Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optimierung von Stahlbetonflachdecken im Bereich des Decken-Stützen-Knotens durch die Interaktion von Stahlfasern und Durchstanzbewehrung

Stahlbetonflachdecken haben sich aufgrund wirtschaftlicher, funktionaler und ästhetischer Vorzüge im Bauwesen fest etabliert. Die Aufnahme der Stützmomente im Bereich des Decken-Stützen-Knotens erfordert beachtliche Längsbewehrungsmengen, zusätzlich bedarf die Abtragung der Auflagerkräfte oft den Einbau von Schubbewehrung. Daraus resultiert ein sehr dichtes Bewehrungsnetz, welches bei Bewehrungs- und Betoneinbau häufig zu ausführungstechnischen und qualitativen Problemen führt. Ziel dieses Vorhabens ist es, durch den kombinierten Einsatz von Stahlfaserbeton und Schubbewehrung im Knotenbereich zusätzliche Traganteile zu aktivieren, die eine Reduktion des erforderlichen Längs- und Schubbewehrungsgrades ermöglichen. Der meist dicht bewehrte Knotenbereich wird entzerrt und die Ausführungsqualität verbessert. Derzeit ist eine Kombination von Stahlfaserbeton und Schubbewehrung normativ nach der DAfStb-Richtlinie „Stahlfaserbeton“ in Deutschland nicht zulässig, was eine Nutzung vorhandener Tragreserven verhindert. Durchstanzversuche mit variierendem Fasergehalt sowie variierendem Längs- und Schubbewehrungsgrad ermöglichen die Quantifizierung der einzelnen Traganteile. In Verbindung mit bereits vorliegenden Versuchsergebnissen ergibt sich so eine ausreichend breite Datenbasis, die in Kombination mit numerischen Parameterstudien die Erarbeitung eines Bemessungsvorschlages für stahlfaserbewehrte Flachdecken mit und ohne Schubbewehrung ermöglicht. Die resultierende Reduktion von Herstellungs-, Lohn- und Bewehrungskosten bei gleichzeitiger Verbesserung der Ausführungsqualität und des Arbeitsschutzes führt zu optimierten Randbedingungen der vorwiegend mittelständisch organisierten Bauwirtschaft. Letztendlich stellt sich ein wirtschaftlicher Nutzen für zahlreiche am Bau beteiligte kleine und mittlere Unternehmen wie den Bauausführenden, den Tragwerksplanern und auch den Bauherren ein.

Ergebniszusammenfassung:

Der Durchstanznachweis ist oft maßgebend für Flachdecken. Häufig wird die gesamte Decke aufgrund dieses lokalen Nachweises mit größerer Dicke ausgeführt. Aus einer umfassenden Literaturstudie ging hervor, dass der kombinierte Einsatz von Durchstanzbewehrung und Stahlfaserbeton großes Potential zur Steigerung der Durchstanztragfähigkeit und Duktilität von Flachdecken bietet. Jedoch existieren international nicht genug Versuche zur Herleitung und Validierung eines Bemessungsansatzes, weshalb diese hybriden Bewehrungsformen in den anzuwendenden technischen Regelungen für Deutschland aktuell ausgeschlossen sind.

In diesem Projekt wurde ein Beitrag zum Schluss dieser Lücke geleistet. In 15 Großversuchen wurde systematisch das Zusammenwirken von Durchstanzbewehrung und Stahlfaserbeton untersucht. Weitere Erkenntnisse lieferten numerische Untersuchungen und die Analyse von Datenbanken. Auf dieser Grundlage konnte ein Vorschlag zur Weiterentwicklung des Bemessungsansatzes für Durchstanzen aus der nächsten Generation von Eurocode 2 (FprEC2) formuliert werden. Die experimentellen und numerischen Daten erlauben erstmals eine Validierung des Bemessungsvorschlages.

Die gewonnenen Ergebnisse werden derzeit in entsprechenden Normengremien diskutiert und könnten in die Erstellung der nationalen Anwendungsdokumente zu FprEC2 eingehen. Sind entsprechende technische Regelungen bauaufsichtlich eingeführt, gestattet dies den KMU nun auch stahlfaser- und durchstanzbewehrte Flachdecken zu planen, anzubieten und auszuführen. Diese Bauweise bringt eine erhöhte Tragfähigkeit und Duktilität bei gleicher Deckendicke bzw. eine geringere erforderliche Deckendicke bei gleicher Tragfähigkeit mit sich und stellt somit einen Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeitsfähigkeit von KMU und zu Ressourceneffizienten Bauweisen dar.