Verbundstützen im Hochbau

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Neben dem klassischen Stahl- und Massivbau kommt der Verbundbau auf vielen Baustellen immer häufiger zum Einsatz. Vor allem im Bereich von hohen und multifunktionalen Gebäuden hat sich dieser aufgrund seiner Vorzüge, schlanke und hochtragfähige Bauteile, etabliert. Man unterscheidet im Verbundbau die Verbunddecke, die Verbundträger und die Verbundstützen. Dabei sind für die Verbundstützen die bereits angesprochenen Vorzüge, schlank und hochtragfähig, ein ganz entscheidendes Kriterium für deren Einsatz. Aufgrund dessen soll auf diese nachfolgend etwas näher eingegangen werden.

Verbundstützen im Geschossbau (mit freundlicher Genehmigung von bauforumstahl e.V.)Die anzuwendende Norm für Verbundstützen ist die DIN EN 1994 (EC 4). In dieser Norm sind zum einen die unterschiedlichen Ausführungsvarianten von Verbundstützen geregelt und zum anderen ist festgelegt, wie diese zu bemessen sind. Die nachfolgenden Verbundstützenquerschnitte (Bild: bauforumstahl e.V.) sind demnach ausführbar:

  • Vollständig einbetonierte Querschnitte,
  • teilweise einbetonierte Querschnitte (Kammerbeton),
  • betongefüllte Querschnitte,
  • in Hohlprofile einbetonierte Stahlprofile.

Durch das Zusammenwirken der drei Baustoffe Baustahl, Beton und Betonstahl (nicht zwingend) werden die Vorteile der beiden Bauweisen Stahlbeton und Stahlbau vereint. Große Lasten können so über kleine Querschnitte abgetragen und die Brandwiderstandsdauer erhöht werden.

Vorteile von Verbundstützen:
  • Erhöhung der Tragfähigkeit oder Verringerung der Abmessungen gegenüber einer reinen Bauweise in Stahl oder Stahlbeton,
  • es ergeben sich zahlreiche Abstufungsmöglichkeiten, um die Tragfähigkeit den unterschiedlichen Belastungen in den verschieden Geschossen anzupassen (so sind im Kellergeschoss und Dachgeschoss gleiche Stützenabmessungen ausführbar),
  • Feuerwiderstandsdauer verbessert (sehr hohe Feuerwiderstandsdauer von R 180 möglich),
  • einfache Herstellung,
  • Stahlflächen können sichtbar bleiben, keine Verkleidung oder Anstrich zur Erfüllung des Brandschutzes notwendig,
  • stahlbaumäßige Anschlussdetails weiterhin ausführbar,
  • schnelle Montage,
  • bei ausbetonierten Hohlprofilen dient der Stahlmantel als verlorene Schalung (wirtschaftlich).
Nachteile von Verbundstützen:
  • Höhere Schalungskosten bei vollständig einbetonierten Stahlträgern,
  • anspruchsvolle konstruktive Ausbildung der Anschlüsse bei vollständig einbetonierten Stahlträgern.

Anhand des nachfolgenden Beispiels soll einer der entscheidenden Vorteile, “erhöhte Tragfähigkeit bzw. Verringerung der Abmessungen gegenüber einer reinen Bauweise” von Verbundstützen einmal verdeutlicht werden. Hierzu wird das statische System einer Pendelstütze (h = 3,50 m) angenommen und eine zentrische Belastung bis zu einer Auslastung der Tragfähigkeit von 100 % aufgebracht. Verglichen wird eine reine Stahlstütze, eine Stahlbetonstütze und eine Verbundstütze.

 

Abmessungen/Profil

Belastung NED

Laststeigerung

Stahlstütze

HEB 160
(a/b = 16/16 cm)

685 kN

0

Verbundstütze(Kammergefülltes Stahlprofil)

HEB 160
(a/b = 16/16 cm)
mit 4 Ø 16

829 kN

21 %

Stahlbetonstützen:
. Fertigteilstütze

a/b = 16/16
mit 4 Ø 16

360 kN

- 47 %

. Ortbetonstütze

Ausführung erst ab a/b = 20/20 cm möglich (Mindestseitenlänge)

Der zweite – ganz entscheidende – Aspekt für den Einsatz von Verbundstützen ist die erhöhte Brandwiderstandsdauer. Bericht folgt…

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