Holz und Beton sind als Verbundwerkstoffe insbesondere bei der Sanierung von Holzbalkendecken verbreitet. Doch auch im Neubau werden sie eingesetzt und zunehmend auch als Fertigteil. Die spezifischen Baustoffeigenschaften von Holz und Beton hinsichtlich Schall-, Brand- und Wärmeschutz lassen sich insbesondere bei Geschossdecken gut kombinieren. In der Verbundtechnik werden beide Werkstoffe optimal ausgenutzt: Holz, das auch Zugbelastungen gut aufnehmen kann, wirkt im unteren Deckenbereich, während der Beton im druckbelasteten oberen Bereich eingesetzt wird. Die Verbindung von Holz und Beton erfolgt über geeignete Verbundmittel, so dass die Decke statisch als ein Bauteil betrachtet werden kann und über die Betonscheibe ihre ausreichende Steifigkeit erhält.
Ein Tragwerk, das aus einem Holzbauteil besteht, das schubfest mit einer Betonplatte verbunden ist, wird als Holz-Beton-Verbundkonstruktion bezeichnet. Der Holzbauteil kann hierbei sowohl eine konventionelle Holzbalkenlage aus Vollholz oder Brettschichtholz sein, aber auch eine sogenannte Brettstapelplatte, die aus miteinander verleimten hochkant gestellten Holzbrettern besteht, und als flächige Auflage für die Betonschicht dient.
Holzverbunddecken werden statisch als Holzdecke behandelt und somit nach Eurocode 5 konstruiert und bemessen. Die vor Einführung der Eurocode-Regelungen maßgebliche DIN 1052 ist inzwischen zurückgezogen. Da aber nicht alle Inhalte in die Europäischen Normen eingegangen sind, entstand DIN 1052-10.
Darüber hinaus gibt es im Holz-Beton-Verbundbau noch kein Regelwerk, das speziell auf diese Bautechnik ausgelegt ist, wie es beispielsweise im Stahlverbundbau der Fall ist.
Sanierung von Holzbalkendecken: Holzbalkendecken in alten Gebäuden sind modernen Anforderungen hinsichtlich Belastbarkeit, Durchbiegung, Schallschutz und Brandschutz oft nicht mehr gewachsen. Durch die zusätzliche Betonscheibe und den Verbund mit der alten Balkenlage kann die bestehende Decke mit relativ geringem Aufwand aufwertet und gebrauchstauglich gehalten werden. Man spricht hier von einer sogenannten Deckenertüchtigung. Gerade im Bereich des Denkmalschutzes stellt dies eine Möglichkeit dar, Stuckdecken, Friese etc. zu erhalten.
Die alte Balkenlage wird freigelegt und, soweit noch tauglich, im Bestand belassen. Auch die ursprüngliche Bretterlage kann oft erhalten bleiben und fungiert somit als verlorene Schalung für die Betonschicht.
Je nach Wahl des Verbindungsmittels wird dieses direkt auf die Balken aufgebracht oder ins Holz eingeklebt. Dies geschieht in der Regel durch die Bretterlage hindurch, soweit die Zulassung des Verbindungsmittels dies zuläßt. Zwischen Holz und Beton wird als Zwischenlage eine PE-Folie eingebracht, um den Eintrag von Feuchtigkeit ins Holz zu verhindern. Nach dem Einlegen der Bewehrung kann mit dem Betoniervorgang begonnen werden.
Darf bzw. soll die Raumhöhe im konkreten Sanierungsfall nicht durch eine zusätzliche Betonschicht für die Verbunddecke reduziert werden, besteht die Möglichkeit, die Betonschicht zwischen die Sparren zu legen. Der Verbund findet hier nicht auf der tragenden Balkenlage statt, sondern setzt über Verbundmittel seitlich an diesen an. Die ursprüngliche Deckenstärke bleibt erhalten.
Decken in Holz-Beton-Verbundbauweise im Neubau: Während im Sanierungsfall die Anwendung einer Holz-Beton-Verbundkonstruktion oft auf der Hand liegt, ist es im Neubau oftmals schwieriger, Vor- und Nachteile gegeneinander abzuwägen. Im Folgenden wird die Holz-Beton-Verbunddecke einer konventionellen Holzbalkendecke und einer konventionellen Ortbetondecke gegenüber gestellt:
Vorteile gegenüber einer klassischen Holzbalkendecke:
Vorteile gegenüber einer klassischen Ortbetondecke:
Tragwerksplanung: Da es sich bei Holz-Beton-Verbunddecken um eine relativ junge Bautechnik handelt, wird die statische Berechnung der Decke, aber auch die Wahl und die Anzahl der geeigneten Verbundmittel in der Regel in enger Zusammenarbeit von Tragwerksplaner und dem Herstellwerk erstellt. Insbesondere, wenn es sich um Fertigteildeckenelemente handelt, bieten Deckenhersteller die Erstellung der Tragwerksplanung der Decke komplett an. Für den Architekten hilfreich sind Programme zur Vordimensionierung auf den Internet-Seiten der großen Decken- und Verbundmittelhersteller.
Brandschutz: Gegenüber einer reinen Holzkonstruktion besitzt eine Decke in Holz-Beton-Verbundbauweise große Vorteile. Zum einen sperrt die Betonschicht Rauchgase in beide Richtungen ab, zum anderen werden die Holzbalken im Brandfall von mindestens einer Seite durch die anliegende Betonschicht gegen zu schnelle Erwärmung geschützt, was sich positiv auf die Feuerwiderstandsdauer auswirkt. Umgekehrt schützen Holzbalken und –platten die Betonschicht, was Abplatzungen verhindert.
Zudem sorgen im Verbundbau beide Komponenten, also Holz und Beton gemeinsam, für den Lastabtrag, so dass bei Reduktion des Holzquerschnitts durch Brandeinwirkung die Betonschicht kurzzeitig Lastanteile des Holzes übernehmen kann. Die Verbundmittel liegen dabei geschützt im Inneren des Bauteils.
Auf diese Weise kann eine Decke in Holz-Beton-Verbundbauweise mit entsprechender Bewehrung, ausreichender Betonüberdeckung und unter Einbeziehung des Estrichs als Gesamtbauteil übliche Feuerwiderstandsanforderungen erfüllen.
Schallschutz: Die Schutzziele in Bezug auf den Schallschutz müssen zwischen Planer und Bauherr vorab festgelegt werden, da mehrere Regelwerke nebeneinander existieren. Vor allem in Gebäuden mit mehreren Einheiten gelten nach dem Stand der Technik hohe Anforderungen, die insbesondere die Schallübertragung zwischen den Einheiten betreffen, also auch die Übertragung über Zwischendecken. Die DIN 4109 regelt dabei den absoluten Mindeststandard, der heutzutage aber als überholt gilt. Planer sollten die erhöhten Werte nach DIN 4109 Beiblatt 2 bzw. die VDI-Richtlinie 4100 als absoluten Mindeststandard zu Grunde legen. Hilfreich in dieser Hinsicht kann auch die Dega-Empfehlung 103 der deutschen Gesellschaft für Akustik e. V. sein.
Der Schutz gegen Luftschall steigt mit Zunahme der flächenbezogenen Masse der Deckenplatte, welche durch Stärke und Rohdichte eines Bauteils festgelegt ist. Prinzipiell liefert Beton als schwerer Baustoff sehr gute Voraussetzungen für die Eindämmung von Luftschall. So haben Decken dieser Bauweise mit einem hohen Anteil an Beton Vorteile bezüglich ihrer Schalldämmwirkung. Im Vergleich zur reinen Holzbalkendecke ist die Verbunddecke wenig anfällig für Schwingungen. Durch ein Einbinden der Decke in die Mauer wird zudem die Schallnebenwegsübertragung reduziert.
Eine Verbesserung der Trittschalldämmung wird über die Erhöhung von flächenbezogener Masse kaum erreicht. Eine zweischalige Konstruktion ist in dieser Hinsicht weit wirkungsvoller. Besonders effektiv als zweite Schale ist der schwimmende Estrich. Er ist durch Trittschalldämmung und Randdämmstreifen schalltechnisch von der Decken- und Wandkonstruktion entkoppelt, siehe hierzu bauwion-Seite ► 400 | Baustellenestriche.
Wärmeschutz: Während Beton aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit nahezu keine wärmedämmende Wirkung besitzt, weist Vollholz mit einer Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,13 W/mK eine gute wärmedämmende Wirkung auf. Bei Balkendecken kann der Balkenzwischenraum zudem als Raum für Dämmstoffe genutzt werden.
Bei gut durchlüfteten Räumen ober- und unterhalb der Decke (z. B. bei nach außen offenen Gebäuden) und bei Decken, die ausschließlich beheizte Räume voneinander trennen, kann auf Wärmedämmung verzichtet werden.
Decken in Verbundbauweise, die beheizte Innenräume gegen Außenräume abtrennen (z.B. Durchfahrten, Flachdach), müssen nach Energieeinsparverordnung (EnEV) gedämmt werden. Auch Decken gegen Räume, die in der Berechnung als unbeheizt berücksichtigt sind oder nicht innerhalb der Systemgrenze des beheizten Gebäudevolumens liegen (z.B. unbeheizter Keller oder Dachraum), müssen gedämmt werden, da sonst Tauwasseranfall nicht ausgeschlossen werden kann.
Betonauswahl: In der Planung muss die Druckfestigkeitsklasse des Betons festgelegt werden. Bei Decken in Holz-Beton-Verbundbauweise ist dies in der Regel C20/25 oder höher. Ebenso wird die Konsistenzklasse (z.B. F3) sowie Expositionsklasse (z.B. XF 2) definiert, letztere insbesondere dann, wenn ein Bauteil mit der Außenluft in Berührung kommt. Diese Festlegungen hat der Tragwerksplaner in Abstimmung mit dem Bauherrn und dem Architekten zu treffen.
Verbundmittel: Die Wahl des Verbund- oder Verbindungsmittels hängt in erster Linie von der Art der Deckenkonstruktion, sowie von der statischen Anforderung hinsichtlich der Biegesteifigkeit ab. Das Verbundmittel entscheidet darüber, ob die Deckenkonstruktion in ihrer Funktion als Verbundbauteil wirkt, es ist dafür verantwortlich, dass sich die beiden Werkstoffe Holz und Beton im Belastungsfall nicht gegeneinander verschieben. Die meisten Verbundmittel müssen bauaufsichtlich zugelassen sein.
Prinzipiell eignen sich für Balkendecken längliche, stiftförmige Verbundmittel wie Nägel, Verbundschrauben und -anker oder ähnliches. Sie sind meist darauf ausgelegt auch eine Holzschalung oberhalb des Balkens zu durchdringen.
Für Brettstapeldecken können stiftförmige Verbundmittel nur bedingt eingesetzt werden, da die jeweilige Dicke der enthaltenen Bretter im Allgemeinen nicht ausreichend ist, um den notwendigen Randabstand einzuhalten. Hier eignen sich besonders Flachstahlschlösser, Kerben, Einschnitte ins Holz oder versetzte Bretthöhen innerhalb der Platte.
Schubverbinder, z.B. die HBV-Schubverbinder der Firma TiComTec, die einen nahezu starren Verbund gewährleisten, sind sowohl in Brettstapeldecken als auch Balkendecken verwendbar.
Siehe auch bauwion-Lexikonbeitrag ►Holz-Beton-Verbundbau, Verbundmittel.
Installationen: Balkenzwischenräume stellen die einfachste Möglichkeit dar, Installationsleitungen in die Decke zu integrieren. Doch können Leerrohre, z.B. für Elektro, auch in der Ortbetonschicht verlegt werden, wenn die Schichtdicke die erforderliche Überdeckung zulässt. Bei punktförmigen Verbundmitteln, aber auch bei länglichen Schubverbindern, die meist nicht über die gesamte Länge eingesetzt werden, können Installationsleitungen zwischen diese hindurchgelegt werden. Allerdings sollte diese Art der Rohrverlegung mit dem Tragwerksplaner abgestimmt sein.
Holz-Beton-Verbunddecken, weitere Varianten:
Eine Kastendecke ist eine Variante einer Balkendecke in Holz-Beton-Verbundbauweise. Die Balkenlage wird unterseitig mit einer Mehrschichtplatte pressverleimt geschlossen. Auch sie ist durch ihre Beanspruchbarkeit auf Zug Teil der Gesamtstatik des Bauteils. Der Vorteil liegt in der Erzielung größerer Spannweiten.
In eine Kassetten- oder Hohlkastendecke in Holz-Beton-Verbundbauweise werden als Variante einer Decke mit Brettstapelplatte einzelne Dämmstoffplatten zwischen den Verbundmitteln auf die Holzplatte aufgelegt, die das Gewicht der Decke vermindern und hohe Spannweiten bis über 15 m ermöglichen.
Auch Akustikpaneele können als Trägerplatte für eine Holz-Beton-Verbundkonstruktion genutzt werden. Die spezielle Profilierung an der Unterseite und die fest im Paneel integrierten Absorberlagen machen die Verbundkonstruktion dabei zur vollwertigen Akustikdecke.
Als Variante einer Decke mit Brettstapelplatte, kann die Platte teilweise aufgelöst werden, wodurch Gewicht und Material eingespart werden. Es bleiben liegende „Brettstapelträger“ mit denen die Stahlbetonplatte über Schubverbinder verbunden ist. Die Deckenuntersicht weist zudem durch ihre aufgelöste Oberfläche akustische Vorteile gegenüber einer Decke mit klassischer Brettstapelplatte auf. Hohe Spannweiten bis über 15 m können so realisiert werden.
Einbau von Bewehrung: Bei Holz-Beton-Verbunddecken ist es üblich, die Aufbetonschicht zumindest mit einer Bewehrungsmatte und gegebenenfalls mit zusätzlichen Bewehrungsquerschnitten zu armieren. Genaue Angaben werden im Bewehrungsplan festgelegt.
Beim Einbau der Bewehrung vor Ort ist auf die Einhaltung der geforderten Betonüberdeckungen zu achten. Andernfalls kann die Bewehrung im Laufe der Jahre korrodieren und das Bauwerk im Extremfall seine statischen Anforderungen nicht mehr erfüllen.
Betoneinbau: Vor dem Betoniervorgang sollten sämtliche Holzbauteile mit einer Zwischenschicht in Form einer PE-Folie, Imprägnierung, Pappe oder ähnlichem von der Betonschicht getrennt werden, um Feuchteeintrag während des Betoniervorgangs zu verhindern bzw. zu minimieren. Auf ausreichende Überlappung bzw. Verklebung oder Verschweißung ist zu achten.
Zudem sind alle Konstruktionen, deren Betonschicht vor Ort eingebracht wird, während des Betonierens zu unterstützen. Über Anzahl und Stellung der Joche gibt der Statiker bzw. das Herstellwerk Auskunft.
Angelieferter oder vor Ort hergestellter Beton für Decken ist prinzipiell schnellstmöglich einzubauen. Dabei muss verhindert werden, dass Hohlräume im Bauteil entstehen. Dies wird durch Rütteln, Stampfen oder Stochern verhindert. Erfolgt dies zu lange, besteht allerdings die Gefahr einer Entmischung. Dies zeigt sich durch die Bildung einer wässrigen Schlämmschicht an der Oberfläche. Beton ist immer lagenweise einzubringen und sollte nicht aus Fallhöhen von mehr als zwei Metern eingebracht werden. Er wird beim Abbinden durch äußere Bedingungen beeinflusst. Bei extremen klimatischen Bedingungen wie Hitze (über 30°C) oder Frost (unter -5°C) darf ohne geeignete Zusatzmaßnahmen nicht betoniert werden.
Nachbehandlung des Betons: Den Austrocknungsprozess des Betons nennt man Hydratation. Diese führt zur Austrocknung und Durchhärtung des Betonbauteils. Betonierte Bauteile sind während der Abbindezeit durch geeignete Maßnahmen nachzubehandeln. Andernfalls bindet der Beton infolge von Sonneneinstrahlung oder Wind ungleichmäßig schnell ab, so dass Risse entstehen können. Nach 28 Tagen ist das Betonbauteil in der Regel vollständig durchgehärtet, die Hydratation ist abgeschlossen.
Die gründliche und sorgfältige Nachbehandlung wird in der DIN 1045-2 ausdrücklich verlangt. Folgende Maßnahmen stehen für die Nachbehandlung von Ortbetonbauteilen zur Verfügung:
Art und Dauer der Nachbehandlung sind in DIN 1045-3 geregelt. Hilfreich in diesem Zusammenhang ist auch das Zement-Merkblatt B8, herausgegeben vom Verein Deutscher Zementwerke (siehe Normen und Literatur).
DIN 1045-2, Tragwerke aus Beton, Stahlbeton und Spannbeton - Teil 2: Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität - Anwendungsregeln zu DIN EN 206-1
DIN 1052-10, Herstellung und Ausführung von Holzbauwerken - Teil 10: Ergänzende Bestimmungen
DIN 4102-4, Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen - Teil 4: Zusammenstellung und Anwendung klassifizierter Baustoffe, Bauteile und Sonderbauteile
DIN 4109, Schallschutz im Hochbau; Anforderungen und Nachweise
DIN 4109 Beiblatt 2, Schallschutz im Hochbau; Hinweise für Planung und Ausführung; Vorschläge für einen erhöhten Schallschutz; Empfehlungen für den Schallschutz im eigenen Wohn- oder Arbeitsbereich
DIN 20000-1, Anwendung von Bauprodukten in Bauwerken - Teil 1: Holzwerkstoffe
DIN EN 206, Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität
DIN EN 1995-1-1, Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau
DIN EN 1995-1-1/A2, Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau
DIN EN 1995-1-1/NA, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau
DIN EN 1995-1-2, Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall
DIN EN 1995-1-2/NA, Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall
DIN EN 13501-1, Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten, Teil 1: Klassifizierung mit den Ergebnissen aus den Prüfungen zum Brandverhalten von Bauprodukten
►DBV-Merkblatt „Betonschalung und Ausschalfristen“
►Zement-Merkblatt B8, Technische Hinweise zur Nachbehandlung von Betonbauteilen, Herausgeber: Verein Deutscher Zementwerke
Quelle: bauwion
