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Die Herausforderung

Der Auftraggeber beauftragte Lucideon mit der Entwicklung einer Testreihe zur Bestimmung der Festigkeit von Wänden, die mit Verbundbalken errichtet wurden, und zum Vergleich mit Wänden, die mit Windpfosten errichtet wurden.

Was wir geliefert haben

Zunächst wurden vier Wände mit Verbundbalken, jeweils 8 m lang und 5 m hoch, getestet. Die Wände wurden in einen Stahlrahmen eingebaut, und die Bewehrungsstäbe wurden in einfache, an den Säulen an beiden Enden befestigte Stollen eingebaut. Zwei weitere Wände mit Windpfosten in der Wandmitte wurden zu Vergleichszwecken getestet.

Die ersten Ergebnisse waren sehr ermutigend, aber die Entwürfe waren absichtlich konservativ, da zusätzliche Befestigungen und eine gewisse Bettfugenverstärkung verwendet wurden. Eine zweite ähnliche Phase wurde durchgeführt, bei der diese konservativen Maßnahmen nicht ergriffen wurden. Die Ergebnisse waren ähnlich ermutigend, mit einer leichten Verbesserung bei den Verbundbalken. Es gab keine Anzeichen von Rissen infolge Schwindens.

Der Bemessungsansatz für die Unterplatten zwischen den Verbundträgern ist einfach und folgt den Grundsätzen von EN 1996-1-1 und PD 6697. Die Bemessung der Verbundträger nach BS 5628-2 erwies sich jedoch als schwieriger, und der Nachweis gegen plötzliches Druckversagen, der in BS 5628-2 enthalten ist, kontrollierte die Bemessung und führte zu Spannweitenbeschränkungen. Bei keinem der Tests gab es Anzeichen für ein plötzliches Druckversagen, so dass eine Reihe von Tests an Wänden mit geringer Höhe durchgeführt wurde, um einige Grenzbiegemomente zu ermitteln, die für die Bemessung verwendet werden konnten. Von den vier durchgeführten Tests wurde das niedrigste Ergebnis verwendet, um ein maximales Biegemoment für die Bemessung festzulegen, so dass eine Überprüfung der Gebrauchstauglichkeit nicht erforderlich war.

Die Spezifikation der Materialien, die Konstruktion und die Ausführung wurden in einem Konstruktionsleitfaden zusammengefasst, der 2009 von Lucideon (damals Ceram) veröffentlicht wurde.

Erste Anwendung

Die erste bedeutende Anwendung des Verbundträgersystems war ein großes Rechenzentrum in Südostengland, das sich ideal für das Verbundträgersystem eignete, da es über lange, unkomplizierte Abschnitte mit hohen Wänden verfügte, die durch eine mäßig hohe Seitenlast belastet wurden. Das Zentrum wurde als robuster zweistöckiger Bunker“ aus Stahl und Beton gebaut, der vollständig in ein großes Stahlrahmengebäude integriert wurde. Das Innere wurde in kleinere Räume unterteilt, wobei sichergestellt werden sollte, dass ein Brand oder eine Explosion in einem Raum nicht auf die angrenzenden Bereiche übergreift.

Die für den Bau der Wände gewählte Lösung bestand aus langen Reihen von 140 dicken Blockwänden mit einer seitlichen Belastung von 0,5 kN/m2. Diese Wände waren in der Regel 6 m hoch, und der ursprüngliche Entwurf sah in jeder Schicht eine Bettungsfugenbewehrung sowie 200 x 200 quadratische Hohlprofil-Windpfosten im Abstand von maximal 4,5 m vor. Insgesamt wurden 11.000 m2 Mauerwerk verbaut.

Durch die Einführung von Verbundträgern konnte die zulässige Spannweite der Wände erheblich vergrößert werden, so dass viele provisorische Windpfosten entfallen konnten, obwohl einige Windpfosten in der Nähe von Türöffnungen und bei ungewöhnlichen Spannweiten weiterhin erforderlich waren. Das Bauunternehmen berichtete, dass durch die Verwendung des Verbundträgersystems Kosteneinsparungen von etwa 15 % gegenüber einem herkömmlichen Windpfostensystem erzielt werden konnten.

Die Verbundträger ermöglichten zwar einen viel größeren Abstand zwischen den Windpfosten, doch war es nicht möglich, sie ganz wegzulassen. Der nächste Schritt war die Untersuchung einer vertikalen Version des Verbundträgers.

Säulentests

Es wurden Säulentests an im Wesentlichen lokal verstärktem Hohlblockwerk durchgeführt. In jedem Fall wurden zwei vertikale Stahlstäbe in einem einzigen Hohlblock verwendet.

Das fertige System besteht nun sowohl aus Trägern als auch aus Stützen, Scherübertragungsstäben, Klammern zur Befestigung von Bewehrungsstäben an Gebäudesäulen und an den vertikalen Stäben in den Säulen. Alle Details sowie die für Träger und Stützen zu verwendenden Grenzmomente wurden in einen überarbeiteten Entwurfsleitfaden aufgenommen.

Anwendung im Aquatics Centre 2012

Das komplette System wurde erstmals im London 2012 Aquatics Centre eingesetzt. Die Wandkonstruktionen wurden durch mehrere Faktoren erschwert:

• Die untere Ebene ist ein höhlenartiger Raum und die meisten Wände waren 6-7 m hoch
• Die Konstrukteure hatten eine seitliche Bemessungslast von 0.5 kN/m2, mit höheren Lasten auf Höhe der Balustraden entlang der Fluchtkorridore
• Viele der Wände hatten nicht die volle Höhe und waren daher am Kopfende nicht eingespannt
• Es gab eine große Anzahl von großen Versorgungsleitungen, die auf hoher Ebene in den Räumen verteilt waren, was zu vielen Durchdringungen durch die Wände in voller Höhe führte.

Bei der Planung des Mauerwerks des Aquatics Centre bedeutete die durch die Einführung von Verbundträgern hinzugefügte Festigkeit, dass die Wände wesentlich weiter überspannt werden konnten als die empfohlenen Abstände der Bewegungsfugen. Um diese Einschränkung zu vermeiden, war es notwendig, eine Lagerfugenbewehrung einzuführen.

Nutzen für den Bauherrn

Die Unterteilung von großen Blockmauerwerkswänden, die hohen seitlichen Lasten ausgesetzt sind, kann ohne den umfangreichen Einsatz von Windpfosten erreicht werden. Die Kombination aus der Bemessung der Teilplatten unter Verwendung der Code Guidance und einem „Design by Test“-Ansatz für die Verbundträger und -stützen ermöglichte die Entwicklung eines Bemessungsansatzes für den Grenzzustand der Tragfähigkeit, ohne dass ein Nachweis der Gebrauchstauglichkeit erforderlich war. Während des gesamten Testprogramms wurden schrittweise Verbesserungen an den Komponenten des Systems vorgenommen.

Das System wurde sehr erfolgreich bei dem komplexen Projekt Aquatics Centre 2012 eingesetzt. Das Bauunternehmen berichtete, dass die Blockwände schneller und kostengünstiger errichtet werden konnten als mit vergleichbaren herkömmlichen Systemen. Dieses Projekt zeigte den Wert des Systems für Anwendungen mit langen oder hohen Wänden mit erheblichen seitlichen Lasten. Weitere Untersuchungen führten zu einer verbesserten Anleitung für die Berücksichtigung von Schwindungseffekten.