Entwicklung einer Bauweise für reversible Holz-Beton-Verbunddecken
Projektdurchführung
Technische Hochschule Rosenheim (THRo)
Fakultät für Holztechnik und Bau
Hochschulstr. 1
83024 Rosenheim
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Die Holzbetonverbundbauweise für Geschossdecken wurde zwar schon in den 1980er-Jahren von Julius Natterer in der Schweiz initiiert, seit ca. 10 Jahren hat diese Bauweise jedoch auch in Deutschland eine breite Anwendung bei Schul- und Bürogebäuden. Bisher wurden für das mechanische Zusammenwirken der beiden Baustoffe Verbindungsmittel eingebracht (Schrauben, eingeklebte Bleche, eingeklebte Bewehrungsstäbe usw.) die einen Rückbau dieses Deckensystems sehr erschwert. Ziel dieses Forschungsvorhaben war es, die mechanisch, positiven Eigenschaften der Holzbetonverbundbauweise zu nutzen aber gleichzeitig eine einfache Rückbaubarkeit zu erhalten. Der Anspruch war, dass die zurückgebauten Bauteile (Massivholzdecke + Stahlbetonfertigteil) ohne Downcycling direkt wieder in einen neuen Bauprozess eingebracht werden können.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden• Entwurf eines HBV-Deckensystems für 8,0 m Spannweite für den Einsatz im Schulbau
• Massivholzplatte (Brettstapel h = 26 cm, Stahlbetonfertigteilplatte h = 6 cm)
• Entwicklung der Lasteinleitung vom Holz in den Stahlbeton über 2 Holzknaggen, die jeweils an den beiden Enden der Spannweite auf
• Scherprüfungen an Probekörpern, welche die Lasteinleitung simulieren, mit verschiedenen geometrischen Ausbildungen
• Ermittlung des Schalldämmmaßes und des Trittschalpegels an einem Prototypen
• Ermittlung der Eigenfrequenzen am Prototyp
• Ermittlung der statischen Tragfähigkeit im 4-Punktbiegeversuch an mehreren Versuchskörpern
• Rechnerische Abbildung des Schwingungsverhaltens und der Tragfähigkeitsuntersuchungen
• Studie zum möglichen Einsatz der zurückgebauten Bauteile
Ergebnisse und Diskussion
• Lasteinleitung von der Massivholzplatte in das Stahlbetonfertigteil:
Die Scherversuche zeigten, dass die Ausbildung einer Verzahnung mit den unterschiedlichsten Zahngeometrien, keinen nennenswerten Einfluss auf die übertragbare Scherkraft zwischen Massivholzplatte und Furnierschichtholzknagge haben. Entscheiden ist das Einbringen von Vollgewindeschrauben, die unter 45 Grad eingebracht werden und somit unter Last einen Anpressdruck zwischen den beiden Bauteilen erzeugt. Aus diesem Anpressdruck entsteht in der Schwerfuge ein Reibwiderstand, der sich für das Tragverhalten entscheidend positiv auswirkt. Das ursprüngliche Ziel bei der Verbindung komplett auf Schrauben zu verzichten, konnte also nicht vollständig erreicht werden. Allerdings beschränkt sich der Einsatz von Schrauben auf jeweils die letzten 50 cm der Deckenspannweite.
• Die versuchsgestützte Ermittlung des Eigenschwingungsverhaltens ergab ein hohe Eigenfrequenz, womit auch diese rückbaubare HBV-Konstruktion den großen Vorteil der HBV-Bauweise aufzeigt und keine Schwingungsempfindlichkeit gegeben ist.
• Hinsichtlich des akustischen Verhaltens entspricht das Schalldämmverhalten dem einer vergleichbaren Stahlbetondecke.
• Im 4-Punktbiegeversuch ergab sich eine hohe Tragfähigkeit, die so auch rechnerisch nachvollzogen werden konnte. Durch das Schwind- und Kriechverhalten des Stahlbetons baut sich jedoch über die Lebenszeit der Decke die Tragfähigkeit etwas ab. Letzteres wird bei weit gespannten Geschossdecken jedoch nicht maßgebend, da bei solchen Deckenkonstruktionen immer das Gebrauchstauglichkeitsverhalten maßgebend wird (Durchbiegung, Schwingungsverhalten). Vor allem das Schwingungsverhalten wird durch den Schwind- und Kriechprozess nicht negativ beeinflusst.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Die Ergebnisse dieses Projekts sollen auf einer Veranstaltung des Forums Holzbau vorgestellt werden.
Fazit
• Die Idee von einer leistungsfähigen und rückbaufähigen HBV-Decke für große Spannweiten (bis ca. 8,0 m) konnte erfolgreich in Form von Prototypen umgesetzt werden. Versuche und Messungen an den Prototypen bestätigen das erwartete positive statische und bauphysikalische Verhalten.
• Der Wunsch komplett auf Vollgewindeschrauben zu verzichten konnte nicht vollständig erfüllt werden. Zumindest an den Enden der Spannweite sind über eine Länge von ca. 50 cm Vollgewindeschrauben zur Herstellung der Verbundwirkung einzusetzen.
• Der Einsatz der zurückgebauten Einzelbauteile (Massivholzdecke, Stahlbetonfertigteil) ist auf hohen Niveau möglich. Die Vollhölzer der Brettstapeldecke können beispielsweise als Ständer in einer Holztafelwand wiederverwertet werden, Aus den Stahlbetonfertigteilen kann eine Fertigteildoppelwand hergestellt werden, die ausbetoniert im Neubau verbaut werden kann.