Das moderne Bauwesen steht zunehmend unter Optimierungsdruck. Bauherren erwarten eine möglichst schnelle Fertigstellung und Inbetriebnahme von Gebäuden, eine maximale Nutzung der verfügbaren Fläche sowie wirtschaftliche Baukosten. Tragwerksplaner und ausführende Unternehmen müssen gleichzeitig immer strengere Sicherheitsnormen, Anforderungen an den Feuerwiderstand und Nachhaltigkeitskriterien erfüllen. Eine Antwort auf diese Herausforderungen liegt in der Verbindung innovativer Tragwerkslösungen mit modernen digitalen Planungswerkzeugen. Ein Beispiel dafür sind die Verbundträger Hybridbeam^® und HybriCore – die speziell dafür entwickelte, kostenlose, browserbasierte App zur Vorbemessung.

Hybridbeam^® – Schlankheit, höhe Tragfähigkeit und Vielseitigkeit in der Architektur

Bei der Errichtung von Gebäuden – von Wohn- und Bürogebäuden über öffentliche Einrichtungen bis hin zu Industriegebäuden und mehrgeschossigen Parkhäusern – spielt die optimale Raumnutzung eine entscheidende Rolle. Konventionelle Stahlbeton- oder Spannbetonträger erfordern häufig große Konstruktionshöhen, können mit der technischen Gebäudeausrüstung kollidieren und machen eine Erhöhung der Geschosshöhe erforderlich.

Hier zeigen sich die Vorteile des Hybridbeams^® – vorgefertigter Stahl-Beton-Verbundträger für Deckenkonstruktionen. Sie vereinen die besten Eigenschaften von Stahl S460 (hohe Zugfestigkeit, schlanke Bauweise und geringes Eigengewicht) mit denen von Beton C60/75 (hohe Drucktragfähigkeit, Steifigkeit und Feuerwiderstand).

Die wichtigsten konstruktiven und wirtschaftlichen Vorteile:

• Slim-Floor und kollisionsfreie Leitungsführung: Hybridbeam^® kann vollständig oder teilweise in die Decke integriert werden. Dadurch lässt sich die Geschosshöhe reduzieren und die technische Gebäudeausrüstung unmittelbar unter der Decke installieren.
• geringere Gründungstiefe: Bei Gebäuden mit Tiefgaragen und hohem Grundwasserstand kann jeder eingesparte Zentimeter Geschosshöhe die erforderliche Baugrubentiefe, die Erdarbeiten sowie den Aufwand für eine wasserdichte Baugrubenumschließung reduzieren.
• größere Stützenabstände: Hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit bei geringen Querschnittsabmessungen ermöglichen große Spannweiten und weitläufige Stützenraster. Dies schafft zusätzliche Freiheiten bei der Raumgestaltung.
• Feuerwiderstand bis F120: auf kostenintensive intumeszierende Brandschutzbeschichtungen oder Brandschutzbekleidungen (z.B. mit Promat-Platten) kann verzichtet werden. Die Tragfähigkeit im Brandfall wird durch zusätzliche Längsbewehrung im Stahlbetonkern sowie die Anschlussbewehrung in der Decke sichergestellt.
• Montage ohne temporäre Unterstützung und hohe Torsionssteifigkeit: die selbsttragende Konstruktion macht eine vorübergehende Baustützung während der Montage überflüssig. Der ausbetonierte Kern sorgt zudem für eine hohe Torsionssteifigkeit.
• Minimierung der Ortbetonarbeiten und keine versteckten Zusatzkosten: vorgefertigte Bauteile reduzieren die erforderlichen Betonierarbeiten auf der Baustelle. Das Hybridbeam^® System bildet eine vollständige, wirtschaftlich kalkulierbare Lösung ohne versteckte Mehrkosten für zusätzliche Zubehöre.
• digitale Koordination im BIM: die Integration des Hybridbeams^® über bereitgestellte IFC-Modelle ermöglicht eine präzise geometrische Prüfung und gewerkeübergreifende Koordination bereits in der Konzeptphase sowie bei der späteren Ausführungsplanung.
• nachhaltige Lösung mit EPD: für Hybridbeam^® liegt eine Umweltproduktdeklaration (Environmental Product Declaration, EPD) vor. Sie liefert verlässliche Daten zum CO₂-Fußabdruck und zu den Emissionen, die mit der Herstellung und Lieferung auf der Baustelle verbunden sind.

Vielseitigkeit in der praktischen Anwendung

Ein wesentlicher Vorteil des Hybridbeam^® Systems ist seine Vielseitigkeit. Die Balken lassen sich mit unterschiedlichen Deckensystemen kombinieren – darunter Ortbetondecken, Spannbeton-Hohlplatten (HC), Filigrandecken, Verbunddecken auf Trapezblech sowie die BSP-Decke (CLT)  und Holz-Beton-Verbunddecken (TCC).

Hybridbeam^® in der Praxis – ausgewählte Referenzprojekte

Rehabilitationszentrum Meidling in Wien, Österreich (Abb. 1)

Bei diesem Projekt kamen zwei unterschiedliche, konstruktiv anspruchsvolle Lösungen zum Einsatz: Einfeldträger mit Längen von bis zu 17 m, die auf herausgeschobenen Stahlschwerter aufgelagert wurden, sowie ein über 30 m langes Mehrfeldsystem mit HybiGerb-Gelenken als Auflagerung der Spannbeton-Hohldielen. Diese Kombination ermöglichte es, herkömmliche Stb.-Konsolen zu vermeiden, die Balkenhöhen bei unregelmäßigen Spannweiten zu reduzieren und die Montage zu vereinfachen. Dadurch konnte die gesamte Tragkonstruktion hinsichtlich Materialeinsatz und Bauzeit optimiert werden.

Abb. 1 Hybridbeam^® mit einer Länge von 17 m – Ansicht von unten und von oben

Bürogebäude WAVE in Danzig, Polen (Abb. 2)

Die Tragkonstruktion dieses 14-geschossigen Bürogebäudes kombiniert einen monolithischen Stahlbetonkern mit einem Fertigteilsystem. Durch den Einsatz von Hybridbeams^® als Auflager für Spannbeton-Hohlplatten konnte die Errichtung des Rohbaus deutlich beschleunigt werden. Darüber hinaus tragen die Hybridbeams^® im Zusammenspiel mit dem Aussteifungssystem zur Aufnahme und Weiterleitung der Windlasten bei.

Abb. 2 Hybridbeam^® mit der Spannbeton-Decke – Ansicht der flachen Deckenkonstruktion und Auflagerung des Hybridbeams auf der Stb.-Konsolen

Bürogebäude in Hamburg (Abb. 3)

Bei diesem Bauvorhaben wurde ein Mehrfeldträgersystem mit innovativen HybiGerb-Gelenken auf runden Stahlbetonstützen angeordnet und mit einer vorgefertigten Holz-Beton-Verbunddecke (HBV) kombiniert. Diese Bauweise reduzierte die erforderlichen Ortbetonarbeiten auf der Baustelle auf ein Minimum und ermöglichte es, die natürliche Optik des Holzes sichtbar zu erhalten, während gleichzeitig die Anforderungen an Tragfähigkeit und Brandschutz erfüllt wurden.

Abb. 3 Hybridbeam^® mit der HBV-Decke – Montage der Deckenelemente und Gesamtansicht des Mehrfeldsystems mit HybiGerb-Gelenken

HybriCore – die innovative App für Tragwerksplaner, basierend auf der bewährten PFEIFER Suite

Selbst die beste Materiallösungen erfordert leistungsfähige Ingenieurtools, mit denen Tragwerksplaner sie problemlos in die statischen Berechnungen eines Gebäudes integrieren können.Bisher waren die Vorbemessung und Planung von Hybridbeams^® mit mehrstufigen Abstimmungen mit dem Hersteller oder einer eigenständigen Auswahl anhand herkömmlicher Bemessungsnomogramme verbunden. Dies führte zu einem unnötig langen Planungsprozess. Die Firma PFEIFER hat auf die Bedürfnisse der Branche reagiert und das Tool HybriCore eingeführt – eine leistungsstarke App zur Vordimensionierung von Hybridbeam^®.

PFEIFER Suite – die kostenlose, integrierte Bemessungssoftware für Tragwerksplaner

HybriCore ist Bestandteil der cloudbasierten Plattform PFEIFER Suite (Berechnungssoftware), auf der verschiedene PFEIFER Anwendungen und Berechnungsprogramme zentral zur Verfügung stehen. Dazu gehören unter anderem Werkzeuge zur Bemessung von Stahlauflager PS-A, VS-Schienensysteme und Sandwichplattenanker SPA 2.

Mit HybriCore können Tragwerksplaner verschiedene Querschnittsvarianten prüfen und die Vorbemessung von Hybridbeam^®-Trägern direkt im Browser durchführen.

Die cloudbasierte Berechnungsumgebung bietet folgende Vorteile:

• Zugriff auf aktuelle Berechnungsalgorithmen von jedem Gerät mit einem Webbrowser
• Keine lokale Installation oder manuelle Aktualisierung der Software erforderlich
• peicherung von Projekten in der Cloud sowie lokal im Dateiformat *.hbo

Mit HybriCore Schritt für Schritt zum passenden Hybridbeam^®-Querschnitt

Der Bemessungsablauf in HybriCore orientiert sich am typischen Arbeitsprozess eines Tragwerksplaners und ist intuitiv aufgebaut. Eine dynamische Vorschau auf der rechten Bildschirmseite ermöglicht die laufende Kontrolle der eingegebenen Querschnittsdaten. (Abb. 4):

 

Abb. 4  Benutzeroberfläche der HybriCore-App – Parameterauswahl und dynamische Querschnittsansicht

1. Registrierung und Programmstart: Nach der Registrierung auf der Plattform PFEIFER Suite und der Anmeldung wählt der Benutzer die Anwendung HybriCore im Hauptmenü aus.

2. Projektkonfiguration:

• Registerkarte „Bemessung“ – Auswahl des Landes, der maßgebenden nationalen Anhänge zu den Normen und der Teilsicherheitsbeiwerte.
• Registerkarte „Projekt“ – Eingabe der Projektdaten und Beginn der Bearbeitung über die Schaltfläche „Neue Position“.

3. Statisches System und Einwirkungen (Abb. 5)

• Unterregisterkarte „System“ – Festlegung der Balkenlänge.
• Unterregisterkarte „Einwirkungen“ – Definition der Lasten mit der Möglichkeit, diese den einzelnen Montage und Endzustand zuzuordnen (Montagezustand, Endzustand und Endzustand-Durchbiegungen zur detaillierten Durchbiegungsanalyse).

 

Abb. 5  Definition des statischen Systems und der Einwirkungen

4. Geometrie und Querschnittsauswahl

Die Registerkarte „Neues Untersystem (Knoten 1–2)“ öffnet den Dialog zur Auswahl des Deckentyps, der Feuerwiderstandsanforderungen und der Balkengeometrie.

Die Querschnittsauswahl erfolgt iterativ. Im ersten Schritt wird empfohlen, eine Trägerhöhe zu wählen, die der Deckendicke entspricht. Für eine bestimmte Hybridbeam^®-Höhe stehen mehrere Breiten in folgenden Varianten zur Verfügung:

• Light – für geringere Lasten,
• Standard – typische Ausführung,
• Max – für höchste Lasten und große Spannweiten.

5. Überprüfung der Berechnungsergebnisse

• Über die Schaltfläche „Berechnen“ werden eine grafische Darstellung des Querschnitts, Schnittgrößendiagramme sowie der Ausnutzungsgrad des Querschnitts im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) in Prozent ausgegeben.
• Mit der Funktion „Alle Nachweise aufklappen“ lassen sich die Berechnungsergebnisse schnell beurteilen, der Optimierungsgrad des Querschnitts bewerten und gegebenenfalls die Parameter anpassen.

6. Erstellung eines statischen Berechnungsberichts:

Ein Berechnungsbericht (Auszug aus den statischen Nachweisen) kann über das Hauptmenü im PDF-Format erstellt werden:

Datei → Drücken → Erstellen → PDF speichern.

Der Bericht lässt sich anschließend problemlos beispielsweise in die statische Unterlagen des Bauvorhabens integrieren.

Die entscheidende Innovation: Einfacher Export der Steifigkeit von Hybridbeams^® in FEM-Programme

Die Modellierung von Verbundträgern in Statikprogrammen wie Dlubal RFEM / RSTAB, FRILO Statik, mbAEC Software, SOFiSTIK, pcae, etc. stellt Tragwerksplaner häufig vor Herausforderungen. Die besonderen Verbund-Querschnitten sind in den Standard-Bibliotheken meist nicht enthalten. Eine manuelle Definition ist zudem häufig aufwendig und wenig intuitiv.

Hier bietet HybriCore einen wesentlichen Vorteil. Im generierten Berechnungsbericht wird neben den Ergebnissen der Tragfähigkeitsnachweise auch die Biegesteifigkeit des Hybridbeams in Einheit [MN·m²] (Abb. 6). Dieser Wert berücksichtigt das tatsächliche Deckenmitwirkug mit dem Hybridbeam®. Bei Ortbetondecken und Spannbeton-Hohlplatten (HC) wird die mitwirkende Deckenberite berücksichtigt, während sie bei Holzdecken und BSP-Decken nicht angesetzt wird.

Dadurch muss der Tragwerksplaner den komplexen Verbundquerschnitt nicht selbst im Berechnungsprogramm definieren. Stattdessen genügt es, einen Stab mit einem Ersatzquerschnitt (z. B. einem I-Profil) zu modellieren oder die Federsteifigkeit des Linienlagers auf Grundlage der berechneten Werte festzulegen. Bei Bedarf unterstützt  die technische Abteilung von Fa. PFEIFER gerne umfassend bei der Implementierung dieser Parameter in externe Statikprogramme.

Abb. 6  Biegesteifigkeit und tatsächliches Eigengewicht des Hybridbeams^® im PDF-Berechnungsbericht

Zusammenfassung

Die Einführung der App HybriCore ist ein Meilenstein auf dem Weg, Hybridbeam^®-Verbundträger als festen Bestandteil des Planungsstandards zu etablieren. Das Tool beseitigt Unsicherheiten bei der Bemessung bereits in der Konzeptionsphase und stellt Tragwerksplanern eine kostenlose, schnelle Webanwendung zur präzisen Vorauswahl von Hybridbeam^® zur Verfügung. Dabei ist zu beachten, dass die Anwendung den Tragwerksplaner optimal bei den ersten Planungsschritten unterstützt. Die abschließende, vollständige und prüffähige statische Berechnung für jedes Bauvorhaben wird jedoch stets in Abstimmung mit dem Planungsteam von Firma PFEIFER erstellt.

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