Im zeitgemäßen Hallenbau hat sich der Stahlrahmen als überlegene Lösung etabliert. Der Stahlrahmen bildet das tragende Rückgrat für Stahlhallen aller Art.
Was ist ein Stahlrahmen?
Ein Stahlrahmen ist das primäre, lastabtragende Tragwerk einer Halle. Er besteht in seiner Grundform aus zwei vertikalen Stützen (Rahmenstielen) und einem horizontalen oder geneigten Träger (dem sogenannten Rahmenbinder), die an ihren Verbindungsstellen biegesteif miteinander verbunden sind. Durch die Aneinanderreihung mehrerer solcher Stahlrahmen in definierten Abständen entsteht die tragende Konstruktion des gesamten Gebäudes.
Funktion im Tragwerk
Die Hauptaufgabe von Stahlrahmen besteht darin, sämtliche auf das Gebäude einwirkenden Kräfte sicher aufzunehmen und in das Fundament abzuleiten. Zu diesen Kräften, auch Lasten genannt, zählen:
- Ständige Lasten: Das Eigengewicht der Stahlkonstruktion selbst sowie der Dach- und Wandverkleidung.
- Veränderliche Lasten: Schneelasten auf dem Dach und Windlasten (Druck und Sog) auf Dach und Wänden.
- Nutzlasten: Zusätzliche Lasten, beispielsweise durch Photovoltaikanlagen auf dem Dach oder den Betrieb von Kranbahnen im Inneren der Halle.
Das serielle Anordnen der Rahmen in einem festen Raster (Achsen) ist das Kernprinzip von Systemhallen. Diese Modularität ermöglicht standardisierte Planung, effiziente Fertigung und damit kürzere Bauzeiten bei klar kalkulierbaren Kosten. Zudem ist das System skalierbar: Durch das Hinzufügen weiterer Rahmen lässt sich eine Halle in Längsrichtung unkompliziert erweitern und an das Wachstum des Unternehmens anpassen.
Stützenfreie Spannweite
Die große Stärke von Stahl liegt im hervorragenden Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht. Dadurch lassen sich mit Stahlrahmen-Konstruktionen weite Spannweiten ohne störende Zwischenstützen realisieren – ein zentraler Vorteil im Gewerbebau. So entstehen offene, flexibel nutzbare Innenräume für Maschinen, Regalsysteme oder Produktionslinien. Die Wahl des Tragsystems bestimmt damit direkt die betriebliche Effizienz.
Die Stützen (Rahmenstiele)
Die Stützen sind die vertikalen Tragelemente des Rahmens. Sie werden typischerweise aus warmgewalzten Stahlprofilen gefertigt. Ihre primäre Funktion ist die Aufnahme der vertikalen Lasten aus dem Dachriegel und der horizontalen Windlasten aus den Wandverkleidungen. Diese gesammelten Kräfte leiten sie über ihre Fußplatten direkt in das Fundament ein.
Der Riegel (Rahmenbinder)
Der Rahmenbinder ist das horizontale oder – bei Satteldächern – geneigte Hauptelement des Dachtragwerks. Er überspannt die Halle und trägt die gesamte Dachlast, die von den quer zu ihm verlaufenden Dachpfetten und der Dacheindeckung eingeleitet wird. Die Kombination aus Stützen und Stahlbindern bildet das primäre Tragsystem der Halle.
Die Rahmenecke
Die Verbindung zwischen Stütze und Riegel, die sogenannte Rahmenecke, ist der statisch anspruchsvollste Punkt der Konstruktion. Hier werden die größten Biegemomente übertragen. Eine biegesteife Ausführung dieses Knotenpunktes ist essenziell für die Stabilität des gesamten Rahmensystems.
Aussteifungsverbände
Ein einzelner Rahmen ist nur in seiner Ebene stabil. Um die gesamte Halle auch in Längsrichtung zu stabilisieren und Horizontalkräfte aus Wind oder Bremskräften von Kranen aufzunehmen, sind Aussteifungsverbände unerlässlich. Diese bestehen in der Regel aus diagonalen Zugstäben aus Stahl, die in den Dach- und Wandebenen mindestens eines Hallenfeldes angeordnet werden und das Gebäude wie ein Fachwerk aussteifen.
Statische Varianten
Je nachdem, wie die Stützen im Fundament gelagert und die Bauteile untereinander verbunden sind, unterscheidet man verschiedene statische Systeme.
Der Zweigelenkrahmen
Der Zweigelenkrahmen ist die am weitesten verbreitete Varianten im Hallenbau. Bei diesem System sind die Stützenfüße gelenkig auf dem Fundament gelagert, während die Rahmenecken biegesteif ausgeführt sind. Die gelenkige Lagerung bedeutet, dass die Stützen zwar Horizontal- und Vertikalkräfte in das Fundament einleiten, aber keine Biegemomente.
Der Dreigelenkrahmen
Dieses System besitzt neben den beiden Fußgelenken ein zusätzliches Gelenk im First des Rahmenbinder. Dadurch wird das Tragwerk statisch bestimmt, was es unempfindlicher gegenüber ungleichmäßigen Setzungen des Fundaments oder thermischen Längenänderungen macht. Der Nachteil liegt in der konstruktiv aufwendigeren und damit teureren Ausbildung des Firstgelenks.
Eingespannte Stahlrahmen
Bei eingespannten Stahlrahmen sind die Stützenfüße biegesteif im Fundament verankert. Dieses System bietet die höchste Stabilität und kann die größten Horizontalkräfte aufnehmen, was es für Hallen mit schweren Kranbahnen oder in Regionen mit sehr hohen Windlasten prädestiniert. Der entscheidende Nachteil sind die massiven und teuren Köcherfundamente, die zur Aufnahme der Biegemomente erforderlich sind.
