Holz-Beton-Verbund

Intelligente Bauweise für bestehende Decken und andere Flächentragwerke

Einleitung

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei der Holz-Beton-Verbund-Bauweise um einen Werkstoff, bei dem die beiden Komponenten Holz und Beton zu einem neunen Werkstoff verbunden werden. In Anlehnung an den herkömmlichen Stahlbeton, der ja ebenfalls ein Verbundwerkstoff ist und seit über 150 Jahren in mittlerweile nahezu jedem Bauwerk (und sei es auch nur im Fundament) zum Einsatz kommt, könnte dieser Werkstoff auch kurz Holzbeton oder englisch Timber-Concrete (Timco) genannt werden. Der Begriff Holzbeton hat sich jedoch sprachlich (noch) nicht eingebürgert, so dass nachfolgend der Begriff Holz-Beton-Verbund verwendet wird.

Zur Herstellung des Verbundes zwischen Holz und Beton dienen sog. Verbundschrauben, auch Connectoren genannt, die im Holz über ein selbstfurchendes Gewinde und im Beton über ein Profilierung des Schaftes verankert sind.

Am häufigsten findet die Holz-Beton-Verbund-Bauweise Anwendung bei der Sanierung von bestehenden Holzbalkendecken. Deshalb seien an dieser Stelle bereits die beiden gängigsten Tragwerksvarianten begrifflich eingeführt.

Top-Floor

Bei dieser Variante wird eine ca. 6 cm starke Beton- oder Estrich-Platte auf den Holzbalken verankert.

Slim-Floor

Beim Slim-Floor wird die Betonplatte zur Reduzierung der Aufbauhöhen zwischen den Holzbalken angeordnet.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise sei zunächst am Top-Floor erläutert.

Wird eine dünne Betonplatte lose, d.h. ohne Verbund auf die Holzbalken gegossen, so ist die Gesamttragfähigkeit dieses Tragwerks lediglich die Summe der Tragfähigkeiten seiner einzelnen Komponenten. Da die nur ca. 6 cm starke Betonplatte jedoch allein nicht tragfähig ist, sondern im wesentlichen nur als inaktive Masse die Holzbalken belastet, ist der Holzbalken schnell am Ende seiner Tragfähigkeit angelangt. Das Fehlen des Verbundes ist deutlich erkennbar im Versatz der Verschiebungen der Endquerschnitte (siehe Animation).

Animation Top-Floor ohne Verbund unter Eigengewicht (Gesamtsystem) (ca. 15 Mb Mpeg-Datei)
Animation Top-Floor ohne Verbund unter Eigengewicht (Detail Endquerschnitt) (ca. 12 Mb Mpeg-Datei)

Um den schweren Beton, der aus vielerlei Gründen (Schallschutz, Brandschutz etc.) sehr willkommen ist, am Tragverhalten zu beteiligen, muss die Verschieblichkeit zwischen den beiden Komponenten verhindert werden. Die Animationen zeigen dasselbe Modell unter gleicher Belastung bei nahezu starrem Verbund:

Animation Top-Floor mit Verbund unter Eigengewicht (Gesamtsystem) (ca. 13 Mb Mpeg-Datei)
Animation Top-Floor mit Verbund unter Eigengewicht (Detail Endquerschnitt) (ca. 12 Mb Mpeg-Datei)

Durch den Verbund der beiden Komponenten kommt zu den Einzeltragfähigkeiten der sog. „Steiner-Anteil“ hinzu. Der Betonplatte werden überwiegend die Druckkräfte zugewiesen (wofür der Beton geradezu prädestiniert ist), dem Holzbalken die Zugkräfte – analog zum herkömmlichen Stahlbeton. Je starrer der Verbund ist, desto größer ist die Gesamttragfähigkeit. Ideal wäre also ein starrer Verbund, der sich aber aufgrund der Nachgiebigkeit insbesondere des im Vergleich zum Beton sehr viel weicheren Holzes nie ganz erreichen lässt. Um die gegenseitige Verschiebung zwischen Holz und Beton so gering wie möglich zu halten, dürfen die Schrauben nicht senkrecht, sondern müssen schräg angeordnet werden (siehe Animation).

Bilder: Verformungen bei senkrechter und schräger Verschraubung , Krafteck

Für den Top-Floor ergibt sich für den Verbundquerschnitt eine Erhöhung der Tragfähigkeit um das 3- bis 4-fache; für den Slim-Floor etwa eine Erhöhung um das 2- bis 3-fache.

Anwendung

Das hauptsächliche Anwendungsfeld für die Holz-Beton-Verbund-Bauweise ist die Sanierung alter Holzbalkendecken. Diese genügen oftmals nicht mehr dem heutigen Standard. Zum einen sind sie oft statisch nicht ausreichend tragfähig, zum anderen erfüllen sie nicht die Anforderungen an Brand- und Schallschutz nach Stand der Technik. Durch die Ertüchtigung zum Holz-Beton-Verbund-Tragwerk können diese Anforderungen jedoch alle gleichzeitig erfüllt werden. Die Betonplatte bietet durch ihre Masse eine entscheidende Verbesserung des Luftschallschutzes. Gleichzeitig wird der Brandschutz von oben erfüllt. Durch die sehr viel höhere Tragfähigkeit im Vergleich zur alten Holzbalkendecke ist es problemlos möglich, einen schwimmenden Estrich zur Verbesserung des Trittschalls einzubringen, als auch eine zusätzlich abgehängte Decke zur Verbesserung des Brandschutzes von unten.

Doch nicht nur im Altbau, sondern ebenfalls im Neubau stellt die Holz-Beton-Verbund-Bauweise eine vorteilhafte und wirtschaftliche Alternative zu herkömmlichen Bauweise dar. Ähnlich dem Stahlbetonbau, bei dem für Geschossdecken fast ausschließlich Halbfertigteile mit Ortbetonergänzung (Filigranplatte) zum Einsatz kommen, können auch im Holz-Beton-Verbund-Bau fertige Elemente produziert und auf der Baustelle verlegt werden. Dabei lassen sich Sichtholz-Decken und Sichtholz-Dachstühle problemlos realisieren.

Unsere Referenzen Holz-Beton-Verbund

Vorteile

• wirtschaftliches System zur Ertüchtigung bestehender Holzbalkendecken
• bauaufsichtlich zugelassenes System, das in der Handhabung einfach ist
• kein speziell geschultes Personal nötig
• keine Spezialwerkzeuge oder Lehren erforderlich
• für den Baustelleneinsatz robust genug
• deutliche Erhöhung der Tragfähigkeit der Decke
• gleichzeitig horizontal aussteifend durch Scheibenwirkung
• keine Fremdüberwachung auf Baustelle erforderlich
• guter Schallschutz, da hohes Eigengewicht
• zusätzliche Lasten aus schwimmendem Estrich oder abgehängter Decke problemlos möglich
• erhöhter Brandwiderstand
• kein "Knarren und Knarzen" der Decken
• deutliche Reduktion der Schwingungen
• ebene Oberfläche bei durchhängenden Decken problemlos möglich

Verarbeitung

Die Verarbeitung ist denkbar einfach, für den rauen Baustellenbetrieb gut geeignet und kann ohne spezielle Vorkenntnisse oder Schulung erfolgen.

Die Ertüchtigung einer alten Holzbalkendecke als Top-Floor gliedert sich im wesentlichen in folgende Schritte:

1. Entfernen des Bodenbelags, Untersuchung der bestehenden Balken auf evtl. Schäden
2. Auslegen einer handelsüblichen Baufolie
3. Versetzen der Schrauben nach Vorgabe des Tragwerksplaners
4. Verlegen der Bewehrung
5. Unterstützung der Decke für den Betonierzustand
6. Betonieren der Decke

Versetzen der Verbundschrauben (Top-Floor) (Film, ca. 6 Mb mpg-Datei).
Versetzen der Verbundschrauben (Top-Floor) (Film, ca. 3,5 Mb mpg-Datei).

Decke vor Betonage:

Decke nach Betonage:

Im Falle eines Slim-Floors ist die Vorgehensweise identisch, mit Ausnahme, dass die bestehende Schüttung zwischen den Balken zuvor entfernt werden muss.

Versetzen der Verbundschrauben (Slim-Floor) (Film, ca. 5,5 Mb mpg-Datei).

Als äußerst praktikabel hat sich der Einsatz von Fließestrich erwiesen, der die Herstellung einer absolut ebenen Oberfläche ermöglicht und bereits nach 10 Tagen belegreif ist.

Film Paviment (ca. 2.1 Mb Mpeg-4)

Weitere Informationen

• Referenzen Holz-Beton-Verbund
• Unsere Publikationen
• F+W (www.friedrich-will.de)
• Weitere Informationen können Sie über unsere Kontaktseite anfordern. Gerne können Sie auch Baustellen-Termine vor Ort mit uns vereinbaren, um den Einsatz der Holz-Beton-Verbund-Technik live zu erleben.