Wann verliert Stahl seine Festigkeit?

Wann verliert Stahl seine Festigkeit?

Stahl ist ein allgegenwärtiges Baumaterial, bekannt für seine hohe Festigkeit und Belastbarkeit. Doch diese Eigenschaften sind temperaturabhängig. Während Stahl bei normalen Umgebungstemperaturen extrem robust ist, verliert er bei steigenden Temperaturen zunehmend an Tragfähigkeit und Steifigkeit. Dieser Festigkeitsverlust kann im Brandfall fatale Folgen haben.

Ab einer Temperatur von ca. 400°C beginnt die sogenannte Hochtemperaturkriechgrenze von Stahl deutlich zu sinken. Das bedeutet, dass der Stahl unter Dauerbelastung bereits bei geringeren Kräften plastisch verformt wird. Bei etwa 500°C ist die Streckgrenze, also die Grenze zwischen elastischer und plastischer Verformung, bereits erheblich reduziert. Die Tragfähigkeit des Stahls nimmt rapide ab. Bei Temperaturen um 600°C ist die Halbierung der ursprünglichen Tragfähigkeit erreicht.

Im Brandfall, wo Temperaturen schnell auf über 800°C ansteigen können, verliert ungeschützter Stahl innerhalb kürzester Zeit – oft schon nach 15 bis 20 Minuten – so viel Festigkeit, dass ein Versagen der Konstruktion droht. Einstürzen von Decken und Trägern können die Folge sein.

Die genaue Temperatur, bei der Stahl seine Festigkeit verliert, hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• Stahlgüte: Verschiedene Stahllegierungen weisen unterschiedliche Hochtemperatureigenschaften auf. Hiebzählempfindliche Stähle sind beispielsweise anfälliger für Festigkeitsverlust bei hohen Temperaturen.
• Belastungsdauer: Je länger der Stahl der Hitze ausgesetzt ist, desto stärker ist der Festigkeitsverlust.
• Belastungsart: Dynamische Belastungen wirken sich bei hohen Temperaturen negativer auf die Stahlfestigkeit aus als statische Belastungen.
• Querschnittsform und -abmessungen: Dünnwandige Profile erwärmen sich schneller und verlieren daher auch schneller an Festigkeit.

Um die Tragfähigkeit von Stahlkonstruktionen im Brandfall zu gewährleisten, sind daher effektive Brandschutzmaßnahmen unerlässlich. Dazu gehören:

• Ummantelungen: Brandschutzbeschichtungen, -platten oder -verkleidungen schützen den Stahl vor den hohen Temperaturen und verzögern den Festigkeitsverlust.
• Sprinkleranlagen: Durch die schnelle Kühlung des Stahls im Brandfall kann ein kritischer Temperaturanstieg verhindert werden.
• Konstruktive Maßnahmen: Durch die Wahl geeigneter Querschnitte und Konstruktionsdetails kann die Brandwiderstandsfähigkeit von Stahlbauten erhöht werden.

Der rechtzeitige und fachgerechte Brandschutz ist somit essentiell für die Sicherheit von Stahlkonstruktionen und den Schutz von Menschenleben. Die Berücksichtigung der temperaturabhängigen Eigenschaften von Stahl ist dabei von entscheidender Bedeutung.