Versuchstechnische und rechnerische Untersuchungen einer kreislaufgerechten Stahl-Holz-Verbunddecke im Kontext einer nachhaltigen Tragwerksplanung
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2025
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Die vorliegende Arbeit umfasst die Konzeption und systematischen experimentellen, numerischen und umweltbezogenen Untersuchungen einer Stahl-Holz-Verbunddecke aus Stahltrapezprofilen mit darauf befestigten Brettsperrholzplatten, um deren Potenzial im Hinblick auf eine nachhaltige Tragwerksplanung sowie die erforderliche Dekarbonisierung des Bausektors zur Erreichung der Klimaschutzziele einordnen zu können.
In diesem Zusammenhang wird zunächst die Eignung unterschiedlicher reversibler Verbindungsmittel zur Fügung der beiden Teilquerschnitte auf Basis des Herstellungsaufwandes, der Verbundsteifigkeit sowie des Versagensmechanismus mithilfe von Abscherversuchen evaluiert. Dabei stellen sich für die Ausbildung der Stahl-Holz-Verbundfuge senkrecht eingebrachte Sechskant-Holzschrauben als adäquater Kompromiss zwischen einem geringen Herstellungsaufwand, einer hohen Anfangssteifigkeit und einem duktilen Versagensverhalten sowie vorteilhaft gegenüber Blechbohrschrauben und geneigt eingebrachten Sechskant-Holzschrauben heraus.
Aufbauend auf der Evaluation geeigneter Verbindungsmittel wird das Biegetragverhalten der Stahl-Holz-Verbunddecke auf Grundlage von 4-Punkt-Biegeversuchen mit 5,0m langen Probekörpern für zwei verschiedene Auflagersituationen untersucht. Sowohl die auf dem Stahltrapezprofil aufgestellte Auflagersituation als auch die ausgeklinkte Auflagerung auf der BSP-Platte ermöglichen die Einhaltung von üblichen Durchbiegungsbegrenzungen auf Gebrauchstauglichkeitsniveau. Lokale Versagensphänomene kündigen sich durch große Verformungen an und treten erst bei Flächenlasten von über 13 kN/m2 auf. Zudem sind die Spannungen und Durchbiegungen des Verbundquerschnittes analytisch mit dem im Holzbau verbreiteten .-Verfahren in guter Näherung quantifizierbar.
Darüber hinaus wird das Tragverhalten der Stahl-Holz-Verbunddecke mithilfe numerischer Simulationen in Ansys abgebildet und die Wirksamkeit der Verbundtragwirkung analysiert, wobei die Implementierung der Verbundsteifigkeit auf den Ergebnissen der Abscherversuche fußt. Eine Gegenüberstellung mit den experimentellen Erkenntnissen bezeugt eine hohe Repräsentativität des FE-Modells, welches demnach für eine Parameterstudie mit anderen Spannweiten und Konfigurationen der Stahl-Holz-Verbunddecke verwendet wird, um die erforderlichen Stahl- und Holzmengen im Hinblick auf den Ressourcenbedarf zu ermitteln.
Eine abschließende vergleichende Lebenszyklusanalyse mit einer Stahlbetonflachdecke, einer Holz-Beton-Verbundflachdecke und einer Brettsperrholzdecke zeigt, dass die Stahl-Holz-Verbunddecke die Grundprinzipien einer nachhaltigen Konstruktionsweise durch den Einsatz von nachwachsenden und zirkulären Materialien, einer ressourceneffizienten und demontagegerechten Ausbildung sowie einer hohen umweltbezogenen Qualität repräsentiert. Hierbei sind insbesondere das hohe Wiederverwendungs- und Recyclingpotenzial der einzelnen Bauteilkomponenten der Stahl-Holz-Verbunddecke hervorzuheben.
Insgesamt ist die Stahl-Holz-Verbunddecke als leistungsstarke, flexibel planbare und sinnvolle Erweiterung bisher verwendeter Deckensysteme mit zahlreichen Stärken im Kontext einer nachhaltigen Tragwerksplanung einzuordnen.
Description
Table of contents
Keywords
Stahl-Holz-Verbund, Decke, Kreislaufgerecht, LCA
Subjects based on RSWK
Tragendes Teil, Decke