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Plattenförmiges Fertigteil-Bauelement mit Unterspannung
Die Erfindung bezieht sich auf die Gestaltung plattenförmiger Fertigteil-Bauelemente, wobei diese aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können, sowie auf die Verwendung dieser plattenförmi- gen Fertigteil-Bauelemente im Verein mit einem Haupttragskelett zur Herstellung ebener und gekrümm- ter Flächen.
Von plattenförmigen Fertigteil-Bauelementen wird allgemein verlangt :
Geringes Gewicht per Flächeneinheit, da das Verhältnis zwischen Eigengewicht einer Konstruktion und der von dieser Konstruktion abgetragenen Verkehrslast aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus mög- lichst klein sein soll ; grosse Spannweite, da dadurch das Haupttragskelett grossmaschiger und daher wirtschaftlicher wird ; möglichst grosse Abmessungen eines Elementes, wobei allerdings auf den vorhandenen und wirtschaftlich tragbaren Transportraum sowie auf die bei Transport und Montage verfügbaren Bewegungsleistungen Rücksicht zu nehmen ist ; die Abmessungen eines Elementes beeinflussen Montagekosten und Bauzeit ;
Schall- und Wärmeisolierung, welche den Forderungen des jeweiligen Anwendungsgebietes entspre- chen ; geringe Durchbiegung ;
leichte und gute Verbindung der einzelnen Elemente miteinander sowie mit dem Haupttragskelett. da eine gute und leistungsfähige Verbindung der einzelnen Elemente zu einer Einheit eine zusätzliche Verwendung als Scheibe im Haupttragsystem ermöglicht ;
Möglichkeiten für die freizügige Anordnung von Kabeltrassen und Installationen sowie einer Schalloder Sichtverkleidung.
Über die bis jetzt bekannten plattenförmigen Fertigteil-Bauelemente aus verschiedenen Materialien kann allgemein das folgende gesagt werden :
Fertigteilplatten aus Stahlbeton, Leichtbeton und ähnlichem :
Hier ist die Plattendicke das Mass für das Widerstands-und Trägheitsmoment und damit für die Spannweite.
Für die Schallisolierung ist im Hochbau bei Anordnung einer Unterdecke eine 7 - 10 cm Stahlbetonplatte ausreichend. Bei den üblichen Belastungen können hiemit zirka 2, 5-3 m überspannt werden. Eine Vergrösserung der Spannweite bedingt eine Vergrösserung des Plattengewichtes per Quadratmeter, welches nicht benötigt wird, und eine Verteuerung sowohl der Bewegungs- als auch der Gesamtkosten des Bauwerkes. Für die Bemessung der Platte wird bei grösserer Spannweite die Durchbiegung und damit das Träg- heitsmomentmassgeberdsein, und daher ist die Gewichtszunahme beträchtlich.
Deckenplatten aus verzinktem, gekantetem Stahlblech (z. B. Q-Floor-System) :
Das geringe Eigengewicht der Deckenplatte sowie das dünne Blech machen eine Ort- oder Fertigteilplatte aus Stahlbeton für Schallisolierung, Druckverteilung und Feuerschutz erforderlich. Die Deckenkonstruktionshöhe wird um die Höhe der Deckenplatte vergrössert. Die Kosten der Deckenplatte sind verhältnismässig hoch. Der Beton hat keine oder nur geringe Tragfunktion.
Plattenbalken-und Hohlkastendecken :
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Das Gewicht des Stahlbetons in den Stegen dient nicht der Schallisolierung und ist daher zusätzliches
Gewicht. Bei Auflagerung der Plattenbalken auf dem Haupttragskelett wird entweder die Konstruktions- höhe derDecke um die Steghöhe vergrössert oder es müssen für die Auflagerung zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden.
Kassettenplatten :
Auch hier sind die Stege als zusätzliches Gewicht anzusehen, welches nur unwesentlich zur Schall- isolierung beiträgt. Der Aufwand für die Schalung einer Kassettenplatte ist wesentlich grösser als beispiels- weise bei einer gewöhnlichen Platte. Das Haupttragskelett muss quadratische oder nahezu quadratische
Felder aufweisen, wodurch es nicht unwesentlich verteuert wird.
Abschliessend sei noch auf die deutsche Patentschrift Nr. 1007986 (Dex Harrison) hingewiesen, welche einen unterspannten Trägerrost zum Gegenstand hat. Dieses Patent verwendet auch, wie die Erfindung, die Unterspannung als eine an sich bekannte Konstruktionsmethode zur Erstellung eines Trägerrostes mit
Unterspannung. Wie schon aus dem Oberbegriff der Erfindung, nämlich "Plattenförmiges Fertigteil-Bau- element", hervorgeht, betreffen beide Erfindungen ansonst grundsätzlich verschiedene Gegenstände.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die am Beginn angeführten, zum Teil divergierenden Forderungen weitestgehend zu erfüllen und dazu noch eine freizügige Gestaltung der plattenförmigen Fertigteil-Bau- elemente in wirtschaftlicher Weise zu ermöglichen.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Das erfindungsgemässe plattenförmige Fertigteil-Bauelement besteht aus folgenden Konstruktion- teilen :
Der Platte l : Diese wird nach den jeweiligen Bedürfnissen ausgebildet. Sie kann beispielsweise aus Stahlbeton, Leichtbeton, Welleternit, Wellblech, Wellaluminium u. ähnl. bestehen. Statisch muss sie so ausgebildet sein, dass sie sowohl die auftretenden Plattenbiegespannungen als auch die Normalspannungen aus der Unterspannung aufnehmen kann ; dem Verteilerträger 2 : Die Hauptaufgabe des Verteilerträgers 2 besteht darin, die Normalkraft derUnterspannelemente 4 aufzunehmen undmöglichstgleichmässig über denQuerschnitt der Platte l zu verteilen, damit lokale Spannungsspitzen vermieden werden.
Er kann aber zusätzlich so ausgebildet sein, dass beispielsweise eine Verbindung der Plattenenden mit dem Haupttragskelett mittels hochfester Schrauben oder durch Schweissung erfolgen kann. Dies ermöglicht eine Verbundwirkung zwischen Haupttragskelettträgern und den plattenförmigen Fertigteil-Bauelementen.
Der Verteilerträger kann auch in den auskragenden Teil der Platte 1, wie dies in den Fig. 4, 5 und 6 strichliert angedeutet ist, gelegt werden ; der Erhöhung 3 : Ihre Aufgabe besteht darin, einerseits als zusätzliche Unterstützung der Platte 1 zwischen deren Stützungen auf dem Haupttragskelett zu dienen, anderseits die Auflager 6 für die Unterspannelemente 4 aufzunehmen. Die Erhöhung 3 kann beispielsweise aus demselben Material wie die Platte bestehen. Sie kann sowohl nach Fertigstellung der Platte, aber auch gleichzeitig mit deren Fertigung an der jeweiligen Plattenbegrenzungsfläche hergestellt werden. Man wird die Mittelebene der Erhöhung 3 vorzugsweise in Richtung der von den Unterspannelementen 4 resultierenden Stützkraft legen.
Zur Erzeugung von Vorspannungen in der Platte 1 kann aber auch die resultierende Stützkraft mit der Mittelebene der Erhöhung 3 einen Winkel einschliessen ; dem Unterspannelement 4 : An den jeweiligen Knickpunkten des Unterspannelementes resultiert eine Antriebskraft, welche über die Erhöhung 3. an welcher der Knickpunkt liegt, als Stützkraft auf die Platte l wirkt. Der Abstand von der Achse des Unterspannelementes 4 zur Plattenmittelfläche kann beliebig gewählt werden. Man wird ihn aber vorzugsweise so wählen, dass die Knickpunkte des Unterspannelementes 4, welche den grössten Abstand zur Plattenmittelfläche haben, mit den Unterkanten der Haupttragskeletträger in einer Ebene liegen.
Dies ermöglicht die Befestigung einer Unterdecke sowohl an den Haupttragskeletträgern als auch an den Knickpunkte der Unterspannelemente 4.
Für die Austeilung der Erhöhungen 3 und damit für die Grösse der Knickwinkel des Unterspannele- mentes 4 sind statische Gesichtspunkte massgebend. Die Verbindung des Unterspannelementes 4 mit den übrigen Konstruktionsteilen kann sowohl gleichzeitig mit der Herstellung der Platte, aber auch nachtäglich erfolgen ; der Verankerung 5 : Diese soll einerseits die Normalkraft des jeweiligen Unterspannelementes 4 in den Verteilerträger 2 einleiten, anderseits die Befestigung des Unterspannelementes 4 zweckentsprechend und wirtschaftlich ermöglichen ; dem Auflager 6 : Seine Aufgabe besteht darin, die Stützkraft des Unterspannelementes 4 aufzu-
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nehmen und il1 die jeweilige Erhöhung 3 einzuleiten.
Jedes erfindungsgemässe plattenförmige Fertigteil-Bauelement kann die Konstruktionselemente 2 bis
6 in jeder möglichen Kombination und Anzahl enthalten.
Ausserdem kann das erfindungsgemässe Element für den Transport entlang der Mittelflächen der Er- 5 höhungen 3 in Teilelemente zerlegt werden. Die Erhöhungen sind dann an beiden angrenzenden Teil- elementen vorzusehen und können an der Einbaustelle beispielsweise mittels hochfester Schrauben und
Dübel verbunden werden.
Die Zeichnungen stellen lediglich zwei der vielen Möglichkeiten dar und dienen nur zur Erläute- rung.
Das erfindungsgemässe plattenförmige Fertigteil-Bauelement ist daher in keiner Weise auf diese bei- den dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle möglichen Ausführungen, welche mit den oben angeführten Konstruktionselementen erzielt werden können.
Die Fig. l, 2 und 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein vierseitig gelagertesplattenförmigesFer- tigteil-Bauelement. Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein zweiseitig gelagertes plati tenförmiges Fertigteil-Bauelement. Die beiden Ränder 7 müssen so ausgebildet sein, dass eine Verdü- belung der einzelnen plattenförmigen Fertigteil-Bauelemente erfolgen kann, wenn eine Scheibenwirkung erzielt werden soll.
Die Fig. 1 bzw. 4 stellen jeweils die Ansicht des plattenförmigen Fertigteil-Bauelementes von der
Seite der Erhöhungen 3 dar. Die Fig. 1 bzw. 5 sind Seitenansichten, die Fig. 3 bzw. 6 stellen perspektivische Ansichten der beiden plattenförmigen Fertigteil-Bauelemente dar.
Das erfindungsgemässe plattenförmige Fertigteil-Bauelement mit Unterspannung ist nun dadurch ge- kennzeichnet, dass eine biegesteife Platte 1 mindestens an zwei Plattenrändern Verteilerträger 2 aufweist, welche Verankerungen 5 für die Unterspannungselemente 4 enthalten sowie dass an einer
Plattenbegrenzungsfläche mindestens eine, vorzugsweise zwei Erhöhungen 3, welche die Auflager 6 für die Unterspannelemente 4 aufweisen, mit der Platte 1 starr verbunden sind, wobei die Mittel- fläche der Erhöhung vorzugsweise in die Kraftrichtung der Unterspannungs-Abtriebskraft gelegt wird sowie dass Unterspannelemente 4 von den Verankerungen 5 über die Auflager 6 zu den gegenüberlie- genden Verankerungen 5 geführt und an den Verankerungen 5 sowie Auflagern 6 befestigt wer- den.
Abschliessend sei noch kurz auf einige wesentliche Vorteile verwiesen, welche das erfindungsgemässe plattenförmige Fertigteil-Bauelement gegenüber den oben angeführten Fertigteilelementen aufweist.
Mit einer 7 cm dicken Platte 1 aus Stahlbeton können beispielsweise bei 400 kg/m2 Verkehrslast
9 m überspannt werden. Das Eigengewicht des Elementes beträgt dabei 200 kgjm2, d. i. die Hälfte der
Verkehrslast. Das Verhältnis Eigengewicht des Elementes durch abgetragene Verkehrslast zu Spannweite beträgt 0, 0556 m-1. Bei einer der bekannten Fertigteilplatten ist dieses Verhältnis 0, 20 m -1.
Das geringe Eigengewicht des erfindungsgemässen Elementes ermöglicht grossflächige Montageein- heiten.
90'po des Eigengewichtes eines Elementes dienen dem Schallschutz und der Wärmeisolierung.
Da der Grossteil der Masse in der Platte 1 der Drukzone des Haupttragsystems konzentriert wird, ist die Druckbeanspruchung der Platte geringfügig und daher die Durchbiegung des Elementes klein, auch wenn das Unterspannelement voll ausgenutzt wird. Falls die Platte 1 beispielsweise aus Stahlbeton her- gestellt ist, werden die geringen Druckspannungen auch nur eine geringe Deformation zufolge des Krie- chens des Betons bedingen. Das Kriechen bringt bei grossen Spannweiten und eventueller Vorspannung, wie dies bei Plattenbalken üblich ist, empfindliche Deformationen, welche von Element zu Element ver- schieden sind. Aus diesem Grunde ist bei Decken aus Plattenbalken eine Ausgleichsschicht aus Ortbeton od. ähnl. anzuordnen.
Durch das Verbinden der einzelnen Elemente entsteht eine rippenversteifte Scheibe, welche grosse
Steifigkeit aufweist und zur Aufnahme von Windlasten und anderem verwendet werden kann. Durch Ver- binden der Scheibe mit den Trägern des Haupttragsystems entstehen Verbundprofile, wodurch beispiels- weise bei einem Haupttragskelett aus Stahlträgern bis zu 300/0 Stahlgewicht eingespart wird. Da die Spann- weite eines Elementes gross ist, wird. auch die mittragende Plattenbreite gross und der Verbund wirtschaft- lich.
Der Raum zwischen Deckenplatte und Unterdecke steht weitestgehend für Installation und Kommuni- kation zur Verfügung, wie dies im modernen Raumbau erforderlich ist.
Das obige zeigt, dass die Erfindung einen echten technischen Fortschritt im Fertigteilbau bedeutet.