Stahlhallenbau: Vorteile und Möglichkeiten einer Standardkonstruktion

Der Stahlhallenbau bietet gegenüber anderen Hallenkonstruktionen zahlreiche Vorteile. Die kurze Bauzeit sowie die Umsetzung großer Spannweiten ohne zusätzliche Stützen sprechen dafür.

Stahlhallen als Standardkonstruktionen im Hallenbau

Stahlhallen sind vor allem dann vorteilhaft, wenn es auf möglichst geringe Baukosten und kurze Bauzeiten ankommt. Außerdem lassen sie sich leicht erweitern, an- und umbauen und bieten eine große Flexibilität hinsichtlich der Planung. Dabei eignen sich alle Hallentypen für die Stahlbauweise: Büro- und Veranstaltungshallen können ebenso auf diese Weise gebaut werden wie Sport- und Fertigungshallen.

Auch Flughäfen und Bahnhöfe setzen auf Stahlhallen, da diese wegen der fehlenden Stützkonstruktionen ein Maximum an Platz bieten.

Wichtig: Schon bei der Planung der Halle müssen Gebäudetechnik sowie technische Einrichtungen geplant werden.

Stahlhallenbau oftmals durch Spezialisten

Am 1. Juli 1892 wurde der Grundstein eines Unternehmens gelegt, das bis heute erfolgreich ist und sich durch die Zulieferung von Pfetten und Riegeln sowie weiteren Bauteilen für den Stahlhallenbau einen Namen machen konnte. Die Rede ist von der Firma Schrag Kantprofile, die im genannten Jahr durch den jungen Kaufmann Friedrich Schrag gegründet wurde und bis heute im Familienbesitz ist.

Die durch die Firma gelieferten Pfetten und Riegel sowie die zugehörigen Systeme stellen im modernen Hallenbau in Stahlbauweise eine kostengünstige Möglichkeit dar, die konventionellen Profile zu ersetzen. Die Formen der Stahlpfetten wurden dafür optimiert und zeigen sich besonders durch ihr reduziertes Gewicht sowie durch niedrige Transport- und Montagekosten als interessante Alternative. Natürlich sind sie nach DIN EN 1090 zertifiziert und tragen das CE-Kennzeichen.

Auch heute noch gibt es konventionelle Hallen in Beton- oder Holzbauweise, doch Stahlhallen warten mit unschlagbaren Vorteilen auf. ( Foto: Shutterstock- Dmitry Kalinovsky )

Warum sind Stahlhallen die bessere Lösung?

Auch heute noch gibt es konventionelle Hallen in Beton- oder Holzbauweise, doch Stahlhallen warten mit unschlagbaren Vorteilen auf. Dies gilt sowohl im Hinblick auf deren Gestaltung als auch auf die konstruktionstechnische Freiheit.

Dabei haben Stahlhallen eine durchaus lange Geschichte, denn ihre Anfänge reichen bis ins England des frühen 19. Jahrhunderts zurück, als man Stahl als Baustoff für weniger massive Hallenkonstruktionen entdeckte. Schon bald entstanden luftige Konstruktionen in verschiedenen Größen, die mit anderen Baustoffen nicht umsetzbar gewesen wären.

Stahlhallen warten unter anderem mit diesen Vorzügen auf:

• hohe Tragfähigkeit
• geringer Materialaufwand
• kurze Bauzeiten durch hohen Vorfertigungsgrad
• große Spannweiten
• größtenteils wetterunabhängiger Bauprozess
• Verzicht auf zusätzliche Stützmöglichkeiten bei Konstruktionen unter 100 m Spannweite
• leichte Veränderbarkeit der Raumaufteilung
• sehr gute Dämmeigenschaften
• leichter An- und Umbau möglich

Rechtsnormen im Stahlhallenbau

Bei der Planung von Stahlhallen müssen nicht nur statische Anforderungen erfüllt werden, sondern es gelten auch verschiedene Rechtsnormen. Diese betreffen unter anderem den Schutz von Umwelt und Umgebung sowie den Arbeitsschutz.

Schlagworte sind hier Schall- und Lärmschutz sowie die Einhaltung des Brandschutzes:

• Lärmschutz

  Berücksichtigt werden muss die Arbeitsstättenverordnung zum Schutz der in der Halle Arbeitenden, als auch die Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm. Grundlage dafür ist das Bundes-Immissionsschutzgesetz und hier der § 48. Des Weiteren ist die DIN 18005 relevant, zusätzlich muss die VDI-Richtlinie 2058 beachtet werden.

• Schallschutz

  Hier sind insbesondere die DIN 4109 (Schallschutz im Hochbau) sowie die
  VDI-Richtlinie 4100 hervorzuheben, dazu kommen verschiedene gesetzliche und technische Richtlinien.

• Brandschutz

  Baulicher, anlagentechnischer und organisatorischer Brandschutz müssen beim Bau einer Stahlhalle eingehalten werden. Die Mindestanforderungen zum Brandschutz entsprechend der DIN EN 1992-1-2 werden durch weitere DIN-Vorschriften (DIN EN 1993-1-2, DIN 18230) ergänzt. Bauweise, Bauart, Nutzung des Gebäudes, Präsenz von Löschanlagen und viele weitere Aspekte müssen hier berücksichtigt werden.

• Energieeinsparverordnung

  Die aktuelle Energieeinsparverordnung stammt aus dem Jahr 2014 und gilt sowohl für Wohn- als auch für Nicht-Wohngebäude. Sie legt die Rahmenbedingungen fest, nach denen es möglich sein soll, die Vorgaben der Bundesregierung bezüglich der Energieeinsparung einzuhalten.

Baulicher, anlagentechnischer und organisatorischer Brandschutz müssen beim Bau einer Stahlhalle eingehalten werden. ( Foto: Shutterstock- industryviews )

Gute Planung ist bei der Dimensionierung von Stahlhallen und Lasten nötig

Auf Stahlhallen wirken über das Jahr verteilt verschiedene Kräfte ein, die eine hohe Belastung darstellen. Zu nennen sind hier Schnee- und Windlast als besondere Herausforderungen.

Die durch diese Kräfte entstehenden Drucklasten sind enorm:

• Schneelast

  Schnee erzeugt eine senkrecht auf die Tragkonstruktion wirkende Kraft, die eine ausreichende Dimensionierung der Konstruktion voraussetzt. Dabei können die Gebäude regional unterschiedlich geplant werden, denn eine Halle in Niedersachsen muss geringere Lasten aushalten als eine Halle im südlichen Bayern.

  Die DIN 1055-5 bildet dafür verschiedene Zonen ab, die hier als Schneelastkarten bezeichnet werden. Je höher die genannten Zahlen dort sind, desto größer ist die zu erwartende Schneelast und desto stabiler muss die Konstruktion sein. Die Schneelasten werden nach verschiedenen Formeln berechnet, die den Rahmen dieses Beitrags sprengen würden.

  Ein Tool zur Berechnung der Schneelasthöhe hilft bei der Planung der Stahlhalle, allerdings müssen die Berechnungen freilich durch Experten vorgenommen werden.

  Wichtig ist des Weiteren die Dachneigung und damit natürlich die Form des
  Daches: Ein steiles Dach lässt Schnee rascher abrutschen als eine flache Variante.

• Windlast

  Wind kommt aus verschiedenen Himmelsrichtungen sowie mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und kann eine enorme Belastung für eine Stahlhalle darstellen. Der Wind wird als sogenannte Flächenlast bezeichnet und wirkt auf die gesamte Gebäudehülle ein, im Gegensatz zur Schneelast allerdings parallel zur Hallengrundfläche.

  Durch die Windströmung wird auf der dem Wind zugewandten Seite ein Überdruck, auf der abgewandten Seite ein Unterdruck erzeugt. Die Kraft, die auf die Halle ausgeübt wird, steigt dabei quadratisch zur Geschwindigkeit des Windes an. Somit wirken die vierfachen Kräfte, wenn sich die Windgeschwindigkeit verdoppelt.

  Auch in Bezug auf die Windkräfte gelten regionale Unterschiede, des Weiteren spielt es eine Rolle, ob sich das Gebäude an der offenen See, in Vorstädten oder im Stadtgebiet befindet. Zusätzlich ist die Form der Halle wichtig, denn je höher das Gebäude ist, desto größer sind die auftretenden Windkräfte.

Als besonders effiziente Wärmedämmung haben sich Sandwichelemente erwiesen, auch Kassettenwände und Porenbeton spielen im Hallenbau eine Rolle. ( Foto: Shutterstock- Nordroden )

Wärmedämmung von Stahlhallen

Als besonders effiziente Wärmedämmung haben sich Sandwichelemente erwiesen, auch Kassettenwände und Porenbeton spielen im Hallenbau eine Rolle. Mit der richtigen Dämmung wird eine bessere Energieeffizienz erreicht, die Wärmeverluste der Halle werden minimiert. Das sorgt für einen geringeren Ressourcenaufwand und für niedrigere Betriebskosten, außerdem für die Einhaltung der Energieeinsparverordnung.

In dem Zusammenhang sei auf den U-Wert hingewiesen, der als Wärmedurchgangskoeffizient wichtig ist für die Beurteilung der wärmetechnischen Qualität der verschiedenen Materialien. Der Wert gibt an, wie viel Energie pro ein Grad Temperaturunterschied über einen Quadratmeter Außenhülle der Halle entweicht.

Dämmung durch Dämmstoffe in Sandwichelementen

Als Dämmmaterialien für Stahlhallen kommen vor allem PU-Schaum, Polystyrol und Mineralwolle in Betracht, die in Sandwichelemente eingebracht werden. Ihr Kern stellt die Dämmung dar, die Schutzschicht aus Kunststoff und kunststoffbeschichtetem Stahlblech deckt die Dämmmaterialien ab. Die Elemente werden auf der Baustelle auf die Stahlkonstruktion montiert, wobei sowohl rahmenfreie als auch Ausführungen mit Rahmen und mechanischem Verbund verwendbar sind.

Dämmung durch Porenbeton-Platten

Als Dämmung werden auch Porenbeton-Platten verwendet, die auf Kalkzement- oder Kalkmörtel bzw. auf Zementmörtel basieren und die bei der Herstellung aufgebläht werden. Die Härtung der Elemente erfolgt in einem speziellen Dampfdruckkessel.

Die Vorteile dieser Platten liegen in der hohen Dämmfähigkeit, in der Tragfähigkeit und in der Feuerbeständigkeit. Bewehrte Wandelemente weisen überdies eine hohe Zugfestigkeit auf. Die Montage kann bei tragenden Wänden mit nicht tragenden Platten aus Porenbeton stattfinden, was sowohl vertikal als auch horizontal möglich ist. Nachteilig ist aber die vergleichsweise hohe Feuchtigkeitsaufnahme der Platten, daher ist der Schutz der Wände durch eine Verkleidung zwingend nötig. Dafür wiederum können Trapezbleche infrage kommen.

Ein Flachdach hat eine geringe Dachneigung von maximal 10 Grad, wobei in Österreich sogar nur fünf Grad vorgeschrieben sind. ( Foto: Shutterstock- Zivica Kerkez _)

Dämmung durch Kassettenwände

Des Weiteren sind an dieser Stelle Kassettenwände im Zusammenhang mit der Dämmung von Stahlhallen zu nennen. Sie werden horizontal vor den Stützen des Gebäudes befestigt und stellen eine innere Schale dar. Sie nehmen die Dämmmaterialien auf und werden mit Trapezblechen verkleidet.

Als Dämmmaterial kommt hierbei zum Beispiel Mineralwolle infrage, wobei durch die Tiefe der Kassette auch mit anderen Dämmstoffen nahezu jeder beliebige Dämmwert erreicht werden kann. Durch das angebrachte Trapezblech wird nicht nur ein Schutz der Kassetten, sondern auch eine Hinterlüftung der Fassade erreicht.

Die Montagezeit ist bei der Verwendung von Kassettenwänden deutlich länger als bei der Nutzung von Sandwichelementen.

Verschiedene Dacheindeckungen für Stahlhallen möglich

Das Dach der Stahlhalle soll das Innere des Gebäudes schützen, wobei der Schutz vor Wind, Witterungseinflüssen, Sonne und Feuchtigkeit wichtig ist. Außerdem soll das Dach Wärmeverluste aus dem Inneren minimieren.

Die Dachfläche bei einer Stahlhalle ist aufgrund der großen Spannweite entsprechend groß, gleichzeitig soll der Materialaufwand möglichst gering sein und dennoch müssen alle Belastungen abgefangen werden.

Die Dachkonstruktion muss somit tragfähig sein, was durch verschiedene Dachformen erreicht wird:

• Satteldach

  Der Aufwand bei der Tragkonstruktion sowie für die Eindeckung des Daches ist beim Satteldach gering, außerdem ist diese Dachform sehr gut gegen Witterungseinflüsse beständig. Niederschläge fließen schnell ab. Das Innere des Gebäudes wird raumtechnisch aber verkleinert, der obere Bereich wird zum toten Raum.

• Pultdach

  Pultdächer müssen große Schneelasten aufnehmen und daher entsprechend tragfähig konstruiert sein. Niederschläge fließen jedoch gut ab. Auch für die Anbringung einer Photovoltaik-Anlage ist das Pultdach gut geeignet, es muss dann entsprechend der Sonneneinstrahlung ausgerichtet sein.

• Flachdach

  Ein Flachdach hat eine geringe Dachneigung von maximal 10 Grad, wobei in Österreich sogar nur fünf Grad vorgeschrieben sind. Zwei Grad gelten als ideale Flachdachrichtlinie. Flachdächer sind vorteilhaft und bringen ein geringes Eigengewicht und zusätzliche Nutzungsmöglichkeiten der Dachfläche mit.

  Außerdem sind sie kostengünstig umzusetzen. Dafür sind sie aber wartungsintensiver, sind durch Schneelasten stark beansprucht und es treten häufiger Probleme mit Schäden durch Feuchtigkeit auf.

Die Dächer von Stahlhallen brauchen eine besondere Wärmedämmung. Nur wenige Hallen können ein ungedämmtes Dach haben, weil sie lediglich einen Schutz vor der Witterung darstellen sollen. Produktionshallen, Verwaltungsgebäude oder Messehallen hingegen bedürfen einer Dachdämmung. Wie auch bei den Seitenwänden kommen hier ebenfalls Sandwichelemente zur Dämmung infrage. Diese können mit Trapezblechen kombiniert werden.

Wichtig: Ungedämmte Trapezbleche weisen häufig Kondenswasser an der Unterseite auf, das durch ein spezielles Vlies aufgefangen werden muss, um nicht von der Decke zu tropfen.

Werden Satteldächer für eine Stahlhalle verwendet, können hier Oberlichter oder Lichtkuppeln integriert werden. Sie sorgen für die nötige Lichtzufuhr am Arbeitsplatz und bei der Produktion, außerdem stellt sich damit eine Ablüftung im Brandfall dar. Rauch-Wärme-Abzugsanlagen können integriert werden und verbessern den Personen- und Brandschutz der Stahlhalle