Deckensysteme. Übersicht. Fertigteilkonstruktionen im Massivbau. Norbert Will. Massivbau IV. Einführung Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme

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1 1 Deckensysteme Norbert Will IV Übersicht 2 Einführung Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme Statische Vorbemessung Biegetragfähigkeit Querkrafttragfähigkeit Deckenscheiben Durchbiegungen Bauphysik Brandschutz Schallschutz Wärmeschutz Konstruktion

2 3 Einführung Auswahl nach Deckensysteme Anforderungen Funktion erforderliche Spannweite Verformungen Leitungsführung Bauphysik große Spannweiten geringes Eigengewicht hohe Belastbarkeit hohe Schlankheit gute bauphysikalische Eigenschaften Wirtschaftlichkeit terminsichere Herstellung hohe Ausführungsqualität Kosten Kostenkontrolle schnelle und terminsichere Herstellung ressourcenschonende Herstellung große Wirtschaftlichkeit 4 Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme Einteilung der Deckensysteme Ortbeton klassische Lösung Stahlbeton Spannbeton Teilvorgefertigte Deckenelemente Filigrandecken (i.d.r. Stahlbeton) Elementdecken (vorgespannt) Vollvorgefertigte Deckenelemente Vollplatten Hohlplatten - Platten Stahlbeton Spannbeton

3 6 Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme Ortbetonkonstruktionen 7 Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme Teilvorgefertigte Decken Ortbeton Ortbeton Gitterträger Elementdecke Fertigteil oder Ortbeton Gitterträger Fugenquerbewehrung Filigranplatte oder - Platte i.d.r. Ausführung in Stahlbeton Zur Zeit häufigste Lösung nahezu beliebige Grundrissform reduzierter Schal- und Bewehrungsaufwand mittlere Kosten nur geringfügige Verkürzung der Bauzeit im Vergleich zu Ortbeton Witterungsabhängigkeit Elementdecke

4 Teilvorgefertigte Deckensysteme Gitterträgerdecke Weitgespannte Decken Spannweite: 8 15 m geringer Schalaufwand wenig Unterstützung schneller Baufortschritt Sichtbetonqualität 8 HSC: kein BSt im Spiegel 9 Grundlagen des Entwurfs Deckensysteme Vollvorgefertigte Decken i.d.r. Spannbeton-Fertigdecken nahezu beliebige Grundrissform minimaler Schal- und Bewehrungsaufwand vor Ort keine Hilfskonstruktionen große Stützweiten bei geringer Konstruktionshöhen Witterungsunabhängigkeit deutliche Verkürzung der Bauzeit im Vergleich zu Ortbeton/Filigran geringe Kosten Höhere Qualität

5 10 Grundlagen des Entwurfs Querverteilung 11 Grundlagen des Entwurfs Verlegung Beispiel Verlegeplan Verlegung direkt vom LKW möglich (Minimierung der Lagerfläche) auf höhengleiche Lage benachbarter Platten achten (Stichunterschiede beachten) sofort begehbar keine Hilfskonstruktionen erforderlich kein Aufbeton - trocken

6 12 Spannbeton-Fertigdecke Allgemeines 13 Spannbeton-Fertigdecke Herstellung Vorgehen Gleitfertiger Einbau und Vorspannung der Längsbewehrung auf bis zu 150 m langen Fertigungsbahnen Vorspannung mit N/mm² Betonieren mit dem Gleitfertiger in Lagen Fertiger wird gezogen Formgebung durch Fertiger Zuschnitt der Platten Vorspannung

7 14 Spannbeton-Fertigdecke Montage Verlegung Verlegung dicht nebeneinander i.d.r. keine Hilfsstützen erforderlich gleichmäßige Durchbiegung wird erreicht durch ebene Auflager Montagezwinge Decke sofort begehbar volle Belastbarkeit erst nach erhärtetem Fugenverguss Verlegeleistung: 5 bis 10 min je Kranhub 15 Slim-Floor-Decken Montage IFB NSQ SWT SFB THQ Hut / Delta

8 Statische Teilvorgefertigte Decken Statischer Nachweis entsprechend DIN Evt. Bemessung des Fertigteils durch den Hersteller Nachweisform Vollvorgefertigte Decken Statischer Nachweis (Normen/Zulassungen/ Prüfberichte) Bemessungsprogramme der Hersteller bei großen Aussparungen, Einzellasten, Statische Nachweisform 17 Querschnittsbemessung Vordimensionierung Rechnerischer Nachweis Anwendung von Tragfähigkeitstabellen Regelfall für übliche Deckenplatten Statischer Nachweis (Normen/Zulassungen/ Prüfberichte) Bemessungsprogramme der Hersteller bei großen Aussparungen, Einzellasten,...

9 Statische Entwurf und Vorbemessung 18 Eingangsgrößen der Tragfähigkeitstabellen Lasten Spannweite l Systemmaß L Systemmaß B (Achsabstand unterstützender Bauteile) (Breite der tragenden Bauteile) Statische Vorbemessung Porenbetonplatten 19

10 Statische Vorbemessung - Platten (schlaff bewehrt) Grenzwerte: l = 17,50 m, q = 7,5 kn/m² h = 950 mm l = 15,00 m, q = 25,0 kn/m² h = 1000 mm 21 Statische Allgemeines Nachweis wie für Ortbetonkonstruktionen Angaben nach DIN , Abschnitt 13.4 EC 2, Teil 1-3 DIN 1045, Abschnitt beachten. Berücksichtigung des Einfluss der Fugen Querverteilung Fugenbemessung Entwurfs-/Bemessungshilfen Biege- und Querkraftbemessung 24

11 Statische Allgemeines 25 bauaufsichtlich zugelassen allgemein anwendbar geprüfte Typenstatik vereinfachte Tragwerksplanung hohe Schlankheit geringere Konstruktionshöhe große Stützweiten vorgespannte Platte konstruktive und gestalterische Freiheit geringe Durchbiegungen Scheibenwirkung Ringanker, Fugenbewehrung, Fugenverguss Statische Spannbeton- Fertigdecken Spannbeton- Fertigdecken 26 Querschnittsbemessung Vordimensionierung Rechnerischer Nachweis Anwendung von Tragfähigkeitstabellen Regelfall für übliche Deckenplatten Statischer Nachweis (Normen/Zulassungen/ Prüfberichte) Bemessungsprogramme der Hersteller bei großen Aussparungen, Einzellasten,...

12 Statische Vereinfachter Nachweis 28 Spannbeton- Fertigdecken Statische Spannbeton- Fertigdecken Maximale Spannweite von Spannbetonhohlplatten 29 Deckendicke Auflast [kn/m²] [cm] 1,50 5,50 10, ,90 5,50 3, ,70 7,00 5, ,80 7,80 6, ,10 10,80 9,00

13 Statische Nachweise nach DIN Spannstahlspannung 1000 N/mm² Rissbreitenbeschränkung Spannkrafteinleitung Betonrandspannung im Gebrauchszustand 4,5 N/mm² Nachweise nach Zulassung Querkrafttragfähigkeit der Stege (ohne Querkraftbewehrung) Stirnspaltzug 2,2 N/mm² Querbiegespannungen 1,9 N/mm² Querverteilung über Fugenscherkräfte 30 Statische Querkrafttragfähigkeit Ringanker und Scheibenwirkung Spannbeton- Fertigdecken Spannbeton- Fertigdecken 43 Erweiterung des Ansatz aus DIN um den Einfluss der Schubspannung aus der Spannkrafteinleitung Ermittlung der Übertragungslänge aus der Vorspannung nach DIN maßgebender Schnitt: 0,5 H von der Auflagervorderkante Ermittlung der geringsten Querkrafttargfähigkeit über die Höhe mit der Gleichung V Rd, ct I b f S w f 2 ctk; 0, 05 fctk; 0, 05 1 cd c c p cpd

14 Statische Querkrafttragfähigkeit V Rd, ct mit: I b f S w f 2 ctk; 0, 05 fctk; 0, 05 1 cd c c f = 0,85 1,0 (Abminderungsfaktor für Maßstabseffekte) c = 1,8 (unbewehrter Beton) cpd = Schubspannung aus Spannkrafteinleitung Spannbeton- Fertigdecken p cpd 44 b w cpd Statische Vorspannung Spannbeton- Fertigdecken 45 Generell höhere Spannstahlspannung möglich DIN 4227 p,zul = 0,55 bz bzw. 0,75 b Litzen 1570/1770 => 973 N/mm² s DIN p,zul = 0,75 fpk bzw. 0,85 fp0,1k Litzen 1570/1770 => 1275 N/mm² (31 %) Zur Vermeidung von Spannungsrisskorrosion für Spannbeton-Fertigdecken weiterhin Begrenzung der Vorspannung auf 1000 N/mm² Nachweis der Endverankerung günstiger

15 Statische Slim-Floor Decken Schnitt I-I: I 48 I Q R 1 >R 2 >R 3 Q R 1 Querbiegung + Querzug V V R 1 Querbiegung + Schubverzerrung R 2 R 3 V V Zusatzbeanspruchung der Fertigdecke ist im Einzelfall zu überprüfen. Statische Slim-Floor Decken Spannbeton- Fertigdecken Spannbeton- Fertigdecken 49 Biegeweiche Lagerung ruft zusätzliche Schubbeanspruchung in Fertigdecken hervor Frühzeitiges Schubversagen Abnahme der Schubtragfähigkeit um bis zu 60 % gegenüber biegesteifer Lagerung Evt. treten Längsrisse im Bereich der Litzen auf, der Einfluss auf die Tragfähigkeit ist aber noch nicht exakt zu beschreiben

16 50 Slim-Floor Litzenverankerung Zugkraftdeckung P mt z d Pmt z d VEd Uncracked zone Cracked zone VEd Längsrissbildung P mt lbpd M Ed /z F Ed (x) max M /z Ed M Ed /z F Ed (x) F P (x) max M /z Ed F pd = pd Ap F p l ba f pk F pd s Ap F pd = pd Ap F p f pk F pd s Ap Statische Slim-Floor Decken Spannbeton- Fertigdecken 51 biegeweiche Lagerung durch Zulassung nicht abgedeckt (DIBt Mitteilungen Heft 5, 2000) empfohlene Konstruktionsregeln: Durchbiegung < l/300 Auflagertiefe > 100 mm Querkrafttragfähigkeit maximal zu 50 % ausnutzen Weitere Untersuchungen werden durchgeführt, um die biegeweichen Lagerung auch nach deutschen Zulassungen zu regeln.

17 Statische Höchstlast Spannbeton- Fertigdecken Maximale Höchstlast: 12,5 kn/m² 52 In Zukunft wird voraussichtlich die Belastung von Spannbeton- Fertigdecke durch einen Gabelstapler der Klasse G1 (zul. Gesamtlast 31 kn) zulässig. Dynamische Lasten und SLW 30 nicht zulässig (Ausnahme: Feuerwehrfahrzeug) Statische Deckenscheibe 53 Woher stammen die Horizontallasten? Scheibenwirkung Deckenscheibe Belastung Scheiben Belastung Balken- Stützen Knoten Sicherstellung der Stabilität i.d.r. durch horizontal aussteifende Bauteile Deckenscheiben vertikal aussteifende Bauteile Kerne, Wandscheiben Scheibenwirkung der Decke ist zur Horizontalaussteifung der Gebäude erforderlich Weiterleitung der Horizontallasten in die vertikal aussteifenden Tragglieder

18 Statische Deckenscheibe Gesamttragwirkung 54 Statische Deckenscheibe Nachweis DIN Schub an den Längsfugen evt. mit Schubdübel aufnehmen wirklichkeitsnahes Tragmodell wählen Verträglichkeit der Verformungen berücksichtigen Bewehrung für die auftretenden Zugkräfte anordnen geeignete bauliche Durchbildung in Bereichen von Spannungskonzentrationen Bewehrung darf an den Auflagern und in den Fugen konzentriert werden

19 Statische Tragmodelle Deckenscheibe 57 Druckstrebe kann nicht durch die Öffnung laufen Knotengleichgewichte beachten Statische Tragmodelle Deckenscheibe 58

20 Statische Deckenscheibe 61 Nachweis Zugankersystem nach DIN Beanspruchungskombinationen: DIN , Abschnitt 13.4: Grundkombination Einwirkungen der planmäßigen Nutzung Schiefstellung, Wind Grundkombination außergewöhnliche Bemessungskombination Explosion Katastrophenzustände Anordnung eines Zugankersystems Ringanker innen liegende Zuganker horizontale Stützen- und Wandzuganker Schadensbegrenzung bei außergewöhnlicher Einwirkung Bemessung für die charakteristische Festigkeit f yk Statische Deckenscheibe 62 Nachweis Zugankersystem nach DIN Konstruktion Anordnung des Ringankers innerhalb eines Randabstandes von 1,20 m Rechtwinkliges Raster der innen liegende Zuganker innen liegende Zuganker dürfen in die Fugen gelegt werden Eckstützen sollten in zwei Richtungen verankert werden

21 Statische Deckenscheibe Nachweis Zugankersystem nach DIN Lage des Zugankers Zugankerkraft Bemerkung Umlaufender Ringanker Innenliegender Zuganker mit Ortbetonschicht ohne Ortbetonschicht F tie,1 = l i 10 kn/m 70 kn F tie,2 = 20 kn/m F tie,2 = (l 1 + l 2 )/2 20 kn/m 70 kn l i : wirksame Stützweite des größten Endfeldes je Meter Plattenbreite l 1, l 2 : Spannweite der Deckenplatte auf beiden Seiten der Fuge Horizontaler Wandzuganker (Anschluß von Wänden) F tie,3 = 10 kn/m je Meter Fassadenwand Horizontaler Stützenzuganker (Anschluß von Einzelstützen) F tie,4 = (l 1 + l 2 )/2 10 kn/m 150 kn je Meter Fassadenwand Statische Deckenscheibe 64 Nachweis Zugankersystem nach DIN Beispiel Beispiel 7,50 m 7,50 m 7,50 m 7,50 m 7,50 m 8,00 m

22 Statische Deckenscheibe Nachweis nach DIN Wirkung als tragfähige Scheibe nach DIN Ringanker mit 2 Ø , BSt 500 Fugenbewehrung nach Scheibenberechnung Fugenverguss in Sonderfällen Nachweis der Kraftübertragung in der Fuge Statische Deckenscheibe 66 Ringanker aus Stahlbeton Ringanker im Hohlraum Ringanker Ringanker

23 Statische Scheibenbeanspruchung Schub- Zug- und Druckkräfte aus der Wirkung als aussteifende Deckenscheibe Deckenscheibe Verbindung 68 Statische Plattenbeanspruchung Querkraftbeanspruchung aus der Querverteilung von Lasten Deckenscheibe Verbindung 69

24 Statische Beispiele für Fugenausbildungen Deckenscheibe Verbindung 70 Statische Deckenscheibe Verbindung 71 Fugenbemessung Fugenbewehrungsgrad nach Steinle/Hahn: = A s /A u A s A u u erforderliche Fugenbewehrung (im Diagramm als F e bezeichnet) Fugenfläche (im Diagramm als F u bezeichnet) Schubspannung in der Fuge glatte Fugen: u = 3,0 profilierte Fugen: u = 2,5

25 Statische Fugenbemessung Deckenscheibe Verbindung Konstruktion Fugen Scheibenwirkung durch Fugenverguss Fugenbewehrung Fugenverguss Mörtel mit Größtkorn Ø 8 mm Festigkeit C 12/ Tage Aushärtungszeit Randausbildung

26 74 Konstruktion Fugen Ringanker innerhalb von Spannbetonfertigdecken Werkseitige Aussparung der oberen Plattenspiegel 75 Konstruktion Auflager

27 76 Konstruktion Auflager 77 Konstruktion Auflager Mittelauflager Stahlbeton Spannbetonhohlplatte Stahlbetonbalken

28 78 Konstruktion Auflager Endauflager Ringanker Spannbetonhohlplatte Mauerwerk Wandkopfhalterung am Plattenlängsrand 79 Konstruktion Auflager Flachdecken (Slim-floor) Foto der Ausführung des Details ergänzen Grundsatz: kleine Durchbiegungen kurze Stützweiten für den Stahlträger große Stützweiten für die Spannbetonhohlplatte 1 Stütze 2 Verschraubung 3 Kopfplatte 4 Hohlplattendecke 5 Flachdeckenträger

29 81 Konstruktion Verbindungen Punktuelle Verbindung 82 Konstruktion Verbindungen Kontinuierliche Verbindung

30 83 Konstruktion Aussparung (1) (2) (3) (4) Aussparungen werksmäßige Herstellung erfolgt im noch weichen Beton Schwächung der Tragfähigkeit wird über mitwirkende Plattenbreiten nach DAfStb-Heft 240 erfasst nachträgliche Aussparungen sind unter Beachtung der Spannstahllage durch Bohren möglich Stemmarbeiten sind lt. Zulassung nicht zulässig evt. Hilfsabstützungen bis zum Aushärten des Verguss (Fall 1, 3 und 4) erforderlich 86 Konstruktion Aussparung nachträgliche Aussparungen im Bereich der Hohlräume möglich (in Stegen nach Rücksprache mit Hersteller) statischer Nachweis für Aussparungen im Bereich Kernbohrung Flexibilität bei Aussparung entspricht der von Ortbetondecken

31 87 Konstruktion Auswechselung Auswechselungen Auswechselung über zusätzlichen Stahlwinkel z.b. für Treppenöffnungen Querbiegespannung 1,9 MN/m² 88 Konstruktion Auswechselung

32 89 Konstruktion Auswechselung 90 Konstruktion Details Stützendurchführung

33 91 Konstruktion Anschlussbewehrung in Plattenquerrichtung Traufpunktausbildung Anschlussbewehrung in Plattenlängsrichtung Details 93 Konstruktion Dübelverankerung Anordnen von Dübeln im Bereich der Hohlräume möglich bei kleinen Dübeln auch Anordnung in Betondeckung im Bereich der Stege möglich Details

34 98 Anwendung Parkhaus 1 Neue Mitte in Kleve Tiefgarage Spannweite: 8,80-15,30 m Deckenstärken: 20 bzw. 40 cm Auflast: 4,5 kn/m² 99 Anwendung Parkhaus 1 15,30 m Neue Mitte in Kleve

35 100 Anwendung Parkhaus 2 Stärke der Spannbeton-Fertigdecke: 26 cm Ortbetonergänzung: 10 cm 2,30 2,60 16, Anwendung Hochbau 1 ProCon Innovationshaus, Dortmund mehrgeschössiges Bürogebäude Deckenfläche: m² Spannweite: 12,50 m Deckenstärken: cm Auflast: 5,0 kn/m² 1 Geschoss/Woche

36 102 Anwendung Hochbau 1 ProCon Innovationshaus, Dortmund Freie Überspannung des Gebäudes 103 Anwendung Hochbau 2 Finanzzentrum Essen mehrgeschössiges Bürogebäude Deckenfläche: m² Spannweite: 6,50 m Deckenstärken: 20 cm Auflast: 3,5 kn/m² Stahlprofil:

37 104 Anwendung Hochbau 2 Finanzzentrum Essen 105 Anwendung Hochbau 3 Geschäftshäuser Peek & Cloppenburg, D.dorf Stützenraster 12,5 x 12,5 m Deckenstärke 40 cm Nutzlast 7,5 10 kn/m² Tiefgarage in Luxemburg Spannweite 15,70 m Deckenstärke 40 cm

38 106 Anwendung Hochbau 3 Wohnungsbau Schneller Innenausbau möglich Sichtbetonqualität Kein Putz erforderlich Bauteilaktivierung 107 Zusammenfassung