Einsatz von tragenden Sandwichelementen mit Deckschichten aus glasfaserverstärkten Kunststofflaminaten in Architektur und Bauwesen (D981)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D981
- Bearbeiter: Ruben Heiming
- Verantwortl. Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
- Betreuer: Tino Kühn, Bernd Grüber (ILK, TU Dresden), Matthias Oppe (Knippers Helbig GmbH, Stuttgart)
- Tag der Verteidigung: 28/01/2016
Zusammenfassung
Sandwichelemente sind im Bauwesen überwiegend als raumabschließende Fassadenelemente mit einer tragenden Unterkonstruktion bekannt. Diese Strukturelemente setzen sich aus mehreren Schichten zusammen. Meist umschließen zwei dünne Deckschichten aus Stahl einen Hartschaumkern aus Polystyrol (PS) oder Polyurethan (PUR). Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Sandwichelemente mit Deckschichten aus glasfaserverstärktem Kunststoff untersucht. Verschiedene Kernmaterialien wurden in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften verglichen.
Soll nicht nur der Raumabschluss, sondern die komplette tragende und formgebende Struktur, also Wände, Decken und Dach, aus Sandwichelementen bestehen, ändern sich entsprechend die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften. Vor allem müssen hohe Nutz- und Ausbaulasten aufgenommen und über geeignete Verbindungen zwischen Decken- und Wandelementen abgetragen werden. Tragende Elemente aus Kunststoff müssen mit einem geeigneten Bemessungskonzept dimensioniert werden. Das zeitabhängige Verhalten von Kunststoffen und die hohe Anforderung an Sicherheit für tragende Bauelemente führen zu einer Abminderung von 50–80 % der charakteristischen Festigkeit.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Entwicklung möglicher Verbindungen der Sandwichelemente untereinander. Bei einer mechanischen Verbindung werden die Deckschichten im Bereich der Fügeelemente beschädigt. Sowohl in ungerichteten als auch in gerichteten Systemen sind die Glasfasern bzw. die Rovings sehr dicht angeordnet. Das Bohren von solchen Profilen bedeutet somit zwingend das Zerstören einiger Fasern und somit eine erhebliche Querschnittsschwächung. Geklebte Verbindungen sind insbesondere bei faserigen Werkstoffen wie Holz oder eben auch GFK eindeutig materialgerechter und führen zu steiferen, in den meisten Fällen sogar zu tragfähigeren Verbindungen. Bei den Deckschichten der vorliegenden Sandwichelemente wurde ein thermoplastischer Kunststoff verwendet, mit dem auch geschweißte Verbindungen realisiert werden können.