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Technisches Gebiet
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Die Erfindung ist für den Einsatz an Deckenelementen in Holz-Beton-Verbundbauweise vorgesehen.
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Stand der Technik
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Bekannte Deckenkonstruktionen in Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV-Decken) bestehen z. B. aus einer auf Holzbalken gelagerten Stahlbetonplatte. Als Holzbalken können Träger aus Brettschichtholz oder Konstruktionsvollholz zum Einsatz kommen. Die Deckenplatte bildet eine bewehrte Betonplatte. Es sind auch Systeme bekannt, bei denen zusätzlich flächige Holzelemente unterhalb der Stahlbetonplatte angeordnet werden. Auf andere, bereits bekannte HBV-Deckenkonstruktionen, wie z. B. Flachdeckensysteme, wird innerhalb dieser Erläuterung nicht eingegangen. Zur Gewährleistung der Schubkraftübertragung zwischen der Stahlbetonplatte und dem Holzträger werden mechanische Verbindungsmittel in Form von Schrauben, Lochblechen, etc. in der Oberseite des Holzquerschnittes eingeklebt oder eingebohrt. Weiterhin können Vertiefungen oder Erhebungen auf der Oberseite des Holzquerschnittes zur Kraftübertragung zwischen den beiden Bauteilkomponenten dienen. Zur Verklebung von Holz und Beton innerhalb hybrider Verbundkonstruktionen liegt ein Forschungsaufsatz aus dem 2. Stuttgarter Holzbau-Symposium (08–09.11.2012) der MPA Stuttgart von Seim, W und Eisenhut, L vor. Die Lagerung der Decke kann über eine direkte Auflagerung der Holzbalken auf dem lastweiterleitenden Bauteil (Wand, Unterzug, etc.) erfolgen. Es sind auch bereits HBV-Deckensysteme bekannt, die mittels stirnseitig in den Holzbalken eingeklebter, mechanischer Verbindungsmittel (Lochbleche, Schrauben) kraftschlüssig in einen, mit der Stahlbetondecke monolithisch verbundenen, Stahlbetonrandbalken einbinden. In
AT 511 220 wird ein System zu einer Holz-Beton-Verbunddecke mittels kraftschlüssiger Verbindung der Brettschichtholzbalken und der Stahlbetonplatte über mechansiche Verbindungsmittel beschrieben. Dieser Erfindung die Ausführung eines massiven Deckenrandbalkens eigen. Die Spiegellagerung zeichnet sich durch eine Auflagerung der auskragenden Betonplatte auf dem lastweiterleitenden Bauteil aus. Die Holzbalken enden vor der Auflagerkonstruktion. Bekannt sind bereits Deckenkonstruktionen mit jeweils zwei am Ende des Holzträgers vertikal eingeklebten, in den Betonquerschnitt der Deckenplatte einbindenden Bewehrungsstäben (BSt 500s). Hierzu wurde ein Aufsatz in der Zeitschrift
Bautechnik 89 (2012) Heft 6 durch W. Becker, FH Trier veröffentlicht.
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Nachteilig an bisher bekannten Systemen ist die Verwendung mechanischer Verbindungsmittel zur schubkraftschlüssigen Verbindung zwischen den Holzbalken und der Stahlbetonplatte. Diese Technik bietet einen erhöhten Aufwand in ihrem Herstellungsprozess sowie in den Herstellungskosten. Mechanische Verbindungsmittel weisen nur unter erhöhtem Material- und Herstellungsaufwand befriedigend steife Verbindung zur Erzielung leistungsfähiger Deckensysteme zwischen Holz und Beton auf. Nachteilig an kraftschlüssigen Verbindungskonstruktionen zwischen Holz und Beton aus Erhebungen und/ oder Vertiefungen an der Brettschichtholzträgeroberseite (Schubknaggen oder Schubkerven) sind der erhöhte Fertigungsaufwand sowie evtl. die Erfordernis des nachträglichen lokalen Vergusses mit Beton zum Erreichen eines schubkraftschlüssigen Verbundes zwischen Holz und Beton. Der nachträgliche Verguss des Deckenelementes im Bereich der Verbindungselemente mit Beton erfordert einen erhöhten Aufwand in der Sicherstellung einer verschmutzungsfreien, sichtbar zu belassender Holzoberfläche.
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Nachteilig bei einer direkten Lagerung der Holzträger auf deren Unterseite ist die geringe Fähigkeit zur Lastweiterleitung durch den aufliegenden Holzquerschnitt aufgrund des geringen Querdruckvermögens des Materials Holz. Die zuvor beschriebene Bauweise, mittels stirnseitigem Lastabtrag des Holzträgers über einen Stahlbetonrandbalken, in den die Holzunterzüge einbinden, löst zwar das Problem des geringen Lastweiterleitungsvermögens der auf Querdruck beanspruchten Holzbalken, bedeutet aber einen zusätzlichen Aufwand in der Konstruktion durch vermehrten Material- und Herstellungsaufwand für den Randunterzug. Weiterhin kann der quer zu den Holzbalken verlaufende Randunterzug die Führung von Deckeninstallationen erschweren. Der Randunterzug stellt eine geometrische Einschränkung in der Raumnutzung dar und kann vom Betrachter als optisch störend empfunden werden. Evtl. zu übertragende Zugkräfte aus aufstehenden Bauteilen müssen unter aufwendigen Konstruktionen durch den massiven Unterzugsquerschnitt in die darunterliegenden sekundären Tragglieder geführt werden.
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Die bisher bekannten Konstruktionen einer spiegelgelagerten HBV-Decke erlauben nur eine relativ kurze Auskragung (ca. 7 cm) der Stahlbeton-Deckenplatte über die Vorderkante der Holzbalkenträger hinaus als nutzbare Auflagerlänge an sekundären Traggliedern. Als Folge dessen kann das lastweiterleitende Bauteil, in Abhängigkeit seiner Bauteilbreite, durch eine exzentrische Lasteinleitung der Deckenkonstruktion beansprucht werden. Dieser Effekt erzeugt eine Aufwandserhöhung in der lastabtragenden Deckenunterkonstruktion (Wände, Unterzüge, Konsolen, etc ...) durch massivere Querschnitte und/ oder Verstärkungsmaßnahmen an diesen Bauteilen.
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Aus Montagegründen und zur Aufnahme von Toleranzen, ist ein Spalt (ca. 1cm) zwischen Vorderkante der Holzbalkens und der Lagerkonstruktion einzuplanen. Für eine zentrische Lastweiterleitung ist eine maximale Bauteilbreite des lastweiterleitenden Bauteils von ca. 6 cm bei vollflächiger Auflagerung der auskragenden Betonplatte einzuplanen. Diese Bauteilbreite eines tragenden Bauteils reicht im Hochbau unter den bekannten und üblichen Konstruktionen (Wände, Unterzüge) nicht aus. Also ist bei den bisher bekannten spiegelgelagerten Deckenkonstruktionen immer mit einer exzentrischen Lasteinleitung in das stützende Bauteil zu rechnen.
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Die statisch erforderliche Verankerungslänge der eingeklebten Bewehrungsstäbe erwirkt in den bisher bekannten Systemen eine relativ aufwendige Bewehrungsführung innerhalb der Deckenplatte.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es ein System anzugeben, das die bekannten Nachteile von Decken in Holz-Beton-Verbundweise insbesondere im Bereich der Auflagersituation umgeht und eine wirtschaftlich interessante Lösung des Auflagerdetails angibt.
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Darstellung der Erfindung
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Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hierzu sieht die Erfindung vor, die tragende Holzbalkenunterkonstruktion schubkraftschlüssig mit der aufliegenden flächigen Betondecke zu verkleben. Durch die Verklebung der Brettschichtholzunterzüge mit der Stahlbetondecke können die Materialkosten durch den weitgehenden Entfall mechanischer Verbindungsmittel reduziert werden. Weiterhin werden die Herstellungskosten des Deckensystems aufgrund verkürzter Herstellungsprozesse und Wegfall von Einbauzeiten für mechanische Verbindungsmittel reduziert. Durch den Einsatz der Klebetechnik zur Fügung der Materialkomponenten Holz und Beton wird ein nahezu starrer Verbund erreicht. Dieser wirkt sich günstig auf die statische Leistungsfähigkeit des Deckensystems aus.
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Weiter sieht die Erfindung vor, das Auflager als Spiegellager mit erfindungsgemäßen Einbauteilen auszubilden. Die bisher bekannten Konstruktionen massiver, quer zum Deckenrand verlaufender Randbalken, können durch die modifizierte Spiegellagerung entfallen. Dadurch ist ein vergrößertes Raumvolumen zu erreichen. Das Eigengewicht der Deckenkonstruktion kann durch die Auflagerausbildung als Spiegellagerung und dem möglichen Entfall des massiven Randunterzuges reduziert werden. Durch die erfindungsgemäße Auflagerkonstruktion der bereits bekannten Konstruktion einer spiegelgelagerten HBV-Decke werden größere als die bisher bekannten Auskragungen der Stahlbetondeckenplatte ermöglicht. Die bei Versuchen an konventionellen Systemen beobachteten Klaffungen zwischen Stahlbetonplatte und Holzbalken werden durch die robustere Konstruktion vermieden werden. Nachteile einer exzentrischen Lasteinleitung auf sekundäre Tragglieder können minimiert, bzw. ausgeschaltet werden.
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Es sind größere Abstände der Brettschichtholzbalken untereinander sowie größere Spannweiten des gesamten Deckensystems durch erhöhtes Lastaufnahmevermögens der robusten Konstruktion zu erwarten.
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Ein zentrisch eingeklebte Bewehrungsstab ermöglicht eine längere Brandwiderstandsdauer der Deckenkonstruktion als die derzeit bekannte Brandwiderstandsklasse F30/R30 bei spiegelgelagerten HBV-Decken.
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Dieser Erfindung eigen ist die Verklebung der an der Oberkante der Holzträger (2) mit der Stahlbetonplatte (1) zur Sicherstellung des kraftschlüssigen Verbundes der Bauteile untereinander unter weitgehendem Verzicht mechanischer Verbindungsmittel sowie die Lagerung des Deckensystems über eine sogenannte Spiegellagerung durch die Auflagerung der vor der Stirnseite des Brettschichtholzträgers auskragenden Stahlbetonplatte auf dem lastweiterleitenden, sekundären Tragglied. Der Beton (1) kann nachträglich auf die Brettschichtholzbalken (2) aufgeklebt werden oder alternativ „frisch in frisch“ im noch fließfähigen Zustand auf die mit einer Klebstoffschicht versehene Balkenoberseite aufgebracht werden.
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Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Spiegellagerung können am Ende der Brettschichtholzträger (2) zusätzliche konstruktive Einbauteile (3, 3’ 4, 4’, 5, 5’ 6, 7, 8, 9) zur Gewährleistung der Tragfähigkeit des Deckensystems vorteilhaft sein.
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Die Anordnung der Holzbalken (2) unterhalb der Stahlbetondecke (1) kann wie in 2 dargestellt ausgeführt werden oder auch in im Grundriss abweichender Balkenlage hergestellt werden.
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Konstruktive, im Bauablauf begründete, nicht statisch erforderliche Verbindungsmittel sind in den 1 und 2 nicht dargestellt. Die Bewehrung der Stahlbetonplatte (1) aus statischen Gründen und/ oder zur Begrenzung der Rissweite ist nicht dargestellt. Einbauteile in der Auflagerkonstruktionen zur Erzielung der Spiegellagerung sind in 1 und 2 ebenfalls nicht dargestellt.
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Die Deckenkonstruktion kann als komplett vorgefertigtes oder teilgefertigtes Element im Werk produziert werden und auf der Baustelle zusammengefügt werden. Alternativ ist eine komplette Fertigung des Deckensystems auf der Baustelle möglich. 3 zeigt einen Deckenschnitt durch das Auflagerdetail der Spiegellagerung mit Stahlkonsole (3). Der Erfindung eigen ist die Verwendung einer in den Querschnitt der Stahlbetonplatte (1) eingegossenen Stahlkonsole (3), die kraftschlüssig mit dem Brettschichtholzbinder (2) verbunden ist und die Kraftweiterleitung in die Auflagerkonstruktion gewährleistet. Die Stahlkonsole (3) besteht im Wesentlichen aus miteinenander verschweißten Blechen aus Stahl. In der horizontalen Tragplatte werden Öffnungen zur Durchführung der Verbindungskonstruktionen vorgesehen. Zwei in Längsrichtung auf der Grundplattenoberseite vertikal angeordnete Stahlbleche erhöhen die Tragfähigkeit der Konsole. Die in die Auflagerkonstruktion zu führende Querkraft des Deckenelementes wird über eine Biegebeanspruchung der Stahlkonsole (3) gewährleistet. Ein kraftschlüssiger Verbund des Deckenelementes mit der Sekundärkonstruktion kann über Verschraubungen oder Verguss des Deckenelementes an das sekundäre Tragglied erfolgen. Das statische System der Konsolkonstruktion erwirkt unter Lastbeanspruchung ein Moment aus Biegebeanspruchung in der Konsole (3), welches über die Einleitung eines Kräftepaars aus Druck- und Zugkräften in den Brettschichtholzträger (2) abgetragen wird. Die Zugkomponente des Kräftepaars wird durch einen oder mehrere in den Brettschichtholzträger (2) eingeklebte Gewindestäbe (4) oder eine oder mehrere Vollgewindeschrauben (4) aufgenommen, die kraftschlüssig mit der Stahlkonsole (3) gekoppelt sind. Bei Bedarf kann die horizontale Platte der Konsolkonstruktion oberseitig im Anschlagbereich des Gewindestabes (4) mittels aufgeschweißten Blechen verstärkt werden. Die zugehörige Druckkomponente wird über Druckkontakt der Stahlkonsole (3) mit dem Brettschichtholzträger (2) gewährleistet. Zum Zweck einer konzentrierten Lasteinleitung wird der Konsole (3) unterseitig ein Blech aufgeschweißt, welches in einer Ausnehmung an der Brettschichtholzträgeroberseite kraftschlüssig einbindet. In den Brettschichtholzträger (2) eingedrehte Vollgewindeschrauben (6) oder eingeklebte Gewindestäbe (6) im Auflagerbereich der Druckplatte erhöhen bei Bedarf das Aufnahmevermögen von Druckkräften senkrecht zur Faser des Holzunterzuges. Die Kraftweiterleitung an das sekundäre Tragglied (z. B. Wandelement, Unterzug, Stütze, Konsole, ...) erfolgt mittels Druckkraftübertragung aus der Stahlkonsole (3). Zur konzentrierten Lasteinleitung wird, analog der Druckkraftübertragung am Brettschichtholzträger (2), unterseitig ein Blech aufgeschweißt. Der schräg in den Brettschichtholzträger (2) eingeleimte Bewehrungsstab (5), bevorzugt aus BSt500s, dient der Aufnahme der aus dem Fachwerkmodell für ausgeklinkte Trägerenden berechneten Zugkraft.
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Die Bewehrung (7), bevorzugt aus BSt500s, dient der Aufnahme der Zugstrebe in der Stahlbetonplatte (1). Die aufgebogenen Bewehrungsstäbe (8) und quer zur Spannrichtung der Decke verlaufenden Bewehrungsstäbe (9) werden konstruktiv gewählt. Die Regelbewehrung der Stahlbetonplatte ist nicht dargestellt. Die Verbindung der dargestellten Bauteile kann vorgefertigt im Werk oder auf der Baustelle ausgeführt werden.
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In einer in 4 dargestellten alternativen Ausführung wird die erfindungsmäßig weitauskragende Spiegellagerung mittels Kontaktplatte und eingeklebten Bewehrungsstahl ausgeführt. Dieser Variante der Erfindung ist eigen die Verwendung einer in den Querschnitt der Stahlbetonplatte (1) eingegossenen Stahlplatte (3’), die mittels Schweißung an einen gebogenen Bewehrungsstab (4’) angeschlossen ist, der wiederum in den Brettschichtholzbinder (2) eingeleimt ist und die Kraftweiterleitung in die Auflagerkonstruktion gewährleistet. In der Stahlplatte (3’) wird eine Öffnung vorgesehen, durch die der Bewehrungsstab geführt wird und an seinem Ende mit der Stahlplatte (3’) verschweißt wird. Die Kraftweiterleitung an das sekundäre Tragglied (z. B. Wandelement, Unterzug, Stütze, Konsole, ...) erfolgt mittels Auflagerung des auskragenden Deckenteils. Ein kraftschlüssiger Verbund kann über Verschraubungen oder Verguss des Deckenelementes an das sekundäre Tragglied erfolgen.
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Der schräg in den Brettschichtholzträger (2) eingeklebte Bewehrungsstab (4’), bevorzugt aus BSt500s, dient der Aufnahme der aus dem Fachwerkmodell für ausgeklinkte Trägerenden berechneten Zugkraft. Diese Zugkraft wird in die Stahlplatte (3’) eingeleitet und über Druckkontakt als Druckkraft in die Stahlbetonplatte (1) geführt.
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Die Querbewehrung (5’), bevorzugt aus BSt 500s, dient der Aufnahme der aus der Druckkrafteintragung resultierenden Spaltzugkräften in der Stahlbetonplatte (1). Konstruktiv werden an der Querbewehrung (5’) im Lasteinleitungsbereich orthogonal verlaufende Verteilereisen (6’) angeordnet. Die Regelbewehrung der Plattendecke ist nicht dargestellt.
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Die Bewehrung (7) dient der Aufnahme der Zugstrebe in der Stahlbetonplatte (1). Die Regelbewehrung der Stahlbetonplatte (1) ist nicht dargestellt. Es können auch mehr als ein eingeklebter Bewehrungsstab zur Ausführung kommen. Die Verbindung der dargestellten Bauteile kann vorgefertigt im Werk oder auf der Baustelle ausgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beton- bzw. Stahlbetonplatte
- 2
- Holzträger, bevourzugt aus Brettschichtholz
- 3
- Stahlkonsole
- 3’
- Stahlplatte
- 4
- eingeklebter Gewindestab oder Vollgewindeschraube
- 4’
- eingeklebter Bewehrungsstab
- 5
- eingeklebter Bewehrungstab in Verbindung mit Stahlkonsole
- 5’
- Bewehrungsstab als Querbewehrung für Spaltzug
- 6
- Vollgewindeschraube oder eingeklebter Gewindestab
- 6’
- Bewehrungsstab als Verteilereisen
- 7
- Bewehrungsstab zur Verankerung der Zugstrebe
- 8
- Bewehrungsstab als Schlaufe mit Schrägaufbiegung
- 9
- Bewehrungsstab als konstruktive Querbewehrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Bautechnik 89 (2012) Heft 6 durch W. Becker [0002]
