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Die
Erfindung betrifft ein hohlraumfreies vorgefertigtes Plattenbauelement
aus Beton und einer in den Beton eingebetteten, ein Gitter sich
kreuzender Bewehrungsstränge
aufweisenden Bewehrung, wobei das Gitter parallel versetzt zu einer
in bezug auf Biegung neutralen Fläche der Platte angeordnet ist.
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Plattenförmige Betonbauelemente
solcher Art sind durch Benutzung bekannt. Sie enthalten im Abstand
zueinander und symmetrisch zu der neutralen Fläche angeordnete Gitter aus
sich kreuzenden Bewehrungssträngen.
Die Gitter sind in einem Abstand von der jeweiligen Plattenoberfläche angeordnet,
welcher etwa einem Fünftel
der Plattendicke oder weniger entspricht. Bei Biegebelastung der
Platte wird eines der Bewehrungsgitter in dem Umfang druckbeaufschlagt,
in welchem das andere Bewehrungsgitter einer Zugbelastung unterliegt.
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Aus
der
EP 0 066 647 A1 ,
der
DE 198 05 571
A1 und der
DE
67 50 158 U gehen Betonplattenbauelemente hervor, in welchen
von einem Bewehrungsgitter vorstehende Gitterträger zur Bewehrung mit dem Bauelement
verbundener Betonrippen bzw. zur Verbindung zweier Teilplatten des
Plattenbauelements verwendet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Plattenbauelement
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, das bei gegebener Biegebelastbarkeit einen verringerten
Einsatz an Bewehrungsmaterial ermöglicht.
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Das
diese Aufgabe lösende
Plattenbauelement nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Bewehrung ein einziges Gitter aus sich kreuzenden Bewehrungssträngen enthält, das
zu einer Plattenseite in einem Abstand angeordnet ist, der 25 bis
40% der Plattendicke beträgt,
und dass das Gitter mit entgegen der Versatzrichtung über die
neutrale Fläche
hinaus vorstehenden, einen innerhalb der Platte endenden Kamm oder
Steg bildenden Bewehrungsteilen verbunden ist.
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Gemäß dieser
Erfindungslösung
ist das einzige Gitter gegenüber
den beiden Gittern bekannter solcher Bauelemente zur neutralen Fläche hin
verschoben, so dass sich die Biegebelastbarkeit des so bewehrten Querschnitts
in einer Lastrichtung um ca. 30% reduziert, in umgekehrter Belastungsrichtung
aber entsprechend erhöht.
Durch eine zusätzliche
Faserbewehrung, z.B. Kunststofffaserbewehrung, kann die reduzierte Belastbarkeit
ausgeglichen und dadurch unter minimalem Einsatz an Bewehrungsmaterial eine
mit herkömmlichen
solchen Bauelementen vergleichbare Biegebelastbarkeit erreicht werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind Art und Dosierung der Faserbewehrung gerade so
gewählt,
dass unter einer vorgegebenen Belastung der Bauelemente keine Risse
im Beton auftreten bzw. die Rissweite unter einem vorgegebenen Wert,
z.B. unterhalb 0,2 mm, liegt. Das Volumen-Verhältnis zwischen Gittermaterial
und Fasermaterial wird dann zwischen 1:1 und 20:1 liegen.
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Bei
einer Platte mit einander gegenüberliegenden
ebenen Oberflächen
bildet die Plattenmittelebene die neutrale Fläche. Denkbar sind aber auch
gebogene Platten, z.B. spiralartig gebogene Platten zur Bildung einer
Wendeltreppe, bei denen auf einer Plattenseite eine Treppenstufung
vorgesehen ist.
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Während es
möglich
ist, die Bewehrungsteile z.B. durch von dem Gitter vorstehende Stempel,
U-förmig
gebogene Streckmetallbahnen oder U-förmig gebogene Textilbahnen
herzustellen, sind in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die
Bewehrungsteile durch Gitterträger
gebildet, wobei dem Bewehrungsgitter zugewandte Gurte eine der Bewehrungsstranglagen
des Gitters bilden. Vorzugsweise liegen die Gurte gegen die diese
kreuzenden Bewehrungsstränge
an, wobei an den Anlagestellen eine Verbindung hergestellt sein
kann.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung liegt die Betondeckung des Bewehrungsgitters bei einer
Plattendicke von 8 bis 18 cm im Bereich von 3 bis 5 cm.
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Die
Bewehrungsteile stehen von dem Gitter entgegen der Versatzrichtung über eine
Länge vor,
die 50 bis 70% der Plattendicke beträgt.
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An
besonders belasteten Stellen können
ohne wesentliche Erhöhung
des Einsatzes an Bewehrungsmaterial lokale Zusatzbewehrungen vorgesehen
sein.
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Die
Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden,
sich auf diese Ausführungsbeispiele
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert
werden. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes Plattenbauelement,
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2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
für ein
plattenförmiges
Bauelement nach der Erfindung,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
für ein
Bauelement nach der Erfindung in Form einer Platte mit einem Türausschnitt,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel
für ein
Bauelement nach der Erfindung für
die Bildung einer Wendeltreppe,
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5 ein
Beispiel nur zu Berechnungszwecken, und
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6 ein
weiteres Beispiel nur zu Berechnungszwecken.
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1 zeigt
ein plattenförmiges
Betonbauelement mit den Randabmessungen 1,0 × 5,0 m und einer Dicke von
16 cm. Im Beton des Bauelements 1 ist eine Bewehrung 2 eingebettet,
die in dem betreffenden Ausführungsbeispiel
zwei Stahlgitterfräger 3 sowie
senkrecht zu den Gitterträgern
verlaufende Stahlbewehrungsstränge 5 umfasst.
Die Gitterträger
bilden jeweils einen frei im Beton endenden Kamm 10. In
dem betreffenden Ausführungsbeispiel
ist eine Lage aus insgesamt sieben solcher Bewehrungsstränge 5 gebildet,
deren Abstand zueinander 80 cm beträgt.
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Die
Bewehrungsstränge 5 liegen
gegen Gurte 6 und 7 der Gitterträger 3 an,
wobei die Gurte 6 und 7 der beiden Gitterträger 3 eine
weitere Lage von Bewehrungssträngen
bilden, welche die Bewehrungsstränge 5 unter
Bildung eines Bewehrungsgitters kreuzen. Die beiden Lagen aus Bewehrungssträngen 5 und
Gitterträgergurten 6 und 7 sind
parallel und versetzt zur Plattenmittelebene angeordnet, wobei der
Abstand zur nächstliegenden
Plattenseite in dem betreffenden Ausführungsbeispiel bei etwas mehr
als einem Drittel der Plattendicke liegt. Eine in bezug auf Biegung
neutrale Fläche 9 ist
durch die Plattenmittelebene gebildet.
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Die
Bewehrung 2 umfasst in dem betreffenden Ausführungsbeispiel
weitere Bewehrungsstränge 4,
die parallel zu den Gitterträgern 3 verlaufen.
Sechs solcher Bewehrungsstränge 4 sind über den
Abstand zwischen den beiden Gitterträgern 3 gleichmäßig verteilt
angeordnet. Die Bewehrungsstränge 4 liegen
gegen die sie kreuzende Bewehrungsstränge 5 an.
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In
dem betreffenden Ausführungsbeispiel
sind die Gitterträgergurte 6 und 7 der
nächstliegenden Plattenoberfläche des
Betonbauelements 1 zugewandt. Umgekehrt könnten die
Bewehrungsstränge 5 der
betreffenden Plattenoberfläche
am nächsten
liegen.
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Der
Durchmesser der Bewehrungsstränge 5 beträgt 6 mm,
der Bewehrungsstränge 4 10
mm und der Gitterträgergurte 6 und 7 jeweils
5 mm.
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Der
Beton des Bauelements 1 enthält ferner eine Faserbewehrung
aus Kunststofffasern. Hierbei handelt es sich um Fasern aus Polyacrylnitril
oder Polypropylen mit einer mittleren Länge von 8 mm und einer Feinheit
von 300.000 Stück
pro Gramm. Die Dosierung beträgt
etwa 1 kg pro m3 Beton.
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Das
gezeigte Betonbauelement 1 kann als Decken- oder Wandbauelement
eingesetzt werden. Im Falle eines Deckenbauelements weisen die freien
Enden der Gitterträger
nach oben. Bei Verwendung als Wandbauelement erstrecken sich die
Gitterträger
vertikal.
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Gegenüber herkömmlichen
Bauelementen mit zwei zueinander im Abstand angeordneten Bewehrungsgittern
ist das aus Bewehrungssträngen 5 und
Gitterträgergurten 6, 7 gebildete
Bewehrungsgitter näher zur
der in bezug auf Biegung neutralen Plattenmittelebene hin versetzt.
Die Bewehrung aus dem genannten Bewehrungsgitter und den stegartig
vorspringenden Gitterträgern übernimmt
daher einen Teil der Biegebelastbarkeit, die durch ein zweites im
Abstand zum ersten Gitter angeordnetes Gitter nach dem Stand der
Technik bewirkt werden könnte.
Ein gegenüber
herkömmlichen
Gitterträgern
fehlender Rest an Biegebelastbarkeit wird durch die Faserbewehrung
ausgeglichen, die in dem betreffenden Ausführungsbeispiel gerade so dosiert
ist, dass eine Rissbildung durch Eigenbelastung eines aus noch jungem
Beton bestehenden Bauelements verhindert ist. Insgesamt wird durch
die Kombination aus Stahlbewehrung und Faserbewehrung in der vorliegenden Form
eine Optimierung derart erreicht, dass bei geringstmöglicher
Masse an Bewehrungsmaterial die größtmögliche Biegefestigkeit erreicht
wird.
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Bei
den folgenden Ausführungsbeispielen
sind gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl
wie bei dem Ausführungsbeispiel
von 1 bezeichnet, wobei der betreffenden Bezugszahl
jeweils der Buchstabe a, b usw. beigefügt ist.
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2 zeigt
ein plattenförmiges,
eine Faserbewehrung enthaltendes, Betonbauelement 1a, dass
sich von dem vorangehend beschriebenen Betonbauelement dadurch unterscheidet,
dass eine Bewehrung 2a insgesamt drei Gitterträger 3a aufweist
und keine parallel zu den Gitterträgern verlaufende Bewehrungsstränge vorgesehen
sind.
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Die
1,0 × 5,0
m große
Platte weist eine Dicke von 16 cm auf. Der Abstand zwischen den
Gitterträgern beträgt 40 cm.
Ingesamt sind sieben quer zu Gurten 6a und 7a der
Gitterträger
verlaufende Bewehrungsstränge 5a parallel
zueinander im Abstand von 80 cm vorgesehen.
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Es
wird nun bezug auf 3 genommen, wo ein plattenförmiges Wandbauelement 1b mit
einem Türausschnitt 8 gezeigt
ist. Das plattenförmige
Wandbauelement ist etwa 6 m lang und 2,60 m hoch. Die Dicke beträgt 12 cm.
Etwa 30 cm von einem der vertikalen Ränder des Bauelements entfernt
ist ein vertikaler Gitterträger 3b angeordnet,
dem im Abstand weitere Gitterträger 3b' bis 3b''''' folgenden, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
die Gitterträger
untereinander unterschiedliche horizontale Abstände aufweisen, die jedoch größer als
der Abstand vom Rand sind.
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Senkrecht
zu den vertikalen Gitterträgern 3b bis 3b''''' erstrecken sich ein oberster Bewehrungsstrang 5b,
ein mittlerer Bewehrungsstrang 5b' und ein unterster Bewehrungsstrang 5b''',
wobei der Abstand zwischen dem mittleren Bewehrungsstrang 5b'' und dem untersten Bewehrungsstrang 5b''' in
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
etwa 2 m beträgt.
Der unterste Bewehrungsstrang 5b''' ist am Türausschnitt 8 unterbrochen.
Die Unterbrechung kann nachträglich
auf der Baustelle vorgenommen werden. Die Bewehrungsstränge 5b bis 5b''' liegen
gegen Gurte 6b und 7b der Gitterträger 3b bis 3b''''' an.
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Das
durch die Bewehrungsstränge 5b bis 5b'' und Gitterträger 6b und 7b gebildete
Bewehrungsgitter ist 3 cm von der nächstliegenden Plattenoberfläche entfernt.
Gitterträger
erstrecken sich senkrecht zur Plattenebene über eine Länge, welche knapp 60% der Plattendicke
entspricht.
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Der
Beton des Bauelements 1b weist ferner eine Faserbewehrung
auf, die so eingestellt ist, dass Schwindrissbildung durch Eigenlast
des bei der Verarbeitung noch jungen Betons aufweisenden Bauelements vermieden
ist.
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4 zeigt
ein einstückiges
Betonbauelement zur Bildung einer Wendeltreppe, dass die Form einer spiralig
gebogenen Platte aufweist, auf deren Oberseite nicht gezeigte Treppenstufen
eingearbeitet sind. Die Treppenstufen ändern nichts daran, dass die
Grundform einer gebogenen Platte vorliegt. Quer zur Spiralwendel
erstrecken sich Gitterträger 3c bis 3c'''.
Abschnittsweise sind die Gitterträger als kreuzende Bewehrungsstranglagen
aus fünf
bis acht Bewehrungssträngen 5c bis 5c'' gebildet, wobei die Bewehrungsstränge 5c bis 5c'' entsprechend der Spiralformung
des Bauelements 1c gebogen sind. Die sich quer zur Spiralwendel
erstreckenden Gitterträger 3c bis 3c''' bedürfen keiner
solchen Spiral-Biegung. Auch das Bauelement von 4 weist
zusätzlich
zu den beschriebenen Bewehrungen eine Faserbewehrung auf.
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Als
zahlenmäßiges Beispiel
für eine
erreichbare Optimierung soll eine in 5 und 6 gezeigte Platte
von 1 × 1
m mit einer Dicke von 10 cm dienen.
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Bei
herkömmlicher
doppelter Verwendung, 5, von Stahlbewehrungssträngen 11 mit
einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 1 m, die im Abstand
von 20 cm verlegt sind, ergibt sich eine Gesamt-Metallquerschnittsfläche von
2,51 cm2. Bei einer Zugfestigkeit von 50
kN/cm2 ergibt sich eine Zugtragfähigkeit
ZS von 126 kN. Daraus folgt ein Biege-Einwirkungsgrad von W = 8,8
kNm.
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Bei
einer stattdessen vorgenommenen, gleichfalls herkömmlichen
Dosierung von 78 kg/m3 Stahlfasern wird
ein Biege-Einwirkungsgrad von W = 4,5 kNm erreicht.
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Nach
der Erfindung, 6, ist ein Abstand von 4 cm
der, einzigen, Bewehrung von der nächstliegenden Plattenoberfläche in bezug
auf die Plattendicke von 10 cm so gewählt, dass sich an der Plattenunterseite bei
Nutzlasten von 3,5 kN/m2, z.B. bei Treppen,
Risse mit einer Breite kleiner 0,2 mm ergeben. Es sind vier Bewehrungsstränge 12,
Durchmesser 8 mm, und drei Gitterträger 15, sämtlich von
1 m Länge
parallel zueinander angeordnet. Zusätzlich sind 1 Kg/m3 Kunststofffasern
eingebracht. Der Biege-Einwirkungsgrad errechnet sich zu W = 0,7 × 8.8 =
6,2 kNm.
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Zu
dem Gesamt-Bewehrungseinsatz gehören
herkömmlich
nach 5 noch 2 mal fünf
Querstäbe 13 von
6 mm Durchmesser und 90 cm Länge
sowie 2 × fünf Steckbügel 14 von
6 mm Durchmesser und 70 cm Länge.
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Nach 6 gehören dazu
noch die drei Querstäbe 16 von
6 mm Durchmesser und 90 cm Länge
sowie 0,1 l Kunststofffasern (1 l/m3 Beton).
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Die
Ausnutzung α =
W/Materialeinsatz errechnet sich für die drei Beispiele wie folgt: Fig.
5, Stand der Technik:
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Stand der Technik, Stahlfasern:
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- W = 4,5 kNm.
- Materialeinsatz 1,0 l (10 l/m3 Beton).
- α =
4,5:1,0 = 4,5
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Das
Volumen-Verhältnis
Gittermaterial zu Fasermaterial beträgt dabei 0,4:0,1 = 4,0. Die
Erfindung steigert also die Ausnutzung des gesamten eingesetzten
Materials um 1/3.
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Wird
die Ausnutzung auf die Bewehrungsstränge allein bezogen, so errechnet
sich die betreffende Ausnutzung α' = W/Bewehrung zu
α' = 6,2:0,4 = 15,5
und die Steigerung
durch die Erfindung beträgt
70%.
