Exzentrisch belastete Sandwichelemente

Eric Man Pradhan, M.Sc.

Die im Bauwesen eingesetzten Sandwichelemente bestehen i. d. R. aus zwei dünnen, metallischen Deckblechen, die durch eine PU- oder Mineralwolle-Kernschicht schubsteif miteinander verbunden sind. Insbesondere im Industriebau haben sich Sandwichelemente als wirtschaftliche Lösung für Dach- und Wandbauteile etabliert. Dabei zeichnen sie sich neben ihrer effizienten Leichtbauweise durch ihre gute dämmende und abdichtende Funktion, kurze Montagedauer sowie geringe Herstellungskosten aus.

Eine neu entwickelte Anwendung für den Neubau sowie die Sanierung ist das Sandwichelement mit einer vorgehängten und hinterlüfteten Fassade. Hierbei werden zusätzliche, architektonisch frei gestaltbare Fassadenelemente exzentrisch an die Außenseite eines Sandwichwandelements mittels Schienen befestigt. Als primär tragende Fassadenstruktur werden die Sandwichelemente somit konstruktionsbedingt durch ein Torsionsmoment infolge des Vorhangfassaden-Eigengewichts beansprucht.

Bisher werden exzentrisch belastete Sandwichelemente überwiegend in Anlehnung an die St. Venant’schen Torsionstheorie von Stäben mit dünnwandigen Querschnitten berechnet, so auch beispielsweise in der Bemessungsempfehlung CIB 378 für Sandwichelemente mit Öffnungen. Vorangegangene Bauteilversuche am IFSW zeigten jedoch, dass diese Vereinfachung nicht zwingend gerechtfertigt ist, da hierdurch die Torsionssteifigkeit weit – mit einem 1,5 bis zu 10-fachen Wert – überschätzt werden kann. Auch die in ersten numerischen Untersuchungen festgestellten durch eine Torsionsbeanspruchung induzierten Verwölbungen und Normalspannungen in Bauteillängsrichtung deuten hierauf.

Ziel ist es nun einen neuen Ansatz – über die bislang angewendete St. Venant’schen Torsionstheorie hinaus – zu entwickeln, um das Tragverhalten sowie die Tragfähigkeit von exzentrisch belasteten Sandwichelemente hinreichend genau zu beurteilen. Hierfür sind zunächst weitergehende experimentelle und numerische Untersuchungen hinsichtlich der Flächentragwirkung von exzentrisch belasteten Sandwichelementen erforderlich.

Weiterführende Informationen zum aktuellen Stand der Forschung können der folgenden Veröffentlichung entnommen werden:

Pradhan, E. M.; Lange, J.:Warping Torsion in Sandwich Panels: Analyzing the Structural Behavior through Experimental and Numerical Studies. Materials 2024, 17, 460.

Exzentrische Belastung durch eine vorgehängte Fassade [Lange/ Berner, Stahlbau-Kalender 2020]

FE-Modell eines exzentrisch belasteten Sandwichelements