Holz-Beton-Verbundwände

Wände können in diversen Bauarten ausgeführt
werden. Neben den klassischen massiven Bauweisen aus Beton und Mauerwerk sind auch Konstruktionen aus Holz (z.B. Holzständerbauweise,
Holzrahmenbauweise, Massivholzwände) Stand
der Technik. Eine Neuentwicklung im Bereich von
Wandkonstruktionen stellen Holz-Beton-Verbundwände dar. Sie sind Inhalt des folgenden Artikels.
Holz-Beton-Verbundwände
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. Leander Bathon
FH Wiesbaden
Ingenieur-Holzbau und Baukonstruktion
Dipl.-Ing. (TU) Dipl.-Ing. (FH)
Oliver Bletz
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
im Holzbaulabor
Holz-Beton-Verbundkonstruktionen sind in letzter
Zeit in vielfältiger Weise
zum Einsatz gekommen.
Ursprünglich für den
Geschossdeckenbau entwickelt ist die Bauweise
auch auf Brücken, Dächer
und Wände übertragen
worden. In der Regel wird
bei Holz-Beton-Verbundwänden ein Holzquerschnitt mit einer flächigen
Betonschicht zu einem Verbundquerschnitt kombiniert. Holzseitig liegt dabei
eine ausgesprochene Materialvielfalt vor. In Abhängigkeit der Planungsvorgaben kann KVH, Vollholz,
Duobalken, Triobalken,
Brettschichtholz, Brettsperrholz, Brettstapel oder
Furnierschichtholz eingesetzt werden. Als Verbindungsmittel werden z.B. aus
dem Holzbau bekannte Verbindungsmittel (Schrauben,
Bolzen, Nagelplatten oder
eingeklebte Gewindestangen) oder Spezialbauteile
aus Stahl (auf Stahlplatten
aufgeschweißte Kopfbolzendübel, Flachstahlschlösser
oder eingeklebte HBVSchubverbinder) verwendet. Aus statischer Sicht
werden Holz-Beton-Verbundwände zum einen
durch Normalkräfte aus
den höher gelegenen
Geschossen, zum anderen
auf Biegung infolge von
Windlasten beansprucht.
Die Vertikallasten werden
dabei in der Regel über den
Betonquerschnitt abgeleitet
(Auflagerung erfolgt über
den Betonquerschnitt),
während bei der Biegebeanspruchung der Verbundansatz zum Tragen kommt
und beide Teilquerschnitte
(Holz und Beton) zum
Lastabtrag herangezogen
werden.
Die Beanspruchungen,
die im Allgemeinen auf
Wände als umschließende
Bauteile eines Bauwerks
einwirken, sind vielfältig.
Neben statischen und konstruktiven Anforderungen
werden an diese Bauteile
insbesondere funktionelle
und bauphysikalische
Anforderungen gestellt. Die
funktionellen Anforderungen sind z.B.
● Schutz des Bauwerks vor
äußeren Einwirkungen
(Niederschläge, Abgase,
Staub, Wind, Lärm, Flugfeuer, Wärme oder Kälte)
● Schutz des Bauwerks vor
inneren Einwirkungen
(Lufttemperatur, Wasserdampf, Luftdruck oder
Raumschall).
Die Eigenschaften, die
Holz-Beton-Verbundwände
entsprechend aufweisen
müssen, um diesen Beanspruchungen entgegenzuwirken, lassen sich unter
den Schlagwörtern Regensperre, Wind- und Luftdichtigkeit, Wärme-, Kälteund Schallschutz, Wärme-
speicherkapazität und
Raumakustik zusammenfassen.
Fertigung und Montage
von Holz-Beton-Verbundwänden
Wandkonstruktionen in
Holz-Beton-Verbundbauweise sind in der Regel vollvorgefertigt. Sie können auf
der Baustelle schnell und
leicht verlegt werden. Für
die Herstellung von HolzBeton-Verbundwänden
bedarf es einer Zusammenarbeit zwischen Holz- und
Stahlbetonbauer, wobei beide Hersteller ihr materialspezifisches Knowhow mit
in das Produkt einbringen
können. Der Holzbauer liefert in der Regel die
gewünschten Holzquerschnitte mit bereits integrierten Verbindungsmitteln
zum Betonwerk. Dort werden die Holzquerschnitte
auf vorbereiteten Schalungstischen in den Frisch-
Abb. 1:
Modell einer Holz-BetonVerbundwand (aus [2])
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Special: Sommerlicher Wärmeschutz
Holz-Beton-Verbundwände
Special: Sommerlicher Wärmeschutz
Abb. 2:
Holzbalken mit werkseitig
eingeklebten HBV-Schubverbindern (aus [2])
Abb. 3:
Einsetzen der Holzbalken mit
eingeklebten HBV-Schubverbindern ins Frischbetonbett
(aus [1])
Abb. 4:
Holz-Beton-Verbundelement
(aus [1])
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beton eingesetzt. Nach dem
Aushärten des Betons können die vorgefertigten Elemente vom Schalungstisch
zur Lagerstelle versetzt werden. Dieser Vorgang entspricht weitestgehend dem
Ablauf bei der Herstellung
von Stahlbeton-Filigranelementen. Die HolzBeton-Verbundelemente
besitzen eine sichtbare
(belagsfertige) Oberfläche.
Aussparungen für Fenster
und Türen sind bei der
Fertigung bereits integriert.
Die Wandelemente werden anschließend auf der
Baustelle mit einem Kran in
die vorgesehenen Positionen eingehoben. Die Elemente sind dabei so ausgerichtet, dass die Betonseite
auf der Innenseite des Gebäudes liegt. Entsprechend
liegen die Holzrippen auf
der Außenseite. Nach dem
Setzen der Elemente werden auf den Holzrippen
Beplankungen aus Holzwerkstoffplatten angebracht. In die Zwischenräume zwischen den Holzrippen wird Einblasdämmung
eingefüllt. Alternativ dazu
können auch Dämmstoffplatten verwendet werden.
In diesem Fall sind jedoch
die äußeren Wandverkleidungen später anzubringen.
Der weitere Aufbau nach
Außen (Außenputz, hinterlüftete Fassade) und Innen
(Tapete, Putz, Farbanstrich)
kann nach den Wünschen
der Planer gestaltet werden.
Weitere konstruktive
Hinweise:
●
●
Durch die Möglichkeit
der direkten Auflagerung
von HBV-Decken (über
oberseitige Betonplatte)
oder Stahlbetondecken
auf den Stahlbetonquerschnitten der Holz-Beton-Verbundwände lässt
sich auf einfache Art und
Weise die geforderte
Wind- und Luftdichtigkeit der Gebäudehülle
sicherstellen.
Zur Ausbildung von
Wandscheiben sind die
einzelnen Wandelemente
miteinander zu koppeln.
Die Kopplung erfolgt in
der Regel über spezielle
Kopplungstaschen im Beton. Diese sind bei der
Fertigung im Betonwerk
mit einzuplanen.
Bauphysik
Holz-Beton-Verbundwände
weisen aufgrund der Verwendung von Stahlbeton
als Teil der Tragstruktur
eine relativ hohe Konstruktionsmasse mit einem entsprechend guten Luftschall-
Abb. 5:
Transport der Holz-Beton-Verbundwandelemente auf die
Baustelle (aus [3])
Abb. 6:
Schematischer Aufbau bei
einer Holz-Beton-Verbundwand (aus [1])
schutz auf. Weiterhin besitzt
bei Holz-Beton-Verbundwänden die schwere Stahlbetonplatte ein großes Wärmespeichervermögen. Dieses ist insbesondere unter
dem Aspekt des sommerlichen Wärmeschutzes von
Vorteil. Gebäude werden
bekanntermaßen im Sommer durch hohe Lufttemperaturen und Sonneneinstrahlung erhitzt. Gleichzeitig strahlen im Innern eines
Gebäudes Geräte und Personen Wärme ab. Der sommerliche Wärmeschutz von
Gebäuden hat sich zum Ziel
gesetzt, die Innentemperaturen im Gebäude auf
einem angenehmen Niveau
zu halten. Dazu müssen die
Wärmezufuhr durch direkte
Sonneneinstrahlung, die
Wärmeleitung durch angrenzende Bauteile (Wände, Dächer, Decken) sowie
die Wärmeabstrahlung
durch die Geräte und Personen begrenzt werden.
Unverschattete Fenster
haben dabei den größten
Einfluss auf das sommerliche Temperaturverhalten.
Für den sommerlichen
Wärmeschutz besonders
geeignet sind Betonwände
mit außenliegender Wärmedämmung. Die außenliegende Wärmedämmung reduziert hierbei den Wärmeeintrag in die Wandkonstrukti-
on. Auf der Innenseite der
Wärmedämmung liegt in
Abhängigkeit der verwendeten Dämmstoffcharakteristik (Wärmeleitfähigkeit,
Schichtdicke) eine im Vergleich zur Außentemperatur
verringerte Oberflächentemperatur vor. Die deutlich reduzierte Wärme bewirkt eine nur geringe Aufheizung der massiven Betonkonstruktion. Der
schwere Beton dient dabei
als Wärmespeicher (neben
den Betonaußenwänden
wirken im Übrigen auch
Betondecken, massive Innenwände, Estriche oder
schwere Fußbodenbeläge
aus Steinplatten oder Fliesen als Wärmespeicher).
Durch den infolge der Wärmedämmung reduzierten
Wärmeeintrag und die
Wärmespeicherung durch
die massive Betonkonstruktion bleibt die Lufttemperatur im Innern des Gebäudes
angenehm kühl. In den kälteren Nachtphasen kann
bei entsprechender Nachtlüftung die Betonkonstruktion ihrerseits wieder
abkühlen.
Ausführungsbeispiel
Seniorenanlage
„Betreutes Wohnen im
Josefspark“
In der Nähe Ulms wurde im
Frühjahr 2008 der 1. Bauabschnitt der Seniorenanlage „Betreutes Wohnen
im Josefspark“ fertig
gestellt. Das Wohnheim
wurde von den Firmen
Holzbau Gröber und dem
Investor Betonwerk Oberessendorf BEWO erbaut.
Es ist für insgesamt 12
Bewohner ausgelegt.
Erstellt wurde es in Mischbauweise, wobei dem Kellergeschoss (Bodenplatte,
Kellerwände, Kellerdecke)
aus Stahlbeton ein Teil der
aufgehenden Wand- und
Deckenkonstruktion in
Holz-Beton-Verbundbauweise folgte. Das Dachgeschoss seinerseits wurde in
Holzbauweise ausgeführt.
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E - M A I L : O F F I C E @ I S O C E L L . A T | I N T E R N E T: W W W. I S O C E L L . A T
Special: Sommerlicher Wärmeschutz
Abb. 7:
3D-Animation der Seniorenanlage (aus [3])
Abb. 10:
Abstützen der Holz-Beton-Verbundwände (Aussparungen für
Türen, Fenster, Steckdosen
und Lichtschalter integriert)
(aus [3])
Abb. 8:
Stellen der Holz-Beton-Verbundwände auf der Baustelle
mit einem Kran (aus [3])
Abb. 11:
Seniorenanlage in der Bauphase mit großteils geschlossener
Fassade (aus [3])
Abb. 9:
Aufsetzen von Holz-Beton-Verbunddecken auf Holz-BetonVerbundwände (aus [3])
Abb. 12:
Fertig gestellte Seniorenanlage
(aus [3])
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ENEV 2002 erfüllt.
Fazit
Holz-Beton-Verbundwände
erweitern die Palette an
möglichen Ausführungsvarianten für Wandkonstruktionen. Bestehend aus massiver Betonplatte sowie
starr verbundenen Holzrippen unterscheidet sich der
Aufbau von klassischen
Aufbauten dadurch, dass
sich sowohl Beton als auch
Holzrippen am Lastabtrag
beteiligen (den Holzrippen
wird somit nicht nur die
Funktion als Abstandhalter
für Dämmung und Außenschale zugeordnet). HolzBeton-Verbundwände stellen in erster Linie eine
Alternative zu Mauerwerkswänden dar (diejenigen
Kunden, die ein reines
Holzhaus wollen, stellen
aus Sicht der Autoren kein
Kundenpotenzial dar).
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besitzen einen hohen Vorfertigungsgrad, wodurch
sich ein schneller Bauablauf
ergibt. Aus bauphysikalischer Sicht überzeugen
Holz-Beton-Verbundwände
durch einen idealen Wandaufbau mit innen angeordneter massiver wärmespeichernder Betonschale und
außen liegender Wärmedämmung. Ein angenehmes
Wohnklima – insbesondere
auch bei hohen Außentemperaturen im Sommer – ist
gewährleistet.
■
Literatur & Quellen
[1] Internetseite der Firma
TiComTec GmbH, www.holzbeton-verbund.de
[2] Internetseite der Firma
Holzbau Gröber, www.groeber.de
[3] Internetseite der Firma
Betonwerk Oberessendorf,
www.bewo.de
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Special: Sommerlicher Wärmeschutz
Beton-Verbundwände
erstrecken sich jeweils über
ein Geschoss (Erd- und
Obergeschoss). Die einzelnen Wandelemente sind
vorgefertigt. Alle Aussparungen für Türen und
Fenster sowie alle Öffnungen für Steckdosen und
Elektroschalter wurden bei
der Herstellung im Betonwerk mit eingeplant. Verwendet wurden ein Beton
der Festigkeitsklasse C35/45
sowie Holzrippen aus KVH,
b/h = 6/16 cm. Auf der
Baustelle wurde auf die
Holzrippen außen eine Beplankungsebene aus 38 mm
Faserplatten aufgebracht.
Der Hohlraum wurde anschließend mit Zellulosedämmung gefüllt. Der weitere Aufbau wurde mit
einem Putz vollendet. Mit
dem gewählten Wandaufbau werden laut Investor
die Anforderungen der