Bei Decken in Stahlverbundbauweise werden die Vorteile der Baustoffe Stahl und Stahlbeton optimal ausgenutzt. Beide Materialien werden kraftschlüssig miteinander verbunden, so dass sie statisch als ein Bauteil wirken. Durch Ausnutzung der guten Zugbelastbarkeit des Stahls in der (unteren) Zugzone und der Druckbelastbarkeit des Betons in der (oberen) Druckzone gelingt es, Trägerhöhen und Deckenstärken auch bei hoher Beanspruchung gering zu halten und dabei große Spannweiten zu ermöglichen.
Verbundträgerdecken und Verbunddecken werden im Hochbau in erster Linie bei Industrie- und Gewerbebauten verwendet, oftmals in Verbindung mit einer Gesamtkonstruktion aus Stahl. Insbesondere Verbunddecken spielen auch in der Altbausanierung eine Rolle.
In diesem Beitrag wird insbesondere auf die Planung von Verbundtragwerken in Form von Verbundträgern und Verbunddecken eingegangen. Alle im Geschossbau üblichen Stahlbetondecken können auch als Druckgurt von Verbundträgern verwendet werden. So werden Stahlverbundträger in der Praxis nicht nur mit Verbunddecken kombiniert, sondern auch mit Elementdecken, Stahlbeton-Fertigteildecken oder Ortbetondecken.
Vorteile von Decken in Stahlverbundbauweise: Stahlverbundbau bietet die Möglichkeit zu großen Spannweiten bei geringen Aufbauhöhen und wenig Materialverbrauch. Er stellt im Geschossbau, vor allem im Gewerbe- und Industriebau, somit eine besonders wirtschaftliche Bauform dar.
Gegenüber Decken in reiner Stahlbetonbauweise weisen Decken in Verbundbauweise bei gleicher Belastbarkeit ein geringeres Eigengewicht und schlankere Querschnitte auf. Größere Spannweiten sind möglich. Aufgrund des hohen Vorfertigungsgrads können Decken in Stahlverbundbauweise, abhängig vom jeweiligen Typ, auch verkürzte Bauzeiten erreichen. Dieser Vorteil besteht insbesondere, wenn man Verbundträger mit Fertigdeckenelementen einer konventionellen Ortbetondecke gegenüberstellt.
Verglichen mit reinen Stahlkonstruktionen weisen Decken in Stahlverbundbauweise aufgrund des hohen Anteils an Beton einen deutlich verbesserten Schallschutz und eine höhere Wärmespeicherfähigkeit auf. Unübersehbar aber sind die Vorteile und Möglichkeiten im Bereich des Brandschutzes, da Beton als nicht brennbarer Baustoff eingestuft wird.
Tragwerksplanung: Standsicherheitsberechnungen von Verbundbauteilen werden vom Tragwerksplaner nach Eurocode 4, insbesondere nach DIN EN 1994-1-1 durchgeführt. Handelt es sich um eine Decke in Verbundbauweise, die eine Fertigteildecke als Bestandteil hat, müssen zusätzlich auch die Bauregeln dieser Deckenart berücksichtigt werden. Siehe hierzu bauwion-Seite ►110 | Stahlbetondecken.
Brandschutz: Im Verbundbau werden die jeweiligen Vorteile der Baustoffe Stahl und Stahlbeton optimal ausgenutzt und das gilt insbesondere für das Brandverhalten. Die grundlegenden Brandschutz-Bemessungsregeln dafür sind in DIN EN 1994-1-2 enthalten.
Der Werkstoff Stahl erwärmt sich ungeschützt im Brandfall durch seine gute Wärmeleitfähigkeit schnell und verliert dabei an Festigkeit. Ist der Stahl allerdings im Verbundbauteil durch Beton geschützt, reduziert sich seine schnelle Erwärmung im Brandfall deutlich.
Zudem sorgen im Verbundbau beide Komponenten, Stahl und Stahlbeton, gemeinsam für den Lastabtrag, so dass bei Versagen des Stahls der Stahlbeton Lastanteile des Stahls übernimmt. So kann beispielsweise allein eine Zulagebewehrung im Kammerbeton eines Verbundträgers bei gleicher Deckendicke eine Erhöhung der Feuerwiderstandsklasse nach DIN 4102-4 bewirken. Auf diese Weise können Decken in Stahlverbundbauweise auch ohne zusätzliche äußere Maßnahmen eine geforderte Feuerwiderstandsdauer erreichen.
Stahlverbundbauteile mit sichtbaren Stahlteilen (z. B. Verbundbleche in Verbunddecken oder sichtbare Stahlträger) können prinzipiell auf verschiedene Art gegen zu schnelle Erwärmung im Brandfall geschützt werden:
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 besonders Decken in Verbundbauweise mit einem hohen Anteil an Beton Vorteile bezüglich ihrer Schalldämmwirkung.
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: Beton besitzt ebenso wie Stahl eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, sodass beide Baustoffe annähernd keine wärmedämmende Wirkung besitzen.
Bei gut durchlüfteten Räumen ober- und unterhalb der Decke (z. B. offene Tiefgarage) 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.
Korrosionsschutz: Um einen effektiven Korrosionsschutz der frei liegenden Stahlbauteile zu erreichen, empfiehlt es sich zunächst die Korrosivitätskategorie und die zu erwartende Schutzdauer zu ermitteln.
Bei Schutzmaßnahmen gegen Korrosion bei Stahlbauteilen wird grundsätzlich unterschieden in
Betonauswahl: In der Planung müssen die Druckfestigkeitsklasse (z.B. C25/30) und die Konsistenzklasse (z.B. F3) definiert werden, auch die Expositionsklasse (z.B. XF 2), insbesondere wenn ein Bauteil mit der Außenluft in Berührung kommt (z. B. als Deckenuntersicht in einem offenen Parkhaus). Diese Festlegungen hat der Tragwerksplaner in Abstimmung mit dem Bauherrn und dem Architekten zu treffen.
Verbundbleche: Bleche, die zur Konstruktion von Verbunddecken geeignet sind, unterscheiden sich von herkömmlichen Blechen, die für Dach- oder Deckenkonstruktionen ohne Verbundwirkung hergestellt werden.
In Konstruktionen ohne Verbundwirkung wirkt ein Blech unter einer Stahlbetonschicht entweder ausschließlich als verlorene Schalung, sodass nach Erhärtung des Betons die Stahlbetonschicht sämtliche statischen Kräfte übernimmt. Oder die Betonschicht über dem Trapezblech dient lediglich als Auflast des Blechs, z.B. um Speicherfähigkeit und Schallschutz zu verbessern. In diesem Fall übernimmt alleine das Blech in entsprechender Dimensionierung und Formgebung die Kräfte.
Um aber eine flächige Verbundwirkung zwischen Stahlblech und darüber liegendem Stahlbeton herzustellen, muss eine Verschiebung beider Schichten untereinander ausgeschlossen werden. Die Schichten müssen sich miteinander verzahnen und ineinander greifen, um statisch als ein Bauteil zu wirken.
Um den Flächenverbund mit einer Stahlbetonschicht herzustellen, sind die Verbundbleche in ihrer Geometrie besonders geformt, in den meisten Fällen in Form von Trapezblechen mit hinterschnittener Geometrie, um einen möglichst großen Reibungsverbund zu erreichen. Zudem werden für den mechanischen Verbund Rillen, Noppen o.ä. in die Blechoberfläche geprägt oder Nieten aufgesetzt.
Zusätzlich ist in den meisten Fällen eine Form von Endverankerung notwendig. Dies sind in der Regel aufgeschweißte Kopfbolzendübel. Bei Blechen mit hinterschnittener Geometrie kann die Endverankerung auch in Form einer Blechverformung am Ende des Profilblechs realisiert werden. Für Verbundbleche gilt in Deutschland die Mindestdicke von 0,7 mm. Auf Kundenwunsch werden sie im Werk auch abweichend von Standardmaßen zugeschnitten. Um Kopfbolzen einzufädeln, ist es möglich Löcher in das Blech stanzen zu lassen (insbesondere bei Mehrfeldwirkung).
Aussparungen, Deckendurchbrüche: Um Aussparungen in Verbunddecken zu realisieren, errechnet der Tragwerksplaner situationsabhängig die notwendige Bewehrung rund um den auszusparenden Bereich. Üblicherweise werden die Aussparungen vor dem Betonieren vor Ort ins Blech geschnitten und anschließend mit speziellen Randprofilen vom jeweiligen Blechhersteller eingefasst.
Abgehängte Decken und Installationen: Bei kombinierten Systemen werden abgehängte Decken über Verankerungen in der Stahlbetondeckenschicht befestigt. Es wird empfohlen, den Tragwerksplaner frühzeitig in die Planung der Abhängdecke mit einzubeziehen, um ein Verletzen von Bewehrungsstahl zu vermeiden. Bei Fertigteildecken, die aus einer Spannbetonkonstruktion bestehen, ist insbesondere Vorsicht geboten, da Spannstähle durch Bohrungen keinesfalls durchtrennt oder verletzt werden dürfen. Die Lage der Befestigungsanker muss unbedingt mit dem Tragwerksplaner bzw. dem Herstellwerk abgestimmt sein.
Für Verbunddecken bieten die Hersteller von Trapezblechen eigene Möglichkeiten der Verankerung von Abhängdecken und Installationen an. Bei hinterschnittenen Blechen, deren Faltungen sich nach unten verjüngen, können abgehängte Decken und Leitungsrohre ohne Bohrungen eingehängt werden.
Das Verlegen von Installationsleitungen in der Stahlbetonschicht einer Verbunddecke ist nicht üblich.
Montage von Verbundblechen: Die Bleche werden nach Verlege- bzw. Ausführungsplänen verlegt, aus denen insbesondere die genaue Lage, die Abmessungen und die Spannrichtungen der Profilbleche einschließlich deren Profilbezeichnung ersichtlich sind. Ebenso sollten Angaben zu Aussparungen, Verbindungselementen, Dehnfugen und Ausbildung der Auflager inkl. zugehöriger Details enthalten sein.
Im Vorfeld des Auslegens wird die Lage der einzelnen Blechelemente auf der Unterkonstruktion markiert. Der Tragwerksplaner gibt an wie, in welchen Abständen und auf welche Art die Bleche befestigt werden. Die Angaben können je nach Blechgeometrie und Situation variieren.
Im Allgemeinen werden die Bleche im Bereich der Sicken auf der Unterkonstruktion fixiert, um ein gewisses Maß an Dichtigkeit beim Betonieren zu erreichen. Längsstöße werden in vorgegebener Breite überlappt und in gewissen Abständen miteinander verschraubt oder vernietet.
Offene Sicken an Querstößen in Längsrichtung werden mit Montageschaum, Dichtbändern, kantigen Profilen oder mit vom Hersteller auf das jeweilige Blechprofil abgestimmten Abdichtungsprofilen (Profilfüller) begrenzt und abgedichtet. Je nach gewünschter Dichtheit müssen zusätzlich auch die Längsstöße, Auflager oder Deckendurchbrüche abgedichtet werden. Eine Reinigung der Deckenuntersicht nach dem Betoniervorgang kann trotz aller Dichtmaßnahmen notwendig sein.
Verbundbleche benötigen für den Betoniervorgang in der Regel eine Montageunterstützung. Der Tragwerksplaner gibt an, bis zu welcher Spannweite auf diese verzichtet werden kann, ebenso legt er die Lage und Stützweiten der Montageunterstützung fest.
Einbau von Bewehrung: Beim Einbau der Bewehrung vor Ort ist auf die Einhaltung der geforderten Betondeckungen zu achten. Andernfalls kann die Bewehrung im Laufe der Jahre korrodieren und das Bauwerk im Extremfall seine statischen Anforderungen nicht mehr erfüllen. Bewehrung für Aufbetonschichten, aber eventuell auch für zu vergießende Fugen muss streng nach dem Bewehrungsplan erfolgen. Bei Deckenkonstruktionen, deren Bestandteil eine Fertigteildecke ist, wird die Bewehrung der Elemente bereits im Fertigteilwerk eingebaut und überwacht. Allerdings müssen aus den Fertigteilen ragende Bewehrungsschlaufen über die Kopfbolzen der Träger gestülpt werden, was eine genaue Justierung der Deckenelemente notwendig macht. Gleiches gilt für die Unterschale einer Elementdecke.
Betoneinbau: 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. Insbesondere kann es bei Verbundblechen nach dem Betoniervorgang zu erhöhter Frostgefahr kommen, da unterseitig die abschirmenden Schaltafeln fehlen.
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 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 EN 206, Beton - Festlegung, Eigenschaften, Herstellung und Konformität
DIN EN 1994-1-1, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln für den Hochbau
DIN EN 1994-1-1/ NA, Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter - Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton - Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Anwendungsregeln für den Hochbau
DIN EN 1994-1-2, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall
DIN EN 1994-1-2/A1, Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall - Deutsche Fassung EN 1994-1-2/A1
DIN EN 1994-1-2/ NA, Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter - Eurocode 4: Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton - 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
DIN EN ISO 1461, Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken) - Anforderungen und Prüfungen
DIN EN ISO 12944-2, Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme - Teil 2: Einteilung der Umgebungsbedingungen
DIN EN ISO 12944-5, Beschichtungsstoffe - Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme - Teil 5: Beschichtungssysteme
►Bauforumstahl 2.7 Arbeitshilfe Verbundbauweise
►DBV-Merkblatt „Betonschalung und Ausschalfristen“
►Zement-Merkblatt B8, Technische Hinweise zur Nachbehandlung von Betonbauteilen, Herausgeber: Verein Deutscher Zementwerke
Quelle: bauwion
