Aussteifung von Betonskelettbauten

Auf Gebäude wirken horizontale Kräfte, die das Tragwerk in den Baugrund ableiten muss. Bei Skelettbauten besteht dabei die Gefahr, dass die tragenden Stützen ausknicken oder sich verdrehen. Um das zu verhindern, werden dazu sogenannte vertikal und horizontal aussteifende Bauteile angeordnet. 

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Horizontale Lasten

Neben den bekannten Windlasten, gibt es eine Reihe weiterer horizontaler Lasten, die auf Tragwerke und Gründungen wirken: 

• Windlasten
• Schiefstellung, etwa aus Imperfektionen des Bauwerks
• Zwang
• Erdbebenlasten
• Erd- und Wasserdruck
• dynamische Lasten, etwa durch Maschinenbewegungen

Zwängungen entstehen aufgrund von Schwinden oder Temperaturänderungen. Sogenannte Schiefstellungen rühren beispielsweise aus unbeabsichtigten, jedoch meist unvermeidbaren Abweichungen der Bauteile von der geplanten Tragwerksgeometrie her.

Horizontale Aussteifung

Es wird zwischen horizontal und vertikal aussteifenden Bauteilen unterschieden. Als horizontal aussteifende Bauteile werden Deckenscheiben herangezogen. Diese leiten die Horizontallasten an die vertikal aussteifenden Bauteile weiter und sind außerdem für das Zusammenwirken der Bauteile notwendig. Einzeldeckenelemente müssen durch Ringanker oder andere Maßnahmen zu einer schubfesten Scheibe zusammengefasst werden.

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Vertikale Aussteifung

Als vertikal aussteifende Bauteile kommen bei mehrgeschossigen Gebäuden in der Regel Wände und Kerne, sprich Treppenhäuser und Aufzugsschächte, zum Einsatz. Für die Aussteifung mit Wänden gilt: Mindestens drei Wandscheiben sind so anzuordnen, dass sich ihre Achsen nicht in einem Punkt schneiden. Mittig angeordnete Kerne sind gut geeignet, wenn sie ausreichend groß und torsionsfrei sind. Ein einzelner, seitlich angeordneter Kern ist hingegen aufgrund der Torsionsbeanspruchung ungünstig. Das Betonskelett lässt sich auch durch beidseitig angeordnete Kerne aussteifen, allerdings nicht zwängungsfrei. Nicht selten werden Wände mit Kernen kombiniert.

Verschiebliche Rahmensysteme und eingespannte Stützen können ebenfalls horizontale Lasten abtragen, sind jedoch wegen der großen Biegebeanspruchung und der erforderlichen, passgenauen Bewehrungsanschlüsse aufwendig herzustellen. Üblich sind eingespannte Stützen hingegen bei Hallenbauten bis 10 Metern Höhe. Bei größeren Hallen oder welchen mit mehr als drei Geschossen kommt es zu relativ starken Verformungen an den Stützenköpfen. Hier empfiehlt sich eine zusätzliche Aussteifung durch biegesteife Rahmenecken.

Eine möglichst große ständige Vertikallast der aussteifenden Bauteile ist günstig, da sonst zu große Fundamente notwendig werden.

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Anordnung von Dehnfugen

Je größer die Abmessungen oder komplexer die Gebäudeform, desto schwieriger gestaltet sich die Anordnung mehrerer Aussteifungselemente. Durch das Schwinden und Kriechen des Betons sowie durch Temperaturschwankungen verformen sich die Deckenplatten. Zwischen den aussteifenden Bauteilen werden sie jedoch an einer freien Verformung gehindert, sodass Zwängungen entstehen. Sind die Zwangsbeanspruchung zu stark, bilden sich Risse. Dehnfugen helfen, solche Schäden zu vermeiden, sind allerdings sehr kostenaufwändig und unterbrechen die Kontinuität der Konstruktion. Zugleich ist erforderlich, dass dabei jedes unabhängige Teilsystem ausreichend ausgesteift wird.

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