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Wirkungsweise undVerbindungsmittel

Bei der Holz-Beton-Ver-bundbauweise wird einHolzquerschnitt mit einerflächigen Betonschicht zueinem Verbundquerschnittverbunden. Als Verbin-dungsmittel können ver-wendet werden:

● Aus dem Holzbau be-kannte Verbindungsmit-tel, z.B. Schrauben, Bol-zen, Nagelplatten odereingeklebte Gewinde-stangen.

● Spezialbauteile aus Stahlwie auf Stahlplatten auf-geschweißte Kopfbolzen-dübel (System Tecnaria),massive Flacheisen

Holz-Beton-Verbunddecken im Neubau –Aktueller Stand der Technik

Autoren:Prof. Dr.-Ing. Leander BathonDipl.-Ing. (TU) Dipl.-Ing. (FH)Oliver Bletz

Fachhochschule WiesbadenFachbereich Architektur undBauingenieurswesenInstitut für Baustoffe undKonstruktion

Als Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV) bezeich-net man eine Bauweise, bei der zwei räumlichgetrennte Querschnitte aus Holz und Beton überspezielle Verbindungsmittel zu einem Verbund-querschnitt verbunden werden. Die HBV-Bauweisewar in den letzten Jahren im Blickpunkt der For-schung. Mehrere Forschungs- und Entwicklungs-vorhaben wurden an diversen Forschungseinrich-tungen zu einzelnen Themenaspekten im Holz-Beton-Verbundbau abgewickelt. Gleichzeitig konn-ten in der Baupraxis zahlreiche Objekte in HBV-Bauweise ausgeführt werden. Nachdem in der Ver-gangenheit in der HOLZBAU bereits mehrfach überKonstruktionen in Holz-Beton-Verbundbauweiseberichtet wurde, wird im folgenden Beitrag deraktuelle Stand der Technik im Bereich des Neubausvon HBV-Decken beschrieben.

Z.-Nummer Verbindungssystem Verbindungsmittel

Z-9.1-331 EW-Holz-Beton-Verbundelement Nagel

Z-9.1-342 SFS Verbundschraube Verbundschraube

Z-9.1-445 Timco II Verbundschraube Verbundschraube

Brettstapel-Beton-Verbunddecke Quer zur TragrichtungZ-9.1-473 mit Flachstahlschlössern in einer Holznut

eingesetzter Vollmetallstreifen

HBV-System mit eingeklebtem Längs zur TragrichtungZ-9.1-557 HBV-Schubverbinder in eine Holznut

eingeklebter Streckmetallstreifen

Z-9.1-603 TCC Schrauben Verbundschraube

Z-9.1-648 Würth ASSY VG plus Schraube Verbundschraube

Tabelle 1: Verbindungssysteme mit allgemeiner bauaufsichtlicher Zulassung für den Neubau vonHBV-Decken.

(Flachstahlschlösser)oder eingeklebte Streck-metalle (HBV-Schubver-binder).

● Speziell für diese Anwen-dung entwickelte undzugelassene Verbund-schrauben.

● Kerven, Einschnitte oderVersätze im Holzquer-schnitt.

Aus statischer Sicht be -wirkt der Verbund der bei-den Teilquerschnitte Holzund Beton eine Aufteilungder äußeren Beanspruchun-gen auf beide Querschnitte.Bei biege beanspruchtenBauteilen übernehmen inder Regel die Holzquer-schnitte die auftretendenZugspannungen, währendder Beton in der Druckzoneangeordnet ist. Die zwi-schen den Teilquerschnittenangeordneten Verbindungs-mittel stellen zum einen dieVerbindung der Teilquer-schnitte her, zum anderenübertragen sie die auftreten-den Schubkräfte zwischenHolz und Beton.

Die Systemkennwerte fürdie Schubtragfähigkeit undden Verschiebungsmodulvon Verbindungssystemenmüssen im Vorfeld durchVersuche ermittelt werden.Beide Kennwerte sind erfor-derlich für die Durch-

führung von statischen Be -rechnungen. Bei Verbin-dungssystemen mit vorlie-gender allgemeiner bauauf-sichtlicher Zulassung sinddiese Systemkennwerte imRahmen von Zulassungsver-suchen bereits ermitteltworden und in den Zulas-sungen genannt. Weiterhinwerden in den bauaufsichtli-chen Zulassungen die An-wendbarkeiten der einzel-nen Verbindungssysteme ge-regelt (z.B. Bauteile, Holzar-ten, Betongüten, etc). InDeutschland wurden für 7Verbindungssysteme imHolz-Beton-Verbundbau all-gemeine bauaufsichtlicheZulassungen für die An -wendung im Bereich desNeubaus von Geschoss -decken ausgestellt. EineAufstellung der Verbin-dungssys teme zeigt Tab. 1.

Folgende konstruktiveHinweise zu Holz-Beton-Verbunddecken gelten imAllgemeinen:

● Sofern keine Kerven oderVersätze als Verbindungs-mittel verwendet werden,wird betonseitig der ausdem Holz herausragendeTeil der eingesetzten Ver-bindungsmittel im gegos-senen Frischbeton veran-kert.

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● Ein Beton, der mindes -tens der Druckfestigkeits-klasse C20/25 entspricht,darf eingesetzt werden.

● Eine risseverteilendeMattenbewehrung sowieggf. zusätzliche Beweh-rungsquerschnitte (zurAufnahme von Zugspan-nungen) werden in derBetonplatte angeordnet.

● Die Dicke des Beton-querschnitts beträgt inAbhängigkeit der äuße-ren Randbedingungen(Lasten, Stützweite,Schallschutzanforderun-gen, Deckensteifigkeit,Schwingungsverhalten)in der Regel zwischen6 cm und 20 cm.

● Zwischen Holz und Be-ton wird zum Schutz desHolzes in der Regel einFeuchtigkeitsschutz (z.B.Folie, Pappe, Imprägnie-rung, Papier) angeordnet.Auf eine ausreichendeÜberlappung und Verbin-dung (z.B. Kleben,Schwei ßen) der einzelnenBahnen ist zu achten.

● Während des Betonie-rens ist die HBV-Kon-struktion zu unterstützen,um zusätzliche Verfor-mungen zu vermeiden.

● Die Auflagerung vonHBV-Decken erfolgt inder Regel über den Holz-

querschnitt. Es bestehtjedoch auch die Möglich-keit, die Auflagerungüber die Betonplatte vor-zunehmen. Hierbei müs-sen in die Holzquer-schnitte im Auflagerbe-reich zusätzliche Verbin-dungsmittel eingebrachtwerden, mit denen die imHolzquerschnitt vorlie-genden Kräfte in dieBetonplatte hochgehängtwerden.

Holz-Beton-Verbund-bauforschungForschungserkenntnisse imBereich des Holz-Beton-Verbundbaus (Anwendung:Geschossdeckenneubau)liegen insbesondere aus denin Tabelle 2 dargestelltenGebieten vor. Wie deutlichwird, sind mit der Zeit viel-fältige Aspekte im Bereichder Holz-Beton-Verbund-bauforschung thematisiertworden. In der Summeführten diese Forschungs -tätigkeiten zu einem Wis-sensstand, der es heutemöglich macht, technischund wirtschaftlich optimier-te Holz-Beton-Verbund -konstruktionen in der Bau-praxis einzusetzen.

Vorteile und Aus-führungsvariantenvon HBV-DeckenDeckenneubaukonstruktio-nen in Holz-Beton-Ver-bundbauweise haben sich inden letzten Jahren stetigweiterentwickelt. Hierbeikönnen drei wesentliche

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Abb. 1:Unteransicht einer HBV-Decke,die über die oberseitige Beton-platte aufgelagert wurde.Foto: Holzbau Gröber [2]

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● Vorgefertigte Holzele-mente in Verbindung mitim Werk aufgebrachterOrtbetonschicht.

● Vorgefertigte Holzele-mente in Verbindungmit vorgefertigten Stahl -beton elementen.

In der Baupraxis bestätig-te sich, dass Deckenkon-struktionen in Holz-Beton-Verbundbauweise über zahl-reiche Vorteile gegenüberherkömmlichen Konstruk-tionen in Holz- oder Stahl-betonbauweise verfügen.Die in Tabelle 3 dargestell-ten technischen, bauphysi-kalischen und baubetrieb -lichen Eigenschaften sind(in Abhängigkeit des jeweilseingesetzten Verbindungs -sys tems) erzielbar.

Infolge der Anforderun-gen in der Baupraxis wur-den mit der Zeit einigeStandardlösungen fürDeckensysteme in Holz-Beton-Verbundbauweiseentwickelt. Neben Balken-konstruktionen kommenauch Plattentragwerke inForm von flachliegendenHolzelementen sowie Son-derquerschnitte wie z.B.Kastenträger oder Verbund-bauteile aus Brettschicht-holz zum Einsatz. Im Fol-genden werden exempla-risch Anwendungsbeispielefür heutige Deckenneubau-ten in Holz-Beton-Verbund-bauweise vorgestellt, wobeisowohl auf die klassischenAusführungsvarianten alsauch auf neuere Entwick-lungen wie die HBF-Deckeund die HBV-TT-Deckeeingegangen wird.

HBV-BalkendeckeDie HBV-Balkendecke isteine Deckenkonstruktion,bei der unterseitig eine klas-sische sichtbare Holzbalken-decke vorliegt. Die obersei-tig in den Holzbalken einge-brachten Verbindungsmittelsowie die Betonplatte blei-ben von der Unterseite herverdeckt. Diese Deckenvari-ante eignet sich gut fürSpannweiten bis ca. 10 m.

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Forschungsthema Beschreibung

Entwicklung vonBestimmung der Tragfähigkeit und Steifigkeit. Ermittlung

Verbindungsmittelnund Bewertung weiterer Parameter, wie z.B. Wirtschaftlichkeit,

Handhabung, Herstellaufwand oder Vorfertigung.

Herleitung von Mehrere Verfahren haben sich bewährt, z.B. γ-Verfahren

Berechnungs- und nach DIN 1052:2008-12, analytische Lösung über Differential-

Modellierungs-gleichungen, Differenzenverfahren, Schubanalogie nach

ansätzen DIN 1052:2008-12, Stabwerksmodellierung,numerische Modellierung (FEM).

Verwendung von Betonen mit besonderen Eigenschaften

Verwendung oder Charakteristik, z.B. Stahlfaserbeton, Leichtbeton, ultrahoch-

hochwertiger fester oder selbstverdichtender Beton. Untersuchung spezieller

Baustoffe Deckschichten, z.B. Calciumsulfatestrich oder Polymerbeton.Holzseitig wurden vielfältige Baustoffe getestet, z.B. KVH, Brett-

schichtholz, Brettstapel, Brettsperrholz oder Kerto.

Langzeittrag- Untersuchung des unterschiedlichen Kriech- und Schwind-verhalten verhaltens von Holz und Beton unter einer Dauerbeanspruchung.

Untersuchungen zum Brandverhalten, zum Schallschutz,zum Wärmeschutz, zur Dampfdiffusion sowie zum Schwingungs-

Bauphysikalische verhalten. Zudem existieren Ergebnisse über den experimentellEigenschaften ermittelten Verlauf der Ausgleichsfeuchte innerhalb des

Holzquerschnitts bei Holz-Beton-Verbundkonstruktionen ohneFeuchtigkeitsschutz zwischen den Teilquerschnitten.

Tabelle 2: Forschungsthemen im Bereich des Holz-Beton-Verbundbaus.

Parameter Vorteil/Eigenschaft

Hohe Tragfähigkeit der Decke. Geringe Deckenverformungen infolge hoherBiegesteifigkeit bei vergleichsweise geringer Eigenlast. Hohe Systemsteifigkeit

und -festigkeit durch in die Deckenkonstruktion integrierten Beton. Aus-steifende Wirkung durch Betonplatte (Scheibenwirkung). Optimales Ausnut-

Statik zen der spezifischen Werkstoffeigenschaften (Holz: Zugkräfte, Beton: Druck-kräfte, Verbindungsmittel: Scherkräfte). Vielseitigkeit bei statischen

Systemansätzen (Einfeldsysteme, Mehrfeldsysteme, Kragarmsysteme).Freie Raumgestaltung durch freie Deckenspannweiten bis 15 m und mehr.

Sicherheit im Bruchzustand durch duktile Verbindungsmittel zwischenHolz und Beton.

Geringe Schwingungsanfälligkeit infolge hoher Biegesteifigkeit bei ver-

Bauphysik gleichsweise geringer Eigenlast. Guter Brandschutz durch nicht brennbarenBeton. Gute Rauchdichtigkeit durch dichte Betonplatte. Guter Luftschall-

schutz durch zusätzliche Masse des Betons. Guter Trittschallschutz.

Wirtschaftlichere Systemansätze im Vergleich zu Deckensystemen aus Stahl-beton oder reinen Holzdecken bei vergleichbarem Ausführungsniveau

Sonstige (fertige Unteransicht). Schneller Bauablauf, da Ausführungsvarianten mitsehr hohem Vorfertigungsgrad der Deckenelemente existieren. Geringeres

Eigengewicht von Holz-Beton-Verbunddecken im Vergleich zu massiven Stahl-betondecken. Deckenansichten mit natürlicher Ästhetik und Gestaltungs-

vielfalt des nachwachsenden Rohstoffs Holz.

Tabelle 3: Eigenschaften von Neubaudecken in Holz-Beton-Verbundbauweise.

Evolutionsschritte ausge-macht werden. Mit jedemEvolutionsschritt steigt derVorfertigungsgrad derDeckenkonstruktion an:

● Vorgefertigte Holzele-mente in Verbindung mitauf der Baustelle aufge-brachter Ortbeton-schicht.

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Abb. 2:Holz-Beton-Verbundecke imNeubau – Unteransicht einerHBV-Balkendecke mit sicht -

barer Bretterverschalung zwi-schen den Brettschichtholz-balken.Foto: Ticomtec [4]

Abb. 3:HBV-TT-Deckenkonstruktionbestehend aus in der Zugzoneangeordnetem Brettschicht-holzträger mit zur Schubüber-tragung eingeklebten HBV-Schubverbindern sowie in der

Abb. 4:HBV-Rippedecke bestehendaus Holzbalken und oben lie-gender schubfest verbundener,konstruktiv bewehrter Beton-platte. Als Verbindungsmittel

werden häufig in den Holzquer-schnitt eingeklebte HBV-Schub-verbinder gemäß allgemeinerbauaufsichtlicher ZulassungZ-9.1-557 verwendet.Foto: FH Wiesbaden

Druckzone liegendem Beton(seitlich auf den Träger aufge-setzte Filigranelemente mitzusätzlicher Mattenbewehrungund oberseitigem Aufbeton).Foto: Holzbau Gröber [2]

HBV-TT-DeckeEine Ausführungsvariante,die einen besonders hohenVorfertigungsgrad aufweist,stellt das von der FirmaHolzbau Gröber GmbH [2]entwickelte HBV-TT-Deckensystem dar. DiesesDeckensystem ist eine Vari-ante der HBV-Balkendecke,wobei die sichtbaren Holz-verschalungen durch Fili-grandeckenelemente ausStahlbeton ersetzt werden.Bei der HBV-TT-Deckewerden im Holzleimbau-werk Brettschichtholzträgermit eingeklebten HBV-Schubverbindern vorgefer-tigt und auf die Baustellegeliefert. Nachdem sie dortin die gewünschten Positio-nen eingehoben wordensind, werden industriell her-gestellte Stahlbetonfertig-teile (Filigrandecken) zwi-schen die einzelnen BSH-Träger (quer zur Spannrich-tung der Hauptträger) auf-gelegt. Die Filigranelementesind hierbei kostengünstigund schnell produzierbar.Mit einem Baukran lassensie sich einfach und mühe-los verlegen. Auf der Bau-stelle muss nur noch eineStahlbewehrung verlegtsowie die Ortbetonschichtaufgebracht werden. DerVorteil dieses Konstruk -tionsansatzes liegt darin,dass sowohl Holzbauer alsauch Betonbauer ihr werk-stoffspezifisches Know howmit in das Produkt Holz-Beton-Verbunddecke ein-bringen können. Somit sindsowohl Holzproduzent alsauch Betonhersteller an derWertschöpfung der Deckebeteiligt.

HBV-RippendeckeDie HBV-Rippendeckebesteht aus einer oben lie-genden Betonplatte sowieunten liegenden, im Rasterangeordneten Holzbalken.Die Deckenelemente wer-den im Werk (Holzbau-werk, Betonwerk) komplettvorgefertigt und lassen sichauf der Baustelle schnellund leicht verlegen. Die

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Holzelementen mit einerschubfest verbundenenoberseitigen Betonplatte.Als Holzelemente kann inAbhängigkeit des Herstel-lers Brettschichtholz, Brett-stapel, Brettsperrholz oderFurnierschichtholz einge-setzt werden. Die i.d.R. imHolzwerk vorgefertigtenHolzelemente lassen sichauf der Baustelle schnellverlegen. Die Deckenvari-ante eignet sich gut fürSpannweiten bis ca. 10 m.

HBF-DeckeBei der HBF-Decke handeltes sich um eine Ausfüh-rungsvariante einer Holz-Beton-Verbunddecke, dieüber herausragende Schall-schutzeigenschaften ver-fügt. Wie durch Schall-schutzversuche am IFTRosenheim gezeigt werdenkonnte, besitzt die HBF-Decke hervorragendeEigenschaften hinsichtlichdes Trittschallschutzes(Messwerte Ln,w bis 33 dB),des Luftschallschutzes(Messwerte Rw bis 80 dB)sowie beim Spektrumsan-passungswert für Tieftöne(Ci,50-2500 = 6 dB). Bezüglichdes Aufbaus besteht dieBesonderheit der HBF-Decke darin, dass spezielleBetonfertigteile als Druck-gurte eingesetzt werden.Diese Betongute werden andefinierten Positionen aufdas Holzzugband aufgesetztund über HBV-Schubver-binder schubfest mit diesemverbunden (durch das Aus-gießen von Vergusstaschen,in die die HBV-Schubver-binder hineinragen). Durchdiese Vorgehensweise (Nut-zen von Betonfertigteilen)wird der Feuchtigkeitsein-trag in die Holzkonstrukti-on auf ein Minimum (nurinfolge Vergussbeton) redu-ziert. Weiterhin besteht dieMöglichkeit, die Hohlräu-me unter den Betonfertig-teilen mit einer Schüttungzu füllen. Hierin liegt derHauptgrund für die heraus-ragenden Schallschutzei-genschaften der HBF-

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Abb. 5:HBV-Kastendecke.Foto: ERNE [1]

Abb. 6:HBV-Akustikdecke.Foto: Lignotrend [3]

Abb. 7:Holz-Beton-Verbundecke imNeubau – Unteransicht einerFlachdecke aus flachliegendenBrettschichtholzelementen.Unterstützung der Deckewährend des Betoniervor-gangs.Foto: Bletz

Betonoberseite der Rippen-decke ist belagsfertig. Aufein Glätten oder Nachbear-beiten der Oberfläche ineinem zusätzlichen Arbeits-gang kann verzichtet wer-den. Nach dem Verlegender einzelnen Deckenele-mente müssen diese zumErzielen der gewünschtenScheibenwirkung miteinan-der gekoppelt werden. Diesgeschieht in der Regel überdas Ausbetonieren von spe-ziellen Vergusstaschen. Die

HBV-Rippendecke kannmit einer federnd abge-hängten Unterdecke inTrockenbauweise geschlos-sen werden, um Vorteilehinsichtlich des Schall-schutzes (entkoppelte Ebe-ne) zu nutzen.

HBV-KastendeckeAls Lösung für großeSpannweiten wurde dieHBV- Kastendecke ent-wickelt. Diese Decken va -riante besteht aus in Ras -tern angeordneten Holzrip-pen, an die an der Untersei-te ein statisch wirksamesZugband angebracht ist(i.d.R. über eine Klebever-bindung). Oberseitig liegtauf den Holzrippen eineHolzwerkstoffplatte auf,wodurch das Kastenelementkreiert wird. Über die ober-seitig in die Holzrippen ein-gesetzten Verbindungsmittelwird der Kraftfluss zwischenHolzrippen und oberseitigerBetonschicht hergestellt.Die Hohlräume der Kasten-decke können durch denEinsatz spezieller Materiali-en oder Baustoffe (z.B.Wärmedämmung) zur Ver-besserung definierter bau-physikalischer Eigenschaf-ten genutzt werden.

HBV-AkustikdeckeAls Sonderausführung derHBV-Kastendecke kann dieHBV-Akustikdecke angese-hen werden. Hierbei wirddas Zugband der HBV-Kastendecke durch ein spe-zielles bauteilintegriertesAkustikelement ersetzt.Die ses ist in mehreren Aus-führungsvarianten erhält-lich. Die Ausführungsva ri -anten unterscheiden sichhinsichtlich der Holzartund der Fugenbreite (4 mm,8 mm, 20 mm). Die wesent-lichen Vorteile der HBV-Akustikdecke liegen in derdeutlich verbessertenRaum akustik sowie derattraktiven Deckenansicht.

HBV-PlattendeckeDie HBV-Plattendeckebesteht aus flach liegenden

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Decke. In die Hohlräumekönnen zudem Rohr- undInstallationsleitungen ver-legt werden.

FazitHolz-Beton-Verbundkon-struktionen gehören nachlangjährigen Forschungs-und Entwicklungstätigkei-ten zum Stand der Technik.Die Bauweise hat sich beimNeubau von Geschoss -decken etabliert. Holz-Beton-Verbunddecken ver-fügen aus statischer, kon-struktiver, bauphysikalischerund wirtschaftlicher Sichtüber zahlreiche positiveEigenschaften. Drei wesent-liche Evolutionsschritte

können im Bereich desHolz-Beton-Verbund-deckenneubaus ausgemachtwerden, wobei mit jedemEvolutionsschritt der Vor-fertigungsgrad der Deckeansteigt. Neben den klassi-schen Ausführungsvarian-ten (HBV-Balkendecke,HBV-Rippendecke, HBV-Kastendecke, HBV-Platten-decke) existieren seit Kur -zem mit der HBF-Deckeund der HBV-TT-Deckezwei neuartige HBV-Deckenkonstruktionen. DieMöglichkeiten, die dieHBV-Bauweise im Bereichdes Deckenneubaus bietet,sind dadurch weiter ange-wachsen. ■

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Abb. 8:HBF-Decke bestehend ausunterseitigem Holzzugband,vorgefertigten Stahlbetonele-menten und oberseitigemDeckenaufbau. In die Hohlräu-

Abb. 9:HBF-Decke während einesTraglastversuchs an der MPAWiesbaden.Foto: Bletz

Abb. 10:Ausgeführtes Bauvorhaben miteiner HBF-Decke.Foto: Bathon

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me der Decke wird eine Fül-lung eingestreut. Weiterhinkönnen Rohr- und Installati-onsleitungen in den Hohlräu-men verlegt werden.Zeichnung: Lignotrend [3]

Literatur & Quellen[1] Fa. Erne AG, Werkstraße 3,

CH-5080 Laufenburg,www.erne.net

[2] Fa. Holzbau Gröber GmbH,Biberacher Straße 19,D-88436 Eberhardzell-Füramoos,www.gröber.de

[3] Fa. Lignotrend ProduktionsGmbH, Landstraße 25,D-79809 Weilheim-Bannholz,www.lignotrend.de

[4] Fa. Ticomtec GmbH,Goethestraße 60,D-63808 Haibach,www.ticomtec.de