnehmen. Der fließende Teil bewegt sich sozusagen mit, wodurch sich die Kräfte innerhalb der Struktur umverteilen. Diese Umverteilung sorgt dafür, dass Stahlkonstruktionen effizient und sicher belastet werden können.”
Hochfester Stahl kann weiter gedehnt werden, bevor die Streckgrenze erreicht ist. “Da ein Material nur dann Kraft aufnehmen kann, wenn es sich verformt, bedeutet mehr zulässige Verformung auch eine höhere Belastbarkeit”, erläutert Maatje. “Ein Stahl wie S355 kann mehr Spannung aufnehmen als S235, bevor es zu einer plastischen Verformung kommt. Das bietet Gestaltungsfreiheit: Bei gleichem Querschnitt kann mehr Last aufgenommen werden, oder, was noch interessanter ist, die gleiche Leistung kann mit weniger Material erreicht werden. Man kann also Material einsparen.”
Dies erfordert jedoch eine sorgfältige Konstruktion, fügt Maatje hinzu. “Abgesehen davon, dass die Spannung nicht zu hoch werden darf, gibt es auch Anforderungen an die Durchbiegung. Die Steifigkeit von Stahl wird durch den E-Modul bestimmt, und dieser ist für alle gängigen Stahlsorten gleich. Ob man nun S235 oder S690 verwendet: Der E-Modul ändert sich nicht. Das bedeutet, dass ein schlankerer Träger aus hochfestem Stahl zwar stärker, aber nicht steifer ist. Die Durchbiegung muss daher durch die Konstruktion kontrolliert werden, z. B. durch die Verwendung höherer Balken oder Fachwerkbinder. Hochfester Stahl begünstigt also intelligente, effiziente Bauformen”.”
Und diese effizienteren Formen können Material einsparen. “Der Wechsel von S235 zu S355 kann in vielen Fällen rund 10 Prozent Stahl einsparen”, nennt Maatje ein Beispiel. “Das bedeutet weniger Gewicht, weniger Transport und einen geringeren CO2-Fußabdruck. Vor allem im Kontext des nachhaltigen Bauens ist dies ein wichtiger Schritt. In den skandinavischen Ländern ist S355 seit Jahren der Standard im Bauwesen, während in den Benelux-Ländern und in Deutschland S235 noch weit verbreitet ist. Hier gibt es also Potenzial.”
Hochfester Stahl ist produktionstechnisch gesehen im Wesentlichen das gleiche Material. “Der Unterschied entsteht beim Walzprozess. Durch das noch kontrolliertere Walzen verändert sich die Mikrostruktur des Stahls auf atomarer Ebene, was zu einer höheren Zugfestigkeit führt”, erklärt Maatje. Hochfester Stahl ist also kein exotischer Werkstoff, sondern eine Weiterentwicklung eines bestehenden Verfahrens. Mit der Verwendung höherer Stähle steigt jedoch die Komplexität des Schweißens. ”Es gibt strengere Anforderungen an die Schweißnahtqualität, um Rissbildung zu vermeiden. Auch bei der Ermüdung, wie bei Brücken, bietet eine höhere Stahlsorte nicht automatisch einen Vorteil. Die Ermüdungsfestigkeit steigt nicht proportional zur Streckgrenze; dies erfordert oft dickere Bleche oder eine angepasste Detaillierung.“
Sektoren wie der Schwerlastverkehr und die Offshore-Industrie profitieren jedoch schon seit Jahrzehnten von der Stärke hochfester Stähle. “Unternehmen wie Mammoet und Huisman bauen Kräne und Anlagen, bei denen Gewichtseinsparungen entscheidend sind. Dort ist die Verwendung von hochfestem Stahl alltäglich. Die Technologie ist also verfügbar und bewährt. Die Herausforderung im Bauwesen besteht darin, anders zu planen und die Kette von der Lagerverwaltung bis zur Ausführung anzupassen. Wer bereit ist, über die Standardlösung hinauszublicken, kann hochfesten Stahl verwenden, um effizienter, leichter und damit nachhaltiger zu bauen. Als Branchenverband tun wir unser Bestes, um dies zu vermitteln.”
