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Holz-Beton-Verbund

Ausführungsmöglichkeiten gestern und heute

Stefan Winter, Heinrich Kreuzinger, Peter Mestek
Erschienen in
Zuschnitt 45: Holz Beton Verbund
März 2012, Seite 9

Sieht man von den aus der Römerzeit überlieferten Versuchen zu zusammengesetzten »Holz-Verbundbauteilen« ab, so wurden die ersten Untersuchungen an Holz-Beton-Verbundkonstruktionen in den 20er und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts durchgeführt. Vor allem bedingt durch den Mangel an Bewehrungsstahl zur Zeit des Zweiten Weltkrieges wurden alternative Tragkonstruktionen erforscht. So meldete Otto Schaub im Jahre 1939 ein Patent auf Verbunddecken aus Holzrippen und einer Deckschicht aus Beton an. Schaub setzte dabei Z- bzw. I-Profile aus Stahl als Schubverbinder ein. Nach dem Ende des Zweiten Weltkrieges rückte das Interesse an Holz-Beton-Verbundkonstruktionen (hbv) zunächst wieder in den Hintergrund. Zur Sanierung von Bestandsdecken wurde die Bauweise 1960 in Bratislava angewendet. In diesem Fallerfolgte der Verbund über Nägel. Das Bauvorhaben wurde in den darauf folgenden Jahren während seiner Nutzung begutachtet. Dabei wurden weder Schäden am Verbund (1975) noch Feuchteschäden (1988) festgestellt. Ab Mitte der 1980er Jahre setzte in Deutschland eine intensive Forschungstätigkeit ein. Neben der Entwicklung von verschiedenen Schubverbindungsmitteln, Berechnungs- und Bemessungsverfahren wurden die Anwendungsmöglichkeiten in den Folgejahren auch durch Arbeiten zur Optimierung von Betonzusammensetzungen erweitert.

Ausführungs- und Anwendungsmöglichkeiten

Zunächst beschränkten sich die hbv-Konstruktionen auf stabförmige Holzträger in Kombination mit flächigen Deckplatten aus Beton. Durch die Verbundwirkung und die sich in der Betondecke einstellende mitwirkende Breiteerhält man einen Plattenbalken mit nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen. Dies entspricht auch dem Tragsystem von Holzbalkendecken, die unter Anwendung der hbv-Bauweise saniert werden.

Die Weiterentwicklungen und steigenden Anwendungsmöglichkeiten der Massivholzbauweise, wobei vor allem die Brettstapelbauweise zu nennen ist, ermöglichen den Einsatz von flächigen Verbundkonstruktionen. Diese Systeme werden den im Hochbau steigenden Anforderungen hinsichtlich des Brand- und Schallschutzes sowie des Schwingungsverhaltens gerecht.

Die bevorzugten Anwendungsgebiete der hbv-Bauweise liegen in der Altbausanierung, im Hochbau – hier ermöglicht es diese Bauweise, die hohen Anforderungen im mehrgeschossigen Wohn- und Gewerbebau zu erfüllen – und im Brückenbau, wobei dies derzeit noch eine untergeordnete Anwendungsmöglichkeit der hbv-Bauweise ist. 

Materialien

Es können sowohl Vollholz- und Brettschichtholzbauteile als auch daraus gewonnene Bauprodukte wie Brettstapel- oder Brettsperrholzelemente für hbv-Konstruktionen verwendet werden. Vollholzbauteile aus Nadelholz müssen mindestens der Sortierklasse S10 entsprechen. Unterschiedliche Steifigkeitseigenschaften der Materialien sind bei der Bemessung zu berücksichtigen. 

An die eingesetzten Betone werden unterschiedlichste bauweisenspezifische Anforderungen gestellt. Die Betone sollten ein möglichst geringes Eigengewicht, gute Verarbeitbarkeit (Pumpfähigkeit und Verdichtbarkeit), geringes Kriech- und Schwindverhalten sowie eine geringe Feuchtigkeitsabgabe aufweisen. Aufgrund der Fortschritte der Betontechnologie können viele der genannten Parameter durch Zusatzstoffe gezielt gesteuert werden. 

Die allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassungen der unterschiedlichen Verbundsysteme fordern die Verwendung von Betonen, die mindestens der Festigkeitsklasse C20/25 entsprechen. Die erforderliche Dicke der Betondeckschicht beträgt mindestens 60mm (bzw. 70mm für eingeklebte Lochbleche). Aus statischer Sicht ist in der Regel keine Zusatzbewehrung erforderlich. Ab Plattenstärken von 100mm sind in Abhängigkeit von den Verbindern Schubbewehrungen anzuordnen. Generell ist jedoch eine Schwindbewehrung vorzusehen, die mindestens einer Betonstahlmatte Q131 (bzw. Q188 für eingeklebte Lochbleche) entspricht. Die Steifigkeit der Verbundkonstruktionen hängt aber neben den Materialeigenschaften der Einzelkomponenten Holz und Beton entscheidend von den Steifigkeitseigenschaften der Verbundfuge ab.

Ausblick

Entscheidende Bedeutung, um im mehrgeschossigen Wohnungs- und Gewerbebau mit der Stahlbetonbauweise erfolgreich konkurrieren zu können, liegt in der Steigerung des Vorfertigungsgrades. Die hbv-Bauweise bietet die Möglichkeit vorgefertigte Deckenelemente mit bereits ausgehärtetem Beton einzusetzen und damit den Bauablauf wesentlich zu beschleunigen. Dieser Vorteil wird bis dato nur selten genutzt. Um optimierte Lösungen anbieten zu können, sind jedoch noch vereinzelte Detailfragen zu untersuchen. Dies betrifft beispielsweise die Ausbildung der Elementfugen zur Erzeugung aussteifender Deckenscheiben oder die Integration von Installations- und Elektrosystemen.


Dieser Beitrag ist eine gekürzte Fassung des Beitrages über Holz-Beton-Verbundbauweise, erschienen in: Holzbau der Zukunft. Teilprojekt 15. Flächen aus Brettstapeln, Brettsperrholz und Verbundkonstruktionen, herausgegeben von der TU München, Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion.
Nachzulesen unter: www.holzbauderzukunft.de

Stefan Winter

Ordinarius für Holzbau und Baukonstruktion an der TU München
Mitinhaber eines Ingenieurbüros beratender Ingenieure 
ö. b. u. v. Sachverständiger für Holzbau
Prüfingenieur für Baustatik – Fachrichtung Holzbau

Heinrich Kreuzinger

Extraordinarius i.R. des Fachgebiets Holzbau am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, TU München

Peter Mestek

bis 2011 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion, TU München, Projektleiter Teilprojekt 15

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