Holz Beton Verbund
Der Holz-Beton-Verbund ist die Verbindung von Holzträgern mit einer Betonscheibe u. a. durch schraubenähnliche Schubverbinder zu einem hybriden Tragwerk mit besonderen bauphysikalischen Vorteilen wie erhöhter Traglast und Steifigkeit.
Anwendung
- Sanierung von Holzbalkendecken: Realisierung moderner Parameter für Tragfähigkeit, Schwingung, Schallschutz, und Brandschutz.
- Herstellung neuer Geschossdecken.
- Herstellung anderer hybrider Tragwerke.
Bauaufsichtliche Zulassungen
Für Planer ist es wichtig, dass ein System bauaufsichtlich zugelassen ist, da sonst für jedes Tragwerk eine Zustimmung im Einzelfall verlangt wird. Beispiele für Zulassungen:
- ETA-18/0264 (EOTA)
- Z-9.1-857 (DIBt)
Grundlagen Holz-Beton-Verbund
Der Holz-Beton-Verbund – kurz HBV – ist ein Verfahren, bei dem Holzbalken oder andere Holzelemente und Ortbeton mit Schubverbindern zu einem flächigen Tragelement verbunden werden.
Holz und Beton werden seit der Antike zu gemeinschaftlichen Bauteilen verbunden, die neuzeitlichen Eigenschaften eines Verbundes der beiden Bauteile sind aber erst in den 1990er-Jahren durch Entwicklung geeigneter Schubverbinder und der zugehörigen Berechnungsmodelle entstanden. HBV wird heute in der Sanierung von Deckentragwerken, der Vorfertigung von Elementen und vereinzelt für den Brückenbau angewendet.
Königsdisziplin des HBV: Sanierung
Die häufigste Verwendung findet der Holz-Beton-Verbund bei der Sanierung alter Holzbalkendecken, wenn moderne Anforderungen an Komfort (u. a. Schallschutz) und Sicherheit (u. a. Feuerwiderstand) erfüllt werden sollen. Im Rahmen von Nachverdichtungsmaßnahmen lassen sich mit HBV vergleichsweise preiswert die geforderten Werte bei Traglast und Sicherheit erreichen. Auch im Denkmalschutz hat sich der HBV inzwischen etabliert, da sowohl beim Erhalt alter Substanz als auch bei der Bewahrung der Untersicht alter Tragwerke kaum wirtschaftliche Alternativen existieren.
Deutliche Verbesserung erreicht der HBV bei
- der Tragfähigkeit, die etwa um den Faktor 3 bei Ausführung der Betonscheibe auf den Balken und etwa um den Faktor 2 bei Ausführung der Betonscheibe zwischen den Balken steigt
- der Gesamtsystemsteifigkeit bis zum Faktor 10 im Vergleich zur Ausgangssituation
- der Biegesteifigkeit
- der Schwingungssteifigkeit
- dem Luftschallschutz
- dem Brandschutz
Statische Besonderheit
Die positiven Eigenschaften eines HBV-Tragwerks entstehen durch den Verbund der beiden Bauteile Holz und Beton. Der Verbundgrad γ beträgt ohne Verschraubung von Beton und Holz 0 % (kein Verbund). Für eine theoretische (in der Realität aber nicht herstellbare) vollflächige »Verklebung« von Holz mit Beton würde er bis zu 100 % betragen (vollständiger Verbund). Der Verbundgrad ist abhängig von der Anzahl der Reihen und dem Abstand der sogenannten Schubverbinder in Spannrichtung. Im Regelfall wird mit zugelassenen Verbindern ein Verbundgrad von etwa 40 bis 50 % erreicht und folglich eine signifikante Tragfähigkeitssteigerung des HBV-Systems.
Sanierung eines historischen Gebäudes am Berliner Ku’damm
Zentrales Element »Schubverbinder«
Als Schubverbinder zwischen Holz und Beton kamen anfänglich Vollgewindeschrauben für den Holzbau zum Einsatz. Heute werden von verschiedenen Herstellern spezielle HBV-Schraubverbinder angeboten. Der hohe Verbreitungsgrad geschraubter Schubverbinder erklärt sich aus der präzisen Dimensionierbarkeit nach vorausgegangener Bemessung und der einfachen Anwendung auf der Baustelle. In der Vorfertigung (Neubau) kommen auch andere Verbindungsmethoden wie geklebte Lochbleche oder Kerven zum Einsatz, die jedoch für die Sanierung nicht oder nur in Idealsituationen angewendet werden können. Ein relativ neuer Schubverbinder ist die sogenannte »Hybrid-Nocke« aus mit Spezialbeton gefülltem Stahlrohr, die besonders in Brettsperrholz Verwendung findet. Für Planer ist es wichtig, dass die Verbinder bauaufsichtlich zugelassen sind, da sonst für jedes Tragwerk eine Zustimmung im Einzelfall verlangt wird.
Ausführungsvarianten HBV-Decke
HBV-Decken werden in verschiedenen Aufbauvarianten ausgeführt. Fragen, die während der Planung unter anderem beantwortet werden müssen, sind:
- Welcher Last muss das fertige Tragwerk standhalten?
- Darf der Bodenaufbau höher sein als zuvor?
- Soll eine Fußbodenheizung direkt im Beton eingebaut werden?
- Wie effektiv sollen Schallschutz und Trittschallentkopplung sein?
Standarddecke
1. Betonschicht oberhalb der Holzbalken
Je nach Zustand der Bestandsdecke kann diese Ausführung ohne Rückbau eingebaut werden. Da die Verbinder von oben, in einem um 45° zum Auflager hin geneigten Winkel, in die Tragbalken eingeschraubt werden, ist diese Variante mit dem geringsten Aufwand verbunden. Abhängig vom Aufbau müssen die Dielen bzw. eine neue Schalung aus OSB oder – wenn zusätzlich eine Dämmung zwischen den Tragbalken eingebaut wird – der Fehlboden bauzeitlich die Last des Frischbetons tragen können. Die Ausführung oberhalb der Balken erhöht den Gesamtaufbau des Bodens merklich.
Flachdecke
2. Betonschicht zwischen den Holzbalken
Nach Entfernen der Dielung, Vorbereitung der Gefache hinsichtlich der Höhe der Schüttung und ggfs. Einbau einer Dämmung werden die Verbinder seitlich, in einem um 45° zum Auflager hin geneigten Winkel, in die Tragbalken eingeschraubt. Der Fehlboden muss bauzeitlich die Last des Frischbetons tragen können. Der höhere Aufwand für den Einbau bei dieser Variante ist dann gerechtfertigt, wenn der Bodenaufbau nicht erhöht werden darf.
Kombidecke
3. Betonschicht zwischen und oberhalb der Balken
Die Betonscheibe verbindet sich mit den Tragbalken sowohl zwischen als auch auf den Balken. Die Verbinder werden horizontal wie vertikal eingeschraubt. Auf diese Weise entsteht ein relativ niedriger Bodenaufbau bei gleichzeitig hoher Tragfähigkeit. Für die Ausführung gelten die gleichen Bedingungen wie beim Einbau des Betons zwischen den Balken.