Holzleichtbaukonstruktionen weisen eine besondere Anfälligkeit für Perforationen der raumseitigen Schichten auf. Diese können bei Verwendung permeabler Dämmstoffe und einem regelkonformen, luftdurchlässigen Aufbau der nach außen anschließenden Schichten zu Leckageströmen führen. Die vorliegende Arbeit behandelt den konvektiven Feuchteeintrag durch Einzelleckagen im Gefach von Holzleichbaukonstruktionen infolge derartiger Leckageströme.
Das Potential der Durchströmung von Leckagen wird durch die anliegende Druckdifferenz zwischen Innenraum und Umgebung bestimmt. Im ersten Teil der Arbeit werden daher die über 5 Heizperioden, an verschiedenen Gebäuden, in unterschiedlichen Regionen Deutschlands durchgeführten Differenzdruckuntersuchungen analysiert und bewertet. Es wird gezeigt, dass die Häufigkeiten der anliegenden Druckdifferenzen schiefsymmetrisch verteilt ist. Sowohl der Auftrieb als auch die Windanströmung beeinflussen
die Druckdifferenz an der Gebäudehülle. Die Richtung der Windanströmung auf die Gebäudehülle, die regionale Lage, der Umbauungsgrad, die Luftdichtigkeit des Gesamtgebäudes und die Leckageverteilung in diesem sind zudem einflussnehmend.
Im zweiten Teil wird das mittels eines patentierten Messsystems und -verfahrens untersuchte Durchströmungsverhalten von Einzelleckagen in Holzleichtbaukonstruktionen dargestellt. Die Analysen zeigen, dass der Volumenstrom und Ausflussfaktor durch raumseitige Schichten u. a. von der Form, Randbeschaffenheit und Größe der Leckage beeinflusst werden. Weiterhin wird nachgewiesen, dass die Eigenschaften der Perforation(en) in den von der Dämmung nach außen angeordneten Schichten eine untergeordnete Rolle spielen. Außerdem wird verdeutlicht, dass sich der Luftstrom nach der raumseitigen Leckage konisch im mineralischen Faserdämmstoff öffnet. Dieses Ausbreitungsverhalten, kann mittels dem kleinsten durchströmbaren Dämmstoffvolumen berechnet werden. Eine entscheidende Einflussgröße dafür ist die Permeabilität des Dämmstoffs unter realistischen Druckdifferenzen.
Das entwickelte praxisnahe, analytische Berechnungsmodell zum konvektiven Feuchteeintrag stellt den abschließenden Teil der Arbeit dar. Der Volumenstrom durch eine Leckage im Gefach einer Holzleichtbaukonstruktion kann anhand dieses Modells mit einer durchschnittlichen Genauigkeit von ±12 % berechnet werden. Mittels eines quasi-stationären Berechnungsverfahrens wird anschließend die hygrische Hüllflächeninfiltration durch eine Einzelleckage, für eine Heizperiode, unter realistisch an einer Gebäudehüllfläche anliegenden Druckdifferenzen berechnet. Die Plausibilität der Ergebnisse wird an einem untersuchten Schadensfall nachgewiesen. Mit den Berechnungsergebnissen ist eine Bewertung des Schadenspotentials durch konvektiven Feuchteeintrag möglich.
Zur Verankerung von Bügelschenkeln im Brandfall mit 90°-Winkelhaken gibt es bisher nur widersprüchliche Aussagen. Während in der kommentierten Fassung des EC2 90°-Winkelhaken als nicht geeignet für Anforderungen größer R90 bezeichnet werden, widerspricht Heft 600 des DAfStB dieser Aussage und erklärt 90°-Winkelhaken für geeignet.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es das Tragverhalten von 90°- und 135°-Winkelhaken, sowohl im gerissenen, als auch im ungerissenen Querschnitt unter Brandbeanspruchung zu untersuchen.
Es konnten signifikante Unterschiede im Tragverhalten gezeigt und Hinweise für die Praxis erarbeitet werden.
Zum Nachweis der Tragfähigkeit bestehender Tragwerke benötigt der Tragwerksplaner charakteristische Werkstoffeigenschaften der verwendeten Baustoffe. Diese Werte können meist nicht direkt und ohne weitere Überlegungen aus älteren Normen, Richtlinien, Zulassungen oder von geprüften Bestandsunterlagen übernommen werden. Da die Neuberechnung grundsätzlich immer nach aktuellem Normenwerk zu erfolgen hat, sind die Werkstoffkennwerte gemäß der seinerzeits gültigen Normfestlegungen an die aktuellen Bezugswerte anzupassen.
Auf der Grundlage einer umfangreichen Literaturrecherche sind für die Baustoffe Beton und Betonstahl charakteristische Kenngrößen der maßgeblichen mechanischen Werkstoffeigenschaften in der vorliegenden Arbeit bestimmt worden. Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt anhand von Tabellen, welchen die charakteristischen Kennwerte für die Werkstoffgüten einzelner Zeitperioden entnommen werden können.
In Fällen, in denen keine oder nur unzureichende Informationen über ein zu bewertendes Bauwerk vorliegen, sind die charakteristischen Werkstoffkennwerte anhand von Bauwerksuntersuchungen zu bestimmen.
In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte beschrieben, welche die zu beachtenden Besonderheiten bei der Bestimmung der charakteristischen Werkstoffeigenschaften von Beton und Betonstahl anhand von Prüfergebnissen aus Bauwerksuntersuchungen berücksichtigen. Diese Konzepte enthalten unter anderem Empfehlungen für die Festlegung von Prüfbereichen und Stichprobenumfängen sowie Hinweise für die Probenentnahme von Betonbohrkernen und Stahlbetonstäben.
Im Forschungsprojekt „Innovationen in der Bauwirtschaft – Von der Idee bis zum Markt“ wurde in Zusammenarbeit mit acht Industriepartnern an einer Zusammenstellung von geeigneten Konzepten zur umfassenden Begleitung des betrieblichen Innovationsmanagements in der Baubranche gearbeitet.
Das Wissensmodul 2 „Innovationsideen erfolgreich umsetzen“ bildet den zweiten Teil der im Forschungsprojekt entstandenen Broschürenreihe und ergänzt die in Wissensmodul 1 vorgestellten Themenfelder. Während in Wissensmodul 1 auf die Schaffung allgemeiner Rahmenbedingungen für Innovationsfähigkeit und Innovationsbereitschaft in Unternehmen der Bauwirtschaft eingegangen wird, stehen in diesem Wissensmodul 2 Konzepte im Vordergrund, welche die Umsetzung konkreter Innovationsvorhaben und deren anschließende „Vermarktung“ an die jeweilige Zielgruppe unterstützen. Ausgedrückt in den gängigen Fachbegriffen der Innovationsforschung bezieht sich diese Broschüre demnach auf die drei Phasen der Ideenakzeptierung, der Ideenrealisierung und der Diffusion der entstandenen Innovation im Innovationsprozess. Die in der Broschüre behandelten Themenfelder sind die Chancen-Risiken-Analyse zum Zeitpunkt der Ideenauswahl, das Innovationsprojektmanagement für die Umsetzung der Innovationsidee und schließlich die gezielte Ansprache und Einbindung von Personengruppen oder Organisationen, die als „Adoptoren“ für die Übernahme und Akzeptanz der Innovation besonders wichtig sind.
Das Ziel beider Broschüren ist es, Unternehmen der Bauwirtschaft bei ihrem Weg von der Entwicklung bis hin zur Vermarktung von Innovationsideen durch praxisnah beschriebene Konzepte und Methoden zu unterstützen. Aufbauend auf einer Analyse der vorhandenen Strukturen und Vorgehensweisen bei der Entwicklung und Umsetzung von Innovationsideen der im Projekt beteiligten Partnerunternehmen, wurden hierfür zunächst bewährte Konzepte und Gestaltungsansätze des Innovationsmanagements ausgewählt. Diese wurden anschließend zusammen mit den Unternehmenspartnern auf ihre Anwendbarkeit und Eignung sowie ihren Nutzen für ein betriebliches Management von Innovationsprozessen in der bauwirtschaftlichen Praxis untersucht.
Das in dieser Broschüre vorgestellte Wissensmodul 1 „Innovationsfähigkeit und -bereitschaft in Unternehmen der Bauwirtschaft fördern“ bildet den ersten Teil der zweiteiligen Broschürenreihe des Forschungsprojekts „Innovationen in der Bauwirtschaft – Von der Idee bis zum Markt“.
Das Ziel beider Broschüren ist es, Unternehmen der Bauwirtschaft bei ihrem Weg von der Entwicklung bis hin zur Vermarktung von Innovationsideen durch praxisnah beschriebene Konzepte und Methoden zu unterstützen. Aufbauend auf einer Analyse der vorhandenen Strukturen und Vorgehensweisen bei der Entwicklung und Umsetzung von Innovationsideen der im Projekt beteiligten Partnerunternehmen, wurden hierfür zunächst bewährte Konzepte und Gestaltungsansätze des Innovationsmanagements ausgewählt. Diese wurden anschließend zusammen mit den Unternehmenspartnern auf ihre Anwendbarkeit und Eignung sowie ihren Nutzen für ein betriebliches Management von Innovationsprozessen in der bauwirtschaftlichen Praxis untersucht.
In Wissensmodul 1 wird zunächst auf die grundlegenden Rahmenbedingungen eines erfolgreichen Innovationsmanagements eingegangen. So steht noch vor der eigentlichen Umsetzung eines konkreten Innovationsprojekts (Gegenstand von Wissensmodul 2) eine gute Idee („Invention“), deren Entstehung und Weiterentwicklung nicht dem Zufall überlassen werden sollte. Mitarbeiter, die in ihrem betrieblichen Erfahrungskontext – aber auch darüber hinaus – bewusst ihre Augen für Verbesserungen und neuartige Problemlösungen offen halten, leisten hierzu einen entscheidenden Beitrag. Dafür müssen sie wissen, wohin die Reise ihres Unternehmens gehen soll, das heißt, welche Vision und strategischen Ziele die Unternehmensentwicklung leiten und welchen Beitrag der einzelne Mitarbeiter dazu leisten kann. Wenn die entstandenen Ideen im Unternehmen dann „auf fruchtbaren Boden fallen“, also in einer offenen Kultur der Wertschätzung weiterentwickelt werden und nicht im betrieblichen Alltag „verloren gehen“, sind schon wichtige Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung von Innovationsvorhaben geschaffen. Um dies sicherzustellen, ist auch ein professioneller Umgang mit entstandenen Ideen und dem im Unternehmen vorhandenen Problemlösungswissen entscheidend. Nur dann kann bestehendes Know-how im Innovationsprozess genutzt und die Auswahl erfolgversprechender Innovationsideen gefördert werden.
Durch den Einsatz von Hohlkörpern in Stahlbetondecken können Beton, Stahl und folglich Gewicht eingespart werden. Die Materialeinsparung reduziert den Primärenergiebedarf sowie die Treibhausgasemissionen bei der Herstellung. Hierdurch stellen Hohlkörperdecken im Vergleich zu konventionellen Massivdecken eine ressourcenschonendere Bauweise dar. Infolge der deutlich reduzierten Eigenlast und einem im Verhältnis geringeren Steifigkeitsabfall können zudem Decken mit großen Spannweiten realisiert werden.
Die einzelnen Traganteile der Decken werden durch die Hohlkörper grundsätzlich nachteilig beeinflusst. Die Tragfähigkeit von Hohlkörperdecken mit abgeflachten rotationssymmetrischen Hohlkörpern wurde in der vorliegenden Dissertationsschrift im Detail analysiert. Auf Grundlage experimenteller und theoretischer Untersuchungen wurden Bemessungskonzepte für die Biegetragfähigkeit, die Querkrafttragfähigkeit, die Schubkraftübertragung in der Verbundfuge und das lokale Durchstanzen des Deckenspiegels oberhalb der Hohlkörper entwickelt. Unter Berücksichtigung der Bemessungskonzepte können die Hohlkörperdecken auf dem bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveau hergestellt werden.
Für die Querkrafttragfähigkeit von Stahlbetondecken ohne Querkraftbewehrung steht derzeit kein allgemein anerkanntes mechanisch begründetes Bemessungskonzept zur Verfügung. Der Einfluss der einzelnen Traganteile auf das Versagen wurde experimentell analysiert. Hierzu wurden Versuche mit verlagerter Druckzone sowie mit ausgeschalteter Rissuferverzahnung und mit ausgeschalteter Dübelwirkung durchgeführt. Der rechnerische Einfluss der einzelnen Traganteile an der Gesamttragfähigkeit konnte durch die Nachrechnung von Versuchen zu Hohlkörper- und Installationsdecken unter Verwendung eines bestehenden mechanisch begründeten Rechenmodells visualisiert und verifiziert werden. Hierdurch wird ein Beitrag zum besseren Verständnis der Querkrafttragfähigkeit geleistet.
Die Verbunddecke ist ein Deckensystem, das Akzeptanz und Wirtschaftlichkeit bei gleichzeitig ausgereifter bautechnischer Qualität vereint. Nachweiskonzepte zur Biegetragfähigkeit und Längsschubtragfähigkeit wurden bereits für normative Regelungen erarbeitet. Für die Bemessung unter Querkraft orientiert sich das Regelwerk für Verbundbau am Nachweiskonzept für Massivbauteile. Eine eigenständige, an die besondere konstruktive Gestaltung von Verbunddecken angepasste Bemessung ist nicht vorhanden. Bisher wird somit ein empirisch gestütztes Querkraftmodell verwendet, dessen statistische Kalibrierung ohne Berücksichtigung von Verbunddeckenversuchen vorgenommen wurde. Neuere Untersuchungen an Verbunddecken mit gefügedichtem Leichtbeton zeigten, dass bei einem ungünstigen Verhältnis der Zug- zur Druckfestigkeit des Betons und in Abhängigkeit der Verankerung der Längsbewehrung relevante Sicherheitsdefizite infolge Querkraftversagen auftreten können.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden die das Querkraftversagen bei Verbunddecken auslösenden Mechanismen separiert und in ihrer Wirkung beschrieben. Hierzu wurden eine Vielzahl von Querkraftversuchen an Verbunddecken mit variierender Blechgeometrie und in wechselnder Kombination mit Normal- und Leichtbeton durchgeführt. Aus dem Zugewinn an Erkenntnissen wurde ein mechanisch begründetes, variables Bemessungsmodell für Verbunddecken unter Querkraftbeanspruchung formuliert. Das Modell zeichnet sich durch die Berücksichtigung der bisher vernachlässigten Eigentragfähigkeit des Verbundblechs aus und kann zudem flexibel an die verwendete Betonart sowie an variierende Blechgeometrien angepasst werden. Das Querkraftmodell setzt sich aus den additiv wirkenden Traganteilen des Blechs, der ungerissenen Druckzone sowie der aktivierten Bruchprozesszone zusammen. Damit wurde ein geschlossener Lösungsvorschlag zur Querkraftbemessung erarbeitet, welcher eine optimale und sichere Ausnutzung des Deckensystems ermöglicht. Da die Einzeltragwirkungen individuell und mechanisch beschrieben wurden sind Ergän-zungen leicht möglich, so dass zukünftig auch die Einbindung der Wirkung von Faserbeton denkbar wäre.
In der Arbeit wurde erstmals der Frage nach einem ingenieurmäßigen Nachweisformat für Verbunddecken unter Schubbeanspruchung nachgegangen. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen Schlussfolgerungen zu dem von Stahlbetonbalken abweichenden Tragverhalten und liefern damit eine Basis für weitere Forschungsansätze. Um dies zu unterstützen wurde eine umfangreiche Datensammlung durchgeführt und in einer Versuchsdatenbank von Stahlverbunddecken mit Querkraftversagen festgehalten.
In der vorliegenden Arbeit werden einige Probleme der dynamischen Boden-
Bauwerk-Wechselwirkung behandelt. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in
der Untersuchung des Einflusses einer mit der Tiefe zunehmenden
Steifigkeit für den Boden.
In dem ersten Teil der Arbeit werden elastische Bodenplatten unter
vertikaler harmonischer Belastung untersucht. Die Platte wird mit Hilfe der
Finite-Elemente-Methode modelliert. Die Baugrundantwort wird mit Hilfe
von Einflussfunktionen für vertikale Einzel- bzw. Flächenlasten erfasst. Im
Kontaktbereich wird die Kompatibilität an den Mittelpunkten der
Bodenelemente und den darüber liegenden Punkten der Platte hergestellt.
Die Lösung für den homogenen Boden wird mit Ergebnissen aus der
Literatur verglichen. Für den inhomogenen Boden wird die Antwort der
Platte an verschiedenen Punkten über die Frequenz ermittelt und graphisch
dargestellt. In einem weiteren Bearbeitungspunkt wird die dynamische
Wechselwirkung zwischen mehreren starren Fundamenten auf der
Baugrundoberfläche untersucht. Der Einfluss der Inhomogenität des
Baugrundes wird in den Ergebnissen mit Hilfe von dimensionslosen
Parametern erfasst.
In dem zweiten Teil der Arbeit werden dynamische Steifigkeitsfunktionen,
sogenannte Impedanzfunktionen, für Einzelfundamente unter Zuhilfenahme
der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich ermittelt. Ziel ist es dabei, ein
Verfahren zu entwickeln, mit dem später auch nicht-lineare dynamische
Probleme numerisch gelöst werden können. Mit dem vorgestellten
Fensterverfahren wird aus der komplexen Antwort des Fundaments,
berechnet mit der Finite-Elemente-Methode im Zeitbereich, die Lösung im
Frequenzbereich für das in der Anregung enthaltene Frequenzspektrum
bestimmt. Hierzu wird eine eindeutige Vorgehensweise vorgeschlagen, und
die erforderlichen Angaben zur Wahl der Diskretisierungsfeinheit und des
Zeitschrittes gemacht. Schließlich wird das Fensterverfahren für
inhomogene Böden eingesetzt. Vorhandene halb-analytische Lösungen für
starre Fundamente werden mit ausreichender Genauigkeit reproduziert.
Basierend auf eigenen Fließ- und Füllversuchsreihen und vergleichenden 2D- und 3D-Simulationen wurde ein Verfahren zur numerischen Simulation des Fließ- und Füllverhaltens von zementgebundenen Feinkornsystemen mit und ohne Stahlfasern entwickelt bzw. weiterentwickelt. Das stark zeit- und scherratenabhängige rheologische Verhalten dieser Feinkornsysteme wurde mit einem Rotationsrheometer anhand speziell entwickelter Messprofile untersucht und mittels eines geeigneten Modells abgebildet. Im Rahmen von Parameterstudien und Vergleichen der experimentellen Ergebnisse der durchgeführten Haegermann- und L-Box-Versuche mit denen der Simulation wurden Simulationsparameter und -modelle angepasst und validiert. Das Fließ- und Füllverhalten der untersuchten Feinkornsysteme konnte dadurch mit der verwendeten Software-Plattform „Complex Rheology Solver“ (CoRheoS) zufriedenstellend beschrieben werden. Darüber hinaus wurde die Orientierung von Stahlfasern mithilfe einer bi-direktionalen Kopplung der Gleichungen für das Fließverhalten der Feinkornsysteme mit denen für die Faserorientierung qualitativ gut wiedergegeben.
Feine Feststoffe mit einer Korngröße zwischen > 45 µm und ≤ 63 µm (PM63) können als Maß für eine Belastung von Niederschlagsabflüssen dienen, da sie abhängig von der Herkunftsfläche überproportional mit Schadstoffen, wie z.B. Schwermetalle, belastet sein können. Neben den Aktivitäten auf der Herkunftsfläche (Staubniederschlag, Verkehr) beeinflussen jahreszeitliche Randbedingungen und bauliche Gegebenheiten das Feststoffaufkommen sowie den Feststofftransport in die Niederschlagsabflüsse maßgeblich.
Das Ziel der Arbeit war, den Kenntnisstand bezüglich Herkunft, Verhalten und Verbleib, aber auch Zusammensetzung und Korngrößenverteilung von Feststoffen auf Verkehrs- und Dachflächen darzustellen. Anhand der Kenntnisse und der Auswertung von Ergebnissen aus Messkampagnen wurden Gleichungen für unterschiedliche Herkunftsflächen (Verkehrsflächen, Dachflächen, Mischflächen) entwickelt, mit denen das flächenspezifische jährliche Aufkommen abfiltrierbarer Stoffe (AFS) und feiner Feststoffe (PM63) in [kg/(ha∙a)] bzw. jeweils eine mittlere Jahreskonzentration in [mg/l] abgeschätzt werden können.
Die Gleichungen wurden schließlich jeweils einer Sensitivitätsanalyse unterzogen und anhand von gut beschriebenen Messprogrammen zur Gesamtfeststoffkonzentration (AFS) verifiziert.
Da es derzeit noch wenige Studien bezüglich des Aufkommens und -transportes feiner Feststoffe in Niederschlagsabflüssen gibt, blieben einige Fragestellungen offen. Sind in Zukunft weitere Studien über PM63-Anteile, -Aufkommen und -Transport verfügbar, lassen sich die hier zunächst vorgeschlagenen PM63-Anteile und -Faktoren problemlos anpassen.
Konvektiver Feuchtetransport durch Leckagen in Holzleichtbaukonstruktionen mit permeablen Dämmstoffen
(2015)
