Beschreibung
P 1314 – Raumbildende Tragstrukturen aus Sandwichelementen
(Stahl-) Sandwichelemente besitzen neben ihrer herausragenden raumabschließenden Funktion und Wärmedämmeigenschafen lastabtragende Eigenschaften, die einen Lastabtrag in und aus ihrer Ebene ermöglichen. Eingeschossige Bauwerke, beispielsweise kleine Lagerhallen Tankstellenshops und -waschhallen, können daher unter Verzicht auf zusätzliche tragende Rahmenunterkonstruktionen nur mit Sandwichelementen gebaut werden. Hierfür fehlen Nachweisverfahren, insbesondere zur Lasteinleitung, die diese wirtschaftliche Bauweise ermöglichen würden.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, vorhandene Berechnungsansätze zur Trag- und Gebrauchstauglichkeit und die Detaillösungen zur Lasteinleitung und –verteilung anhand von experimentellen Untersuchungen zu validieren und ggf. weiterzuentwickeln. Die gewonnenen Erkenntnisse aus der ganzheitlichen Betrachtung der Bauweise sollen dann als Grundlage für den Erwerb einer bauaufsichtlichen Zulassung dienen.
Zur Erreichung dieser Ziele wurde zunächst eine selbsttragende Konstruktion aus Sandwichelementen als Beispielobjekt entworfen. Hierzu wurden alle notwendigen Konstruktionszeichnungen und Detaillösungen zur Ausbildung der Lasteinleitungsstellen und Stoßpunkte ausgearbeitet und für diese Anwendung festgelegt.
Anhand einer im Forschungsantrag festgelegten Versuchsmatrix wurden experimentelle Untersuchungen zum Tragverhalten einer selbsttragenden Konstruktion aus Sandwichelementen durchgeführt. Die umfangreichen lokalen und globalen axialen Druckversuche wurden an Versuchskörper unter Berücksichtigung einer praxisnahen und anwendungsbezogenen Ausbildung der Lasteinleitungsstellen durchgeführt. Dabei wurden die Verformungen und die maximalen Traglasten gemessen. Danach wurden die gemessenen Traglasten statistisch ausgewertet und die tatsächliche lokale und globale Tragfähigkeit sowie das Versagensverhalten der selbsttragenden Konstruktion aus Sandwichelementen analysiert. Als Bezug wurden analytisch ermittelten Traglasten im Grenzzustand der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit herangezogen. Es stellte sich heraus, dass die experimentell ermittelten Traglasten weit über den analytisch berechneten Werten liegen. Somit wurde gezeigt, dass eine Bemessung der Konstruktion mit den vorhandenen Bemessungsansätzen konservative Ergebnisse liefert und damit auf der sicheren Seite liegt. Auch die Bemessung der Lasteinleitungskonstruktion für abhebende Kräfte konnte durch einen vorgestellten Bemessungsansatz sichergestellt werden.
Um die ganzheitliche Betrachtung der Konstruktion zu gewährleisten, wurde eine wirtschaftliche und ökologische Betrachtung der Bauweise vorgenommen. Bei der wirtschaftlichen Betrachtung wurde gezeigt, dass selbsttragende Konstruktionen aus Sandwichelementen ohne eine Stahl-Unterkonstruktion eine Einsparung der Investitionskosten von ca. 9% sowie der Heizkosten von ca. 10% aufweisen. Auch bei der Ökobilanz wurde gezeigt, dass die Bauweise Emissions- und Energieeinsparungen mit sich bringt und umweltschonender ist.
Insgesamt liefert der Forschungsbericht fundierte wissenschaftlich-technische Grundlagen für den Entwurf, den Bau und die Bemessung von selbsttragenden Konstruktionen aus Sandwichelementen sowie die notwendigen Versuchsergebnisse und -auswertungen für den Erwerb einer bauaufsichtlichen Zulassung.
Veröffentlichung:
September 2022
Autoren:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. D. Ungermann, M.Sc. G. A. Eseme
