Innovatives Spannschloss-System für Deutschlands größtes Projekt in Hybrid-Bauweise

Die Ausführung und Auslegung der Decken ist oft ein wichtiger Bestandteil beim Bauen mit Betonfertigteilen. Als häufig bevorzugte Lösung werden Decken in aufwändiger Ortbetonbauweise oder mit Halbfertigteilen ausgebildet, da bei diesen Bauweisen eine kraftschlüssige Scheibenausbildung mit lastabtragender Ringankerausbildung leicht erreicht werden kann. Allerdings bieten neue Verbindungssysteme eine attraktive Alternative für einfacheres und schnelleres Bauen.

Bei der Montage von Deckenelementen, egal ob gewichtsreduzierte Hohldecken oder Vollbetondecken, ist in der Regel ein Ringanker erforderlich. Es ist üblich, den Ringanker in den Fugen zwischen Deckenelement und Wand bzw. Randschalung auszubilden. Dazu werden Bewehrungseisen in erforderlicher Anzahl und Durchmesser mit entsprechenden Überdeckungslängen eingebracht und mit Beton vergossen. Bei größeren Zuglasten werden Schweißverbindungen des Ringankers ausgeführt.

Die nachträgliche Montage der Bewehrung und der Verguss verlangsamen jedoch den Baufortschritt und können sogar zu Stillstandzeiten führen, bedingt durch die Aushärtezeiten, um die erforderliche Betonfestigkeit sicherzustellen. Durch den Einsatz des BT-Spannschloss-Systems kann diese Verzögerung komplett verhindert werden. Der Ringanker wird dabei bereits in der Vorfertigung in die Deckenelemente integriert. Das Prinzip ist auf der Abb. 2 erkennbar und beruht im konkreten Beispiel auf Muffen- bzw. Doppelmuffenstäben. Im Fall von Doppelmuffenstäben sind diese auf die Länge des Bauteils maßzufertigen.

Im Fall einfacher Muffenstäbe werden diese mit Überlappung in die Bewehrung des Betonfertigteils eingekoppelt. Im Betonfertigteilwerk werden zusätzlich Aussparungen für die BT-Spannschlösser eingearbeitet.

Cree Buildings - nachhaltige Hybrid-Bauweise

Die Cree Deutschland GmbH, eine Tochter der Zech Group, errichtet Gebäude in innovativer Holzhybrid-Bauweise. Erste errichtete Gebäude hatten noch eine Ringanker-Ausbildung mittels großer Vergusszonen, in denen die Bewehrung mit üblichen Übergreifungsstößen verbunden wurde, z. B. das Handwerkerhaus Bremen.

Die Herstellung der Ringanker-Verbindung mittels Übergreifungsstößen in Vergusszonen hat auf den Bauablauf unerwünschte Effekte, da der Ringanker erst nach dem Aushärten des Vergussmaterials tragfähig ist und es somit immer wieder zu Wartezeiten kommt. Außerdem wird Feuchtigkeit ins Gebäude eingetragen, was grundsätzlich unerwünscht ist und deshalb alle Vergussarbeiten minimiert werden sollten.

In einem aktuellen Projekt, dem Siemens Campus II in Erlangen, werden deshalb die Ringanker mittels des BT-Spannschlosses hergestellt. Der Siemens Campus II umfasst fünf Gebäude mit rund 70.000 m² Bruttogeschossfläche. Die Gebäude haben fünf bis sieben Geschosse.

Dort kommen für die Ausbildung des Ringankers durchgängig Gruppen mit fünf BT-Spannschlössern M12 zum Einsatz, siehe Abb. 11. Die gewählte Anordnung von fünf BT-Spannschlössern hat verfahrenstechnische, konstruktive und bautechnische Vorteile, die Cree überzeugten:

Verfahrenstechnik:

Die Herstellung der vorgefertigten Deckenelemente wird vereinfacht; dadurch werden Lohnkosten eingespart: Der Aussparungskörper wird an der Schalung befestigt und bei der Betonage sind keine zusätzlichen Aufwendungen für das Abschalen der Vergusszone und das Entfernen von Beton erforderlich.

Konstruktion:

Die Abmessungen des BT-Spannschlosses erlauben den Einbau in dem 10 cm starken Betonspiegel unter Wahrung der erforderlichen Betondeckungen für den Nachweis des 90-minütigen Brandschutzes ohne weitere Maßnahmen.

Bautechnik:

Das BT-Spannschloss wird mittels üblicher metrischer Schrauben verbunden und ist sofort tragfähig. Darüber hinaus ist die Aufnahme von Produktions- und Verlege-Toleranzen zwischen den vorgefertigten Elementen möglich.

Der Verguss je Deckenelement verringert sich gegenüber der Verbindung mittels Übergreifungsstoß um rund 50%.

BWE-Bau - Betonfertigteile auf höchsten Niveau

Das seit 68 Jahren erfolgreich am Markt bestehende BWE-Bau Fertigteilwerk GmbH (Betonwerk Weser Ems) produziert am Standort Lemwerder qualitativ hochwertigen Beton in seiner ganzen Variationsbreite und zählt zu den leistungsfähigsten Werken der Region.

Die hochwertige Qualität der Produkte wird garantiert durch qualifizierte und fachlich hervorragend ausgebildete Mitarbeiter, die Architekturbetonbauteile für höchste gestalterische Anforderungen bei repräsentativen Bauteilen im Hochbau fertigen. Als neues Produkt werden die Holz-Hybrid-Decken, ebenfalls in Sichtbetonqualität, gefertigt. Für das aktuelle Projekt Siemens Campus Erlangen fertigt BWE-Bau 2.350 Deckenplatten. Die Produktionskapazität beträgt bis zu 90.000 m²/Jahr.

Ringankerausbildung mit dem BT-Spannschloss für einfacheres und schnelleres Bauen

Je nach den auftretenden Lasten und entsprechend der nutzbaren Deckenhöhe wird die geeignete Spannschlossgröße ausgewählt. Die Anwendung ist ab Deckenstärken von 10 cm möglich. Die Anzahl und der Durchmesser der Ringankerbewehrungsstäbe werden entsprechend der auftretenden Kräfte dimensioniert.

Der Ringanker muss nach DIN EN 1992-1-1 und dem nationalen Anhang eine Zugkraft von F_tie,per = l_i x q₁ haben und größer oder gleich 70 kN sein. Der Ringanker ist in der Regel innerhalb eines Randabstandes von 1,20 m anzuordnen. Für die Zugkraft eines Ringankers von 70 kN werden beispielsweise drei BT-Spannschlösser M12 oder alternativ zwei BT-Spannschlösser M16 benötigt (Abb. 3).

Für einen Ringanker mit einer Lastaufnahme von bis zu 130 kN benötigt man drei BT-Spannschlösser M16. Die Lasten werden dabei über die Muffenstäbe und die BT-Spannschlösser übertragen.

Es ist auch möglich, verschieden große Spannschlösser für einen Ringanker zu kombinieren, aber dies sollte aus Gründen der Montagefreundlichkeit nur in Ausnahmefällen angewandt werden. Je nach Größe der Spannschlösser und Anzahl der Verbindungen, sind die im Ringanker übertragbaren maximalen Zugkräfte unterschiedlich hoch (siehe Tabelle 1).

Analog gilt das Beschriebene auch für die Ausbildung von inneren Zugankern.

Die Scheibenwirkung der Decken wird konstruktiv durch die Ausbildung der Fuge mit Schubverzahnung, Vermörtelung, Rauheit der Fuge etc. erreicht.

Das Gesamtsystem des Ringankers besteht also aus der Ringankerbewehrung aus Muffenstäben oder Doppel-Muffenstäben, dem BT-Spannschloss und den beiden Schrauben mit Unterlegscheiben. Die Güte der Schrauben und Unterlegscheiben sind in der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung zum BT-Spannschloss Z-14.4-599 (Geltungsdauer bis 02. Mai 2025) vorgeschrieben.

Derzeit wird davon ausgegangen, dass die Muffenstäbe den gleichen Bewehrungsdurchmesser wie die Spannschlossschrauben besitzen. Je nach Anwendungsfall und statischer Berechnung ist es ebenfalls möglich, Muffenstäbe mit aufgepressten Hülsen zu verwenden, bei denen der Bewehrungsstabdurchmesser reduziert ist.

Mit marktüblich erhältlichen Positionsmuffen könnte man alternativ die Muffenstäbe in den beiden Deckenelementen zusammenschrauben; allerdings führen kleinste Fertigungs- und Montagetoleranzen zu einer Abweichung der Bewehrungsachsen und damit zu Problemen und zeitaufwändigen Nacharbeiten. Durch die Gestaltung der BT-Spannschlösser mit zweiachsigen Langlöchern können Toleranzen und Maßungenauigkeiten problemlos ausgeglichen werden.

Vorfertigung im Fertigteilwerk

Während der Vorfertigung der Deckenelemente werden die Muffenstäbe an den Aussparungskörpern befestigt. Damit ist die exakte Lage der Bewehrung gewährleistet. In Abb. 5 sieht man einen provisorischen Einweg-Aussparungskörper mit angeschraubten Bewehrungsstäben. Bei mehrmaliger gleichartiger Produktion finden PE-Aussparungskörper Verwendung (Abb. 5). Diese können wahlweise mit Haftmagneten ausgestattet werden.

Durch die Gestaltung der Aussparungskörper wird neben der exakten seitlichen Lage der Bewehrung auch die erforderliche Betondeckung gesichert. Dies ist bei Brandschutzanforderungen ein wichtiges Kriterium.

Arbeitsschritte auf der Baustelle

Auf der Baustelle werden die Betonfertigeile am Bestimmungsort abgelegt und die BT-Spannschlösser nur noch in die Aussparungen eingesetzt und mittels Schrauben mit den Muffenstäben verbunden (Abb. 9 und 10). Zur Entlastung der Monteure ist in Abb. 10 ein spezieller Elektroschrauber zu sehen, der den Schraubvorgang verkürzt.

Die Tragfähigkeit des Ringankers ist bereits sofort nach  der Verschraubung gewährleistet. Nachträglich werden die kleinen Vergusstaschen mit Beton verfüllt.

Das System aus BT-Spannschloss  und Muffenstäben erlaubt auch eine einfache Ausführung von Anschlüssen an aufgehende Wände, Überbrückung von Unterzügen (Abb. 12) und weiteren Anschlüssen zur Gewährleistung der Durchgängigkeit des Ringankers.

Fazit

Mit dem Einsatz von BT-Spannschlössern zur Ausbildung von Ringankern wird ein neues Einsatzgebiet erschlossen.

Das Zusammenwirken der innovativen Holz-Hybrid-Bauweise von Cree Deutschland GmbH mit dem BT-Spannschloss  wird die Effektivität bei der Montage spürbar erhöht.Gegenüber den klassischen Verfahren wie Schweißverbindungen wird die Qualität spürbar erhöht und der zeitliche Arbeits- und Koordinationsaufwand gesenkt. Es ist möglich, Toleranzen auszugleichen und die Brandgefahr zu senken.