Nr. 2/2003 April

Am 23.April 2003 fand im Business Innovation Centre in Bozen eine vom ÖIAV - Tirol veranstal-
tete Vortragsreihe zum Thema "Weitgespannte Decken im Hochbau" statt.
Die aktuelle Ausgabe unserer Technischen Mitteilungen beinhaltet Kurzfassungen dieser
Vorträge. Die Tagung wurde von LH Luis Durnwalder, dem Vorsitzenden des ÖIAV - Tirol, Prof.
Dr. Kurt Moser und dem Vorsitzenden des SIAV Dr. Ing. E. Knoll eröffnet. Die Referate fanden
bei den ca. 150 Teilnehmern großes Interesse.

Innovativer Spannbeton
Von em. Univ. Prof. Dipl. Ing. Dr. Manfred Wicke, Innsbruck

In der zweiten Hälfte des vergangenen Jahrhunderts wurde die Erfolgsstory des Spannbetons im
Brückenbau geschrieben. Praktisch ohne Erfahrungen aus der Zwischenkriegszeit hat die Spann-
betonbauweise zwei Drittel des Marktanteils an den Straßenbrücken erlangt. Im Hochbau hingegen
konnte sich der Spannbeton, abgesehen von der Fertigteilbauweise, nicht durchsetzen. Mitte der
Neunzigerjahre haben wir in Innsbruck damit begonnen, Lösungen für einen wirtschaftlichen Ein-
satz des Spannbetons im Hochbau zu entwickeln und somit die Voraussetzungen zu schaffen, die
Erfolge im Brückenbau im Hochbau zu wiederholen. Zunächst war es nötig die unterschiedlichen
Voraussetzungen in Brückenbau und Hochbau zu erfassen und zu bewerten.

Die Zielvorstellung im Brückenbau war die Vermeidung von Zugspannungen bzw. von Rissen.
Zum Nachweis der Einhaltung dieser Anforderungen wurden die Spannungen unter Gebrauchslast
an den ungerissenen Querschnitten ermittelt und den zulässigen Spannungen bei voller bzw. be-
schränkter Vorspannung gegenüber gestellt. Im Hochbau ist diese Zielvorstellung wegen der un-
vermeidbaren Zwänge nicht erreichbar. An ihre Stelle wird die Beherrschung der Durchbiegungen
gesetzt. Mit der Aufgabe der Rissefreiheit wird auch das bisherige Nachweisverfahren nicht mehr
anwendbar.
Im Brückenbau wurden vorwiegend Spannglieder mit nachträglichem Verbund eingesetzt. Diese
sind für gerissenen Beton weniger geeignet. Wegen ihrer Korrosionsempfindlichkeit muss die zu-
lässige Rissbreite auf 0,2 mm beschränkt werden. Für gerissenen Beton sind Spannglieder ohne
Verbund besonders geeignet, da ihr doppelter Korrosionsschutz im Rissbereich voll erhalten bleibt.
Einen Vergleich dieser beiden Arten von Spanngliedern zeigt folgendes Bild



Die ersten vier Zeilen zeigen die Vorteile der Spannglieder ohne Verbund. Der Nachteil der gerin-
geren Ausnützung unter Traglast führt zu dem Ratschlag, die Tragsicherheit kostengünstiger durch
eine entsprechende schlaffe Bewehrung nachzuweisen.
Bei zwängungsfreier Lagerung kann die Spannkraft als Druckkraft voll in den Bauteil eingeleitet
werden. Bei Festhaltungen, wie sie im Hochbau vorkommen, kann jedenfalls die Spannkraft als
Zugkraft in das Spannglied eingeleitet werden. Damit werden an Krümmungen des Spanngliedes
Umlenkkräfte gesichert geweckt. Diese entlasten den Bauteil und biegen ihn nach oben. Welcher
Anteil der Spannkraft als Druckkraft im Bauteil wirkt, hüngt von den Steifigkeiten der horizontalen
Aussteifungen des Bauwerks (als Stützen, Wandscheiben und Kerne), und kann durch eine entspre-
chende Berechnung ermittelt werden. Die Annahme, dass keine Druckkraft in die Decken eingelei-
tet wird, liegt auf der sicheren Seite. Für Bauwerke, die sehr steif durch Wandscheiben oder Kerne
ausgesteift sind, ist dies sicherlich eine berechtigte Annahme.
Die Brandwiderstandsklasse einer Decke mit verbundloser Vorspannung entspricht jener einer ver-
gleichbaren Stahlbetondecke. In Brandversuchen konnte ein günstigeres Verhalten wührend des
Brandes und danach gezeigt werden.
Für den Entwurf eines Gebäudes wird empfohlen, dieses als Stahlbetontragwerk vorzusehen und
nur in jenen Deckenbereichen, in denen Probleme mit den Verformungen auftreten, verbundlose
Spannlitzen in benötigter Anzahl einzulegen.

Freie Spanngliedlage
Von Dipl. Ing. Dr. Klemens Maier, Innsbruck

1. Einleitung
In der Vergangenheit wurde der Spannbeton in Europa hauptsächlich im Brückenbau eingesetzt.
Auf Grund der zurückgehenden Brückenbauaktivitäten mussten neue Märkte für die Vorspannung
gesucht werden.

2. Der Entwicklungsprozess

2.1 Allgemeines
Um mit Vorspannung mit Spanngliedern ohne Verbund wettbewerbsfähig zu sein, müssen die Kosten
reduziert werden. Eine detaillierte Untersuchung der einzelnen Kostenfaktoren an den Herstellkosten
und Einbaukosten und ein Vergleich mit den Gesamtkosten des verlegten Spanngliedes zeigte, dass
der Einbau der Unterstellungen bei Decken etwa 25 % der Gesamtkosten verursacht. Die Herstellung

der unterschiedlich hohen Unterstellungen und das exakte Positionieren sind sehr arbeitsintensiv
und daher sehr teuer.
Im Fall der verbundlosen Vorspannung werden keine Gebrauchsspannungen berechnet, sondern
der Tragsicherheitsnachweis in den am höchsten beanspruchten Querschnitten oder der Nachweis
der Durchbiegungen wird maßgebend. Für beide Bemessungsgrundsätze ist eine exakte Position
des Spanngliedes an den Extrempunkten von großer Bedeutung. Die Spanngliedführung zwischen
diesen Punkten ist von geringerer Bedeutung. Dies führte zum Forschungsansatz, dass der
Übergangsbereich, der normalerweise mit Unterstellungen unterschiedlicher Höhe ausgebildet wird,
ohne Unterstellungen ausgeführt werden soll, sofern das Spannglied eine ausreichend stabile und
exakte Spanngliedlage einnimmt.

2.2 Spanngliedlage
Freie Spanngliedlage bedeutet, das Spannglied auf der unteren Bewehrungslage auszulegen und es
anschließend mit der oberen und unteren Bewehrungslage zu verbinden. Zwischen diesen Punkten
hängt das Spannglied frei, weshalb keine Unterstellungen im Übergangsbereich zwischen oberer
und unterer Festhaltung oder der Verankerung erforderlich sind.
Mit Einzelspanngliedern aus Litzen F150 (=Monolitzen), mit Spanngliedern mit 2 Litzen F150 und
mit vierlitzigen Spanngliedern F150 wurden viele Spanngliedlagen untersucht, sowohl Anhebungen
in der Mitte wie auch Randanhebungen.


Bild 1 Mittenanhebung mit zwei Befestigungspunkten

Basierend auf theoretische Überlegungen wurden analytische Formeln für die Spanngliedlage, den
Krümmungsverlauf und die freie Durchhangslänge für die Mittenanhebung und die Randanhebung
entwickelt. Der Vergleich mit den im Labor gemessenen Spanngliedverläufen zeigte eine sehr gute
Übereinstimmung.

2.3 Betonierversuche
Um den Einfluss des Betoniervorgangs auf die vertikale Spanngliedlage zu untersuchen wurden
Praxistests durchgeführt. Im ersten Versuch wurden sechs trägerartige Versuchskörper, im zweiten
Versuch ein plattenartiger Versuchskörper untersucht. Trägerartige Körper wurden gewühlt um die
vertikalen Verschiebungen zu untersuchen, der plattenartige Versuchskörper um die Ergebnisse des
ersten Versuchs zu verifizieren und um unterschiedliche Befestigungen am Hochpunkt zu testen.


Bild 2 Freie Spanngliedlage

3. Ergebnisse
Auf Grundlage der Versuche und der vergleichenden Berechnungen durchgeführt am Institut für
Betonbau konnte die Praxistauglichkeit der Freien Spanngliedlage gezeigt werden.
Unter den in Bild 2 gezeigten Voraussetzungen wurde die Zulassung für –sterreich erteilt. In der
neuen DIN 1045-1 sind diese Grundlagen enthalten und somit ist nun auch der Einsatz in Deutschland
möglich.
In Österreich wurden seit der Zulassungserteilung 1998 mehr als 200000 m 2 Decken mit freier
Spanngliedlage erfolgreich hergestellt, das sind mehr als 10% der gebauten Deckenflächen.
Die Vorteile der Decken mit freier Spanngliedlage sind die geringeren Herstellkosten
ä sie sind normalerweise nicht teurer wie Stahlbetondecken und jedenfalls billiger als Verbunddecken.
Zusätzliche Vorteile sind die geringere Bauhöhe oder größere Spannweite und daher das verbesserte
Verhältnis zwischen umbautem Raum und Nutzfläche.

Flachdecken mit Vorspannung ohne Verbund
Ausführungsbeispiele mit freier Spanngliedlage
von Dipl.-Ing. Alfred R. Brunnsteiner, Natters

1. Einleitung
Flachdecken sind Deckenkonstruktionen, die zur Überbrückung der Spannweiten keine Unterzüge
benötigen. Decken mit Anvoutungen zu Gurtstreifen hin und Pilzverstärkungen rund um Säulen
zählen auch zu Flachdecken.
Flachdecken zählen heute zu sehr "angenehmen" Bauteilen, da sie den Planern wenig Hindernis
sind. Installationen an Deckenunterseite sind in allen Richtungen frei, ohne Trägerkreuzungen,
möglich.
Die Standardspannweiten und -stärken für Flachdecken bis zu Belastungen von 7,0 KN/m 2 in
Stahlbetonbauweise ohne Vorspannung sind:

Raster Stärke Raster Stärke
6,0 m x 6,0 m 20 cm 5,0 m x 8,0 m 25 cm
7,5 m x 7,5 m 25 cm 6,0 m x 8,0 m 30 cm
8,0 m x 8,0 m 30 cm 8,0 m x 9,0 m 35 cm

Da diese Raster nur bedingt in das Modulmaß von Parkplätzen passen und das Einparken rund um
Säulen nicht geliebt wird, wünschten sich die Bauherren und Architekten größere Spannweiten
bzw. Raster. Dies ist allerdings nur mit Vorspannung ohne Verbund möglich.
Nach der Wahl und der Entscheidung zur großzügigen Dimension kommt dann noch die Frage der
Wirtschaftlichkeit. Unter der Voraussetzung von einer zusätzlichen Belastung von 7,0 KN/m 2 sind
Decken mit und ohne verbundlose Vorspannung ab einem Raster von 9,0 m x 9,0 m gleich teuer.
Die schlaffe Stahlbetondecke in Beton B 40 mit Raster 9,0 m x 9,0 m ist 35 cm stark und hat einen
Bewehrungsanteil von 35 kg/m 2 und die verbundlos vorgespannte Decke in Beton B 40 ist 30 cm
stark und hat einen Bewehrungsanteil von 28 kg/m 2 . Die eingesparte Materialdifferenz benötigt
man für die Spannkabel. Größere Spannweiten mit gleichbleibender Last werden mit verbundloser
Vorspannung billiger.

Der große Vorteil für uns Konstrukteure liegt allerdings ganz wo anders:
- Beherrschung der Formänderungen im Gebrauchszustand
- Einstellbarkeit der Formänderungen durch Variation der Vorspannkräfte
- Vermeidung von Zustand II-Rissen durch Überdrückung des Querschnittes
- der Durchstanzwiderstand der Flachdecken wird erhöht
- beträchtliche Reduzierung der Baustahlmenge der schlaffen Bewehrung
- große Spannweiten und Auskragungen auch bei schlanken Bauteilen
- Einsparung von Bauhöhen und Aushubskubaturen
- Durch die flache ebene Bauweise keine Hindernisse bei Installationen
- Das Bauwerk ist viel flexibler bei Nachnutzung, da weniger vertikale Bauteile
- Wir können wirklich ebene Tische bauen
- Es sind architektonische Gustostückerl möglich
Den ersten praktischen Kontakt mit verbundloser Vorspannung hatten wir im Herbst 1994 anlässlich
der Berechnung eines Faulturmes bei der Kläranlage Traunsee Nord. Den zweiten Kontakt hatten
wir bei einer Unterfangung mittels verbundlos vorgespanntem Stahlbetonträger in St. Anton.
Die erste Flachdecke mit Vorspannung bearbeiteten wir zu Weihnachten 1997 bei Ikea Innsbruck.

2. Beispiele

2.1. IKEA INNSBRUCK 1997

Das Bauvorhaben IKEA Innsbruck wurde im Herbst 1997 und Frühjahr 1998 ausgeführt. Es wurde
die Fundamentplatte mit Köchern ausgebildet um die dreigeschossigen Fertigteilsäulen aufnehmen
zu konnen. Danach wurden die Fertigteilträger mit den darauf liegenden Hohldielengeschossde-
cken und die Leichtdachkonstruktion eingebaut. In der nun wasserfesten Halle wurde die verbund-
los vorgespannte Flachdecke in 12 Betonierabschnitten eingebaut. Der Takt der Deckenfelder be-
trug 4 bis 5 Tage.
Die Nutzlast der Decke ist 12,0 KN/m 2 .
Das Rastermaß ist 8,40 m x 16,80 m und die Deckenstärken sind 70 cm in den 3.60 m breiten
angevouteten Gurtstreifen, über die kurze Richtung und 40 cm im Feld. Das Rastermaß ergab sich
aus dem Bauherrenwunsch 2 x 5,0 m tiefe Parkplätze und 6,80 m breite Fahrgassen zu bekommen.
Die Betongüte ist B 40 mit PZ 375 und die Deckenoberfläche wurde in Monofinish mit Quarz-
sandeinstreuung erstellt.
Die Betonsäulen in der Tiefgarage sind 50 cm x 80 cm, die sich in die Obergeschosse zu 50 cm x
50 cm verjüngen. Die daraus entstehenden Lagerflächen von 2 x 15 cm x 50 cm mussten mit
Stahlplatten 250/800/30 mm verstärkt werden um das Durchstanzen der Decke zu verhindern.
Es hat sich bei den Arbeiten gezeigt, dass die Betonierabschnitte in Richtung der Hauptvorspan-
nung nicht länger als 25 m sein sollten. Die Verkürzungszwänge infolge Kriechen und Schwinden
sind ansonsten nur schwer in den Griff zu bekommen.

2.2. M-PREIS - AN DER SILL IN INNSBRUCK 1999

Das Bauvorhaben M-Preis an der Sill wurde am linken Ufer der Sill neben der Sillbrücke im Sag-
gen errichtet. Durch die örtliche Gegebenheit hat sich ergeben, dass die Decke über der Tiefgarage,
dem Parkdeck, ein Gefälle von 50 cm erhielt. Die Obergeschoßdecken wurden wieder horizontal
errichtet. In der Decke über Erdgeschoß mussten 176 Blechkästen 400/600/250 für Einbauleuchten
untergebracht werden. Die Nutzlasten der Decken sind 7,0 KN/m 2 .
Die 35 cm starken Flachdecken haben ein Rastermaß von 12,5 m x 8,0 m. Die Betongüte ist B 40
und der Spannkabelabstand der 4-er Bündel in der Hauptrichtung ist ca. 1,00 m.
Alle Decken, die Decke über der Tiefgarage, die Decke über Erdgeschoss und die Decke über dem
Obergeschoss wurde mit verbundloser Vorspannung gebaut.
Da die Auskragung der Decke über Parkdeck 3,0 m betrug, wurde die Vorspannung mit zusätzli-
chen rein negativen Spannlitzen versehen. Diese Kabel wurden erst nach dem endgültigen Errei-
chen der Betonfestigkeit und nach dem Abklingen des Kurzzeitkriechens und -schwindens ge-
spannt.
Der erforderliche Durchstanzwiderstand wurde mit Stanzdübelleisten erreicht.
Da die Entwässerung der Flachdächer mit Saugleitungen erfolgte, wurden die Rohre zentral in die
Stahlbetonsäulen Æ 500 mm im Untergeschoss und in den Obergeschossen Æ 350 mm integriert.

2.3. LAGER M-PREIS - IN V–LS 2000

Das Bauvorhaben M-PREIS Lager in Völs wurde im Sommer und Herbst 2000 errichtet. Es wur-
den die Einzelfundamente mit Köchern ausgebildet um die zweigeschossigen Fertigteilsäulen auf-
nehmen zu können. Die Fertigteilträger wurden unmittelbar nach den Säulen versetzt, das darauf-
liegende Leichtdach wurde nach dem Betonieren der verbundlos vorgespannten Decke versetzt.
Die Oberfläche der Decke wurde mit Quarzsand eingestreut und monofinish geglättet. Die ver-
bundlos vorgespannte Flachdecke wurde in 5 Betonierabschnitten errichtet. Der Takt der Decken-
felder betrug 5 bis 6 Tage. Die Nutzlast der Decke ist 25,0 KN/m 2 .
Das Rastermaß ist 11,20 m x 11,20 m und die Deckenstärken sind 50 cm in den 3.00 m breiten
Gurtstreifen in beide Richtungen und 35 cm im Feld. Das Rastermaß ergab sich aus den Regalma-
ßen mit den dazwischenliegenden Staplerfahrgassen. Da die Gebäudehöhen sehr knapp sind, die
Halle steht im Einflugbereich des Flughafens Innsbruck, mussten die inneren querspannenden
Gurtstreifen der dreischiffigen Halle der Haustechnik weichen. Die Betongüte ist B 40 mit PZ 375
und der Spannkabelabstand der 4-er Bündel in den Gurtstreifen beträgt 50 cm und in den Feldern
2,0 m.
Die Betonsäulen im Erdgeschoss sind 50 cm x 50 cm die sich in die Obergeschosse zu 30 cm x 30
cm verjüngen. Die daraus entstehenden Lagerflächen von rundum 10 cm Breite waren ausreichend
um als Lager für die Decke zu dienen. Der Durchstanzwiderstand wurde mit Dübelleisten erhöht.

3. Schlussbemerkungen

3.1. VERWENDETE SPANNTECHNIK
Wir verwendeten bis heute die Materialien der Firmen:
- VORSPANNTECHNIK Interne Vorspannung ohne Verbund System VT CMM
in 2-er und 4-er Bündeln, Stahlgüte St 1570/ 1770
- DYWIDAG Interne Vorspannung ohne Verbund System DW zusammengebunden
zu 2-er und 4-er Bündeln, Stahlgüte St 1570/ 1770

3.2. ARBEITSAUFWAND
Für die statische Berechnung und die Dimensionierung benötigt man ca. 30 % mehr Zeit als bei
schlaff bewehrten Flachdeckenkonstruktionen. Es ist ein zusätzlicher Plan für die Spannkabellage
zu zeichnen und die Spannanweisung zu erstellen. Wir besuchen die Baustelle bei verbundlos vor-
gespannten Flachdecken pro Betonierabschnitt drei mal, Abnahme der unteren Bewehrungslage,
der Spannkabellage und oberen Bewehrungslage. Ein zusätzlicher Besuch ist notwendig, wenn
nicht alle Kabel gleichzeitig gespannt werden und wenn eine Kontrollmessungen gemacht werden
muß um die Berechnungen zu verifizieren. Zum Einbauen der Spannkabellage eines Betonierab-
schnittes bis zu 20 m x 25 m benötigen die Baufirmen mit 5 Mann und Kran ca. einen Tag.

3.3. BESONDERHEITEN
Da die Spannweiten meistens groß sind, ziehen die Säulen viel Last an. Es kommen deshalb häufig
Stahlverbundsäulen, Stahlrohre mit innenliegender Bewehrung und Betonfüllung, zur Ausführung.
Ohne Dübelleisten und ohne Geilingerpilze funktioniert der Durchstanznachweis nur bei Beton-
pilzkonstruktionen und Deckenverstärkungen in den Gurtstreifen. Das Zusammenspiel zwischen
Säulendurchmesser und Deckenstärke muss genau betrachtet und mehrfach diskutiert werden. Er-
freulich ist, dass die Berechnungen und die Kontrollmessungen die Formänderungen betreffend,
exakt übereinstimmen.

3.4. ANDERWEITIGE VERWENDUNGEN
Es können natürlich auch Stahlbetonträger und Wandscheiben verbundlos vorgespannt werden.
Wir verwendeten die Vorspanntechnik auch im Zusammenhang einer großen Unterfangung eines
ausgehöhlten dreigeschossigen Gebäudes, der Trägerquerschnitt betrug 1,40 m x 1,20 m bei einer
Spannweite von bis zu 18 m.