In einer Studie (1) der RWTH Aachen wurden verschiedene Konstruktionsarten untersucht. Ziel der Studie war es, Erkenntnisse über die Nachhaltigkeit verschiedener Bauweisen für Hallen im Industrie- und Gewerbebau zu erlangen. Der Vergleich unterschiedlicher Baustoffe für das Tragwerk inklusive der Fundamente stand im Vordergrund. Die beiden verglichenen Hallentragwerke basierten auf typengeprüften Musterstatiken, die wir vom bauforumstahl e.V. kostenfrei zur Verfügung gestellt haben.(2)
Gleiche Abmessungen – unterschiedliche Konstruktionen
Die Studie ging von einer Gewerbehalle in Schneelastzone 1 mit einer Länge von 60 m und einer Spannweite von 15 m aus, also einer Bruttogrundfläche von 900 m². Der Binderabstand betrug 6,00 m und die Traufhöhe 5,00 m. Als Dachneigung wurden 5° angenommen. Die Binderkonstruktion sollte außerdem tragfähig sein für eine leichte Kranbahn.
Bild 1: Gewerbehalle mit den Abmessungen 60 x 15 x 5 Meter.
Für die Studie wurden zwei Varianten verglichen:
- Variante A: Stahlhalle als Zweigelenkrahmen mit biegesteifen Rahmenecken und Einzelfundamenten
- Variante B: Stahlbetonhalle mit eingespannten Stützen, gelenkig angeschlossenen Bindern und Einzelfundamenten.
Beide Varianten sind in den Außenmaßen, der Tragfähigkeit und der Funktion identisch.
Bild 2: Tragwerk-Alternativen: links die Stahlkonstruktion, rechts die Stahlbetonkonstruktion
Die Stahlkonstruktion bestand aus den folgenden Profilen: IPE 400 (Stützen) und IPE 360 (Binder). Als Fundamente dienten Betonfertigteile mit den Abmessungen 150 x 150 x 40 cm (C25/30). Beim Stahlbetontragwerk wurden als Stützen Betonfertigteile mit dem Querschnitt 40 x 40 cm und als Binder Fertigteile vom Typ T 80 eingesetzt (beides aus C30/37). Als Fundamente dienten Betonfertigteile mit den Grundmaßen 180 x 180 x 40 cm mit einer Köcherhöhe von 80 cm (C25/30).
Schwerwiegende Argumente für Leichtgewichte
Bereits beim Vergleich der Baustoffmassen zeigt sich, dass das Stahltragwerk deutlich leichter ist als das Stahlbetontragwerk. Mit ca. 64 Tonnen beträgt die Masse nur ungefähr ein Drittel der Masse des Stahlbetontragwerks mit ca. 208 Tonnen. Hieraus folgt unmittelbar ein deutlich geringerer Transportaufwand.
Bild 3: Transportaufwand: links die Stahlkonstruktion, rechts die Stahlbetonkonstruktion
Relativ deutlich fällt auch der Vergleich der Kostenspanne pro Quadratmeter Bodengrundfläche aus: zwischen 58 und 81 Euro bei der Stahlbauvariante (3), zwischen 79 bis 85 Euro bei der Konstruktion aus Stahlbetonfertigteilen.
Noch gravierender ist das Ergebnis der durchgeführten CO2-Bilanzierung. Für die Lebenszyklusanalyse (engl.: LCA) wurden die Module A1 bis A3, C3 und C4 nach EN 15978 betrachtet. Selbst ohne Verwendung von „grünem Stahl“ liegt das Treibhauspotential der Stahlkonstruktion bereits 37 % unterhalb der Stahlbeton-Variante. Ein Einsatz von grünem Stahl würde das Treibhauspotential auf weit weniger als die Hälfte der vergleichbaren Stahlbeton-Variante weiter verbessern. Dabei würden sich die Kosten nur geringfügig erhöhen. Abbildung 4 zeigt exemplarisch die unterschiedlichen Treibhauspotentiale der untersuchten Konstruktion – hier sogar erweitert um eine Variante mit BSH-Bindern auf Stahlbeton-Stützen.
Bild 4: Treibhauspotential
Stahlbau liegt klar vorn: Stahl ist nachhaltiger
Der ökonomische ebenso wie der ökologische Vergleich der verschiedenen Hallenbauweisen zeigt, dass die Stahlkonstruktion am besten abschneidet: mit deutlichen Vorteilen bei den Baukosten und den Aufwendungen für den Materialtransport. Hinzu kommt die besondere Nachhaltigkeit durch die praktisch 100-prozentige Recyclingfähigkeit, die am Anfang des Weges Ressourcen schont und am Ende nicht zu Abfall wird. Denn Stahl kann bei vollem Erhalt seiner mechanischen Eigenschaften wieder als Konstruktionsbaustoff eingesetzt werden.
Interesse an weiteren Informationen? Die Studie „Ökobilanzieller Vergleich von Hallen unterschiedlicher Bauweisen“ kann auf https://bauforumstahl.de/download-center kostenlos heruntergeladen werden.
(1) Kuhnhenne, M., Döring, B. und Pyschny, D.: Ökobilanzierung von Typenhallen, 2010, Aachen
(2) bauforumstahl e.V.: Ökobilanzieller Vergleich von Hallen unterschiedlicher Bauweisen, 2015, Düsseldorf
(3) Datenquellen: Kosten im Stahlbau 2019 für Baustahlelemente, Korrosionsschutz, Angaben der Firmen Heidelberger Betonelemente und BREMER AG für Baupreise von Betonfertigteilen BKI Kostenplaner 20 für weitere Bauleistungen
