Optimierung neuartiger Kassettenprofile hinsichtlich ihrer wärmeschutztechnischen und mechanischen Eigenschaften

Von:

Dominik Pyschny

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Die Wärmebrückenproblematik von Kassettenwandkonstruktionen hat unter andrem dazu geführt, dass der Marktabsatz von Kassettenprofilen in den letzten 25 Jahren deutlich zurückgegangen ist. Ein neuartiger Ansatz, diesen Wärmebrückeneffekt zu reduzieren, ist es, den Steg des Kassettenprofils mit Schlitzen zu versehen, um so den Wärmestrom durch den Kassettensteg zu vermindern. Diese vorgesehene Schlitzung führt zu einer deutlichen Reduktion des Wärmedurchgangskoeffizienten der Kassettenwandkonstruktion, hat jedoch gleichzeitig eine Verminderung der Tragfähigkeit des Kassettenprofils zur Folge. Diese Arbeit beschäftigt sich zum einen mit der wärmeschutztechnischen Optimierung der notwendigen Schlitzgeometrie, um einen Wärmedurchgangskoeffizienten von U 0,25 W/(m²·K) zu erreichen. Zum anderen wird das Tragverhalten von Kassettenprofilen im Allgemeinen sowie im Speziellen von den neuartigen Profilen untersucht. Hierfür werden zunächst die aktuellen Methoden zur Bestimmung des Wärmedurchgangskoeffizienten von zweischaligen Wandsystemen im Metallleichtbau sowie zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Kassettenprofilen zusammengetragen und diskutiert. Die aktuellen Verfahren zur Berechnung der Momententragfähigkeit von Kassettenprofilen nach DIN EN 1993-1-3 werden angewendet und es wird eine mögliche Erweiterung der Anwendungsgrenzen auf Kassettenprofile mit Steghöhen von 220 mm und 240 mm geprüft. Im nächsten Schritt werden verschiedene Varianten der neuartigen Kassettenprofile, basierend auf numerischen Simulationen zur Optimierung der Schlitzgeometrie hinsichtlich ihrer wärmeschutztechnischen und mechanischen Eigenschaften, ausgewählt, um deren Tragfähigkeitswerte experimentell zu ermitteln. Mit Hilfe von numerischen Simulationen wird parallel das Tragverhalten der neuartigen Kassettenprofile genauer analysiert und Schwachstellen werden identifiziert. Für die vielversprechendste Variante werden auf Basis der Versuchsergebnisse Bemessungstabellen erstellt, mit deren Hilfe die neuartigen Profile auf eine Beispielhalle in verschiedenen Windzonen angewendet werden. Abschließend finden weiterführende Untersuchungen zur Praxistauglichkeit der neuartigen Kassettenprofile statt. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen zum einen, dass ein dringender Handlungsbedarf hinsichtlich der Normung zur Bestimmung der Tragfähigkeit von Kassettenprofilen besteht. Sowohl die einzelnen Schritte des Rechenverfahrens als auch die Regelungen zur Versuchsdurchführung bieten nach geltenden Normen großen Interpretationsspielraum und bedürfen daher einer Überarbeitung. Zum anderen kann festgehalten werden, dass die neuartigen Kassettenprofile das Potenzial bieten, bei ausreichender Tragfähigkeit für Spannweiten bis zu 8,0 m den Wärmedurchgangskoeffizienten von Kassettenwandkonstruktionen auf U 0,25 W/(m²·K) zu reduzieren.