Dresdner Stahlbaufachta­gung 2017 (29.03.2017)

Stahl- und Verbundkonstruktionen für den Neubau und das Bauen im Bestand

Die Dresdner Stahlbaufachtagung 2017 wurde am 29. März in ihrer mittlerweile 11. Auflage im Gerhart-Potthoff-Bau der Technischen Universität Dresden durchgeführt. Die Veranstaltung bot den rund 200 Teilnehmern unter der Überschrift „Stahl- und Verbundkonstruktionen für den Neubau und das Bauen im Bestand“ erneut ein breites und vielschichtiges Vortragsprogramm. Die Organisation erfolgte durch das Institut für Stahl- und Holzbau der Technischen Universität Dresden und die Bauakademie Sachsen. Die Tagung wurde unterstützt von bauforumstahl, der FOSTA, der Ingenieur- und der Architektenkammer Sachsen, dem Verband Beratender Ingenieure (VBI), dem Verlag Ernst & Sohn und der Baukammer Berlin. Zu den Themenfeldern in diesem Jahr gehörten die Stahlverbundbauweise im Hochbau, die Instandsetzung von Altstahlkonstruktionen, Einwirkungen und die EDV-gestützte Berechnung von Tragwerken. Dabei wurden Entwicklungen zur kommenden Generation der Eurocodes in den jeweiligen Bereichen vorgestellt. Zu den Fachthemen trugen ausgewiesene Referenten aus Forschung, Industrie und den Verbänden vor.

Prof. Richard Stroetmann, Direktor des Instituts für Stahl- und Holzbau und Prodekan der Fakultät Bauingenieurwesen der TU Dresden, eröffnete die Veranstaltung mit einer kurzen Begrüßung der Teilnehmer und Dankesworten an die Referenten, die aus vielen Teilen Deutschlands, der Schweiz und Luxemburg nach Dresden gekommen waren. Im Rahmen der Eröffnung sprach Dr. Volker Cornelius, Präsident des Verbandes Beratender Ingenieure VBI, über die anstehenden Änderungen im Bereich der Bauproduktnormen. Dabei ging er auf die Folgen eines EuGH-Urteils aus dem Jahr 2014 ein, das die Abschaffung von Handelshemmnissen für Bauprodukte durch die europäische Harmonisierung fordert. In Deutschland bestehen diese noch oft aufgrund nationaler Normen und der Erfordernis allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassungen oder Zustimmungen im Einzelfall. Ein wesentliches Problem von CE-gekennzeichneten Bauprodukten besteht darin, dass die Kennzeichnung auf Basis harmonisierter Europäischer Produktnormen erteilt wird, die inhaltlich gravierende Fehler oder Regelungslücken aufweisen. Die Verantwortung für den sachgemäßen Einsatz der Produkte und deren Eignung zur Erfüllung der Anforderungen der Gebäude liegt dennoch beim Planer. In diesem Zusammenhang gab Dr. Cornelius den Hinweis, dass im Rahmen der Ausschreibung von Bauleistungen die erforderlichen Leistungsmerkmale der Bauprodukte genau und differenziert benannt werden müssen. Übergangsweise werden Bauprodukte mit Zulassungen durch das DIBt noch bis zum Jahr 2020 von der Bauaufsicht akzeptiert.

Dr. Gregor Nüsse von der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) übernahm anschließend die Moderation und führte sachkundig und eloquent durch die Veranstaltung. Den Eröffnungsvortrag hielt Prof. Dr. Richard Stroetmann über die Instandsetzung und Ertüchtigung von Altstahlkonstruktionen. Nach einer einführenden Darstellung der Altersstruktur bestehender Stahltragwerke folgte eine Übersicht über die verschiedenen historischen Verfahren zur Stahlherstellung. Bei Kenntnis des Alters eines Tragwerks können mit diesem Wissen bereits erste Eingrenzungen vorgenommen werden, welche Stahlsorte zu erwarten und mit welchen Werkstoffeigenschaften und metallurgischen Besonderheiten zu rechnen ist. Zur Identifikation der Stahlsorte sind die chemische Analyse und metallografische Untersuchungen des Gefüges geeignete Methoden. Außerdem wurden verschiedene Verbindungstechniken von Altstählen und ihre Anwendung bei der Sanierung von Tragwerken vorgestellt. Neben der traditionellen Niettechnik und dem Einsatz von Rundkopfschrauben können Flussstähle auch durch Kombinationen mit Neustahl und Schweißverbindungen in den sogenannten Speckschichten ertüchtigt werden. Die verschiedenen Lösungsmöglichkeiten wurden anhand aktueller Instandsetzungsprojekte und praktischer Beispiele erläutert. Zum Abschluss seines Vortrags stellte Prof. Stroetmann Ergebnisse eines an der Professur für Stahlbau abgeschlossenen Forschungsvorhabens im Rahmen der Forschungsinitiative Zukunft Bau zur Beurteilung der Sprödbruchgefährdung gelochter Stahltragwerke und der Dissertation von Dr. Lars Sieber vor. Die durchgeführten Werkstoffuntersuchungen haben gezeigt, dass die Bewertung alter Flussstähle anhand des Kerbschlagbiegeversuchs auf Basis der Mindestwerte der Kerbschlagarbeit nach DIN EN 1993-1-10 nicht geeignet ist. Die für Baustähle nach DIN EN 10025 gültige Sanz-Korrelation der Übergangstemperaturen T₁₀₀ aus dem bruchmechanischen Versuch an CT-Proben und T_27J aus dem Kerbschlagbiegeversuch gilt nicht für alte Flussstähle. Diese werden damit zu ungünstig bewertet.

Zum Ende des ersten Vortragsblocks präsentierte Univ.-Doz. Dr. Markus Schäfer von der Universität Luxemburg inhaltliche und strukturelle Entwicklungen zur Neuauflage der EN 1994-1-1. Den Vortrag begann er mit einem Abriss über die zeitliche Entwicklung der Normung im Stahlverbundbau und einer Darstellung, in wievielen verschiedenen Ländern außerhalb Europas die Eurocodes angewendet werden. Es folgten Erläuterungen zu den EU-Mandaten M466 und M515, der Struktur, den Zielen und zum zeitlichen Ablauf der Entwicklung der 2. Generation der Eurocodes. Zu den Zielen gehören die Vereinfachung der Anwendung, die Harmonisierung mit den Eurocodes 2 und 3, die Reduzierung national festzulegender Parameter sowie die Anpassung an den Stand des Wissens. Ein wichtiger Schritt ist die Schaffung eines konsistenten und durchgängigen Bemessungskonzepts. Dass dies noch nicht erreicht ist, zeigen z. B. die unterschiedlichen Definitionen der Betondruckfestigkeiten bei der Biegebemessung oder die unterschiedlichen Ansätze des Schwindens nach EN 1992 und EN 1994. Anhand einer Reihe interessanter Beispiel zeigte Dr. Schäfer, an welchen Stellen Änderungen in EN 1994-1-1 geplant sind.

Nach der ersten Pause eröffnete Dr. Frank Breinlinger, Geschäftsführer von Breinlinger Ingenieure in Tuttlingen, den zweiten Vortragsblock mit seiner Präsentation zu Einwirkungen auf Bauwerken. In der Einführung gab er zunächst eine Übersicht über die Strukturen der Normungsgremien und Arbeitsgruppen, die an der Weiterentwicklung der EN 1990 und EN 1991 beteiligt sind. Sehr eindrücklich führte er die Herausforderungen vor Augen, mit denen neue Mitglieder der Arbeitsgruppen konfrontiert sind. Als Leiter der Projektgruppe 1 der Initiative Praxisgerechte Regelwerke im Bauwesen e. V. (PRB) hat Dr. Breinlinger maßgeblich an den Änderungs- und Vereinfachungsvorschlägen mitgewirkt, die den europäischen Normungsgremien zur Weiterentwicklung der EN 1990 und EN 1991 vorgelegt wurden. Das Ziel der angestrebten Änderungen ist in erster Linie eine Vereinfachung der Anwendung unter Berücksichtigung des wissenschaftlichen Standes der Technik und der Wirtschaftlichkeit. An vielen Beispielen zu Verkehrs-, Schnee- und Windlastannahmen stellte Dr. Breinlinger Möglichkeiten zur Vereinfachung vor, die von den jeweiligen Arbeitsgruppen der PRB erstellt wurden. Zudem zeigte er eine Möglichkeit auf, wie der Umgang mit den Teilsicherheiten und Beiwerten zur Bildung von Einwirkungskombinationen deutlich erleichtert werden kann.

Prof. Dr. Markus Knobloch von der Ruhr-Universität Bochum referierte im Anschluss über die Bemessung von Tragkonstruktionen für den Brandfall. Ausgehend von den Brandschutzzielen, -konzepten und -anforderungen stellte Prof. Knobloch Lösungsansätze für den baulichen Brandschutz im Detail vor. Der präskriptive Ansatz stellt die einzelnen Bauteile in den Vordergrund, die der Brandeinwirkung für eine definierte Zeit widerstehen müssen. Im Unterschied dazu werden beim schutzziel- und tragwerksorientierten Ansatz konkrete Leistungsanforderungen für das Tragwerk im Brandfall formuliert. Damit können Vorteile in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit und Ästhetik der Konstruktionen erzielt werden. Im Anschluss stellte Prof. Knobloch die tragwerksorientierte Bemessung für den Brandfall vor, zu der ein Brandmodell, ein thermisches Modell und ein Strukturmodell für die Tragkonstruktionen zu berücksichtigen sind. Zudem ging er auf die allgemeinen und vereinfachten Bemessungsverfahren der Eurocodes ein und stellte die Berechnung der Stahltemperaturen vor, die eine wesentliche Grundlage zur Bestimmung der Bauteilwiderstände im Brandfall sind. Im zweiten Teil des Vortrags präsentierte Dipl.-Ing. Mathias Stamm von der Gruner AG Basel ein Praxisbeispiel einer Level-3-Analyse (Heißbemessung) für die Mensa I der Universität Tübingen. Dabei erläuterte er die angesetzten Brandszenarien, die Modellierung des Tragwerks mit der Methode der Finiten Elemente und die abschließende Beurteilung des Feuerwiderstands der Konstruktion.

Nach einer sonnigen Mittagspause und angeregten Diskussionen über die bisherigen Vorträge eröffnete Dr. Stefan Herion von der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) den dritten Vortragsblock mit einer Übersicht zum Stand und den Entwicklungen der internationalen Normung zur Auslegung von Stahlhohlprofilkonstruktionen. Gemeinsame Grundlage sind die Empfehlungen zur Berechnung und Bemessung der CIDECT, der internationalen Vereinigung führender Hersteller von Hohlprofilen und Röhren, die in verschiedenen Bänden vom Verlag TÜV-Rheinland herausgegeben wurden. Regelwerke sind u. a. die ISO 14346, die Empfehlungen IIW XV-E des International Institute of Welding und die EN 1993-1-8 auf europäischer Ebene. Neben der redaktionellen Überarbeitung des Abschnitts 7 der EN 1993-1-8 werden weitere Knotentypen aufgenommen, der Einfluss der Gurtausnutzung bei der Knotentragfähigkeit auch für Zugbeanspruchungen und Stahlfestigkeitsklassen bis S700 berücksichtigt. Für komplexere Knotentypen sind weiterhin strukturmechanische Berechnungen auf Basis der FEM erforderlich. Seit einigen Jahren wird an neuen Bemessungsregeln gearbeitet, der sogenannten Komponentenmethode, die voraussichtlich Gegenstand einer „Technical Specification“ zu den Eurocodes wird. Die derzeitigen Regelungen in EN 1993-1-9 zur Ermüdungsfestigkeit von Hohlprofilknoten nach dem Nennspannungskonzept sind nur für einen kleinen Anwendungsbereich gültig. Es ist ein Ausbau des Strukturspannungskonzepts geplant, das eine breitere Anwendung ermöglicht. Zudem wird an der Erweiterung der Kerbfalltabellen gearbeitet. In diesem Zusammenhang wurde das Gemeinschaftsforschungsprojekt P1132 von der FOSTA und der CEDICT aufgelegt, das sich inhaltlich mit der Ermüdungsfestigkeit von Hohlprofilknoten und -stößen auseinandersetzt. Unter Berücksichtigung neuer Erkenntnisse sollen die Regeln in den Eurocodes, der ISO und der CEDICT wieder vereinheitlicht werden.

Die Nachweisverfahren auf strukturmechanischer Grundlage bildeten eine gute Überleitung zum Vortrag von Prof. Dr. Andreas Taras von der Universität der Bundeswehr München, der über die EDV-gestützte Berechnung von Stahlkonstruktionen und die Anwendung der Finite-Elemente-Methode referierte. In vielen Teilen der EN 1993 sind bereits Hinweise zur Bemessung von Tragwerken mit der FEM enthalten. Am Beispiel der Praterbrücke in Wien, dem Isarsteg in Freising und einer ÖBB High-Speed Hilfsbrücke erläuterte er zunächst numerische Spannungsberechnungen und den Umgang mit Spannungsspitzen. Eindrücklich demonstrierte Prof. Taras, zu welch unterschiedlichen Ergebnissen die Ermüdungsfestigkeitsnachweise zu ein und demselben Konstruktionsdetail führen, wenn man jeweils das Nenn-, Struktur- und Kerbspannungskonzept anwendet. Sehr aufschlussreich waren auch seine Ausführungen zum Einfluss der Ausführungsqualitäten von Schweißverbindungen auf die Ermüdungsfestigkeit, die er unter anderem am Beispiel der Schweißnahtüberhöhungen von Stumpfstößen und dem Versatz angeschlossener Bleche von Kreuzstößen verdeutlichte. Stabilitätsnachweise von Bauteilen können bei Ansatz geeigneter Imperfektionsannahmen zugleich den Querschnittsnachweis unter Einbeziehung lokalen Beulens beinhalten. Hierzu sind neben globalen und lokalen Geometrieabweichungen Eigenspannungen und nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehungen zu berücksichtigen. Der Vortrag von Prof. Taras endete mit dem Fazit, dass ein Paradigmenwechsel bei der Planung von Stahlbaukonstruktionen unvermeidbar ist. Dabei verwies er auf den Maschinenbau, bei dem dieser schon weitestgehend vollzogen ist. Durch Berechnungen mit der „exakten Geometrie“ werden viele Modellunsicherheiten reduziert. Allerdings wird gleichzeitig die vom Prüfingenieur durchgeführte Kontrolle der Ergebnisse erschwert. Die Normung und Ingenieurausbildung müssen diesem Wandel in den kommenden Jahren gerecht werden. Dabei sind eine stärkere Berücksichtigung numerischer Berechnungsverfahren in den technischen Regelwerken und die Weiterentwicklung der Ausbildung weg von der klassischen „Nachweisführung“ hin zum „Design by (FEM) Analysis“ erforderlich.

Nach einer kurzen Kaffeepause eröffnete Dipl.-Ing. Andreas Gelhaar, Prokurist vom Institut für Stahlbau Leipzig GmbH und Sachverständiger für Korrosionsschutz, mit seiner Präsentation zur Sanierung des Korrosionsschutzes alter Stahlkonstruktionen den letzten Vortragsblock. Er zeigte zunächst am Beispiel des Eiffelturms, wie umfangreich die Sanierung des Korrosionsschutzes bei einer unüberschaubaren Vielfalt an Konstruktionsdetails sein kann. Die hohen Schichtdicken, die mit einer vielfachen Erneuerung des Korrosionsschutzes einhergehen, führen zudem zu einer Erhöhung der Rissgefahr der Beschichtung und bilden so Ausgangspunkte für weitere Korrosion. Zur Sanierung des Korrosionsschutzes älterer Stahlkonstruktionen bietet die DIN EN ISO 12944 nur wenig Hilfestellungen. Der Teil 8 enthält nur sehr allgemeine Angaben für die Instandsetzung. Aufschlussreicher dagegen ist die vom BMVBS herausgegebene Richtlinie für die Erhaltung des Korrosionsschutzes von Stahlbauten (RI-ERH-KOR), die u. a. Handreichungen zur Bewertung des Zustands, zur Planung und Durchführung von Erhaltungs- und Erneuerungsmaßnahmen des Korrosionsschutzes gibt. Häufig sind individuelle objektangepasste Lösungen erforderlich, die nicht selten mit hohem Aufwand bei der technischen Umsetzung verbunden sind. Anhand der Dresdner Elbbrücke „Blaues Wunder“ und dem Wasserturm Groitzsch zeigte Andreas Gelhaar zahlreiche Beispiele für Korrosionsschäden und die Instandsetzung des Korrosionsschutzes auf. Problematisch bei der Planung und Ausschreibung von Instandsetzungsmaßnahmen ist, dass erforderliche Arbeiten häufig nicht im Vorfeld einer Ausführung erkannt oder übersehen werden und dies zu Nachträgen bei der Abrechnung der Leistungen führt. Ebenso führen Fragen der Gewährleistung oft zu Diskussionen, da alte Stahltragwerke aufgrund von zu großen Nietabständen, mangelnder Zugänglichkeit, der Gefahr von Verschmutzung und dauerhafter Befeuchtung regelmäßig die Anforderungen an eine korrosionsschutzgerechte Konstruktion nach DIN EN ISO 12944 nicht erfüllen. Abschließend gab Herr Gelhaar detaillierte Empfehlungen zur Qualitätssicherung und Bewertung von Korrosionsschutzarbeiten.

Den Schlussvortrag der Tagung hielt Dr. Norbert Sauerborn von der stahl + verbundbau GmbH in Dreieich über innovative Konstruktionen im Stahlverbundbau. Anhand zahlreicher repräsentativer Bauwerke, wie den HighLight Munich Business Towers, dem Headquarter ThyssenKrupp, dem Landesarchiv Duisburg und einer Hubschrauberlandeplattform des Universitätsklinikums in Aachen, erläuterte Dr. Sauerborn Lösungen zur Gestaltung der Tragwerke, zur Fertigung der Bauteile und deren Montage auf der Baustelle. Gut illustrierte Beispiele verdeutlichten die besonderen Vorteile von Stahlverbundbauteilen. Vor allem beim Umbau und der Erweiterung des Landesarchivs NRW, bestehend aus einem historischen Speichergebäude und einem integrierten Turmneubau, zeigte sich, welche Vorteile die Bauweise mit ihrem vergleichsweise geringem Eigengewicht auch für das Bauen im Bestand bietet.

Die Teilnehmer der Fachtagung nutzten die Pausen zu vertiefenden Fachdiskussionen und zum Informationsaustausch an den Ständen ausstellender Firmen und Ingenieurdienstleister im Foyer. Sowohl die Besucher als auch die Referenten beurteilten die diesjährige Dresdner Stahlbaufachtagung wieder sehr positiv. Die interessante Mischung von Themen aus Wissenschaft und Praxis wurde als sehr gelungen empfunden. Die Veranstalter freuen sich darauf, auch im nächsten Jahr die Reihe der Dresdner Stahlbaufachtagungen fortzusetzen und hoffen auf eine ähnlich gute Resonanz.

Dipl.-Ing. Thoralf Kästner
Technische Universität Dresden
Institut für Stahl- und Holzbau