Holz-Beton-Verbunddecken

Abstract

Holz-Beton-Verbunddecken wurden ursprünglich für die Sanierung von bestehenden Tramdecken entwickelt und eingesetzt. Aufgrund der immer größer werdenden Nachfrage von Holzbauten im mehrgeschossigen Wohnbau finden HBV-Decken auch in Neubauten immer mehr Anwendung. Dabei werden jedoch häufig für den Holzquerschnitt Massivholzdecken in Form von Brettstapel- und CLT (Cross Laminated Timber)-Decken eingesetzt. Die Vorteile dieser Hybridbauweise liegen vor allem in der Verbesserung des Trag- und Verformungsverhaltens sowie des Schall- und Brandschutzes. Die Firma Rubner, eines der führenden Unternehmen in Europa im Ingenieurholzbau, ist durch die eigenen Tochtergesellschaften mit der immer größer werdenden Nachfrage an mehrgeschossigen Holzbauten konfrontiert und somit bestrebt, eine Verbundfuge für HBV-Decken zu entwickeln, die hinsichtlich statischen wie auch wirtschaftlichen Aspekten konkurrenzfähig ist. Der Erfolg von HBV-Decken ist in erster Linie stark von der Steifig- und der Tragfähigkeit sowie den Herstellungskosten der Verbundfuge abhängig. Darum ist das Ziel der Firma Rubner, aus bestehenden Abfallprodukten eine kostengünstige Gitterschicht zu entwickeln, welche eine Schubkraftübertragung zwischen Holz und Beton durch Kerven ermöglicht. Dabei möchte man den Einsatz von zusätzlichen stiftförmigen Verbindungsmitteln als Abhebesicherung sowie den Einbau einer Trennfolie, um das Holz vor zusätzlicher Feuchtigkeit zu schützen, wenn möglich vermeiden. Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden die bisher in der Praxis verwendeten Berechnungsmethoden sowie bereits vorhandene HBV-Decken mit deren Vor- und Nachteile vorgestellt. Anschließend werden die Tragfähigkeiten der einzelnen möglichen Versagenskomponenten untersucht und erste Hinweise über eine mögliche Gittergeometrie gegeben. Das Ziel ist es, durch numerische Berechnungen mit einem FE-Programm die optimale Gittergeometrie zu bestimmen, um die Anzahl der durchzuführenden Scherversuche zu minimieren. Anhand dieser Erkenntnisse werden experimentelle Versuche an unterschiedlichen Scherkörpern durchgeführt, um die FE-Ergebnisse mit den Versuchsergebnissen vergleichen zu können. Im Anschluss kann durch die Ermittlung des Verschiebungs- und Schubmoduls anhand der experimentellen Versuche sowie numerischen Berechnungen mithilfe des -Verfahrens nach EC 5, die effektive Biegesteifigkeit EIeff ermittelt werden. Nicht untersucht werden im Rahmen dieser Diplomarbeit die Langzeiteinflüsse auf das Verbundmittel Kerve und somit die Veränderung des Verschiebungsmoduls Kser. Dass der Einsatz von stiftförmigen Verbindungsmittel als Abhebesicherung nicht notwendig ist wird durch die Dissertation von Michelfelder bewiesen.

Timber- concrete composite slabs were originally developed and used for the refurbishment of existing timber joist floors. Due to the growing demand for multi-story timber constructions, CLT based timber-concrete composite slabs are often used in new buildings. The advantages of these hybrid constructions are mainly found in better deformation behaviours due to the higher stiffness and in the area of sound insulation and fire protection. The Rubner Company, one of the leading companies in Europe for the production of technically complex wood structures, is confronted with the increasing demand for multi-storey timber buildings. Therefore it is necessary for them to improve their production of timber-concrete composite slabs in order to stay economically and statically competitive. The most important component is the shear-connection, which must be designed concerning the following three factors (1) stiffness (2) loading capacity as well as (3) economically efficient production. To achieve this aim the Rubner Company is trying to develop a cost-efficient grating layer using a by-product of the timber industry. This grating layer is able to transfer the shear force between the wood and the concrete using grooves. It is an objective to avoid the use of mechanical joints as well as separating foils. In the first part of this thesis the existing calculation models of timber-concrete composite slabs are compared and evaluated regarding their strengths and weaknesses. In the second part the diverse failure components are tested in order to evaluate the grid. The aim of this thesis is to calculate the optimal grid using a FE-program to minimize the number of necessary and expensive shear test. The third part of the thesis deals with different types of shear bodies, which are tested in the laboratory. The test results are compared to the results of the literature research. Finally the bending resistance EIeff is calculated using the -method according to the EC 5. Neither the long-term influences on groove as well as the slip modulus Kser, nor the need of mechanical joints are tested in this thesis. Therefore we refer to the dissertation of Ms. Michelfelder.