Ressourceneffiziente Verbundsysteme bei Holz-Beton-Verbund-Rippendecken

Abstract

Im Allgemeinen werden in dieser Arbeit Holz-Beton-Verbund-Konstruktionen, genauer, Holz-Beton-Verbund-Rippendecken im Neubau, behandelt. Durch die ideale Ausnutzung der einzelnen Materialeigenschaften, Beton auf Druck und Holz auf Zug, verfügen diese Konstruktionen über hervorragende technische Eigenschaften. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften kommt es zur Ermittlung von ressourceneffizienten Rippendeckenquerschnitten aus Holz-Beton-Verbund. Dabei spielt vor allem die Verbindung der beiden Komponenten, und somit die verwendeten Verbindungsmittel eine wesentliche Rolle. Zur Herstellung von solchen Konstruktionen können verschiedene Arten von Verbindungsmittel verwendet werden. Im Zuge dieser Arbeit werden Verbundschrauben und Schubkerven genauer betrachtet. Bei den Verbundschrauben erfolgt der Verbund über das einbetonierten der Schraubenköpfe in die Betonplatte, Schubkerven erzeugen durch das Ausbetonieren der Kerven selbst einen Formschluss, welcher für die Kraftübertragung sorgt. Bei der Betrachtung der unterschiedlichen Verbindungsmittel stellt sich folgende Frage: Welches der beiden Verbindungsmittel stellt für die betrachteten Spannweiten von sechs, acht und zehn Metern die effizientere Wahl dar? Um diese Frage zu beantworten werden, unter der Annahme von Randbedingungen und mit der Hilfe von veränderlichen Parametern, Optimierungen durchgeführt. Das Ziel der Optimierungen ist es, in Betracht auf Material und Verbund, sowie Arbeitszeit und Wirtschaftlichkeit, ressourceneffiziente Systeme zu erstellen. Bei Systemen mit Verbundschrauben führen die Optimierungen, bezogen auf die untersuchten Spannweiten, zu idealen Schraubenabständen sowie der dazugehörigen Anzahl an Verbindungsmittelreihen. Systeme mit Verbundkerven erhalten durch die Variation der Vorholzlängen sowie der Kervenanzahl die effizientesten Querschnitte. Dabei wird auf eine gleichmäßige Kraftverteilung in den einzelnen Kerven geachtet. Die Durchführung der Optimierungen erfolgt in erster Linie aus technischer Sicht. Als Abrundung der Untersuchungen wird eine kurze wirtschaftliche Betrachtung aller behandelten Querschnitte durchgeführt. Durch die vorgenommenen Optimierungen werden die ressourceneffizientesten Querschnitte für die untersuchten Verbindungsmittel festgestellt. Anhand der Gegenüberstellung der Ergebnisse der beiden Verbindungsmittelarten, sowohl aus technischer, als auch aus wirtschaftlicher Sicht, kann schlussendlich eine Aussage über das geeignete Verbindungsmittel für die jeweiligen Spannweiten getroffen werden.

In general, this thesis deals with timber-concrete-composite structures, more specifically, tim-ber-concrete-composite rib floors in new constructions. This form of construction combines the advantages of both materials. Resource-efficient ribbed cross-sections made out of wood-concrete composite are established through taking the material characteristics into account. Thereby, the connection between the two components plays an essential role. Various types of fastening elements can be used to establish such constructions. This thesis focuses on the usage of screws and grooves as a method to connect timber and concrete. When using screws, the bond is made via the drilled screw heads, which are being set in concrete slab. Grooves generate a form lock through concreting the moulded timber, which ensures the transmission of the working load. When analysing the different types of connection, following question arises: Which connection type is the most efficient choice for the considered spans of six, eight and ten meters? In order to answer this question, optimizations are implemented through assumptions of boundary conditions and variable parameters. The optimizations aim to create resource-efficient systems in terms of material properties and interconnection, as well as working time and cost-efficiency. For systems with screws, the optimizations, based on the spans examined, lead to an ideal screw spacing and the corresponding number of rows of connectors. Groove systems will get the most efficient cross sections by varying groove lengths and numbers. Here, the focus mainly lies on an even force distribution in the individual grooves. The optimization is primarily being reflected upon the technical perspective. However, the economic aspect of all examined cross sections is being analysed to complement the thesis. By means of the various optimizations, the most resource-efficient cross-sections for the tested connection techniques are being specified. Based on a final comparison of all results, a statement about the most suitable connection for respective spans, from a technical, as well as from an economical perspective, can be made.