Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau, 2. Auflage PDF
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Satzsspiegel INFO - druckt nicht! Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau 2. Auflage BiP 2. Auflage Satzsspiegel INFO - druckt nicht! Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau Hubert Bachmann, Alfred Steinle, Volker Hahn Satzsspiegel INFO - druckt nicht! Dr.-Ing. Hubert Bachmann Ed. Züblin Technisches Büro Konstruktiver Ingenieurbau (TBK) Albstadtweg 3 70567 Stuttgart Dr.-Ing. Alfred Steinle Alte Weinsteige 92 70597 Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Volker Hahn († 01.05.2009) Titelbild: Treppenturm Züblin-Haus, Stuttgart Foto: Ed. Züblin AG, Stuttgart Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. ISBN: 978-3-433-01850-7 2. aktualisierte Auflage © 2010 Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Berlin Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgend- einer Form – durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungs- maschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprint, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kenn- zeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. Umschlaggestaltung: eiche.eckert° | Werbeagentur, Kappelrodeck Druck und Bindung:Scheel Print-Medien GmbH, Waiblingen-Hohenacker Printed in Germany Vorwort DasBauenmitBetonfertigteilenistsoaltwiedasBauenmitBetonselbst.Allerdingshat sichdieseBauweiseerstinderzweitenHa¨lftedesletztenJahrhundertszueinerindustria- lisiertenBauweiseentwickelt.DazuhatinsbesonderedieEntwicklungvonschwerenHe- bezeugen,derEinsatzvonmechanisiertenStahlschalungenundinju¨ngsterZeitdieAuto- matisierungderHerstellungspeziellvonDeckenelementenbeigetragen. DieseAbhandlungu¨berdenBetonfertigteilbauerschienzumerstenMalimBetonkalender 1988unterdenVerfassernSteinle/HahnundwurdedortimJahre1995fortgeschrieben.Sie erschien dann 1998 in Buchform in der Reihe Bauingenieur-Praxis des Verlages Ernst & Sohn.ImBetonkalender2009erschiendannderBeitragunterdenVerfassernBachmann/ Steinle/HahnunderscheintnunindiesemBuchinzweiteraktualisierterAuflage. Nunhatsichindenvergangenen10JahrenimNormenbereicheinigesvera¨ndert.Soer- schien insbesondere nach langer Vorarbeit die neue DIN 1045, Tragwerke aus Beton, StahlbetonundSpannbeton. Sie ist seit September 2002 in der Bundesrepublik Deutschland bauaufsichtlich einge- fu¨hrt und gilt nach einer (cid:1)bergangsfrist seit 1.1.2005 ausschließlich. Sie wurde auf der Grundlagedereuropa¨ischenNormDINEN1992-1,PlanungvonStahlbetonundSpann- betonbauwerken(fru¨herEurocode2genannt),erarbeitetundstelltsomitdieUmsetzung diesereuropa¨ischenNormineinenationaleNormdar. Daru¨berhinauszeichnetsicheingrundsa¨tzlicherWandelbeiderBemessungvonBeton- fertigteilenab. Im Zusammenhang mit der Schaffung des Europa¨ischen Binnenmarktes entstand die Bauproduktenrichtlinie, die seit 1992 in Deutschland als Bauproduktengesetz in Kraft istundzwischenzeitlichindiedaraufhinnovelliertenLa¨nderbauordnungeneingeflossen ist.Dieserfordertfu¨rdieverschiedenenBetonfertigteilproduktespezielleeuropa¨ischhar- monisierte Produktnormen, um alle Fertigteile letztendlich mit dem CE-Zeichen verse- hengrenzu¨berschreitendeinbauenzuko¨nnen. Beim modernen Bauenmit industrialisiertenFertigungsmethoden, wozu das Bauen mit im Werk vorgefertigten Teilen geho¨rt, wird der Entwurf der einzelnen Elemente und auchdasgesamteBauwerkmaßgeblichdurchdieFertigungbeeinflusst.SeitensderHer- stellungsmethoden ist ein versta¨rkter Trend zu mechanisierter und automatisierter Her- stellungfestzustellen. DieEntwicklungvonhochleistungsfa¨higenBetonenbietetdieChance,dieseinsbesondere imFertigteilbau anzuwenden, da imWerk hervorragendeVoraussetzungenfu¨rderen An- wendung vorliegen. So entstehen bereits erste Fertigteile aus ultrahochfestem Beton fu¨r denBru¨ckenbauunddenEinsatzbeiFassaden.NebenderindustriellenFertigungkommen hier zunehmend Einzelstu¨cke zum Einsatz, welche die ausgezeichneten Fertigungsmo¨g- lichkeiten nutzen um hohe Qualita¨tsanspru¨che zu realisieren. Diese Tendenzen werden sichmitderweiterenEntwicklungdesWerkstoffsBetonnochversta¨rktfortsetzen. BauenmitBetonfertigteilenimHochbau.H.Bachmann,A.Steinle,V.Hahn Copyrightc2010Ernst&Sohn,Berlin ISBN:978-3-433-01850-7 VI Vorwort Es ist das Anliegen der Verfasser, dem planenden Ingenieur und dem entwerfenden Architekten,einerseitsdieRandbedingungenundandererseitsdieMo¨glichkeitenaufzu- zeigen, die sich durch die Vorfertigung im Werk ergeben, und somit Hilfestellung zur WeiterentwicklungdesBetonfertigteilbauszuliefern. Stuttgart,imNovember2009 V.Hahn A.Steinle H.Bachmann Ed.Zu¨blinAG Vorbemerkung Der erste Abschnitt beinhaltet Allgemeines zum Fertigteilbau, zurgeschichtlichen Ent- wicklungundzumStanddereuropa¨ischenNormung.ImzweitenAbschnittwerdender EntwurfdesTragwerksvonFertigteilbautenundderEntwurfderBetonfertigteilelemente behandelt. Abschnitt 3 behandelt die Verbindungen. Abschließend wird im Abschnitt 4 auf die Fertigung selbst eingegangen, um dadurch beim Leser das Versta¨ndnis fu¨r die BauweiseunterBeru¨cksichtigungderHerstellungzuerweitern. DasThemawirdausderSichtderdeutschenBauindustriebetrachtet.ImHinblickaufden ku¨nftigengemeinsameneuropa¨ischenMarktundaufdieTa¨tigkeitdeutscherFirmenim Auslandwirdversucht,denStanddesBetonfertigteilbausauchinanderenLa¨nderninge- wissemUmfangmitzuberu¨cksichtigen. DieVerfasserbeschra¨nkensichdabeivorallemaufdenallgemeinenHochbau.Esseiaber nichtunerwa¨hntgelassen,dasssichderBetonfertigteilbaubetra¨chtlicheMarktanteilein vielen anderen Bereichen des Bauens durch Entwicklung von wirtschaftlichen Sonder- lo¨sungenerobernkonnte.AlsBeispielseienfolgendeGebietegenannt: x Bru¨ckenbau; x Tunnelbau(Tu¨bbinge); x Rohre,Rohrbru¨cken,Tu¨rme,Maste,Pfa¨hle; x Einfamilienha¨user; x Fertigteilkeller,Stu¨tzmauern; x Raumzellen,Fertigteilgaragen; x La¨rmschutzwa¨ndeund-wa¨lle; x Eisenbahnschwellen,FesteFahrbahnen,Spurbus-Fahrwege; x LandwirtschaftlicheBauten; x Ku¨hlturmrieselwerkeusw. Zu diesen Fachgebieten muss auf die entsprechende Spezialliteratur verwiesen werden. Auch sei hier nur u¨ber konstruktive oder architektonische Fertigteile des Hochbaus be- richtet und nicht u¨ber „Betonwaren“, d.h. kleinformatige und in Großserien auf Lager produzierbareundu¨berdenHandelabsetzbareTeilewieKanalrohre,Pflastersteineu.(cid:1). DasLiteraturverzeichnisistgegenu¨berderletztenFassungerweitertworden.DieLitera- turstellen wurden i.W. beibehalten, da sie Lo¨sungsansa¨tze grundlegender Problemstel- lungenenthalten,dieauchheutenochgu¨ltigsind. Bezu¨glicha¨ltererLiteraturwirdaufdiefru¨herenBeitra¨gezumThemaBetonfertigteilbau im Beton-Kalender [1–3] verwiesen. Ebenso wird auf die Erfassung der allgemeinen Literatur des Stahlbetonbaus verzichtet und auf die entsprechenden Beitra¨ge im Beton- Kalender verwiesen, sofern es sich nicht um Arbeiten handelt, die spezielle Probleme desFertigteilbausmitberu¨hren.Fu¨reinenumfassenden(cid:2)berblicku¨berdasThemaemp- fehlen sich neben den mehrba¨ndigen Werken u¨ber den Fertigteilbau von Konczaus den 1960er-Jahren [4] auch die Broschu¨ren der Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteil- baue.V.[5–8].DasBeton-undFertigteil-Jahrbuch[9],dasja¨hrlicherscheint,behandelt BauenmitBetonfertigteilenimHochbau.H.Bachmann,A.Steinle,V.Hahn Copyrightc2010Ernst&Sohn,Berlin ISBN:978-3-433-01850-7 2 Vorbemerkung neben den kleinformatigen Betonwaren auch laufend unterschiedliche Kapitel aus dem Bereich des konstruktiven Fertigteilbaus und der Fertigteilarchitektur. (cid:2)ber„Betonwa- ren“wirdumfassendin[12]berichtet.Einigegrundsa¨tzlichebzw.allgemeineGedanken u¨berdasindustrielleBauenmitBetonfertigteilenfindensichin[10,11].AusdenVorle- sungsmanuskripten einiger Hochschulprofessoren entstanden die Bu¨cher [13–16]. Die imZusammenhangmitdiesemThemazuberu¨cksichtigendenwichtigstenDIN-Normen mitdendiesemBeitragzugrundeliegendenAusgabensindhiervorabzusammengefasst. Ebenso werden anschließend die fu¨r den Fertigteilbau relevanten Richtlinien des Deut- schen Ausschusses fu¨r Stahlbeton und die Merkbla¨tter des Deutschen Beton-Vereins undderFachvereinigungDeutscherBetonfertigteilbauzusammengestellt.AufdenStand unddieEntwicklungdesEuropa¨ischenNormenwerkeswirdinAbschnitt1.3na¨hereinge- gangen. Daru¨ber hinausgehende Richtlinien oder Merkbla¨tter sind unter den einzelnen Literaturangabenzufinden. Normen,Merkbla¨tterundRichtlinien Tabelle1 Fu¨rdenBetonfertigteilbaurelevanteDIN-NormendesNA005(NABau) DIN Ausgabejahr Teile/Titel 488 2009 Teil1bis7Betonstahl 1045 2008 Teil1bis4Beton-undStahlbetonbau 1048 1991 Teil1bis5Pru¨fverfahrenfu¨rBeton 1055 2002–2007 Teil1bis10,100EinwirkungenaufTragwerke 1164 2003–2005 Teil10bis12ZementmitbesonderenEigenschafen ENISO17660 2006–2007 Teil1bis2SchweißenvonBetonstahl(Berichtigungen) 4102 1977–2004 Teil1bis4und22BrandverhaltenvonBaustoffenundBauteilen 4108 1981–2009 Teil1bis10Wa¨rmeschutzundEnergieeinsparunginGeba¨uden 4109 2003–2006 Teil1und11SchallschutzimHochbau 4141 1984–2008 Teil1bis3und13LagerimBauwesen EN1337 2005 Teil3LagerimBauwesen,Elastomerlager 4149 2005 BauenindeutschenErdbebengebieten 4212 1986 KranbahnenausStahlbetonundSpannbeton 4213 2003 VorgefertigtebewehrteBauteileaushaufwerksporigemLeichtbeton 4223 2003 Teil1–5VorgefertigtebewehrteBauteileausdampfgeha¨rtetem Porenbeton 2008 Teil100bis103(Entwurf) 4226 2002 Teil100RecyclierteGesteinsko¨rnungenfu¨rBeton ENISO9606 1999–2005 Teil2bis5Pru¨fungvonStahlschweißern EN10088 2005–2009 Teil1bis5NichtrostendeSta¨hle 18057 2005 Betonfenster,Betonrahmenfenster 18065 2000 Geba¨udetreppen 18162 2000 WandbauplattenausLeichtbeton(unbewehrt) 18200 2000 U¨bereinstimmungsnachweisfu¨rBauprodukte–werkseigene Produktions-Kontrolle,Fremdu¨berwachungundZertifizierungvon Produkten 18202 2005 ToleranzenimHochbau Vorbemerkung 3 DIN Ausgabejahr Teile/Titel 18203 1997 Teil1ToleranzenimHochbau;VorgefertigteTeileausBeton, StahlbetonundSpannbeton 18230 1998–2002 Teil1bis3BaulicherBrandschutzimIndustriebau 18500 2006 Betonwerkstein(Vornorm) 18515 1993–1998 Teil1bis2Außenwandbekleidungen 18516 1990–2009 Teil1und3bis5Außenwandbekleidungenhinterlu¨ftet 18540 2006 AbdichtenvonAußenwandfugenimHochbaumitFugendichtstoffen 18542 2009 AbdichtenvonAußenwandfugenmitimpra¨gnierten Fugen-Dichtungsba¨ndernausSchaumkunststoff 18800 2008 Teil1bis4Stahlbauten 18801 1983 Stahlhochbau Tabelle2 DBV-Merkbla¨tterbzw.Sachstandsberichte (DeutscherBeton-undBautechnik-VereinE.V.,Berlin) Ausgabejahr Titel Bautechnik 2005 Parkha¨userundTiefgaragen 2006 SchnittstellenRohbau/TechnischeGeba¨udeausru¨stung–2Teile 2006 BegrenzungderRissbildungimStahlbetonundSpannbetonbau 2002 BetondeckungundBewehrung Betontechnik 2001 Stahlfaserbeton 2002 HochfesterBeton 2004 SelbstverdichtenderBeton 2004 Betonoberfla¨che–Betonrandzone 1996 NichtgeschalteBetonoberfla¨che 2007 BesondereVerfahrenzurPru¨fungvonFrischbeton Bauausfu¨hrung 2004 Sichtbeton 2004 BetonierbarkeitvonBauteilenausBetonundStahlbeton 2006 BetonschalungenundAusschalfristen Bauprodukte 2002 Abstandhalter 2008 Ru¨ckbiegenvonBetonstahlundAnforderungenanVerwahrka¨sten 1996 FugendichtungenimHochbau 1997 Trennmittelfu¨rBeton–TeilA:HinweisezurAuswahlundAnwendung 1999 Trennmittelfu¨rBeton–TeilB:Pru¨fungen BauenimBestand 2008 Leitfaden 2008 Brandschutz 2008 BetonundBetonstahl 4 Vorbemerkung Tabelle3 FDB-Merkbla¨tter(FachvereinigungDeutscherBetonfertigteilbaue.V.,Bonn) Nr. Ausgabejahr Titel 1 2005 Sichtbetonfla¨chenvonFertigteilenausBetonundStahlbeton 2 2005 Korrosionsschutzvonnichtzuga¨nglichensta¨hlernenVerbindungs- elementen(Einbauteile)vonBetonfertigteilen 3 2007 PlanungvorgefertigterBetonfassaden 4 2006 BefestigungstechnikvorgefertigterBetonfassaden 5 2005 Planungs-undZeichnungsfehler 6 2006 PassungsberechnungenundToleranzenvonEinbauteilenund Verbindungsmitteln 7 2008 MerkblattBrandschutzanforderungenvonBetonfertigteilen Tabelle4 DAfStb-Richtlinien(DeutscherAusschussfu¨rStahlbeton,Berlin) Ausgabejahr Titel 1989 Wa¨rmebehandlungvonBeton 1995 HerstellungvonBetonunterVerwendungvonRestwasser,RestbetonundRestmo¨rtel 2000 BelastungsversucheanMassivbauwerken 2001 SchutzundInstandsetzungvonBetonbauteilen(Teil1bis4) 2003 SelbstverdichtenderBeton(SVB-Richtlinie) 2004 BetonbaubeimUmgangmitwassergefa¨hrdendenStoffen 2004 BetonnachEN206-1undDIN1045-2mitrezykliertenGesteinsko¨rnungennach DIN4226-100 2006 Betonmitverla¨ngerterVerarbeitungszeit(verzo¨gerterBeton) 2006 HerstellungundVerwendungvonZementgebundenemVergussbetonund Vergussmo¨rtel 2007 VorbeugendeMaßnahmengegenscha¨digendeAlkalireaktioninBeton (Alkali-Richtlinie),Teil1bis3 1 Allgemeines 1.1 VorteilederWerksfertigung DasunternehmerischeZielbeiEinsatzeinesProduktionsverfahrens,dassichamMarkt durchsetzensoll,musslauten:einProduktbesseroderbilligeroderschnellerherzustellen als die Konkurrenz. Das Optimum wa¨re, wenn statt dem „oder“ ein „und“ erreichbar wa¨re.WiestehtesdamitbeimBauenmitStahlbetonfertigteilen? a) Qualita¨tsverbesserung x Durch eine Produktion im u¨berdachten Werk lassen sich bessereArbeitsbedingungen mitentsprechendho¨hererArbeitsleistungalsaufderBaustelleschaffen,auchimHin- blickaufdieQualita¨t. x DerimBauwesenweiterhingroßeMangelanFacharbeiternkannbeiWerksfertigung durchAnlernenleichterausgeglichenwerden. x BeiTypenschalungenoderbeigroßenSerienwerdenStahlschalungenverwendet,mit deneneinehoheMaßgenauigkeiterreichtwerdenkann. x BeiderWerksfertigungla¨sstsicheinegezielteBetonqualita¨terreichen. – NurbeiWerksfertigunglassensicharchitektonischstrukturierteundfarblichgestal- teteBetonbauteileherstellen,insbesonderefu¨rdieFassadengestaltung. – Durcheinestationa¨reFertigungla¨sstsichwieinanderenIndustriebereichenaußer- halbdesBauwesenseineffizienteresQualita¨tsmanagementrealisieren. b) VerringerungderHerstellkosten x Hauptzweck des Betonfertigteilbaus ist eine Reduzierungder Schalungskosten. Meh- rere Teile ko¨nnen in derselben Schalung gefertigt werden. Dabei ist natu¨rlich eine großeSerievonVorteil.FertigungsgerechteSchalungsformen(z.B.starreSchalungen mitwenigabklappbarenTeilen)erfordernzwareinfertigungsgerechtesKonstruieren, fu¨hrenaberdannzuhohenSchalungseinsa¨tzen. x EinweitererGrundfu¨rdenFertigteilbauwarzweifellosvonvornhereindieReduzie- rungbzw.dervo¨lligeWegfallderGeru¨stkosten. x DurchdieinfolgederWerksfertigungmo¨glicheMechanisierungundAutomatisierung isteinebetra¨chtlicheVerminderungderArbeitsstundenerreichbar.BeiNichtauslastung einer Werkskapazita¨t ist dies allerdings nachteilig infolge der dann entstehenden hohenFixkostenanteile. x EineMaterialersparnisergibtsichausderMo¨glichkeit,du¨nneBauteilquerschnitteent- sprechenddenstatischenErfordernissenzugestalten,d.h.TT-bzw.T-Querschnittean- stellevonRechteckquerschnittenzuverwenden.DerVorteilevtl.geringerenBetonge- wichtswirdvielfachdurchdiefertigungstechnischbedingteho¨hereBetonqualita¨terst ermo¨glicht.EintypischerFallvonMaterial-undGewichtsersparnisistz.B.dieAuf- lo¨sungderMassivplattezurHohlplatte.DiesistabernurinFertigteilbauweisemo¨glich. x VorspannungkannleichtalsVorspannungmitsofortigemVerbundimSpannbettreali- siertwerden. BauenmitBetonfertigteilenimHochbau.H.Bachmann,A.Steinle,V.Hahn Copyrightc2010Ernst&Sohn,Berlin ISBN:978-3-433-01850-7
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