Beschreibung
P 879 – Integrierte und nachhaltigkeitsorientierte Deckensysteme im Stahl- und Verbundbau
Im vorliegenden Forschungsvorhaben wurde ein integriertes Deckensystem entwickelt, das eine flexible Gebäudenutzung über den gesamten Lebenszyklus ermöglicht. Die Aufgabenstellung wurde entsprechendder Praxisanforderungen durch ein Projektteam mit sich ergänzenden Forschungsbereichen bearbeitet.
Im Forschungsbereich Tragwerksplanung wurde das Trag- und Verformungsverhalten der filigranen, vorgespannten Verbunddeckenträger mit Stegöffnungen und Verbunddübelleiste untersucht. Hierzu wurden experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt. Eine besondere Untersuchungsproblematik stellte der gestörte Querkraftabtrag im Bereich der großen Stegöffnungen dar. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen wurde ein Ingenieurmodell zur Bestimmung der Querkrafttragfähigkeit des Deckensystems mit Stegöffnungen hergeleitet. Zusätzlich wurden baudynamische Untersuchungen am Deckenelement durchgeführt, um die Auswirkungen personeninduzierter Schwingungen zu bewerten.
Der Forschungsbereich Brandschutz um-fasste Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten des Deckensystems im Brandfall. Zwei unterschiedliche Brandszenarien wurden in experimentellen und numerischen Untersuchungen betrachtet: Ein Brand unterhalb des Deckensystems sowie ein Kabelbrand im Deckenzwischenraum. Um die Anzahl der potentiellen Versagensmechanismen in den experimentellen Untersuchungen zu reduzieren, wurde das Deckensystem mit einer Verbunddübelleiste, jedoch ohne große Stegöffnungen konzipiert. Hierbei wurde im Besonderen der Einfluss der thermischen Dehnungen auf die Vorspannkräfte und das Verformungsverhalten untersucht. Begleitend wurden die beobachteten Effekte auf numerischer Ebene in Parameterstudien untersucht.
Zur Optimierung der thermischen Eigenschaften des Deckensystems (insbesondere im Kühlfall) wurden im Forschungsbereich Bauphysik zwei technische Prinzipien verfolgt: Einerseits die passive Kühlung, bei der die natürlichen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht genutzt werden, um die sommerlichen Raumtemperaturen innerhalb des angestrebten Bereichs zu halten. Andererseits stellt die Bauteilaktivierung eine weitere Möglichkeit zur Optimierung des Raumklimas dar, bei der in das Deckensystem Rohrleitungen integriert werden, um so über einen Wasserkreislauf gezielt Wärme abführen zu können.
Anhand typischer räumlicher Anordnungen im Büro- und Verwaltungsbau wurden im Forschungsbereich Gebäudetechnik drei unterschiedliche Lastfälle identifiziert. Zur Ermittlung der notwendigen Trägeröffnungen des entwickelten Deckensystems wurde ein Lüftungskonzept entwickelt und eine Kanalauslegung für die Varianten vorgeschlagen. Abschließend wurde eine Nachhaltigkeitsbewertung des entwickelten Deckensystems durchgeführt. Anhand des DGNB-Kriterienkatalogs wurden für Stahlerbunddecken relevante Kriterien ausgewählt und eine Bewertung des Deckensystems hinsichtlich seiner ökologischen, ökonomischen sowie soziokulturellen und funktionellen Qualität durchgeführt. Auf den Betrachtungsebenen „Bauteil“, „Tragstruktur“ sowie „Gesamtgebäude“ und unter Berücksichtigung konkreter Nutzungsszenarien wurden die möglichen Einflussfaktoren der Stahl-Verbundbauweise auf die Ökobilanz eines Gebäudes identifiziert und Optimierungsmöglichkeiten herausgearbeitet.
Die Forschungsergebnisse führen in Summe zu einem nachhaltigen Stahl-Verbunddeckensystem, das die aus Gebäudetechnik- und Nachhaltigkeitsaspekten resultierenden Anforderungen integral und ganzheitlich berücksichtigt und im Hochbau eingesetzt werden kann. Mit Spannweiten von bis zu 16 m, Nutzlasten bis 5 kN/m² und einem exzellenten Schwingungsverhalten, ermöglicht das nachhaltige Stahl-Verbunddeckensystem den vollständigen Verzicht auf tragende Innenwände und Innenstützen, so dass variable Grundrissanordnungen, eine hohe Anpassungsfähigkeit an dynamische Nutzerprofile und eine dauerhaft flexible Gebäudenutzung mit Wohn-, Büro- und Mischnutzung in zeitlich beliebiger Reihenfolge erzielt werden. Das IGF-Vorhaben 371 ZN der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde vom Institut und Lehrstuhl für Massivbau der RWTH Aachen, Institut für Stahlbau der RWTH Aachen, Institut für Stahlbau der Leibniz Universität Hannover und vom Institut für Entwerfen und Konstruieren der Leibniz Universität Hannover, durchgeführt
Autoren:
J. Hegger, M. Claßen, M. Feldmann, D. Pyschny, P. Schaumann, W. Weisheim, D. Bohne, S. Hargus
Veröffentlichung:
2016
