Tragverhalten von schlanken Sandwichelementen mit GFK-Verbindungsmitteln unter Vertikallast

Abb. 1: Sandwichwandtafel mit nachträglicher Ortbetonergänzung unter Vertikallast

Abb. 2: Geplanter Versuchsaufbau für die Großversuche

Forschungsschwerpunkt

Innovative Betonfertigteile

Arbeitsgruppe Energieeffiziente Gebäude

Jun.-Prof. Dr.-Ing. Matthias Pahn

Bearbeiter

Dipl.-Ing. Arnaud Pavis d'Escurac, M.Eng.

Sandwichwände in Voll- oder Halbfertigteilbauweise werden wegen ihrer sehr guten wärmetechnischen Eigenschaften und aufgrund der Wirtschaftlichkeit im Bauprozess immer häufiger als Außenwandbauteile eingesetzt. Insbesondere im Industriebau werden zunehmend höhere und schlankere Wände eingesetzt. Für den Abtrag von vertikalen Lasten wird derzeit nur die innen liegende betonstahlbewehrte Schale herangezogen (siehe Abbildung 1). Das Mitwirken der Außenschale wird in der Bemessung bisher nicht berücksichtigt.

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es die Bemessungsgrundlagen zu entwickeln, welche die stabilisierende Wirkung der über Verbindungsmittel an die Tragschale gekoppelten Vorsatzschale berücksichtigt. So soll es dem Tragwerksplaner zukünftig bei stabilitätsgefährdeten Sandwichwänden möglich sein, den Bewehrungsgrad wirtschaftlich zu bemessen. Auf zusätzliche Anordnung von Traggliedern, wie im Wandquerschnitt integrierte Stützen, soll nach Abschluss des Vorhabens verzichtet werden können.

Kernpunkte der Forschungsarbeit stellen die Entwicklung eines Finite-Elemente-Modells einer Sandwichwand unter Vertikallast und die Ableitung eines geeigneten Ingenieurmodells dar. Das numerische Modell muss die geometrische Nichtlinearität nach Theorie II. Ordnung berücksichtigen und ist anhand von Großversuchen zu kalibrieren (Abbildung 2). Ebenso sind physikalische Nichtlinearitäten, wie die Rissbildung im Beton, das Überschreiten der Haftscherfestigkeit bei der Verbindung zwischen Dämmstoff und Beton nicht zu vernachlässigen.

Des Weiteren ermöglicht ein numerisches Modell ein breites Spektrum von Wandparametern rechnerisch zu variieren, wie z. B. die Art und Anordnung der Verbindungsmittel, die Kernschichteigenschaften und die Schichtdicken des Bauteils. Daraus können Vorgaben für die konstruktive Durchbildung der Bauteile abgeleitet werden.

Stand der Bearbeitung (15.05.2014)

In einer Reihe von Stabilitätsversuchen wurde das Tragverhalten von schlanken Sandwichwänden unter Druckbeanspruchung untersucht. Variiert wurden die Parameter der Kernschicht (Dämmungsdicke, Dämmstofftyp und Verbindungsmittel). Die Ergebnisse der Versuchsserie haben gezeigt, dass die Vorsatzschale und die Kernschicht stets eine Erhöhung der Traglast des Wandelements im Vergleich zu einer alleinstehenden Tragschale verursachen.

Finanzierung und Kooperationspartner

Das Forschungsvorhaben „Tragverhalten von schlanken Sandwichelementen mit GFK-Verbindungsmitteln unter Vertikallast“ wurde beim Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) im Rahmen der „Forschungsinitiative Zukunft Bau“ beantragt. Es umfasst einen Förderzeitraum von 19 Monaten und wird von den Firmen Schöck Bauteile GmbH und BASF unterstützt.