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Technisches Umfeld
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur mechanischen Verbindung von
lasttragenden Strukturen aus Stahlbeton gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, Träger
und Konsolen sicher und mit geringem Aufwand an Wänden
und Stützen zu befestigen.
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Für
den Anschluss von Stahlbetonfertigbauteilen wie beispielsweise Trägern
oder Bindern an Stützen oder Wänden aus Stahlbeton
ist es zur Aufnahme vertikaler Kräfte erforderlich, an
deren Außenseiten ausgetragene Auflagerelemente wie beispielsweise
Konsolen anzuordnen.
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Werden
diese Auflagerflächen oder Konsolen einstückig
mit den vertikalen Strukturen gefertigt, so ist es nötig,
an den Stellen, an denen diese Konsolen angeordnet werden, die glatte
Schalung zu unterbrechen, was einen sehr hohen Schalungsaufwand
erfordert. Werden noch unterschiedliche Konsolabmessungen und Stützenlängen
benötigt, erhöht sich der Aufwand weiter. Weiterhin
müssen auch für zukünftige Erweiterungen
benötigte Auflagerkonsolen mit gefertigt werden, die bis
zum weiteren Ausbau ein Hindernis für etwaige zwischenzeitliche
Außenwandgestaltungen darstellen. Um diese Nachteile zu überwinden,
wurde bereits in der
US-PS 3513610 vorgeschlagen,
Auflagerkonsolen zu fertigen, die bei Bedarf an einem in die Stahlbetonstütze
einbetonierten Verankerungsteil festgeschraubt werden können. Neben
dem hohen Aufwand für die Befestigung dieser Konsolen ist
vor allem von Nachteil, dass sämtliche Auflagerkräfte
als Scherkräfte aufgenommen werden müssen.
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Die
EP 311653 schlägt
vor, einen im aufzulagernden Stahlbetonfertigbauteil horizontal
beweglichen Riegel stirnseitig aus dem Stahlbetonfertigbauteil auszufahren,
der dann hakenartig in einer Abstütz-Aussparung der Stahlbetonstütze
eingreifen kann. Problematisch bei dieser Konstruktion ist, dass die
gesamten Auflagerkräfte von dem horizontal verschiebbaren
Riegel als Biegemoment aufgenommen werden müssen.
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Einen
anderen Weg schlägt die gemeinsam mit der
DE 199525194 A1 als gattungsbildend
zu betrachtende
GB 2179115
A vor. Diese Erfindungen gehen davon aus, dass in die vertikalen
Strukturen Abstütz-Aussparungen eingearbeitet werden, die
eine Auflagerfläche aufweisen, auf denen Konsoleteile auflagern,
die über horizontale Zugstäbe und im Falle der
GB 2179115 A über
zusätzliche Haken in den Abstütz-Aussparungen
befestigt werden, aus diesen herausragen und eine Auflagerfläche
für die vertikalen Tragelemente bilden. Nachteilig bei
den in diesen beiden Schriften vorgestellten Lösungen ist
der relativ hohe Aufwand, der für die Fertigung der Abstütz-Aussparungen
notwendig ist, da diese entsprechend der Erfindung mit besonders
ausgebildeten Widerlagern versehen sein sollen und dass auch die Konsolen
als Stahlteile mit sehr hohem Fertigungsaufwand hergestellt und
ggf. gewartet werden müssen.
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Aus
diesem Grunde wurde in der
DE 10 2004 041 289 A1 bereits vorgeschlagen,
ein Auflager der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass es
zur Aufnahme hoher Auflagerlasten geeignet und mit einem geringeren
Fertigungsaufwand herzustellen ist. Dazu sollen vertikale Stützelemente
im Bereich der Auflagefläche der horizontal angeordneten Bauteile
mindestens eine prismatische, im senkrechten Querschnitt überwiegend
dreieckige Abstütz-Aussparung erhalten.
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Diese
entsprechenden Abstütz-Aussparungen können während
der Herstellung der vertikalen Stützelemente durch in der
Schalung angeordnete Einlegeteile erzeugt werden. Es ist aber ebenso
möglich, dass die Abstütz-Aussparungen auch durch
Abtragen, durch Bohren und Fräsen oder Schleifen nachträglich
hergestellt werden. Die Verwendung von Betonen (ultra-)hoher Festigkeit
ermöglicht hierbei so geringe Profilierungstiefen, dass
für die Stützenbewehrung keine Einschränkungen
bestehen und die bisher üblichen Abmessungen nicht erhöht werden
müssen. Hierbei erweist es sich als entscheidender Nachteil,
dass insbesondere bei der nachträglichen Fertigung der
Abstütz-Aussparungen mit sehr hoher Präzision
gearbeitet werden muss, da bereits bei geringen Abweichungen in
den Winkeln und Abmaßen punkt- oder linienförmige
Auflagen entstehen. Dieses hat wiederum zur Folge, dass unzulässig hohe
Auflagerdrücke entstehen und keine Sicherheit gewährleistet
werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Auflager der eingangs genannten
Gattung so auszubilden, dass es zur Aufnahme hoher Auflagerlasten geeignet
und mit einem geringeren Fertigungsaufwand herzustellen ist.
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Mit
den vorgeschlagenen Bauteilen soll zum Einen der Fertigungsprozess
für Stützen und Konsolen zeitlich entkoppelt werden,
wodurch es möglich wird, eine industrielle Vorfertigung
zu gestatten, zum Anderen soll eine dauerhaft sichere Funktionsweise gewährleistet
werden.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst,
in dem bei einer Anordnung zur mechanischen Verbindung von lasttragenden
Strukturen aus Stahlbeton entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruches
die Abstütz-Aussparungen (4) entsprechend den
Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches ausgestaltet
werden.
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Eine
erfindungsgemäße Anordnung zur mechanischen Verbindung
von lasttragenden Strukturen aus Stahlbeton, wie sie beispielsweise
zur Be festigung von Trägern oder Konsolen an vertikalen
Stützelementen wie Säulen oder Wänden
genutzt werden kann wird realisiert, in dem die vertikalen Stützelemente
(1) im Bereich der Auflagefläche der horizontal angeordneten
Bauteile (2) mindestens eine quaderförmige, im
senkrechten Querschnitt überwiegend rechteckige Abstütz-Aussparung
(4) erhalten.
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Diese
entsprechenden Abstütz-Aussparungen (4) können
während der Herstellung der vertikalen Stützelemente
(1) durch in der Schalung angeordnete Einlegeteile oder
auch durch Abtragen, durch Bohren und Fräsen oder Schleifen
nachträglich hergestellt werden. Die Verwendung von Betonen
(ultra-)hoher Festigkeit ermöglicht hierbei so geringe
Profilierungstiefen, dass für die Stützenbewehrung
keine Einschränkungen bestehen und die bisher üblichen
Abmessungen nicht erhöht werden müssen.
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In
diese Abstütz-Aussparungen (4) ragt ein prismatischer
Abstützkörper (5). Dieser besitzt eine untere
schmale Rastfläche (51) die sich von der Außenwand
unter einem Auflagewinkel A schräg nach oben in die Abstütz-Aussparungen
(4) erstreckt. An diese schließt sich nach oben
eine Anlagefläche (52) an, die sich unter einem
Anlagewinkel B zur Anlagefläche (21) des Bauteiles
(2) ausdehnt.
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Der
Auflagewinkel A wird gemäß der Erfindung so bemessen,
dass die Rastfläche (51) rechtwinklig zu einer
sich aus der vom Bauteil (2) aufzunehmenden Tragkraft (FE)
und der vom Zugglied (3) eingetragenen Zugkraft (FZ) ergebenden
resultierenden Druckkraft (FD) ausgerichtet ist.
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Der
Anlagewinkel B wird dabei so gewählt, dass er zwischen
der Senkrechten auf der Rastfläche (51) und der
Ebene Außenwand des Stützelementes (1)
liegt und somit zwischen 5 und 45° beträgt.
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Der
durch die Abstütz-Aussparung (4), die Anlagefläche
(21) und den Abstützkörper (5)
umschlossene Zwischenraum ist durch eine aushärtende Füllmasse,
insbesondere Beton ausgefüllt. Oberhalb der quaderförmigen
Abstütz-Aussparungen (5) sind weiterhin ein oder
mehrere schlaffe oder gespannte Zugglieder (3) angeordnet.
Diese durchdringen das Stützelement (1) und mindestens
Teile des Bauteiles (2), wobei ihre Enden jeweils form-
oder kraftschlüssig mit Stützelement (1)
und Bauteil (2) verbunden sind.
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Die
beschriebene Erfindung kann als eine Stahlbetonkonsole realisiert
werden, die in ihrem oberen Bereich vollständig von einer
zylinderförmigen Aufnahme für das Zugglied (3)
durchdrungen ist. Es ist aber auch im Sinne der Erfindung, wenn
das am senkrechten Stützelement (1) zu befestigende Bauteil
(2) ein sich vertikal erstreckender Träger oder eine
Wandplatte ist.
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In
diesem Falle kann sich die zylinderförmige Aufnahme für
das Zugglied (3) nur so weit in das Bauteil erstrecken,
wie es notwendig ist, um die Zugkraft in den Träger einzutragen.
In diesem Falle wird vorgeschlagen, dass diese in einer Anordnung
zur Aufnahme der Zugkraft mündet.
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Diese
kann beispielsweise eine Ausnehmung in der Oberfläche des
Trägers sein, in der das Zugglied mit einer Last Aufnahme
in Form eines Ankerkörpers oder einer Mutter befestigt
ist.
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Bei
einem Bauteil (2) mit einer vertikalen Erstreckung, wie
beispielsweise einem Träger oder einer Wandplatte kann
die erfindungsgemäße Konstruktion zu beiden Seiten
des Bauteiles (2) vorhanden sein. Wie leicht einzusehen
ist, kann oder können in diesem Falle ein oder mehrerer
Zugglieder (3) angeordnet werden. Dieses Zugglied (3)
oder diese Zugglieder (3) können so gestaltet
sein, dass sie jeweils ein Stützelement (1) mit
dem Bauteil (2) verbinden. Ebenso kann ein Zugglied (3)
beide Stützelemente (1) miteinander verbinden.
In diesem Falle ist es möglich, als Zugglied weitere, die
Stützelemente miteinander verbindende Bauelemente, wie
beispielsweise aufliegende Decke zu verwenden.
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Eine
besondere Ausführung der Erfindung kann realisiert werden,
indem der Abstützkörper (5) sich in das
Bauteil (2) erstreckt und aus der durch die Abstütz-Aussparung
(4), die Anlagefläche (21) und den Abstützkörper
(5) umschlossene Zwischenraum ausfüllenden, aushärtende
Füllmasse, insbesondere Mörtel oder Beton gebildet
ist. Dabei ist es, wie leicht einzusehen ist, sinnvoll, wenn die
Rastfläche oberhalb der Anlagefläche angeordnet
ist.
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Kurze Beschreibung von Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen 1 bis 4 in
Form von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
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Dabei
zeigt
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1 den
senkrechten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Konsole,
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2 eine
adäquate Darstellung zur 1 mit zwei
Abstütz-Aussparungen,
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3 die
erfindungsgemäße Befestigung eines Trägers 6 an
einer Stütze 1,
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4 das
Kräftediagramm einer Konsole gemäß 1 zur
Ermittlung des Auflagewinkels A
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5 den
senkrechten Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Konsole, bei der der Abstützkörper (5)
in das Bauteil (2) hereinragt.
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Die beste Art und Weise, die Erfindung
auszunutzen
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Beispiel 1
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Eine
erfindungsgemäße Konsole besteht aus einem prismatischen
Körper 2 aus Stahlbeton oder Stahl, der seitlich
an einer ebenfalls aus Stahlbeton gefertigten Stütze 1 angesetzt
ist. Durch eine zylinderförmige mit einem Hüllrohr
umgebene Öffnung, die sowohl Konsole als auch Stütze
durchdringt, sind beide Teile über ein Zugglied 3 miteinander
verbunden. Unterhalb der zylin derförmigen Öffnung
ist in der Stütze eine quaderförmige Abstütz-Aussparung 4 eingefräst,
in die ein auf der Anlagefläche 21 der Konsole
aufsitzender, mit dieser verbundener prismatischer Abstützkörper 5 ragt.
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Während
Abstütz-Aussparung 4 im senkrechten Querschnitt
die Form eines Rechtecks aufweist, hat der Abstützkörper 5 in
dieser Ansicht die Form eines annähernd rechtwinkligen
Dreiecks, dessen Hypotenuse mit der senkrechten Außenwand
der Stütze 1 und der Verlängerung der
Anlagefläche 21 übereinstimmt, und bei
dem der untere kürzere Schenkel die Rastfläche 51 bildet.
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Der
durch die Abstütz-Aussparung 4, die Anlagefläche 21 und
den Abstützkörper 5 umschlossene Zwischenraum 4 ist
durch Mörtel oder Beton ultrahoher Festigkeit ausgefüllt.
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Auf
der Oberseite der Konsole 2 befindet sich ein bekanntes
Elastomerlager zur gleichmäßigen Lastverteilung.
Die aus der über dieses Elastomerlager in die Konsole eingetragenen
Kraft und in der Vorspannkraft des Zuggliedes ermittelbare resultierende
Auflagerkraft bestimmt mit ihrer Richtung den Anstiegs-Winkel der
Rastfläche 51, in dem die Rastfläche 51 senkrecht
zur Wirkungsrichtung dieser Auflagerkraft angeordnet wird.
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Beispiel 2
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Zur
Verringerung der Flächenpressung wird eine Konsole nach
Beispiel 1 mit zwei übereinander angeordneten Abstützkörpern 5 und
die entsprechende Stütze mit einer Abstütz-Aussparungen 4 versehen.
Dadurch kann vermieden werden, dass die in die Stütze 1 hineinreichenden
Abstütz-Aussparungen 4 so in die Stütze
eingreifen müssen, dass Veränderungen in der Stahlarmierung
notwendig werden.
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Beispiel 3
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Wie
in 3 angedeutet, ist es auch im Sinne der Erfindung,
wenn ein sich vertikal erstreckender Träger 6,
der an seinem Ende mit einem Abstützkörper 5 versehen
ist, über ein waagerecht verlaufendes Zugglied so mit einer
Stütze 1 verbunden wird, dass der Abstützkörper 5 in
eine entsprechende Abstütz-Aussparung 4 der Stütze 1 eingreift.
Zur Aufnahme der Zugkraft weist der Träger 6 gemäß dieser Ausführung
Ausnehmungen 7 auf, in denen das Zugglied 3 endet.
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Die
Zugkraft des Zuggliedes 3 wird über eine an dessen
Ende aufgeschraubte Mutter in den Träger eingeleitet.
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Beispiel 4
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Ein
Wandelement, das zwischen zwei vertikalen Stützen angeordnet
ist, ist an beiden Seiten jeweils in der Nähe der oberen
und unteren Kante mit angeformten Abstützkörpern
versehen. Diesen entsprechend weisen die vertikalen Stützen
Abstütz-Aussparungen auf, in die die Abstützkörper
eingreifen. Die vertikalen Stützen sind an ihrem unteren und
oberen Ende über Teile der Armierung mit der jeweiligen
Geschossdecke verbunden.
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- 1
- Stützelement
- 2
- Bauteil
- 21
- Anlagefläche
- 3
- Zugglied
- 4
- Abstütz-Aussparungen
- 5
- Abstützkörper
- 51
- Rastfläche
- 52
- Anlagefläche
- 6
- Träger
- 7
- Ausnehmung
- FD
- Druckkraft
- FL
- Last
- FZ
- Zugkraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3513610 [0003]
- - EP 311653 [0004]
- - DE 199525194 A1 [0005]
- - GB 2179115 A [0005, 0005]
- - DE 102004041289 A1 [0006]