LINDSCHULTE-Kundenzeitung „Journal Planung“ 14/2017

Weitgespannte Flachdecken
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Wirtschaftlichkeitsuntersuchung
weitgespannter vorgespannter Flachdecken
Vorgespannte Flachdecken:
in Deutschland Randbauweise
Während in den USA, Fernost und
Australien vorgespannte Flachdecken
zur Regelbauweise gehören,
wird eine Ausführung in Spannbetonbauweise
im deutschen Hochbau
in der Regel vermieden. Das nachträgliche
Vorspannen wird im Allgemeinen
als zu unwirtschaftlich bzw.
aufwändig bewertet, sodass eine
breitere Anwendung kaum festzustellen
ist. Da Plattentragwerke entscheidende
Konstruktionselemente
des Hochbaus darstellen, die etwa
50% der Rohbaukosten ausmachen,
ist jedoch insbesondere dort der
potenzielle Einsatz einer Vorspannung
von Interesse.
Ein softwarebasierter
Variantenvergleich
Im Rahmen der Ausarbeitung
wurden verschiedene Varianten
punktuell gestützter Decken statisch
bemessen und die Kosten
mit marktüblichen Preisansätzen
berechnet. Dabei wurden zwei verschiedene
Nutzlasten (2 kN/m² und
5 kN/m²) und Spannweiten von 8
m bis 12 m für die zu vergleichenden
Konstruktionsarten („schlaff
bewehrt“, „verbundlos vorgespannt“
und „unterzugsgestützt“) zugrunde
gelegt. Im Zuge der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
sind nicht nur die
reinen Herstellungskosten, sondern
auch die Gesamtkosten über die
Lebensdauer eines Bauwerkes (wie
z.B. die Mietminderung durch Stützenflächen)
eingeflossen.
Spanngliedverlegung
Der Aufwand für die Verlegearbeiten
der Spannglieder kann durch
die freie Spanngliedlage deutlich
reduziert werden. Diese Art der
Spanngliedführung ist in Deutschland
(gegenüber dem europäischen
Ausland) derzeit jedoch über die bauaufsichtlichen
Zulassungen nur für
die Gebrauchsnachweise anwendbar,
weil die Spanngliedgeometrie
und die damit verbundenen Umlenkkräfte
nicht eindeutig definiert sind.
Untersuchungsergebnisse ergaben
jedoch, dass sich die zu erwartende
Lageabweichung nur geringfügig
auswirkt. Ein Ansatz unter Berücksichtigung
von Streubeiwerten analog
zu bisherigen Gebrauchstauglichkeitsnachweisen
wäre für die
Nachweise im Grenzzustand der
Tragfähigkeit (GZT) opportun und
für eine nationale Verbreitung vorgespannter
Flachdecken förderlich. Für
die Untersuchungen wurde zunächst
auf eine alternative Verlegung auf
Grundlage der freien Spanngliedlage
zurückgegriffen. Dabei wird
das Spannglied mittels Unterstützungen
im Bereich der Rand- und
Mittenanhebungen (gekrümmter
Spanngliedverlauf) in seiner Lage
gesichert. Unter Berücksichtigung
der Vorspannwirkung im GZT zeigt
sich, dass beim Durchstanznachweis
ausgewogene Tragfähigkeiten im
Hinblick auf die anderen Nachweiskriterien
erreicht werden können.
Zusätzlich kann ein Teil der Betonstahlbewehrung
eingespart werden.
Da sich die Hauptbiegemomente bei
Flachdecken radial um die Stütze
konzentrieren, werden die Spannglieder
im Bereich der Stützstreifen
angeordnet. Es stellt sich heraus,
dass dabei statische und wirtschaftliche
Belange optimiert in Einklang
gebracht werden können. Bei einem
relativ geringen Spannstahlbedarf
kann bereits ein deutlicher Effekt
erzielt werden.
Fazit
Durch eine systematische Untersuchung
der maßgebenden Bemessungskriterien
konnten die mechanischen
Grenzen der verschiedenen
Systeme unter Berücksichtigung der
Stützweite und der Verkehrslast aufgezeigt
werden. So werden Grundlagen
für die Vorbemessung vorgespannter
Flachdecken bereitgestellt.
Abhängig von den konstruktionsbestimmenden
Parametern wie der
Grundrissgestaltung, der Art der
Aussteifung, der Stützenabstände
und -dimensionen, der verfügbaren
Bauhöhe und der vorgesehenen
Nutzung kann abgeschätzt werden,
inwiefern eine Ausführung in Spannbeton
sinnvoll ist. Bei vorgespannten
Flachdecken ist zu beachten, dass
eine relativ klare Geometrie mit
gleichmäßigem Stützenraster vorherrschen
sollte. Typische Anwendungsfälle
sind daher Skelettbauten
mit einem Stützenraster von 8 bis
12 Metern, wie z.B. Büro- und Verwaltungsgebäude,
Schul- und Universitätsgebäude
oder Parkhäuser.
Statisch relevante Abweichungen in
der Lastabtragung (z.B. Versprünge
innerhalb geschossübergreifender
Stützenachsen) zeigen empfindliche
Auswirkungen auf das Flachdeckensystem,
die auch durch eine
Vorspannung nicht zielführend kompensiert
werden können. Die frühe
Einbindung der Tragwerksplanung in
die Bauwerksgestaltung ist bei vorgespannten
Decken daher unerlässlich.
Anhand der differenzierten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
unter Einbeziehung
umfangreicher Kostenaspekte
kann in der Planungsphase
auch eine fundierte Schätzung der
zu erwartenden Kosten, z.B. erforderliche
Bewehrungs- und Spannstahlmengen,
vorgenommen werden.
Vorgespannte Flachdecken sind
bereits ab einer Spannweite von
8 Metern gegenüber konventionellen
Systemen wirtschaftlich konkurrenzfähig
und bieten bei geeigneter
Gebäudegeometrie eine hohe Nutzungsflexibilität,
architektonisches
Gestaltungspotenzial und eine einfache
Bauausführung hinsichtlich
der Schalbarkeit und der technischen
Gebäudeausrüstung. Durch
die geringe Konstruktionshöhe der
Flachdecken können bei größeren
Bauvorhaben mit begrenzter Bebauungshöhe
ggf. zusätzliche Geschosse
realisiert werden.
Aufgrund des erhöhten Planungsaufwands
bedarf es im Vorfeld einer
guten Kommunikation zwischen Bauherr
und Planer. Kann der Bauherr
von den langfristigen Vorzügen einer
Spannbetonkonstruktion überzeugt
werden, so besteht die Chance, dass
er bereit ist, im Vorfeld etwas höhere
Kosten für die Planung und ggf. auch
Herstellung in Kauf zu nehmen.
Ziel des Planers sollte es immer sein,
dem Bauherrn hinsichtlich Wirtschaftlichkeit,
Nutzbarkeit und Ästhetik
eine möglichst attraktive Lösung
aufzuzeigen.
Auszeichnung Max Herbers (rechts)
durch Michael Ortmann, Ingenieurkammer
Niedersachsen (links)
Foto: Piet Meyer/Jade HS
Auszeichnungen für besondere Leistungen
Während der Feierstunde zur Verabschiedung
der Absolventen des Abschlussjahrgangs
2017 des Fachbereichs Bauwesen
Geoinformation Gesundheitstechnologie
(BGG) an der Jade Hochschule in Oldenburg
erhielten einige von ihnen Auszeichnungen
für besondere Leistungen.
Unter anderem konnte sich Max Herbers,
Studiengang Bauingenieurwesen, über
einen Geldpreis der Ingenieurkammer Niedersachsen
für seine Bachelorarbeit „Wirtschaftlichkeitsuntersuchung
weitgespannter
vorgespannter Flachdecken“ (Erstprüfer:
Prof. Dr.-Ing. Peter Holzenkämpfer,
Zweitprüfer: Dr.-Ing. Nick Lindschulte),
die er im Rahmen seiner Praxisphase bei
LINDSCHULTE verfasste, freuen. Max, der
bei LINDSCHULTE 2011 bis 2013 seine
Ausbildung zum Bauzeichner absolvierte
und anschließend in Oldenburg studierte,
wurde durch die Beteiligung an der Planung
eines Büro- und Geschäftsgebäudes
angeregt, den potenziellen Einsatz einer
vorgespannten Flachdecke zu untersuchen.
Inzwischen arbeitet er als Tragwerksplaner
in der Abteilung Brückenbau.
Fassadenelement mit
integriertem Spannanker
Parabelförmig verlegte
Spannglieder
Aufbau einer
Monolitze
schlaff bewehrt unterzugsgestützt vorgespannt
soft facts
Planerischer Aufwand + ο -
Bewehrungsführung + - ο
Schalbarkeit + - +
Verformungsbegrenzung - ο +
Rissbreitenbegrenzung - - +
Empfindlichkeit gegenüber Erdbeben - - +
Nutzungsflexibilität + - +
Deckendurchbrüche (TGA) ο + -
Horizontale Installationsführung + - +
Realisierbare Stützweiten - ο +
Flexible Grundrissgestaltung ο + -
hard facts
Kosten - + ο
Konstruktionshöhe ο - +
Konstruktionseigengewicht - ο +
Bauzeit + ο +
Prozentuale Verteilung
der Spannstahlmengen
in Deutschland (links)
und den USA (rechts)
Brücken
Hochbau
Anker
Sonstiges
Verformungsfigur
Vorspannung im Stützenbereich