Die Erfindung betrifft eine Stütze gemäss Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Bautechnik werden Stützen in der Regel als reine Stahlstützen, Verbundstützen oder Stahlbetonstützen ausgeführt. Reine Stahlstützen können zwar sehr grosse Kräfte aufnehmen, sie sind jedoch relativ teuer und feuerempfindlich. Verbundstützen bestehen aus einem Stahlprofil und/oder -mantel mit Stahlbetonummantelung bzw. -kern, sind relativ teuer und bei gleichem Querschnitt weniger belastbar als Stahlstützen. Stahlbetonstützen ohne Stahlprofile bestehen nur aus einem Beton, der mit einer Stahlbewehrung verstärkt ist, weisen eine geringere Belastbarkeit auf und sind relativ billig.
Auf diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Stütze bereitzustellen, die bei möglichst tiefem Preis eine hohe Belastbarkeit bietet.
Diese Aufgabe wird vom Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Es wird also eine Stütze vorgesehen, die einen hochfesten Beton verwendet, der mit Armierungsstäben aus hochfesten Stahl bewehrt ist. Gleichzeitig wird der Anteil der Armierungsstäbe am Gesamtquerschnitt der Stütze sehr hoch angesetzt, zumindest bei etwa 12%, vorzugsweise mindestens bei ca. 20%. Es zeigt sich, dass Stützen dieser Art eine äusserst hohe Belastbarkeit aufweisen. Trotz des hohen Stahlanteils sind die Stützen jedoch preiswert, da Armierungsstäbe ein wesentlich besseres Preis/Leistungsverhältnis als Stahlprofile aufweisen.
Es ist jedoch zu betonen, dass zusätzlich zu den Armierungsstäben noch ein Stahlprofil oder Stahlmantel vorgesehen werden kann, der der Stütze weitere Festigkeit verleiht. Eine solche Stütze soll ebenfalls unter die Stützen gemäss den Ansprüchen fallen.
Der hochfeste Beton soll eine Würfeldruckfestigkeit von mindestens ca. 60 N/mm<2> aufweisen, vorzugsweise mindestens ca. 90 N/mm<2>.
Wird ein Bewehrungsstahl verwendet, dessen Kohlenstoff-Äquivalent CEV höchstens 0,52 beträgt, so ist trotz der hohen Festigkeit eine gute Schweissbarkeit, z.B. mit einer Abschlussplatte der Stütze, gewährleistet, was bei hohen Lasten von grossem Vorteil ist.
Vorzugsweise werden die Armierungsstäbe in Gruppen von drei oder mehr aneinander liegenden Stäben zusammengefasst. Die aneinander liegenden Armierungsstäbe können einander berühren oder sollen zumindest einen Oberflächenabstand haben, der wesentlich kleiner als der Stabdurchmesser ist. Durch eine Zusammenfassung der Armierungsstäbe zu solchen Gruppen wird der maximal mögliche Bewehrungsgehalt, d.h. der Anteil der totalen Querschnittfläche der Bewehrung am Stützenquerschnitt, erhöht. Überraschenderweise zeigt es sich, dass auch bei Gruppen von mehreren Armierungsstäben eine innige Verbindung zwischen Beton und Bewehrung gewährleistet bleibt. Dies ist auch der Fall, wenn die Armierungsstäbe zu grösseren Bündeln zusammengefasst werden, bei welchen ein Armierungsstab vier bis sechs Nachbarstäbe besitzt.
Die Armierungsstäbe sind im Wesentlichen Rundstäbe, deren Oberfläche profiliert ist. Ihr Durchmesser beträgt vorzugsweise bis ca. 60 mm, insbesondere bis ca. 40 mm. Die Verwendung nicht zu dicker Armierungsstäbe verbessert die Verbindung zwischen Bewehrung und Beton.
Vorzugsweise werden die Armierungsstäbe vorwiegend in einem Aussenbereich der Stütze angeordnet, wodurch die Belastbarkeit der Stütze weiter erhöht wird. Auf eine ausreichende Überdeckung der Armierungsstäbe mit Beton ist dabei zu achten.
Die erfindungsgemässe Stütze kommt ohne grössere homogene Stahlquerschnitte aus, was eine gute Brandfestigkeit ergibt.
Weitere bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren sowie aus den abhängigen Patentansprüchen. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 bis 4 verschiedene Querschnitte von Rotationsbetonstützen (geschleuderte Stützen),
Fig. 5 und 6 zwei Querschnitte von in anderer Weise verdichteter Stützen,
Fig. 7 bis 10 vier Querschnitte von Stützen mit Stahlmantel,
Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine Stütze, und
Fig. 12 bis 15 verschiedene Möglichkeiten zur Verschweissung eines Armierungsstahls mit der Abschlussplatte.
Die Fig. 1 bis 4 und die Fig. 11 zeigen eine Stütze, die im Rotationsverfahren hergestellt wurde, erfindungsgemässe Stützen können jedoch auch in anderer Weise verdichtet werden. Der Betonanteil der Stütze wird mit 1 bezeichnet, die Armierungsstäbe mit 2. Der zentrale Hohlraum, der beim Rotationsverfahren entsteht, ist mit einer geeigneten Füllmasse 3, z.B. Beton, Mörtel, Suspension, Harz oder Kunststoff, gefüllt, sodass eine ausreichende Überdeckung der Armierungsstäbe auch nach innen gewährleistet ist.
Die Armierungsstäbe sind in Fig. 1 z.B. in Gruppen von jeweils drei Stäben zusammengefasst. Die Stäbe jeder Gruppe berühren einander oder liegen zumindest so nahe zusammen, dass ihr gegenseitiger Abstand wesentlich kleiner als ihr Durchmesser ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass pro Gruppe vier oder mehr Armierungsstäbe vorgesehen sind.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen andere Möglichkeiten zu Anordnung der Armierungsstäbe. In allen Fällen sind sie jedoch mindestens teilweise zu Gruppen zusammengefasst. Eine Anordnung in Gruppen wird gegenüber einer gleichmässigen Verteilung bevorzugt, da relativ starke homogene Betonbereiche gebildet werden, die Risse im Beton verhindern. Da der Bewehrungsgehalt sehr hoch ist, wären bei einer gleichmässigen Verteilung der Armierung die Betonbereiche zwischen den Stäben relativ dünn und empfindlich.
Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, sind die Armierungsstäbe 2 an ihren oberen und unteren Enden in Stahlplatten 4 verankert, welche die Kräfte homogen über den Stützenquerschnitt verteilen. Um alle Armierungsstäbe herum ist eine Drahtspirale 5 oder ein Satz von Armierungsbügeln geführt, was in Fig. 1 bis 10 nicht dargestellt ist.
Wie in Fig. 12 bis 15 in verschiedenen Ausführungen gezeigt wird, sind die Armierungsstäbe 2 mit den Stahlplatten 4 verschweisst. Je nach bevorzugter Schweisstechnik können sie auf die flache Platte geschweisst werden, wie dies in den Ausführungen nach Fig. 12 und 15 dargestellt wird, oder die Platte 4 kann mit einer Ausnehmung bzw. \ffnung 6 versehen werden, welche die Enden der Armierungsstäbe 2 aufnimmt. Die Ausführungen gemäss Fig. 13 und 14 haben den Vorteil, dass sie auch dann noch eine gute Verschweissung erlauben, wenn die Zahl von Armierungsstäben pro Bündel relativ gross ist.
Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemässen Techniken unabhängig von der gewählten Art der Betonverdichtung eingesetzt werden. So zeigen die Fig. 5 und 6 Querschnitte zweier Stützen, die z.B. mittels Stampfen, Aussenvibration, Innenrüttler, Klopfen und/oder Vakuumieren verdichtet worden sind. Auch hier sind jeweils drei Armierungsstäbe 2 zu einer Gruppe zusammengefasst.
Werden die Armierungsstäbe 2 in Dreiergruppen zusammengefasst, so geschieht dies vorzugsweise so, dass die Stäbe in einem Dreieck liegen, wobei eine Seite des Dreiecks etwa parallel zur nächstliegenden Stützenaussenseite liegt. Damit wird erreicht, dass ein grosser Teil der Bewehrung möglichst weit aussen in der Stütze liegt, wodurch die Stabilität der Stütze unter Biegebeanspruchung steigt. Werden mehr als drei Stäbe pro Gruppe vorgesehen, so sollte die Gruppe ebenfalls eine entsprechende asymmetrische Form besitzen. Aus dem gleichen Grund wird generell die Bewehrung möglichst weit aussen in der Stütze angeordnet, d.h. die durchschnittliche Zahl von Armierungsstäben pro Stütze-Querschnittsfläche sollte in einem Aussenbereich der Stütze höher sein als im Zentrum. Dies wird insbesondere in den Fig. 3, 5 und 6 deutlich.
Dabei ist aber darauf zu achten, dass eine minimale Überdeckung der Bewehrung mit Beton gewährleistet bleibt.
Der Bewehrungsgehalt der Stützen, d.h. der Anteil der Armierungsstäbe am Gesamtquerschnitt, soll mindestens 12% betragen, vorzugsweise 20% oder mehr.
Zur weiteren Verstärkung der Stütze kann diese zusätzlich noch ein Stahlprofil aufnehmen oder in einem Stahlmantel untergebracht werden, wobei aber auch dann der Anteil der Armierungsstäbe am Gesamtquerschnitt der Stütze mindestens 12% betragen soll. Entsprechende Stützen mit Stahlmantel 7 werden in den Fig. 7 bis 10 dargestellt.
Insbesondere die Stützen nach Fig. 8 und 10 weisen einen sehr hohen Bewehrungsgehalt auf und sind für grosse Lasten geeignet. Dies wird erreicht, indem die Armierungsstäbe in einer dichten Packung angeordnet werden, in welcher jeder innere Stab der Packung sechs Nachbarstäbe besitzt.
Als Bewehrungsstahl ist ein hochfester Stahl zu verwenden. Ein solcher Stahl weist eine Fliessgrenze auf, welche zumindest ca. 600 N/mm<2> beträgt, und ist in der Lage, hohe Kräfte aufzunehmen. Damit die Armierungsstäbe dennoch gut schweissbar sind, sollte das Kohlenstoff-Äquivalent CEV nicht grösser als etwa 0,52 sein.
Der Beton 1 ist ein hochfester Beton, d.h. er besitzt eine Würfeldruckfestigkeit von mindestens 60 N/mm<2>, wobei jedoch Beton einer Würfeldruckfestigkeit von 90 oder 100 N/mm<2> bevorzugt wird. Geeignete Betonarten sind zum Beispiel jene der DIN Festigkeitsklassen B65 bis B115.
Zum Vergleich der Erfindung mit bestehenden Lösungen werden im Folgenden einige Beispiele für Stützen mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Knicklänge von 3000 mm erörtert:
Beispiel 1:
Herkömmliche Stütze nach SIA 162 mit sechs symmetrisch angeordneten Armierungsstäben und einer SIA Betonqualität B60/50. Die Armierungsstäbe weisen einen Durchmesser von 34 mm auf. Die Fliessgrenze der Bewehrung ist 460 N/mm<2>. Der Bewehrungsgehalt dieser Stütze beträgt 7,7%. Die Bemessungslast liegt bei 2400 kN.
Beispiel 2:
Herkömmliche Verbundstütze nach SIA 161 mit sechs symmetrischen Armierungsstäben, einem Rundstahlprofil-Kern und einer SIA Betonqualität B60/50. Die Armierungsstäbe weisen einen Durchmesser von 22 mm auf, das Rundstahlprofil einen Durchmesser von 180 mm. Die Fliessgrenze der Bewehrung ist 460 N/mm<2>, jene des Rundstahlprofils 315 N/mm<2>. Die Bemessungslast liegt bei 6700 kN.
Beispiel 3:
Erfindungsgemässe Stütze gemäss Fig. 1 mit einer Betonqualität B100/90. Die 15 Armierungsstäbe weisen einen Durchmesser von je 40 mm auf. Die Fliessgrenze der Bewehrung ist 620 N/mm<2>. Der Bewehrungsgehalt dieser Stütze beträgt 26,7%. Die Bemessungslast liegt bei 6300 kN, ist also fast dreimal so gross wie jene von Beispiel 1 und beinahe so gross wie die teure konventionelle Verbundstütze von Beispiel 2.
Beispiel 4:
Erfindungsgemässe Verbundstütze gemäss Fig. 8 mit einer Betonqualität B100/90. Die 19 Armierungsstäbe weisen einen Durchmesser von je 40 mm auf. Die Fliessgrenze der Bewehrung ist 620 N/mm<2>. Das Mantelrohr be sitzt einen Durchmesser von 298,5 mm und eine Dicke von 7,1 mm und hat eine Fliessgrenze von 355 N/mm<2>. Der Bewehrungsgrad liegt bei 34%. Die Bemessungslast liegt bei 10000 kN, ist also trotz der wesentlich kleineren Profilfläche deutlich grösser als jene von Beispiel 3.
The invention relates to a support according to the preamble of claim 1.
In construction engineering, columns are usually designed as pure steel columns, composite columns or reinforced concrete columns. Pure steel supports can absorb very large forces, but they are relatively expensive and sensitive to fire. Composite columns consist of a steel profile and / or jacket with a reinforced concrete jacket or core, are relatively expensive and, with the same cross-section, are less resilient than steel columns. Reinforced concrete columns without steel profiles consist only of a concrete that is reinforced with steel reinforcement, have a lower load capacity and are relatively cheap.
Against this background, the task arises to provide a support that offers high resilience at the lowest possible price.
This object is solved by the subject matter of claim 1. A support is therefore provided that uses high-strength concrete that is reinforced with reinforcing bars made of high-strength steel. At the same time, the proportion of reinforcing bars in the total cross section of the support is set very high, at least about 12%, preferably at least about 20%. It can be seen that supports of this type have an extremely high load capacity. Despite the high proportion of steel, the supports are inexpensive because reinforcing bars have a much better price / performance ratio than steel profiles.
However, it should be emphasized that in addition to the reinforcing bars, a steel profile or steel jacket can be provided, which gives the support further strength. Such a support should also fall under the supports according to the claims.
The high-strength concrete should have a cube compressive strength of at least approx. 60 N / mm 2, preferably at least approx. 90 N / mm 2.
If a reinforcing steel is used whose carbon equivalent CEV is at most 0.52, then despite the high strength it is easy to weld, e.g. with an end plate of the support, which is a great advantage for high loads.
The reinforcing bars are preferably combined in groups of three or more adjacent bars. The reinforcing bars lying against one another can touch one another or should at least have a surface distance which is substantially smaller than the bar diameter. By combining the reinforcement bars into such groups, the maximum possible reinforcement content, i.e. the proportion of the total cross-sectional area of the reinforcement in the column cross-section increased. Surprisingly, it turns out that an intimate connection between concrete and reinforcement remains guaranteed even with groups of several reinforcing bars. This is also the case if the reinforcing bars are combined into larger bundles, in which one reinforcing bar has four to six neighboring bars.
The reinforcing bars are essentially round bars, the surface of which is profiled. Their diameter is preferably up to approx. 60 mm, in particular up to approx. 40 mm. The use of reinforcement bars that are not too thick improves the connection between reinforcement and concrete.
The reinforcing bars are preferably arranged predominantly in an outer region of the support, as a result of which the resilience of the support is further increased. Ensure that the reinforcing bars are adequately covered with concrete.
The support according to the invention does not require large, homogeneous steel cross sections, which results in good fire resistance.
Further preferred embodiments result from the following description based on the figures and from the dependent claims. The figures show:
1 to 4 different cross sections of rotary concrete supports (flung supports),
5 and 6 two cross sections of supports compressed in a different way,
7 to 10 four cross sections of supports with a steel jacket,
Fig. 11 is a longitudinal section through a support, and
Fig. 12 to 15 different ways of welding a reinforcing steel with the end plate.
1 to 4 and FIG. 11 show a support which was produced using the rotation process, but supports according to the invention can also be compressed in another way. The proportion of concrete in the column is denoted by 1, the reinforcing bars by 2. The central cavity that is created during the rotation process is filled with a suitable filling compound 3, e.g. Concrete, mortar, suspension, resin or plastic, filled, so that a sufficient coverage of the reinforcing bars is also guaranteed on the inside.
The reinforcing bars are shown in Fig. 1 e.g. summarized in groups of three bars each. The bars of each group touch each other or are at least so close together that their mutual distance is significantly smaller than their diameter. However, it is also conceivable that four or more reinforcing bars are provided per group.
2 to 4 show other options for arranging the reinforcing bars. In all cases, however, they are at least partially grouped together. An arrangement in groups is preferred over an even distribution, since relatively strong homogeneous concrete areas are formed, which prevent cracks in the concrete. Since the reinforcement content is very high, the concrete areas between the bars would be relatively thin and sensitive if the reinforcement were evenly distributed.
As can be seen from Fig. 11, the reinforcing bars 2 are anchored at their upper and lower ends in steel plates 4, which distribute the forces homogeneously over the cross-section of the column. A wire spiral 5 or a set of reinforcing brackets is guided around all the reinforcing bars, which is not shown in FIGS. 1 to 10.
As shown in FIGS. 12 to 15 in different versions, the reinforcing bars 2 are welded to the steel plates 4. Depending on the preferred welding technique, they can be welded onto the flat plate, as is shown in the embodiments according to FIGS. 12 and 15, or the plate 4 can be provided with a recess or opening 6, which receives the ends of the reinforcing bars 2 . 13 and 14 have the advantage that they allow good welding even if the number of reinforcing bars per bundle is relatively large.
As already mentioned, the techniques according to the invention can be used regardless of the type of concrete compaction chosen. 5 and 6 show cross sections of two supports, which e.g. have been compacted by means of pounding, external vibration, internal vibrators, tapping and / or vacuuming. Here, too, three reinforcing bars 2 are combined to form a group.
If the reinforcing bars 2 are combined in groups of three, this is preferably done in such a way that the bars lie in a triangle, one side of the triangle being approximately parallel to the closest column outer side. This ensures that a large part of the reinforcement lies as far out as possible in the column, which increases the stability of the column under bending stress. If more than three bars are provided per group, the group should also have a corresponding asymmetrical shape. For the same reason, the reinforcement is generally placed as far out as possible in the column, i.e. the average number of reinforcing bars per cross-sectional area should be higher in an outer area of the column than in the center. This is particularly evident in FIGS. 3, 5 and 6.
However, care must be taken to ensure that the reinforcement is minimally covered with concrete.
The reinforcement content of the columns, i.e. the proportion of the reinforcing bars in the total cross section should be at least 12%, preferably 20% or more.
To further reinforce the support, it can additionally accommodate a steel profile or be housed in a steel jacket, but the share of the reinforcing bars in the total cross section of the support should then also be at least 12%. Corresponding supports with a steel jacket 7 are shown in FIGS. 7 to 10.
The supports according to FIGS. 8 and 10 in particular have a very high reinforcement content and are suitable for large loads. This is achieved by placing the reinforcing bars in a tight packing, in which each inner bar of the packing has six neighboring bars.
High-strength steel is to be used as reinforcement steel. Such a steel has a yield point which is at least about 600 N / mm 2 and is capable of absorbing high forces. So that the reinforcing bars can still be easily welded, the carbon equivalent CEV should not be greater than about 0.52.
Concrete 1 is a high strength concrete, i.e. it has a cube compressive strength of at least 60 N / mm 2, although concrete with a cube compressive strength of 90 or 100 N / mm 2 is preferred. Suitable types of concrete are, for example, those of the DIN strength classes B65 to B115.
To compare the invention with existing solutions, some examples of supports with a diameter of 300 mm and an articulated length of 3000 mm are discussed below:
Example 1:
Conventional column according to SIA 162 with six symmetrically arranged reinforcement bars and a SIA concrete quality B60 / 50. The reinforcing bars have a diameter of 34 mm. The yield point of the reinforcement is 460 N / mm <2>. The reinforcement content of this column is 7.7%. The rated load is 2400 kN.
Example 2:
Conventional composite prop according to SIA 161 with six symmetrical reinforcing bars, a round steel profile core and a SIA concrete quality B60 / 50. The reinforcing bars have a diameter of 22 mm, the round steel profile has a diameter of 180 mm. The yield strength of the reinforcement is 460 N / mm <2>, that of the round steel profile 315 N / mm <2>. The rated load is 6700 kN.
Example 3:
Support according to the invention according to FIG. 1 with a concrete quality B100 / 90. The 15 reinforcing bars have a diameter of 40 mm each. The yield point of the reinforcement is 620 N / mm <2>. The reinforcement content of this column is 26.7%. The design load is 6300 kN, which is almost three times as large as that of Example 1 and almost as large as the expensive conventional composite column of Example 2.
Example 4:
Composite column according to the invention according to FIG. 8 with a concrete quality B100 / 90. The 19 reinforcing bars have a diameter of 40 mm each. The yield point of the reinforcement is 620 N / mm <2>. The jacket tube has a diameter of 298.5 mm and a thickness of 7.1 mm and has a yield point of 355 N / mm <2>. The degree of reinforcement is 34%. The design load is 10000 kN, which means that despite the significantly smaller profile area, it is significantly larger than that of Example 3.