Home » BIM und Statische Berechnung » Ummantelung von Stützen mit Stahlbeton: Methoden und Vorteile

Ummantelung von Stützen mit Stahlbeton: Methoden und Vorteile

Wie kann man Strukturen aus Stahlbeton verstärken? Die Ummantelung von Stützen mit Stahlbeton ist aufgrund ihrer Wirksamkeit und ihrer geringen Kosten sicherlich die am häufigsten eingesetzte Maßnahme

Im Bereich des Bauingenieurwesens und der Architektur stellt die strukturelle Verstärkung ein wesentliches Element dar, um die Sicherheit und Langlebigkeit von Bauwerken zu gewährleisten. Unter den verschiedenen angewandten Techniken zeichnet sich die Ummantelung von Stützen durch ihre Wirksamkeit bei der Verbesserung der Tragfähigkeit und seismischen Widerstandsfähigkeit bestehender Stützen aus. Ihre Umsetzung erfordert eine sorgfältige Untersuchung der tatsächlichen Bedingungen der Struktur sowie Berechnungen und Überprüfungen des neuen Eingriffs.

Was ist die Ummantelung von Stützen?

Die Ummantelung von Stützen, oder jacketing auf Englisch, ist ein struktureller Verstärkungseingriff, der die Anwendung einer zusätzlichen Schicht Material um bestehende Stützen beinhaltet, um deren Widerstandsfähigkeit zu erhöhen oder ihre Leistung zu verbessern. Dies kann aus verschiedenen Gründen erforderlich sein, wie z.B. die Erhöhung der Last, die die Stütze tragen muss, um sich an neue Nutzungsanforderungen anzupassen, die Korrektur von Strukturfehlern oder die Verbesserung der seismischen Widerstandsfähigkeit des Gebäudes.

Die für die Ummantelung verwendeten Materialien können je nach spezifischen Anforderungen des Projekts variieren, können jedoch Beton, Stahl, faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit Polymeren (FRP) oder eine Kombination dieser Materialien umfassen. Das Hauptziel besteht darin, eine Verstärkung bereitzustellen, die die strukturellen Eigenschaften der Stütze verbessert, ohne deren Stabilität oder Funktionalität zu beeinträchtigen.

Es ist mäßig invasiv, relativ schnell in der Umsetzung, vergleichsweise kostengünstig und ermöglicht radikale Verbesserungen in Bezug auf die Sicherheit. Insbesondere ermöglicht es, die:

  • Tragfähigkeit zu erhöhen, gemäß dem sogenannten „Einschluss“-Phänomen von Beton. Sowohl das Vorhandensein von neuem Beton (mit besseren Eigenschaften als der vorhandene) als auch von Stahl gewährleisten einen seitlichen Druck, der der Ausdehnung entgegenwirkt, die als Reaktion auf axiale Lasten auftritt;
  • Biege- und Scherfestigkeit zu verbessern, es können auch „selektive“ Eingriffe gewählt werden. Wenn die Verstärkung nur darauf abzielt, die Biegefestigkeit zu erhöhen, sollten die Längsstäbe aus Stahl auch in den benachbarten Strukturelementen verankert werden, wobei auch Querverbindungsbewehrungen zwischen der Verkleidung selbst und den vorhandenen Trägern hinzugefügt werden. Andererseits sollte die Verkleidung zur Erhöhung der Scherfestigkeit nicht verankert werden, wodurch ein Fugenabstand zum Deckensystem von ca. 1 cm (sowohl für Beton als auch für die Bewehrung) entsteht;
  • Verformungsfähigkeit zu erhöhen, d.h. die Fähigkeit, auf Belastungen durch nicht-strukturelle Verformungen zu reagieren (entscheidend, um Energie aufzunehmen).

Die Ummantelung von Stützen ist eine traditionelle und dauerhafte Technik, die im Laufe der Jahrzehnte ihre gesamte Effizienz bewiesen hat.

Sie findet Anwendung in einer Vielzahl von Szenarien, von der Restaurierung historischer Gebäude über die Korrektur von Strukturfehlern bis hin zur Reaktion auf zusätzliche Lasten und zur Minderung seismischer Risiken. In Situationen, in denen Abriss und Neubau nicht praktikabel, kosteneffektiv oder nachhaltig sind, bietet die Verkleidung eine effektive Lösung zur Verbesserung der strukturellen Leistung, ohne die Integrität des Gebäudes zu beeinträchtigen.

Die für die Ummantelung von Stützen verwendeten Materialien hängen von den spezifischen Anforderungen des Projekts und den Bedingungen der bestehenden Struktur ab. Stahlbeton ist aufgrund seiner Vielseitigkeit und Festigkeit eine gängige Wahl, während Stahl und faserverstärkte Verbundwerkstoffe mit Polymeren alternative Lösungen in Bezug auf Leichtigkeit und einfache Installation bieten. Die Anwendungsmethoden reichen von traditionellem Gießen bis zur Vorfertigung, was eine Anpassung an die strukturellen und gestalterischen Anforderungen ermöglicht.

Der einzige wirkliche Nachteil der Stahlbeton-Ummantelung
besteht in der Zunahme der „Massen“, d.h. der Breite der Stütze selbst, was zu einer Verringerung der begehbaren Fläche führen könnte. Dieser Nachteil könnte jedoch durch Ummantelung aus faserverstärktem Material überwunden werden, einem weniger verbreiteten Eingriff im Vergleich zur Beton-Ummantelung und Stahlklammern, aber ebenso effektiv, insbesondere zur Verbesserung der Zugfestigkeit, ohne zusätzliche Lasten und Massen auf der bestehenden Struktur hinzuzufügen.

Die Phasen der Umsetzung der Ummantelung aus Stahl

Der Prozess zur Umsetzung der Ummantelung von Stützen kann je nach den spezifischen Anforderungen des Projekts und den verwendeten Materialien leicht variieren. Die Art und Weise, wie der Eingriff durchgeführt wird, kann einen Unterschied in seiner tatsächlichen Wirksamkeit ausmachen.

Die grundlegenden Schritte, die bei der Ummantelung von Stützen befolgt werden müssen, sind:

  • Strukturelle Bewertung: Bevor mit dem Eingriff begonnen wird, ist eine gründliche Bewertung der bestehenden Struktur erforderlich, einschließlich Materialtests und Untersuchungen, um den Kenntnisstand des Gebäudes zu bestimmen. Dies hilft dabei, die aktuellen strukturellen Bedingungen, vorhandene Mängel oder Schäden zu identifizieren und die erforderlichen Verstärkungsanforderungen festzulegen;
  • Entwurf der Ummantelung: Basierend auf den Ergebnissen der strukturellen Bewertung wird der Typ des zu verwendenden Materials, die Dicke der Verkleidung und andere technische Details bestimmt. Das Design sollte auch lokale Vorschriften und Sicherheitsstandards berücksichtigen;
  • Abstützung der betroffenen Stützen: Eine vorbeugende Maßnahme, um die Struktur des Elements während der Arbeiten zu erhalten;
  • Überprüfung des Zustands des Betons der zu bearbeitenden Stütze und mögliche Entfernung von beschädigtem Beton;
  • Bei tiefen Rissen erfolgt die Verwendung von Mörtelinjektionen;
  • Richten der Längsstäbe bei Verformungen;
  • Vorbereitung der Verlegefläche durch Reinigung und Befeuchtung;
  • Verlegung zusätzlicher Stahlstäbe und -klammern;
  • Auftrag von Beton: Dies kann Gießen, manuelle Anwendung oder Verwendung von vorgefertigten Formen umfassen, je nach gewählter Methode und Größe der Stütze;
  • Entfernung der Abstützungen.

Es ist wichtig zu beachten, dass bei bestehenden Strukturen das Wissen über die Struktur und die verwendeten Materialien sehr wichtig ist. Die Bestimmung des Kenntnisstands und der daraus resultierenden Vertrauensfaktoren, basierend auf durchgeführten Tests und Inspektionen, ermöglicht es, die mittleren Festigkeiten der Materialien für die Überprüfungen zu bestimmen.

Wann ist die strukturelle Verstärkung von Stützen erforderlich?

Im Grunde genommen ist die strukturelle Verstärkung von Stützen durch Ummantelung immer nützlich, insbesondere in Fällen, in denen Schäden an bestehenden Strukturen, Unterdimensionierung der Stützen, Verwendung minderwertiger oder im Laufe der Zeit degradierter Materialien festgestellt werden. Es gibt jedoch auch Fälle, die dringend sind.

Hier sind die verschiedenen Fälle, in denen die Verkleidung von Stützen am häufigsten angewendet wird:

  • Laststeigerung: Wenn ein Gebäude eine Änderung seiner Nutzung oder eine Umnutzung erfährt, die zu einer Erhöhung der strukturellen Last auf den Stützen führt, kann es erforderlich sein, sie zu verstärken, um sicherzustellen, dass sie die neuen Lasten sicher tragen können;
  • Struktureller Verfall: Im Laufe der Zeit können Stützen aufgrund von Faktoren wie Korrosion, Brandschäden, chemischen Angriffen, Erosion oder seismischen Aktivitäten verfallen. In diesen Fällen ist es unerlässlich, mit Verstärkungsmaßnahmen die strukturelle Integrität wiederherzustellen und die Sicherheit des Gebäudes zu gewährleisten;
  • Normative Aktualisierung: Baunormen und -vorschriften können sich im Laufe der Zeit ändern, wodurch neue Sicherheits- und seismische Widerstandsfähigkeitsstandards eingeführt werden. Als Reaktion auf diese normativen Aktualisierungen kann es erforderlich sein, bestehende Stützen zu verstärken, um die Einhaltung der aktuellen Standards sicherzustellen;
  • Umbau, Erweiterung und Aufstockung: Während Umbau- oder Erweiterungsarbeiten an einem bestehenden Gebäude kann es erforderlich sein, die Stützen zu verstärken, um sie an die neuen Gestaltungsanforderungen anzupassen und die Stabilität der gesamten Struktur während und nach den Bauarbeiten zu gewährleisten;
  • Kollapsprävention: In Situationen, in denen ein unmittelbares Risiko eines strukturellen Versagens aufgrund erheblicher Schäden oder Schwächen in den Stützen besteht, kann die strukturelle Verstärkung als präventive Maßnahme eingesetzt werden, um den Zusammenbruch des Gebäudes zu verhindern und die Sicherheit der Öffentlichkeit zu gewährleisten;
  • Verbesserung des wirtschaftlichen Werts des Gebäudes: Unabhängig von den tatsächlichen Bedürfnissen bedeutet die Durchführung der Verkleidung von Stützen eine Verbesserung der Sicherheitsgarantien des Gebäudes und damit seines wirtschaftlichen Werts. Ein wichtiger Aspekt, wenn die Absicht besteht, das Gebäude möglicherweise in einigen Jahren zu verkaufen.

Im Allgemeinen ist die strukturelle Verstärkung von Stützen erforderlich, wenn die Tragfähigkeit oder Stabilität der Stützen selbst beeinträchtigt ist, was die Sicherheit des Gebäudes oder der Personen, die es bewohnen oder nutzen, gefährden könnte. Eine genaue Bewertung der strukturellen Bedingungen und die Umsetzung angemessener Maßnahmen sind entscheidend, um die Langlebigkeit und Sicherheit von Bauwerken im Laufe der Zeit zu gewährleisten.

Es gibt jedoch auch andere Fälle, in denen die Verbesserung der Stützenfestigkeit mit weniger invasiven Techniken möglich ist:

  • Wiederherstellung der äußeren Ummantelung: Anstatt eine neue Ummantelung aufzubringen, kann die bestehende Ummantelung wiederhergestellt werden. Ziel ist es, die Metallelemente zu reinigen, sie mit schnell aushärtenden Materialien zu verstärken und eventuelle Verformungen zu begrenzen;
  • Anwendung von FRP-Laminaten: Oft reicht die Verlegung von sehr dünnen und wenig invasiven Materialien wie faserverstärkten Verbundwerkstoffen mit Polymermatrix (FRP) aus, um die Festigkeit einer Stütze zu erhöhen. Diese Eingriffe erzeugen einen Effekt, der dem einer Verstärkung mit zusätzlicher Bewehrung ähnelt;
  • Anwendung von modifiziertem hydraulischem Kalk: Auch hydraulischer Kalk kann, wenn er richtig mit natürlichen Puzzolanen integriert wird, eine höhere Festigkeit der Stützen gewährleisten.

 

Edilus-EE
Edilus-EE