In Europa sind etwa 2000 verschiedene Stahlsorten verzeichnet. Ein Stillstand in Forschung und Entwicklung neuer Stähle ist noch nicht absehbar. An der Qualität und vormals nicht gekannter Belastbarkeit wird kontinuierlich gefeilt. Für diesen stetigen Fortschritt sprechen gute Gründe: Stahlkonstruktionen sind in verschiedensten Varianten möglich. Tragwerke aus Stahl können – neben ihrer funktionalen Aufgabe – die Formensprache eines Gebäudes aufgreifen und gemeinsam mit einer ausdrucksstarken Fassade nach außen kommunizieren. Stahl ist nicht nur ein vielseitiger Werkstoff, sondern zudem durch Vorfertigung kostensparend und sogar ökologisch nachhaltig.
kleine Stahlbrücke, HafenCity Hamburg © powell83]
Was ist das für ein Material?
Bei Stahl handelt es sich um metallische Legierungen, die hauptsächlich aus Eisen bestehen und mittels Umformverfahren bearbeitet werden können. Diese Definition umreißt den Werkstoff heutzutage jedoch nur noch sehr ungenau, da es inzwischen vielfältige Legierungen mit individuellen Eigenschaften gibt. Eine Eigenschaft, die hingegen auch für neue Stähle zutreffen muss, gibt die DIN EN 10020 vor. Sie besagt, dass der Kohlenstoffgehalt im Allgemeinen unter 2,06 % liegt. Dieser Wert zieht zugleich die Grenze zwischen Stahl und Gusseisen. Die am häufigsten im Stahlbau verwendeten Stähle sind die Baustähle S 235 und S 355. Diese unlegierten Stähle machen 95 % aus. Ihre Bezeichnung, also die Ziffer nach dem S, gibt die Streckgrenze in N/mm² an.
Eigenschaften von Stahl
Eine Eigenschaft, die Stahl als Bauwerkstoff so beliebt macht, ist seine Fähigkeit zur Aufnahme von Zugkräften. Er kann sich kurzfristig verformen, zum Beispiel strecken, und nimmt im Anschluss wieder in seine Ursprungsform ein. So nutzt er den elastischen Bereich optimal. Sobald er den diesen überschreitet, geht er in den plastischen Bereich über. In diesem Bereich ist die Längendehnung nicht mehr rückgängig zu machen. Diese Materialeigenschaften können im Zugversuch getestet werden.
Die Zugfestigkeit kann über den Kohlenstoffanteil im Stahl variiert werden, denn von diesem hängen Härte und Zugfestigkeit ab. Ist der Kohlenstoffanteil höher, so besitzt Stahl mehr Zugfestigkeit und Härte. Dies geht jedoch auf Kosten der Zähigkeit (Duktilität), die mit steigenden Kohlenstoffwerten abnimmt. So steht eine Variable zur Verfügung, mit deren Hilfe der Werkstoff an die jeweiligen baulichen Erfordernisse angepasst werden kann.