Spannbeton-Hohlplatten für Rechenzentren

von Dipl.-Ing. Daniel Bacon

Da die Nachfrage nach einer schnelleren, effizienteren und nachhaltigeren Entwicklung von Rechenzentren weiter zunimmt, werden Tragwerke zu einem entscheidenden Erfolgsfaktor für Projekte. Entwickler und Betreiber benötigen Lösungen, die Baugeschwindigkeit, Tragfähigkeit, Flexibilität und ESG-Performance miteinander verbinden.

In diesem Artikel gibt unser Technical Director bei gbc engineers, Dipl.-Ing. Daniel Bacon, einen klaren und praxisnahen Einblick darin, wie sich Spannbeton-Hohlplatten in Rechenzentrumsanwendungen bewähren, wo ihre Stärken liegen, wo sie Risiken mit sich bringen und welche Punkte frühzeitig koordiniert werden müssen, um Umplanungen, Terminverzögerungen und unnötige Kosten zu vermeiden.

Was ist eine Spannbeton-Hohlplatte – und warum ist sie für Rechenzentren interessant?

Eine Spannbeton-Hohlplatte ist ein im Werk vorgefertigtes, vorgespanntes Betonbauteil für Decken oder Dächer mit durchgehenden Längshohlräumen. Diese Hohlräume reduzieren den Materialeinsatz, während die Tragfähigkeit durch die Vorspannung erhalten bleibt.

Für Rechenzentren sind Spannbeton-Hohlplatten besonders interessant, weil sie folgende Vorteile vereinen:

• schnelle Bauausführung ohne zusätzliche Abstützung
•  hohe Tragfähigkeit bei reduziertem Eigengewicht
•  geringeres gebundenes CO₂
•  große Spannweiten für flexible IT-Hallen-Layouts
•  eine ebene Untersicht, die die Luftführung verbessert und die Verlegung von Kabeltrassen unterstützt

Diese Vorteile passen sehr gut zu den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen moderner Rechenzentrumsprojekte.

Wesentliche statische Vorteile von Spannbeton-Hohlplatten

Materialeffizienz und Gewichtsreduzierung

Die Geometrie einer Spannbeton-Hohlplatte konzentriert das Material im oberen und unteren Bereich – also in den Zonen, die am stärksten zum Biegewiderstand beitragen. Die Hohlräume in der Nähe der Neutralachse reduzieren den Betonanteil dort, wo er nur in geringem Maß zur Biegefestigkeit beiträgt.

Daraus ergeben sich folgende Vorteile:

• typische Materialeinsparungen von 30–50 %
•  eine Biegetragfähigkeit, die mit einer massiven Stahlbetondecke gleicher Konstruktionshöhe vergleichbar bleibt
•  ein deutlich reduziertes Eigengewicht der Decke, wodurch sich auch die Lasten auf Fundamente und Stützen verringern

CO₂-Reduktion

Durch den optimierten Materialeinsatz und das geringere Transportgewicht erreichen Hohlplattensysteme in der Regel:

• 20–40 % weniger gebundenes CO₂ im Vergleich zu Ortbetondecken aus Stahlbeton

Das ist besonders relevant für Entwickler von Rechenzentren, die ESG-Ziele oder Anforderungen der EU-Taxonomie erfüllen wollen.

Kosteneffizienz

Die Platten werden in 100–150 m langen Spannbahnen mithilfe hochautomatisierter Extrusions- oder Slipformverfahren hergestellt.

Beim Ersatz konventioneller Stahlbetondecken sind dokumentierte Gesamteinsparungen von

• 10–25 %

sind beim Ersatz konventioneller Stahlbetondecken dokumentiert.

Produktions- und Montagegeschwindigkeit

Spannbeton-Hohlplatten können äußerst schnell montiert werden:

• typische Montageleistung: 300–600 m²/Tag
•  bei optimierten Montageteams: 800–1200 m²/Tag

Da sie selbsttragend sind und in der Regel keine temporäre Abstützung benötigen, können die MEP-Gewerke direkt unterhalb der Decken mit ihren Installationen beginnen.

Feuerwiderstand

Die meisten Hohlplattensysteme erreichen je nach Bauteilhöhe und Betondeckung der Spannlitzen REI 60 bis REI 120, in der Regel ohne zusätzliche Bekleidungen oder Schutzmaßnahmen.

Wesentliche statische Nachteile von Spannbeton-Hohlplatten

Obwohl Spannbeton-Hohlplatten erhebliche Vorteile in Bezug auf Baugeschwindigkeit und Effizienz bieten, erfordert ihr Einsatz in Rechenzentren eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer statischer Einschränkungen.

Reduzierte Querkrafttragfähigkeit im Auflagerbereich

Die durchgehenden Längshohlräume verringern die für die Querkraftaufnahme und Stegwirkung verfügbare Betonquerschnittsfläche.
Da Spannbeton-Hohlplatten keine Querkraftbewehrung besitzen, hängt ihre Querkrafttragfähigkeit in hohem Maße von folgenden Faktoren ab:

• Steggeometrie
•  Betonfestigkeit
•  Auflagersteifigkeit

Bei nachgiebigen Auflagern, zum Beispiel auf Stahlträgern, kann eine erhöhte Rotation die Querkrafttragfähigkeit zusätzlich reduzieren und dadurch die zulässigen Lasten begrenzen, selbst wenn die Biegetragfähigkeit ausreichend ist.

Begrenzte Größe und Flexibilität von Durchbrüchen

Jeder Steg wirkt statisch wie ein einzelner Träger. Das Durchtrennen eines Stegs oder – noch kritischer – einer Spannlitze reduziert die Tragfähigkeit erheblich.

Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen:

• Es sind nur kleine, im Voraus geplante Durchdringungen zwischen den Stegen realisierbar.
•  Eine Vergrößerung oder Verlegung von Öffnungen kann die statische Bemessung der Platte ungültig machen.
•  Größere Öffnungen erfordern eine besondere konstruktive Ausbildung oder eine separate Tragkonstruktion.
•  Rechenzentren mit hoher MEP-Flexibilität müssen Durchdringungen sehr frühzeitig koordinieren.

Sorgfältige Detailplanung für die horizontale Lastabtragung erforderlich

Eine Hohlplattendecke ist keine monolithische Decke. Bei Rechenzentrumsstrukturen mit relevanten Wind- oder Erdbebenbeanspruchungen gilt:

• Schubfugen und Vergussmörtel allein reichen unter Umständen nicht aus, um eine ausreichende Scheibenwirkung sicherzustellen.
•  Häufig ist eine Ortbeton-Aufbetonschicht erforderlich, um eine sichere Lastabtragung zu Wandscheiben oder Rahmen zu gewährleisten.
•  In hoch beanspruchten Bereichen können zusätzlich lokale Ortbetonstreifen erforderlich sein.

Begrenzte statische Kontinuität

Spannbeton-Hohlplatten werden in der Regel als einfach gelagerte Systeme ausgebildet. Die Herstellung einer negativen Biegebewehrung über den Auflagern ist nur eingeschränkt möglich, wodurch die Kontinuität und die Umlagerung von Momenten begrenzt sind.

Abstimmung von Öffnungen und spätere Anpassungsfähigkeit

Da Spannbeton-Hohlplatten auf diskreten Stegen basieren, bieten sie weniger Flexibilität für spätere Anpassungen oder Nachrüstungen – ein wichtiger Aspekt für Rechenzentren mit sich verändernden mechanischen und elektrotechnischen Anforderungen.

Fazit und Empfehlungen

Fazit

Vorgespannte Spannbeton-Hohlplatten bieten eine überzeugende Kombination aus Baugeschwindigkeit, Nachhaltigkeit, Tragfähigkeit und reduziertem Eigengewicht. Damit sind sie besonders attraktiv für Rechenzentren, bei denen eine schnelle Realisierung und hohe Deckentragfähigkeiten von zentraler Bedeutung sind.

Ihre ebene Untersicht, die Möglichkeit großer Spannweiten und ihr gutes Schwingungsverhalten schaffen klare architektonische und betriebliche Vorteile für IT-Hallen.

Gleichzeitig weist das System jedoch auch Einschränkungen auf, die sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Eine reduzierte Querkrafttragfähigkeit im Auflagerbereich, die eingeschränkte Flexibilität bei Deckendurchdringungen sowie Anforderungen an eine kraftschlüssige Scheibenwirkung können die Anpassungsfähigkeit des Gebäudes und die strukturelle Robustheit beeinflussen.

Diese Randbedingungen erfordern eine frühe und präzise Abstimmung zwischen Architektur, Tragwerksplanung und MEP-Fachplanung.

Empfehlungen

Um die Vorteile von vorgespannten Spannbeton-Hohlplatten bestmöglich zu nutzen und ihre systembedingten Einschränkungen angemessen zu berücksichtigen, sollten bei der Planung von Rechenzentren folgende Empfehlungen beachtet werden:

• Spannbeton-Hohlplatten sollten dort eingesetzt werden, wo Baugeschwindigkeit, große Spannweiten und hohe Nutzlasten im Vordergrund stehen, insbesondere bei ein- oder mehrgeschossigen Rechenzentren.
•  Tragwerksplaner und MEP-Fachplaner sollten frühzeitig eingebunden werden, um Öffnungen, Steganordnungen und Kabeltrassen abzustimmen. Ungeplante Durchdringungen sollten vermieden werden.
•  Eine ausreichende Auslegung der Deckenscheibe ist sicherzustellen; in Bereichen mit hohen horizontalen Lasten sollten Aufbeton oder lokale Ortbetonstreifen vorgesehen werden.
•  Größere Öffnungen sollten nicht im Auflagerbereich angeordnet werden, da dort die Querkrafttragfähigkeit am geringsten ist.
•  Spannbeton-Hohlplatten sollten grundsätzlich als einfach gelagerte Bauteile betrachtet werden. Wenn eine statische Kontinuität gewünscht ist, sollten alternative oder hybride Systeme geprüft werden.
•  Anforderungen an die spätere Anpassungsfähigkeit sind frühzeitig zu bewerten. Wenn im Rechenzentrum wesentliche Änderungen der MEP-Systeme zu erwarten sind, sollte geprüft werden, ob die Einschränkungen bei Durchdringungen mit der langfristigen Strategie vereinbar sind.
•  Eine Schwingungsanalyse sollte durchgeführt werden. Auch wenn Spannbeton-Hohlplatten in der Regel ein gutes Verhalten zeigen, ist die Einhaltung der für Rechenzentren relevanten Kriterien, etwa der VC-Kurven, projektspezifisch nachzuweisen.

Bei fachgerechter Planung können Spannbeton-Hohlplatten eine sehr effiziente, schnell realisierbare und nachhaltige Deckenkonstruktion bieten, die sehr gut zu den Anforderungen moderner Rechenzentren passt.

Über uns gbc engineers ist ein international tätiges Ingenieurbüro mit Standorten in Deutschland, Polen und Vietnam und hat weltweit bereits über 10.000 Projekte realisiert. Wir bieten Leistungen in den Bereichen Tragwerksplanung, Rechenzentrumsplanung, Infrastruktur- und Brückenbau, BIM & Scan-to-BIM sowie Projekt- und Baumanagement an. Durch die Verbindung deutscher Ingenieurqualität mit internationaler Expertise schaffen wir für unsere Auftraggeber nachhaltige, sichere und effiziente Lösungen.