mini|Stahlbetonbrückenpfeiler mit Bewehrung und fertig betoniert Stahlbeton, ehemals Eisenbeton, ein künstlicher Baustoff im Massivbau, ist ein Verbundwerkstoff aus den beiden Komponenten Beton und Bewehrungsstahl. Der Verbund beider Komponenten entsteht durch die Verklebung des Bindemittels Zement mit der Rippung des runden Bewehrungsstahls.
Beton hat im Vergleich zur Druckfestigkeit nur eine Zugfestigkeit von etwa 10 %. Stahl besitzt dagegen eine hohe Zugfestigkeit. Das Tragprinzip beim Baustoff Stahlbeton ist es daher, auf Zug beanspruchte Stellen eines Bauteils mit Stahl zu verstärken – also zu „bewehren“ – (z. B. bei Balken im Feldbereich unten) und in den übrigen Bereichen die Druckfestigkeit des Betons auszunutzen (z. B. bei Balken im Feldbereich oben). Bei stark auf Druck beanspruchten Bauteilen (z. B. bei Stützen) wird der Stahl – die sogenannte „Bewehrung“ – auch zur Erhöhung der Druckfestigkeit herangezogen, also auf Druck beansprucht.
Wird der Stahlbeton zusätzlich mit Spanngliedern versehen, spricht man von Spannbeton.
Bedeutung, Anwendung und Bauteile Stahlbeton ist mit über 100 Millionen verbauten Kubikmetern im Jahr der wichtigste Baustoff Deutschlands. 12 % der deutschen Stahlproduktion werden jährlich zu rund 6 Millionen Tonnen Betonstahl verarbeitet. Der Einsatz von Stahlbeton statt des unbewehrten Betons ist notwendig, wenn in einem Bauteil Zugspannungen auftreten, die zu einem schlagartigen Versagen der Gesamttragfähigkeit führen könnten. Im Vergleich zu anderen Baustoffen wie Stahl, Holz oder Kunststoff ist seine Anwendung immer dann sinnvoll, wenn keine filigranen und leichten Tragstrukturen notwendig sind. Wie der Einsatz beim Bau von Bunkern zeigt, ist Stahlbeton bei ausreichenden Abmessungen auch für extreme Einwirkungen geeignet. Vorteilhaft sind insbesondere die Nichtbrennbarkeit und der hohe Feuerwiderstand. Grenzen bei der Benutzung des Baustoffes ergeben sich aus dem hohen Eigengewicht, das als tote Last die erforderliche Betonstahlmenge vergrößert und bei schlanken Konstruktionen infolge der Rissbildung zu großen Verformungen führt. In diesen Fällen ist der Einsatz einer Verbundkonstruktion oder von Spannbeton geeigneter. Dieser unterscheidet sich vom Stahlbeton durch eine planmäßige Vorspannung (= Vordehnung) der Stahleinlagen, der so genannten Spannglieder. Damit wird eine zusätzliche äußere Drucklängskraft aufgebracht, wodurch die Zugspannungen überdrückt werden und eine Rissbildung und somit die Bauteilverformung stark reduziert wird.
Typische Stahlbetonbauteile sind unter anderem biegebeanspruchte Bauteile, wie Decken, Balken oder Bodenplatten. Massive, großvolumige Bauteile wie Brückenpfeiler oder Stützwände werden im Regelfall mit diesem Material hergestellt, aber auch dünne schlanke Betonschalen wie etwa die HP-Schalen.
Die Bemessung und Herstellung von Stahlbeton wurde in Deutschland in der DIN 1045 geregelt, seit Einführung der Eurocodes sind die Regelungen europaweit einheitlich in DIN EN 1992 Eurocode 2 festgelegt.
Eisenbeton – Stahlbeton Im 19. Jahrhundert war das in Bauwerken verwendete Eisen in der Regel Schmiedeeisen. Das im Bessemer- bzw. Thomas-Verfahren oder in einem Siemens-Martin-Ofen erzeugte flüssige Eisen, das sich zum Ende des Jahrhunderts durchsetzte, wurde Flußeisen genannt. Man sprach daher von Eisenbeton (heute auch noch im Russischen und Bulgarischen üblich) oder Monierbeton (nach Joseph Monier). Voraussetzung für die Entwicklung modernen Betons war der von dem Engländer Joseph Aspdin als hydraulisches Bindemittel entwickelte und 1824 patentierte Portlandzement. In Verbindung mit einer die Zugkräfte aufnehmenden Eisen-, später Stahleinlage, entstand so Eisen- bzw. Stahlbeton. „Das neue Material Eisenbeton, seit einer Übereinkunft 1924 in Deutschland als Stahlbeton bezeichnet, [...] eröffnete [...] mit seinen konstruktiven und raumschaffenden Möglichkeiten eine ‚neue Epoche in der Architektur‘Fritz Schunacher, Strömungen in deutscher Baukunst seit 1800, Leipzig 1935 (1982), S. 128..“Winfried Nerdinger, Architektur in Deutschland im 20. Jahrhundert. Geschichte, Gesellschaft, Funktionen, München 2023, S. 23. Der Begriff Stahlbeton bürgerte sich erst ab 1920 einFritz Leonhardt, Eduard Mönnig: Vorlesungen Uber Massivbau: Teil 1: Grundlagen Zur Bemessung im Stahlbetonbau, Springer, 1977, S. 1. und erst 1942 folgte die Umbenennung des Deutschen Ausschusses für Eisenbeton in Deutscher Ausschuss für Stahlbeton. Dementsprechend wurde die DIN 1045 von 1937 Bestimmungen des Deutschen Ausschusses für Eisenbeton im Jahr 1943 durch die Bestimmungen des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton ersetzt.Konrad Bergmeister, Johann-Dietrich Wörner, Frank Fingerloos: Beton Kalender 2009: Konstruktiver Hochbau: Aktuelle Massivbaunormen, S. 45.
Geschichte In der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden erstmals in Frankreich Betonbauteile durch Eiseneinlagen verstärkt. 1848 baute Joseph-Louis Lambot ein Boot aus eisenverstärktem ZementmörtelWerner, S. 148–150., das er 1855 patentieren ließ. Seit 1861 stellte der Gärtner Joseph Monier Pflanzkübel aus Zementmörtel her, die er mit einem Eisengeflecht verstärkte, damit sie nicht so leicht zerbrachen. 1867 erhielt er darauf ein Patent. Der Begriff Moniereisen wird auch für Bewehrungsstahl verwendet. Bereits 1861 veröffentlichte François Coignet Grundsätze für die Verwendung von bewehrtem Beton und stellte 1867 auf der Weltausstellung in Paris Träger und Röhren aus bewehrtem Beton aus. Schon 1852 hatte Coignet in Saint-Denis ein Gebäude mit Beton und Eisenprofilen gebaut. Der Gutspächter Joseph-Louis Lambot meldete 1855 ein Patent für einen neuen Holzbauwerkstoff an, den er „Ferciment“ nannte. Seiner Patentschrift kann folgendes entnommen werden: Dieses Patent wurde dann von Coignet erweitert.
Parallel zu den französischen Ingenieuren führte der amerikanische Rechtsanwalt Thaddeus Hyatt seit 1855 Versuche über die Verwendung von Eiseneinlagen in Beton durch. In seinem Grundpatent von 1878 schrieb er: „[…] Hydraulic cements and concretes are combined with metal bars and rods, so as to form slabs, beams and arches. The tensible strength of the metal is only utilized by the position, in which it is placed in slabs, beams etc. […].“ Hyatt hatte die Tragwirkung erkannt. Auch der englische Bauunternehmer William Boutland Wilkinson erhielt schon 1854 ein Patent auf Eisenbeton und verwendete es um 1860 für Decken in Häusern. Ein weiterer Pionier des Eisenbetons in den USA war Ernest Leslie Ransome, der 1903 den ersten ganz aus Eisenbeton errichteten Wolkenkratzer in den USA baute (Ingalls Building, Cincinnati), 1884 ein Patent für seine schraubenförmigen Bewehrungsstäbe für Eisenbeton erhielt, 1890/91 die ersten Eisenbetonbrücken (kleine Fußgängerunterführungen) in den USA im Golden Gate Park in San Francisco baute und 1912 ein Buch über Eisenbetonbauten veröffentlichte.
mini|Die Hundehütte von Conrad Freytag, erstes Eisenbetongebäude in Deutschland, 1884 In Deutschland erwarben 1885 Conrad Freytag und Gustav Adolf Wayss die Monierpatente. Von den ersten Experimenten, die Conrad Freytag durchführte, ist eine Hundehütte erhalten, die heute zur Sammlung des Deutschen Museum in München gehört und als ältestes Eisenbetonbauwerk Deutschlands gilt.Ferdinand Werner: Der lange Weg zum Neuen Bauen. Band 1: Beton – 43 Männer erfinden die Zukunft. Wernersche Verlagsgesellschaft, Worms 2016. ISBN 978-3-88462-372-5, S. 208–210. Im gleichen Jahr traf Wayss den Regierungsbaumeister Matthias Koenen, der damals Bauleiter des Reichstagsgebäudes war. Nach dem Ausräumen von Bedenken wegen der Korrosionsgefahr, Haftfestigkeit und unterschiedlicher Temperaturdehnungen sowie aufgrund von Versuchen entschloss sich Koenen, das neue System für Wände, Deckenplatten und Gewölbe anzuwenden.Konrad Zilch, Gerhard Zehetmaier: Bemessung im konstruktiven Betonbau, S. 13 (Google Books-Vorschau). Seine Erkenntnisse veranlassten ihn, eine Broschüre zu verfassen, die Wayss 1887 unter dem Titel „Das System Monier in seiner Anwendung auf das gesamte Bauwesen“ herausgab. Dennoch war der im Reichstagsgebäude vorrangig eingesetzte Baustoff Mauerwerksziegel, die für Fundamente und Pfeiler sowie ebenfalls für Wände und Gewölbedecken verwendet wurden.Hans-Peter Andrä, Markus Maier: (PDF; 506 kB), Projektbericht im Frilo-Magazin 1/1999.
Ein weiterer Pionier des Eisenbetonbaus war der Bauingenieur François Hennebique, der 1892 ebenfalls ein Patent auf Eisenbeton erhielt und sowohl im Brücken- als auch im Wohnungsbau Meilensteine setzte, unter anderem mit der Erfindung des Plattenbalkens. Das von ihm lizenzierte „System Hennebique“ wurde u. a. von Eduard Züblin und Max Pommer übernommen, die – wie Hennebique selbst – nach dieser Methode Ende des 19. Jahrhunderts die ersten reinen Stahlbetonbauwerke in Europa errichteten und sich nicht nur auf Gebäudeteile beschränkten. Als erstes nach dem System von François Hennebique in Stahlbetonbauweise erbaute Bauwerk Deutschlands gilt der von der Firma Eisenbetonbau Max Pommer 1898/99 unter dem Architekten Max Pommer ausgeführte Erweiterungsbau der Notendruckerei Carl Gottlieb Röder in Leipzig. Pioniere des Eisenbetonbaus in Russland waren Nikolai Belelubsky und Artur Loleit.
Wenig später brachte Emil Mörsch eine erste wissenschaftlich begründete Darstellung der Wirkungsweise des Eisenbetons. Die wurde 1902 veröffentlicht. Dazu führte Emil Mörsch als einer der Ersten umfangreiche Versuchsreihen durch. Er war schließlich von 1916 bis 1948 Professor für Statik der massiven Tragwerke, gewölbten Brücken und Eisenbetonbau an der Technischen Hochschule Stuttgart und hat dort die Bemessungsverfahren für Stahlbeton entscheidend mitgeprägt.
mini|Die Georgsbrücke in Meiningen von 1899 gilt als die älteste erhaltene nach dem „System Melan“ gebaute Stahlbetonbrücke in Deutschland. Monier errichtete 1875 bei Chazelet seine erste Eisenbetonbrücke, die 16,5 m Stützweite hatte und in der Schweiz entstand 1890 auf dem Areal der Jura-Cement-Werke in Möriken-Wildegg über einen Fabrikkanal eine 37,2 m weit spannende Bogenbrücke nach dem System Monier.Peter Marti, Orlando Monsch, Birgit Schilling: Ingenieur – Betonbau. vdf Hochschulverlag, Zürich 2005, ISBN 3-7281-2999-2, S. 32–34. In den 1890er Jahren wurden in Europa und den Vereinigten Staaten die ersten Brücken mit einbetonierten Eisenträgern nach einem System von Joseph Melan gebaut, 1899 mit der Georgsbrücke in Meiningen die erste in Deutschland. Der 1900 freigegebene Pont Camille-de-Hogues gilt weltweit als die erste größere Eisenbetonbrücke. Sie wurde von Hennebique entworfen; die erstmals Stützweiten von 100 m überwindenden Bogenbrücken Ponte del Risorgimento 1911 und Langwieser Viadukt 1914 wurden ebenfalls nach seinem System konstruiert. 1942 erreichte der Martín-Gil-Viadukt 210 m, 1964 die Gladesville-Brücke 305 m und 1980 die Krk-Brücke 390 m. Seit 1995 hat die Wanxian-Brücke mit 420 m den größten Betonbogen.
mini|alt=Blick in das Innere der Markthalle mit ihren hoch aufragenden Stahlbetonbögen und bunten Marktständen auf dem Boden|Die Markthalle Nr. 1 in Breslau (Bauzeit 1906 bis 1908) als eines der ersten größeren Stahlbetonbauwerke im damaligen Deutschland Zu den ersten Stahlbetonhochbauten in Deutschland zählen das Gebäude der „Königlichen Anatomie“ in München, erbaut von 1905 bis 1907 nach Plänen des Architekten Max Littmann und auch die Markthalle Nr. 1 in Breslau (1906 bis 1908) von Richard Plüddemann und Heinrich Küster. In den USA entstand 1902 mit dem 16-stöckigen Ingalls Building in Cincinnati das erste HochhausGeschichte des Betons, Betonmarketing Deutschland GmbH. und 1903–1904 mit dem Packard-Automobilwerk der erste Fabrikbau in Eisenbeton.Beverly Rae Kimes: Packard, a history of the motor car and the company – General edition, Editor – 1978 Automobile Quarterly, ISBN 0-915038-11-0.