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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Holzbetonverbundelement, insbesondere zum Verbau als ein Deckenelement zur Ausbildung von Decken in Gebäuden, wie beispielsweise aus
US 5,634,308 A oder
EP 2 694 749 B1 bekannt.
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Das aus
EP 2 694 749 B1 bekannte Deckenelement unterscheidet sich im Vergleich zu dem aus
US 5,634,308 A bekannten Vorbild. Auch dieses Deckenelement ist als Holz-Stahlbeton-Verbundteil ausgebildet. Das Deckenelement weist mindestens zwei in einer Längsrichtung des Deckenelements parallel zueinander verlaufende Holzbalken und einen Stahlbetonkörper auf. Auf den längs verlaufenden Holzbalken liegt ein plattenförmiger Abschnitt auf. Weiters ist zumindest ein erster Abschnitt in Form eines Randbalken ausgebildet, der winkelig zu den Längsholzbalken verläuft und an zumindest einer der gegenüberliegenden Stirnseiten der Längsholzbalken anliegt/en.
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Es besteht weiterhin Bedarf an einem verbesserten Holzbetonverbundelement, insbesondere für den oben genannten Verwendungszweck.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit dem Gegenstand nach Patentanspruch 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen sind in Unteransprüchen angegeben, ferner den Figuren und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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Das oben beschriebene gattungsgemäße Holzbetonverbundelement hat als Obergurt bzw. Druckgurt eine bewehrte Stahlbetonplatte mit seitlichen Vergusstaschen als betonseitige Funktionselemente des Holzverbundelements.
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Als Untergurt bzw. Zuggurt funktionieren in einer Längsrichtung des bevorzugt rechteckig ausgebildeten Holzbetonverbundelements Holzbalken als Rippen, bevorzugt mittig ein Holz-Doppelbalken und jeweils links und rechts Holz-Randbalken.
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Der Verbund zwischen Ober - und Untergurt wird mittels Kerve, bevorzugt mittels eingefrästen Vertiefungen in den Holzbalken, erzeugt, die mit einbetoniert werden und dadurch Verformungsunterschiede zwischen Obergurt und Untergurt verhindern. Bevorzugt werden zusätzlich Schrauben mit eingeschraubt, um ein Abheben zwischen den Gurten zu verhindern.
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Senkrecht zu den Rippen ist ein weiterer Randbalken eingebaut, bevorzugt aus Buche-Furnierschichtholz. Auf dem eingebauten, weiteren Randbalken wird das Holzbetonverbundelement oft als Decke aufgelagert. Lastanteile aus den Gurten werden unabhängig voneinander in den weiteren Randbalken eingeleitet, im Fall von Holz in Holz bevorzugt mittels eines Schwalbenschwanzanschlusses. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Versatzmoment des seitlichen Anschlusses mittels Vollgewindeschrauben aufgenommen und ein Tordieren des Randbalkens verhindert.
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Im Brandfall ist es in dieser bevorzugten Ausführungsform von Vorteil, dass der Lastanteil der Holzbalken umgelagert wird, nämlich mittels der Vollgewindeschrauben in die Betonplatte hochgehangen. Die Auflagerung der gesamten Last erfolgt über den Kontakt der Betonplatte auf dem Randbalken aus beispielsweise Buche-Furnierschichtholz oder Beton.
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Die Ausbildung der Deckenscheibe als fertiges Betonverbundelement erfolgt über seitliche Taschen in der bewehrten Stahlbetonplatte, die nachträglich vergossen werden. Bevorzugt werden zusätzlich die Holzbetonverbundelemente mit Stahlplatten miteinander verbunden.
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Der stirnseitig eigebaute Randbalken ist bevorzugt nicht nur formschlüssig mit den Rippen verbunden, sondern zusätzlich mittels vertikaler Verbindungselemente, insbesondere Vollgewindeschrauben. So entsteht eine besonders kompakte Auflagersituation.
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Im Brandfall kann die Schwalbenschwanz-Verbindung ggf. kaum oder keine Lasten mehr an den Randbalken übertragen. Der Lastanteil der Rippen wird in diesem Fall bevorzugt über eine weitere vertikale Verschraubung der Rippen mit der Stahlbetonplatte hochgehangen und eingeleitet. Dann überträgt die Stahlbetonplatte die gesamte Auflagerkraft in den stirnseitig eingebauten Randbalken, der unter anderem deswegen in besonderen Ausführungsformen alternativ aus Metall oder Beton statt Holz ausgeführt sein kann.
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Der Lastanteil der Rippen im Untergurt wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform über eine Ausblattung oder Konsole in den stirnseitig eingebauten Randbalken eingeleitet, der bevorzugt aus Buchen-Furnierschichtholz besteht.
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Die Figuren gemäß nachfolgender Aufzählung zeigen drei besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele jeweils erfindungsgemäßer Holzbetonverbundelemente 10 (1A bis 2B), 10' (3A bis 4B) und 10'' (5), auf welche der Schutz nicht beschränkt sein soll.
- 1 - Holzbetonverbundelement gemäß einer ersten Ausführungsform mit sichtbar gemachten verdeckten Kanten in Draufsicht C und nach oben und nach links zeichnerisch aufgeklappten Seitenansichten A und B
- 2A - Horizontalschnitt durch einen Ausschnitt durch das Holzbetonverbundelement aus 1
- 2B - Vertikalschnitt durch einen Ausschnitt durch das Holzbetonverbundelement aus 1, wobei insbesondere die Verschraubung unterschiedlicher Vertikalschnitte zeichnerisch zusammenfassend zur Verdeutlichung in einer Ebene dargestellt sind, die aber tatsächlich nicht in einem Schnitt anzuordnen sind, schon wegen sonst drohender Kollision, mit schematisch eingetragenen Pfeilen für Kraftverläufe im Normalfall und im Brandfall
- 3 - Holzbetonverbundelement gemäß einer zweiten Ausführungsform mit sichtbar gemachten verdeckten Kanten in Draufsicht C und nach oben und nach links zeichnerisch aufgeklappten Seitenansichten A und B
- 4A - Horizontalschnitt durch einen Ausschnitt durch das Holzbetonverbundelement aus 3
- 4B - Vertikalschnitt durch einen Ausschnitt durch das Holzbetonverbundelement aus 3, wobei insbesondere die Verschraubung unterschiedlicher Vertikalschnitte zeichnerisch zusammenfassend zur Verdeutlichung in einer Ebene dargestellt sind, die aber tatsächlich nicht in einem Schnitt anzuordnen sind, schon wegen sonst drohender Kollision, mit schematisch eingetragenen Pfeilen für Kraftverläufe im Normalfall und im Brandfall
- 5 - Holzbetonverbundelement gemäß einer dritten Ausführungsform in perspektivischer Explosionsdarstellung
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Die in den 1 bis 5 verwendeten gleichen Bezugszeichen sind über die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele hinweg oft für die Kennzeichnung ähnlicher Merkmale wiederverwendet, worin keine Widersprüchlichkeit begründet sein soll. Es dient der besseren Vergleichbarkeit. In den 2 und 4 sind in rechteckigen Kästchen gesetzte Bezugsziffern unabhängig davon ohne Markierung mittels Apostrophierungen für die unterschiedlichen Ausführungsformen gleichbezeichnet, obwohl sich die Teile leicht unterscheiden.
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Die 1A bis 1C zeigen als Elemente des Obergurts, der als Druckgurtbezeichnet werden kann, eine bewehrte Stahlbetonplatte 10 mit seitlichen Vergusstaschen 18 zur Erzeugung der Deckenscheibe. Sie liegt auf dem Untergurt 20 aus Holz, der auch als Zuggurt bezeichnet werden kann. Mittig ist ein Holz-Doppelbalken 22 und jeweils links und rechts ein Holz-Randbalken 24 dargestellt.
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Verbund zwischen Ober- und Untergurt gemäß erstem Ausführungsbeispiel:
- Der Verbund wird über eingefräste Vertiefungen 28 (Kerve) in den Holzbalken 22, 24 erzeugt, die mit einbetoniert werden und dadurch Verformungsunterschiede zwischen Obergurt 10 und Untergurt 20 verhindern. Zusätzlich werden Schrauben 38 mit eingeschraubt, damit ein Abheben zwischen Obergurt 10 und Untergurt 20 verhindert wird.
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Auflagerung der Decke senkrecht zu den Rippen des ersten Ausführungsbeispiels
- - im Normalfall:
- Senkrecht zu den Rippen 22, 24 wird ein Randbalken 26 aus Buche-Furnierschichtholz eingebaut, auf dem die Decke aufgelagert wird. Der Lastanteil aus der Betonplatte (Obergurt 10) wird direkt über den Kontakt in den Randbalken 26
- eingeleitet. Der Lastenanteil der Holzbalken 22, 24 (Untergurt 20) wird über einen Schwalbenschwanzanschluss (2A, 2B) in den Randbalken 26 aus Buche-Furnierschichtholz eingeleitet. Das Versatzmoment des seitlichen Anschlusses wird über
- Vollgewindeschrauben 4 aufgenommen und verhindert ein Tordieren des Randbalkens 2, 26.
- - im Brandfall:
- Im Brandfall wird der Lastanteil der Holzbalken 1, 22, 24 umgelagert und über Vollgewindeschrauben 3.1, 3.2 (2B) in die Betonplatte des Obergurts 10 hochgehangen (Kraftverlauf durch Druckgurt 6). Die Auflagerung der gesamten Last erfolgt über den Kontakt der Betonplatte 10 auf dem Randbalken 2, 26 aus Buche-Furnierschichtholz. In 2B ist neben dem Randbalken 2, 26 ein Randbalken eines Fassadenelements erkennbar.
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Im Unterschied dazu verläuft gemäß zweitem Ausführungsbeispiel (3, 4) der Kraftfluss über eine Ausblattung 1.1 auch im Brandfall gemäß 4B nicht durch Beton 5, sondern direkt aus den Rippen 1, 22', 24' in den Randbalken 2, 26'.
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Die Ausbildung der Deckenscheibe erfolgt über seitliche Taschen 18 in der Betonplatte 10, die nachträglich vergossen werden. Zusätzlich werden die Deckenplatten mittels Stahlplatten miteinander verbunden.
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2A zeigt ein Detail der Auflagerung am Randbalken in einer Draufsicht, 2 B als Schnitt / Ansicht von der Seite. Die Auflagersituation im ersten Ausführungsbeispiel führt im Normalfall (ohne Feuer) zu dem Kraftfluss F1. Der Lastenanteil der Stahlbetonplatte 6, 10 wird direkt durch die Auflagerung auf dem Randbalken aus Buche-Furnierschichtholz 2, 26 eingeleitet. Der Lastanteil aus den Holzbalken 1 des Zuggurts wird über die Schwalbenschwanz-Verbindung 1.1 in den Buche-Furnierschichtholz-Randbalken 2, 26 eingeleitet. Aufgrund der außermittigen Lasteinleitung entsteht ein Versatzmoment, das durch die Verschraubung 4 aufgenommen wird. Zusätzlich wird der Randbalken 2, 26 mit der Stahlbetonplatte 6, 10 über die in vertikaler Richtung verlaufenden Vollgewindeschrauben 3.2 verbunden. Mithin wird eine kompakte Auflagersituation erzeugt.
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Im Brandfall hingegen verläuft der Kraftfluss F2 Etwas anders. In diesem Fall überträgt die Schwalbenschwanz-Verbindung [1.1] nämlich keine Lasten an den Randbalken 2, 26. Der Lastanteil der Holzbalken des geschwächten Zuggurts wird in diesem Fall über die Verschraubung 3.1 in die Stahlbetonplatte 6, 10 hoch gehangen und eingeleitet. Die Stahlbetonplatte 6, 10 übertragt im Brandfall die gesamte Auflagerkraft in den Buche-Furnierschichtholz-Randbalken 2, 26, der bevorzugt parallel zu einem weiteren Randbalken im Fassadenelement verläuft.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel der 3A bis 4b besteht der Obergurt / Druckgurt ebenfalls aus einer bewehrten Stahlbetonplatte 10' mit seitlichen Vergusstaschen 18' zur Erzeugung der Holzverbund-Deckenscheibe. Der darunter angeordnete Untergurt / Zuggurt weist in Spannrichtung längs verlaufend jeweils links und rechts am Rand der Verbunddecke einen Holzbalken 24' (Rippen) sowie eine breite Holzrippe 22' mit doppelter Breite in der Mitte auf.
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Der Verbund zwischen Ober- und Untergurt wird über eingefräste Vertiefungen 5.1 (vgl. 4B) als Kerve 28' in den Längsholzbalken 22', 24' erzeugt, die mit einbetoniert werden und dadurch Verformungsunterschiede zwischen Obergurt und Untergurt verhindern. Zusätzlich werden Schrauben mit eingeschraubt, damit ein Abheben zwischen Obergurt und Untergurt verhindert wird.
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Die Auflagerung der Decke senkrecht zu den Rippen wirkt im Normalfall wie folgt:
- Senkrecht zu den Rippen wird ein Randbalken 2, 26' aus Buchen-Furnierschichtholz eingebaut, auf dem die Decke 10', 20' aufgelagert wird. Der Lastanteil aus der Betonplatte 10'
- (Obergurt) wird direkt über den Kontakt in den eingebauten Randbalken 26' eingeleitet. Der Lastenanteil der Längsholzbalken 22, 24' (Untergurt) wird über eine Ausblattung / Konsole in den Randbalken 26' aus Buchen-Furnierschichtholz eingeleitet. Das Versatzmoment des exzentrischen Anschlusses wird über Vollgewindeschrauben aufgenommen und verhindert ein Tordieren des Randbalkens 26'.
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Im Brandfall werden die Lastanteil der Längsholzbalken 22', 24' jetzt im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel genauso wie im Normalfall eingeleitet. Die Querschnittsreduzierung infolge Abbrands der Holzquerschnitte wird bei der statischen Berechnung berücksichtigt.
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Die Auflagersituation im Normalfall ist den 4A und 4B im Detail zu entnehmen. Der Kraftfluss F3 zeigt, dass der Lastenanteil der Stahlbetonplatte 5, 10' direkt durch die Auflagerung auf dem Randbalken 26' aus Buchen-Furnierschichtholz 2 eingeleitet. Der Lastanteil aus den Längsholzbalken 1 wird über die Ausblattung / Konsole 1.1 in den Randbalken 26' aus Buchen-Furnierschichtholz 2 eingeleitet. Damit der Betonquerschnitt 2 und Holzquerschnitt 1 zusammenwirken wird eine Abhebesicherung 3.3 geschraubt und einbetoniert. Zur Sicherstellung der Lasteinleitung und -weiterleitung sowie der Tragfähigkeit, wird der Holzbalken 1 mit den Vollgewindeschrauben 3.1 gegen Querzug gesichert. Gleichzeitig wird der Randbalken 2 ebenfalls mit Vollgewindeschrauben 3.2 zur Querzugsicherung verstärkt. Aufgrund der außermittigen Lasteinleitung entsteht ein Versatzmoment, das durch die Verschraubung 4 aufgenommen wird.
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Die Auflagersituation im Brandfall ist mit dem darunter als Pfeil schematisch dargestellten Kraftfluss F4 gleichwirkend vermerkt. Im Brandfall werden die Lasten auch ebenso übertragen, wie im Normalfall. Die Lasten des Betonquerschnitts 5 und des Holzquerschnitts 1 werden über Kontakt in den Buchen- Furnierschichtholzträger 2 übertragen. Die Vollgewindeschrauben 3.1, 3.2, 3.3 dienen zur Querschnittssicherung. Die Vollgewindeschraube 4 dient zur Aufnahme der exzentrischen Lasteinleitung. Die Querschnittsreduzierung infolge Abbrands des Holzquerschnitts 1 und des Buchen-Furnierschichtholzes 2 werden in der statischen Berechnung berücksichtigt.
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Bezugszeichenliste:
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1 bis 5
- 10, 10', 10''
- Obergurt / Holzbetonverbundelement
- 18, 18',
- Vergusstasche
- 20, 20', 20''
- Untergurt
- 22, 22''
- Holz-Doppelbalken / Rippe
- 22'
- breite Holzrippe
- 24, 24', 24''
- Holz-Randbalken / Rippe
- 26, 26', 26''
- Randbalken (quer)
- 28, 28', 28''
- Vertiefung / Kerve
- 38
- Schrauben
- F1
- Kraftfluss
- F2
- Kraftfluss
- F3
- Kraftfluss
- F4
- Kraftfluss
- 2 A+B
- 1
- Holzbalken (Zuggurt)
- 1.1
- Schwalbenschwanzverbindung
- 2
- Randbalken aus Buche-Furnierschichtholz
- 3.1
- Vollgewindeschrauben zur Aufhängung der Holzbalken im Brandfall
- 3.2
- Vollgewindeschrauben zur Erzeugung einer gesamtheitlichen Auflagerung (Holz & Beton)
- 3.3
- Vollgewindeschrauben als Abhebesicherung
- 4
- Vollgewindeschrauben zur Aufnahme des Versatzmoments
- 5
- Randbalken im Fassadenelement
- 6
- Stahlbetonplatte (Druckgurt)
- 6.1
- Schubkerve / ausbetonierte Ausfräsung im Holzbalken
- 4 A+B
- 1
- Holzbalken (breit) (Zuggurt)
- 1.1
- Ausblattung / Konsole (Holz-Holz-Verbindung)
- 2
- Randbalken aus Buchen-Funierschichtholz
- 3.1
- Vollgewindeschrauben als Querzugverstärkung
- 3.2
- Vollgewindeschrauben als Querzugverstärkung
- 3.3
- Vollgewindeschrauben als Abhebesicherung
- 4
- Vollgewindeschrauben zur Aufnahme des Versatzmoments
- 5
- Stahlbetonplatte (Druckgurt)
- 5.1
- Schubkerve / ausbetonierte Ausfräsung im Holzbalken
- 1
- Holzbalken (Zuggurt)
- 1.1
- Ausblattung / Konsole (Holz-Holz-Verbindung)
- 2
- Randbalken aus Buchen-Funierschichtholz
- 3.1
- Vollgewindeschrauben als Querzugverstärkung
- 3.2
- Vollgewindeschrauben als Querzugverstärkung
- 3.3
- Vollgewindeschrauben als Abhebesicherung
- 4
- Vollgewindeschrauben zur Aufnahme des Versatzmoments
- 5
- Stahlbetonplatte (Druckgurt)
- 5.1
- Schubkerve / ausbetonierte Ausfräsung im Holzbalken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5634308 A [0001, 0002]
- EP 2694749 B1 [0001, 0002]
