Holz-Beton-Verbund: Welches Verbundsystem passt?

Die Zahlen sprechen eine klare Sprache. Die Frage ist nicht, ob sich der Verbund lohnt, sondern welches Verbindungssystem die mechanischen Anforderungen des jeweiligen Bauvorhabens erfüllt.

Die Antwort bestimmt den konstruktiven Aufwand, die Montagezeit und die Bemessung nach aktueller Norm.

Mechanische Wirkungsweise: Kerven versus stiftförmige Verbindungsmittel

Der Verbund zwischen Holzträger und Betonplatte überträgt Schubspannungen in der Fuge. Die Art der Verbindung bestimmt die Steifigkeit dieser Kraftübertragung und damit das Gesamttragverhalten der Decke.

Kerben erzeugen einen Formschluss. Der Beton greift direkt in die Ausfräsung im Holz ein. Die Kraftübertragung erfolgt über Druck auf die Kervenflanke. Das Ergebnis: eine sehr steife Verbindung mit hohem Schubtragvermögen. Der Verschiebungsmodul für Kerven liegt in der Praxis häufig im Bereich von 500 bis über 600 kN/mm. Die Kerbe überträgt hohe Schubkräfte, setzt aber eine definierte Mindestgeometrie voraus: Die Kerventiefe tv beträgt in der Regel 1 bis 4 cm, typischerweise 2 cm. Die Vorholzlänge lv – also der Abstand zwischen Kerven – muss das 8- bis 10-fache der Kerventiefe betragen, um ein Abscheren des Holzes zu verhindern.

Kerven erzeugen Formschluss. Die Verbindung ist steif, das Tragvermögen hoch. Die Montage verlangt präzise ausgeführte Fräsungen im Bestandsholz.

Stiftförmige Verbindungsmittel – hier vor allem HBV-Schrauben – wirken über Klammernkraft und Reibung. Der Verschiebungsmodul liegt unter dem der Kerven. Die Verbindung ist nachgiebiger. Dieser Nachgiebigkeit steht eine hohe Duktilität gegenüber. Das System verformt sich vor dem Versagen stärker, was im Tragwerksentwurf eine gleichmäßigere Lastumlagerung ermöglicht. Die Montage erfolgt werkzeugunterstützt, erfordert aber keine aufwendige Vorarbeit am Holzquerschnitt. Schrauben lassen sich flexibel positionieren.

Die Wahl zwischen den Systemen ist keine Geschmacksfrage. Sie ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen erforderlicher Steifigkeit und verfügbarer Querschnittsgeometrie. Steife Kerven funktionieren dort, wo ausreichende Vorholzlänge und Holzgüte vorhanden sind. Nachgiebige Schrauben dort, wo die Geometrie begrenzt oder der Eingriff in den Bestandsquerschnitt minimal gehalten werden muss.

Normative Grundlagen: Bemessung nach DIN CEN/TS 19103

Die Bemessung und Konstruktion von Holz-Beton-Verbundbauteilen regelt die Technische Spezifikation DIN CEN/TS 19103. Die Veröffentlichung der Vornorm erfolgte im Februar 2022. Der Entwurf des Nationalen Anhangs (DIN CEN/TS 19103/NA) liegt seit September 2024 vor.

Die Norm definiert das Bemessungsverfahren für Verbunddecken mit mechanischen Verbindungsmitteln. Kerven mit Schrauben als Abhebesicherung sind explizit erfasst. Die Berechnung folgt dem Gamma-Verfahren: Aus den Verschiebungsmoduln der Verbindungsmittel und der Steifigkeit der Einzelquerschnitte wird die Verbundsteifigkeit ermittelt. Die Steifigkeit bestimmt den Anteil der Momentenaufnahme durch den Holz- und den Betonquerschnitt.

Die Norm verlangt:

1. Nachweis der Schubtragfähigkeit – jeder Verbindungspunkt muss die rechnerische Schubkraft aufnehmen.

2. Nachweis der Biegetragfähigkeit – unter Berücksichtigung des Verbundgrads.

3. Nachweis der Querkrafttragfähigkeit – insbesondere im Auflagerbereich.

4. Nachweis der Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit – Durchbiegung, Schwingungen.

Die Vornorm erfasst sowohl formschlüssige als auch stiftförmige Verbindungen. Die Parameter – Verschiebungsmodul, Tragfähigkeit je Verbindungsmittel – werden aus Versuchen oder Herstellerangaben abgeleitet. Die Norm gibt kein universelles Bewertungsschema vor. Die Bemessung setzt systematisch voraus, dass die Verbindungsmittelparameter dem gewählten System entnommen und im Nachweis korrekt eingestellt werden.

Die Norm liefert das Bewertungssystem. Die Verbindungsmittelparameter liefert der Versuch oder der Hersteller. Beides muss zusammenpassen.

Einsatzgebiete in der Sanierung und im Neubau

Der Holz-Beton-Verbund deckt zwei grundsätzlich unterschiedliche Anwendungsfelder ab.

Im Neubau dient die Verbunddecke der effizienten Materialausnutzung. Der Beton übernimmt die Druckzone, der Holzträger die Zugzone. Die Biegesteifigkeit steigt um das Zwei- bis Vierfache gegenüber der reinen Holzdecke. Das Eigengewicht reduziert sich gegenüber einer massiven Stahlbetondecke auf etwa ein Drittel. Die Konstruktion ermöglicht größere Spannweiten bei reduzierter Aufbauhöhe. Die Verbindungsmittelwahl folgt hier aus dem wirtschaftlichen Aufwand: Kerven lassen sich bei Fertigteilbau werkseitig herstellen, Schrauben ermöglichen eine schnelle Montage auf der Baustelle.

In der Sanierung bestimmt der Bestand das System. Bestehende Holzbalkendecken erreichen häufig nicht die Anforderungen der aktuellen Norm an Steifigkeit und Schwingungsverhalten. Die nachträgliche Auflage einer Betonschicht mit Verbundverbindung erhöht die Tragfähigkeit und die Steifigkeit, ohne den gesamten Deckenaufbau zu ersetzen.

Die Systemwahl in der Sanierung richtet sich nach der verbleibenden Resthöhe des Holzquerschnitts. HBV-Schrauben erfordern geringere Mindestholzhöhen als Kerven. Der Eingriff in den Bestandsquerschnitt ist minimal. Die Montage erfolgt von der Oberseite der Decke – Betonschicht wird aufgebracht, Schrauben werden eingebracht.

Die Vorteile in der Sanierung liegen auf der Hand:

• Gewichtsreduktion gegenüber einer massiven Stahlbetonverstärkung – relevanter Aspekt bei Fundamenten mit begrenzter Reservetragfähigkeit.
• Montage von oben – keine Beeinträchtigung der unterseitigen Deckenbekleidung in den Geschossen darunter.
• Flexible Anpassung – Schrauben lassen sich in unterschiedlichen Rastern und Neigungswinkeln einbringen, auch bei unregelmäßigen Balkenlagen.
• Geringer Bautiefgang – die Aufbauhöhe der zusätzlichen Betonschicht bleibt begrenzt.

Die Entscheidung für ein Verbindungsmittel in der Sanierung ist in der Regel keine statische Idealentscheidung, sondern ein Abgleich zwischen dem, was der Bestand zulässt, und dem, was die Bemessung erfordert.

Konstruktive Details: Vorholzlängen und Schubverbinder-Dichte

Die konstruktive Durchbildung bestimmt über Erfolg oder Versagen der Verbunddecke. Die Berechnung allein reicht nicht – die Verbindungsmittel müssen im Holz verankert werden können.

Die Vorholzlänge bei Kerven beträgt das 8- bis 10-fache der Kerventiefe. Bei einer üblichen Kerventiefe von 2 cm ergibt das eine Vorholzlänge von 16 bis 20 cm. Dieser Abstand verhindert, dass benachbarte Kerben einen durchgehenden Riss im Holz induzieren. Unterschreitet die Vorholzlänge den kritischen Wert, versagt der Querschnitt durch Abscheren zwischen den Kerven. Die geometrische Begrenzung ist nicht verhandelbar.

Die Schubverbinder-Dichte bei Systemen wie Elascon liegt bei 15 bis 25 Stück pro Quadratmeter. Die genaue Dichte folgt aus der Bemessung: Schubkraft je Verbindungsmittel, abgeleitet aus der Verbundsteifigkeit und der Last. Die Dichte ist keine Standardvorgabe, sondern Ergebnis der Berechnung.

Die Kosten für eine fertige HBV-Decke liegen bei 70 bis 100 Euro pro Quadratmeter. Die Schwankungsbreite ergibt sich aus der Aufbauhöhe, dem gewählten Verbindungsmittel und der Komplexität der Montage.

Folgende konstruktive Regeln gelten grundsätzlich:

1. Verbindungsmittelraster – gleichmäßig über die Länge des Trägers, dichter am Auflager als in Feldmitte.

2. Mindestabstande – zu den Rändern des Holzquerschnitts gemäß den Anforderungen der jeweiligen Verbindungsmittelhersteller.

3. Abhebesicherung – Kerven erfordern in der Regel zusätzliche Schrauben zur Verhinderung des Abhebens der Betonplatte bei wechselnder Beanspruchung.

4. Querkraftbewehrung – im Auflagerbereich der Betonplatte, um die Schubkraftübertragung in den Knotenpunkt zu sichern.

Die Konstruktion verlangt nicht nur die rechnerisch korrekte Anzahl an Verbindungsmitteln, sondern deren korrekte Positionierung im verbleibenden Holzquerschnitt.

Potenziale der Nass-in-Nass-Verklebung

Ein Forschungsansatz der TU München untersucht seit 2022 die Nass-in-Nass-Verklebung von Holz und Beton. Das Ziel: mechanische Verbindungsmittel wie Schrauben oder Kerben vollständig zu ersetzen. Die Klebefuge übernimmt die Schubkraftübertragung.

Die Idee ist konsequent. Eine vollflächige Verklebung würde die Schubverteilung über die gesamte Fuge gleichmäßig verteilen. Spannungsspitzen an einzelnen Verbindungsmitteln entfielen. Die Montagezeit reduzierte sich.

Die offene Frage betrifft die Langzeitperformance. Die Langzeit-Kriechfaktoren für neuartige Klebeverbindungen im realen Außeneinsatz über mehrere Jahrzehnte sind nicht abschließend belegt. Die baurechtliche Zulassung für Klebeverbindungen im HBV-Bereich existiert derzeit nicht flächendeckend und ohne Einschränkungen. Die Bemessung nach DIN CEN/TS 19103 erfasst Klebeverbindungen nicht im gleichen Umfang wie mechanische Systeme.

Die Verklebungstechnologie steht am Anfang der normativen Anerkennung. Die mechanischen Verbindungsmittel – Kerven und Schrauben – sind bauaufsichtlich zugelassen, normativ erfasst und in der Praxis erprobt. Die Entscheidung für ein Verbindungssystem trifft der Tragwerksplaner auf Basis verfügbarer Nachweise, nicht auf Basis von Forschungspotenzial.

Die mechanische Verbundtechnik liefert heute verlässliche Nachweise. Die Bemessung nach DIN CEN/TS 19103, die Verbindungsmittelparameter aus Versuchen und die konstruktiven Regeln zu Vorholzlängen und Raster bilden das geschlossene System. Wer eine HBV-Decke plant, wählt das Verbindungsmittel, das zum Bestand passt, die Bemessung erfüllt und die Montage ermöglicht – nicht mehr und nicht weniger.