Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Betongefüllte Hohlprofilverbundstützen für Geschossbauten - Innovation und Bemessung

Betongefüllte Hohlprofilstützen mit massivem Stahlkern sowie Doppel-Hohlprofil-Verbundstützen stellen innovative und wettbewerbsfähige Lösungen für moderne Geschossbauten mit anspruchsvollen Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeiten, Abmessungen und Brandschutz dar. Sie weisen im Vergleich zu Stahlbetonstützen sowie anderen Verbundstützentypen bei gleichem Tragwiderstand geringere Querschnittsabmessungen auf. Filigrane hochschlanke Stützen finden im architektonischen Stahlbau Anwendung und können mit diesen Profiltypen ebenfalls realisiert werden.

Diese Verbundstützentypen eignen sich insbesondere, wenn hohe Brandschutzanforderungen zu erfüllen sind. Die Betonschicht verzögert die Erwärmung des Stahlkerns respektive inneren Hohlprofils merklich, so dass hohe Feuerwiderstände ohne zusätzliche Brandschutzmaßnahmen erzielt werden. Zudem wird das Abplatzen des Betons im Brandfall durch das Hohlprofil zuverlässig verhindert.

Das Forschungsprojekt beabsichtigt bestehende Wissenslücken für Verbundstützen zu schließen, Unsicherheiten bezüglich der Anwendbarkeit vorhandener Nachweisverfahren insbesondere bei der Verwendung hochfester Materialien auszuräumen und somit maßgeblich dazu beizutragen, Planungsschwierigkeiten für Ingenieure, Experten und Behörden zu beheben. Es erarbeitet systematisch wissenschaftlich fundierte und experimentell abgesicherte Daten zum Tragverhalten und Feuerwiderstand von betongefüllten Hohlprofil-Verbundstützen. Dabei folgt es einem ganzheitlichen Ansatz für den Geschossbau und betrachtet Normaltemperatur und Brandbemessung gemeinsam. Die Ergebnisse des Projektes ermöglichen KMU ihre angebotenen Querschnitte gezielt weiterzuentwickeln und zu optimieren, neue Produkte in ihr Angebot aufzunehmen und somit einen größeren Marktanteil im Geschossbau zu erlangen. Die Umsetzung der Projektergebnisse trägt durch die Optimierung der Querschnitte zudem zur Sicherheit und Ressourceneffizienz bei.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden Traglastversuche an betongefüllten Hohlprofil-Verbundstützen mit massiven Stahlkernen und neuartigen Doppelhohlprofil-Verbundstützen durchgeführt. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Verwendung von Hochleistungswerkstoffen. Die Versuche an Stützen in ein- und zweigeschossiger Ausführung mit baupraktischen Querschnitten zeigten erstmals systematisch die Bedeutung hoher Fertigungsqualitäten und den traglastmindernden Einfluss von Ausmitten und geometrischen Imperfektionen derartiger Multikomponentenquerschnitte. Zudem belegen die Versuchsergebnisse, dass der Einsatz von Hochleistungswerkstoffen für Stützen üblicher Schlankheit in eingeschossiger Ausführung sinnvoll ist. Bei zweigeschossigen Verbundstützen konnte hingegen keine Traglaststeigerung festgestellt werden. Die Versuche wurden durch experimentelle werkstoffmechanische Untersuchungen auf Strukturebene bei Normaltemperatur und im Brandfall begleitet. Die generierten Daten dienten u.a. der Validierung eines numerischen Simulationsmodells.

Mit Hilfe von Simulationsmodellen wurde eine Parameterstudie durchgeführt, um die Datenbasis zu vergrößern. Auf der Grundlage der Versuchs- und Simulationsergebnisse wurden vereinfachte Nachweisverfahren für die Anwendung der betrachteten Querschnitte weiterentwickelt. Mit diesen Nachweisverfahren ist eine vereinfachte Bemessung in der Ingenieurpraxis möglich. Zudem können KMU ihre Querschnitte optimieren und zukünftig Doppelhohlprofil-Verbundstützen aus Hochleistungswerkstoffen in ihr Portfolio aufnehmen.