Fachbeiträge & Interviews
Samstag, 22. Februar 2020
Ausgabe 6761 | Nr. 53 | 19. Jahrgang
Autor: Dr. H. A. Biegholdt
Herausgeber: Dr. Ing. H. A. Biegholdt email-weiterempfehlendruckansicht

Tragverhalten von Holz-Estrich-Verbundbalken – Modell und Praxis

# 28.01.2002

In einem Pilotprojekt konnte von April-Oktober 2001 in einem Modellversuch die Wirkung von Anhydritestrich zur Deckenverstärkung bei einer Biegebeanspruchung nachgewiesen werden

1 Veranlassung

1.1 Problematik

In historischen Gebäuden trifft man häufig auf Decken, welche bei großen Spannweiten z.T. erhebliche Biegeverformungen aufweisen und stark schwingungsanfällig sind. Luft- und Trittschall erreichen nicht annähernd des für Neubauten geforderte Maß. Soll im Zuge der Sanierung die Oberseite geebnet werden, ist dies nur durch aufzubringende Baustoffe möglich, was auch zusätzliche Lasten bedeutet. Oberseitige Verstärkungen bedingen größere Bauhöhen mit Problemen bei Anschlüssen an Türen, Podesten oder der Einhaltung von Brüstungshöhen. Eine Variante die der Deckenverstärkung und der Tragfähigkeitserhöhung dient, ist die Holz-Beton-Verbunddecke (HBV-Decke). Hohes Eigengewicht (g=150kg /m², 125kg/m²) große Einbauhöhen (mindestens 6,0 cm, teilweise 5,0 cm), die einzubringenden Verbindungsmittel und die erforderliche Bewehrung bedingen bislang eine geringe Anwendung.


1.2 Lösungsansatz

Vielfach wird im Altbau eine Estrichschicht zum Ausgleich von Unebenheiten eingesetzt. Mit Anhydrit-Fliessestrich steht ein hochwertiges Material zur Verfügung, an das definierte Ansprüche hinsichtlich Druckfestigkeit, Biegezugfestigkeit und Oberflächengüte bestehen. Die Materialeigenschaften ähneln denen des Betons, hinsichtlich der Oberflächenebenheit sind ohne Nachbehandlung bessere Ergebnisse erzielbar. Da die Masse nur um ca. 76 – 90 kg/m² vergrößert wird, ist die rechnerische Auflast nur wenig größer als der Gewinn infolge der anzunehmenden Lastverteilung (150kg/m² statt 200kg/m² ohne Lastverteilung). Es verbessert sich das Luftschalldämmmaß, so dass ggf. die schallschutztechnische Erneuerung der Zwischendecken entfällt. Die Art der Sanierung eignet sich besonders, wenn eine schnelle Wiederaufnahme der Arbeiten durch andere Gewerke notwendig ist. Der Estrich ist nach 24 Stunden betretbar und die Decke bei Belegreife belastbar.

2 Modellversuche

Abb. 1 - Balken beim Gießen Abb. 1 - Balken beim Gießen

Die durchgeführten Modellversuche sollen die Vergrößerung der Tragwirkung als Verbundbauteil aufzeigen. Maßstabseffekte bleiben unberücksichtigt. Es werden Balken angefertigt, die mit zwei verschiedenen Verbindungsmitteln versehen sind: (Abb.1)

  • Variante 1:
    Sechskantschraube M 12, l = 70 mm (DIN 571)
  • Variante 2:
    Sechskantschraube M 12, l= 70mm (DIN 571) mit Einpreßdübeln Typ D (GEKA-Dübel) Durchmesser 50 mm, Unterlegscheibe d= 58mm, t = 6mm



Für den verwendeten Fliessestrich sind Mindestdruck- und Biegezugfestigkeit in DIN 18560 genormt. Die Estrichdicke liegt im Modellversuch mit d = 2,5cm unter der Mindestdicke. Die Querschnittsabmessungen des Holz-Calziumsulfatestrich-Verbund-Balken (HCV-Balken) werden so gewählt, dass der Maßstab einem Holzbalken von 4,50 m Länge und dem Achsabstand von 80 cm entspricht.

Um den E-Modul des Estrichs zu ermitteln und gleichzeitig die Druckfestigkeit zu testen, werden Versuchszylinder mit Durchmesser 50 mm und 100 mm erstellt. Die mittlere 28 Tage-Druckfestigkeit der in Handmischung hergestellten Proben wird mit zul. Sigma = 34 N/mm², der E-Modul mit 19000 N/mm² , der E-Modul des Kantholzes über die Messung der Durchbiegung unter einer Einzellast mit 10000 N/mm² bestimmt. Beide Materialien liegen somit im Bereich der klassifizierten Normfestigkeiten.

Nach fertiger Montage der Probebalken werden diese eingeschalt. Danach kann der Estrich nach Herstellerangeben per Hand angerührt und in die Schalung gegossen werden. Die Estrichdicke beträgt 25 mm und überdeckt den Schraubenkopf 10mm. Der Estrich braucht dabei weder abgezogen noch verrieben zu werden. Allein durch Vibration (Besenarbeit) verläuft dieser gleichmäßig und bildet eine geschlossene Oberfläche. Mittig unterstützt werden die Balken 8 bzw. 28 Tage gelagert und anschließend durch eine Zweipunktlast auf Biegung beansprucht.

3 Versuchsergebnisse

Abb. 2 - Ermittlung der Durchbiegung Abb. 2 - Ermittlung der Durchbiegung

Für die Ermittlung der Durchbiegung unter einer statischen Last wird die Last in Feldmitte schrittweise um 0,1 kN erhöht und die Durchbiegung abgelesen. (Abb.2)

In Diagramm (Abb.3) ist das Last-Verformungsverhalten dargestellt. Da Belastung und Spannung sowie Durchbiegung und Dehnung linear voneinander abhängen, kann das Dehnungs-Diagramm abgeleitet werden. Der Anstieg verläuft für den Holzbalken linear, für den verstärkten Balken abschnittsweise linear und ergibt den zugehörigen Ersatz-E-Modul. Der Vergleich der aus der Durchbiegung unter der mittig aufgebrachten Kraft F ermittelten Biegesteifigkeit E*I des unverstärkten Holzes mit der des Verbundträgers ergibt eine Erhöhung der Biegesteifigkeit um 220%!. Die Biegesteifigkeit des Balken, bei dem die Verbindungsfuge zum Estrich mit Dübeln ausgeführt ist, fällt größer aus, als die des mit Schrauben verbundenen.

4 Konsequenzen aus den Versuchsergebnissen

Abb. 3 - Darstellung des Last-Verformungsverhalten Abb. 3 - Darstellung des Last-Verformungsverhalten

Im Modellversuch konnte die Wirkung von Anhydritestrich zur Deckenverstärkung bei einer Biegebeanspruchung nachgewiesen werden. Die Steifigkeit der Decke wird um ein vielfaches erhöht und die Schwingungsanfälligkeit reduziert.
Ein zeit- und kostenintensives Ausgleichen von Unebenheiten durch Aufnehmen und Unterfüttern der Dielung oder das Erstellen eines Trockenestrichs mit Ausgleichsschicht können entfallen.

5 Anwendung

Abb. 4 - Aussenansicht Abb. 4 - Aussenansicht

In einem Pilotprojekt wurde von April-Oktober 2001 die Verbund-Decke realisiert. Auf 620m² wurde die Dielung entfernt und durch Estrich auf einer Dichtungsbahn ersetzt. Bei der praktischen Umsetzung zeigte sich die Erfordernis der Vereinfachung der Verbindung, so dass generell Holzschrauben 16x160 (DIN 571) zum Einsatz kamen (Abb.4).
Die Modell-Ergebnisse wurden in der Praxis bestätigt und verbessern den Wohnwert erheblich.
Bei Deckenspannweiten von über 5,0m kommt die Verbesserung der Deckensteifigkeit besonders zum Tragen.
Die Wirtschaftlichkeit konnte gleichfalls nachgewiesen werden, do dass nunmehr die Möglichkeit besteht, das Verfahren in die Praxis umzusetzen.


7 Literaturhinweise

  • Schmidt, J., Biegholdt, H.-A., Thiele, R., Zum Tragverhalten von Anhydritfließestrich in einer Holz-Estrich-Verbunddecke im Maßstab 1:1 unter Langzeitbeanspruchung, LACER No. 5, Universität Leipzig, 2000
  • Thiele, R., Biegholdt, H.-A., Schmidt, J., Untersuchung des Tragverhaltens von Holz-Anhydritestrich-Verbundbalken mi

    nem Pilotprojekt wurde von April-Oktober 2001 die Verbund-Decke realisiert. Auf 620m² wurde die Dielung entfernt und durch Estrich auf einer Dichtungsbahn ersetzt. Bei der praktischen Umsetzung zeigte sich die Erfordernis der Vereinfachung der Verbindung, so dass generell Holzschrauben 16x160 (DIN 571) zum Einsatz kamen (Abb.4).
    Die Modell-Ergebnisse wurden in der Praxis bestätigt und verbessern den Wohnwert erheblich.
    Bei Deckenspannweiten von über 5,0m kommt die Verbesserung der Deckensteifigkeit besonders zum Tragen.
    Die Wirtschaftlichkeit konnte gleichfalls nachgewiesen werden, do dass nunmehr die Möglichkeit besteht, das Verfahren in die Praxis umzusetzen.


    7 Literaturhinweise

    • Schmidt, J., Biegholdt, H.-A., Thiele, R., Zum Tragverhalten von Anhydritfließestrich in einer Holz-Estrich-Verbunddecke im Maßstab 1:1 unter Langzeitbeanspruchung, LACER No. 5, Universität Leipzig, 2000
    • Thiele, R., Biegholdt, H.-A., Schmidt, J., Untersuchung des Tragverhaltens von Holz-Anhydritestrich-Verbundbalken mit nachgiebigen Verbindungsmitteln, 10. Massivbauseminar Universität Leipzig, 2000
    • Biegholdt, H.-A., Reinboth L., Einsatz des Holzbalken -Verbund - Systems HCV+ bei der Deckensanierung, Bauhandwerk 2002 (in Vorbereitung)
    • Schmidt, J., Thiele, R., Zum Quertragverhalten von Holz-Estrich-Verbunddecken, LACER No. 6, Universität Leipzig, 2001
    • Schmidt, J., Thiele, R., Ertüchtigung von Holzbalkendecken durch Aufbringen einer Tragschicht aus Calciumsulfatestrich; Bausubstanz; 12/2001
    • Behaviour of stud connectors in wood-concrete composite beams; P. Gelfi, E. Giuriani, University of Brescia in Structural Studies, Repairs and Maintenance of Historical Buildings VI; Dresden 1999

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