Ressourceneffizienter Einsatz von Holz-Beton-Verbunddecken bei Hochhäusern - Wirtschaftliche Analyse

Abstract

In Österreich dominieren Stahlbetonkonstruktionen die Landschaft des Hochbaus. Herr Diplom Ingenieur Alex Müllner untersuchte in seiner Diplomarbeit mit dem Titel „Entwicklung eines ganzheitlichen Bewertungssystems für Deckenkonstruktionen bei Holzhochhäusern“ verschiedene Deckensysteme auf ihre ökologischen und wirtschaftlichen Eigenschaften. Diese Arbeit und mein Interesse an der Planung von wirtschaftlichen Konstruktionen bilden den Anlass in dieser Arbeit zu untersuchen, in wie weit Holz-Beton-Verbunddecken eine wirtschaftliche konkurrenzfähige Alternative zu Stahlbetondecken für den mehrgeschossigen Hochbau darstellen. Untersucht werden Holz-Beton-Verbund-Rippendecken, schlaff bewehrte Ortbetonflachdecken und vorgespannte Hohldielendecken und in wie weit sich diese Systeme für den mehrgeschossigen Hochbau eignen. Den Einstieg in die Arbeit bietet eine kurze Aufstellung von aktuell am Markt angebotenen Deckensystemen aus den Bereichen Betonbau und Holz-Beton-Verbundbau, sowie ein Blick auf internationale Forschungen im Bereich Holz-Beton-Verbund. Im Anschluss folgt die Beschreibung der durchgeführten Berechnungen und der dafür getroffenen Randbedingungen und Einschränkungen. Um die Analyse durchzuführen wurde ein eigens für diese Fragestellung konzipiertes Excel-Tool programmiert, das die einzelnen Deckensysteme berechnet und deren Kosten, auf Basis von Marktpreisen, ermittelt. Die Nachweisführung umfasst die Nachweise der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit, die gemäß der in Österreich gültigen Eurocodes geführt werden und die Nachweise für Brand-, Schallund Wärmeschutz, auf Basis der aktuellen OIB-Richtlinien und ÖNORMEN. In den Kapiteln 4 bis 7 folgt die Aufstellung der Randbedingungen, Eingangsparameter und Einschränkungen, mit denen die Berechnungen durchgeführt werden. Aus den in Kapitel 8 und 9 zusammengefassten Ergebnissen werden abschließend in Kapitel 10 die Rohbaukosten für ein fiktives Bauprojekt ermittelt. Die Auswertung der Ergebnisse zeigt, dass die Verbundrippendecken, erst bei Spannweiten größer zehn Meter eine wirtschaftliche Alternative zu Ortbetondecken darstellen. Hier liegt der Preisunterschied in etwa bei zehn Prozent. Konkurrenzlos am günstigsten ist die Hohldielendecke, die in jeder Variante um mehr als 50 Prozent günstiger ist als die Vergleichsvarianten. Diese hat auch im Vergleich zu den anderen Varianten, die geringste Deckenstärke. Bezieht man die lastabtragenden Bauteile in die Kosten mit ein, stellen sich die Verbundkonstruktionen günstiger gegenüber den Ortbetondecken dar. Zu den Hohldielendecken kann jedoch kein finanzieller Boden gut gemacht werden. Für den mehrgeschossigen Hochbau eignen sich Holz-Beton-Verbundrippendecken jedoch nicht, da ihre Konstruktionshöhe ein klares Ausschlusskriterium darstellt. Zum einen beruht das auf der architektonischen-ästhetischen Forderung nach schlanken Konstruktionen zum anderen auf einem möglichen Verlust eines Geschosses bei zu großen Deckenstärken und begrenzter Bauhöhe. Ist man in der Gesamthöhe unbegrenzt und muss die Konstruktion große Spannweiten überbrücken, ist eine Verwendung von Verbunddecken günstiger als die Ausführung einer schlaff bewehrten Ortbetondecke. Wirtschaftlich am sinnvollsten ist aber die Verwendung von Hohldielen.

The year is 2019. The Austrian architecture is dominated by concrete buildings. DI Alex Müllner analysed in his Diploma Thesis “Development of a holistic evaluation system for floor constructions in wood based high-rise buildings” ecological and economical Aspects of different flooring systems. This thesis and my interest in cost efficient constructions set the baseline for this master thesis, which will analyse if the use of timber-concrete-composite slabs is a costefficient alternative to concrete slabs in the construction of multi-storey buildings. The analysed systems are untensioned concrete floor slabs, timber-concrete-composite slabs and pretensioned hollow-core plank slabs. First you will be introduced to the state-of-the-art timber-concrete-composite slabs provided by European companies and a look at international research in timber-concrete-composite flooring. Followed by the description of the executed calculations and their basic conditions. All calculations have been performed with a specially programmed excel sheet. Based on the Eurocodes to perform the verification of ultimate, serviceability and durability limit stances. To confirm the fire, noise and thermal protection, the guidelines of the OIB and the valid ÖNORMs are used. The relevant VBA codes are provided in the annex. Starting values and constraints are listed in the chapters four to seven. Chapters eight and nine contain the calculation results and their analysis., which will be applied to a three-storey building and furthermore the cost of the load transferring elements will be added. The evaluation shows that, if spans bigger ten meters are a requirement, it becomes apparent that timber-concrete-composite slabs are a cost-efficient alternative to untensioned site concrete slabs but come with a big disadvantage due to their huge overall height. Hollow-core plank slabs are both the most cost-efficient, with their cost being only fifty percent of the other calculated slabs, and the slimmest due to its pretension and its light weight. Even the inclusion of the load transferring elements, doesnt affect the cost differential between hollowcore planks and timber-concrete-composite slabs. Normally the enormous height of timber-concrete-composite slabs is already their death during the planning phase. The investor wants as much area to sell as possible, which can even result in the cancellation of floor screed to get one extra floor, and architects are used to plan thin construction elements. If there are no constraints in total height and wide spreads between beams and walls, the use of timber-concrete-composite flooring can be an efficient alternative to untensioned site concrete slabs, but always keep in mind that there are still more efficient alternatives, like pretensioned hollow-core plank slabs.