Fassadenelemente für Hybridbauweisen

Fertigungs- und montagetechnische Anforderungen

Bereits realisierte Hybridbauprojekte haben gezeigt, dass vorgefertigte, hochgedämmte Elemente einschließlich Verglasungen und bereits applizierter Fassadenbauteile zusammen mit den bereits sehr weit industrialisierten Rohbautechniken des Stahlbetonfertigbaus ein großes Potenzial für die notwendige Steigerung der Energieeffizienz beinhalten.

Der höhere Vorfertigungsgrad im Bauprozess bewirkt zudem bessere Arbeitsbedingungen in den Fertigungsbetrieben, welche durch die geringeren Mobilitätsanforderungen an die Arbeitnehmer im Vergleich zur Baustelle attraktivere Arbeitsplätze bietet.

In dem Projekt wurde davon ausgegangen, dass die komplette Stahlbetonkonstruktion bereits erstellt ist, bevor die Holzfassadenelemente angebracht werden.

Beton

Bei den fertigungs- und montagetechnischen Methoden wird unterschieden in Ortbeton- sowie Halbfertigteil- und Fertigteilbauweise

Ortbeton

Das am meisten angewandte Bauverfahren ist die Ortbetonbauweise. Hierfür muss zunächst eine Schalung erstellt werden. Bei Decken wird diese wird als Träger- oder Paneel-Träger-Schalung ausgeführt. Bei großformatigen Decken kommen auch Deckentische zum Einsatz.

Abbildung 16.1: Deckenschalung als Trägerschalung1

Bestandteile:

  • Schalungsplatte,
  • Querträger,
  • Jochträger,
  • Kreuz- und Klauenkopf,
  • Stützen und
  • Dreibeine
Abbildung 16.2: Deckenschalung als Paneel-Träger Schalung1

Bestandteile:

  • Abdeckleiste
  • Paneel
  • Längsträger
  • Stütze mit Fallkopf
Abbildung 16.3: Deckenschalung als Deckentische1

Bestandteile:

Großflächenschalung bestehend aus

  • Oberbau
  • Stützen

Bei Wandschalungen werden im Wesentlichen zwei Schalungssysteme unterschieden, die Träger- und Rahmenschalung. Das System der Trägerschalung bei Wänden ist auch analog zu dem der Decken an-wendbar. Die Rahmenscha-

lung besteht aus standardisierten Schalungselementen, deren Abmessungen in festen Rastersprüngen angeboten werden.2

Abbildung 17: Wandschalung als Rahmenschalung4

Bei Decken muss nach dem Einschalen die obere und untere Bewehrungslage noch verlegt werden, bevor betoniert wird. Bei Wänden wird zunächst eine Seite eingeschalt. Nachdem die Bewehrung verlegt wurde, wird auch die zweite Seite der Schalung montiert. Die Stützen werden zunächst bewehrt. Anschließend wird die Schalung gestellt.

Zur wirtschaftlichen Erhöhung der Feldweiten oder zur Reduzierung der Verformungen können Ortbetondecken vorgespannt werden. Der Planungs- und Herstellungsaufwand ist jedoch deutlich höher als bei konventionellen schlaff bewehrten Decken.

HALBFERTIG- ODER FERTIGTEILETEILE

Sowohl Wände als auch Decken können als Halbfertigteile mit Ortbetonergänzung oder Fertigteile hergestellt werden.

Abbildung 18: Doppelwand (Eigene Darstellung)

Bei den Wänden werden Doppelschalen im Fertigteilwerk hergestellt, die bereits die erforderliche Wandbewehrung beinhalten. Eine Betonschale weist eine Stärke von ca. fünf bis sechs Zentimeter auf. Der lichte Abstand der Schalen untereinander wird so gewählt, dass in Addition mit den Schalendicken die Wandstärke im Endzustand erreicht wird. Die Gitterträger gewährleisten den Abstand der Betonschalen und verbessern den Verbund zwischen Fertigteil und Ortbetonergänzung. Bevor der Kernbeton eingebracht wird, muss noch eine Fugenbewehrung oder ein Fugenband eingebaut werden.

Die Deckenelemente werden ebenfalls in einer Stärke von fünf bis sechs Zentimeter hergestellt. Die untere Bewehrungslage wird in Richtung der obligatorischen Gitterträger ab Werk eingebaut. Die Querbewehrung der unteren Lage wird üblicherweise nach dem Verlegen der Elemente aufgelegt. Zu erwähnen ist, dass ggf. durch das Auflegen der Querbewehrung auf die Platte die statische Nutzhöhe in

Nebentragrichtung reduziert wird und mehr Querbewehrung erforderlich wird.

Die Gitterträger erfüllen bei Elementdecken mehre Aufgaben. Zum einen dienen sie als Anschlagpunkt bei Montage durch den Kran. Zum anderen wirken sie als Verbundbewehrung und Abstandshalter für die obere Bewehrungslage.

Abbildung 19: Elementdecke (Eigene Darstellung)

Halbfertigteile sind seit Jahren etabliert und im Endzustand als gleichwertig zu Ortbetonbauteilen zu sehen. Auch bei der Tragwerksplanung geht man zunächst von einem Ortbetonsystem aus, wobei in einem weiteren Bearbeitungsschritt spezifische statische Nachweise in Bezug auf die Halbfertigteilbauweise erforderlich sind. Der Baufortschritt kann erheblich beschleunigt werden, indem die Betonschalen als verlorene Schalung wirken. Die Schalungsarbeiten können entfallen. Ein Deckensystem mit Durchlaufwirkung ist problemlos umsetzbar.

Abbildung 20: Spanbetonfertigteildecken5

Schlaff bewehrte Betonfertigteile werden im konventionellen Hochbau eher selten eingesetzt. Diese werden üblicherweise im Industriebau oder im Ingenieurbau verwendet. Vorgespannte Fertigdecken sind im Hochbau durchaus verbreitet. Die Vordimensionierung kann anhand einer Typenstatik durch einen Tragwerksplaner erfolgen. Im Zuge der Ausführungsplanung ist man aber immer auf einige wenige spezialisierte Fertigteilwerke angewiesen, die Spannbetonfertigdecken anbieten. Charakteristisch von Vollfertigteilen ist, dass diese in der Regel als Einfeldträger realisiert werden.

Holz

Die Holzfassadenelemente werden witterungsunabhängig in einer zweckmäßig eingerichteten Werkhalle mit genau aufeinander abgestimmten Arbeitsschritten vorgefertigt. Optimale Arbeitsbedingungen reduzieren das Risiko bauphysikalischer Schäden aufgrund eingehaltener, grundsätzlicher baulicher Maßnahmen des Holzschutzes und sichern Fertigstellungsfristen. (holzbau handbuch R01 T01 F07, S. 15, 2009)6

Die Größen der über die einzelnen Arbeitsschritte hinweg produzierten Elemente hängen dabei weniger von technischen Möglichkeiten als viel mehr von handelsüblichen Bauteilmaßen sowie Erfahrungswerten ab. Neben statischen Anforderungen dominieren Abmessungen der plattenförmigen Bekleidungen die Größe der Holzelemente und das Rastermaß des Holzrahmenbauelementes.7

Die optimale Gestaltung der Arbeitsabläufe ist abhängig von:

  • exakt geplanten Prozessabläufen,
  • hoher Maßgenauigkeit,
  • optimaler Materialnutzung und
  • hoher Arbeitsproduktivität.

Als Hilfsmittel verwenden die Holzbauunternehmen bereits ausgereifte Planung- und Steuerungselemente sowie CAD/CAM-Systemen. Die Auftragsplanung und –steuerung (APS) ist notwendig, um eine optimale Auslastung der Unternehmensbereiche zu gewährleisten. Die Produktionsplanung und –steuerung (PPS) ist von vielen Faktoren abhängig, zum einen von der industriellen Einzelfertigung und von denen der Bauindustrie.

Abbildung 21: Vorfertigung von Holzrahmenbau- bzw. Holztafelbauwänden

Neben den fertigungstechnischen Möglichkeiten grenzen Anforderungen im Bereich des Transports und der Montage die möglichen Größenabmessungen der Wandelemente ein. Während der hohe Vorfertigungsgrad einen schnelleren Montageablauf ermöglicht und die Gefahr einer Bauteil-

durchfeuchtung auf der Baustelle minimiert, ruft er gleichzeitig einen größeren Planungsaufwand hervor. Transportmittel, Hebezeuge, Anschlagmittel und Gerüststellungen sind von Seiten der Bauplanung aufeinander abzustimmen.8

Transport

Nach Produktion sowie Lagerung der vorgefertigten Holzfassadenelemente unter jeweils witterungsunabhängigen Bedingungen müssen die Holzbauteile transportsicher unter Aufrechterhaltung des Witterungsschutzes an die Baustelle gebracht werden. Die limitierenden Faktoren an die Dimensionen vorgefertigter Holzfassadenelemente stellen letztendlich die Transportmöglichkeiten bzw. Vorschriften im deutschen Straßenverkehr dar.

Nutzbare Grenzwerte während des Transports variieren je nach eingesetztem Fahrzeug. Maximal zulässige Abmessungen werden von der deutschen Straßenverkehrsordnung vorgeschrieben und hängen von Unterfahrthöhen der Brücken, Tunnel und Unterführungen sowie von allgemeinen Straßendimensionen ab. Je nach Überhöhung werden

Spezialtransporte bzw. je nach Abmessungen und Bundesland sind polizeiliche Begleitungen erforderlich.6 Straßenverkehrs-Ordnungen und Richtlinien regeln die möglichen Abmessungen sowie Achslasten bzw. das Gesamtgewicht der Transporte.

Abbildung 22.1: Maximal zulässige Abmessungen von Fahrzeug und Ladung gemäß StVO § 228
Abbildung 22.2: Maximal zulässige Einzelfahrzeuglänge gemäß StVZO § 328
Abbildung 22.3: Maximal zulässige Fahrzeugkombinationslängen gemäß StVZO § 32, Lastzug (Zugmaschine mit Anhänger) gemäß StVZO §32 Abs. 4.3.8
Abbildung 22.4: Maximal zulässige Fahrzeugkombinationslängen gemäß StVZO § 32, Lastzug (Lastkraftwagen mit Anhänger) gemäß StVZO §32 Abs. 4.4.8
Abbildung 22.5: Maximal zulässige Fahrzeugkombinationslängen gemäß StVZO § 32, Sattelzug (Sattelzugmaschine mit Sattelanhänger) unterteilt in Fall „A“ und „B“ gemäß StVZO §32 Abs. 4.1.+ 2.8

Grenzwerte an die Lasten wie beim Transport von Betonfertigbauteilen spielen für den Transport leichter Holzbausysteme eine untergeordnete Rolle. Daher stehen im Holzbau Großraumtransporte im Gegensatz zu Schwertransporten im Vordergrund.

Inwiefern ein Transport als genehmigungspflichtiger Großraumtransport eingestuft wird, regeln die Straßenverkehrs-Ordnung (StVO) sowie die Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO). Unterschieden wird zwischen Fahrzeug mit und ohne Ladung.

Als Zusammenfassung der ladungsbedingten sowie der fahrzeugbedingten Grenzwerte lässt sich je nach Fahrzeug-

kombination sagen, dass eine Mindestlänge von 12,00 m effektiv genutzt werden kann, unabhängig davon ob als Fahrzeug ein Sattelzug oder ein Lastzug zum Einsatz kommt.

Im Falle einer Fahrstrecke bis 100 km kann bei Sattelzügen die Gesamtlänge, einschließlich dem hinteren Überstand von 3 m, auf 19,50 m vergrößert werden. Bei einem Lastzug der die gemäß StVZO maximale Länge von 18,75 m ausschöpft, ist der hintere Überstand der Ladung auf 2,0 m beschränkt, da ansonsten die gemäß StVO maximal zulässige Länge für Fahrzeug und Ladung von 20,75 m überschritten wird. Demnach sind effektive Längen von 14,0 oder 15,0 m möglich.

Montage

Die wichtigsten Organisationspunkte während der Montage sind geeignete, leistungsstarke Hebemaschinen sowie ein möglichst abgestimmter Ablaufprozess zwischen Werk bis zur Befestigung der am Stahlbetontragwerk.

Elementgewicht und Elementgröße sowie die maximal benötigte Hebeentfernung bestimmen die Wahl des Auto- bzw. Standkrans. Während des Hebevorgangs sollte ein erforderliches Drehen der

Fassadenelemente in die richtige Einbauausrichtung ver-

mieden werden. Gleichzeitig ist es von Vorteil, wenn die Fassadenelemente auch während des Transports in Richtung ihres Tragsystems belastet werden, abgesehen davon, dass die für den Transport vorgeschriebenen Abmessungsgrenzwerte eingehalten werden müssen.

Abbildung 23: Ausrichtung der großflächigen Holzfassadenelemente in vertikaler und horizontaler Anordnung (Eigene Darstellung)

Insgesamt erscheint ein stehender Transport (Belastung in Tragrichtung) von horizontal ausgerichteten, vorgefertigten Elementen (Einhaltung der vorgeschriebenen Transportabmessungen), welche mit einer geeigneten Hebemaschine in der richtigen Ausrichtung direkt vom Tieflader an den vorgesehenen Ort gehoben werden (kein Drehen oder Kippen der Elemente) als geeignetste Variante.

Um eine zusätzliche Zwischenlagerung der Holzbauelemente vor Ort zu vermeiden, ist darauf zu achten, dass der

Ladeplan der vorgefertigten Elemente mit der Montagefolge auf der Baustelle übereinstimmt.

Sowohl transportierbare als auch montierbare Holzbauelemente sollten zur Vermeidung von Mehrkosten und um einen reibungslos ablaufenden Prozess zu gewährleisten Abmessungen der Größe h x b = 3,70 m x 15,00 m bzw. - unter Berücksichtigung von Ausnahmegenehmigungen für die Ladung im Einzelfall - h x b = 4,00 m x 16,00 m einhalten.

1 PERI GmbH. (o.J.). Deckenschalungen. Abgerufen am 19.06.2014 von http://www.peri.de/produkte/schalungssysteme/deckenschalungen.html.

2 Zimmerman, J. (2005). Vorlesungsskript Grundkurs Bauprozessmanagement. Technische. Universität München. Lehrstuhl Bauprozessmanagement und Immobilienentwicklung. München

4 Doka GmbH. (2013). Josef Umdasch Platz 1. 3300 Amstetten. Austria
https://direct.doka.com/_ext/downloads/downloadcenter/999764001_2016_09_online.pdf

5 KETONIA GmbH. (o.J.). Ketonia Spannbeton-Fertigdecken. Abgerufen am 16.04.2016 von http://www.ketonia.de/spannbeton-fertigdecken.html.

6 holzbau handbuch R 01 T01 F 07. (2009). Holzrahmenbau. INFORMATIONSDIENST HOLZ. Holzabsatzfonds (Hrgs.). Bonn

7 Kolb, J. (2007). Holzbau mit System: Tragkonstruktion und Schichtaufbau der Bauteile. Birkhäuser Verlag AG. Basel

8 Mette, E. (2014). Transportieren und Montieren. Holzbau - die Quadriga, 2014/03, S. 23-27. http://www.quadriga-news.de/www.quadriga-news.de/data/media/2373/23_27_special.pdf

 

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