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Bemessung und Konstruktion von vorgespannten Decken im Hochbau
Autor: Hegger, Josef
Quelle: Bauforschung und -praxis in schwierigen Zeiten. Braunschweiger Bauseminar 2003, 13. und 14. November; Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz der Technischen Universität Braunschweig; Braunschweiger Bauseminar
Seiten: 51-64
2003
Publikationslisten zum Thema:
Deckentragwerk, Flachdecke, Ortbeton, Vorspannung, Vorspanngrad, Spanngliedführung, Spannverfahren, Wirtschaftlichkeit, Spannbetonhohlplatte, Auflagerung, Einfluss, Tragfähigkeit, Querkrafttragfähigkeit, Untersuchung, Simulation, Finite-Elemente-Methode, Herstellung, Montage, Elementdecke, Fertigteilplatte, Aufbeton, DIN 1045, Teil 1, ceiling structure, roof slab, in-situ concrete, prestressing, dregree of prestress, tendon guidance, prestressing method, economy, prestressed concrete hollow slab, support, influence, bearing capacity, lateral force resistance, investigation, simulation, finite element method, production, assembly, element ceiling, precast slab,
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Ausgehend von der dringenden Notwendigkeit der Erhaltung und Weiternutzung des hohen Bestandes an Holzbalkendecken und Holzdielenfußböden in der Mehrzahl der Wohnungen der Gründerzeitsubstanz in den neuen Bundesländern wurde mit der Bearbeitung des Forschungsthemas versucht, die bauphysikalischen Besonderheiten der Holzbalkendecken, insbesondere in den Feuchtraumbereichen aufzuzeigen, um Schäden vermeiden zu können. Aus diesem Grund wurden die Prämissen auf folgende Aufgabenschwerpunkte gelegt: - Erfassung der Schäden an Feuchtraumfußböden und -decken, deren Entstehungsursachen, Einflußfaktoren und Schadenshäufigkeiten; - Möglichkeiten der Vermeidung von Schäden durch Kenntnis der Gefahrenquellen, Schwachpunkte der Projektierung und Ausführung. Die Erkenntnisse basieren dabei sowohl auf Vor-Ort-Untersuchungen in bewohnten und unbewohnten Wohnungen und den daraus abgeleiteten Schadenshäufigkeiten als auch auf bauphysikalischen Laboruntersuchungen unter definierten Randbedingungen und ausgesuchten Materialvarianten. Die Forschungsarbeit befähigt den potentiellen Anwender, aus der Kenntnis der Notwendigkeit der gezielten Bauschadensdiagnostik vor Beginn jeder Sanierung und dem Wissen um die bauphysikalischen Zusammenhänge zwischen Entstehung von Schäden an Feuchtraumfußböden auf Holzbalkendecken und der Schadensvermeidung über die Empfehlung günstiger Fußbodenlösungen eine fachgerechte Sanierung vornehmen zu können.
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Entwicklung von Bemessungshilfen für die Tragsicherheitsbewertung von Gewölbekonstruktionen im Hochbau. Abschlussbericht
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Die rechnerische Bewertung der Tragfähigkeit von Gewölbekonstruktionen ist oft mit sehr großen Unsicherheiten verbunden. In den derzeitig verfügbaren Berechnungsmethoden bleiben verschiedene Tragreserven unberücksichtigt, wodurch in vielen Fällen die Tragsicherheit nicht nachgewiesen werden kann. Ziel des Forschungsvorhabens war es, ein möglichst einfach zu handhabendes mechanisches Modell zu entwickeln, welches die Überschüttung von Gewölben auf der Widerstandsseite für den Lastabtrag berücksichtigt. Dabei wurde der Schwerpunkt auf flache Gewölbe gelegt, wie sie in den meisten Fällen des Hochbaus anzutreffen sind. Diese bisher nicht berücksichtigten Tragreserven wurden mit Hilfe von Laborversuchen und begleitenden numerischen Berechnungen qualitativ und quantitativ erfasst. In den Laborversuchen wurde zudem das Verformungsverhalten der Gewölbe fotogrammetrisch überwacht, so dass bereits geringste Rissentwicklungen beurteilt werden konnten und somit Rückschlüsse auf die Tiefe klaffender Fugen im Gewölbemauerwerk gezogen werden konnten.
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In diesem Forschungsvorhaben wurde ein neuartiges kombiniertes Verbundsystem bestehend aus Stahlscharen und Betondübeln entwickelt. Im Mittelpunkt stehen weitgespannte Verbundbauteile mit Spiegel aus Hochleistungsbeton als Halbfertigteile, die auf der Baustelle mit Normalbeton zum Endsystem vervollständigt werden. Um das Trag- und Verformungsverhalten dieses Verbundsystems zu untersuchen, wurden Push-Out-Versuche, vergleichende FE-Berechnungen sowie verifizierende großmaßstäbliche Versuche durchgeführt. Für den angestrebten Doppelverbund wurde ein neuartiges Verbundmittel entwickelt. Die Untersuchungen zeigten, dass das Verbundmittel ein duktiles Nachbruchverhalten und eine große Tragfähigkeit im Endzustand aufweist. Die erzielten Ergebnisse können als Grundlage für ein Ingenieurmodell herangezogen werden, mit dem eine wirtschaftliche und sichere Berechnung dieses Verbundsystems möglich wird.
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Mit zunehmender Technologisierung von Gebäuden und durch den Einsatz neuartiger Leichtbausysteme (z. B. Hohlkörperdecken) wird der Querschnitt hochbauüblicher Stahlbetondecken zunehmend geschwächt. Die integrierten Hohlräume führen zu einer Minderung der Querkrafttragfähigkeit von nicht querkraftbewehrten Stahlbetondecken. An der TU Kaiserslautern wurden in den vergangenen Jahren eingehende Untersuchungen zur Querkrafttragfähigkeit von Decken mit integrierten Leitungen durchgeführt. Es wurden hierzu Bemessungsvorschläge entwickelt, die in die allgemeine Bemessungspraxis eingegangen sind. Des Weiteren wurden von den Antragstellern umfangreiche experimentelle und numerische Untersuchungen zum Tragverhalten von Hohlkörperdecken durchgeführt. Für eine kombinierte Beanspruchung aus Querkräften und Längszugkräften liegt bisher jedoch kein abgesichertes Bemessungskonzept vor.
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Gebäude in Holzbauweise finden wegen ihrer zahlreichen Vorzüge in Deutschland zunehmend Verbreitung. Neben Einfamilienhäusern gilt dies auch für mehrgeschossige Wohnbauten, die gesetzlichen Schallschutzanforderungen unterliegen. Leider sind in solchen Bauten häufig Defizite bei der Trittschalldämmung der Decken zu verzeichnen. Bislang wird dieser Problematik vor allem durch Beschwerung der Decke begegnet. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die grundlegenden Vorzüge der Holzbauweise, wie z. B. geringes Gewicht, hoher Grad der Vorfertigung und Einsatz sortenreiner, nachwachsender Baustoffe, in erheblichem Maße beeinträchtigt werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es deshalb, die derzeit übliche Beschwerung zumindest teilweise durch akustisch optimierte Deckenauflagen in Leichtbauweise zu ersetzen.
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Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken. Abschlussbericht
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Die Gradierung von Betonbauteilen ermöglicht eine Anpassung des Bauteilinneren an das vorherrschende statische oder bauphysikalische Anforderungsprofil. Durch eine in bis zu drei Raumrichtungen kontinuierlich frei veränderbare Porosität lassen sich maßgeschneiderte Betonbauteile herstellen. Die Gradierung der Porosität von Beton kann zur Massenminimierung, zur Reduzierung der grauen Energie und zur Erzielung multifunktionaler Eigenschaften in einem Bauteil eingesetzt werden. Um das Potential der neuen Bauweise zu erschließen, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Betonmischungen im gesamten Dichtespektrum von infraleicht bis hochfest entwickelt. Anschließend wurden Herstellungsverfahren untersucht, um diese Mischungen zielgenau im Bauteil zu positionieren. Das schichtweise Gießen ermöglichte die Herstellung von Bauteilen mit diskret gestuftem Schichtaufbau, welche nachfolgend experimentell untersucht werden konnten. Im Weiteren ließ die Automatisierung des Gradientensprühverfahrens die Herstellung von Bauteilen mit dreidimensionalen kontinuierlichen Eigenschaftsverläufen zu. Zur Bemessung von Bauteilen aus gradiertem Beton wurden die bestehenden Normansätze für Biegung, Querkraft und die Verbundfugen nach EC 2 und DIN EN 1520 untersucht und an die Besonderheiten des Gradientenbetons angepasst. Im Anschluss erfolgten Bauteilversuche an Prüfkörpern in zwei Größenmaßstäben, die mithilfe der Bemessungsansätze ausgelegt wurden und deren Tragverhalten experimentell ermittelt wurde. Die Bauteilversuche wurden anschließend mittels einer Simulation, unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens, nachvollzogen. Der Entwurf dichtegradierter Strukturen erfolgte mithilfe eines Verfahrens der Topologieoptimierung basierend auf dem SIMP-Ansatz. Mit diesem Ansatz gelang der Entwurf von Bauteilen mit kontinuierlich gradierten Materialeigenschaften. Bei der Optimierung einer 5 m spannenden Flachdecke konnte eine Gewichtsersparnis von bis zu 62 Prozent im Vergleich zu einem massiven Bauteil realisiert werden. Das
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Entwicklung der Slim-Floor-Bauweise in Europa
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