Im Bauingenieurwesen sind Stahlkonstruktionen aufgrund ihrer effizienten mechanischen Eigenschaften und flexiblen Modellierungsmöglichkeiten zu einer wichtigen Wahl für moderne Gebäude geworden. Die Beherrschung der grundlegenden Strukturformen von Stahlkonstruktionen und ihrer Auswahllogik ist der Schlüssel zum Einstieg in dieses Berufsfeld. Wir lernen fünf typische Konstruktionen kennen: Leichtstahl-Portalrahmen, Stahlrahmen, Stahlgitter, Seilmembran und Rohrfachwerk, um schnell ein Wissenssystem aufzubauen.

1. Leichte Stahlportalrahmenkonstruktion – eine kostengünstige Wahl für kleine und mittelgroße Gebäude

Kernstruktur und mechanische Eigenschaften
Der leichte Stahlportalrahmen besteht aus einem Portalrahmen (H-Profil-Stahlträger-Stützen-Starrverbindungen), einem Pfettensystem (C/Z-Profilstahl) und einem Stahlkonstruktionsverstrebungssystem und bildet so ein flächenhaftes, krafttragendes Stahlkonstruktionssystem. Sein Hauptvorteil liegt in der variablen Querschnittskonstruktion – die Querschnitte von Trägern und Stahlkonstruktionsstützen werden entsprechend den inneren Kraftänderungen optimiert, um eine effiziente Materialnutzung zu erreichen. Das Dach und die Wände der Stahlkonstruktion bestehen aus leichten profilierten Stahlblechen (mit einem Eigengewicht von nur 0,1–0,3 kN/m²), wodurch die Fundamentbelastung im Vergleich zu Betonkonstruktionen um 40–60 % reduziert wird.

Typische Anwendungsszenarien
Geeignet für Industriegebäude (Stahlkonstruktionen, leichte Werkstätten, Lager und Logistik) und Gewerbeanlagen (Messehallen, Garagen) mit einer Spannweite von 20–30 Metern und einer Traufhöhe von weniger als 10 Metern. Zu den typischen Projekten gehören Lagerhallen und Produktionshallen mit Stahlkonstruktionen von JD Logistics für kleine und mittlere Unternehmen mit einer Bauzeit von nur 4–8 Wochen und um 20–30 % niedrigeren Kosten als bei Betonkonstruktionen.

Drei Schlüsselfaktoren für die Auswahl
Spannweitenkontrolle: Wenn die Spannweite 30 Meter überschreitet, sollten gitterartige, starre Rahmen oder Verstrebungen in der Mitte der Spannweite verwendet werden, um eine übermäßige Vergrößerung der Balken- und Säulenquerschnitte zu vermeiden.
Lastanpassung: Bei Kranlasten ≤20 Tonnen sind Vollsteg-Starrrahmen zu bevorzugen, bei überschweren Lasten auf Stahlrahmensysteme umsteigen.
Verbindungsdesign: Bei starren Träger-Stützen-Verbindungen muss die Biegemomentübertragungskapazität überprüft werden; Gelenkverbindungen sind nur für Szenarien ohne Kräne oder mit geringen Lasten geeignet. 

2. Stahlrahmenkonstruktion – Ein Raumwunder für mehrstöckige Gebäude

Strukturelle Merkmale und Systemvorteile
Bestehend aus Stahlstützen (Stahlkonstruktionen mit H-Profil/Rundstahlrohren) und Stahlträgern (Stahlkonstruktionen mit H-Profil/Verbundträgern) und starren Verbindungen (Stahlkonstruktionen mit vollverschweißten/bolzenverschweißten Hybridverbindungen) bildet es ein räumliches Krafttragsystem, das große Stützenabstände von über 9 Metern ermöglicht (z. B. 8,4 Meter breite Stützenraster von Stahlkonstruktionen, die häufig in Bürogebäuden verwendet werden). Durch die Zusammenarbeit mit Scharnierverbindungen und Verstrebungssystemen kann es flexibel an unterschiedliche Anforderungen der Erdbebensicherung angepasst werden (bis zu 8 Grad Verstärkung).

Anwendbare Gebäudetypen
Mehrstöckige Geschäftsgebäude: Bürogebäude mit 5–15 Stockwerken aus Stahlkonstruktionen (z. B. SOHO-Serie) mit frei unterteilbaren Ebenen, um den Anforderungen offener Büros gerecht zu werden.
Industriegebäude: Stahlkonstruktionen. Schwere Werkstätten (wie z. B. Werkstätten für mechanische Bearbeitung), die Brückenkräne von 50 Tonnen oder mehr tragen können.
Erdbebensichere Gebäude: Seine hohe Duktilität macht es zur ersten Wahl für erdbebengefährdete Gebiete (wie Sichuan, Japan).

Wichtige Parameter für die Auswahl
Grenzwert für das Höhen-Breiten-Verhältnis: Bei Überschreitung von 1:5 sollten Kernrohre/Verstrebungsbinder so eingestellt werden, dass das Verhältnis der Stockwerke zueinander auf ≤ 1/250 begrenzt ist.
Fugenform: In Erdbebenzonen wird der Konstruktion mit starken Fugen und schwachen Bauteilen der Vorzug gegeben und die Energieableitungskapazität durch Versteifungsplatten in der Fugenzone verbessert.
Verbundbodenplatten: Profilierte Verbundbodenplatten aus Stahlblech (80–150 mm dick) können die Höhe von Stahlträgern reduzieren und die Bodenhöhenausnutzung verbessern.

3. Stahlgitterkonstruktion - Ein räumliches Krafttragmodell für weitgespannte Gebäude

Geometrische Zusammensetzung und mechanische Vorteile
Bestehend aus Stahlrohrelementen (φ48-φ325) durch Kugelverbindungen (Stahlstrukturen, geschweißte Hohlkugeln/verschraubte Kugeln), die in einem regelmäßigen Gittermuster (Stahlstrukturen, quadratische Pyramide, dreieckige Pyramide usw.) angeordnet sind und ein räumliches, krafttragendes Stahlstruktursystem bilden, das eine ausgewogene bidirektionale Biegesteifigkeit erreicht. Die Dicke flacher Gitter beträgt etwa 1/10–1/15 der Spannweite, und die Höhe gekrümmter Gitter (wie Kuppeln) beträgt 1/6–1/8 der Spannweite, wobei der Gesamtverbrauch der Stahlstrukturen nur 30–50 kg/m² beträgt.

Wegweisende Anwendungsszenarien
Sportgebäude: Stahlkonstruktionen für Turnhallen (wie die äußere Wartungsstruktur des Vogelnests), Stahlkonstruktionen für Schwimmbäder mit sehr großen Spannweiten von 80–150 Metern.
Verkehrsknotenpunkte: Stahlkonstruktionen für Flughafenterminals (Dach des Korridors im internationalen Flughafen Peking-Daxing), wodurch ein stützenfreier, transparenter Raum entsteht.
Industriehallen: Stahlkonstruktionen für Flugzeugbauhallen (mit einer Spannweite von über 300 Metern), kombiniert mit Hängekransystemen.

Technische Punkte zur Auswahl
Ebenenanpassung: Für rechteckige Ebenen werden quadratische Pyramidengitter gewählt, für kreisförmige Ebenen werden Dreirichtungsgitter oder Kuppelstrukturen gewählt.
Verbindungsauswahl: Für Spannweiten ≤60 Meter werden verschraubte Kugelverbindungen verwendet (werkseitig vorgefertigt, einfach zu installieren); für sehr große Spannweiten werden geschweißte Kugelverbindungen verwendet (mit höherer Tragfähigkeit).
Dachlast: Bei Glasvorhangfassadendächern sollte die Schneegleitlast geprüft werden; bei Metalldächern mit Stahlkonstruktionen sollte die Windsoglast (lokaler Unterdruck bis zu -1,5 kPa) berücksichtigt werden.