Vorgespannte Flachdecken - DYWIDAG Systems International

- Abgehängte Kühlbalken mit integrierter Beleuchtungetc.Hier wird keine Zwischendecke ausgeführt,um möglichst größere Raumhöhen anbietenzu können. Die tragende Deckenuntersichtkann hier als „Sichtbeton“ ausgeführt werden.- Die Anbringung von Kühldeckensystemendirekt auf die Rohdeckenuntersicht z.B. inverputzter Ausführung zielt in dieselbe Richtung- Die Flachdecke als Kühlelement bzw. Heizungselement(bei Bürotypologien ohne Notwendigkeitvon individueller Raumregelung).Ein seit einigen Jahren angewandtes System,die Betonkerntemperierung bei dem indie Stahlbetondecke Rohrsysteme bzw. fertigeKühlplattenelemente eingesetzt werden,setzt geringe raumseitige Betondeckungenund plane Plattenuntersichten (Sichtbeton)voraus um hohe thermische Strahlungsleistungzu garantieren, und nützt die speicherwirksameMasse der Decke aus.Flachdecken 1921Projekt Glashochhaus Berlin, Mies van der Rohe7. Resümee:Der Planer - Architekt, TGA-Konsulent, Statiker– braucht bei den zeitgenössischen Büromodellen,aber auch aus Sicht für die Zukunft zweiebene Gestaltungsebenen (Spielfl ächen), dieOber- und Unterseite der Flachdecke mit möglichstgroßer Spannweite.ANHANGLandhaus Bregenz, Österreich (mit Mätzler,Schweitzer, Rapf)Rathaus und Oper in Amsterdam, Niederlande(mit Dam, Bijvoet, Holt)Geschäfts- und Bürohaus „Kiesel“, Salzburg(mit R. Scheicher)„Kärntnerringhof“, Geschäfts- und Bürohaus ander Wiener Ringstraße (mit G.Lippert)„Mozarthof“ Geschäfts- und Bürohaus mit Hotelnutzung,Salzburg (mit R. Scheicher)Bürohaus für IBM Wien (mit K.Hlaweniczka,H.Glück, H. Lintl, G.Lippert)Bürohaus für Siemens LinzHauptverwaltung „Bank für Kärnten und Steiermark,KlagenfurtVerwaltungszentrum für die Bank Austria (mitK.Hlaweniczka, H.Glück, G.Lippert, H.Lintl)Verwaltungsgebäude der Bank Austria, ÖMV-Haus, Wien(mit K.Hlaweniczka, H.Glück, G.Lippert, H.Lintl)Bürogebäude für „BAWAG“, SalzburgBürogebäude für EA Generali Versicherung,SalzburgBürogebäude für Arbeiterkammer, SalzburgBürogebäude für „SAFE“, SalzburgÖsterreichische Nationalbank, Wien,Gutachterverfahren, erster Preis und Ausführung”Andromeda” Tower, WienWissenschaftsforum Gendarmenmarkt, BerlinGutachterverfahren 1.Preis und AusführungWissenschafts- und Technologiezentrum Techgate,Wien (mit Dr. S.Frank)Bürogebäude „Danfoss“, GuntramsdorfGutachterverfahren Technologie- und ForschungszentrumWiener Neustadt,1.Preis und AusführungTechnologie und Innovationszentrum SteyrTechnologie- und Forschungszentrum WienerNeustadt, 2.BaustufeOffi ce Park, Flughafen Wien, 1.Preis und AusführungTechnologiezentrum KremsTechgate Tower, Wien (mit Dr. S.Frank)Technologiezentrum TullnExpertenforum Beton7

Spannglieder ohne Verbund im Hochbau –Bemessung und Ausführung leicht gemachtem.Univ.Prof. Brt.h.c. Dr.Dr.-ing.E.h. Manfred WickeUniversität Innsbruck1 EinleitungIm Brückenbau hatte die Spannbetonbauweisein der zweiten Hälfte des 20. Jahrhundertsgroßartige Erfolge zu verzeichnen. Obwohl siezu Beginn des Ausbaus des Fernstraßennetzesneu am Markt war, sind beispielsweise inÖsterreich weit mehr als die Hälfte der seithergebauten Brückenfl ächen in dieser Bauweiseausgeführt worden. Im Hochbau blieb ihr einderartiger Erfolg in Europa versagt, wogegenim Fernen Osten und in den USA die Vorspannungvon Hochbaudecken einen bedeutendenMarktanteil aufweist. Die Ursachen für diesenunterschiedlichen Markterfolg sind vielschichtig.Technische Gründe sind die verschiedenenTragstrukturen, die für Brücken und Hochbautenverwendet werden, sowie die unterschiedlichenZielvorstellungen für den Einsatz vonSpannbeton. Weiters gibt es bei Planern undBaufi rmen überlieferte Lösungsansätze, dieeiner Übernahme der Spannbetonbauweisein den Hochbau im Wege stehen. Nach eingehenderAnalyse der bestehenden Situationwurden am Institut für Betonbau der UniversitätInnsbruck in den vergangenen zehn JahrenStrategien entwickelt, die dem entgegenwirkenund in den westlichen Bundesländern bereitssehr erfolgreich zum Einsatz kommen. Die freieSpanngliedlage ist ein kostengünstiges Bauverfahren,das sich an die ausführenden Unternehmerwendet. Für die Tragwerksplaner wurdedas Konzept des vorgespannten Stahlbetonsentwickelt, das größere Schlankheiten gegenüberStahlbetondecken ermöglicht und dennochsehr einfach zu handhaben ist.2 Unterschiede zwischenBrücken- und HochbautenIm Brückenbau hat sich die ursprünglicheZielvorstellung des Spannbetons, nämlichdie Rissefreiheit, voll durchgesetzt. Vornehmlichwerden Platten- und Balkentragwerke inSpannbeton ausgeführt. Solche werden möglichstzwängungsfrei gelagert, damit allfälligeZwängungen aus Temperaturänderungen undSchwinden vermieden werden oder zumindestmöglichst klein ausfallen. Dies kommt einerVorspannung sehr entgegen, da die momentanenund zeitlichen Verkürzungen des Betonszufolge der Vorspannkraft ebenfalls keine Zwängehervorrufen. Bei zwängungsfreier Lagerungkann die Zugkraft im Spannglied in voller Größeals Druckkraft in den Beton übertragen werden.Damit ergeben sich aus der Vorspannunggrößtmögliche Druckspannungen, die denZugspannungen aus ständigen und veränderlichenEinwirkungen entgegenwirken (Bild 1). DieBild 1: Nachweis der Betonspannungen zur Einhaltung der Rissefreiheit (BK 2002)Expertenforum Beton8

Voraussetzungen für die Erfüllung der Zielvorstellungder Rissefreiheit bzw. der Vermeidungvon Zugspannungen sind optimal gegeben.Im Hochbau werden lediglich im Fertigteilbauzwängungsfreie Lagerungen ausgeführt,weshalb der Spannbeton dort mit der gleichenZielvorstellung wie im Brückenbau erfolgreicheingesetzt wurde. Im Ortbeton hingegen werdenLager und Gelenke weit gehend vermieden.Es werden fugenlose Decken mit biegesteifenVerbindungen mit Stützen, Wändenund Kernen bevorzugt. Bei diesen Randbedingungensind Risse unvermeidlich. Anfänglichwerden diese durch das Abklingen der Hydratationswärmeund später durch das allmählicheinsetzende Schwinden verursacht. Somit kanndas Paradigma der Rissefreiheit, das bisher zurBerechnung der erforderlichen Vorspannkraftdurch Einhalten von zulässigen Zugspannungenin der vorgedrückten Zugzone diente, nichtmehr sinnvoll aufrechterhalten werden. An seineStelle tritt der Nachweis der Durchbiegungen(Bild 2) unter den maßgeblichen Einwirkungenund der Wirkung der Vorspannung.Bild 2: Verringerung der Durchbiegung durch dieVorspannung (BK2002)Bei weit gespannten Stahlbetondecken bestimmtder Durchbiegungsnachweis und nichtder Tragsicherheitsnachweis die Deckendicke.Die Durchbiegung wird ihrerseits in hohemMaße von der Eigenlast der Decke beeinfl usst.Es ist deshalb sinnvoll, die Decken schlankeranzulegen und die zulässigen Durchbiegungendurch den zusätzlichen Einbau von Spanngliederneinzuhalten. Die erforderliche Vorspannkraftwird somit aus der Einhaltung der zulässigenDurchbiegungen und nicht mehr aus jenerder zulässigen Spannungen berechnet.3 SpannverfahrenIm Brückenbau wurden in der VergangenheitSpannglieder mit nachträglichem Verbund verwendet.Spannglieder mit sofortigem Verbundkamen nur bei Fertigteilen zur Anwendung. Erstin jüngster Zeit kommen verbundlose Spanngliederzum Einsatz. Mit der Markteinführungder Monolitze und der daraus hergestelltenBänder verfügt die Bauwirtschaft über Spannglieder,die in gerissenen Stahlbetonbauteilenproblemlos eingesetzt werden können.Im Einzelnen lassen sich die nachstehendenUnterschiede zu Spanngliedern mit Verbunderkennen.– Die Tragsicherheit ist etwas geringer, dader Spannstahl in der Regel nicht ins Fließengebracht werden kann.– Der doppelte Korrosionsschutz der Monolitzebleibt auch im Riss voll erhalten. Diezulässige Rissbreite ist somit nicht mehrvom Spannstahl abhängig, sondern richtetsich nach dem Betonstahl und beträgtwzul = 0,30 mm.– Die zusätzliche Stahldehnung am Riss istsehr gering. Die Rissbreiten bewirken beiSpanngliedern ohne Verbund Dehnungenüber die gesamte Länge, während sie beiim Verbund liegenden Stählen nur Dehnungeninnerhalb der einzelnen Einleitungslängenbewirken. Letztere sind entsprechendgrößer.– Die Spannungsschwankungen unterwechselnden Lasten sind somit ebenfallsgering, was sich günstig auf die Ermüdungsfestigkeitauswirkt.Für den baulichen Brandschutz gelten für beideSpannverfahren die gleichen Anforderungen.Allerdings haben Brandversuche am IBMB derTU Braunschweig gezeigt, dass mit verbundlosenSpanngliedern vorgespannte Plattenkleinere bleibende Durchbiegungen aufweisenals Stahlbetonplatten, was eine allfällige Nachnutzungerleichtert.Unter Abwägung der angeführten Vor- undNachteile wird für die weiteren Überlegungenden verbundlosen Spanngliedern der Vorzuggegeben. Für solche wurden die beiden bereitserwähnten Strategien, nämlich die freie Spanngliedlageund der vorgespannte Stahlbeton,entwickelt.Expertenforum Beton9

4 Die freie SpanngliedlageDie freie Spanngliedlage ist ein Verfahren zurVerlegung der verbundlosen Spannlitzen undwendet sich somit an die Baufi rmen. Die freieSpanngliedlage trägt diese Benennung, da siein der Regel ohne Unterstellungen des Spanngliedesauskommt. Für Decken bis 45 cm Dickeist dies in den einschlägigen österreichischenZulassungen vorgesehen. In Deutschland istDIN 1045-1, Abschnitt 12.10.4.(7) heranzuziehen.In den bisherigen Zulassungen waren dieUnterstellungen für die Spannglieder in 1,0 bis1,3 m Abstand gefordert worden. Da plattenartigeBauteile in der Regel keine Schrägzugbewehrungbenötigen, müssen die Spanngliedunterstellungenan den geplanten Verlauf desSpanngliedes einzeln angepasst und eingemessenwerden, was sehr kostenintensiv ist. Beider freien Spanngliedlage wird hingegen dasSpannglied nur an den Hochpunkten mit deroberen schlaffen Bewehrung an jeweils zweiStellen verbunden und hängt sonst frei durch(Bild 3). Im Feldbereich liegt das Spannglied ander unteren schlaffen Bewehrung auf und wirdmit dieser verrödelt. Im Übergangsbereich vonder unteren zur oberen Spanngliedlage sindkeine Spanngliedunterstellungen erforderlich.Im Verankerungsbereich wird das Spanngliedbis zur Plattenmitte angehoben. Der Wegfalldes Unterstellens der Spannglieder ergibtEinsparungen, die sich in einer Reduktion derKosten für die Vorspannarbeiten von bis zu20 % niederschlagen.Die freie Lage des Spanngliedes zwischenden Befestigungen an der oberen bzw. unterenschlaffen Bewehrungslage war Gegenstandzahlreicher Untersuchungen am Institut fürBetonbau der Universität Innsbruck. TheoretischeAbleitungen und die Vermessung vonSpanngliedern ergaben übereinstimmendeinen Verlauf der Spannglieder in Form einerParabel 4. Ordnung. Dieser Verlauf gilt ingleicher Weise für Einzellitzen, Zwillings- oderVierlingsbänder aus Monolitzen. Im Bereicheiner Endanhebung ist das Spannglied einfachgekrümmt, bei einer Mittenanhebung wechseltes zweimal die Krümmungsrichtung (Bild 3),weshalb diese beiden Fälle getrennt ausgewertetwurden. Die nachstehenden Angabenbeziehen sich auf verbundlose Litzen F 150(0,62“). Von Interesse ist der Zusammenhangzwischen der Höhe der Anhebung e und derBild 3: Spannglied und Umlenkkräfte bei freier Spanngliedlage (Betonkalender 2002)Expertenforum Beton10

frei durchhängenden Länge der Spannlitze l.Diese beträgtfür die Randanhebung l A≈ 99·4√e undfür die Mittenanhebung l M≈ 131·4√e ,wobei e und l in cm einzusetzen sind. Die Längel Mwird von der jeweils äußersten Befestigungan der oberen Bewehrungslage gemessen. Mitdiesen Angaben ist die Lage des Spanngliedesin der freien Strecke bestimmt und es könnendaraus seine Neigung und Krümmung durchDifferenzieren ermittelt werden.Eingehend geprüft wurde die Lagesicherheitder Litzen während des Betoniervorgangs. Mitfi nanzieller Unterstützung durch die SektionSpannbeton des Österreichischen Betonvereinskonnten Betonierversuche unter Baustellenbedingungendurchgeführt werden. Die Versuchsergebnisseund die darauf aufbauendenVergleichsrechnungen bestätigten die Richtigkeitder festgelegten Befestigungen an denBewehrungslagen aus Betonstahl. Die erweitertenZulassungen für Spannglieder ohne Verbundenthalten Regelungen, die auf den obigenForschungsergebnissen beruhen.Die Begrenzung der größten Plattendicke mit0,45 m ergibt sich aus der Forderung, denminimalen Krümmungsradius der Litzen vonR min= 2,50 m bei der Mittenanhebung nicht zuunterschreiten. Bei einfeldrigen Tragwerken,die nur Randanhebungen aufweisen, bestehengegen größere Trägerhöhen keine technischenBedenken. Das Gleiche gilt für durchlaufendeTragwerke, falls die Einhaltung des kleinstenKrümmungsradius über der Mittenanhebungdurch entsprechende Unterstellungen desSpanngliedes gesichert ist.Mit den bei den Betonierversuchen gewonnenenErfahrungen bezüglich des Arbeitsablaufswurde folgende Montageanweisung entwickelt:– Einbau der unteren Bewehrungslage aufAbstandhaltern– Auslegen der Spannglieder auf der unterenBewehrung, ohne feste Verbindung derHüllrohre mit dem Ankerkörper bzw. demÜbergangsrohr– Einbau der Abstandhalter für die obereBewehrungslage– Verlegen der oberen Bewehrung– Anheben der Spannglieder an den Hochpunktenund verbinden mit der oberenBewehrung– Verbinden der Spannglieder mit der unterenBewehrung– Abdichten des Anschlusses der Spanngliederan die Übergangsrohre der Verankerungenmittels KlebebandFür die Abstandhalter der beiden schlaffenBewehrungslagen sind die Anforderungen vonÖNORM B 4700:2001, Tabelle 13 „Abstandhalter;Richtwerte für Anzahl und Anordnung“unbedingt einzuhalten, damit ein ausreichendsteifer Bewehrungskorb entsteht. Die Spanngliederliegen geschützt unterhalb der oberenBewehrung und können beim Betonieren vonden Arbeitern nicht betreten werden.5 Vorgespannter StahlbetonDie Nachweisverfahren für den klassischenSpannbeton, gemeint sind die volle oderbeschränkte Vorspannung, gingen von ungerissenenBetonquerschnitten aus. Weiters galt dieForderung, dass das Tragwerk in Spannrichtungfrei beweglich sein müsse. Im Hochbau musshingegen stets mit Rissbildung in Form vonBiege- und Trennrissen gerechnet werden. Dieswaren auch die wesentlichen Gründe, warumbei den nicht zwängungsfrei gelagerten Deckenim Hochbau die Vorspannung kaum zumEinsatz kam.In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage,ob ein unverschieblich festgehaltener Trägervorgespannt werden kann. Es zeigt sich, dassdies mit geraden Spanngliedern tatsächlichnicht möglich ist. Das Spannglied steht zwarunter Zug, der Träger kann sich aber nicht verkürzenund somit keine Längsdehnungen undLängsspannungen erhalten. Die Vorspannkraftfl ießt zur Gänze in die festgehaltenen Aufl agerab. Das Gleiche gilt auch für die Normalkraftvon umgelenkten Spanngliedern. Allerdings tretenbei diesen zusätzlich Umlenkkräfte auf, diesehr wohl einen Spannungszustand im Betonbewirken. Das gekrümmte Spannglied ist nurim Gleichgewicht, wenn an seiner Innenleibungradial nach außen gerichtete Umlenkkräfte derGröße u = P/R angreifen. Die Reaktionen wirkenauf den Beton zum Krümmungsmittelpunkt desSpanngliedes hin und beanspruchen den Betonauf Biegung und Querkraft. Diese Wirkungbleibt auch dann erhalten, wenn der BetonTrennrisse zufolge Schwindens aufweist.Expertenforum Beton11

Expertenforum BetonDurch das Aufbringen einer Vorspannung wirdvornehmlich das Verhalten eines Tragwerks imGrenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (SLS)beeinfl usst. Zum Nachweis der Tragsicherheit(ULS) können sowohl der Spannstahl als auchder Betonstahl herangezogen werden. Somitsteht es dem Planer frei, die Anteile dieserbeiden Bewehrungen nach anderen Anforderungenfestzulegen.Im Hochbau wird unter Gebrauchslast dieEinhaltung einer zulässigen Durchbiegungangestrebt (siehe Abschnitt 2). Anstelle derVermeidung von Rissen tritt die Begrenzungder Rissbreiten. Diese kann jedoch bei verbundlosenSpanngliedern nur durch Betonstahlerreicht werden. Weiters ist eine möglichstgeringe Vorspannkraft anzustreben, damitVerkürzungen der Plattenmittelfl äche und damitZwängungen in den anschließenden Bauteilenklein gehalten werden. Die geringste Vorspannkraftergibt sich, wenn die Tragsicherheitalleine durch den Betonstahl nachgewiesenwird. Die erforderliche Vorspannkraft berechnetsich dann aus der Einhaltung der zulässigenDurchbiegungen. Dabei ist jedoch maßgebend,welcher Anteil der Vorspannkraft als Druckkraftin den Beton eingeleitet wird. Im Zweifelsfall istlediglich die Wirkung der Umlenkkräfte anzusetzen.Es liegt somit auf der Hand, derart konstruierteBauteile als vorgespannten Stahlbeton zubenennen.Vorgespannter Stahlbeton weist eine Reihegünstiger Eigenschaften auf. Der hohe Anteilvon Bewehrungen aus Betonstahl wirkt sichgünstig auf die Rissbreiten aus und verleihtihm die Duktilität des Stahlbetons. Durch dengeringen Vorspanngrad werden Zwangsbeanspruchungendurch Rissbildung weit gehendabgebaut. Falls zur Tragsicherheit auch verbundloseSpannglieder beitragen, dann sindzur Sicherung gegen progressiven Kollaps inden Feldern Zwischenverankerungen auszuführen.Bei vorgespanntem Stahlbeton entfälltdiese Forderung und die Spannglieder müssennur an den Plattenrändern verankert werden.Dies ergibt eine zusätzliche Kosteneinsparung.Manche Regelwerke gestatten beim Durchstanzenvon Flachdecken die vertikale Komponenteder Vorspannkraft entlastend anzusetzen.Diesbezüglich lassen neueste Versuchsergebnissezur Vorsicht raten. Die Monolitzen undinsbesondere die Viererbänder durchörtern denDurchstanzkegel und schwächen ihn somit,was bei der Bemessung zu beachten wäre. Dervorgespannte Stahlbeton ist auch hierbei vonVorteil, da er im Vergleich zu anderen Bemessungskonzeptenmit der geringsten Anzahl vonLitzen das Auslangen fi ndet.Auf Grund der zahlreichen Erfahrungen mit derneuen Bauweise lassen sich die Entwurfskriterienfür eine Decke aus vorgespanntem Stahlbetonwie folgt zusammenfassen:– Die Deckendicke kann in der Regel um15 % – im Ausnahmefall bis zu 25 % – kleinergewählt werden als jene Werte, dieman aus den Grenzschlankheiten gemäßÖNORM B 4700, Tabelle 12, 3. Spalteerhält.– Zum Nachweis der Tragsicherheit wirdlediglich Betonstahl verwendet.– Falls der Durchbiegungsnachweis nichtgelingt, werden Spannlitzen im erforderlichenAusmaß zugelegt, ohne den Querschnittdes Betonstahls zu reduzieren.Dieses einfache Bemessungskonzept führt zukonstruktiv einfachen, duktilen und robustenKonstruktionen, die nahe dem Kostenminimumliegen.6 Normen und Zulassungen– ÖNORM EN 1992-1-1: Planung von Stahlbeton-und Spannbetontragwerken, Teil 1-1:Grundlagen und Anwendungsregeln für denHochbau.– ÖNORM B 4700: 2001: Stahlbetontragwerke,EUROCODE-nahe Berechnung, Bemessungund konstruktive Durchbildung.– DIN 1045-1: 2001: Tragwerke aus Beton,Stahlbeton und Spannbeton, Teil 1: Bemessungund Konstruktion.– Erweiterung der Zulassung für Vorspannungohne Verbund der Firmen DSI und VT-Vorspanntechnik;GZl. 860.300/27-VI/B/97 vom26.11.1997, Republik Österreich, Bundesministeriumfür wirtschaftliche Angelegenheiten,Wien.– Zulassung 2002, MonolitzenspannverfahrenVSL F 150 ohne Verbund, GZ 327120/25-III/A/7/02, Republik Österreich, Bundesministeriumfür Verkehr, Innovation und Technologie,Wien.12

– Zulassung 2/2004, Litzenspannverfahren VSLF 150 ohne Verbund aus Spanngliedern mit2, 3 und 4 Litzen GZ: 327120/12-II/ST2-04,Republik Österreich, Bundesministerium fürVerkehr, Innovation und Technologie, Wien.7 LiteraturlisteFachpublikationen1997 WICKE, M.: Vorgespannter Stahlbeton.4. Leipziger Massivbauseminar 97 »Aus Schädenlernen im Konstruktiven Ingenieurbau«,Band 4, S. III–1 bis 12, Leipzig 1997.1998 WICKE, M.; MAIER, K.: Freie Spanngliedlage.Bauingenieur 4/1998, S. 162–169.1998 WICKE, M.; MAIER, K.: Free TendonLayout. Österreichische Beiträge zum XIII.FIP-Kongress in Amsterdam. Heft 32/Mai 1998der Schriftenreihe des Österr. Betonvereines,S. 3-8, Wien 1998.1998 WICKE, M. et al.: Verbundlose Vorspannungim Hochbau - Freie Spanngliedlage.Schriftenreihe des Österreichischen Betonvereines,Heft 34/September 1998, 96 Seiten,Wien 1998.1999 WICKE, M.: Die Freie Spanngliedlage beiverbundloser Vorspannung. Festschrift Falkner- »Betonbau – Forschung, Entwicklung undAnwendung«, Heft 142 IBMB, Braunschweig1999, S. 313–320.2000 MAIER, K.; WICKE, M.: Die Freie Spanngliedlage- Entwicklung und Umsetzung indie Praxis. Beton- und Stahlbetonbau 2/2000,S. 62-71.2000 WICKE, M.; MAIER, K.: VerbundloseSpannglieder in Hochbaudecken: FreieSpanngliedlage - Vorgespannter Stahlbeton.Tagungsband zum Münchner Massivbauseminar2000 (Sonderpublikation der ZeitschriftBauingenieur, Hrsg. K. Zilch), S. 144-1562001 WICKE, M.: Verbundlose Spannglieder imHochbau: Freie Spanngliedlage, vorgespannterStahlbeton. Braunschweiger Bauseminar2001, 8./9.11.2001, Braunschweig 2001, ISBN3-89288-140-5, S. 49-60.2002 WICKE, M.; MAIER, K.: Anwendungdes Spannbetons. In: Beton-Kalender 2002,91. Jahrgang, Band 2, S. 113-179, Ernst &Sohn, a Wiley Company Berlin 2002.2002 MAIER, K.: Free Tendon Layout. Proceedingsof IABSE Symposium Melborne 2002.2002 BRUNNSTEINER, A.: Flachdecken mitVorspannung ohne Verbund. Ausführungsbeispielemit freier Spanngliedlage. Schriftenreiheder Österreichischen Vereinigung für BetonundBautechnik, Heft 50, S. 85-90, Wien 2002.Dissertation1999 MAIER, K.: Die Freie Spanngliedlagebei verbundloser Vorspannung im Hochbau.Dissertation an der Universität Innsbruck,Innsbruck 1999.Diplomarbeiten1994 MÖSSMER, Ch.: Berechnung der Vorspannkräftean einer verbundlos vorgespannten,einfeldrigen Stahlbetonplatte zur Beherrschungder Durchbiegungen. Diplomarbeitam Institut für Betonbau, Innsbruck 1994.1994 LONSING, M.: Durchbiegungskontrolleeiner zweifeldrigen Stahlbetonplatte durchVorspannung ohne Verbund. Diplomarbeit amInstitut für Betonbau, Innsbruck 1994.1995 SCHINDELAR, J.: Erforderliche Vorspannkräftezur Erfüllung der Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeiteiner Flachdecke mittelsverbundloser Vorspannung. Diplomarbeit amInstitut für Betonbau, Innsbruck 1995.1996 BIRGMANN, H.: Kostenvergleich von einachsiggespannten Stahlbetonplatten mit undohne verbundloser Vorspannung. Diplomarbeitam Institut für Betonbau, Innsbruck 1996.1997 NEUMAIR, R.: Einhaltung der zulässigenDurchbiegungen zweiachsig gespannterRechteckplatten mittels verbundloser Spannlitzen.Diplomarbeit am Institut für Betonbau,Innsbruck 1997.1999 ERLACHER, A.: Tragsicherheit und Gebrauchstauglichkeiteiner verbundlos vorgespanntenFlachdecke. Diplomarbeit am Institutfür Betonbau, Innsbruck 1999.2000 SEEBER, K.: Parameterstudie zur Untersuchungdes Einfl usses der Normalkraftinfolge Vorspannung in einer Hochbau–Flachdecke.Diplomarbeit am Institut für Betonbau,Innsbruck 2000.2000 LANER, A.: Eigenfrequenzanalyse einerverbundlos vorgespannten Hochbaufl achdecke.Diplomarbeit am Institut für Betonbau,Innsbruck 2000.Expertenforum Beton13

Vorgespannte Flachdecken mit Vorspannung ohne Verbund:Optimierte Ausführungstechnik im Zusammenspiel der GewerkeProk. DI Klaus BreitGrund-, Pfahl- und Sonderbau, Himberg1 EinleitungExpertenforum BetonBereits vor ca. 20 Jahren wurden in Österreichdie ersten größeren Projekte unter Verwendungvon Vorspannung ohne Verbund erfolgreichabgewickelt. Verwendet wurden damals Einzellitzensysteme,die mit relativ großem (Einbau-)Aufwand in die Flachdecken verlegt wurden.Notwendig waren damals Unterstellungen ineinem Abstand von ca. 1,0 m, um eine Anpassungan die gewünschte Kabelgeometrie zuerreichen. Das Verlegen der Spannkabel konntendamals nur Spezialisten der Vorspannfi rmendurchführen, bedingt durch die Komplexität desVorganges.Hervorgerufen durch den großen Arbeitsaufwandund den daraus resultierenden hohenKosten einerseits und durch die niedrigen Preisefür Schlaffstahl andererseits wurde es danneinige Jahre ruhiger um das Vorspannen vonFlachdecken.Erst mit der Entwicklung der „Freien Spanngliedlage“und den damit einhergehendenVereinfachungen sowohl in der statischenBerechnung als auch beim Einbau auf derBaustelle erlangte dieses Produkt wieder großeBedeutung.Nachfolgend wird dieser vereinfachte Herstellungs-und Einbauvorgang näher beschrieben.2 Der Aufbau von Spanngliedernohne VerbundAbbildung 1: Vorgespannte FlachdeckeIm Wesentlichen bestehen Spannkabel zurHerstellung vorgespannter Flachdecken ohneVerbund aus folgenden Systemkomponenten:– Das Zugglied besteht in der Regel aus 1 bis4 Spannstahllitzen der Güte St 1570/1770mit einem Durchmesser von 15,7 mm undeiner Querschnittsfläche von 150 mm 2 jeLitze (F150). Die Litzen werden werkseitigmit einem PE-Mantel versehen. Zusätzlichwird beim Aufbringen des PE-Mantels Korrosionsschutzmasseeingebracht, sodassdiese Spannglieder hervorragend gegenKorrosion geschützt sind.– Spannverankerungen für 1, 2 oder 4 LitzenF150: An den Spannverankerungenwird nach Erhärten des Betons die Vorspannungüber spezielle Vorspannpresseneingebracht.– Festverankerungen ebenfalls für 1, 2 oder4 Litzen F150: Diese sind fi x mit den Kabelnverbunden, werden in die Bewehrungmit eingebaut und ermöglichen die Einbringungder Vorspannkraft in den Beton.– Spanngliedkupplungen: ermöglichen dieVerlängerung von Spannkabeln über Bauabschnittsfugenhinweg.3 Die freie SpanngliedlageIm Prinzip lässt sich der Arbeitsvorgang zurHerstellung von Vorspannung ohne Verbund infreier Spanngliedlage in 4 Schritte unterteilen:– Anlieferung und Lagerung der Spannkabel– Einbauen und Verlegen inklusive Montageder Spannköpfe– Vorspannen der Spannkabel, Ergänzendes Korrosionsschutzes– Verschießen der Spannkopfnischen14

Abbildung 2: Freie Spanngliedlage – Schemaskizze3.1 Die Anlieferung und die LagerungIm Wesentlichen werden heute werksgefertigteSpannkabel auf die Baustelle geliefert, d. h. dieSpannkabel werden werkseitig auf die richtigeLänge abgelängt und die erforderlichen Festköpfebereits im Werk montiert. Aufwändige Korrosionsschutzmaßnahmensind für den kurzenZeitraum zwischen Anlieferung und Einbau nichterforderlich, da die Spannkabel durch den PE-Mantel der Spannlitzen bestens gegen Korrosiongeschützt sind. Wesentlich ist, dass Verletzungendieses PE-Mantels vermieden werden.derlich vor dem Einbringen des Betons ist eineKontrolle, ob die Spannglieder entsprechendden Zulassungen an den Bewehrungen fi xiertsind – dies um ein Verschieben der Spannglie-3.2 Der Einbau der Spannkabel in „FreierSpanngliedlage“Abb. 2 zeigt den Verlauf eines Spannkabels infreier Spanngliedlage. Wesentlicher Gedankeder Technik der freien Spanngliedlage ist esnun, dass die Spannkabel nur an den Verankerungenund an einigen wenigen Punkten an deroberen Bewehrungslage befestigt sind. Ausgehendvon diesen Befestigungspunkten verlaufendie Spannglieder dann „frei“ entsprechendihrer Eigensteifi gkeit nach unten auf die untereBewehrungslage, wo sie dann mit entsprechenderRödelung fi xiert werden.Für die Praxis ergibt sich daher folgender Ablauf:– Herstellen der Deckenabschalungen undVerlegen der unteren Bewehrung– Montage der Spannverankerungen an derAbschalung; Einheben der Spannkabel aufdie untere Bewehrungslage– Einbau der oberen Bewehrungslage– Anheben der Spannglieder und Befestigungan der oberen Bewehrungslage– BetoniervorgangDie Abbildungen 3, 4 und 5 zeigen die zuvorbeschriebenen Arbeitsschritte. Unbedingt erfor-Abbildung 3: Verlegen der SpanngliederAbbildung 4: Montage der Spannverankerung inkl.NischenaussparungAbbildung 5: In die Bewehrung verlegter FestkopfExpertenforum Beton15

der während des Betoniervorganges zu verhindern.Die Montage der Spannverankerungen ist durchVerwendung standardisierter Aussparungskörpereinfach und äußert schnell machbar. Füreine Einzellitzenverankerung ist lediglich eineBohrung Dm 35 mm herzustellen, anschließendwird der wiedergewinnbare Aussparungskörperaufgeschoben, die Litze durchgesteckt undmittels ebenfalls wieder verwendbaren Montagestutzenbefestigt. Aufwändige Schalarbeitensind nicht erforderlich.Wesentlich für einen raschen und störungsfreienBauablauf ist, dass die einzelnen Schritte nunso vereinfacht wurden, dass diese nach einerentsprechenden Einschulung von der Baufi rmaselbst bzw. durch die Eisenleger durchgeführtwerden können. Die Einschulung erfolgt vorBeginn der Arbeiten durch einen qualifi ziertenMitarbeiter des Spannunternehmens.3.3 Das Vorspannen der Spanngliederstatisch einwandfreie und zugleich dauerhafterfolgreiche Durchführung der Arbeiten sind,werden diese beiden Maßnamen in der Regelvon entsprechend qualifi ziertem Personal derVorspannfi rmen durchgeführt.3.4 Das Verschließen der SpannnischenAbbildung 7 zeigt die Spannnischen von viernebeneinander liegenden Spannkabeln. DieseNischen sind in einem abschließenden Arbeitsschrittmittels Beton zu verschließen.Expertenforum BetonDie Aufbringung der Vorspannkraft erfolgt nachErhärten des Betons und wird in der Regelvon Spezialisten der Vorspannfi rmen durchgeführt.Durch Vergleich der rechnerischen undder tatsächlich auftretenden Dehnwege beimVorspannen ist eine abschließende Kontrolleeines ordnungsgemäßen Einbaues gegeben –spätestens hier können durch die Fachfi rmaProblemfälle erkannt und gegebenenfalls einerLösung zugeführt werden. Abbildung 6 zeigteine Einzellitzenpresse während des Spannvorganges.Unmittelbar darauf erfolgt die Ergänzungdes Korrosionsschutzes im Bereich desSpannkopfes. Da der Vorspannvorgang unddie Einbringung des erforderlichen Korrosionsschutzeswesentliche Arbeitsschritte für eineAbbildung 6: Vorspannen der SpanngliederAbbildung 7: Nischen nach Abschluss der Spannarbeiten3.5 Herstellung der Spannkabel auf derBaustelle – ein weiterer Schritt zu mehrEffizienz und QualitätEine Alternative zur Anlieferung fertiger Spannkabelauf die Baustelle ist die Möglichkeit derFertigung der Spannglieder auf der Baustelle,d. h. das Ablängen und die Montage der Festköpfeerfolgt durch Spezialisten der Vorspannfirmen auf der Baustelle.Prinzipiell bleibt die Aufgabenverteilung wiein den zuvor beschrieben Punkten 3.2 bis 3.4.Der Vorteil besteht darin, dass Mitarbeiter derVorspannfi rma ständig auf der Baustelle sind,bei Problemen z. B. beim Verlegen oder auchfür Kontrolltätigkeiten vor Ort sind. Steh- undAusfallzeiten können daher von vornhereinvermieden werden, ein optimierter Bauablauf istgarantiert.4 ZusammenfassungDurch Verwendung der Technik der freienSpanngliedlage ist eine einfache und kostengünstigeAnwendung von Vorspannung ohne16

Verbund vor allem bei vorgespannten Flachdeckenmöglich. Durch konsequente Vereinfachungder Arbeitsschritte ist es nun möglich,dass ein Großteil der erforderlichen Arbeitsschrittedurch die Baufi rma selbst durchgeführtwird. Dies führt zu einer optimierten, störungsfreienEinbindung der Montagemaßnahmen indie Gesamtbaumaßnahme. Von den Spezialistender Vorspannfi rmen werden vor allem Einschulungsmaßnahmenvor Beginn der Arbeiten,bei Bedarf Kontrollen während der Verlegearbeitenund die abschließenden Spannarbeitendurchgeführt. Alle anderen Tätigkeiten könnennun kostengünstig durch die Baufi rma selbstdurchgeführt werden – und dies sehr einfachund überschaubar.Dem Planer und den ausführenden Firmen stehtnun eine kostengünstige Technik zur Verfügung,die wesentlich mehr planerische Freiheit erlaubt,speziell in Hinblick auf die Beherrschungvon Durchbiegungen auch in schwierigenFällen, dies auch bei gedrückten Bauhöhenund vergrößerten Spannweiten, und all das beiwesentlich verbessertem Langzeitverhalten.Expertenforum Beton17

USAThailandBild 2: Vorspannung für Parkhäuser und Einkaufszentrenfür die Länder in Südostasien zu. In denUSA, Australien und Chile wird mehr als dieHälfte des gesamten Vorspannverbrauchsim Hochbau eingesetzt.Typische Betonier-Etappen liegen im Bereichvon 500-1.000 m 2 , können aber je nach Baumethodeein Mehrfaches davon umfassen.8) Spannkabel bringen zusätzliche Sicherheitund Redundanz für die Decken. Im Falleeiner Katastrophe können die Spannkabelbei geeigneter Anordnung ein Hängewerkbilden, das den progressiven Kollaps entwederverzögert oder verhindert.9) Vorspannung lässt sich sehr effi zient inandern Tragelementen von Hochbauten einsetzen.Beispiele sind: Abfangdecken und–träger, Bodenplatten und Industrieböden.2 Typischer Bauablauf einer vorgespanntenDeckeDer Bau einer typischen vorgespannten Deckeumfasst die folgenden Etappen:– Spannen der Kabel der fertigen Decke,wenn der Beton 20-25 MPa Würfelfestigkeiterreicht hat.– Ausfahren der Schalung und Versetzenauf die vorgespannte Decke. Einbau einerminimalen Sprießung.– Verlegen der Kabelhalter und unteren Bewehrung,wo erforderlich.– Verlegen der Kabel und Verankerungen.– Verlegen der oberen Bewehrung, wo erforderlich.– Betonieren der Decke oder des Deckenabschnittes.Eine vorgespannte Decke inklusive Wände/Stützen wird häufi g in 4-5 Tageszyklen erstellt.3 VorspannsystemeFür Decken im Hochbau stehen heute zweiTypen von Vorspannsystemen zur Verfügung:– Spannlitzen ohne Verbund: Dies sind einzelneLitzen, die mit Fett und PE-Hülle abWerk geschützt sind (so genannte Monolitzen)(Bild 3a).Typische Monolitzen haben 150 mm 2Spannstahlquerschnitt und eine Festigkeitvon 1.770 MPa oder 1.860 MPa (pro Litze265 kN oder 279 kN Bruchlast).– Spannkabel im Verbund: Dies sind häufi gvier Litzen, die in ein fl aches Hüllrohr verlegtund nach dem Spannen mit Zementmörtelinjiziert werden (pro Litze 265 kNoder 279 kN Bruchlast) (Bild 3b).Der Durchmesser/die Höhe der beiden Kabeltypenist ähnlich und beträgt 20-25 mm. Diesermöglicht maximale Exzentrizitäten der Kabelin schlanken Decken.Für Träger, Abfangdecken und Bodenplattenwerden Mehrlitzen-Spannglieder mit Verbundwie im Brückenbau üblich eingesetzt (Bild 4).Die Anzahl der Litzen pro Kabel ist frei wählbar.Häufi g werden aber 7, 12 oder 19 Litzen zu265/279 kN verwendet.An Arbeitsfugen werden die Kabel mit speziellenKupplungen verbunden oder die Kabel überdie Fugen überlappt. Kupplungen sind jedochteure Komponenten und sollten aus wirtschaftlichenGründen sparsam eingesetzt werden.Expertenforum Beton19

Nachträgliche Durchbrüche und Öffnungen invorgespannten Decken sind möglich. KleineÖffnungen legt man zwischen die Kabel. Beigroßen Öffnungen müssen Kabel durchgetrenntwerden. Falls die Kabel im Verbund sind, könnensie einfach durchgetrennt werden. Sie sindüber Verbund hinter dem Schnitt wieder vollverankert. Für Kabel ohne Verbund müssen dieKabel freigelegt, kontrolliert entspannt, mit neuenVerankerungen am Schnitt wieder verankertund neu gespannt werden.4 Typische Deckensysteme4.1 Büros, HotelsIn Bürogebäuden beträgt der Anteil des Rohbausan den Gesamtkosten nur ca. 20-30 %.Die Decken verursachen mit 30-40 % einenwesentlichen Teil der Rohbaukosten. Jedoch70-80 % der Kosten fallen für nicht tragendeElemente wie Fassaden, Innenausbau, mechanische/elektrischeInstallationen etc an. Eineoptimale Wahl ist deshalb häufi g eine Decke mitfl acher Untersicht (Flachdecke, Pilzdecke). Diesergibt nicht den minimalen Materialverbrauch,bringt aber Ersparnisse bei der Gebäudehöhe(Fassade), beim Einbau von Leitungen unterder Decke und Vorteile in der Nutzung.– Flachdecke: Typische Abmessungen undLastbereiche für vorgespannte Flachdeckensind in Bild 6 dargestellt.– Pilzdecken: Pilzdecken ermöglichengrößere Spannweiten als Flachdecken beigleichem Betonvolumen. Die Anordnungder Pilze bringt keine wesentlichen Nachteilefür Schalung und Bauablauf. TypischeAbmessungen und Lastbereiche sind inBild 7 dargestellt.Bild 6: Typisches Tragsystem: Flachdecke Typischer Spannweitenbereich: 7-10 mTypischer Lastbereich (ohne Decke): 2-7 kN/m 2Typische Spannweite/Deckenstärke: 35-45Bild 7: Typisches Tragsystem: Pilzdecken Typischer Spannweitenbereich : 8-13 mTypischer Lastbereich (ohne Decke): 2-10 kN/m 2Typische Spannweite/Deckenstärke: 35-50Expertenforum Beton21

– Träger und Platte: Falls noch größereSpannweiten erforderlich werden, sind Trägererforderlich. Typische Abmessungenund Lastbereiche sind in Bild 8 dargestellt.Eine gründliche Planung des Versetzensder Schalungen ist hier wesentlich.Bild 8: Tragsystem für extra lange Spannweiten:Träger und PlatteTypischer Spannweitenbereich Träger: 12-20 mTypischer Spannweitenbereich Platte: 4-7 mTypischer Lastbereich (ohne Decke): 2-10 kN/m 2Typische Spannweite/Trägerstärke: 25-35Typische Spannweite/Plattenstärke: 35-45oder breite/fl ache Träger mit Platte. TypischeAbmessungen und Lastbereiche sind in den Bildern9 und 10 dargestellt.Für unterirdische Parkhäuser kosten die Deckeninklusive Bodenplatte immer noch ca. 50 % desRohbaus. Die Kosten für Aushub und Schlitzwandkönnen aber dazu führen, eine geringereBauhöhe der Decke zu wählen, als hinsichtlichdes Materialverbrauches optimal wäre.4.3 EinkaufszentrenEinkaufszentren sind primär für die Nutzungoptimiert. Häufi g werden deshalb Flachdecken,Pilzdecken und breite, fl ache Träger mit Plattegewählt.4.4 Bemessung der DeckenDie Berechnung der Decken erfolgt häufi g an„Stellvertretenden Rahmen“ mit Berücksichti-4.2 ParkhäuserBei Parkhäusern ist der Anteil des Rohbausan den Gesamtkosten höher als bei Büros. FürParkhäuser über Boden beträgt er ca. 60 %, fürunterirdische Parkhäuser ca. 50 %.Für Parkhäuser über Boden sind die Deckendas weitaus wichtigste Element und kostenca. 2/3 des Rohbaus. Deshalb bieten sich hierTragsysteme an, die den Materialverbrauch minimieren.Es sind dies entweder schmale/hoheBild 9: Tragsystem: Schmale Träger und PlatteTypischer Spannweitenbereich Träger: 12-20 mTypischer Spannweitenbereich Platte: 5-8 mTypische Spannweite/Trägerstärke: 18-24Typische Spannweite/Plattenstärke: 40-45Typische Breite der Träger:0,4-0,5 mExpertenforum BetonBild 10: Tragsystem: Breite fl ache Träger und Platte Typischer Spannweitenbereich Träger : 10-20 mTypischer Spannweitenbereich Platte : 5-8 mTypische Spannweite/Trägerstärke L/D: 25-30Typische Spannweite/Plattenstärke WS/T: 35-45Typische Breite der Träger WB/B: 5-622

gung der Stützen oder vermehrt auch mit FinitenElementen. Die Bemessung erfolgt primärfür Biegung und Durchstanzen. Im Gebrauchwerden die Zugspannungen im Beton und dieDurchbiegungen limitiert. Dies ergibt eine vernünftigeGröße der Vorspannung. Die schlaffeBewehrung ergibt sich aus dem Nachweis derTragsicherheit als erforderliche Ergänzung desvorhandenen Vorspannstahls und der erforderlichenkonstruktiven Ausbildung von Deckendetails.Das Resultat einer optimalen Dimensionierungsind schlanke Decken mit wenig schlafferBewehrung. In gewissen Bereichen der Decke(z. B. Innenfelder) wird oft gar keine untereBewehrung verlegt.5 Abfangdecken und Träger5.1 TragsystemAbfangdecken und Träger ermöglichen, dieAnordnung von Stützen und Wänden über dieGebäudehöhe zu ändern. Dies ist häufi g erforderlich,wenn verschiedene Nutzungen überdie Gebäudehöhe erwünscht sind (Bild 11).Abfangdecken und Träger müssen sehr hoheLasten abtragen. Ein großer Teil der Lasten istpermanent. Vorspannung ist vor allem sinnvoll,um die Langzeitverformungen zu kontrollieren.Abfangdecken werden häufi g als massive Plattenausgebildet, mit Plattenstärken, die mehrereMeter erreichen können. Sie haben hoheBewehrungsgehalte mit durchgehender Bewehrungentlang aller Oberfl ächen und Ränder. Siehaben meist auch Schubbewehrung über diegesamte Plattenfl äche.Diese massiven Decken werden häufi g in2-3 Lagen erstellt, und zwar mit Dicken von1,0 -1,5 m pro Lage. Die unterste Lage wird aufSchalung/Gerüst eingebaut und vorgespannt.Diese Lage dient danach als Schalung und Gerüstfür die nachfolgenden Lagen. Dies ermöglichtsignifi kante Einsparungen bei Schalungund Gerüst.Bild 11: Abfangdecken in Gebäuden mit Mehrfach-NutzungExpertenforum Beton23

5.2 BemessungDie Berechnung von Abfangdecken erfolgthäufi g mit Finiten Elementen. Die Bemessunghat spezielle Effekte dicker Platten zu berücksichtigenwie:– Bemessung für Hauptschub– Effekt des Schubes auf Biegung (Versatzmaß)– DrillmomenteIm Gebrauchszustand werden die Betonzugspannungenund die Durchbiegungen limitiert.Dies ergibt ein Maß für die Vorspannung. DerNachweis der Tragsicherheit ergibt die erforderlicheschlaffe Bewehrung. Falls der Gehalt derschlaffen Bewehrung hoch ist, wird ein Teil davonsinnvollerweise durch zusätzliche Vorspannungersetzt. Dies vereinfacht den Bauvorgang.Die Effekte des verzögerten Aufbringens derLasten sind zu beachten.werden vorgespannte Bodenplatten als massivePlatten, Platten mit Verstärkungen unterStützen („Pilz“) oder mit Trägern an der Unterseiteausgebildet (Bild 12). Die Vorspannungvereinfacht die Ausführung (Bewehrungsgehalt,Betonabmessungen) und verbessert dieGebrauchstauglichkeit (Dichtigkeit) der Platte.Vorgespannte Platten wurden schon als Variantezur doppelten Wanne ohne spezielle Abdichtungerfolgreich eingesetzt.6.2 BemessungDie Berechnung von Bodenplatten erfolgthäufi g mit Finiten Elementen (Platte auf elastischerBettung). Die Bemessung erfolgt speziellfür Durchstanzen und Biegung. Dabei sinddie Effekte des verzögerten Aufbringens derLasten speziell zu beachten. Die Bemessung imGebrauchszustand (limitierte Zugspannungen,Dichtigkeit) ergibt ein sinnvolles Maß für dieVorspannung.6 Bodenplatten6.1 TragsystemVorgespannte Bodenplatten eignen sich ausgezeichnetzum Abtragen von Lasten in relativweichen Untergrund und für Gebäude, die imGrundwasser stehen (dichte Wanne). Häufi g7 Industrieböden7.1 TragsystemIndustrieböden sind üblicherweise dünnePlatten, die direkt auf dem Boden aufl iegen.Sie werden speziell verwendet für ContainerTerminals, Lagerhäuser und VerteilerzentrenBild 12: Vorgespannte Bodenplatten für Lastabtragung in weichenUntergrund und Dichtigkeit im GrundwasserRaffle City, SingapurExpertenforum BetonLagerhaus, Schweiz24

AustralienAustralienBild 13: Vorgespannte Industrieböden für Container Terminals und Verteilerzentren(Bild 13). Diese Böden werden mit Lastwagenund Hubstaplern etc. befahren. Nicht vorgespannteBöden haben zahlreiche Fugen, umdie Zwängungen aus behinderter Verformunginfolge Reibung auf dem Boden zu limitieren.Diese Fugen altern schnell unter den Verkehrslastenund resultieren in hohen Unterhaltskosten.Vorgespannte Industrieböden haben keinebzw. wenige Fugen. Dies erhöht die Nutzungssicherheitund Dauerhaftigkeit der Böden undresultiert in stark reduzierten Unterhaltskosten.Die Wirtschaftlichkeit von vorgespanntenIndustrieböden soll deshalb über die gesamteLebensdauer abgeschätzt werden (life cyclecosting).Bild 14: Vorgespannte Industrieböden erfordern gutekonstruktive Details.Vorgespannte Industrieböden haben eine orthogonale,zentrische Vorspannung (Bild 14).Die Böden haben mit Ausnahme des Bereichsentlang der Ränder keine schlaffe Bewehrung.Sie liegen auf Plastikfolien, um die Reibung zumBoden zu minimieren. Sie sind entweder fugenlosoder haben wenige, aber gut ausgebildeteDehnfugen. Konstruktive Details und Ausführungder Betonarbeiten sind wichtig, um Risse in denersten Stunden nach dem Betonieren zu vermeiden.Die Vorspannung wird möglichst frühaufgebracht (partielles Spannen nach 12 h).7.2 BemessungDie Berechnung von Industrieböden erfolgt mitTabellen oder Finiten Elementen für Platten aufelastischer Bettung. Die Bemessung erfolgthauptsächlich für Biegung und limitiert die Zugspannungenim Beton. Dabei sind die Zwängungenaus behinderter Verformung (Reibungauf Boden) und aus Temperaturdifferenzen zuberücksichtigen. Dies ergibt die erforderlicheVorspannung.8 Schlussfolgerungen undEmpfehlungDie Vorspannung im Hochbau ist weltweit starkverbreitet und hat sich bewährt. Nebst den Deckenbieten sich zahlreiche andere Elemente imHochbau zum Vorspannen an. Europa liegt imVergleich zu den USA, Ländern in Südostasienund Australien im Einsatz von Vorspannung imHochbau weit zurück.Vorgespannte Decken und andere Elementebieten noch ein großes Potenzial für Europa, umNutzungskomfort, Wirtschaftlichkeit, Baufortschritt,Dauerhaftigkeit und Ästhetik von Hochbautenzu verbessern.9 Literatur„Post-Tensioning in Buildings“, VSL TechnicalReport, VSL International Ltd., Bern, Switzerland,1992.Expertenforum Beton25

Planungsgrundsätze – von Basisüberlegungenbis zum Kostenfaktor PlanungDI Dr. Wolfgang LindlbauerZivilingenieur für Bauwesen, WienEinleitungFlachdecken im Hochbau müssen eine denNormen entsprechende Tragsicherheit aufweisen,es werden an sie verstärkt hohe Anforderungenhinsichtlich ihrer Gebrauchstauglichkeit(Durchbiegungen) gestellt und sie müssen u. a.auch einen ausreichenden Schall- und Brandschutzbieten.Vorgespannte Flachdecken erfüllen dieseAnforderungen, wobei die Anforderungengemäß ÖNORM B 4700 – Stahlbetontragwerke,EUROCODE-nahe Berechnung, Bemessungund konstruktive Durchbildung und ÖNORMB 4254 - Betontragwerke mit Vorspannungohne Verbund, nachzuweisen sind. In ÖNORMB 4700 werden in Pkt. 8 „Punktförmig gestütztePlatten“ behandelt, die zugehörigen Hinweiseüber Verformungen (Durchbiegungen) fi ndensich in Pkt. 4.3.2 dieser ÖNORM.Vorgespannte Flachdecken mit Vorspannungohne Verbund und freier Spanngliedlageermöglichen schlanke und weit gespannteKonstruktionen und damit fl exible Nutzungenund Raumaufteilungen. Für die Ausführungergeben sich einfache Deckenschalungen, z. B.durch den Entfall von Stützenkopfverstärkungen.Durch die Vorspannung wird ein raschererBaufortschritt und damit eine Verkürzung derBauzeit erzielt. Verbunden damit ist auch einegeringere Vorhaltung für Schalung und Rüstung.Für die Haustechnik ergibt sich die Möglichkeiteiner ungehinderten Leitungsführung ander Deckenuntersicht (Abb. 1).Die rechnerische Erfassung des Tragverhaltensvon Flachdecken (einschließlich deren Verformungen)unter Berücksichtigung des Lastfalles„Vorspannung“ stellt mit der heute für die Tragwerksplanungzur Verfügung stehenden Softwarekein besonderes Problem mehr dar. Für eineerfolgreiche Anwendung der Bauweise sindaber schon bei der Planung die Randbedingungenso zu wählen, dass die technischen undwirtschaftlichen Vorteile der Bauweise genutztwerden können (Abb. 2, 3 und 4).Abb. 2: Spannkabelführung (Feld- undStützenstreifenvorspannung)Abb. 1: Untersicht einer vorgespannten FlachdeckeExpertenforum Beton26

Abb. 3: Stützenstreifenvorspannung – FE-Netz undKabelführungAbb. 5: Konventionelle Spanngliedführung mit UnterstellungenAbb. 6: Freie Spanngliedlage im Stütz- und FeldbereichPlanungsgrundsätzeAbb. 4: Verformungen zufolge Vorspannung undDauerlastDie freie Spanngliedlage bietet zudem denVorteil, dass aufwändige Unterstellungen für dieSpannglieder entfallen können und dass damitauch eine kostengünstige und raschere Baudurchführunggegeben ist (Abb. 5 und 6).Der wirtschaftliche Anwendungsbereich für vorgespannteFlachdecken mit Vorspannung ohneVerbund beginnt bei Stützweiten von 8,00 mund reicht in der Regel bis 13,00 m. GrößereSpannweiten erfordern „aufgelöste Querschnitte“,z. B. die Wahl von Balken in der kürzerenSpannrichtung oder die Ausbildung von Stützenkopfverstärkungen(Pilzen).Die Schlankheit vorgespannter Flachdeckenliegt zwischen 1/45 bei geringen Nutzlasten und1/30 bei hohen Nutzlasten, wobei die nationalenVorschriften hinsichtlich Beschränkungder Schlankheit (Durchbiegungen) jeweils zuberücksichtigen sind.Schlanke Deckenkonstruktionen erfordern aberauch besondere Maßnahmen hinsichtlich desExpertenforum Beton27

Expertenforum BetonDurchstanzwiderstandes. Mehrere Möglichkeitenstehen dabei zur Verfügung (Dübelleisten,Stahlpilze usw.). Der Einfl uss der Vorspannungauf den Durchstanzwiderstand von Flachdeckenist bei der Berechnung zu berücksichtigen.Hinsichtlich Betongüte und schlaffer Bewehrungergeben sich bei vorgespannten Flachdeckenkeine anderen Anforderungen als jeneder ÖNORM für Stahlbetonkonstruktion. DieVerwendung von Baustahlgittermatten solltesich auf die untere Bewehrungslage (Feldbewehrung)beschränken. Für den Nachweis desDurchstanzwiderstandes und um eine Rotationsfähigkeitfür Umlagerungen zu gewährleisten,ist Bewehrungsstahl hoher Duktilität zuverwenden.Durch die Vorspannung ergibt sich für dieNutzung der Gebäude der Vorteil, dass auf Bewegungsfugenbzw. Bauteilfugen weit gehendverzichtet werden kann. Fugenlose Bauwerkemit Abmessungen bis zu 200 m wurden bereitsausgeführt, wobei in diesem Fall die Auswirkungendes Zwanges auf andere Bauteile besonderszu berücksichtigen ist.Für die Spanngliedführung bietet sich auswirtschaftlichen Gründen die „Stützstreifenvorspannung“an, wobei bei großen Spannweitenund unterschiedlichen Stützweiten auch eineKombination zwischen „Stützstreifenvorspannung“und „Feldvorspannung“ möglich ist. Mitder Wahl einer Stützstreifenvorspannung ergibtsich eine einfache Spanngliedführung, verbundenmit dem Vorteil, dass die Stützmomentein den Gurten reduziert werden – und damitdie Menge der schlaffen Bewehrung. Für dieFeldbewehrung ergibt sich bei Wahl einer Stützstreifenvorspannungnur ein geringer Einsparungseffekt.Durchbrüche in vorgespannten Flachdecken,insbesonders im Stützenbereich sind rechtzeitigmit den beteiligten Planern abzustimmen, wobeidie Art und Größe der Durchbrüche auch mitder gewählten Durchstanzbewehrung abzustimmenist. Um Spannungskonzentrationen zuvermeiden, sollten auf jeden Fall kreisförmigeDurchbrüche gewählt werden. Durchbrüche inden Deckenfeldern stellen in der Regel, auchwenn sie größere Abmessungen aufweisen,keine Probleme dar, weil die Monolitzen in derDecke einfach „verschwenkt“ werden können.Auch das nachträgliche Herstellen von Durchbrüchen(nicht nur Bohrungen) ist mit den heutezur Verfügung stehenden technischen Mittelnleicht möglich. Es sollte aber auf die vorhandeneSpannkabelführung unbedingt Rücksichtgenommen werden, wobei deren Lage in derRegel aufgrund des Kabelführungsplanes in derNatur leicht nachvollzogen werden kann.Für die Dübelmontage von Haustechnikleitungenusw. an der Unterseite von vorgespanntenFlachdecken bestehen in der Regel keineEinschränkungen, weil aufgrund der Lage derVorspannbewehrung in „zweiter Lage“ eine ausreichendeBetonüberdeckung der Vorspannbewehrunggegeben ist (Anmerkung: Die Setztiefevon Dübeln beträgt in der Regel 40 mm).Hinsichtlich des Brandschutzes der Bewehrungen(schlaffe Bewehrung und vorgespannte Bewehrung)wird in der ÖNORM B 4700 noch aufdie ÖNORM B 3800-1 verwiesen. Für Betontragwerkemit Vorspannung ohne Verbund fi ndensich in ÖNORM B 4254 die entsprechendenHinweise unter Pkt. 6.7, Katastrophenschutz.Gemäß ÖNORM B 4700 hat das Planmindestmaßder Betondeckung im Allgemeinen 3,0 cmzu betragen. Im Inneren von Gebäuden darfdieses Maß auf 2,0 cm verringert werden,sofern die Räume nicht überwiegend erhöhterFeuchtigkeit ausgesetzt sind. Gemäß ÖNORMB 3800-4 beträgt das Mindestmaß der Betondeckung(Baumindestmaß) und der AnforderungF 90 für Stahlbetonplatten 2,5 cm, für Spannbetonplatten4,5 cm (bei einseitiger Brandbeanspruchungund der Stahlgüte St 1570/1770).Die ÖNORM B 3800-4 bezieht sich dabei nochauf die ÖNORM B 4205, Fertigteile aus Beton,Stahlbeton und Spannbeton, und ÖNORMB 4250, Spannbetontragwerke (ausgenommenEisenbahnbrücken). Für Betontragwerke mitVorspannung ohne Verbund wird in der ÖNORMB 4254 der Mindestwert der Betondeckung(Baumindestmaß) und der Anforderung F 90 mit3,5 cm festgelegt. Internationale Regelwerkeverlangen ähnliche Maße.Der Brandwiderstand von vorgespannten Flachdeckenmit Vorspannung ohne Verbund wurdeauch in jüngster Zeit in Versuchen eruiert.Eine ausführliche Beschreibung der Versuchemit weiterführender Literatur ist der Veröffentlichungdes Bundesministeriums für Verkehr,Innovation und Technologie, Straßenforschung,28

Heft Nr. 544 zu entnehmen. Jedenfalls gilt aberdie bereits in den FIP-Notes 1983/4 getroffeneFeststellung, dass der Entwurf vorgespannterFlachdecken im Zusammenhang mit der Brandlastdes jeweiligen Betons und der schlaffenBewehrung zu sehen ist (vorgespannter Stahlbeton).Verformungsnachweise für vorgespannte Flachdeckenohne Verbund haben den jeweiligenBaufortschritt zu berücksichtigen. Bei richtigerWahl der Vorspannung sind nur sehr geringeVerformungen zu erwarten, sodass sich fürdie nachfolgenden Ausbaugewerke (Estriche,Trockenausbau usw.) sehr günstige Verhältnisseergeben. Die geringen Verformungen von vorgespanntenFlachdecken ermöglichen es, z. B.bei Parkdecks, geringere Quer- und Längsneigungenvorzusehen, weil die Bildung vonWasserlachen weit gehend vermieden werdenkann. Eine fugenlose Ausführung bei Parkdecksführt auch zu geringen Erhaltungskosten, dadie in der Regel sehr erhaltungsaufwändigenFugenübergangskonstruktionen entfallen.Querneigung und Längsgefälle sollten auchbei der Planung von Fundamentplatten berücksichtigtwerden, weil damit Wasserlachen undim Winter somit Eisbildung vermieden wird.Bei entsprechender Anordnung von Stützen imBereich der Fassade (aus konstruktiven Gründensollte die Außenkante der Fassadenstützemindestens um das 1,5fache der Deckendickevom Deckenrand abgerückt werden) ergebensich wesentliche Vorteile für die Führung vonHaustechnikleitungen, EDV- und Telekommunikationsleitungenentlang der Außenwand.Kostenfaktor PlanungAufgrund der wirtschaftlichen Entwicklungen imBauwesen kann davon ausgegangen werden,dass für die Planung vorgespannter Flachdeckenim Hoch-, Industrie- und Garagenbaukeine höheren Planungskosten als für konventionelleStahlbetontragwerke anfallen. Festgehaltensei aber, dass mit der Wahl vorgespannterFlachdecken mit Vorspannung ohne Verbundeine wesentlich höhere Qualität bei der Bauausführungerreicht wird.Expertenforum Beton29

Lösungsvariante Fertigteilstütze mitüberzeugender KnotenausbildungDI Alexander BarnašMABA Fertigteilindustrie GmbH, SollenauExpertenforum Beton1 Einleitung/AllgemeinesBetonfertigteilstützen haben als Bauprodukteine lange Tradition und sind aus dem modernenBaugeschehen nicht wegzudenken. DieMaba Fertigteilindustrie GmbH knüpft mit derEntwicklung der Rotop®-Schleuderbetonstützean diese Tradition an. Neben der hinlänglichbekannten Vorteile der Fertigteiltechnologie, wiegesicherte Qualität durch industrielle Fertigung,Kosteneinsparung durch Baufortschritt etc.,kann die Rotop®-Stütze vor allem durch ihretechnischen Innovationen punkten:– Doppelte Tragfähigkeit gegenüber inOrtbeton hergestellten Stützen gleicherAbmessungen durch Erhöhung des zulässigenBewehrungsgrads auf 20 %– Doppelte Wirtschaftlichkeit gegenüberStahlverbundstützen gleicher Querschnittsabmessungenund gleicher Tragfähigkeit.– Doppelter Brandschutz F180 gegenüberkonventioneller Herstellung durch Verwendungvon brandbeständigem BetonZusätzlich zur Weiterentwicklung des BauteilsStütze hatte das Rotop®-Projekt den Anspruch,den Planern Instrumente in die Hand zu geben,die Ihnen die Anwendung des Produkts erleichtern.Dementsprechend wurden auch Lösungenfür die Ausbildung von Anschlüssen sowie Fuß-,Kopf- und Deckenknoten erarbeitet und in einfrei verfügbares Bemessungsprogramm integriert.Im Speziellen konnte für die Durchleitungder Stützenkraft durch die in Ortbetonweiseerstellten Flachdecken eine wesentliche Verbesserungder Detailausbildung erzielt werden.Die im März dieses Jahres abgeschlosseneEntwicklungstätigkeit trägt bereits erste Früchte.Im Folgenden werden anhand der bereits mitRotop®-Stützen ausgestatteten Bauwerke diefür die Anwendung des Produkts wesentlichenPunkte eingehender beleuchtet.2 Bauteil StützeLasten und statisches System, geometrischeAnforderungen, erforderlicher Brandwiderstandund Expositionsklassen sind vom Auftraggeberanzugeben. Ab diesem Zeitpunkt ist für diePrüfung der Machbarkeit, Bemessung, Planungund Fertigung bis zur Auslieferung mit einerVorlaufzeit von ca. 5-6 Wochen zu rechnen.Falls erforderlich wird mit dem Auftraggeber einoptimierter Bauablauf hinsichtlich der Produktionsreihenfolge,respektive einer ein- odermehrgeschossigen Ausführung der Stütze,abgestimmt.Zweigeschossige Stütze FachhochschuleWelsDie Bemessung vonRotop®-Stützen erfolgtmithilfe speziell für diesesProdukt entwickelterBemessungsregeln.Tabelle 1: Geschossermittlung: Deckenfeld 7,2 m x 7,2 m; NSd = 800kN/Geschoss(11 kN/m²); Bemessung gem. EC2Vergleich: Rotop®-Stütze – Ortbetonstütze (C30/37, ρ = 8 %)D = 40 cm, l = 3,0 mD = 80 cm, l = 3,0 mTragfähigkeitNRd [kN]GeschosseTragfähigkeitNRd [kN]GeschosseROTOP 12.600 16 46.400 58Ortbeton 6.000 8 24.400 3030

Oberfl ächeBemessungsprogrammRotop®Diese wurden auf der Grundlage zahlreicherzerstörender Bauteilversuche festgelegt undweichen teilweise erheblich von den Normenbestimmungenab. Ein eigens entwickeltesBemessungsprogramm wurde auf die Besonderheitenabgestimmt. Neben der Bemessungder Stütze können in diesem Programm allezusätzlich wesentlichen Parameter der Stütze(Brandwiderstandsklasse, Expositionsklasse,Anschlussdetails, Länge der Stütze, Anzahl)ausgewählt bzw. abgerufen werden. Das Programmist bei Maba frei erhältlich. Auftraggeberoder Planer können somit eine erste Vorbemessungselbst vornehmen und auf Grund derBemessungsergebnisse zielgerichtet Anfragenstellen.Unten stehende Abbildung zeigt die Querschnittspalettevon kreisrunden und quadratischenRotop®-Stützen, welche hochbewehrtherstellbar sind (es sind jeweils die maximalenBewehrungsgrade dargestellt). Für konventionellbewehrte Stützen erweitert sich dasSpektrum bis zu einem minimalen Durchmesservon D = 12 cm. Die Stützen sind bis zu Längenvon 18 m in ein-, zwei- und mehrgeschossigerAusführung lieferbar. Der Einbau von Sondereinbauteilenwie z. B. Schweißgründe sowieKonsolen kann im Werk erfolgen.Mögliche hochbewehrte Querschnitte kreisrund und quadratischExpertenforum Beton31

Expertenforum Beton3 Lastdurchleitung BereichDeckenknotenDerzeit gibt es kein allgemein gültiges Bemessungskonzept,welches die Durchleitungder Kräfte von hochfesten Betonstützen durchDecken aus Normalbeton regelt. Die üblicheAusführung mit an beiden Enden der Stütze angebrachtenStahlplatten – die Kraftübertragungim Stützenstoß erfolgt durch die Fußplatte deroberen auf die Kopfplatte der unteren Stütze– ist deshalb eher konservativ ausgelegt. DieKopfplatte hat hierbei einerseits eine lastverteilendeFunktion, indem die konzentrierten Lastenin den Bewehrungsstäben durch die Plattegleichmäßig auf den Mörtel verteilt werden, undandererseits übernimmt sie Querzugspannungen,die von den negativen Stützmomenten herrühren.Jedoch stellt die Kopfplatte für die Verlegungder oberen Lage der Deckenbewehrungein erhebliches Erschwernis dar. Es stellt sichdeshalb die Frage, bis zu welchen Grenzen hinsichtlichLast und Bewehrungsgrad die Ausführungohne diese Kopfplatte möglich ist. Bei derAusbildung des Knotenpunktes ohne Kopfplattebesteht die Gefahr, dass die Mörtelschicht lokalan den Bewehrungsenden zu stark belastet undmöglicherweise zerstört wird. Die Tragfähigkeitwird zusätzlich durch das Aufreißen der Deckeund der Mörtelschicht vermindert.Zur Untersuchung der Kraftdurchleitung imBereich des Deckenknotens wurden am Institutfür Tragkonstruktionen der TU Wien Bauteilversucheim Maßstab 1:1 durchgeführt. DieseVersuche, bei denen die Kraftdurchleitungbei verschiedenen Bewehrungsgraden derStützen getestet wurde, sind hinsichtlich derTragfähigkeit des Deckenbetons sehr erfolgreichverlaufen. Es hat sich gezeigt, dass dieTragfähigkeit der Stützen selbst bei einemBewehrungsgrad von 15 % kaum abzumindernist. Die Mörtelschicht und der Deckenbetonwiesen jedoch relativ starke Verformungenauf, so dass die Gebrauchstauglichkeit einenzusätzlichen Nachweis bei der Bemessung desDeckendurchleitungsbereiches darstellt. Für dieBemessung wurden eigene Regeln entwickelt,die mit den für das Bauwesen üblichen Sicherheitsbeiwertenbehaftet sind. Die Bemessungder Durchleitungsbereiche wird von MABAdurchgeführt.Bei vorgespannten Flachdecken mit Stützstreifenvorspannungstellt die von MABA angeboteneLösung einen wesentlichen Vorteil dar. Durchdas Wegfallen der oberen Endplatte der Stützenkönnen die Litzen direkt auf die Stützenbereicheverlegt werden.Schematischer Aufbau der Bauteilversuche des Knotenpunktesnormalfeste Decke – hochfeste Stütze4 Bemessung auf DurchstanzenDie Problematik des Durchstanzens ist getrenntvon der Stützenauslegung zu beurteilen.Grundsätzlich führen die Minimierung der Deckenstärkedurch vorgespannte Flachdecken,sowie die Reduktion der Stützenabmessungenbei Verwendung von Rotop®-Stützen zu einerzweifachen Verschärfung der Durchstanzproblematik.Alle gängigen Maßnahmen zur Lösung desDurchstanzproblems sind mit Rotop®-Stützenkombinierbar. Bügelbewehrung und Dübelleis-Dübelleisten in Decke verlegt32

Brandwiderstandsklassen Hochbewehrte Schleuderbetonstützen,rund und quadratischROTOP-Stützen mit Stahlrahmen versetztDeckendurchbrüche im Stützenbereichten sind im Zuge der Deckenbewehrung nachAngaben des für das Bauvorhaben verantwortlichenStatikers auszuführen. Sind im Bereich derStützen Deckendurchbrüche vorgesehen, so istein Nachweis meist nur mehr mit Stahlrahmenzu erbringen. Beim Einsatz eines Stahlrahmens(„Geilinger-Pilz“) als Durchstanzmaßnahmewird dieser bereits bei MABA auf die Endplatteangeschweißt und gemeinsam mit der Stützeversetzt.5 Nachweis desBrandwiderstandesAuf der Grundlage von Brandversuchen imMaßstab 1:1 am Institut für Brandschutztechnikund Sicherheitsforschung GmbH (IBS) wurdenfür sämtliche Rotop®-Stützenquerschnitte dieBrandwiderstandsklassen festgelegt. Untenstehende Abbildung zeigt die Brandwiderstandsklassenfür hochbewehrte Stützen inAnschlussdetails mit Brandschutzmaßnahmen entnommen,aus ROTOP-BemessungsprogrammExpertenforum Beton33

Abhängigkeit des Bewehrungsgrades. Fürnormalbewehrte Stützen werden die Regeln dereinschlägigen Normen angewendet. Im Wesentlichenerfolgt der Nachweis über die ausreichendeBetondeckung unter Berücksichtigungder Querschnittsabmessungen gem. ÖNORMB 3800-4.Neben dem Nachweis des Bauteiles Stütze istauch der Nachweis der Anschlussbereiche aufBrandwiderstand zu führen. Abbildung 3 zeigtexemplarisch drei Anschlüsse mit Brandschutzmaßnahmen.Im Kopfdetail mit Stahlrahmenwird der erforderliche Brandschutz durch eineentsprechende Betondeckung erzielt. Reichtdie Betondeckung nicht aus, so sind zusätzlicheMaßnahmen wie abgehängte Decken, Beschichtungen,Anstriche, sonst. Bekleidungenetc. zu ergreifen. Der Brandschutz der Endplattenim Bereich Mittelknoten und Fußdetail wirdim Zuge der Versetzarbeiten durch Hochziehender Mörtelschicht über die Fußplatten vonMABA vorgenommen.6 Transport, MontageDas Anheben der Stützen für Transport undVersetzen erfolgt in der Regel mithilfe vonhandelsüblichen Hebemitteln. Für die Montageund den Bauzustand ist einerseits ein Versetzenim Köcher und andererseits ein Abstreben mitHilfsstreben möglich. Diese Streben werdenüblicherweise mit Hülsen an der Stütze befestigt.Sind Hülsen aus ästhetischen Gründennicht erwünscht, können Manschettenlösungenangewendet werden. Die Streben sind hierbeiauf einer tragfähigen Unterkonstruktion (Fundamentplatte,Deckenplatte o.A.) zu verankern.Bauvorhaben Stadtbahnbögen, WienMontageeiner StützeExpertenforum BetonSchräg stützen34

Die Chance dichter AusführungenAbdichtende Beschichtungen für Parkflächen ausBeton bzw. StahlbetonUwe EbelDegussa Construction Chemicals (Schweiz) AG Division Concica Technik, SchaffhausenEinleitungParkfl ächen sind in extremen Maße mechanischenund chemischen Belastungen ausgesetzt.Um unter diesen Bedingungen dieLebensdauer zu verlängern und Ausfallzeitenzu vermeiden, ist ein guter Oberfl ächenschutzunabdingbar. Die Wahl der richtigen Lösung istjedoch ein komplexer Vorgang, bei dem gegenwärtigeund zukünftige Leistungskriterieneinerseits sowie Einschränkungen bezüglichKosten andererseits gegeneinander abgewogenwerden müssen.Parkbauten, im Wesentlichen Parkhäuser undTiefgaragen sowie überdachte/nicht überdachteParkfl ächen aus Beton bzw. Stahlbetonsind Tragwerke im Sinne der hierfür geltendenNormen.RisseBewehrungslage (so vorhanden) reicht. DieRissbreite ist meist < 0,2 mm und die Rissbreitenänderungist i .d. R. < 0,05 mm. Trennrisseüber den Bauteilquerschnitt verschlechtern dieDauerhaftigkeit des Betons durch Flüssigkeitszutrittsowie die Dichtigkeit des Bauwerks. Diemaximale Rissbreite ist dabei abhängig vonden einwirkenden Lasten und dem Bauteilwiderstand(Querschnittfl äche und Bewehrungsgrad).Risse sind im Allgemeinen aber nur dann alsMangel anzusehen, wenn das Bauteil aggressiven,betonzerstörenden Einfl üssen durchWitterung, Tausalze oder chemischen Angriffenausgesetzt ist. Zudem können Risse bei starkermechanischer Belastung Ausgangspunkte füreine Schadensausweitung sein. Die genanntenEinwirkungen führen u. a. zur Korrosion desBetonstahls und somit zur Gefährdung derDauerhaftigkeit.Unter den in Parkbauten planmäßig auftretendenBeanspruchungen ist eine Rissbildungin Betonzugzonen nahezu unvermeidbar. DieRissbreite ist deshalb so zu beschränken, damitdie Nutzung des Tragwerks bzw. Bauteils unddie Dauerhaftigkeit nicht beeinträchtigt werden.Je nach Nutzung, Beanspruchung und Konstruktionkönnen in der Betonzugzone Risse mitRissbreiten bis zu 1 mm auftreten.Typische Risse sind:1. Oberfl ächennahe Risse2. TrennrisseDie verschiedenen Arten von Rissen wie– Risse längs der Bewehrung (Verbundrisse)– Biegerisse– Schubrisselassen sich 1. oder 2. zuordnen. Weiterhinkönnen Risse aus plastischem Schwinden oderchemischen Reaktionen mit Volumenänderungenauftreten.Oberfl ächennahe Risse haben i. d. R. einegeringe Risstiefe, die maximal bis zur oberenAusführungUnter Parkbauten sind Parkhäuser, Parkdeckssowie Tiefgaragen zu verstehen. Die am meistenverbreitete Form der Ausführung von Parkbautenist die Ortbetonbauweise (monolitisch).Weitere Ausführungen sind in Verbindung mitFertigteilen bzw. ausschließlich aus Fertigteilen.Dabei kann die Herstellung der gesamten Konstruktionbzw. die Ausführung einzelner Elementein Verbindung mit Fertigteilen erfolgen.Ausführungsbeispiele von Parkdecks sind z. B.:– Ortbetonplatten auf Ortbeton-Unterzügen(Plattenbalken)– Ortbetonplatten auf Fertigteil-Balken– vorgefertigte Deckenplatten mit statischmitwirkender Ortbetonschicht– FertigteilplattenIn Abhängigkeit von der gewählten Konstruktion,der Bauweise sowie der Größe der Parkbautenwerden zur Beschränkung der Verformun-Expertenforum Beton35

gen infolge Verkehrslast, Temperaturdifferenzsowie Kriechen bzw. Schwinden des BetonsBewegungsfugen angeordnet. Bei der Verwendungvon Fertigteilen ergeben sich zudemStöße – bzw. wird in mehreren Abschnittenbetoniert entstehen Arbeitsfugen.Die einzelnen Oberfl ächen lassen sich in freibewitterteund (teil-)überdachte Bereiche sowiehinsichtlich ihrer Nutzung unterteilen ina) geneigt + befahren ( z. B. Spindel, Rampe)b) eben + überwiegend befahren (z. B. Fahrgasse,Wendebereich)c) eben (z. B. Stellfl ächen, Freideck).Zur Vermeidung von Schäden müssen entsprechendeMaßnahmen ergriffen werden, die denBeton dauerhaft schützen.BeschichtungDie folgende Tabelle zeigt die neuen Regelungenmöglicher Anwendungen für Betonbeschichtungen.Tabelle: Anwendungsfelder von Oberfl ächenschutzsystemenin ParkbautenBeschichtungsklassegemäß Rili-SIB 2001des Deutschen Ausschussfür StahlbetonOS 10OS 11 aOS 11 bOS 13AnwendungsfelderGesamtfl ächenanwendungGesamtfl ächenanwendungnicht freibewittert,überdachtnicht freibewittert,geschlossenDie befahrenen Decks, Rampen und aufsteigendenFlächen (Wände, Stützen) sindNiederschlagswasser ausgesetzt, dass vonFahrzeugen, auch in Form von Schneematsch,eingeschleppt wird. Dieses enthält im Wintergelöste Taumittel aus Chloridsalzen. Bei nichtausreichendem Gefälle der Decks und Rampensowie fehlender bzw. unzureichender Entwässerungkönnen bereichsweise Chloridionen überWasseransammlungen in den Beton gelangen.Damit zusammenhängend treten Gefügestörungendurch Frost- bzw. Frost-Tausalzbeanspruchung(bei Parkhäusern mit offener Fassadebzw. freiliegenden Konstruktionen) sowie Bewehrungsstahlkorrosionbei Parkdecks, Rampenund Stützen auf. Bei befahrenen Flächenfi ndet man Chloridkorrosion bevorzugt bei denoben liegenden Bewehrungslagen.Die meist großfl ächigen und weit gespanntenGeschossdecken neigen, bevorzugt anArbeitsfugen, zu durchgehenden Rissen ausbehinderter Verformung mit nachfolgender Bewehrungsstahlkorrosionim Betonriss. Bei mehrschichtigenKonstruktionen können undichteFugen und Stöße bzw. unzureichende Abdichtungenzwischen den Bauteilen ebenfalls zuden zuvor genannten Erscheinungen führen.Aufgrund einer Durchfeuchtung des gerissenenBetons und des Betons an undichten Dehnungsfugenmit salzhaltigem Wasser wird dieStahlkorrosion lokal durch Makroelementbildungverstärkt. Als Folge durchgehender Risse undundichter Fugen treten Betonauslaugung sowieTropfwasser und Korrosionsschäden auch beiparkenden Autos auf.Decks und Rampen werden zudem als Folgedes Verkehrs durch Verschleiß oberfl ächenbeansprucht.Aus den dargelegten Beanspruchungen sindAnforderungen an Oberfl ächenschutzsystemein Parkbauten zu stellen, so u. a.:– Rissüberbrückungsfähigkeit– Verbund zum Untergrund– Griffi gkeit und Verschleißfestigkeit– ChemikalienbeständigkeitExpertenforum BetonBelastungZusammenfassungAufgrund der ganzjährigen Nutzung und derForderung einer dauernden Verfügbarkeit sindfür Parkbauten aus Beton bzw. Stahlbeton zurSicherstellung der Dauerhaftigkeit und GebrauchstauglichkeitMaßnahmen zur dauerhaftenAbdichtung des Beton erforderlich. Eineeinfache Maßnahme ist das Aufbringen einerrissüberbrückenden und somit abdichtendenBeschichtung.36

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„Vorgespannte Flachdecken mit Vorspannungohne Verbund – freie Spanngliedlage“Kosten – Nutzen: Der Vergleich macht Sie sicherDI Erich HasitzkaPorr Technics & Services GmbH & CoKGExpertenforum Beton1 EinleitungDie Vorspanntechnik – im Allgemeinen – hatmit ca. Mitte der 50er-Jahre eine beachtlicheEntwicklung im Ingenieurbau ausgelöst. Weitgespannte Konstruktionen im Brückenbau undkühne architektonische Lösungen mit weit gehendstützenfreier Raumgestaltung im Hochbaubis hin zur Sicherung von geologisch instabilenFormationen mit korrosionsgeschützten Spanngliedernals Anwendung im Tiefbau sind alsErgebnis dieser Entwicklung anzusehen.Bei globaler Betrachtung der Vorspanntechnikist erstaunlicherweise festzustellen, dass dieInanspruchnahme der Anwendungsmöglichkeitenje nach Kontinent und Land sehr unterschiedlichausgeformt ist. In Nordamerika undAsien werden bedeutend mehr Projekte mit Vorspannungausgeführt als in Europa. In Europawiederum gibt es zum Beispiel einen deutlichenEntwicklungsunterschied in der Anwendungzwischen der Schweiz und Österreich. Undselbst österreichweit ist ein auffälliges West-Ost-Gefälle zu verzeichnen.Dieser Umstand lässt den Schluss zu, dass dieVorteile der Vorspanntechnik, insbesondere imHochbau, mit der Entwicklung der Flachdeckenohne Verbund – freie Spanngliedlage – nochnicht voll ausgenutzt sind.2 Übersicht FlachdeckensystemeUm die wirtschaftlichen Aspekte der Vorspannungim Hochbau beleuchten zu können,müssen die konstruktiven Vor- und Nachteileder unterschiedlichen Deckensysteme in einemgroben Überblick betrachtet werden.Die „handelsübliche“ Stahlbetondecke im Hochbauwird bei einer durchschnittlichen Belastungvon ca. 5-7 kN/m² mit einer Konstruktionsstärkevon ca. 25 cm Beton und einer Spannweite vonca. 6-7 m verwendet. Dieses Rastermaß derGeschossdecken leitet sich im Wesentlichenaus den darunter liegenden Parkgeschosseneiner Tiefgarage ab. Der Herstellungstakt für einGeschoss wird mit einer Gesamtgröße von ca.1.500 m² in einem Stück ausgeführt.Zur weiteren Rationalisierung der Bauweisewerden Stahlbetonfertigteile mit einer Stärkevon 6-10 cm je nach Ausbildung der Unterstellungals verlorene Schalung eingesetzt. DieseBauweise eignet sich sehr gut für einen Stützenrastervon ca. 7 m und kann zur Beschleunigungdes Bauablaufs herangezogen werden.Die Anwendbarkeit ist bei Decken mit etwasschwierigerem Grundriss nicht mehr gegeben.In diesem Fall muss die Deckenuntersicht auseiner Kombination von orthogonal verlegtenFertigteilen und schiefwinkeliger örtlicher Schalunghergestellt werden. Durch diesen Systemwechselist die Grenze der Wirtschaftlichkeitgegenüber der „handelsüblichen“ Stahlbetondeckesehr bald erreicht.Als eine Weiterentwicklung der Fertigteile als verloreneSchalung sind die vorgespannten Hohldielenzu sehen. Diese Konstruktion vereinigtden Gedanken einer wirtschaftlichen Produktioneines Deckenelements mit dem wirtschaftlichbedeutenden Faktor einer beschleunigten Herstellungim Bauablauf. Dadurch wird die Bauzeitnochmals verkürzt und die Vorhaltekosten für dieBaustelleneinrichtung, Hebemittel und Bauaufsichtkönnen optimiert werden. Aus technischerSicht muss angeführt werden, dass bei diesemSystem trotz ausgezeichnetem Verhältnis vonEigengewicht zu Tragvermögen und schnellerVerlegung die Problematik mit den Fugen undmit der Einleitung der Stützen ausschlaggebendfür ein Ortbetonsystem sein kann.Abhängig von der Grundrissform und derStützweite kann der Einsatz einer vorgespanntenFlachdecke eine echte Alternative zu denoben angeführten Baumethoden sein. Besondersbei erdbebengefährdeten Gebäuden istdie richtige Systemwahl zwischen massiver38

Stahlbetondecke und einer leichteren vorgespanntenFlachdecke für die Gesamtkonzeptiondes Gebäudes und der Gründung entscheidend,da die Beschleunigung aus dem Erdbebenüber die Masse der Decken in den Kernenund Aussteifungsrahmen bis in die Gründungabgeleitet werden muss.3 Kosten-Nutzen-VergleichDie Kosten für die Errichtung von Hochbautensetzen sich im Wesentlichen aus folgendenSchwerpunkten zusammen:Bild 4:Der kostenmäßige Unterschied zwischenVorspannung mit und ohne Verbund ist aus derSicht der Wirtschaftlichkeit fast zu vernachlässigen.Der Arbeitsschritt durch das Verpressen mitVerbund ist zwar aufwändig, dafür ist das Investmentauf der Materialseite bei der Vorspannungohne Verbund – bei gleichzeitig erhöhtemKorrosionsschutz – größer. Eine entscheidendeEntwicklung für die Wirtschaftlichkeit derVorspannung ohne Verbund stellt die freieSpanngliedlage dar. Sie erspart mühsame Arbeitsschritteund vereinfacht den Arbeitsablaufbedeutend. Darüber hinaus ist man durch denEntfall der Injektion von der Jahreszeit unabhängig.Bild 1: Einkaufszentrum, Eurospar SalzburgBild 2:Fa. Würth, InnsbruckBild 3:Fa. Ikea, InnsbruckDiese Kostenaufteilung kann natürlich je nachBauvorhaben eine beachtliche Streubreite aufweisen.Bei der oben angeführten Aufl istung isthervorzuheben, dass die Kosten für die Ausrüstungund Haustechnik schon alleine aufgrundder steigenden Energiepreise immer wichtigerwerden. Zu den Aktivitäten Schalung, Bewehrungund Beton ist anzumerken, dass nur durchdie optimale Organisation eines Bauvorhabensin den Bereichen Beton, Schalung und Rüstungeine Steigerung der Wirtschaftlichkeit erreichbarist. Diese optimale Organisation beginnt bereitsin der Planungsphase und sollte die erstenÜberlegungen zur Kosten-Nutzen-Frage einerBauweise einbinden.Um die Systementscheidung aus dem Nutzenbei der Auswahl eines Flachdeckensystemsin Ziffern fassen zu können, haben wir unsein unserer Erfahrung nach geeignetes System(Spannweite ca. 8 m), das an der GrenzeVorspannung zu schlaffer Bewehrung liegt,analysiert. Dabei sind folgende Annahmen undRichtwerte in den Kosten-Nutzen-Vergleicheingefl ossen.Expertenforum Beton39

Statische Annahmen:System BFlachdecke Stützenraster 8/8 m, Betonierabschnitte 48/48 mBelastung aus Ausbau g2 = 2,0 kN/m²Verkehrslast p = 5,0 kN/m²System (3):Vorspannung ohne Verbund/freie Spanngliedlage + schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 22 cm, zulässige Verformung eingehalten.System (1):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 22 cm, zulässigeVerformungen überschritten!System (2):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 30 cm, zulässigeVerformung in Ordnung.System (4):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 20 cm, zusätzliche Unterzüge30/30 cm in den Achsen.Bild 5: Raster 8 mSystem CExpertenforum BetonFlachdecke Stützenraster 10/10 m, Betonierabschnitte 50/50 mBelastung aus Ausbau g2 = 2,0 kN/m²Verkehrslast p = 5,0 kN/m²System (3):Vorspannung ohne Verbund/freie Spanngliedlage + schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 30 cm, zulässige Verformung eingehalten.System (1):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärke d = 30 cm, zulässige Verformungen überschritten!System (2):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 40 cm, zulässigeVerformung in Ordnung.System (4):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 31 cm, zusätzliche Unterzüge40/40 cm in den Achsen.Bild 6: Raster 10 m40

System AFlachdecke Stützenraster 6/6 m, Betonierabschnitte 48/48 mBelastung aus Ausbau g2 = 2,0 kN/m²Verkehrslast p = 5,0 kN/m²System (3):Vorspannung ohne Verbund/freie Spanngliedlage + schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 20 cm, zulässige Verformung eingehalten.System (1):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 20 cm, zulässigeVerformungen überschritten!System (2):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 22 cm, zulässigeVerformung in Ordnung.System (4):Schlaffe Bewehrung bei Deckenstärked = 18 cm, zusätzliche Unterzüge25/25 cm in den Achsen.Bild 7: Raster 6 mTabelle 1Expertenforum Beton41

Die oben angeführten Systeme wurden in derQualität einer Vorstatik untersucht und hinsichtlichder Bewehrungswerte kg/m³ für die schlaffeBewehrung und für die Vorspannbewehrungausgewertet. Zusätzlich wurde der Grenzwertder Verformung beachtet.Weitere Details wie besseres Verhalten beimDurchstanzen bei Vorspannung etc. wurdennicht in den Vergleich aufgenommen. Diefolgende Tabelle 1 zeigt das Grundsystem miteinem Stützenraster 8/8 m bei einer gesamtenBelastung von 7 kN/m² Deckenfl äche. DasSystem (B/3) schlaffe Bewehrung + Vorspannbewehrungmit einer Deckenstärke von 22 cmwurde als Ausgangspunkt durchgerechnet.Um die Entwicklungsmöglichkeiten in Richtungschlaffer Bewehrung bei gleicher Deckenstärke(System B/1) wie auch bei schlaffer Bewehrungund variabler Deckenstärke (System B/2) undals Ergänzung in Richtung schlaffer BewehrungPlatte + Unterzug (System B/4) zu beleuchten,wurden weitere Deckensysteme im Stützenraster8/8 m durchgerechnet. Damit die kostenmäßigeAussage, dass bei Stützweite 8 m einSystem mit schlaffer Bewehrung + Vorspannungin etwa einem 8-m-System mit 100 % schlafferBewehrung entspricht, untermauert wird, wurdenweitere Stützenraster sowohl mit 10/10 m(System C) bzw. 6/6 m (System A) untersucht.Die Auswertung dieser Untersuchungen hinsichtlichdes Bewehrungswertes kg/m³ und derDeckenstärke ist in der Tabelle 1 enthalten.Kalkulatorische Annahmen:Für die Stützenraster 8/8 m, 6/6 m, 10/10 mwurden folgende gleichlautende kalkulatorischeAnnahmen getroffen:System B/C/Agilt für System 1, 2, 3 und 4Beton C 35/45: Lohn: 0,5 Stunden/m³für den EinbauBMLP 35,00/StundeSonstiges 70,00/m³Schalung: Lohn: 0,5 Stunden/m²BMLP 35,00/StundeSonstiges 10,00/m²Rüstung: Lohn 5,00/m³ RüstungSonstiges 3,00/m³ RüstungRüsthöhe 3 mBewehrungschlaff: 0,85/kgVorspannung 4,0/kgzusätzliche Annahmen aus baubetrieblichenGründenTabelle 2Expertenforum Beton42

System (3):Abminderung der Schalung und Rüstung um3 % für leichteres Ausrüsten, Ausschalen undUmsetzenSystem (4):Beton:Erhöhung um 2 % für kleinräumigesBetonieren der UnterzügeSchalung: Decke 0,5 Stunden/m²/UZ0,7 Stunden/m²Rüstung: Erhöhung um 10 % für Rüstung derUnterzügeDie Auswertung der aus der Vorstatik ermitteltenBewehrungswerte mit der Überlagerung derkalkulatorischen Annahmen, die für alle Systeme,sofern sie zutreffen, gleich lautend durchgeführtwurden, sind in Tabelle 2 enthalten.Bild 8: System ABild 9: System BDie angegebenen Werte €/m² Deckenfl ächesind nur in Relation zueinander vergleichbarbzw. verwendbar, da nur jene Kostenkomponentenenthalten sind, die für den Vergleichentscheidend sind.Die Diagramme A, B und C zeigen jeweils diegrafische Auswertung der in der Tabelle 2 ermitteltenProzentwerte, wobei die „handelsübliche“Stahlbetondecke jeweils für das System A, B undC für sich selbst mit 100 % angesetzt wurde.4 ZusammenfassungAbschließend ist festzuhalten, dass vorgespannteFlachdeckensysteme ab einerStützweite von ca. 8 m wirtschaftlicher alsschlaffbewehrte Deckenkonstruktionen seinkönnen. In den Ergebnissen der zuvor genanntenUntersuchungen sind die Vorteile der Vorspannungaus besserem Verformungsverhalten,Durchstanzverhalten, ebener Deckenuntersicht,einfacherer Leitungsführung der Haustechnikund aus der leichteren Gründung aufgrund dergeringeren Vertikallasten noch nicht enthalten.Diese zusätzlichen positiven Aspekte werdenerst bei einer gesamtheitlichen Betrachtungund Gegenüberstellung eines Bauvorhabenssichtbar. Durch die aktuelle Entwicklung desStahlpreises und durch zukünftig steigendenEnergiepreise werden die wirtschaftlichenVorteile von vorgespannten Flachdecken nochdeutlicher.Bild 10: System CExpertenforum Beton43

Expertenforum BetonHerausgeber:Zement + Beton Handels- und Werbeges.m.b.H. im Auftrag der Österreichischen ZementindustrieA-1030 Wien, Reisnerstraße 53, T: 01/714 66 85 0, F: 01/714 66 85 26E-Mail: zement@zement-beton.co.at, Internet: www. zement.atDruck: AMG Medien GesmbH, A-1140 Wien, Lützowgasse 12-14April 200544

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