Entwicklung einer praxisorientierten Bemessungshilfe für Holz-Beton-Verbunddecken auf Basis realisierter Objekte

Abstract

Die Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV) vereint die Eigenschaften der beiden Werkstoffe Holz und Beton zu einem Verbundquerschnitt mit materialgerechter Beanspruchung, was zu einer Reihe von Vorteilen gegenüber den etablierten Deckenkonstruktionen führt. Aufgrund der noch mangelhaften Erfassung dieser relativ jungen Bauweise in Richtlinien und Normen sind Erfahrungen aus bisher ausgeführten Projekten von großer Wichtigkeit, um eine Standardisierung der Bemessungsabläufe zu erzielen und damit die Konkurrenzfähigkeit der Bauweise weiter zu steigern. Die vorliegende Arbeit widmet sich vordergründig der Berechnung und Nachweisführung von Holz-Beton-Verbunddecken, mit dem wesentlichen Ziel, eine praxisorientierte Bemessungshilfe mit ver-bundmittelübergreifender Gültigkeit zu entwickeln. Als Ausgangsbasis dienen neben der Literaturre-cherche über den Stand der Technik sowie der Berechnung vor allem die Projektunterlagen einer Reihe ausgewählter Objekte, welche vom Büro merz kley partner ZT GmbH (mkp) in Dornbirn konzipiert und bemessen worden sind. Diese HBV-Decken bilden zudem die Grundlage für den system-übergreifenden Vergleich mit der Stahlbetondecke sowie der klassischen Holzdecke hinsichtlich konstruktiver, statischer, wirtschaftlicher und ökologischer Kriterien, um daraus auf die systemimma-nenten Vorteile der HBV-Bauweise zu schließen. Im Anschluss an die Ausarbeitung der Theorie der Verbundträger sowie der möglichen Berechnungs-verfahren für nachgiebigen Verbund wird das Gamma-Verfahren als geeignete Methode zur Berück-sichtigung der Nachgiebigkeit, sowohl bei gleichmäßiger als auch bei punktueller Schubübertragung, verifiziert. Dies geschieht einerseits durch eine umfassende Vergleichsrechnung und andererseits durch die Untersuchung der Auswirkungen einer möglichen Varianz in der Rechengenauigkeit bzw. der angenommenen Verbundsteifigkeit auf die bemessungsmaßgebenden Kenngrößen. Aus allen bis dahin gesammelten Erkenntnissen wird die statische Berechnung und Nachweisführung konzipiert und in einem EDV-Programm umgesetzt. Dieses beinhaltet neben der Berechnung des nachgiebigen Verbunds zusätzlich alle erforderlichen Nachweise am Verbundträger, inklusive der Berücksichtigung etwaiger Unstetigkeitsstellen zufolge punktueller Schubkrafteinleitung, sowie die lokalen Nachweise am Verbundmittel Kerve. Begleitend dazu dient ein Leitfaden der Verdeutlichung der theoretischen Hintergründe sowie der Nachvollziehbarkeit im Allgemeinen bzw. der Angabe von Bemessungsempfehlungen. Abschließend erfolgt die praktische Anwendung des EDV-Programms an einem konkreten Bemessungsbeispiel. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit wird ein Werkzeug geschaffen, welches neben den standardisier-ten Bemessungsabläufen außerdem einen wichtigen Beitrag zur Systemoptimierung im Zuge der Entwurfsphase leisten soll.

The timber-concrete composite construction (TCC) combines the features of the construction materials timber and concrete to form a load bearing system, in which the materials involved are stressed according to their main strength. Due to still insufficient registration of this relatively young construction method in guidelines and norms, experience from completed projects to date are of utmost importance in order to achieve a standardization of the dimensioning processes and thus further enhance competitiveness of this construction method. The present paper primarily deals with calculation and dimensioning of timber-concrete composite decks, with the integral objective of developing a practice-oriented aid for different types of shear connectors. Serving as starting point for the present paper, research in literature on the state of the art and possible calculation processes as well as project documents of select objects conceived and calculated in the office of merz kley partner ZT GmbH (mkp) in Dornbirn were taken into account. These timber-concrete composite decks further constitute the basis for a cross-system comparison with reinforced concrete slabs as well as usual timber-decks in terms of constructive, static, economic and ecological criteria, in order to imply inbuilt advantages of the timber-concrete composite structure. Subsequent to the elaboration of composite beam theory as well as calculation processes for elastic shear connection, the Gamma procedure is verified as a suitable method for consideration of continu-ous and discontinuous shear transfer. On the one hand, this is done by means of a comprehensive comparative analysis, on the other hand, by investigating the impact of a possible variance in compu-tational accuracy and assumed stiffness value on the dimensioning-relevant parameters. Of all insights gathered up to that point, the structural analysis and dimensioning is conceived and implemented in a computer program. Besides the calculation of elastic connection between wooden and concrete element, the computer program additionally comprises all requisite verifications on the composite beam including consideration of discontinuity by virtue of shear force transfer at discrete points as well as the local verifications for grooves. Accompanying this, a manual serves as clarifica-tion for theoretical background, general comprehensibility and recommendations for the proceeding of calculation and dimensioning. Finally, practical application will be affected by means of a specific example of a timber-concrete composite deck. Based on the findings of the present paper, a tool is created that largely contributes to standardize the proceeding of dimensioning, thus adding to system optimization as part of the design phase.