SandSet. Erforschung von Sandwichelementen als selbst tragende Bauteile. Abschlussbericht

Ralf Ruhnau, Nabil A. Fouad
Schäden an Außenwänden aus Mehrschicht-Betonplatten
Schadenfreies Bauen, Band 19
2., überarb. Aufl.
2017, 105 S., 69 Abb. und 7 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Rainer Hohmann
Elementwände im drückenden Grundwasser
Konstruktionsprinzip, Planung, Bauausführung, Schwachstellen, Fehlervermeidung, Instandsetzung
2016, 445 S., über 1200 Abb. und Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Bauen mit Elementwänden erfreut sich heute zunehmender Beliebtheit, birgt aber auch Gefahren. Das Buch erläutert ausführlich die Besonderheiten bei der Planung und Ausführung von Bauwerken mit Elementwänden im drückenden Grundwasser. An zahlreichen Beispielen zeigt es Schwachstellen und typische Fehler auf und gibt Hinweise für ihre Vermeidung.

Holger Falter, Volker Schmid, Jonas Schmidt, Tobias Nettekoven
Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3088
2019, 220 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Große Betonfertigteile lassen sich entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand transportieren. Daher werden hochbeanspruchte Verbindungen im Stahlbetonbau noch monolithisch vor Ort betoniert. Dies ist mit einem großen Platzbedarf, einer aufwändigen Baustelleneinrichtung und großen Herausforderungen zur Sicherstellung der Qualität, bedingt durch Witterungseinflüsse auf der Baustelle, verbunden. Es wird ein weitspannender, modularer Referenzfachwerkträger aus Hochleistungsbeton entworfen, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und effizient gefügt werden können. Der Entwurf des modularen Referenzfachwerkträgers umfasst Studien zur Geometrieoptimierung, zu Segmentverbindungen, zum Montagekonzept und den Bauzuständen, zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit. Die daraus resultierenden Anforderungen liefern die Grundlage zur Entwicklung der Verbindung.

Ingo Heusler, Herbert Sinnesbichler
Messtechnische Überprüfung und Weiterentwicklung der vereinfachten Berechnungsmethode für Glasdoppelfassaden (GDF) nach DIN V 18599 anhand realer Gebäude (Monitoring GDF). Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2989
2016, 100 S., 31 Abb. u. 55 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen einer Messkampagne von Herbst 2012 bis Herbst 2013 werden vier unterschiedliche Verwaltungsgebäude mit Glasdoppelfassade im Stadtgebiet München (Fraunhofer Zentralverwaltung Hansastraße, Gebäude der Munich Re in der Gedonstraße, Mandlstraße und am Münchner Tor) im Hinblick auf das Temperaturverhalten im Fassadenzwischenraum untersucht. Dabei werden die Temperaturen an unterschiedlichen Stellen der Glasdoppelfassaden (Orientierung, Geschosshöhe) als Referenzwerte mit hoher Genauigkeit messtechnisch erfasst. Anhand zusätzlicher messtechnischer Parameter (Außenlufttempertaturen, Raumlufttemperaturen, Solarstrahlung, Fensteröffnungszeiten, Sonnenschutzstellungen) und baulicher sowie bauphysikalischer Kennwerte werden parallel Rechenwerte für die Temperatur im Fassadenzwischenraum anhand eines neu aufgestellten Rechenmodells der DIN V 18599 zur Bestimmung des Luftwechsels im Fassadenzwischenraum ermittelt, um die Güte und Stabilität der weiterentwickelten Methode zu überprüfen sowie gegebenenfalls Verbesserungsvorschläge aufzuzeigen. Der Vergleich zwischen Messung und Rechnung zeigt, dass der Jahresgang der Temperaturen im Fassadenzwischenraum gut nachvollzogen werden kann und dass sich die Abweichungen unter Berücksichtigung der Vereinfachungen in einem statischen Monatsbilanzverfahren in akzeptablen Grenzen halten (Abweichungen in der Regel kleiner als 1 K). Die Methode, die den Luftwechsel im Fassadenzwischenraum in Abhängigkeit von spezifischen Eigenschaften der Glasdoppelfassade (Lüftungsöffnungen, Luftraumtiefe, Verglasung etc.) bestimmt, zeigt bei den exemplarischen betrachteten Gebäuden gegenüber dem bisherigen pauschalen Ansatz des Luftwechsels (unabhängig von den Eigenschaften der Glasdoppelfassade) im Allgemeinen eine deutlich verbesserte Abschätzung der Temperatur im Fassadenzwischenraum und damit auch eine erhöhte Genauigkeit bei der Berechnung des Energiebedarfs für Heizen und Kühlen. Anhand von Variantenrechnungen wird gezeigt, dass die in der Norm angewendete Methode zur Bestimmung des effek

Michael Herrmann, Werner Sobek
Entwicklung gewichtsoptimierter funktional gradierter Elementdecken. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2945
2015, 163 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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

Bernd Naujoks, Beate Hörnel-Metzger
SandSet. Erforschung von Sandwichelementen als selbst tragende Bauteile. Abschlussbericht
Bauforschung, Band T 3299
2013, 150 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsvorhaben befasste sich mit dem Nachweis der Verwendbarkeit von Sandwichpaneelen als tragende Bauteile ohne Unterkonstruktion und deren Verbindungen untereinander. Die zurzeit verwendeten Sandwichbauteile werden fast ausschließlich als raumabschließende Elemente für Wandverkleidungen und Dacheindeckungen eingesetzt. Dabei werden die Elemente stets auf eine tragende Unterkonstruktion aus Stahl-, Stahlbeton-, Aluminium- oder Holzbauteilen montiert. Die Sandwichelemente selbst bestehen aus einem wärmedämmenden und schubsteifen Kern und zwei dünnen metallischen Deckschichten die kraftschlüssig mit der Kernschicht verbunden (z.B. verklebt) sind, sodass im Sinne der integrierten Bauweise eine hohe Tragfähigkeit gewährleistet ist bei gleichzeitigen sehr guten Dämmeigenschaften und kostengünstigen Montagemöglichkeiten (baustellenkomplettiert). In den meisten Fällen handelt es sich um einen Kern aus Polyurethanhartschaum (PUR) oder Mineralwolle (MW). Die Querschnittsgeometrie und die Materialien sowohl der Deckschichten als auch der dazwischen liegenden Kernschicht können variiert werden. Dadurch ist die Sandwichbauweise, je nach Anforderung hinsichtlich der späteren Nutzung des Bauwerks, sehr flexibel und effizient einsetzbar. Die auf eine tragende Unterkonstruktion montierten Sandwichelemente tragen neben ihrem Eigengewicht Wind- und Schneelasten ab und werden durch Temperatur- und Kriecheffekte beansprucht. In statischer Hinsicht sind ausschließlich Biegemomente und Querkräfte vorhanden. Im Rahmen von SandSet wurde untersucht, ob sich Sandwichelemente für lastabtragende Wände und aussteifende Scheiben ohne tragende Unterkonstruktion eignen. Dies bedeutet, daß z. B. Wandbauteile nicht nur die Windkräfte aufzunehmen sondern zusätzlich vertikale Beanspruchungen (Normalkräfte) aus der Auflast von aufliegenden Decken- oder Dachelementen abzutragen haben. Bei fehlender Unterkonstruktion sind in den Decken-, Dach- und Wandscheiben außerdem horizontale Kräfte zur Aussteifung der gesamten Konstruktion aufzunehmen.

Wolfgang Brameshuber, Julia Steinhoff, Rebecca Mott
Entwicklung eines Wandsystems mit hoher Wärmedämmung aus selbstverdichtendem porosiertem Leichtbeton in Kombination mit einer bauteilintegrierten Wandschalung aus textilbewehrtem Beton. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 2770
2011, 109 S., zahlr. Abb. u. 15 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer neuartigen Wandbauweise für den Wohnungsbau. Es handelt sich hierbei um eine Fertigteilelementwand unter Einsatz einer bauteilintegrierten Schalung (BIS) aus textilbewehrtem Beton sowie einem selbstverdichtenden porosierten Leichtbeton (SVPLB) als Verfüllbeton. Durch diese Kombination sollte ein Wandsystem mit einem geringen Gewicht bei einer gleichzeitig ausreichenden Wärmedämmung und weitgehend freien Gestaltungsmöglichkeit der Oberflächen geschaffen werden. Bei dem angestrebten Wandaufbau sollten keine zusätzlichen Wärmedämmstoffe angewendet werden, um alle verwendeten Baustoffe voll recyclingfähig zu halten. Für die Herstellung der Wände wurden die BIS-Platten im Fertigteilwerk produziert. Hier stellte sich heraus, dass das Spritzverfahren eine geeignete Methode für das Einbringen des Feinbetons in die Schalung darstellt. Durch dieses Verfahren konnten Oberflächen in sehr guter Sichtbetonqualität hergestellt werden. Bei der Entwicklung des SVPLB stand eine geringe Rohdichte bei einer ausreichenden Festigkeit im Vordergrund, um die Anforderungen an den Wärmeschutz mit einer praktikablen Bauteildicke erfüllen zu können. Der SVPLB wies eine Trockenrohdichte von 380 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit von Lambda = 0,101 W/(mK) auf. Es wurden vier Wände mit einer Höhe von 2,75 m und einer Breite von 1,00 m hergestellt. Die Dicke der Wände wurde nach bauphysikalischen Berechnungen zu 0,35 m berechnet. Die Herstellung der Fertigteilelemente erfolgte zunächst im Fertigteilwerk. Bei der Verfüllung der Wände mit dem SVPLB traten jedoch Schwierigkeiten auf. Aus diesem Grund wurden die Wandbetonagen ins ibac verlegt. Bei den Betonagen der ersten beiden Wände wurde jedoch eine mangelhafte Stabilität des SVPLB festgestellt. Das Eigengewicht war zu groß, so dass eine Entlüftung des SVPLB auftrat. Es wurden zwei weitere Wände unter Verwendung von Schnellzement hergestellt, da so die einzelnen Schichten beim chargen-weisen Einbau von etwa 100 l vor dem Einbringen der Folge