9. Kolloquium Parkbauten - Februar 2020 323 Hybridbeam - mehr als die Summe eines Stahlträgers und Beton Matthias Kintscher: PFEIFER Seil- und Hebetechnik GmbH Zusammenfassung Das Zusammenspiel von Stahl, Betonstahl und Beton wird optimiert zu einem steifen und feuerwiderstehenden deckengleichen Unterzug für Massivdecken. Idealerweise bestehen diese aus aufgelegten Spannbetondielen, die zusammen mit dem Hybridbeam eine Slim Floor Konstruktion ergeben. Die Effektivität der einzelnen Komponenten ist im des Zusammenspiels miteinander verstärkend und mehr als die einfach Addition der Komponenten. Stützenraster für Parkhäuser von etwa 5 mal 16 Metern sind ideal abbildbar. Niedrige Bauhöhe durch deckengleiche Unterzüge und schnelle Montage sind die Schlagworte, die begeistern. Dabei wird eine hohe Feuerwiderstandsdauer erreicht. Durch die bereits komplette Anlieferung einschließlich Bewehrung und ausgehärteten hochfestem Beton -, die als biegesteifes Verbundelement zusammenwirken, kann der Hybridbeam unterstützungsfrei verlegt werden und sofort mit den Decken belegt werden. Dabei sind durch hohe Torsionssteifigkeit nicht einmal besondere Verlege Reihenfolgen notwendig. Die architektonisch klare Deckenunteransicht macht Lichtführungen ob Belichtung oder Beleuchtung im Parkhaus einfach und die Installation der TGA ist ohne hervorstehende Unterzüge schneller und einfacher als je zuvor. Wirtschaftlich gibt es hier ein großes Bündel an Vorteilen. 1. Hybridbeam Der Hybridträger (Bilder 1 und 2) ist ein deckengleicher schlanker weitspannender Verbundträger für ein Parkhaus Deckensystem, das überwiegend aus darauf aufgelegten vorgespannten Hohldiele-Deckenelementen besteht. Bild 1: Hybridbeam Bild 2: Röntgenblick 2. Anwendungen in Deckenarten Diese Hybridbeam-Darstellung beschäftigt sich mit einem neuen Konzept von Stahlbeton-Verbunddecken (Bilder 3) in diesem Raster von 7,5 x 16 Metern oder auch 5 x 16 Metern ideal für Parkhäuser, um Materialverschwendung von Beton und Stahl zu vermeiden (Bilder 4) buch2.indb 323 13.01.20 15: 41 324 9. Kolloquium Parkbauten - Februar 2020 Hybridbeam - mehr als die Summe eines Stahlträgers und Beton Bild 3: Hybridbeam deckengleich in Hohldielendecke Bild 4: Parken mit Hybridbeam und Spannbetodielen Diese Art der Deckenplatte besteht aus neu konstruierten Stahl- und Beton-Verbundträgern im Verbund, die durch Bewehrungsstäbe mit einer vorgefertigter Hohldielendecke (Bild 5) oder mit Holzverbunddeckenbalken (Bild 6) verbunden sind. Diese Bauweisen sind besonders effektiv, weil extrem schnell verlegbar ohne große Kranzeiten und ohne Betonmischer und -pumpenzeiten. Genauso sind jedoch auch Elementdecken mit Aufbeton (Bild 7) oder vor Ort geschalte und gegossene Ortbeondecken (Bild 8) einfach ausführbar. Hier muss nur in der Deckenrichtung einachsig unterstützt und betoniert werden. Bild 5: Spannbetondielendecke Bild 6: Holzverbunddecke Bild 7: Elementdecke mit Ortbetonergänzung Bild 8: Geschalte Ortbetondecke 3. Drei Verbundwirkungen in und um den Verbundbalken Die erste Verbundwirkung ist der klassische betonstahlkorb in hochfestem Beton als Stahlbetonbalken (Bild 9). Zweitens wirkt dieser Stahlbetonbalken durch innen angeordnete Verbunddübel mit dem U-förmigen Stahlträger mit dem auskragenden Untergurt zusammen. Drittens wird durch die quer eingesteckte Bewehrung und die Verzahnung oben am Betonträger nach dem Verguss der Zwischenspalten eine mitwirkende Breite im oberen Druckbereich aktiviert. Bild 9: Verbundwirkungen in Überlagerung 4. Aktivierung einer Mitwirkung der Deckendruckzone Mit Hilfe von durch den Hybridträger durchgesteckten Bewehrungsstäben erfolgt eine Wechselwirkung von Decke und Hybridträger. Im oberen Bereich ist der Hybridbeam im Betonkörper verzahnt. Durch Verguss der Restbuch2.indb 324 13.01.20 15: 41 9. Kolloquium Parkbauten - Februar 2020 325 Hybridbeam - mehr als die Summe eines Stahlträgers und Beton spalten mit recht wenig Mörtel, wird der ganze Bereicht kraftschlüssig verbunden. Damit wirkt hier in der Druckzone eine größere effektive Breite der Verbunddecke, die merklich größer ist als die Breite des Hybridbeams. Es liegt dort lokal im Prinzip ein Plattenbalken vor. In Kombination mit der Überhöhung des Hybridbeams werden kleine Biegeverformungen festgestellt. Die Nulllinie (Bild 10) wandert nach Verguss der Hohldielenspalten mit ihrer Anschlussquerbewehrung merklich nach oben, was zu einer deutlich höheren Steifigkeit führt, weil die Bewehrung eine größeren Hebelarm aufweist und eine große Betondruckzone entsteht und mitwirkt. Somit ist der Biegewiderstand sehr viel größer als die Summe der Steifigkeiten. Bild 10: Verlagerung der Nulllinie im Verbund Bild 11: Prüfbelastung im Großversuch unkaputtbar Versuchsreihen (Bild 11) haben die Aktivierung einer sehr großen Mitwirkung einer fiktiven Plattenbreite gezeigt. Die Versagenslasten lagen deutlich über allen rechnerischen Prognosen. Die derzeitigen Standards erlauben dessen Ausnutzung nur zum Teil, daher wird gerade an einer allgemeinen bauaufsichtliche Zulassung gearbeitet. Zwischenzeitlich weist des Hybridbeam Technikzentrum die Decken per statischen Nachweis einzeln nach. 5. Nachhaltigkeit - durch mehr als die Summe der einzelnen Teile Die wirtschaftlichen und auch rein technischen Vorteile sind eine positive Seite. Noch mehr aber ist es aber auch in jüngster Zeit der Aspekt der Nachhaltigkeit, dem hohe Bedeutung beigemessen wird. Durch das ausgeklügelte und aufeinander genau abgestimmte Interaktionssystem zwischen verschiedenen Materialien und zwischen verschiedenen Bauelementen schafft man mehr als nur die Summe der Effekte. Das spart Material, Produktionsenergie, Kohlendioxidausstoß. Jeder Träger ist zudem genau ausgelegt und geplant und einzeln nummeriert mit nachvollziehbaren Dokumenten. Damit ist er nach dem Ersteinsatz jederzeit wiederverwendbar. Dies ist ein bedeutender Beitrag zur Nachhaltigkeit, was gerade bei der Ungewissheit für die zukünftige Nutzung von Parkhäusern eine wichtige Eigenschaft ist. Statt Müllerzeugung wird hier eine Weiterverwendung planbar. Sollte dies nicht gewünscht oder machbar sein, so lassen sich die rückgebauten Träger mit hohen Anteil hochwertigen Bau- und Betonstahls vollständig recyceln einschließlich des gebrochenen Betons. 6. Feuerwiderstand Die Deckenplatten werden durch die seitlich auskragenden Flansche gehalten. Daher könnte man vermuten, dass buch2.indb 325 13.01.20 15: 41 326 9. Kolloquium Parkbauten - Februar 2020 Hybridbeam - mehr als die Summe eines Stahlträgers und Beton durch deren Erhitzung die Tragfähigkeit verloren ginge. Dem ist aber nicht so, weil durch die eingesteckten Z-förmig gekröpften Querbewehrungsstäbe, die durch beide Seiten ein geschoben werden, die Decke im Brandfall durch diese Aufhängebewehrung gesichert und gehalten ist (Bild 12). Die innere Bewehrung hat eine ausreichend hohe Betondeckung und ist so von der unteren Beflammung ausreichend weit entfernt um eine hohe Widerstandsdauer zu erreichen. Eine Feuerwiderstandsdauer von 60 Minuten ist somit ohne zusätzliche Maßnahmen erzielbar. Insbesondere sind auch die Verbunddübel im Inneren so weit oben am Steg angeordnet, dass sie kaum erwärmt werden. Deren Wirkung über die stützenden Stege bleibt also immer erhalten. Für den Fall höherer Widerstandsdauer bis zu 120 Minuten Feuer Widerstandsdauer ist es möglich eine Flammschutzbeschichtung des Untergrundes vorzunehmen, die werksseitig industriell aufgebracht wird und bei Hitze eine entsprechend isolierende Schaumbildung ermöglicht. Diese Beschichtung ist sehr unempfindlich. Lokale Beschädigungen können durch Nachwalzen ausgebessert werden, so dass der langjährige Erhalt der Wirksamkeit einer solchen Flammschutzbeschichtung gewährleistet ist. Die Feuerwiderstandsdauer von 120 Minuten ist mit der bauaufsichltlich zugelassenen Flammschutzbeschichtung einfach nachweisbar. Bild 12: Beflammter Hybridbeam mit hoher Betondeckung über den Betonstahllagen 7. Vorteile eines deckengleichen Unterzugs hoher Steifigkeit Die Vorteile eines deckengleichen Unterzugs für Gebäude aller Art sind vielfältig (Bild13). Erstens ist es ein deckengleicher Unterzug, der nicht aus der Decke unter oder an der Oberseite herausragt. Bild 13 Parkhaus ohne Deckenbarrieren Große Spannweiten sind ohne Stützen und auch ganz ohne Unterstützungen auf der Baustelle durch die hohe Steifigkeit des fertigen Hybridträgers auf der Baustelle erreichbar (Bild 14). Durch die Einsparung von Bauhöhe spart man sich ab etwa 13 Geschosse ein Geschoss ein, was zu einer 7% höheren Grundnutzung im Verwaltungsbau führen kann. Bild 14 Hybridbeam freitragend bei Montage Der Widerstand gegen Verdrehung macht ihn unabhängig von der Reihenfolge der Belastung bei der Montage (Bild 15). Bild 15 Deckenmontage ohne Wartezeit und Unterstützung Der hohe Feuerwiderstand sorgt für problemlose Anwendung bei Verwaltungsgebäuden, Krankenhäusern, Schulen. Und das Bauen in einer Stadt wird dramatisch beschleunigt, da die Deckenplatten unmittelbar nach dem Hybridbalken platziert werden können, ohne auf Festbeton zu warten! Weniger Lärm, Staub und Stau ist das positive Ergebnis dieses komplett vorgefertigten, anspruchsvollen Hybridbeams. 8. Abschluss Der Hybridbeam ist ein deckengleicher Unterzug, bevorzugt für vorgefertigte Fertigteildecken, wie sie gerade im Parkhausbau bevorzugt eingesetzt werden. Große Spannweiten bei gleichzeitig schlanker Bauweise integriert in buch2.indb 326 13.01.20 15: 41 9. Kolloquium Parkbauten - Februar 2020 327 Hybridbeam - mehr als die Summe eines Stahlträgers und Beton die Bauhöhe der Decke erzeugt große Nutzervorteile beim Ausbau der TGA und beim der täglichen Nutzung. Technisch wirkt er in mehreren Verbundebenen zusammen und ist so optimiert für hohen Lastabtrag bei schonenden Resourceneinsatz. Feuerwiderstandsdauer bis 60 Minuten ist ohne Zusatzmaßnahmen möglich. Die besonders schnelle unterstützungsfreie Montage macht ihn wirtschaftlich außerordentlich interessant. Literatur [1] EN 1991-1-7 Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-7: General actions - Accidental actions [2] EN 1992-1-1: 2010 Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design [3] EN 1993-1-1: 2009 Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings [4] EN 1994-1-2 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design [5] PFEIFER Hybridbeam - In die Zukunft weit und schlank bauen? [6] PFEIFER Steel Production Poland, brochure 12- 2018, Wroclaw buch2.indb 327 13.01.20 15: 41