Der Betonfertigteilbau ist eine der innovativsten Bauweisen — hier werden neue Betone, Bewehrungen und Herstellverfahren erstmals angewendet, denn das Fertigteilwerk bietet hervorragende Voraussetzungen für die industrielle Herstellung.
Dieses Buch führt in die Bauweise ein und vermittelt alles notwendige Wissen für die Konstruktion, Berechnung und Bemessung. Auch die geschichtliche Entwicklung und der Stand der europäischen Normung werden aufgezeigt. Der Dreh- und Angelpunkt für den wirtschaftlichen und fehlerfreien Einsatz von Betonfertigteilen ist der fertigungs- und montagegerechte Entwurf. Neben den zu beachtenden Randbedingungen werden typische Fertigteilkonstruktionen zur Diskussion gestellt. Die Verbindungen der Betonfertigteile sind gerade bei Horizontallasten besonders zu beachten, daher wird die Aussteifung von Fertigteilgebäuden ausführlich behandelt. Besonderheiten der Bemessung, z. B. Lager, Konsolen und Stützenstöße, werden detailliert dargestellt. Ein zunehmend wichtiger Anwendungsbereich für Betonfertigteile ist der Fassadenbau, welchem ein eigenes Kapitel gewidmet ist. Abschließend wird auf die Fertigung eingegangen, um beim Leser das Verständnis für die Bauweise zu vertiefen.
Für die vorliegende 4. Auflage wurde das Werk vom erweiterten Autorenteam komplett überarbeitet. Das Buch ist eine Einführung und ein praktisches Arbeitsmittel mit Beispielen für Bauingenieure und Architekten gleichermaßen.
Alle drei Autor:innen sind in den Verbänden der Bauindustrie in technischen Gremien und in nationalen und internationalen Normenausschüssen intensiv engagiert.
Table des matières
vorwort Zur 4. Auflage v
Autoren xvii
Vorbemerkungen 1
1 Einführung in den Betonfertigteilbau 3
1.1 Vorteile der Werksfertigung 3
1.2 Geschichtliche Entwicklung 5
1.3 Normen und Regelwerke 8
1.3.1 Europäische Produktnormung 8
1.3.2 Liste technischer Regelwerke 15
1.3.2.1 Allgemeines 15
1.3.2.2 Nationale Normen 15
1.3.2.3 Europäische Normen 18
1.3.2.4 Internationale Normen 26
1.3.2.5 Richtlinien des Deutschen Ausschusses für Stahlbeton (DAf Stb) 26
1.3.2.6 Technische Regeln des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt) 27
1.3.2.7 Merkblätter 28
1.3.2.7.1 Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e. V. 28
1.3.2.7.2 Deutscher Beton- und Bautechnik-Verein E.V. 28
1.3.2.7.3 Institut für Betonstahlbewehrung e. V. 29
1.3.2.7.4 IVD Industrieverband Dichtstoffe e. V. 29
1.3.2.8 Europäische Verordnungen 30
1.3.2.9 Sonstige Regelwerke 30
2 Entwerfen von Fertigteilbauten 33
2.1 Allgemeines 33
2.2 Toleranzen und Passungsberechnungen 37
2.2.1 Allgemeines 37
2.2.2 Toleranznormen 38
2.2.3 Passungsberechnungen 42
2.3 Herstellung 44
2.4 Transport und Montage 47
2.4.1 Allgemeines 47
2.4.2 Transport 48
2.4.3 Montage 51
2.5 Nachhaltigkeit 55
2.6 Beispiele zum Entwurf 56
3 Aussteifung von Fertigteilbauten 63
3.1 Allgemeines 63
3.2 Belastungen der Aussteifungselemente 63
3.2.1 Allgemeines 63
3.2.2 Lastfall Wind 64
3.2.3 Lastfall Lotabweichung 67
3.2.4 Lastfall Erdbeben 69
3.2.5 Lastfall Zwang (Schwinden und Temperatur) 74
3.3 Tragelemente zur Aussteifung 75
3.3.1 Typische Aussteifungselemente 75
3.3.1.1 Allgemeines 75
3.3.1.2 Gegliederte Wandscheiben 76
3.3.1.3 Scheiben mit großen Öffnungen 76
3.3.1.4 Rahmen und Verbände 77
3.3.1.5 Räumliche Systeme 77
3.3.1.6 Aus Fertigteilen zusammengesetzte Scheiben 79
3.3.2 Anordnung der Aussteifungselemente 79
3.4 Verteilung der Horizontallasten 85
3.4.1 Allgemeines 85
3.4.2 Allgemeine Vorgehensweise 85
3.4.3 Überschlagsformeln zur Vordimensionierung 87
3.5 Nachweis der aussteifenden Bauteile 89
3.6 Konstruktive Durchbildung 91
3.6.1 Deckenscheiben 91
3.6.2 Wandscheiben 91
4 Bauteile des Betonfertigteilbaus 95
4.1 Allgemeines 95
4.2 Decken- und Dachplatten 95
4.2.1 Allgemeines 95
4.2.2 Vollplatten 95
4.2.3 Hohlplatten 96
4.2.3.1 Allgemeines 96
4.2.3.2 Spannbetonhohlplatten 96
4.2.3.3 Stahlbetonhohlplatten 100
4.2.4 Elementdecken 100
4.2.4.1 Allgemeines 100
4.2.4.2 Vorgespannte Elementdecken 103
4.2.5 Deckenplatten mit Stegen (TT-Platten) 103
4.2.6 Sonstige Deckensysteme 106
4.3 Balken 106
4.3.1 Pfetten, Riegel, Unterzüge 106
4.3.2 Dachbinder 108
4.4 Stützen 112
4.5 Wände 114
4.5.1 Allgemeines 114
4.5.2 Elementwände 115
4.6 Fundamente 117
4.6.1 Allgemeines 117
4.6.2 Angeformte Fundamente 118
4.6.3 Köcher- und Blockfundamente 119
4.6.3.1 Allgemeines 119
4.6.3.2 Köcherfundamente 119
4.6.3.3 Blockfundamente 122
4.6.4 Sonstige Fundamentarten 123
5 Knotenpunkte des Betonfertigteilbaus 129
5.1 Allgemeines 129
5.2 Deckenplatten-Auflager 130
5.2.1 Spannbetonhohlplatten 130
5.2.2 TT-Platten 132
5.3 Pfetten-Auflager 132
5.4 Binder-Auflager 133
5.5 Unterzug-Auflager 135
5.6 Wandplatten-Auflager 137
5.7 Balkonplatten 139
5.8 Treppenauflager 140
5.9 Stütze/Fundament 141
6 Einzelfragen zur Bemessung 145
6.1 Allgemeines 145
6.2 Druckfugen und Teilflächenbelastung 145
6.3 Lagerung 147
6.3.1 Allgemeines 147
6.3.2 Elastomerlager 147
6.3.3 Technische Regelwerke zu Elastomerlagern 149
6.3.4 Ansätze zur Bemessung von Elastomerlagern 150
6.3.5 Horizontalkräfte 151
6.3.6 Dimensionierung der Lagerung 152
6.3.7 Bemessung und Konstruktion der Lagerung 153
6.4 Stützenstöße 158
6.4.1 Allgemeines 158
6.4.2 Stützenstoß im Mörtelbett 158
6.4.2.1 Allgemeines 158
6.4.2.2 Mörtelbett mit Stirnflächenbewehrung 159
6.4.2.3 Mörtelbett mit Stahlplatte 161
6.4.3 Stützenstoß mit verformbaren Fugenmaterialien 161
6.4.4 Biegesteife Stöße 163
6.4.5 Stützenstöße mit hochfestem Betonstahl 164
6.5 Wand-Decken-Verbindungen 167
6.6 Scherbolzen 168
6.6.1 Allgemeines 168
6.6.2 Große Randabstände a‖ ≥ 8øB bzw. a⊥ ≥ 8øB 170
6.6.2.1 Stahlversagen 170
6.6.2.2 Betonversagen 171
6.6.3 Geringe Randabstände a‖ < 8øB bzw. a⊥< 8øB 171
6.6.3.1 Stahlversagen 171
6.6.3.2 Betonversagen 172
6.6.3.2.1 Unbewehrter Beton 172
6.6.3.2.2 Bewehrter Beton 172
6.6.4 Weitere Hinweise zu Scherbolzen 173
6.7 Schweißverbindungen 174
6.8 Schraub- und Muffenverbindungen 178
6.9 Sonstige Verbindungsmittel 178
6.10 Transportanker 181
6.10.1 Allgemeines 181
6.10.2 Einwirkungen 182
6.10.2.1 Allgemeines 182
6.10.2.2 Abheben mit Schalungshaftung 182
6.10.2.3 Aufrichten 183
6.10.2.4 Heben unter Schrägzug 183
6.10.3 Ermittlung des zulässigen Tragwiderstands 184
6.10.4 Weitere Hinweise für die Bemessung 186
6.10.5 Konsequenzen aus der Maschinenrichtlinie 187
6.10.6 Inkompatibilität von Transportankersystemen 187
6.11 Schubkraftübertragung in Fugen 188
6.11.1 Allgemeines 188
6.11.2 Bemessung 189
6.11.3 Oberflächenkategorien 192
6.11.4 Ermüdung 194
6.11.5 Bauliche Durchbildung 195
6.12 Decken- und Wandscheiben 197
6.12.1 Allgemeines 197
6.12.2 Deckenscheiben 198
6.12.3 Wandscheiben 200
6.12.4 Sonstiges 203
6.13 Querkräfte in Deckenplatten 204
6.14 Ausgeklinkte Auflager 208
6.14.1 Allgemeines 208
6.14.2 Bemessung 208
6.15 Konsolen 212
6.15.1 Allgemeines 212
6.15.2 Bemessung 212
6.15.2.1 Allgemeines 212
6.15.2.2 Nachweis nach Steinle 213
6.15.2.3 Nachweis nach DAf Stb-Heft 600 214
6.15.2.4 Nachweis nach Reineck 215
6.15.2.5 Nachweis nach Fingerloos 216
6.15.2.6 Zusammenfassung 217
6.15.2.7 Vergleich zwischen den Nachweisen 217
6.15.3 Bauliche Durchbildung 219
6.15.4 Exzentrisch belastete Konsolen 220
6.15.5 Trägerkonsolen 220
6.15.6 Nachträglich angeschlossene Konsolen 223
6.16 Nachweis der Kippsicherheit 224
6.16.1 Allgemeines 224
6.16.2 Vereinfachte Kippnachweise 226
6.16.3 Rechnerische Nachweise 226
6.16.3.1 Allgemeines 226
6.16.3.2 Verfahren nach Stiglat 228
6.16.3.3 Verfahren nach König/Pauli 230
6.16.3.3.1 Grenzbetrachtung „Zweiachsige Biegung“ (Abb. 6.95) 230
6.16.3.3.2 Grenzbetrachtung „Torsion“ 232
6.16.3.3.3 Grenzverdrehung 232
6.16.3.3.4 Kippnachweis 232
6.16.3.4 Verfahren nach Mehlhorn/Röder und Rafla 233
6.16.4 Nachweis der Auflager 234
6.17 Brandschutzbemessung 236
6.17.1 Allgemeines 236
6.17.2 Grundlagen der Brandschutzbemessung 237
6.17.2.1 Allgemeines 237
6.17.2.2 Bemessung nach DIN EN 1992-1-2 238
6.17.2.3 Bemessung nach DIN 4102-4 240
6.17.3 Stahlbeton- und Spannbetonbalken 241
6.17.4 Stahlbeton-Konsolen 242
6.17.5 Stahlbetonstützen 243
6.17.5.1 Rechnerische Ermittlung 243
6.17.5.2 Tabellenwerte 244
6.17.6 Brandwände 246
6.17.7 Putzbekleidungen 246
6.17.8 Hochfeste Betone 247
6.17.9 Anschlüsse, Fugen und Verbindungen 247
6.17.9.1 Allgemeines 247
6.17.9.2 Fugen zwischen Fertigteilplatten 248
6.17.9.3 Fugen zwischen Wänden (ohne Brandwände) 248
6.17.9.4 Fugen zwischen Brandwänden 249
6.17.9.5 Anschlüsse von Brandwänden an Stahlbetonbauteile 249
6.18 Vorspannung im sofortigen Verbund 251
6.18.1 Allgemeines 251
6.18.2 Betondeckung 251
6.18.3 Vorspanngrad 252
6.18.4 Spannkraftverluste 253
6.18.5 Dekompression 255
6.18.6 Begrenzung der Spannungen 256
6.18.7 Übertragung und Verankerung der Vorspannung 257
6.18.8 Spaltzug und Stirnzug 259
7 Fassaden aus Betonfertigteilen 267
7.1 Allgemeines 267
7.2 Entwurf 269
7.3 Oberflächen 270
7.3.1 Allgemeines 270
7.3.2 Sichtbeton und Architekturbeton 272
7.3.3 Gestaltung durch die Schalung 273
7.3.3.1 Allgemeines 273
7.3.3.2 Glatte Schalungen 273
7.3.3.3 Strukturschalung 274
7.3.4 Nachträglich bearbeitete Oberflächen 274
7.3.5 Witterungsverhalten 276
7.3.5.1 Allgemeines 276
7.3.5.2 Planung 276
7.3.5.3 Oberflächenschutz, Pflege und Wartung 278
7.4 Fugenabdichtung 279
7.5 Betonsandwichelemente 281
7.5.1 Allgemeines 281
7.5.2 Abmessungen und Schichtdicken 282
7.5.3 Verbindungsmittel 284
7.5.4 Einwirkungen 287
7.5.4.1 Allgemeines 287
7.5.4.2 Transport- und Montagezustände 287
7.5.4.3 Temperatur 288
7.5.4.4 Schwinden 290
7.5.5 Bemessung 293
7.5.5.1 Allgemeines 293
7.5.5.2 Vorsatzschicht 293
7.5.5.3 Tragschicht 293
7.5.5.4 Verbindungsmittel 293
7.5.6 Verformungen 295
7.5.7 Rissverhalten 296
7.5.8 Bauliche Durchbildung 297
7.5.8.1 Eckausbildung 297
7.5.8.2 Dämmstoffe 297
7.5.8.3 Folien 298
7.6 Vorgehängte Fassadenplatten 299
7.6.1 Großformatige vorgehängte Fassadenplatten 299
7.6.1.1 Allgemeines 299
7.6.1.2 Hinterlüftete Fassaden 300
7.6.1.3 Befestigung und Verankerung 300
7.6.1.4 Einwirkungen 301
7.6.2 Kleinformatige vorgehängte Fassadenplatten 302
7.6.2.1 Allgemeines 302
7.6.2.2 Befestigung und Verankerung 303
7.6.2.3 Einwirkungen und Bemessung 304
7.7 Weitere Entwicklungen für Betonfassaden 305
7.7.1 Textilbeton 305
7.7.2 Fotobeton 305
7.7.3 Lichtdurchlässiger Beton 306
7.7.4 Beton mit Glaszuschlag 306
7.7.5 Glas-Beton-Verbund 307
7.8 Bauphysik 307
7.8.1 Energetische Betrachtungen und Wärmeschutz 307
7.8.1.1 Allgemeines 307
7.8.1.2 Wärmebrücken 307
7.8.1.3 Sommerlicher Wärmeschutz 314
7.8.2 Feuchtigkeitsschutz 315
7.9 Ausführungsbeispiele 315
7.9.1 Züblin-Haus in Stuttgart 315
7.9.2 Gemeindezentrum in Mannheim-Neuhermsheim 317
7.9.3 Bürogebäude Ohligsmühle in Wuppertal 317
7.9.4 Tour Total in Berlin 319
7.9.5 ROC Mondriaan in Den Haag 319
7.9.6 Deutsche Bank in Berlin 321
7.9.7 Eastsite in Mannheim 321
8 Herstellung 327
8.1 Herstellungsverfahren 327
8.1.1 Allgemeines 327
8.1.2 Ortsfeste Fertigung 329
8.1.2.1 Allgemeines 329
8.1.2.2 Stabförmige Bauteile 329
8.1.2.3 Schalungen für TT-Platten 331
8.1.2.4 Schalungen für Spannbetonbinder 331
8.1.2.5 Schalungstische 332
8.1.2.6 Batterieschalungen 333
8.1.2.7 Schalungsbahnen 334
8.1.3 Umlauffertigung 334
8.2 Betone im Fertigteilbau 337
8.2.1 Allgemeines 337
8.2.2 Frischbeton 339
8.2.3 Festbeton 340
8.2.4 Ultrahochfester Beton 341
8.2.5 Selbstverdichtender Beton 343
8.2.6 Faserbetone 345
8.2.7 Textilbeton 345
8.3 Nachbehandlung und Wärmebehandlung 348
8.4 Bewehrung 351
8.4.1 Betonstahl 351
8.4.2 Spannstahl 352
8.4.3 Nichtmetallische Bewehrung 353
8.4.4 Bewehrungszeichnungen 354
8.4.5 Ausführung 356
8.5 Vorspannung 358
8.5.1 Allgemeines 358
8.5.2 Ausführungsunterlagen 359
8.5.3 Herstellung 362
8.6 Qualitätssicherung 367
8.6.1 Allgemeines 367
8.6.2 Werkseigene Produktionskontrolle (WPK) 367
8.6.3 Fremdüberwachung 368
8.6.4 Zertifizierung und Kennzeichnung 369
Stichwortverzeichnis 377
A propos de l’auteur
Alle drei Verfasser:innen waren bzw. sind in den Verbänden der Bauindustrie in vielen technischen Gremien und in nationalen und internationalen Normenausschüssen, die sich mit dem Fertigteilbau befassen, intensiv engagiert.
Hubert Bachmann (Jg. 1959) begann seine berufliche Laufbahn im Jahr 1976 mit der Ausbildung zum Beton- und Stahlbetonbauer in einem konstruktiven Fertigteilwerk. Nach dem Bauingenieurstudium an der FH Karlsruhe und der TH Karlsruhe und anschließender Promotion an der Universität Karlsruhe (TH) war er von 1994 bis 2020 im Technischen Büro Konstruktiver Ingenieurbau (TBK) der Ed. Züblin AG in Stuttgart tätig. Seine Aufgabenbereiche umfassten Ausführungsplanungen von Ingenieurbauten aller Art sowie die Forschung und Entwicklung im Hoch- und Ingenieurbau. Insbesondere die Entwicklung eines Stumpfstoßes für Hochhausstützen mit hochfestem Betonstahl und Bewehrungsgraden bis 16 % hat er bei zahlreichen Hochhausprojekten in Deutschland zur Anwendung gebracht. Von 2008 bis 2018 führte er die Hahn`sche Vorlesung an der Universität Stuttgart zum Thema ‘Bauen mit Betonfertigteilen’ fort. Darüber hinaus war er als Vertreter der Praxis von 2001 bis 2020 in zahlreichen Normenausschüssen, Verbänden und Kommissionen tätig. Seit 2020 Gründung des Ingenieurbüros Bachmann Liebig Consulting + Engineering Beratende Ingenieure in Bretten, Schwäbisch Hall und Stuttgart.
Mathias Tillmann (Jg. 1970) studierte Bauingenieurwesen an der RWTH Aachen mit der Vertiefungsrichtung Konstruktiver Ingenieurbau. Nach seinem Diplom war er als Projektingenieur, Tragwerksplaner und Konstrukteur tätig. Seit 2007 ist er bei der Fachvereinigung Deutscher Betonfertigteilbau e. V. (FDB) für den Bereich Technik und Normung zuständig, zunächst als technischer Referent, seit 2008 als technischer Geschäftsführer. Er vertritt die Betonfertigteilindustrie in nationalen und europäischen Gremien, die sich u. a. mit den Themen Eurocode, Brandschutz und Produktnormung befassen. Er ist Mitglied im Vorstand des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton (DAf Stb) und Sachverständiger im Deutschen Institut für Bautechnik (DIBt). Seit 2022 ist er Lehrbeauftragter am Institut für Massivbau der TU Darmstadt. Er ist Autor zahlreicher Broschüren, Merkblätter und Fachartikel zum Thema Betonfertigteile.
Susanne Urban (Jg. 1978) studierte Bauingenieurwesen an der Universität Stuttgart mit der Vertiefung Konstruktiver Ingenieurbau. Nach ihrem Diplom war sie von 2004 bis 2006 Projektingenieurin bei Pondio Ingenieros in Madrid, und von 2006 bis 2022 in der Zentralen Technik der Ed. Züblin AG im Technischen Büro Konstruktiver Ingenieurbau (TBK) als Projekt- und Teamleiterin mit mehrjährigen Aufenthalten in Stuttgart, Hamburg und Wien tätig. Während ihres Aufenthalts in Wien von 2011 bis 2014 promovierte sie an der Universität für Bodenkultur Wien unter der Leitung von Prof. Konrad Bergmeister. Seit 2019 führt sie die Hahn`sche Vorlesung an der Universität Stuttgart zum Thema ‘Bauen mit Betonfertigteilen’ als Lehrbeauftragte am Institut für Entwerfen, Leichtbau und Konstruieren (ILEK) fort. Seit Februar 2022 ist sie Leiterin Bautechnik beim Deutschen Beton- und Bautechnik-Verein E.V. (DBV) in Berlin. Darüber hinaus ist sie in zahlreichen Ausschüssen tätig sowie Autorin einiger Fachartikel und Merkblätter zu konstruktiven und baustatischen Themen.
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