Bachelorarbeit Franz Willimann

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Diplomand
Franz Willimann
Betreuer
Prof. Dr. Klaus Kreher
Experte
Dr. Kai-Uwe Schweizer
Disziplin
Holz-Beton-Verbundbau
Jahr
2014
Ein neuartiges Holz-Beton-Tragsystem
Entwurf und Verifizierung eines Holzkasten-Beton-Verbundelements

Ein grundlegend neu konzipiertes und innovatives Holz-Beton-Verbundelement führt zu einer wirtschaftlicheren Konstruktion von Decken im Hochbau. Umfangreiche Versuche zeigen die Anwendbarkeit des Systems.

Holz-Beton-Verbunddecken werden vermehrt aus wirtschaftlichen Gründen und nicht zuletzt aufgrund des rasanten Wachstums der Holzbauweise bei mehrgeschossigen Bauten ein- gesetzt, seien dies Wohn-, Schul- oder Bürobauten. Die Innovationen bei Holz-Beton-Verbunddecken liegen vor allem bei der Suche nach leistungsfähigeren Produkten und nach neuartigen Schubverbundtechniken. Produktion, Bauabläufe und Einsatzgebiete für solche Verbunddecken lassen sich aber massgeblich vereinfachen und wirtschaftlicher gestalten, wenn man gängige Konstruktionsprinzipien hinterfragt und sich neue Konstruktions- und Herstellungstechnologien nutzbar macht.

Vorgehensweise
In einem ersten Schritt legte man die massgebenden Anforderungskriterien fest, beurteilte damit die bisherigen Holz-Beton-Tragsysteme und ermittelte daraus die Chancen und Risiken für das neuartige Deckensystem. In einem zweiten Schritt studierte und analysierte man vorhandene Forschungsarbeiten zum Thema Holz-Beton-Verbunddecken und übertrug die Kennwerte und Informationen auf das neue Tragsystem. Daraufhin folgte die experimentelle Untersuchung an Prüfkörpern und verglich nach den ausgeführten Versuchen die erhaltenen Messdaten mit dem Rechenmodell.

Ergebnisse – Systemaufbau
Beim neuen Verbundsystem ist das Kernstück ein Holzkastenelement. Dieses besteht aus einer Dreischichtplatte mit darüberliegenden Vollholzrippen, das Holzkastenelement bildet dabei den Zuggurt des Tragsystems. Zwischen den Holzrippen wird im mittleren Bereich der Spannweite eine Hohlraumdämmung parabelförmig angeordnet. Die Parabelform bewirkt in Feldmitte eine massgebliche Gewichtsreduktion und bildet die Grundform für die Betonschicht. Die Schubkraftübertragung zwischen dem Holzkasten-Zuggurtelement und dem Betondruckbogen wird mit quer liegenden Plattenstreifen im Auflagerbereich gelöst. Die Stirnflanken übertragen dabei die Druckkraft vom Betonbogen auf die Dreischicht-Zuggurtplatte.

Statische Wirkungsweise
Dem neuen Tragsystem liegt ein Druckbogen- Zuggurt-Modell zugrunde. Dieses bewirkt eine direkte Kraftübertragung des Betondruckbogens auf die querliegenden Verbundplattenstreifen. Der Betondruckbogen mit einem grossen statischen inneren Hebelarm reduziert die Zug- und Druckspannungen im Element um ca. 30 % gegenüber einem flächigen Holz- Beton-Verbundsystem. Ausserdem reduziert das Dämmmaterial die Betonmasse in der Feldmitte auf ein Minimum.

Schlussbetrachtung
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiges Deckensystem entwickelt. Die Untersuchungen zeigten, dass ein wirtschaftliches und statisch leistungsfähiges Deckensystem vorliegt. Die Materialkombination überzeugt hinsichtlich der statischen Wirkungsweise, der Gewichtsersparnis, der bauphysikalischen Eigenschaften, der Optik, dem Handling und der einfachen Vorfertigung. Hinzu kommt, dass man dieses System mit handelsüblichen Produkten und mit Standardquerschnitten herstellen kann. Das entwickelte Stabwerkmodell stellt zudem ein einfaches und genügend genaues Rechenmodell dar. Der Verfasser hofft, mit den Resultaten aus dieser Arbeit das Potenzial dieses neuartigen Holz-Beton-Tragsystems zu zeigen.

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