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Sanierung/Ertüchtigung von Holzbalkendecken
Was ist und wie funktioniert das AHB-System ?
Checkliste Planung / Ausführung
Falls wir für Sie statische und schwingungstechnische Nachweise einer
AHB-Sanierung erstellen sollen, laden Sie bitte eine der folgenden Checklisten herunter und senden
diese ausgefüllt an ibh Dr. Heller zurück.
Checkliste für Ihr Sanierungsvorhaben im .DOC - Format
Checkliste für Ihr Sanierungsvorhaben im .PDF - Format
AHB-Verfahren: Prinzip
Das AHB-Verfahren (Aufgedoppelter Holzbalken) ermöglicht eine hocheffiziente statische,
schwingungstechnische und schalltechnische Ertüchtigung von Holzbalkendecken,
ohne die Gefache zu öffnen bzw.die Deckenbalken seitlich freizulegen.
Je nach Anforderung ist die Sanierung von der
Unterseite (AHB u) oder von der Deckenoberseite (AHB o) möglich.
Das System benutzt Verstärkungshölzer, die ausschliesslich durch eine i.d.R.
45 grad Parallelverschraubung mit dem vorh. Deckenbalken ein steifes Verbundsystem
bilden. Nicht druckfeste Putzschichten bzw. Zwischenschichten werden durch wenige
Druckhölzer überbrückt. Die Putzschicht wird bis auf den tragfähigen Untergrund
(z.B. Sparschalung) sehr einfach mit einer Zylindersäge (Lochkreissäge) entfernt.
Bei fehlender Putzschicht wird direkt auf der Sparschalung oder auf dem Deckenbalken
parallel verschraubt.
Mit einer Querversteifung unter den eigentlichen Verstärkungshölzern kann der
Sanierungseffekt weiter erhöht werden. Gegenüber dem vorh. Deckenbalken sind
Steifigkeitserhöhungen von 200% bis über 500% möglich.
Das AHB-Verfahren beruht auf normativ geregelten technischen Prinzipien
(EC5 DIN EN 1995-1-1) und geregelten bzw. zugelassenen (DIBt, ETA) Produkten und
Verbindungsmitteln.
Als Werkstoffe für die Verstärkungshölzer eignen sich KVH (i.d.R. NH C24) nach DIN EN 338,
Brettschichtholz BSH nach DIN EN 1194 und Furnierschichtholz, z.B. KERTO-S nach Z-9.1-100.
Insbesondere durch das hocheffektive Furnierschichtholz werden Inhomogenitäten des
üblichen Bauholzes (Risse, Kern, Splint, Äste) konsequent ausgeschlossen.
Von ibh Dr. Heller speziell entwickelte Nachweistools für Statik und Schwingungen
ermöglichen eine ausgeklügelte und optimierte Sanierungslösung.
Weitere Vorteile sind der einfache Ausgleich von Deckendurchbiegungen (Nutzung
der Druckhölzer), die Arbeit ohne Nutzungsbeeinträchtigungen der Räume oberhalb
der Sanierungsdecke und das vereinfachte Anreissen und Einbringen der Parallel-
verschraubung.
Die bei der Kreuzverschraubung im Randbereich erforderliche 90/45 grad Verschraubung
wird durch die effektivere reine 45 grad Parallelverschraubung ersetzt.
Infolge der vorrangigen Zugbeanspruchung der Schubverbinder können auch preiswertere
Teilgewindeschrauben, wie z.B. nicht gehärtete Tellerkopfschrauben eingesetzt werden.
AHB-Verfahren: Vorteile und Nutzen
==> Das AHB-System ermöglicht eine Erhöhung der Tragfähigkeit, eine
Verbesserung der Schall-, Brand-, Erschütterungs- und Schwingungs-
eigenschaften einer vorhandenen Holzbalkendecke .
==> Mit entsprechenden Zusatzmaßnahmen auf der Deckenunterseite und
evtl. auf der Deckenoberseite sind erhebliche Verbesserungen des
Luft- und Trittschallschutzes möglich.
==> Es sind Steifigkeitserhöhungen bis über 500 % zu erreichen !
==> Damit können problemlos erhöhte Nutzlasten oder z.B. Schallschutzestriche
aufgenommen werden.
==> Mit evtl. zusätzlicher Querversteifung von unten sind die Schwingungs-
parameter Frequenz, Beschleunigung und Geschwindigkeit sehr günstig zu beeinflussen.
==> Die vorh. Decke kann erhalten bleiben, keine Öffnung der Gefache.
==> Sanierung von der Unterseite (AHB u), d.h. kein Eingriff in die Nutzung des
darüberliegenden Raumes oder von der Oberseite (AHB o), z.B. bei einem
komplett neuen flächigen Aufbau der Decke (KERTO-S-Platten) .
==> Geringe Schmutz- und Staubentwicklung.
==> Sichere und einfache Ausrichtung der Unterkonstruktion bzw. Ausgleich
von Höhenunterschieden unter Nutzung der Druckhölzer.
==> Die Ausführung ist von jeder qualifizierten Bau-Fachfirma durchführbar, kleinere
Bauvorhaben auch von technisch versierten Bauherren.
==> Die erforderlichen Konstruktionshöhen bzw. Tragfähigkeitssteigerungen
sind durch die Eigenschaften der Verschraubung und der Verstärkungs-
hölzer sehr flexibel anzupassen.
==> Wesentlich geringerer Kosten- und Zeitaufwand gegenüber der
traditionellen Sanierung mit Öffnung der Gefache.
==> In vielen Fällen kann mit dem AHB-Verfahren die historische Bausubstanz
erhalten und verbessert werden. Auch Dachkonstruktionen, die auf der zu
sanierenden Decke auflagern, müssen nicht abgetragen werden.
==> Das AHB-Verfahren ist auch sehr gut geeignet für die Ertüchtigung von
Sparren, Pfetten, Unterzügen usw. mit oder ohne Zwischenschichten
AHB-Verfahren: Bauablauf
Der konkrete Bauablauf einer AHB-Deckensanierung ist abhängig von der aktuellen Situation
des BV und den massgebenden Sanierungszielen. Im Folgenden werden die prinzipiellen
Arbeitsschritte angedeutet. Weitere Hinweise, Empfehlungen und praktische Erfahrungswerte
erhalten Sie bei ibh Dr. Heller.
Tragverhalten von Systemen mit gekreuzten Schrauben
Um die grundsätzlichen Unterschiede zwischen der gekreuzten (UHB) und parallelen (AHB) Verschraubung
bei Deckensanierungen zu klären, wurden diverse Bruchversuche an s.g. XXX-Trägern durchgeführt.
Die Schraubenkreuze erzeugen eine asymmetrische Beanspruchung des Verbundsystems mit Versagen
entweder durch Ausknicken der gedrückten Schrauben oder durch Längsaufreißen eines Gurtes.
Eine Reduzierung des Effektes ist möglich durch eine wechselseitige Anordnung der Druckschrauben,
was entweder einen großen Schraubenabstand oder eine große Gurtbreite erfordert.
Bei praktischen Deckensanierungen liegen natürlich andere Steifigkeitsrelationen
Deckenbalken/Verstärkungsholz und Knickbedingungen vor, sowie der Bruchzustand
wird i.d.R. nicht erreicht bzw. mit Globalsicherheiten im Bereich 2 bis 3 belegt.
Das prinzipielle Verhalten einer solchen Struktur bleibt allerdings wie hier skizziert und definiert
letztlich die effektive Steifigkeitserhöhung eines sanierten Systems.
Die unten dargestellte Verdrehung der Gurte wird bei Decken durch die Dielung und die Sparschalung
verhindert, was wiederum zu Zusatzspannungen im Holz und den Verbindern führt.
Der Kraftfluß und die inneren Kräfte bei Schraubenkreuzen sind abhängig von den
Einschraubwinkeln, Reihenabständen und bringen bei 45/45° - Verschraubungen die
kleinsten Zug- und Druckwirkungenin den Schrauben.
Dies ist ein Vorteil der Kreuze und macht eine Anwendung bei kleinen
Deckenstützweiten (bis ca. 4.5 m) und kleinen Lasten (Wohnraumnutzung) möglich, da
hier keine Druckhölzer eingeschnitten werden müssen.
Ungünstig sind die in den Randbereichen immer erforderlichen 90/45° - Verschraubungen, die
außerdem im Bereich der größten Schubfelder einer Decke liegen.
Neben den Stabilitätsproblemen ist die Herausdrückgefahr von besonderer Bedeutung,
insbesondere, wenn dünne Verstärkungshölzer verwendet werden bzw. Schrauben
(Schubverbinder) mit großen gewindefreien Bereichen am Schraubenkopf !
Tragverhalten von Systemen mit schrägen parallelen Schrauben
Das Zusammenwirken von gezogenen Schrauben und Druckhölzern generiert ein symmetrisches
Tragverhalten ähnlich einem Fachwerk mit vertikalen Druckstäben.
Das Ausknicken und Herausdrücken der Druckstäbe sowie das Längsaufreißen
(Querschubspannungen) entfallen bei dieser Verschraubungsvariante komplett.
Es entsteht eine Tragstruktur mit klar definierten Kraftwirkungen.
Druckhölzer, im folgenden Bild aus 57 mm KERTO-Q, Anordnung unabhängig von der
Lage der Schrauben (ggf. Durchdringung möglich).
Anzahl bzw. Abstand der Druckhölzer im AHB-System müssen nicht der jeweiligen
Zugschraube zugeordnet werden, sondern sind abhängig von der Systemlänge,
der Gesamtlast und der Steifigkeit des Untergurtes = Verstärkungsholz bei AHB u.
Die Zugkräfte in den 45°-Schrauben sind größer als die in der 45/45°-Kreuzverschraubung.
Allerdings entsteht durch die Kontaktpressung in den Druckhölzern eine
Reibungswirkung, die den effektiven Schubfluß und damit die Zugkräfte wieder
verkleinern.
Die Druckhölzer sind i.d.R. erforderlich bei der Deckensanierung von der Unterseite
(Verfahren AHB u) und dem Vorhandensein nicht druckfester Schichten bzw.
der Überbrückung von Hohlräumen (Installationen).
Das folgende Bild zeigt eine flächige Sanierung von oben (Verfahren AHB o) mit
direkter Parallelverschraubung der Verstärkungsplatten auf den druckfesten Dielen
bzw. OK vorh. Deckenbalken.
Spezielle Druckhölzer sind hier nicht erforderlich.
Normen, Regelwerke für Bemessung und Nachweise
Für die Bemessung bzw. Nachweisführung des Holz - Holz - Verbundsystems im
AHB-Verfahren werden folgende Basisregelwerke verwendet:
DIN EN 1990: 2012-10
Eurocode 0: Grundlagen der Tragwerksplanung
DIN EN 1991-1-1: 2012-10 und Nationaler Anhang
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke, Wichten, Eigengewichte, Nutzlasten
DIN EN 1995-1-1: 2012-10 und Nationaler Anhang
Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten
Anhang B: Nachgiebig verbundene Biegestäbe
DIN EN 338: 2010-02
Bauholz für tragende Zwecke, Festigkeitsklassen
DIN EN 1194: 1999-05
Brettschichtholz, Festigkeitsklassen
Z-9.1-100
KERTO-Furnierschichtholz
Diverse Zulassungen für Voll- und Doppelgewindeschrauben, wie z.B.:
Z-9.1-519 SPAX International GmbH & Co. KG, SPAX-S Schrauben mit Vollgewinde
Z-9.1-764, SW Gaisbach, SWG Timtec VG plus
Z-9.1-614, WÜRTH, ASSY VG plus
Z-9.1-665, HECO-Schrauben GmbH & Co. KG, HECO-TOPIX-CC CombiConnect
Tools für die Nachweisführung
Die statische und schwingungstechnische Analyse, Optimierung und Nachweisführung
einer AHB-Sanierung erfordern umfangreiche und komplexe Berechnungen unter
Berücksichtigung diverser Eingangsparameter bzw. Sanierungsvorgaben, wie z.B.:
Stützweite der Deckenbalken
Abstand der Balken
Breite und Höhe der Balken
Holzqualität
Ständige Lasten
Nutzungslasten
Zulässige Durchbiegungen
Zulässige Schwingungsparameter (Eigenfrequenz, Schwingbeschleunigung und -geschwindigkeit)
Sanierung von unten (AHB u) oder von oben (AHB o)
Max. Konstruktionshöhe der Sanierung
Schallschutz- und Brandschutzkriterien
Kostenstrukturen
Neben weiteren Nachweisdiensten, z.B. für die Ermittlung der Tragreserven vorh. Deckenbalken oder
der Rückverformung für die AHB-Sanierung gehören die folgenden drei Webservices zu den
wichtigsten Nachweistools für die Planung einer effektiven AHB-Deckensanierung:
Sonstige Infos und Hinweise
Rückverformung
Der Begriff "Rückverformung" wird im Sanierungskontext oft falsch interpretiert. Eine
praktische Rückverformung von 10 ... 15 mm im Rahmen des AHB-Verfahrens dient nur
der Minimierung des Schlupfes der Verschraubung der Schubverbinder.
Die in vielen Fällen gewünschte Rückstellung der gesamten Verformung einer über
Jahrzehnte dauerbelasteten Decke (Kriechen, Schwinden des Holzes) ist kaum möglich.
Außerdem müssten extreme Pressenkräfte eingetragen werden, die sowohl die obere
Decke (Auflager, evtl. Fliesen, Parkett), als auch die Lastverteilung auf der unteren Decke
überfordern würden.
I.d.R. werden auf der Oberseite Ausgleichsschüttungen und auf der Unterseite ein
Höhenausgleich durch die Druckhölzer angebracht.
Schubverbinder
Für die Schubverbinder bietet der Markt mittlerweile eine breite Palette an zugelassenen
Voll-, Doppel- und Teilgewindeschrauben. Die je nach Anwendungsfall erforderlichen
Durchmesser 6, 8, 10, 12 mm sowie Längen von 200 bis 800 mm sind verfügbar.
Die angebotenen Schrauben unterscheiden sich teilweise erheblich in ihren technischen
Parametern und in der Konstruktion von Spitze, Schaft, Gewinde und Kopf.
Demzufolge sind die erforderlichen statischen Nachweise immer spezifisch entsprechend
der Schraubenzulassung zu erstellen.
Schallschutz
Neben den statischen und schwingungstechnischen Anforderungen erlangen die
schalltechnischen Verbesserungen einer Decke immer größere Bedeutung.
Das AHB-Verfahren ist in Kombination mit Zusatzmaßnahmen (Unterdecke,
Schallentkopplung auf der Oberseite, Auflasten usw.) bestens geeignet, um auch
diese Sanierungsziele zu erreichen.
Erfahrene Schallschutzspezialisten können von ibh Dr. Heller vermittelt werden.
Konstruktionsdicke der AHB-Verstärkung
Eine Begrenzung der Konstruktionsdicke der AHB-Sanierung wird beeinflusst durch
die notwendige lichte Raumhöhe und dem Abstand UK Decke bis UK Sturz (Fenster, Tür).
Ein Rückversatz der Verstärkung ist möglich, muss aber speziell nachgewiesen werden.
Die Verstärkungsdicken (ohne Unterdecke) bewegen sich zwischen 40 und 200 mm,
abhängig von den bereits o.g. Einflussfaktoren.
Sonderlösungen mit einer Dickenminimierung sind durch den Einsatz von Furnierschichtholz
oder Multiplex-Sperrholz möglich. Auch hier spezielle statische Nachweise.
Die Regelunterdecke ist 50 mm dick (25 mm Federschiene, 2x12.5 mm Gipskartonplatte).
Spezielle Brandschutz- und/oder Schallschutzdecken sind für die Nachweise mit den
entsprechenden Lasten zu definieren.
Praktische Ausführung einer AHB-Sanierung
Die Realisierung einer AHB-Maßnahme erfordert kein spezielles Knowhow und kann
von jeder Zimmerei, Baufirma oder technisch versierten Bauherren ausgeführt werden.
Insgesamt ist etwa folgendes Equipment erforderlich:
3 bis 4 Mitarbeiter
Verschieb- oder verfahrbares Gerüst
Einige Balken/Stahlträger für Lastverteilung nach unten (ca. 2 m Länge)
Eine Holz- oder Teleskopstütze für die Rückverformung
Zwei Teleskopstützen für die Randanpressung (Variante Tellerkopfschrauben)
Ein Wagenheber/Hydraulikpresse (max. 30 kN)
Kraftmessdose/Manometer
Laser oder Meßlineal für Rückverformung (max. 20 mm)
Schrauber/Bohrschrauber/Winkelbohrmaschine (kein Schlagbohrer)
Zylindersäge/Lochkreissäge (d = 150 mm)
Nägel/Hammer/Impulsenagler/Druckluftnagler für Anheften der Druckhölzer
Bit Torx/Antrieb entsprechend Schraube
Schablone/Setzhilfe für 45 grad-Pilotbohrung bzw. Verschraubung
Ingenieurbüro Dr. Heller
ibh@windimnet.de