Mein Zukunft Bau

Tragverhalten von schlanken Sandwichelementen mit GFK-Verbindungsmitteln unter Vertikallast

Projektnummer

F20-12-1-039; 10.08.18.7-13.24

Laufzeit / Status

07/2013 - 02/2016 / abgeschlossen

Projektdetails

Beteiligte

Antragsteller

Technische Universität Kaiserslautern

Gottlieb-Daimler-Straße 47

67663 Kaiserslautern

 

Forscher

Prof. Dr.-Ing. J. Schnell

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

Cluster

Neue Materialien und Techniken

Projektbeschreibung

Sandwichwände und kerngedämmte Doppelwände mit zunehmend dickerer Wärmedämmschicht sind in der Baupraxis weit verbreitet. Sie ermöglichen wirtschaftlich und energetisch überzeugende Lösungen für die Hülle von Bauwerken.

Bei ihrer Bemessung wird die Innenschale als tragend angesehen und die Vorsatzschale übernimmt die Aufgabe des Wetterschutzes. Der stabilisierende Einfluss der Vorsatzschale einschließlich der Verbindungsmittel und der Kernschicht auf das Tragverhalten der Tragschale unter vertikaler Last wird bei statischen Berechnungen regelmäßig nicht berücksichtigt, weil entsprechende Bemessungsmodelle nicht vorliegen. Allerdings wäre eine Berücksichtigung der tatsächlichen Biegesteifigkeit gerade bei schlanken und damit knickgefährdeten Wänden äußerst sinnvoll. Hierfür wird es allerdings erforderlich, ein besseres Verständnis für das Zusammenwirken der einzelnen Schichten auf unterschiedlichen Beanspruchungsniveaus und unter Berücksichtigung zeitabhängiger Einflüsse zu gewinnen.

An der Technischen Universität Kaiserslautern wurde deshalb der Einfluss von Vorsatzschale und Kernschicht auf die Stabilität von Sandwichwänden untersucht. Als Verbindungsmittel zwischen der Vorsatzschale und der Tragschale wurden Verbindungsstäbe aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) verwendet.

Es wurde ein umfangreiches Versuchsprogramm mit Sandwichwänden durchgeführt, um den Einfluss der verschiedenen Konstruktionsparameter auf das Tragverhalten der Wände herauszuarbeiten. Die hohe Anzahl an Einflussgrößen erforderte eine Begrenzung der zu variierenden Parameter. Es erfolgten Variationen für die Kernschichtdicke, den Dämmstofftyp und die Anordnung der Verbindungsmittel. Die Schalen bestanden aber jeweils aus dem gleichen normalfesten Beton und ihr Bewehrungsgrad wurde nicht verändert.

Eine Druckkraft wurde auf die sehr schlanke Tragschale der Sandwichwand bis zum Versagen des Probekörpers ausgeübt. Während die Tragschalen ohne Vorsatzschalen, die als Referenzprobekörper dienten, ein Stabilitätsversagen ohne Verzweigung des Lastpfades aufwiesen, ging bei den Sandwichwänden das Erreichen der Traglast mit dem Versagen der Kernschicht einher.

Die Versuchsserien zeigten erwartungsgemäß, dass die Vorsatzschale und die Kernschicht stets eine Erhöhung der Traglast des Bauteils im Vergleich zu einer alleinstehenden Tragschale bewirken. Die Varianten mit den größten Kernschichtsteifigkeiten erreichten in der Regel die größten Traglastzuwächse.

Der Einfluss des Dämmstofftyps auf die Traglaststeigerung konnte bisher allerdings aufgrund unterschiedlicher Versagensarten noch nicht eindeutig identifiziert werden. Bestätigt hat sich, dass bei gleichen Dämmmaterialien die Traglast mit größeren Kernschichtdicken offensichtlich steigt. Der Hebelarm zwischen der stabilisierenden Vorsatzschale und der Tragschale wird mit zunehmender Kernschichtdicke größer, wodurch die versteifende Wirkung der Vorsatzschale eine stärkere Ausprägung erfährt.

Zusammenfassend ist festhalten, dass schlanke Sandwichwände und kerngedämmte Doppelwände sehr hohe Tragreserven besitzen, wenn allein die Innenschale als tragend betrachtet wird. Bei unveränderter Gesamtwandstärke könnten in vielen Fällen die Kernschichtdicke erhöht und die Tragschalendicke reduziert werden.

Die Arbeiten an der TU Kaiserslautern werden dankenswerterweise von der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit sowie von den Firmen Schöck und BASF finanziell und ideell unterstützt.

Schlagwörter

Stabilität, Sandwichwand, Verbindungsmittel aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK)

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