In dieser Arbeit soll für ein Deckensystem eines Bürogebäudes jeweils eine Slim-Floor-Decke und eine Vollbeton-Verbunddecke modelliert und anschließend verglichen werden.
Slim-Floor-Konstruktionen sind Flachdeckensysteme in Verbundbauweise mit integrierten Stahlprofilen. Durch die Forderung nach schlankeren Bausystemen und der Rationalisierung des Bauablaufs gewinnt diese Bauweise immer mehr an Bedeutung.
Die skandinavische Slim-Floor-Bauweise sieht im Regelfall den Einsatz von Spannbetonhohldielen vor. Seit Jahren werden die Slim-Floor-Träger dort in Kombination mit vorgespannten Betonhohldielen großflächig eingesetzt. In Deutschland ist der Einsatz der Spannbetonhohldielen auf einer biegeweichen Lagerung nicht unumstritten.
Bei den Spannbeton-Fertigdecken handelt es sich um vorgespannte Fertigelemente mit einem einachsigen Lastabtrag. Diese Fertigdecken sind für viele Bauaufgaben eine besonders wirtschaftliche Lösung. Um die Vorteile zu nutzen, sollte bei der Konstruktion anspruchsvoller Gebäude das Zusammenwirken der Spannbeton-Fertigdecken mit dem Tragwerk sorgfältig geplant werden. Gerade bei Flachdeckensystemen weisen die Hohldielen im Allgemeinen die gleiche Höhe wie der integrierte Träger auf. Slim-Floor-Träger sind Verbundträger, bei denen das Stahlprofil ganz oder teilweise in die Betondecke eingebettet ist. Durch Ausnutzung der Verbundtragwirkung zwischen Stahlträger und Beton erhöhen sich Steifigkeit und Tragfähigkeit des Trägers. Dies ermöglicht niedrige Konstruktionshöhen bei gleichzeitig dennoch großen Spannweiten. Im Geschossbau sind durch die Reduzierung der Deckenhöhe größere lichte Geschosshöhen möglich bzw. kann durch die Einsparung bei jeder Geschossdecke bei gleichbleibender Gebäudehöhe evtl. ein zusätzliches Geschoss erstellt werden.
Der Plattenspiegel im Bereich der Biegedruckzone des Trägers erfährt Druckspannungen, die Beanspruchungen in Querrichtung der Platte hervorrufen. Im Bereich der Zugzone des Trägers liegen in den Hohldielen Zugspannungen vor, die sich ungünstig auf das Tragverhalten auswirken. Die Haupteinsatzgebiete sind Industrie- und Hallenbau, Büro- und Gewerbebau sowie Schulbau und Parkbauten.
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Anhangsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit
2. Slim-Floor-Konstruktion
2.1 Auflagerung von Slim-Floor
2.2 Anschlüsse der Fertigdecken
2.3 Das Tragverhalten von Slim-Floor
2.4 Herstellung der Spannbetonhohldielen
2.5 Transport und Montage
3. Bemessung der Decke
3.1 Bemessung der Slim-Floor-Decke
3.1.1 Pos. 1: Spannbeton-Fertigdecke
3.1.1.1 Einwirkungen
3.1.1.2 Begrenzung der Verformung
3.1.1.3 Spannbetontragwerke
3.1.1.4 Betondeckung
3.1.1.5 Nachweis der Einleitung der Vorspannkräfte nach abZ Z-15.10-279, Abschnitt 3.5
3.1.1.6 Nachweise in die Grenzzustände der Tragfähigkeit (GZT)
3.1.1.6.1 Biegung mit oder ohne Normalkraft und Normalkraft allein
3.1.1.6.2 Querkraft
3.1.2 Pos. 2: D. - Verbundträger
3.1.2.1 Statisches System, allgemeine Angaben
3.1.2.2 Querschnitt
3.1.2.3 Einwirkungen
3.1.2.4 Werkstoffe
3.1.2.5 Bauzustand
3.1.2.6 Endzustand
3.2 Bemessung der Vollbeton-Verbunddecke
3.2.1 Pos. 1 Decke über EG
3.2.2 Pos. 2 Nebenträger über EG
3.2.3 Pos. 3 Hauptträger über EG
4. Konstruktionszeichnungen
5. Kostenvergleich zwischen Slim-Floor-Decke und Vollbeton-Verbunddecke
5.1 Materialkosten für die Slim-Floor-Decke
5.2 Materialkosten für die Vollbeton-Verbunddecke
6. Diskussion von Vor- und Nachteilen beider Tragsysteme
6.1 Slim-Floor-Decken
6.2 Vollbeton-Verbunddecken
7. Fazit
Literatur- und Quellenverzeichnis
Normen
Anlagen
Kurzfassung
Slim-Floor-Konstruktionen sind Flachdeckensysteme in Verbundbauweise mit integrierten Stahlprofilen. Durch die Forderung nach schlankeren Bausystemen und der Rationalisierung des Bauablaufs gewinnt diese Bauweise immer mehr an Bedeutung.[22]
Die skandinavische Slim-Floor-Bauweise sieht im Regelfall den Einsatz von Spannbetonhohldielen vor. Seit Jahren werden die Slim-Floor-Träger dort in Kombination mit vorgespannten Betonhohldielen großflächig eingesetzt. In Deutschland ist der Einsatz der Spannbetonhohldielen auf einer biegeweichen Lagerung nicht unumstritten.
Bei den Spannbeton-Fertigdecken handelt es sich um vorgespannte Fertigelemente mit einem einachsigen Lastabtrag. Diese Fertigdecken sind für viele Bauaufgaben eine besonders wirtschaftliche Lösung. Um die Vorteile zu nutzen, sollte bei der Konstruktion anspruchsvoller Gebäude das Zusammenwirken der Spannbeton-Fertigdecken mit dem Tragwerk sorgfältig geplant werden.[11]
Gerade bei Flachdeckensystemen weisen die Hohldielen im Allgemeinen die gleiche Höhe wie der integrierte Träger auf. Slim-Floor-Träger sind Verbundträger, bei denen das Stahlprofil ganz oder teilweise in die Betondecke eingebettet ist. Durch Ausnutzung der Verbundtragwirkung zwischen Stahlträger und Beton erhöhen sich Steifigkeit und Tragfähigkeit des Trägers. Dies ermöglicht niedrige Konstruktionshöhen bei gleichzeitig dennoch großen Spannweiten. Im Geschossbau sind durch die Reduzierung der Deckenhöhe größere lichte Geschosshöhen möglich bzw. kann durch die Einsparung bei jeder Geschossdecke bei gleichbleibender Gebäudehöhe evtl. ein zusätzliches Geschoss erstellt werden.[17]
Der Plattenspiegel im Bereich der Biegedruckzone des Trägers erfährt Druckspannungen, die Beanspruchungen in Querrichtung der Platte hervorrufen. Im Bereich der Zugzone des Trägers liegen in den Hohldielen Zugspannungen vor, die sich ungünstig auf das Tragverhalten auswirken.
Die Haupteinsatzgebiete sind Industrie- und Hallenbau, Büro- und Gewerbebau sowie Schulbau und Parkbauten.
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Slim-Floor-Deckensysteme
Abb. 2: Slim-Floor-Bauweise mit Spannbeton-Fertigdecken
Abb. 3: Lastangriffspunkt
Abb. 4: Modell zur Aufnahme der exzentrischen Auflagerkraft P der Spannbetonhohlplatte
Abb. 5: Slim-Floor-Decken mit Hohldielen
Abb. 6: Beispiele für Slim-Floor-Träger
Abb. 7: Slim-Floor-Systeme
Abb. 8: DELTA BEAM
Abb. 9: Spannbetonhohldielen
Abb. 10: Ringanker
Abb. 11 : Auflagerausbildung der Spannhohldielen
Abb. 12: Mindestauflagertiefe
Abb. 13: Biegeweich gelagerte Spannbeton Fertigdecke
Abb. 14: Beanspruchungen von Spannbeton-Fertigdecken bei der Auflagerung auf deckengleichen Stahlträgern
Abb. 15: Fugen
Abb. 16: System Querbiegung der Gurte
Abb. 17: Verformung aus Querbiegung
Abb. 18: Auszug aus der Zulassung
Abb. 19: D
Abb. 20: Mittragende Breite des Betongurtes nach DIN EN 1994-1-1
Abb. 21: Maße Kopfbolzen nach DIN EN ISO
Abb. 22: Schnitt zum Nachweis des Längsschubversagens des Betongurtes nach DIN EN 1994-1-1
Abb. 23: Maße Kopfbolzen nach DIN EN ISO
Abb. 24: Schnitt zum Nachweis des Längsschubversagens des Betongurtes nach DIN EN 1994-1-1
Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Spannweiten
Tab. 2: Querschnittswerte der D22-400
Tab. 3: Querschnittsklasse und effektive Querschnittswerte
Tab. 4: Trägheitsmomente
Tab. 5: Querbiegemomente
Tab. 6: Querschnittsklasse und Querschnittswerte
Tab. 7: Werte für den Nachweis der Momententragfähigkeit
Tab. 8: Abminderung aus Vierendeeltragwirkung
Tab. 9: Berechnungen von der Firma GmbH
Tab. 10: Bemessungswerte der Tragfähigkeit PRd,c für ein Öffnungspaar
Tab. 11: Werte für die Verformungsnachweis
Anlageverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
1. Einleitung
Der Wunsch zur Minimierung von Bauhöhen und der damit verbundenen Minimierung der Bauvolumen sowie der Gestaltung glatter Deckenuntersichten führte bereits Anfang der Achtzigerjahre des vergangenen Jahrhunderts in Skandinavien zur Entwicklung der Bauweise mit in die Decke integrierten Stahlträgern in Verbindung mit Spannbetonhohldielen als Betonfertigteilen. Diese weitgehend trockene und damit witterungsunabhängige Bauweise war in vielerlei Hinsicht vorteilhaft, was die Verbreitung der Bauweise außerhalb Skandinaviens zur Folge hatte und zu der Entwicklung einer Vielzahl von Varianten führte.[16]
Ein typisches Beispiel von Slim-Floor-Konstruktionen sind biegeweichen Lagerung von Spannbeton-Fertigdecken.[20]
Wegen der rationellen Fertigung, der optimierten Querschnittsgeometrie und der großen Spannweiten sind Spannbeton-Fertigdecken heute in vielen Ländern weit verbreitet. Neben den Kostenvorteilen und der kurzen Bauzeit durch die Vollmontagebauweise ist die Nutzungsflexibilität durch den Wegfall von Stützen und die Nachhaltigkeit durch den im Vergleich zu allen anderen Deckentragwerken geringsten Stahl- und Betonverbrauch von zunehmender Bedeutung.[7]
Mithilfe der richtigen Integrierung der Stahlprofile in die Flachdecke ist es möglich, dass äußerst dünne Deckenstärken erzielt werden können. Darüber hinaus hat diese Bauweise auch noch andere Vorteile. Mit Blick auf die Bauzeit ist es möglich, mit Hilfe der Stahlkonstruktion durchaus einen Zeitgewinn zu erzielen. Dementsprechend kann die Verbundbauweise durchaus bei einer jeweiligen finanziellen Bewertung der entsprechenden Bauzeit als rentable Art des Bauens betrachtet werden.
Durch die Einbetonierung von Stahlträgern ist es möglich, dass Deckenkonstruktionen errichtet werden, die einerseits äußerst wenig Bauraum erfordern und zudem auch noch auf Unterzüge verzichten, was sich schlussendlich bei der Hausinstallation als sehr vorteilhaft herausstellt.
Infolge der einbetonierten Stahlträger sind im auflagernahen Bereich Deckendurchbrüche durchaus im Bereich des Möglichen, weil die Lasteinleitung in die Stütze in diesem Bereich anhand des Stahlträgeranschlusses erfolgt, weshalb solche Phänomene durchaus auftreten können. Besonders interessant sind solche Phänomene immer dann, wenn es zu einem späteren Ausbau der Gebäudetechnik gegenüber der Stahlbetonflachdecke kommt. Gleichzeitig haben die vorgefertigten Stahlbauteile einen überdurchschnittlich hohen Qualitätsstandard in Bezug auf Genauigkeit und weisen außerdem aufgrund der enthaltenen Stahlstützen einen guten und schnellen montageseitigen Fortschritt des Baus auf. Außerdem ist es möglich, dass notwendige Maßnahmen im Bereich des Brandschutzes bei Verbundflachdecken überdurchschnittlich kostengünstig und auch einfach mittels einer eingelegten Bewehrung oder mithilfe der Befestigung von Brandschutzplatten gelöst werden.
Weil es sich beim Einsatzgebiet der Flachdeckenkonstruktion um den Bürogeschossbau handelt, ist es in der Regel so, dass für die Installation und Integration hauptsächlich abgehängte Decken eingesetzt, genau aus dem Grund, dass so der Einsatz von konventionellen Brandschutzmaßnahmen deutlich vereinfacht werden kann.
Die vorgefertigten Deckenelemente aus Spannbeton sind europäisch harmonisierte Bauprodukte. Es gilt die DIN EN 1168 „Betonfertigteile - Hohlplatten“ und DIN EN 1992 „Bemessung und Konstruktion von Stahlbeton- und Spannbetontragwerken“. Zusätzlich waren für das Produkt bis Oktober 2016 allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen notwendig.[5]
Für die Verbundträger gelten an erster Stelle die allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen.
1.1 Aufgabenstellung und Zielsetzung der Arbeit
Konkret befasst sich diese Bachelorarbeit als mit der folgenden wissenschaftlichen Aufgabenstellung:
Im Rahmen der vorliegenden Aufgabenstellung soll ein übliches Deckensystem für Bürogebäude einmal als Slim-Floor-System mit Spannbetonhohldielen und einmal als Verbunddecke mit Vollbetonplatte vordimensioniert und beide Tragsysteme miteinander verglichen werden. Das zu untersuchende Deckensystem hat fünf Felder mit Spannweiten von je 7m und einer Breite von 20 m, die sich in vier Stützfelder teilt. Im Einzelnen soll diese Arbeit also die folgenden Punkte klären:
- Allgemeine Recherche zu Slim-Floors, insbesondere zu möglichen Ausführungen mit Spannbetonhohldielen
- Konstruktion der beiden Tragsysteme und prüffähige Tragfähigkeitsnachweise im Sinne einer Vorstatik
- Anfertigung aller im Rahmen dieser Arbeit erforderlichen Konstruktionszeichnungen
- Kostenvergleich beider T ragsysteme auf der Grundlage von Materialbedarf und üblichen Kostenansätzen
- Diskussion von möglichen Vor- und Nachteilen, die auf beide Tragsysteme zurückzuführen sind
Diese Fragestellungen werden im weiteren Verlauf schrittweise und kontinuierlich abgearbeitet.
Das Ziel dieser vorliegenden Arbeit ist es, einen allgemeinen Vergleich zwischen einer Slim-Floor-Decke gegenüber der Verwendung einer Vollbeton-Verbunddecke für ein übliches Bürogebäude zu entwickeln, um dadurch die Möglichkeiten und Anreize darzustellen, welche Vorteile eine solche Bauweise bei der statischen Auslegung eines Bürokomplexes bietet und diese Bauweise dadurch in ihren Möglichkeiten weiter zu stärken und zu fördern.
2. Slim-Floor-Konstruktionen
Slim-Floor-Decken sind Deckensysteme, die die Vorteile von Flachdecken mit denen von Unterzugssystemen vereinen können und dabei eine optimierte Materialausnutzung ermöglichen.[19]
Übersetzt bezeichnet werden Slim-Floor-Träger auch als „deckengleiche“ Verbundträger. [12]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1: Slim-Floor-Deckensysteme [19]
Eine übliche Variante der Slim-Floor-Decken besteht aus vorgespannten Hohlplatten und deckengleichen Stahlträgern für die kürzere Spannweite in Querrichtung, deren verbreiterter unterer Flansch zur Auflagerung der Hohlplatten dient. Diese Bauweise mit werkmäßig vorgefertigten Elementen ermöglicht unterzugfreie Decken von hoher Qualität bei schnellem Baufortschritt. [13]
Werksseitig gefertigte Spannbeton-Fertigdecken sind nach DIN EN 1168 auszuführen. Diese Decken dürfen in der Expositionsklasse XC1 verwendet werden. Die StandardPlattenbreite beträgt 1200 mm. Die Decken dürfen maximal in F90 gemäß DIN 4102 eingestuft werden.[11]
Sie werden werkmäßig in langen Spannbahnen hergestellt und weisen ausschließlich vorgespannte Litzen oder Drähte mit sofortigem Verbund in Längsrichtung als Bewehrung auf. Dementsprechend wird bei vielen Nachweisen die Betonzugfestigkeit in Ansatz gebracht.[21]
Spannbeton-Fertigdecken dürfen für Decken und Dächer mit vorwiegend ruhenden Verkehrslasten eingesetzt werden. Hierzu gehören auch Fahr- und Parkflächen für Fahrzeuge der Kategorien F und G nach DIN EN 1991. Die zulässige gleichmäßig verteilte Verkehrslast beträgt 10 kN/m2. Für Spannbeton-Fertigdecken mit einer Dicke von h > 25 cm darf die gleichmäßig verteilte Verkehrslast auf 12,5 kN/m2 erhöht werden.[13]
Für das Bauen in Erdbebengebieten sind genauere Nachweise auf der Grundlage des Eurocode 8 (DIN EN 1998) erforderlich.
Nach DIN EN 1168 ist die Anwendung für die Spannbetonbauteile beschränkt auf eine maximale Dicke von 500 mm und beträgt die maximale Breite 1.200 mm ohne Querbewehrung und 2.400 mm mit Querbewehrung. Die Spannbetonbauteile enthalten keine Querkraftbewehrung.[5]
Das Deckensystem ist eine innovative, schnelle und kostengünstige Lösung. Bei den vorgefertigten Deckenelementen mit integrierten Stahlträgern kombiniert werden. Das Konzept basiert auf speziellen Trägern, bei denen der Untergurt breiter als der Obergurt ist. Dadurch können die Deckenelemente direkt auf den Untergurt aufgelegt werden, der Träger ist in die Decke integriert. Durch die Vermeidung von Unterzügen unter der Decke eröffnet diese zuverlässige und äußerst wirtschaftliche Bauweise neue Möglichkeiten bei Trägerspannweiten bis zu 14m.[25]
Tabelle 1 enthält überschlägige Richtwerte für unterschiedliche Anwendungsbereiche bei bestimmten Ausbau- und Verkehrslasten.
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Tab. 1: Spannweiten[3]
Beim Einsatz von Spannbetonhohlplatten als Deckenelemente können hierbei die Vorteile der industriellen Vorfertigung von Stahl- und Betonbau besonders gut zur Geltung kommen. Ein besonderes Problem dieser Bauweise liegt in der Bemessung der Randträger. Diese Träger erhalten infolge exzentrischer Belastung eine Torsionsbeanspruchung, die mit einfachen konstruktiven Mitteln reduziert werden kann. Bei der Bemessung des Randträgers tritt das Problem auf, dass die Belastung exzentrisch an das Profil angreift. In der Abb. 3 vorgestellten Fall geschieht dies durch das Einlegen eines Bewehrungsstabes in eine Kammer der Betonplatte, die hierfür bereits werksseitig nach oben geöffnet wurde. Der Bewehrungsstab wird mit dem Steg des Stahlprofils verschraubt und anschließend im Rahmen des Fugenvergusses kraftschlüssig mit der Betonplatte verbunden. Hierdurch wird es möglich, dass sich das Profil durch Bildung eines Kräftepaares (Druck am Obergurt, Zug im Bewehrungsstab) der Beanspruchung teilweise entledigt. (Abb. 4)[18]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 3: Lastangriffspunkt[18]
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Abb. 4: Modell zur Aufnahme der exzentrischen Auflagerkraft P der Spannbetonhohlplatte[18]
Die Verbundträger werden nach DIN EN 1994-1-1 und DIN EN 1994-1-2 bemessen und unter Berücksichtigung der Vorgaben der Zulassung und der EN 1090-2 gefertigt.[11]
Infolge einer unterzugsfreien Konstruktion kann das Verlegen von Leitungen und Kanälen im Regelfall ohne große Störungen ermöglicht werden. Mit Hilfe von stahlbaumäßigen Anschlüssen können Deckendurchbrüche und Öffnungen darüber hinaus nah am Stützenbereich angebracht werden, was einen deutlichen Vorteil hinsichtlich der Stützlast zur Folge hat. Alles in allem wird die Deckenplattenhöhe vergleichsweise geringgehalten, auch evtl. Brandschutzmaßnahmen sind einfacher durch die ebene Untersicht anzubringen als dies bei den normal hohen Verbundträgern der Fall ist.
Jedoch sind die Spannweiten bei Slim-Floor-Trägern infolge der schlanken Deckenhöhe sehr stark eingeschränkt, so dass das Hauptanwendungsgebiet von solchen Deckenbauten bei Konstruktionen mit mittleren Spannweiten liegt.
Aus Spannbetonhohldielen werden sowohl Decken für Ein- und Mehrfamilienhäuser, für Büro-, Gewerbe-, Verwaltungsgebäude, Parkhäuser und große Produktionshallen gebaut. Dabei können die einzelnen Spannbetonhohldielen z. B. mit zusätzlichen Schallschutzeigenschaften oder auch in sehr leichten Ausführungen hergestellt und mit großen Spannweiten hergestellt werden, was eine flexible Raumgestaltung ermöglicht.[26]
2.1 Auflagerung von Slim-Floor
Spannbeton-Fertigdecken bestehen aus einachsig gespannten Plattenstreifen, die an den Plattenenden direkt aufgelagert werden.
Durch die Auflagerung in der Zugzone der Stahlträger können im Auflagerbereich der Betonplatten Querzugspannungen entstehen, man spricht von einer biegeweichen Lagerung. In Deutschland wird beispielsweise für Hohlplattenauflager eine biegesteife Lagerung (auf Wänden oder am Druckgurt steifer Stahlträger) gefordert. Da die Hohlplatten in der Regel keine Querbewehrung besitzen, ist die aufnehmbare Querzugkraft nur beschränkt und wird die vorhandene Betonzugfestigkeit gleichzeitig auch für die Spannkrafteinleitung und die Querverteilung von Lasten in Ansatz gebracht. Zusätzlich erfahren die Hohlplatten aus der Durchbiegung des Unterzugs noch eine Querzugbeanspruchung, so dass sich bei biegeweicher Lagerung die Tragfähigkeit der Hohldielen um bis zu 50% reduziert. Da ein rissfreier Spannkrafteinleitungsbereich von entscheidender Bedeutung für die Tragfähigkeit der Hohldiele ist, muss dieser Problempunkt gesondert nachgewiesen und durch Versuche abgesichert werden.[19]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 5: Slim-Floor-Decken mit Hohldielen[19]
Werden die Decken in Trockenbauweise mit Spannbetonhohldielen ausgeführt, ist es i. d. R. wirtschaftlicher, den Spannbetonhohldielen die längere Spannweite zuzuweisen. Dadurch erhält man eine nahezu gleiche Bauhöhe von Hohlplatte und Slim-Floor-Träger. Üblicherweise liegen dann die Stützweiten des Stahlträgers im Bereich 5,0 m bis 7,5 m und die der Hohldielen zwischen 6,0 m und 12,0 m.[23]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 7: Slim-Floor-Systeme [23]
Besonders im Hinblick auf die Brandschutzanforderungen kann die Verwendung eines so genannten DELTA-Beams vorteilhaft sein. Beim Verfüllen des Profils mit Ortbeton ergibt sich aufgrund der großen Stegöffnungen ein robuster Verbundträger.[20]
Die innen liegende Bewehrung sorgt für einen dauerhaften konstruktiven Feuerwiderstand. In zahlreichen Großbrandversuchen wurde nachgewiesen, dass DELTABEAM Slim-Floor-Konstruktionen sogar bis zu 4 Stunden ohne zusätzliche Brandschutzmaßnahmen feuerbeständig sind. Der integrierte Brandschutz bietet zusätzliche Zeit-, Material- und Kostenersparnis.[27]
DELTA Verbundträger sind in Deutschland durch allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen des Deutschen Instituts für Bautechnik geregelt. [1]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 8: DELTA BEAM[20]
Während bei den Ortbetonhohlkörperdecken die Verwendung von schlaffer Bewehrung üblich ist, ist für die Hohldielen wegen der größeren erreichbaren Schlankheit die Vorspannung mit sofortigem Verbund die Regel. Ihre Tragwirkung entspricht einer Platte mit Hauptbewehrung in einer Richtung. Die einachsig lastabtragenden Dielen werden in der Regel mit Spanndrahtlitzen 3/8" bzw. 1/2" der Güte St 1570/1770 vorgespannt. Die erforderliche Zugbewehrung liegt an der Plattenunterseite im Bereich der Stege. Die höheren Dielen erhalten auch an der Oberseite eine Montagebewehrung. Die Spannbewehrung wird durch direkten Verbund verankert. Eine Querbewehrung ist nicht vorgesehen. Um die Querkrafttragfähigkeit sicherzustellen, muss immer ein Restquerschnitt von mindestens 30% der Gesamtbreite verbleiben. [19]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 9: Spannbetonhohldielen [19]
Die Hohldielen werden üblicherweise in den Stärken 16, 20, 22, 26, 32 und 40 cm hergestellt, mittlerweile gibt es bereits eine Hohldiele mit 50 cm Deckenstärke. Passplatten werden durch Längsschnitt im Bereich der Hohlräume von Regelplatten produziert. Die Decken können sowohl im Stahl- und Stahlbetonskelettbau als auch im normalen Mauerwerksbau eingesetzt werden. Das statische System ist in der Regel ein Einfeldträgersystem, in Sonderfällen ist allerdings auch eine Ausführung als Kragplatte mit einbetonierter schlaffer Bewehrung in einigen Hohlräumen bzw. im Aufbeton möglich. Bei diesen Varianten hat der Aufbeton entweder nur lastverteilende oder auch mitwirkende Funktionen, diese Lösungen sollten aber nur für untergeordnete Zwecke umgesetzt werden.[19]
Spannbeton-Fertigdecken werden grundsätzlich mit einem umlaufenden Ringanker aus Stahlbeton ausgebildet. In Kombination mit dem Fugenverguss wirkt die Fertigdecke als Scheibe. Die Ringankerbewehrung wird nach Angabe der Statik eingelegt. Bei nebeneinanderliegenden Plattenfeldern ist zusätzlich eine durchlaufende und kraftschlüssig verankerte Fugenbewehrung anzuordnen.[8]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 10: Ringanker[8]
Die Auflagerfläche muss an den Plattenenden grundsätzlich eben ausgebildet werden. Um geringe Ebenheitstoleranzen auszugleichen, wird in der Regel ein Auflagerstreifen aus Neopren verwendet. Bei biegeweichen Auflagern muss der Auflagerstreifen mindestens 35 mm breit und 10 mm dick sein.[8]
Die Mindestauflagertiefe a ergibt sich an den Plattenenden nach DIN EN 1992-1-1 10.9.5. Als Faustformel für den Entwurf gilt a > l/125, wobei l die Stützweite ist. Eine Auflagertiefe von 5 cm auf Stahlbeton und Stahl sowie 7 cm auf Mauerwerk sollte nicht unterschritten werden. Für das örtliche Vergießen beträgt die Mindestbreite des Ringkankers 5 cm. [8]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 12: Mindestauflagertiefe [8]
2.2 Anschlüsse der Fertigdecken
Spannbeton-Fertigdecken werden in Vollmontagebauweise hergestellt. Daher müssen die Anschlüsse bei der Planung frühzeitig berücksichtigt werden.
Anschlüsse in Spannrichtung
Der Anschluss an den Plattenenden erfolgt durch Bewehrung, die entweder in den Plattenfugen oder in werkseitig geöffneten Hohlräumen vergossen wird.
Bei einer Verankerung in den Fugen wird die Zugkraft durch eine Bewehrung in den Fugenverguss und anschließend durch die Schubkraftübertragung der Fugen in die Fertigdecke eingeleitet. Die Querzugspannungen werden hierbei von dem umlaufenden Ringanker aufgenommen.
Bei einer Verankerung in den Hohlkammern mit Rückbiegeanschlüssen wird die Zugkraft zunächst durch einen Übergreifungsstoß auf die anschließende Bewehrung und danach durch den Verbund der ausbetonierten Hohlkammern in die Fertigdecke eingeleitet.
Bei größeren Kräften kann die Bewehrung in Vergusstaschen verankert werden, die als Schubnocken wirken. Hierbei wird die Zugkraft durch Betondruckspannungen in die Stege der Fertigdecke eingeleitet.
Anschlüsse quer zur Spannrichtung
Der seitliche Anschluss an den Plattenlängsrändern erfolgt durch Bewehrung, die ebenfalls in werkseitig geöffneten Hohlräumen vergossen wird. Diese Anschlussart wird verwendet, um die Deckenscheiben mit horizontal aussteifenden Wänden zu verbinden. In Sonderfällen, wie z.B. bei Auswechselungen von unterbrochenen Ringankern, werden Zuggurte an der Deckenoberseite angeordnet. Die Verbindung mit den Fertigdecken erfolgt z.B. bei Flachstählen durch Kopfbolzen in ausbetonierten Vergusstaschen, die als Schubnocken wirken.[9]
2.3 Das Tragverhalten von Slim-Floor
Die Tragwerke unterliegen im Allgemeinen immer zwei Anforderungen, der Standsicherheit (Grenzzustand der Tagfähigkeit) und der Funktionstüchtigkeit im Gebrauch (Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit). Dies bedeutet, dass z.B. Verbundträger auf die maximale Beanspruchung hin untersucht werden, gleichzeitig aber auch Aspekte wie die Durchbiegung, das Schwingungsverhalten und Dauerhaftigkeit der Konstruktion (Rissbildung) berücksichtigt werden müssen.[12]Während für den Grenzzustand der Tragfähigkeit die Einwirkungen und Materialwiderstände mit Sicherheitsfaktoren beaufschlagt werden, ist für die Sicherstellung der Gebrauchstauglichkeit die wirklichkeitsnahe Ermittlung der Schnittgrößen, Verformungen und Steifigkeiten notwendig.[4]
Spannbeton-Fertigdecken sind für den einachsigen Lastabtrag in Längsrichtung ausgelegt.
Im Unterschied zu Wandscheiben erfahren Stahlbeton-, Spannbeton-, Stahl- oder Verbundträger mit einer begrenzten Biegesteifigkeit als Auflager für SpannbetonFertigdecken nennenswerte Verformungen. Mit zunehmender Durchbiegung und Verkrümmung der Auflager geht eine starre und vollflächige Lagerung der Deckenelemente allmählich verloren (Abb. 13). Man spricht aufgrund der Trägerverformungen von einer biegeweichen Lagerung der Spannbeton-Fertigdecken.[20]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 13: Biegeweich gelagerte Spannbeton Fertigdecke[20]
Durch die geringe Bauhöhe und die alleinige Tragwirkung des Stahlprofils neigen Slim Floor Konstruktionen häufig zu großen Durchbiegungen und Schwingungen, sodass die Gebrauchstauglichkeit maßgebend für die Bemessung wird und die Tragfähigkeit der Systeme nicht voll ausgenutzt werden kann.[16]
Die Durchbiegung des Trägers darf unter den seltenen (charakteristischen) Einwirkungen den Wert L/300 nicht überschreiten. Dabei sind ggf. zeitabhängige Verformungen und eine mögliche Steifigkeitsabminderung zu berücksichtigen.
Bei Trägerdurchbiegungen kleiner als L/2000 unter den seltenen (charakteristischen) Einwirkungen, die nach dem Fugenverguss auf das Verbundsystem aus Träger und Platten aufgebracht werden darf der Querkraftwiderstand VRd,c nach DIN EN 1168, Abschnitt 4.3.3.2.2.2 in Ansatz gebracht werden. Eine mögliche Steifigkeitsabminderung der Auflagerträger ist dabei zu beachten, Kriechverformungen dürfen vernachlässigt werden.
Die Begrenzung der Durchbiegung sowie die Tragfähigkeit der Träger sind ohne Ansatz einer Verbundwirkung mit den Spannbeton-Fertigdecken nachzuweisen.[10]
Abb. 14 verdeutlicht die Beanspruchungen der Spannbeton-Fertigdecken bei der Auflagerung auf einem biegeweichen, deckengleichen Stahlträger. Die Platten tendieren mit zunehmender Durchbiegung des Trägers dazu, sich in Querrichtung über dessen Auflager hinaus nach außen zu verschieben. Eine Verbundtragwirkung zwischen dem Träger und den Platten ruft einen horizontalen Schubfluss in Querrichtung der Platten hervor. Den Platten, die an den Enden des Trägers aufgelagert sind, wird dadurch vor allem eine Schubverformung aufgezwungen. Von diesen so genannten Randplatten eines Deckenfeldes geht bei üblichen Systemen das Querkraftversagen aus.[20]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 14: Beanspruchungen von Spannbeton-Fertigdecken bei der Auflagerung auf deckengleichen Stahlträgern[13]
Die Platten, die in der Mitte des Trägers aufgelagert sind, werden vorrangig durch Querbiegung beansprucht. Sie lagern infolge der Trägerverkrümmung im Grenzfall nur im Bereich der Randstege auf. Bei deckengleichen Stahlträgern werden zudem aufgrund der Längsdehnung des Untergurts über Reibung Querzugspannungen in die Platten eingeleitet. Da sich die Querzugspannungen aus der Verformung des Trägers mit den Ringzugspannungen infolge der Spannkrafteinleitung mit sofortigem Verbund überlagern, wird die Wahrscheinlichkeit einer Längsrissbildung erhöht.[20]
Der statische Nachweis für die Tragfähigkeit der Decke ist in jedem Einzelfall zu erbringen. Es gilt die DIN EN 1992-1-1 in Verbindung mit DIN EN 1992-1-1/NA. Die erforderlichen Nachweise sind:[5]
1. Lagerausbildung Eventuell inklusive biegeweiche Auflagerung
2. Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Biegung (Nachweis der Endverankerung und Zugkraftdeckung)
3. Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit für Querkraft (Nachweis der Schubkraftdeckung)
4 Nachweis der Stirnzugspannungen (Einleitung der Vorspannkräfte)
5. Begrenzung der Druckspannungen im Beton
6. Begrenzung der Spannungen im Spannstahl
7. Nachweis zur Beschränkung der Rissbreite
8. Dekompressionsnachweis
9. Nachweis zur Begrenzung der Verformungen
10. Nachweise im Brandfall
11. Nachweis der Querdruckspannungen aus Wandauflasten und Randeinspannungen
12. Nachweis der Querverteilung (Lastverteilungsbreite, Fugenscherkräfte)
13. Begrenzung der Betonzugspannungen aus Querbiege- und Drillmomenten
14. Scheibenausbildung / Ringanker
Die Plattenfugen werden profiliert ausgebildet und örtlich mit Beton C20/25 vergossen. Hierdurch wird die Querverteilung der Lasten sichergestellt und es treten keine unterschiedlichen Durchbiegungen auf.[8]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 15: Fugen[8]
2.4 Herstellung der Spannbetonhohldielen
Die Herstellung erfolgt auf bis zu 150 m langen Spannbahnen mit Gleitfertigern oder Extrudern. Beim Extruderverfahren wird der gesamte Querschnitt in einem Guss hergestellt, wobei sich der Extruder am soeben gefertigten Strang abdrückt. Mit Gleitfertigern wird der Querschnitt dagegen in zwei bis drei Lagen betoniert und die Maschine fährt selbständig über die Spannbahn. Nach Erreichen einer Betondruckfestigkeit von rund 25 - 30 N/mm2 im Alter von 10 bis 14 Stunden werden die einzelnen Deckenelemente mit einer Diamantsäge auf die erforderlichen Längen geschnitten. Durch das Trennen der Litzen bzw. Drähte wird die Vorspannung vom Spannbett auf den Plattenquerschnitt übertragen. Die Qualität der Spannkrafteinleitung lässt sich über den Einzug der Spannbewehrung prüfen. Spannbeton Fertigdecken mit unzulässig großem Einzug, der Beleg für eine zu geringe aufnehmbare Verbundspannung ist, dürfen nicht verwendet werden. Dies gilt auch für Platten mit Rissen, die Einfluss auf die Tragfähigkeit oder die Gebrauchstauglichkeit haben können.[20]
2.5 Transport und Montage
Bei Transport und Montage müssen spezielle Montagezangen verwendet werden, Längsrisse infolge unplanmäßiger Querbiegebeanspruchung zu vermeiden. Gemäß deutschen Zulassungen dürfen nur rissfreie Platten eingebaut werden. Das nachträgliche Fräsen und Bohren von Aussparungen im Bereich der Hohlkörper ist möglich, wenn die Arbeiten von Fachkräften ausgeführt werden. Auch hier ist nach Abschluss der Arbeiten die Rissfreiheit zu überprüfen. Da die Hohlplatten für die vertikale Lastabtragung keine weitere Bewehrung benötigen, können sie nach dem Verlegen ohne Unterstellung sofort begangen werden. Beim Verlegen ist auf eine gleichmäßige Durchbiegung benachbarter Platten zu achten. Treten unterschiedliche Durchbiegungen auf, wird der Höhenausgleich durch Montageklemmen vorgenommen.[19]
Da die Auflager planeben und tragfähig sein müssen, ist es hilfreich vor Montagebeginn die vorgesehene Lage der Platten auf den Auflagern anzuzeichnen und an möglichen Zwangspunkten (z.B. Treppenöffnungen) mit dem Verlegen zu beginnen.
Nach der Montage müssen entsprechend die Ringanker- und Fugenbewehrungen der Angaben im Montageplan eingelegt werden. Vor dem Betonieren der Ringbalken und Plattenfugen sollten die Deckenflächen von unten überprüft werden und sichergestellt sein, dass gegebenenfalls vorhandene Höhenunterschiede zwischen nebeneinanderliegenden Deckenplatten ausgeglichen worden sind.[3]
3. Bemessung der Decke
Bei der Bearbeitung wurden folgende Software benutzt (alles Studentenversionen):
- Friedrich Lochner Statik, Frilo Software GmbH
- AutoCAD 2018, Autodesk
- Microsoft Excel-Tabellenkalkulation
Das Programm Frilo wurde überwiegend zur Schnittgrößenermittlung benutzt. Es ist ein gängiges Programm, mit dem einfache statische Systeme berechnet werden können. An einigen Stellen wurden die Ausdruckprotokolle reduziert, um den Umfang nicht unnötig zu erhöhen.
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- Arbeit zitieren
- Anonym,, 2019, Vergleich einer Slim-Floor-Decke mit einer Vollbeton-Verbunddecke für ein übliches Deckensystem eines Bürogebäudes, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/507002
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