DE202006015693U1

DE202006015693U1 - Holz-Beton-Verbundelement

Info

Publication number: DE202006015693U1
Application number: DE200620015693
Authority: DE
Original assignee: WEY MODULBAU AG
Current assignee: BLUMER-LEHMANN AG, CH
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2016-10-13
Also published as: CH698330B1

Abstract

Holz-Beton-Verbundelement (1), umfassend ein Plattenelement (2) aus Beton, insbesondere eine Betonschalplatte, und mindestens ein Trägerelement (3) aus Holz, insbesondere einen industriell gefertigten Brettschichtträger, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (2) und das Trägerelement (3) durch mindestens ein Anschlusselement miteinander verbunden sind, das in das Plattenelement (2) eingebettet ist und das in mindestens einer Vertiefung (9) des Trägerelements (3) mit einer Vergussmasse (11), insbesondere mit Beton, vergossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Holz-Beton-Verbundelement nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei der Konstruktion von Platten im Hochbau wird heute eine Vielzahl von Verbundkonstruktionen verwendet. Der Verbund besteht beispielsweise aus einzelnen Querschnitten des gleichen Baustoffs. Dieses Prinzip wird bei der Herstellung von Brettschichtholz verwendet, indem einzelne Holzquerschnitte miteinander verleimt werden, wodurch eine erhöhte Festigkeit erreicht wird. Bekannt ist ferner die Kombinierung unterschiedlicher Baustoffe, um die jeweiligen Vorteile der verschiedenen Stoffe zu vereinen. Beispielsweise sind Stahl-Beton-Verbundkonstruktionen im Bauwesen weit verbreitet. Ein weiteres bekanntes Verbundsystem stellen die Holz-Beton-Verbundkonstruktionen dar. Damit können die dominierenden Festigkeitseigenschaften der beiden Materialien, nämlich Druckfestigkeit des Betons und die Zugfestigkeit des Holzes, optimal genutzt werden. Solche Verbundsysteme werden bevorzugter Weise bei der Sanierung von Altbauten verwendet, wo bestehende Holzdecken mit einer Betonplatte verstärkt werden. Dazu wird die Betondecke mit Ortsbeton hergestellt, wozu in der Regel ein zusätzliches Lehrgerüst resp. Spriessungen notwendig sind, was weitere Arbeiten behindert und sich als grosser Nachteil erweist. Nachteilig wirken sich auch die grossen Mengen an Feuchtigkeit aus, welche durch die vor Ort erstellte Betonplatte in den Bau eingebracht werden.
CH 687 397 beschreibt eine Holz-Beton-Verbunddecke, bei welcher die Holzträger mit daran seitlich befestigten Metallplatten mit der Betonplatte verbunden werden. Die Tragfähigkeit solcher Verbundplatten ist begrenzt, weil die Metallplatten nur limitierte Schubkräfte zwischen der Betonplatte und dem Holzträger aufnehmen können.
In DE 200 11 987 U1 wird eine Holz-Beton Verbunddecke beschrieben, wobei Querkraftanker im Holzträger quer zu dessen Längsrichtung verlaufen. Als Querkraftanker dienen Flach-, Winkelprofile oder Rundstahldübel.
Das Patent DE 198 18 525 B4 zeigt ein Holz-Beton-Verbundelement. Das Holzbauteil besteht aus mehreren Verbundbrettern, welche zwischen Kanthölzern eingefügt sind und sich in das Betonbauteil erstrecken. Die Verbundbretter besitzen quer verlaufende Nuten, in denen als Querkraftanker wirkende Flachprofile verlaufen, welche vom Betonbauteil umfasst sind.
All diese Systeme weisen bestimmte Nachteile auf. Die Herstellung der Verbundplatten erfordert einen hohen Koordinationsaufwand, weil mindestens zwei Unternehmungen beteiligt sind, woraus ein wirtschaftlicher Nachteil resultiert. Auch die Herstellung selbst erweist sich als kompliziert und damit zeitaufwändig und verteuert dadurch den Bauprozess erheblich.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des bekannten zu vermeiden, insbesondere Mittel zur Verfügung zu stellen, um ein Verbundelement mit industriell hergestellten Einzelmodulen preiswert zu fertigen. Zudem soll die Herstellung eines solchen Verbundelements vereinfacht werden. Erfindungsgemäss werden diese Aufgaben mit einem Verbundelement gelöst, das die Merkmale im Anspruch 1 aufweist.
Gemäss Erfindung wird ein Verbundelement vorgeschlagen, welches ein Plattenelement, insbesondere eine Betonschalplatte bzw. Leichtbetonschalplatte, und mindestens ein Trägerelement, insbe sondere einen Holzträger, umfasst. Als besonders gut eignen sich als Trägerelemente Brettschichtträger, welche industriell gefertigt sein können. Diese so genannten Leimbinder sind aus dem Holzbau bekannt. Das Plattenelement und mindestens ein Trägerelement sind durch mindestens ein Anschlusselement miteinander verbunden. Das Anschusselement ist dabei einerseits in das Plattenelement eingebettet und ist andererseits in mindestens einer Vertiefung des Trägerelements mit einer Vergussmasse vergossen. Als Vergussmasse wird vorzugsweise Beton verwendet. Es sind aber auch beliebige andere Vergussmassen denkbar, welche geeignet sind, das Anschlusselement zu vergiessen. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass Vergussmasse und Plattenelement aus verschiedenen Materialien hergestellt werden können. Beispielsweise kann die Vergussmasse mit haftverbessernden Betonzuschlagsstoffen für eine möglichst gute Verbindung mit dem Trägerelement versehen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Vertiefung des Trägerelements eine Längsnut, in welcher eine oder mehrere Ausnehmungen, bei Holzträger so genannte Kerven, eingelassen sind. Diese sind quer zur Längsachse des Trägerelements angeordnet, so dass zwischen Trägerelement und Plattenelement eine Schubverbindung entsteht.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform ist das Plattenelement mit mindestens einem Zugelement, welches mit dem Trägerelement verbunden ist, vor dem Abheben vom Trägerelement gesichert. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine oder mehrere in der Vertiefung eingelassene und mit der Vergussmasse vergossene Schrauben. Die Zugelemente können an einem beliebigen Ort in der Vertiefung angebracht werden, bespielsweise in der Längsnut und/oder in deren Ausnehmungen bzw. Kerven. Die Zugelemente verhindern, dass sich das Plattenelement und das Trägerelement voneinander lösen können. Die Zugelemente können gleichzeitig als Querkraftanker dienen und Querkräfte vom Plattenelement ins Trägerelement ableiten.
Am Verbundelement können auf der gegenüberliegenden Seite des Plattenelements ein oder mehrere zusätzliche Deckelelemente, bevorzugterweise schubfest, angebracht werden. Das Deckelelement kann Dreischichtplatten, Täfer oder Gipsfaserplatten umfassen, selbstverständlich sind auch beliebige andere Verkleidungen denkbar. Vorzugsweise wird das erfindungsgemässe Verbundelement als Dachelement, beispielsweise als Unterdach, eingesetzt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass zwei benachbarte Trägerelemente mit einem Abstand zueinander am Plattenelement verbunden sind. Im dadurch entstandenen Zwischenraum ist dann eine Dämmschicht angebracht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn das Verbundelement als Aussenwand oder Dachelement eingesetzt wird. Denkbar ist auch, dass zusätzlich oder anstelle der Dämmschicht Installationen, beispielsweise Leitungen, in den Zwischenräumen platziert werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Anschlusselement einen Gitterträger und/oder Schubträger. In der Regel handelt es sich bei den Gitterträgern um einen aus Armierungseisen zusammengesetzten Feldträger, welcher aus Ober-, Untergurt und Querverbindungen, bevorzugt Diagonalen besteht. Die Gitter- und Schubträger haben den Vorteil, dass sie in standardisierten Grössen von ca. 70 mm bis 240 mm Höhe und einer konstanten Breite von ca. 70 mm kostengünstig industriell vorgefertigt werden können. Für eine rationelle Fertigung der Verbundelemente werden vorzugsweise konstant, beispielsweise ca. 70 mm breite Gitterträger verwendet. Sie können fest mit der Armierung der Platte verbunden sein. Die Verwendung von Gitterträgern resp. Schubträgern erweist sich als besonders vorteilhaft, da sie zusammen mit der Verbundmasse zusätzlich statische Funktionen übernehmen können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bilden zwei oder mehr Verbundelemente ein System, wobei die Verbundelemente mit einem oder mehreren Zugankern verbunden sind. Dadurch kann eine Scheibenwirkung des Systems erreicht werden, welche notwendig sein kann, um die räumliche Stabilisierung eines Bauwerks zu gewährleisten. Zur Erreichen der Scheibenwirkung eignen sich insbesondere Ringanker, welche aus der Betonvorfabrikation bekannt sind.
Die Erfindung umfasst zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements. Dazu werden zuerst ein Plattenelement mit mindestens einem über die Plattenebene herausragenden Anschlusselement und ein oder mehrere Trägerelemente mit mindestens einer Vertiefung bereitgestellt. Als Plattenelement eignet sich besonders gut eine so genannte Betonschalplatte und als Trägerelement wird bevorzugt ein Brettschichtträger verwendet, denkbar sind aber auch Massivholzbalken. Die Vertiefung im Trägerelement ist so ausgestaltet, dass sie mindestens einen Teil des Anschlusselements in sich aufnehmen kann. Anschliessend wird in diese Vertiefung eine aushärtende oder aushärtbare Vergussmasse eingebracht. Als Vergussmasse ist ein pumpbarer Verbundbeton denkbar, beispielsweise ein Beton C25/30 mit einem Grösstkorn von 8 mm. Es sind aber auch andere Vergussmassen wie z.B. auf Kunstharzbasis denkbar. Dann werden das Plattenelement und ein oder mehrere Trägerelemente so relativ zueinander in eine Halteposition gebracht, dass mindestens ein Teil des Anschusselements in die Vergussmasse eintauchen. Die Teile werden dann in ihrer Position gehalten, bis durch Abbinden oder Aushärten der Verbundmasse ei ne Verbindung zwischen Plattenelement und Trägerelement entstanden ist.
Ein zusätzlicher bevorzugter Verfahrensschritt besteht darin, dass vor dem Einbringen der Vergussmasse ein Zugelement am Trägerelement, so befestigt wird, dass das Zugelement in die Vergussmasse eingegossen wird. Als besonders geeignet erweist sich das Anbringen einer Verbundschraube in der Vertiefung. Dies hat den Vorteil, dass Schrauben Standardbauteile sind, welche leicht und günstig verfügbar sind und ohne Spezialwerkzeug montierbar sind. Zudem wird das Zugelement vom Träger und der Vergussmasse so vollständig umhüllt, was einen grösseren Brandwiderstand ergibt. Selbstverständlich sind als Zugelemente auch beliebige andere Bauteile verwendbar, welche auf Zug beanspruchbar sind.
Ein bevorzugter zusätzlicher Verfahrenschritt zur Herstellung eins Verbundelements besteht darin, dass ein oder mehrere Trägerelemente mit der Vertiefung nach oben auf einem Rütteltisch fixiert werden und das Plattenelement auf ein oder mehrere Trägerelemente gelegt wird, so dass die Anschlusselemente in die Verbundmasse einvibriert werden können. Der Vorteil liegt darin, dass die Verbundmasse homogen in der Vertiefung des Trägers verteilt wird und allfällige Lufteinschlüsse oder Kiesnester verhindert werden können. Daraus ergibt sich ein lückenloser Verguss der Anschlusselemente und der allfälligen Zugelemente, was insgesamt zu einem besseren Tragverhalten des Verbundelements führt.
Vorteilhafterweise werden das Plattenelement und das Trägerelemente zwangsüberhöht zusammengefügt. Dies hat den Vorteil, dass die Durchbiegung hervorgerufen insbesondere durch Dauerlasten (Eigengewicht) und Kriechverhalten, im Einbauzustand kompensiert werden kann, was die Gebrauchstauglichkeit des Verbundelements erhöht. In bevorzugter Weise erfolgt die Zwangsüberhöhung durch Einspannen der Elemente auf dem gewölbten Rütteltisch. Es sind aber auch andere aus der Bautechnik bekannte Verfahren denkbar wie beispielsweise die Vorspannung.
Um ein möglichst kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements zu erhalten, wird bevorzugt ein vollautomatisch vorgefertigtes Element als Plattenelement verwendet. Solche Platten, insbesondere Betonplatten, können ab CAD Plan vollautomatisch inklusive Bewehrung kosten- und zeitsparend hergestellt werden. Insbesondere sind Abmessungen von ca. 0.5 m bis 3 m Breite und bis ca. 15 m Länge und Plattendicken von ca. 4 cm bis 8 cm bevorzugt. Um solche dünnen Fertigteilplatten transportieren zu können, werden diese Platten mit Gitterträgern als biegesteife Bewehrung versehen. Der Teil der Gitterträger, welcher aus der Platte hervorsteht, wird dann in der Vertiefung der Trägerelemente mit einer Vergussmasse vergossen. So industriell vorgefertigte Platten weisen bevorzugt eine ebene und glatte Oberfläche auf, sind also streich und tapezierfähig.
Die erfindungsgemässen Verbundelemente können als Bausatz vorbereitet werden. Dieser enthält ein Plattenelement mit mindestens einem Anschlusselement, ein oder mehrere Trägerelemente, welche mit mindestens einer Vertiefung versehen oder versehbar sind, welche geeignet sind, mindestens einen Teil des Anschlusselements in sich aufzunehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden in Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivisch schematische Ansicht eines erfindungsgemässen Verbundelements,
2 eine schematische Ansicht zweier miteinander verbundenen Verbundelemente,
3 einen schematischen Querschnitt durch ein Verbundelement mit einem Trägerelement,
4 eine schematische Seitenansicht eins Verbundelements,
5 ein Detail eines schematischen Längsschnitts durch ein Trägerelement,
6a einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Wand- und Deckenkonstruktion mit einem Verbundelement,
6b einen schematischen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Wand- und Deckenkonstruktion mit einem Verbundelement, und
7 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zur Herstellung Erfindungsgemässen Verbundelements,
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verbundelements 1 mit einem Plattenelement 2 und einem Trägerelement 3 mit einer Vertiefung 9. Im vorderen Bereicht des Verbundelements 1 ist das Plattenelement 2 aus Beton, aufgeschnitten gezeichnet, damit die Netzarmierung 4 und die Gitterträger 5 sichtbar sind. Zwischen den Trägerelementen 3 sind Dämmstoffe 6 angebracht. Als Dämmstoff sind beliebige Isoliermaterialien denkbar wie z.B. die Steinwolle Dämmplatten der Firma Flumroc AG. Auf der Unterseite der Träger sind quer zu den Trägerelementen 3 Latten 7 angebracht, an welchen ein Deckelelement 8 befestigt ist.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verbundelement-System. Dazu sind zwei Verbundelemente 1 bzw. 1' mit je zwei Trägerelementen 3 bzw. 3' in einer Vorderansicht gezeigt. Links und rechts an den Ecken der Plattenelemente 2 bzw. 2' befinden sich Aussparungen 10 bzw. 10' für die Ringanker. Zwischen den Trägerelementen 3 bzw. 3' befinden sich Dämmstoffe 6. Auf der gegenüberliegenden Seite des Plattenelements 2 bzw. 2' sind an den Trägerelementen 3 bzw. 3' Latten 7 und daran ein Deckelelement 8 befestigt. Im vorliegenden Beispiel erstrecken sich die Latte 7 und das Deckelelement 8 über zwei Verbundelemente 1 und 1'. Es ist aber auch denkbar, dass sich die Deckelelemente 8 aus beliebig vielen Teilelementen zusammensetzen, welche an den Latten 7 oder auch direkt an den Trägerelementen festgemacht sind.
In 3 ist ein Querschnitt durch ein Verbundelement 1 gezeigt. Die Vergussmasse 11 liegt in der Vertiefung 10 des Trägerelements 3 und umschliesst den aus dem Plattenelement 2 ragenden Teil des Gitterträgers 5, welcher mit der Netzarmierung 4 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schraube 12 in der Vertiefung 9 in das Trägerelement 3 eingefügt, so dass ein Teil der Schraube 12 noch in die Vertiefung ragt. Die Vergussmasse 11 umschliesst dadurch auch den oberen Teil der Schraube 12 wodurch eine Verbindung zwischen Trägerelement 3 und Vergussmasse 11 entsteht. Anstelle der Schraube 12 kann beispielsweise auch ein Nagel oder andere auf Zug beanspruchbare Elemente verwendet werden. Im vorliegenden Beispiel umfasst das Verbundelement 1 nur ein Trägerelement 3. Bündig zur Unterkante des Trägerelements 3 ist auf dessen beiden Seiten der Dämmstoff 6 angebracht. Grundsätzlich kann der Dämmstoff an einem beliebigen Ort des Verbundelements 1 angebracht werden, in 6a beispielsweise ist der Dämmstoff direkt auf der Unterseite des Plattenelements 2 angebracht.
4 zeigt ein Verbundelement in einer Seitenansicht, wobei zum besseren Verständnis der Gitterträger 5 und die Schraube 12 ebenfalls dargestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Trägerelement 3 aus einem Brettschichtträger. Die Vertiefung 9 im Brettschichtträger umfasst eine Längsnut, welche sich in dieser Ausführungsform über die ganze Länge des Trägerelements 3 erstreckt, und Kerven 13. Die Schraube 12 ist in der Kerve in den Brettschichtträger eingeschraubt, es sind jedoch beliebige Orte in der Vertiefung denkbar.
In 5 ist ein Detail eines Längsschnitts durch den Brettschichtträger dargestellt mit einer Kerve 13 und darin eingelassen der Schraube 12. Der Schraubenkopf reicht hier bis über den Untergurt 14 des Gitterträgers 5. Es sind aber auch andere Positionen der Schraube 12 in der Vertiefung 9 denkbar. Die Randflächen 16 der Kerve 13 sind in vorteilhafter Weise gegen den Boden hin nach innen geneigt, beispielsweise 10° wie in der 5, damit eine optimale Druckverteilung erreicht werden kann. Zugleich darf die Fläche nicht zu fest geneigt werden, ansonsten die Gefahr besteht, dass das Plattenelement durch die Schubkräfte vom Trägerelement abgleitet.
Die 6a und 6b zeigen Anwendungsbeispiele für Verbundelemente in einem Dachgeschoss. Die Geschossdecken sind als Verbundelemente ausgebildet, wobei das Trägerelement seitlich in die Aussenwand eingespannt ist oder in der Aussenwand aufliegt (6b). D.h. Plattenelement und Trägerelement können je nach Verwendung unterschiedliche Längen aufweisen. Bei den Geschossdeckenelementen in den 6a und 6b ragen die Trägerelemente über das Plattenelement hinaus, sodass keine Wärmebrücke zwischen Wand und Plattenelement entsteht. In 6a liegt der Dämmstoff 6 direkt an der Unterseite des Plattenelements 2, in 6b liegt er bündig zur Unterkante des Trägerelements 3, so dass sich ein Hohlraum 17 wischen Dämmstoff 6 und Plattenelement 2 ergibt. Es ist aber auch denkbar, dass der Dämmstoff 6 den ganzen Hohlraum 17 ausfüllt. In 6a und 6b wird das erfindungsgemässe Verbundelement als Dachelement eingesetzt. In 6a wird die Dachlattung direkt auf das Plattenelement 2 montiert. In der Ausführung nach 6b liegt die Dachlattung auf dem Trägerelement 3 auf, d.h. das Plattenelement 2 hängt am Trägerelement nach unten.
7 zeigt schematisch das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Verbundelements auf. Die Verbundmasse 18 wird in die Vertiefung 9 der Trägerelemente 3 gebracht. Anschliessend wird das Plattenelement 2 so auf die Trägerelemente gelegt, dass die Gitterträger 5 in die Vergussmasse 11 eintauchen.

Claims

Holz-Beton-Verbundelement (1), umfassend ein Plattenelement (2) aus Beton, insbesondere eine Betonschalplatte, und mindestens ein Trägerelement (3) aus Holz, insbesondere einen industriell gefertigten Brettschichtträger, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (2) und das Trägerelement (3) durch mindestens ein Anschlusselement miteinander verbunden sind, das in das Plattenelement (2) eingebettet ist und das in mindestens einer Vertiefung (9) des Trägerelements (3) mit einer Vergussmasse (11), insbesondere mit Beton, vergossen ist.
Verbundelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung (9) des Trägerelements (3) aus einer Längsnut besteht, in welche mindestens eine Ausnehmung, insbesondere eine Kerve (13) , quer zur Längsachse des Trägerelements (3) eingelassen ist, um eine Schubverbindung zwischen Trägerelement (3) und Plattenelement (2) herzustellen.
Verbundelement (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (2) mit mindestens einem Zugelement, welches mit dem Trägerelement (3) verbunden ist, insbesondere eine oder mehrere in der Vertiefung (9) eingelassene und mit der Vergussmasse (11) vergossene Schrauben (12), vor dem Abheben vom Trägerelement (3) gesichert ist.
Verbundelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Trägerelemente (3) von einander beabstandet mit dem Plattenelement (2) verbunden sind und einen Zwischenraum bilden, in welchem eine Dämmschicht (6) angebracht ist.
Verbundelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement einen Gitterträger (5) und/oder Schubträger, insbesondere aus Armierungsstahl, umfasst.
System aus mindestens zwei Verbundelementen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundelemente (1) mit einem oder mehreren Zugankern, insbesondere Ringanker, zum Erreichen der Scheibenwirkung verbunden sind.