DE102019000116A1

DE102019000116A1 - Konstruktive Stahlbauteile

Info

Publication number: DE102019000116A1
Application number: DE102019000116.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Hib Huber Integral Bau GmbH
Current assignee: Hib Huber Integral Bau GmbH
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-16

Abstract

Es wird ein Stahlbauteil zur Verwendung als tragendes Bauteil in einer Verbundträgerkonstruktion vorgeschlagen, das einen Stahlträger, bestehend aus einem Steg und zwei Gurten, umfasst, die derart angeordnet sind, dass zumindest eine Kammer gebildet wird in der ein Ersatzquerschnitt angeordnet ist und die mit einem Füllmaterial gefüllt ist, in dem der Ersatzquerschnitt eingebettet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Schaumbeton als Füllbeton einzusetzen und dass der Ersatzquerschnitt ein Stahlersatzprofil ist, das mit dem Stahlträger schubfest verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft konstruktive Stahlbauteile, wie sie in der Bauindustrie Verwendung finden. Für bestimmte Einsatzzwecke müssen derartige konstruktive Stahlbauteile, z.B. Bauteile für Stahlverbundkonstruktionen, entsprechend den jeweils geforderten Vorschriften eine bestimmte Widerstandsfähigkeit gegen Feuer aufweisen. Betroffen sind also Stahlverbundträger, Träger oder Stützen die im Brandiall direkt beflammte Stahlquerschnittsflächen aufweisen.
Im Hochbau kommen beim Aufbau einer Verbundkonstruktion verschiedene konstruktive Stahlbauteile zum Einsatz. Dies sind beispielsweise U-Träger oder Doppel-T-Träger. Die Tragfähigkeit eines Trägers wird durch dessen Dimensionierung und dessen Temperatur bestimmt. Um die Tragfähigkeit auch bei großer Hitzeentwicklung zu begrenzen, müssen die Träger bzw. Stützen durch geeignete Maßnahmen vor übermäßiger Durchbiegung im Brandfall geschützt werden, insbesondere sind tragende Bereiche der Stahlkonstruktion vor dem Versagen zu schützen.
Die DE 10 2017 129 140 A1 offenbart ein Bauelement aus Schaumbeton, wobei der Schaumbeton auch für Stahlverbundkonstruktionen geeignet ist. Durch die vorteilhaften Eigenschaften und Fertigungsverfahren des Schaumbetons werden auch tragfähige Verbundkonstruktionen ermöglicht, die zu einem erhöhten Brandschutz beitragen.
Aus der WO 18072777 A1 ist zu entnehmen, dass einfache Verbundkonstruktionen in Form betongefüllter Stahlprofile eine geringe Brandfestigkeit aufweisen. Bei direkter Feuerbeaufschlagung des Stahlprofiles, muss dieses baulich von der Brandzone entkoppelt und baulich geschützt werden.
Im Brandfall wird im Wesentlichen eine Querschnittsfläche, der dem Feuer zugewandte Gurt eines Trägers, von den Flammen besonders erhitzt. Um ein Versagen des Trägers zu verzögern, werden von den Flammen geschützte Ersatzquerschnitte vorgeschlagen. Wie in 1 dargestellt, erfolgt dies indem man in einer Kammer, die durch die Anordnung der Gurte und des Stegs zueinander entstehen, eine statisch wirksame Bewehrung anordnet und die Kammer anschließend mit Beton füllt.
Nachteil an dieser Bauweise ist, dass der Kammerbeton eine Rohdichte von ca. 2500 kg / m³ hat. Dadurch ergeben sich für die kammerbetonierten Bauteile Stückgewichte mit einem vielfachem des ursprünglichen Stahlgewichts. Was weitere Nachteile bei der Fertigung und dem Transport mit sich bringt. Ein weiterer Nachteil ist die relativ aufwendige Herstellung, da die Rundprofile, die den Ersatzquerschnitt bilden, relativ aufwendig in der Kammer fixiert werden müssen, damit diese beim Befüllen der Kammer mit Beton ihre Position beibehalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative konstruktive Lösung für Stahlbauteile vorzuschlagen, die verbesserte Eigenschaften in Bezug auf die Fertigung und das Handling hat und brandschutztechnische Vorteile aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.
Es wird ein Stahlbauteil zur Verwendung als tragendes Bauteil in einer Verbundträgerkonstruktion vorgeschlagen, das einen Stahlträger, bestehend aus einem Steg und zwei Gurten, umfasst, die derart angeordnet sind, dass zumindest eine Kammer gebildet wird in der ein Ersatzquerschnitt angeordnet ist und die mit einem Füllmaterial gefüllt ist, in dem der Ersatzquerschnitt eingebettet ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Schaumbeton als Füllbeton einzusetzen und dass der Ersatzquerschnitt ein Stahlersatzprofil ist, das mit dem Stahlträger schubfest verbunden ist.
Es sind unterschiedliche Ausführungen denkbar, so kann der Stahlträger ein Doppel-T-Träger oder ein U-Träger sein, wobei der Schaumbeton in die U-förmigen Kammern dieser Formprofile eingegossen bzw. eingebracht wird.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Stahlersatzprofil ein Flacheisen sein, das an dem Steg des Doppel-T-Trägers angeschweißt ist. Alternativ kann das Stahiersatzprofil ein T-Profil sein, das an dem Steg des Doppel-T-Trägers mittig angeschweißt ist. Durch die unterschiedlichen Stahlersatzprofile werden Lösungen für unterschiedliche Belastungsfälle, z. B. Deckenträger oder Stützen, vorgeschlagen.
Für Deckenträger kann ein Flacheisen zwischen dem Gurt, der auf Zug beansprucht wird, und der neutralen Phase angeschweißt sein, bevorzugt mit einem Abstand von 10%-50% der Trägerhöhe von Gurt aus gemessen.
Weiterhin kann der Schaumbeton in einer Ausführung Fasermaterial umfassen. Fasermaterialien wie Glas- oder Kohlefasern können dem Schaumbeton beigemischt werden und die Zugfestigkeit verbessern. Weiterhin werden die elastischen Eigenschaften verbessert und es wird ein gewisser Schutz vor herausbrechenden Teilbrocken aus dem Schaumbeton erreicht.
Eine Grundfixierung des Schaumbetons in der Kammer erfolgt vorzugsweise mittels Armierungseisen und Kopfbolzen, die an den Stahlträger angeschweißt sind.
Weiterhin kann der Schaumbeton gegenüber eindringender Feuchtigkeit mittels einer Schutzschicht und/oder einem hydrophob wirkenden Zusatz geschützt sein.
Der vorgeschlagene Aufbau von Stahlbauteilen hat folgende Vorteile

- deutlich reduziertes Stückgewicht der einzelnen Stahlbauteile
- Reduzierung von statischer Kammerbetonbewehrung
- Kraftschlüssige Verbindung der Ersatzquerschnittsflächen mit dem Träger

Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:

1 eine Verbunddecke entsprechend dem StdT
2 eine Verbunddecke mit einem erfindungsgemäßen Stahlbauteil
3 eine Stahlstütze

1 zeigt eine Verbunddecke entsprechend dem StdT. Es handelt sich hier um eine Trägerkonstruktion die einen Verbundträger 2 umfasst, auf dem eine Deckenkonstruktion angeordnet ist. Zur Verbindung von Verbundträger 2, hier ein Doppel-T-Träger 15 und der Decke 1 sind Kopfbolzendübel 10 vorgesehen, die in den Beton der Decke 1 eingegossen sind und einen Teil der Kräfte aufnehmen die auf Konstruktion wirken.
Durch die Form des Doppel-T-Trägers 15 werden zwei U-förmig begrenzte Kammern 12a, b gebildet, die mit einem Beton 13 verfüllt sind. Im Brandfall wird der untere Gurt 4b des Doppel-T-Trägers 15 der größten Hitze ausgesetzt, so dass der Gurt 4b seine Festigkeitseigenschaften als erstes verliert. Um die Konstruktion weiterhin..stabil zu halten, ist einmal der Beton vorgesehen und zum anderen ist ein sogenannter Ersatzquerschnitt vorgesehen. Entsprechend dem StdT umfasst der Ersatzquerschnitt Armierungseisen 11, die in dem Beton 13 mit eingegossen sind. Die Dimensionierung wie auf die Position in der Kammer 12a, b kann an die baurechtlichen Vorschriften angepasst sein. Der Beton 13 schützt die eingegossene Armierungseisen 11 vor der direkten Hitze hat aber den Nachteil, dass er die Träger relativ schwermacht, was nachteilig beim Handling ist.
Die Ersatzquerschnitte 5, also die Armierungseisen 11, sind dabei so im Beton 13, auch Kammerbeton genannt, angeordnet, dass die Feuerwiderstandszeit verbessert wird. Der Kammerbeton 13 besteht aus Normalbeton, der die eingelegte Zusatzbewehrung 11 vor direkter Hitzeeinwirkung schützt, so dass die Armierungseisen 11 die Funktion des Gurtes 4b bzw. der direkt beflammten Stahlfläche 7 übernehmen kann, zumindest in gewissen Grenzen. Diese Bauweise ist in entsprechenden Eurocode 4 geregelt.
2 zeigt den Aufbau einer Verbunddecke mit einem erfindungsgemäßen Stahlbauteil. Geändert wurden im Wesentlichen zwei Dinge. Der Beton ist ein Schaumbeton 16 mit dem die Kammern 12a, b gefüllt sind und der Ersatzquerschnitt 5 besteht aus zwei Profilen 18, mit den erforderlichen Abmessungen, die an dem Steg befestigt z.B. angeschweißt sind, so dass sie schubfest mit dem Steg 3b des Doppel-T-Trägers 15a gekoppelt sind. Der Schaumbeton 9 übernimmt keine statische Funktion.
Durch den Schaumbeton 9 ist der Ersatzquerschnitt 5 gegenüber der Umgebung thermisch isoliert, so dass der Ersatzquerschnitt 5, hier die zwei Flacheisen 18, vor direkter Erhitzung geschützt sind.
Bei der Auslegung wird nur das Stahlbauteil berücksichtigt, der Schaumbeton übernimmt keinerlei statische Funktion. Im Brandfall, wenn der untere Gurt 4d ausfällt, übernimmt die Ersatzquerschnittsflächen 5 die Zugkräfte und verhindert so den Zusammenbruch der Konstruktion.
Die Positionierung der Ersatzquerschittsflächen 5 am Steg 3b liegt in einem Bereich zwischen dem Gurt, der auf Zug beansprucht wird, und der neutralen Phase, bevorzugt mit einem Abstand von 10%-50% dieses Maßes von Gurt aus gemessen.
3 zeigt eine Stahlstütze 14, bestehend aus einem Stahlprofil 15b, welches mit Schaumbeton 9 in den Kammern 12e, f verfüllt ist. In den Kammern 12e, f sind Ersatzquerschnittsflächen 5, T-Profile 18a, b, angeordnet, die kraftschlüssig durch Schweißnähte 17 mit dem Steg 3c verbunden bzw. verschweißt sind. Das T-Profil ist mittig am Steg 3c angeschweißt, so dass der Ersatzquerschnitt in alle Kraftrichtungen wirkt.
Der Schaumbeton 16 verzögert im Brandfall durch seine Isolierwirkung die Erhitzung der Stahlquerschnitte 18 und den Stegbereich des Stahlprofils 2. Nur die Direkt beflammten Flächen 7 der Gurte 4e, f werden im Brandfall geschwächt und so ihrer Tragfähigkeit vermindert.
Die Auslegung für den Brandfall erfolgt in beiden Beispielen mit einer reduzierten Belastbarkeit. Der eigesetzte Schaumbeton hat eine Rohdichte von ca. 40 und 400 kg/m³, vorzugsweise zwischen 60 und 200kg/m³, so dass das Gesamtgewicht der Stahlbauteile im Vergleich mit dem StdT relativ gering ist.
Bezugszeichenliste

1: Decke
2: Stahlträger
3a, b, c: Steg
4a bis f: Gurt
5: Ersatzquerschnitt
6: Schweißnaht
7: direkt beflammte Flächen
8: Verbundkonstruktion
9: Schaumbeton
10: Kopfbolzendübeln
11: Armierungseisen
12a bis f: Kammer
13: Beton
14: Stahlstütze
15a, b: Doppel-T-Träger
16: T-Profil
17: Schweißnaht
18: Flacheisen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017129140 A1 [0003]
WO 18072777 A1 [0004]

Claims

Stahlbauteil zur Verwendung als tragendes Bauteil in einer Verbundträgerkonstruktion, umfassend ein Stahlträger (2, 15a, b) bestehend aus einem Steg (3a - c) und zwei Gurten (4a - f), die derart angeordnet sind, dass zumindest eine Kammer (12a - f) gebildet wird, in der ein Ersatzquerschnitt (5, 16, 18) angeordnet ist und die mit einem Füllmaterial (9) gefüllt ist, in dem der Ersatzquerschnitt (5, 16, 18) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial aus einem Schaumbeton (9) besteht und der Ersatzquerschnitt (5) ein Stahlersatzprofil (16, 18) ist, das mit dem Stahlträger (2, 15a, b) schubfest verbunden ist.
Stahlbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahlträger ein Doppel-T-Träger (15a, b) oder ein U-Träger ist, wobei der Schaumbeton (9) in die U-förmigen Kammern (12c - f) eingegossen ist.
Stahlbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlersatzprofil ein Flacheisen (18) ist, das an dem Steg (3b) des Doppel-T-Trägers (15a) angeschweißt ist.
Stahlbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlersatzprofil ein T-Profil (16) ist, das an dem Steg des Doppel-T-Trägers (15b) mittig angeschweißt ist.
Stahlbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flacheisen (18) zwischen dem Gurt (4d), der auf Zug beansprucht wird, und der neutralen Phase angeschweißt ist, bevorzugt mit einem Abstand von 10%-50% dieses Maßes von Gurt (4d) ausgemessen.
Stahlbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumbeton (9) Fasermaterialien umfasst.
Stahlbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumbeton (9) gegenüber eindringende Feuchtigkeit mittels einer Schutzschicht und/oder einem hydrophob wirkenden Zusatz geschützt ist.
Stahlbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Kammer (12c - f) Armierungseisen zur Fixierung des Schaumbetons (9) vorgesehen ist.
Deckenkonstruktion umfassend Stahlbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, dass eine Decke (1) auf mehreren Stahlbauteilen aufliegt, wobei zur Fixierung der Decken (1) Kopfbolzendübel (10) an dem oberen Gurt (4c, e) vorgesehen sind.