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TU Berlin

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Conceptual and structural design of buildings made of lightweight and infra-lightweight concrete


Lupe

Das Problem der Gewichtsreduzierung einiger Bauteile hat heutzutage die gleiche Bedeutung wie die Steigerung der Festigkeit, speziell bei großen Bauwerken wie Hochhäuser oder Brücken wo das Eigengewicht das Hauptproblem dieser darstellt. Trotz der zunehmenden Verwendung von Leichtbetonen, gibt es keine adäquaten Erläuterungen bezüglich des Konstruieren und Entwerfen von Gebäuden aus Leichtbeton (LB) und Infraleichtbeton (ILB).

Lupe

Für Probleme wie Dimensionierung, konstruktive Durchbildung, Bewehrungswahl und Detailausführung, Kriechen und Schwinden sowie das dynamisches Verhalten der Leichtbetonbauwerke ist es zwingend notwendig, dass diese in neuste Normen aufgenommen werden. Die Arbeit beschäftigt sich mit den Entwerfen und Konstruieren von Bauwerken aus Leicht- und Infraleichtbeton und umfasst zwei Schwerpunkte:
-    Entwicklung und Herstellung neuer Rezepturen von LB und ILB mit minimierter Trockenrohdichte und sehr guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften.
-    Eignung dieser  Materialien in Bauteilen und Verbindungen anhand von intensiven Testreihen und Experimenten mit statischer und dynamischer Belastung.

Um dem ersten Schwerpunkt zu definieren wurden zwei Ziele festgelegt.

  • ein Sichtbeton aus Infraleichtbeton für Wände mit einer Mindesttrockendichte von ρmin < 800 kg/m³, eine Mindestwärmeleitfähigkeit um die Wärmedämmung einsparen zu können und hohe Druckfestigkeiten zum Abtragen der Deckenlasten
  • ein Sichtbeton aus LB für Decken, Platten und Balken mit einer Mindesttrockendichte, einer Mindestwärmeleitfähigkeit und einer Druckfestigkeit vergleichbar mit Normalbeton (NB) um Biege- und Querkräfte aufnehmen zu können.

Sofort nach der Entwicklung und Bemessung des LB und ILB, sowie der Bestimmung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften, begann eine groß angelegte Serie von Experimenten.

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Die erste echte Anwendung fand der Infraleichtbeton in der Errichtung eines Einfamilienhauses in Berlin im Jahre 2006. Damit wurde gezeigt, dass sich der Werkstoff in der Praxis behaupten kann. Interessant war dabei vor allem, die konstruktiven und bauphysikalischen Details den Eigenschaften des Werkstoffes anzupassen und teilweise anders als sonst im Stahlbetonbau üblich auszuführen [Schlaich M., et. al., 2008]. Zur Reduzierung der unvermeidbaren Schwindrisse wurde Bewehrung aus Glasfaserstäben verwendet, die sowohl das Korrosionsproblem löst als auch Wärmebrücken vermeidet. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass Infraleichtbeton gut wärmegedämmte Sichtbetonbauten ermöglicht, und dass er das  Potential besitzt, beim Bauen der Zukunft eine nicht zu vernachlässigende Rolle zu spielen.

Acht Balken wurden aus Leichbeton LC 30/33, mit Glasfaser und Stahl bewehrt, hergestellt, des weiteren zwei aus Normalbeton C 30/37 mit Stahlbewehrung. Diese wurden alle auf Biege- und Querkrafttragfähigkeit sowie das Duktil- und Verbundverhalten der Druck- und Zugzone experimentell untersucht.
Aus wirtschaftlicher Sicht, können durch den Gebrauch von Leichtbetondecken im mehrgeschossigen Bau, die Kosten gesenkt werden. Die Bewehrungsmenge, Fundamentvolumen und sogar vertikale Tragelemente können reduziert werden.

Des Weiteren wurde die Verbindung zwischen Leichtbetonunterzug und Normalbetonstütze unter dynamische Belastung untersucht, da diese Bauteile im Falle eines Erdbebens bei Hochhäusern besonders gefährdet sind. Die Entwicklung eines Kreuzungsknoten mit hoher Schadenstoleranz ermöglicht den Entwurf von Kreuzungspunkten mit moderaten Verformungen infolge  Querkräften, die nur eine geringe Schädigung verursachen, deren plastische Gelenke die Drehungen reduzieren und die erforderlichen Reparaturen nach einem Erdbeben minimieren. Eine Möglichkeit dieses Ziel zu erreichen ist die Verwendung von Balken aus Leichtbeton und Stützen aus Normalbeton. Die Leichtbetonbalken sind mit Glasfaserstäben bewehrt. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Glasfaserbewehrung hinsichtlich des Verformungsverhaltens einer herkömmlichen Bewehrung aus Betonstahl überlegen ist.

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