Tragverhalten von Sandwichfassaden unter mechanischen und thermischen Beanspruchungsgrößen

Sandwichwände werden bisher üblicherweise aus Stahlbeton mit Vorsatzschalendicken zwischen circa 70 und 100 mm hergestellt. Die erforderliche Dicke ergibt sich hierbei unter anderen aus den einzuhaltenden Betondeckungen, um den Bewehrungsstahl dauerhaft vor Korrosion zu schützen. Durch Einsatz korrosionsbeständiger Textilbewehrung ist es möglich, die äußere Deckschicht signifikant in ihrer Dicke zu reduzieren. Ein Querschnitt von etwa 20 mm bei Anwendung von Textilgelegen kann dabei durchaus als baupraktisch umsetzbares Maß genannt werden. Aufgrund der daraus resultierenden verbesserten baubetrieblichen Flexibilität infolge des reduzierten Materialgewichts, der hervorragenden Oberflächenqualität und Ressourcenschonung bietet diese Bauweise für die Zukunft ein erhebliches Anwendungspotential.
Das behandelte Forschungsprojekt entstand aus der Intention heraus für diese neuartigen innovative Bauweisen mit filigranen textilbewehrten Vorsatzschalen maßgebende klimatische Einwirkungsgrößen herzuleiten und den als Stand der Technik zu bezeichnenden Lastansatz nach DIBt 1995/5 um derartige Anwendungsfälle zu erweitern. Im Zuge der Forschung konnte diese Notwendigkeit jedoch nicht nur für neuartige Vorsatzschalensysteme, sondern auch für die üblicherweise angewendeten Stahlbetonsysteme mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm ermittelt werden.

Mit Hilfe der Unterstützung von Unternehmen aus der Fertigteilindustrie konnte die Basis des Vorhabens durch einen großangelegten in-situ Naturversuch gebildet werden. Durch diesen über 365 Tage andauernden Langzeitversuch konnten zahlreiche Messwerte gewonnen werden, welche die Gegebenheiten einer 30 mm textilbewehrten, sowie einer 80 mm stahlbewehrten Vorsatzschale widerspiegeln. Durch diesen Versuch konnte unter anderem gezeigt werden, dass die äußerst komplexen physikalischen Vorgänge des Klimas und die daraus resultierenden Einwirkungen innerhalb der Vorsatzschale durch numerische Simulationen realitätsnah abgebildet werden können. Mit der daraus ermöglichten Verknüpfung zwischen Realität und Numerik konnten zahlreiche virtuelle Bilder des Versuchsstandes geschaffen und das gesamte Temperaturspektrum unterschiedlichster Randbedingungen ermittelt werden.

Neben den in Anlehnung an den in-situ Naturversuch realisierten numerischen Berechnungen wurden zahlreiche Simulationen mit allgemeingültigen Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) durchgeführt. Anhand der sogenannten Testreferenzjahre wurden mittels einer eigens entwickelten Software automatisierte Parameterstudien implementiert, die die Vorsatzschale virtuell in deren geographischen Ausrichtung sowie deren Dicke und Färbung variiert.

Um nicht alle Untersuchungen an verschiedenen Sandwichwandaufbauten auf rein numerische Grundlagen zu stützen, wurde mittels der gewonnenen Erkenntnisse am Lehrstuhl für Massivbau der Technischen Universität München eine multifunktionale Klimakammer für Sandwichfassaden mit 1 x 1 m Vorsatzschalen konzipiert und realisiert. Sowohl die Regelungs- wie auch Softwaretechnik wurde speziell für die Anforderungen einer Sandwichwandkonstruktion entwickelt. Die durchgeführten Versuche zeigten sowohl für die Nachbildung üblicher Sommertage wie auch für Extrembedingungen unter Regenereignissen eine sehr gute Übereinstimmung mit der Realität. Mit Hilfe dieses Versuchsstandes sind für die Zukunft weitere großangelegte Testreihen geplant, die verschiedene Querschnittsdicken wie auch unterschiedliche Materialien unter Normal- und Unwetterbedingungen im Detail analysieren.