Konstruktionsmöglichkeiten von Stahlbetonbecken Systeme, Randbedingungen, Fugen

Transkript

1 13. Wiesbadener Planer- und Sachverständigenseminar Vortrag Konstruktionsmöglichkeiten von Stahlbetonbecken Systeme, Randbedingungen, Fugen

2 Inhalt 1. Kurzvorstellung Referent 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Beispiele Statischer Systeme 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen 6. Planungs- und Ausführungsfehler 7. Becken unter Auftrieb 8. Fragenklärung

3 1. Kurzvorstellung Referent

4 1. Kurzvorstellung Referent Referent: Guido Horst Studium des Bauingenieurwesen an der Fachhochschule Lippe in Detmold mit Abschluss als Diplomingenieur 18 Jahre Berufserfahrung im Bäderbau seit 2003: Geschäftsführender Gesellschafter des über 30 Jahre Bäderbau

5 1. Kurzvorstellung Referent Mitglied der Ingenieurkammer Bau NRW Fachliste bundesweit tätiger Tragwerksplaner Beratender Ingenieur VBI Staatlich anerkannter Sachverständiger für Schall- und Wärmeschutz Besondere Tätigkeiten: Mitglied im Technischen Ausschuss (DGfdB) Mitglied im Arbeitskreis Bäderbau (DGfdB)

6 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken

7 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken Schwimmbecken aus Stahlbeton mit alternativen Verbundabdichtungen mit Auskleidungen als WU-Konstruktion mit hohem Wassereindringwiderstand z. B. - Gummiabdichtungsbahn auf Elastomerkleber und Oberbelag in Epoxidharzverlegung - mineralische Abdichtung, Dichtungsschlämme auf Reaktionsharzbasis - Zementäre Abdichtung - z. B. - Folien - Edelstahl - (GFK) - z. B. - vorgespannt oder teilweise vorgespannt - schlaff bewehrt Vortragsthema Auf Besonderheiten von Freibecken wird hier nicht eingegangen!

8 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.1. Themenkomplexe 2.2. Regelwerke 2.3. Konstruktion 2.4. Lagerung 2.5. Belastungen 2.6. Rissbreitenbeschränkung 2.7. Probebefüllung

9 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.1. Themenkomplexe: Stahlbeton Schwimmbecken mit hohem Wassereindringwiderstand (WU) ohne zusätzliche Abdichtung 2.2. Regelwerke: - Betontechnologie - Fugenplanung (detailliert) - Ausführbarkeit und konstruktive Durchbildung einschließlich aller Einbauteile z. B. der Badewassertechnik und Beleuchtung - Eurocode 2 / EN (DIN 1045 alt) - Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton (WU-Richtlinie DAfStb) - Erläuterungen zur WU-Richtlinie (DAfStb) - Feuchtetransport durch WU-Konstruktionen (Positionspapier DAfStb) - Richtlinie (DGfdB) Schwimm- und Badebecken aus Stahlbeton -

10 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.3. Konstruktion: Variante 1 Beckenkonstruktionen umlaufend / allseitig vom übrigen Gebäude durch Bewegungsfugen getrennt - zwangsarm - geringste Rissbildungen Variante 2 Beckenkonstruktionen monolithisch mit Beckenumgang / Gebäude verbunden - Planungen häufig fehlerhaft und nicht durchgängig konsequent Hinweis: Kombination mit Schwallwasserbehälter Weitere statische Betrachtungen siehe Abschnitt 4.

11 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.3. Konstruktion: - gleichmäßig starke Sohlplatten (Gefälle) - unvermeidbare Dickenunterschiede sind schräg zu vouten (formweich) - Mindestbauteilstärken: nach statischer Bemessung nach Konstruktionsbedingungen (h > 25 cm):

12 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.4. Lagerung: elastisch gebettete Becken Unterbau Beispiel: - Beckensohle - PE-Folie(n) - Wärmedämmung (dauerhaft druckfest) - Sauberkeitsschicht - Tragschicht(en)

13 geeignete Gleitlager 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.4. Lagerung: aufgeständerte Becken Beispiel: Wandschotten / Stützen

14 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.5. Mögliche Belastungen: infolge - Beckenumgang / Gebäude - Erddruck - Grundwasser / aufstauendes Sickerwasser - Beckenfüllung - Betriebliche Nutzung - Wasserattraktionen, Sprunganlagen - ggfs. Bauzustände - Temperatureinflüsse (Freibäder) -

15 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.6. Rissbreitenbeschränkung: Gemäß WU-Richtlinie: gemäß R (DGfdB): w 0,15 mm! Empfehlung bei Wasserbehälter mit Überdruck: (z. B. Filterkammer aus Beton mit 1,3 bar Innendruck) w = 0,10 mm

16 2. Anforderungen und Randbedingungen von Stahlbetonbecken 2.7. Probebefüllung: - Probebefüllung als Dokumentation der Gefügedichtigkeit - Nach Betonreife / Festigkeit für fcm28 (vgl. 28 Tage 20 C) - Dauer der Probebefüllung: 14 Tage mit höchstem Wasserstand langsam anhebender Wasserstand (ca. 2-3 cm / Std.) regulierter Temperaturunterschied zwischen Beton und Füllwasser (± 3 C) - Hinweise zur zulässigen Rissbreite 25 % der Gesamtrisse dürfen größer sein (Quantilwert)! Selbstheilung nach erster Wasserbeaufschlagung - Bei wasserführenden Rissen, zuerst den Wasserstand absenken, um eine Selbstheilung zu fördern. Falls wasserführende Risse bestehen bleiben, müssen diese fachgerecht verpresst werden. - Anschließend längere Standzeiten von leeren Becken vermeiden!

17 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013

18 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Wichtige Unterschiede (zur Zeit) zwischen: Richtlinien für den Bäderbau Koordinierungskreis Bäder (KOK) und Richtlinie Schwimm- und Badebecken aus Stahlbeton Dt. Gesellschaft für das Badewesen e.v

19 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 DGfdB R ( ):

20 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 DGfdB R ( ):

21 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Resultierende Betonüberdeckungen: Richtlinie mit Verweis auf DIN 1045

22 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Richtlinien für den Bäderbau KOK 5. Auflage : Abschnitt Betonüberdeckung Dieses Maß beträgt für den Bau von Schwimm- und Badebecken in Abweichung von der DIN 1045 mindestens 5 cm. Bei Beckenwasser aus Sole- oder Meerwasser ist das Maß auf mindestens 5,5 cm zu vergrößern.

23 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Vergleich R und KOK 2013:

24 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Juristische Einschätzung: 1.) DIN 1045 Norm 2.) R Richtlinie (weiterführend) 3.) KOK Fachbuch (untergeordnet) Besonderheit: Die KOK 2013 könnte vertraglich vereinbart werden und wäre damit bindend!

25 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Weitere Folgen bei höherer Betondeckung unter Beibehaltung der Wandstärke: 1. Die statische Höhe vermindert sich um 10 mm, welches eine stärkere Biegebewehrung verursacht und ggfs. höhere Betonstahlkosten. 2. Der Rissbreitennachweis wird für den Betonstahl ungünstiger. Je größer die Betondeckung um so mehr Betonstahl wird erforderlich, um die Rissbreite zu begrenzen. Nach überschläglicher Einschätzung würden Mehrkosten von derzeit circa 5,- bzw. 12,- / qm Bauteilfläche (bei gleichem Stabdurchmesser bzw. falls ein Durchmesser erhöht werden muss) erforderlich werden. (Beispiel Beckensohle; bei Beckenwänden circa die Hälfte) 3. Für die Außenseiten sind größere Abstandshalter erforderlich. Die Dauerhaftigkeit / Langlebigkeit eines WU-Beckens ist maßgeblich abhängig von den Betonierarbeiten + Nachbehandlung

26 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Ausführungshinweise im Bäderbau zur Fehlervermeidung (Beispiele): - Betonieren von Frühjahr bis Herbst: langsam erhärtende Betone ggfs. Abbindeverzögerer niedriger Zementgehalt evtl. Begrenzung der Frischbetontemperatur ggfs. Austausch Zement gegen Steinkohleflugasche (Verringerung der Wärmedämmung - Betonieren in Wintermonaten: verlängern der Ausschalzeiten + Nachbehandlung Schutz gegen Gefrieren der Randzonen - Sorgsame Verdichtung: Entmischungen des Betons aus Wandfuß verhindern (Fallhöhe) Schüttlagen mit Innenrüttler vernadeln (Luftansammlungen) - Betonzusatzmittel (Verarbeitbarkeit, Verdichtbarkeit) - Bei starker Sonneneinstrahlung, das Betonieren ab spätem Nachmittag ausführen

27 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Die Nachbehandlung ist unabhängig von der Witterung! Beton vor Austrocknung schützen Besprühen mit Wasser frisch eingeschalter Flächen unterlassen! (Zwangsspannungen infolge Hydration gering halten) Besser Foliennachbehandlung oder Curing-Film aufsprühen (und entfernen) Nicht mit Wasser bespritzen! Mindestdauer der Nachbehandlung nach Tafel 3 verdoppeln: x 2

28 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK 2013 Fazit: Vertragsbedingungen + geschuldete Leistungen klären Noch höhere Betonüberdeckungen (KOK) = höhere Baukosten Sorgsame Betonierarbeiten + Nachbehandlung Häufige Ausführungsfehler führen langfristig zu Undichtigkeiten bzw. Betonschäden Achtung bei Betonüberdeckungen der übrigen Betonbauteile, wie NICHT-BECKEN-BAUTEILE Hier treten aufgrund der klimatischen Bedingungen - insbesondere im Bereich von Behältern / Anlagentechnik in Beckenumgangsbereichen, an Kellerdecken, -wänden und stützen, welche nicht zum Becken gehören, oftmals starke Beton- und Korrosionsschäden auf. Für diese NICHT-BECKEN-BAUTEILE sollte mindestens die Expositionsklasse XC 3 mit c = 35 mm oder größer angewandt werden.

29 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Beispiel: Beckenumgang im Kellergeschoss (Baujahr 1973) Beispiel Punkt 5: Betondeckung = 20 mm < Karbonatisierungstiefe = 30 mm Vorhandene Betonüberdeckungen: 21 bis 30 mm (12 mm Einzelfall) Festgestellte Karbonatisierungstiefen: 1 bis 30 mm (50 mm Einzelfall) Chloridgehalte: 0,43 bis 1,18M-% < 0,4

30 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Beispiel: Beckensanierung 2013 (Baujahr 1973) Ursprünglicher Ausführungsfehler Raststufe (flächig): Vorhandene Betonüberdeckungen 2 15 mm

31 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Beispiel: Sanierung Schwallwasserbehälter = Beckenumgangsplatte - sandgestrahlt -

32 3. Hinweise zur Richtlinie (DGfdB) und der KOK Beispiel: Sanierung Stützen im Technikkeller neben Gebäude- dehnfuge Becken Beckenumgang 2. Gebäudeteil / Nebentrakt

33 4. Beispiele Statischer Systeme

34 4. Beispiele Statischer Systeme Vorteile: - zwangsärmste Konstruktion - geringste Rissentwicklung - unabhängigste Gebäudearchitektur Nachteil: - Bewegungsfuge am Becken Vorteile: - zwangsarm - geringe Rissentwicklung Nachteil: - Bewegungsfuge am Becken auch für senkrecht verschieblich abdichten

35 4. Beispiele Statischer Systeme Vorteil: - keine Bewegungsfuge am Becken Nachteile: - unterschiedliches Schwindverhalten, wie Frühschwinden (plastisch) und Trocknungsschwinden (Zementstein) - erhöhte Zwangsspannungen für Becken + Decke Vorteil: - keine Bewegungsfuge am Becken Nachteile: - unterschiedliches Schwindverhalten, wie Frühschwinden (plastisch) und Trockenungsschwinden (Zementstein) - erhöhte Zwangsspannungen für Becken + Decke - Decken Stützenweiten begrenzt - DF auch für senkrecht verschieblich abdichten

36 4. Beispiele Statischer Systeme Absolutes No Go : Beckenkonstruktion und Gebäudekonstruktion durchgängig monolithisch verbunden!

37 4. Beispiele Statischer Systeme Beispiel Beckenumgangsplatte: Variante 1.) - DF am Becken - Umgangsdecke mit Höhensprung (und / oder Schwindfeldern) Folgen bei Variante 2.) - DF zum Gebäudeanschluss - Bemessung der Rissbewehrung infolge Zwang für Decke und Beckenwand (Kosten + Wirtschaftlichkeit?) - ggf. Anordnung von Dehnfugen in der Decke (Eckbereiche)

38 4. Beispiele Statischer Systeme Zusammenfassung: - empfehlenswert - - nur bei kleinen Deckenstützweiten - Kosten!? - fehlerträchtig + risikoreich - - fehlerträchtig + risikoreich - - planerische und baukonstruktive Konsequenzen -

39 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

40 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: - Eine detaillierte Fugenplanung ist immer erforderlich! - Fugen als räumlich geschlossenes System! - Eine Kollisionsplanung mit Badewassertechnik und Beleuchtung ist wichtig! Beispiel: Rohrdurchführungen Zu- und Ablaufsysteme Einströmöffnungen Lampenkörper Bullaugen Leistungsführungen im Allgemeinen Rohrsystem in der Beckensohle müssen parallel zu den Bewehrungslagen eingebaut werden. Bewehrung ist entsprechend zu planen! Querschnittsschwächung = nicht abgedichteter Sollriss

41 Beispiel Solebecken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

42 Beispiel Solebecken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

43 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen - Keine Vouten (Plattenbemessung)

44 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Beispiel: Abstandhalter Einbau von Rohrleitungen in die Beckensohle

45 Zulassung Abstandhalter: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

46 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen - Schwimmbecken bis 25 m können in der Regel ohne Dehnfugen ausgebildet werden DEHNFUGE ARBEITSFUGE SCHWINDFUGE Ausbildung von WU-Becken und Schwallwasserbehältern möglichst ohne Dehnfugen!

47 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: - Die Dehnfugenbreite ist abhängig von der resultierenden Bauwerksverformung in einer Fuge v r = (v x ² + v y ² + v z ²) - Für Ecken und Kreuzungen können Standardformteile verwendet werden

48 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: - Stöße nur geradlinig ausführen - Durchgängigkeit des Fugenverlaufes beachten / planen

49 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: - Fugenelemente: Thermoplast-Fugenbänder (geschweißt) Elastomer-Fugenbänder (vulkanisiert) Schwindrohre (Fugenband) Fugenbelche beschichtete Fugenbleche Injektionsschläuche verschiedene Kombinationen Verwendbarkeitsnachweis: Bauaufsichtliches Prüfzeugnis (abp) entspr. WU-Richtlinie

50 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenelemente: abp-fugenabdichtungen.de

51 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenelemente: abp-fugenabdichtungen.de

52 Beispiel 25 m - Becken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

53 Beispiel 25 m - Becken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

54 Beispiel 25 m - Becken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

55 Beispiel 25 m - Becken: 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen

56 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: Beispiel: Problemzone Beckenkopf Verlauf AF!

57 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Fugenplanung: Beispiel: Problemzone Beckenkopf (nicht innenliegend!!) Vorteile ohne Fugenband: - örtlich kontrollierbar - evtl. Undichtigkeiten können lokalisiert werden - Klare Verantwortlichkeit bei Mängeln - Kostenersparnis

58 5. Fugenplanung Dehnfugen, Schwindfugen, Arbeitsfugen Beispiel: Auflagerung des Beckenumganges auf dem Beckenkopf

59 6. Planungs- und Ausführungsfehler - Häufig festgestellte Fehler bei Beckenschäden - Planungsfehler: - Es wurde kein geschlossenes Abdichtungssystem ausgebildet - Die Fugenabdichtung fehlt, wurde vergessen oder falsch dimensioniert - Der Bemessungswasserstand wurde nicht oder nicht richtig eruiert - Details des Abdichtungssystems (Anschlusspunkte, Stöße, Kreuzungspunkte) wurden nicht geplant, sondern wurden der Baustelle überlassen - Der Platzbedarf für Abdichtung wurde bei der Bewehrungsführung nicht beachtet, zu eng liegende Bewehrung

60 6. Planungs- und Ausführungsfehler - Häufig festgestellte Fehler bei Beckenschäden - Ausführungsfehler: - Die Fugenabdichtung ist nicht lagerichtig und sicher eingebaut (Konsequenz: Z. B. umgeklappte Fugenbänder, aufgeschwommene Injektionsschläuche oder Quelldichtungen) - Unplanmäßige nicht abgedichtete Arbeitsfuge, z. B. durch ungewollte Unterbrechung beim Betonieren (wilde Arbeitsfuge) - Das Abdichtungssystem (Fugenband, Fugenblech, beschichtetes Fugenblech) wurde zu tief einbetoniert bzw. nicht tief genug einbetoniert - Die Abdichtung wurde mechanisch beschädigt - Stöße, Kreuzungspunkte oder Anschlüsse wurden nicht oder nicht fachgerecht ausgeführt - Der Abstand zwischen Abdichtungssystem und Bewehrung ist zu gering - Die Fallhöhe des Betons beim Betonieren ist zu hoch, der Beton wurde unzureichend verdichtet

61 7. Becken unter Auftrieb

62 Beispiel Gründung: 7. Becken unter Auftrieb

63 7. Becken unter Auftrieb Beispiel Schnitt: DF DF DF DF GF AF - Konsequente Trennung der Becken vom Gebäude! - Bemessung aller Teilbereiche unter Auftrieb! DF + GF DF + GF DF + GF AF - Berücksichtigung aller Lastfallkombinationen!

64 Beispiel Detail: 7. Becken unter Auftrieb

65 8. Fragenklärung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!