DE202008015611U1 - Hochleistungsverbundbalken - Google Patents

Abstract

Verbundträger auf der Basis von Holz in Form von Voll- oder Schichtleimholz, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundträger aus einem Balken (1), einer Schicht (2) aus einem Polymerbeton, die auf einer Oberseite des Balkens (1) aufgebracht und mit dem Balken (1) verbunden ist sowie mindestens einer, auf dessen, der Oberseite gegenüberliegenden, Unterseite, angeordneten CFK-Lamelle (3), die mit dieser verbunden ist, besteht.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Verbundträger, auf Basis von Holz, das als Vollmaterial oder Schichtleimholz vorliegt, der bewehrt ist.
• Zur Erhöhung oder zur Wiederherstellung der Tragfähigkeit von tragenden Bauteilen aus Holz, wie Deckenbalken, Sparren und Bindern ist es bekannt, diese mit anderen Werkstoffen zu kombinieren.
• Es werden Bewehrungen, unter anderem aus Stahl, Glasfaserstäben oder faserverstärkten Kunststoffen mit dem Bauteil aus Holz verbunden, indem diese auf- oder eingebracht werden.
• In der Druckschrift DE 20 2004 009 680 U1 wird erwähnt, dass für kritisch beanspruchte Bauteile, wie Decken, Träger oder Balken, Klebebewehrungen aus CFK (Kohlefaser) verstärkten Kunststoffen zum Einsatz kommen. Die an der Unterseite des Bauteils nachträglich aufgebrachte Bewehrung kann jedoch ausschließlich Zugkräfte aufnehmen. Nachteilig ist, dass die Druckspannung von dem kritisch beanspruchten Bauteil weiterhin selbst aufgenommen werden muss.
• Zur Erhöhung der Tragfähigkeit ist es auch bekannt, an der Oberseite eines Bauteils aus Holz eine Schicht aus einem Polymerbeton aufzubringen.
• Eine derartige Verbundkonstruktion mit Holzbauteilen und Reaktionsharzbeton beschreibt die Druckschrift DD 294 061 A5 . Ein stabartiges Holzbauteil weist im Druckbereich auf der Oberfläche eine aufgegossene und anbetonierte Schicht aus Reaktionsharzbeton auf.
• Die Tragfähigkeit des Holzbalkens wird erhöht, jedoch ausschließlich in der Weise, dass die Aufnahme von höheren Druckspannungen durch die Schicht aus Reaktionsharzbeton erfolgt. Hier besteht der Nachteil nach dem Stand der Technik darin, dass die Zugspannung weiterhin vom Holzbalken selbst aufgenommen wird.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin einen Verbundträger auf der Basis von Holz in Form von Vollholz oder Schichtleimholz zu entwickeln, der bei einer im Vergleich mit herkömmlichen Trägern bzw. Balken aus Holz oder Schichtleimholz gleichen Tragfähigkeit einen wesentlich geringeren Querschnitt sowie geringere Eigenmasse aufweist.
• Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Ein erfindungsgemäßer Verbundträger auf der Basis von Holz besteht im Wesentlichen aus einem Balken aus Vollholz oder Schichtleimholz, einer relativ dicken Schicht aus einem Polymerbeton, die auf die Oberseite des Balkens aufgebracht und mit dem Balken kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden ist sowie mindestens einer, auf dessen, der Oberseite gegenüberliegenden, Unterseite aufgeklebten, mit dieser kraft-, form- oder stoffschlüssig verbunden, relativ dünnen CFK (Kohlenstofffasern Verbundwerkstoff) – Lamelle. Als Oberseite im Sinne der Erfindung wird die druckbeanspruchte Seite und als Unterseite stets die zugbeanspruchte Seite des Verbundträgers unabhängig von der jeweiligen Einbaulage verstanden.
• Als Polymerbeton kommt vorzugsweise ein mit mineralischen Füllstoffen gefüllter Epoxidharz zum Einsatz.
• Im eingebauten Zustand nimmt die Schicht aus Polymerbeton die in dem Verbundträger wirkenden Druckspannungen auf.
• Die mindestens eine CFK-Lamelle nimmt hingegen die an der Unterseite des Verbundbalkens auftretenden Zugspannungen auf.
• In einer Ausführungsvariante ist die Schicht aus dem Polymerbeton in einem in Längsrichtung an der Oberseite des Holzbalkens eingebrachten Kanal, der seitlich vom Material des Holzbalkens begrenzt wird, angeordnet. Mindestens eine CFK-Lamelle ist in einer, von der Unterseite des Holzbalkens eingebrachten, Nut angeordnet.
• Alternativ können zur Aufnahme von am Verbundbalken auftretenden Zugkräften an beiden vertikalen Seiten des Holzbalkens, in der Nähe der Unterseite, jeweils eine CFK-Lamelle in einer Nut angeordnet sein.
• Die jeweiligen CFK-Lamellen sind über die Nuten durch Verkleben stoffschlüssig sowie gegebenenfalls auch kraft- oder formschlüssig mit dem Holzbalken verbunden. Der Verbundbalken ist sowohl als Bauteil vorproduzierbar als auch in bestehenden Bauwerken, im eingebauten Zustand nachträglich herstellbar.
• In Bauwerken eingebaute Holzbalken, die beispielsweise auf Grund zu geringer Belastbarkeit oder Alterung durchgebogen und zu sanieren sind, weisen auf der Oberseite eine derart aufgebrachte Polymerbetonschicht auf, die Durchbiegungen ausgleicht so dass der Balken eine ebene waagerechte Oberfläche für einen Fußbodenaufbau aufweist, wobei auf der Unterseite mindestens eine CFK-Lamelle aufgeklebt oder in einer Nut an geordnet ist oder zwei CFK-Lamellen jeweils in einer seitlichen Nut angeordnet sind.
• Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise Geschossdecken in Altbauten oder historischen Gebäuden sanieren.
• Die Tragfähigkeit von Holzbalken wird auf diese Weise gesichert oder wieder hergestellt.
• Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Querschnitt des Verbundträgers mit der Kombination von Mitteln zur Aufnahme von Druckspannungen und solcher zur Aufnahme von Zugspannungen für gleiche Lasten wesentlich geringer ausgebildet werden kann als der für einen Träger aus Vollholz oder auch aus Schichtholz, bei welchem nur entweder Polymerbeton auf der Oberseite des Trägers oder nur auf die Unterseite geklebte Bewehrungen vorliegen.
• Die Eigenmasse des Verbundträgers ist demzufolge auch geringer gegenüber denen bisher bekannter Ausführungen, wodurch die Statik eines Bauwerks positiv beeinflusst wird.
• Die den Verbundträger aufnehmenden und tragenden Bauwerksteile können dementsprechend kompakter ausgeführt bzw. der Verbundträger kann in nicht höher tragfähigen Bauwerksteilen zur Verbesserung der Statik eines Bauwerks eingesetzt werden.
• Der Holzbalken des Verbundbalkens dient, bei entsprechender Auslegung, neben der Übertragung von Kräften von der Oberseite zur Unterseite desselben, nahezu nur noch als Abstandshalter zwischen der Schicht aus Polymerbeton zur Aufnahme von Druckkräften sowie der CFK-Lamelle zur Aufnahme der Zugkräfte.
• In weiteren Ausführungsvarianten kann der Verbundbalken als T-Träger oder Doppel-T-Träger ausgebildet sein.
• Bei einem T-Träger ist die Polymerbetonschicht auf der Oberseite einer Trägerschicht aus Holz aufgebracht und an der Unterseite eines mit der Trägerschicht verbundenen vertikalen Stegs aus Holz, oder an beiden Seiten, eine bzw. zwei CFK-Lamellen angeordnet.
• In der Ausführung als Doppel-T-Träger ist mindestens eine CFK-Lamelle mit einem unteren Quersteg verbunden.
• Die Trägerschicht des T- oder Doppel-T-Trägers kann zur Aufnahme der Polymerbetonschicht U-förmig ausgebildet sein.
• Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
• 1 als Querschnitt eines Verbundbalkens mit Polymerbetonschicht und CFK-Lamelle,
• 2 als Querschnitt eines Verbundbalkens mit Polymerbetonschicht und CFK-Lamelle,
• 3 als Querschnitt eines Verbundbalkens mit Polymerbetonschicht und seitlich angeordneten CFK-Lamellen,
• 4 als Ausriss des Querschnitt eines Verbundbalkens mit Polymerbetonschicht in einem Kanal,
• 5 als Querschnitt eines Verbundbalkens in Form eines T-Trägers mit Polymerbetonschicht und seitlich angeordneten CFK-Lamellen und
• 6 als Querschnitt eines Verbundbalkens in Form eines Doppel-T-Trägers mit Polymerbetonschicht und CFK-Lamelle
  näher erläuter.
• Nach 1 besteht ein Verbundträger aus einem Balken 1 aus Voll- oder Schichtleimholz, einer Schicht 2 aus einem Polymerbeton, die auf einer Oberseite des Balkens 1 aufgebracht und mit dem Balken 1 stoffschlüssig verbunden ist, sowie einer, auf dessen, der Oberseite gegenüberliegenden, Unterseite in bekannter Weise aufgeklebten, mit dieser stoffschlüssig verbunden, CFK-Lamelle 3.
• Die CFK-Lamelle 3 ist nach 2 von einer an der Unterseite des Balkens 1 angeordneten vertikalen Nut 4 aufgenommen und über diese durch übliches Verkleben stoffschlüssig sowie über die Klemmwirkung der Nut 4 zusätzlich auch kraftschlüssig mit dem Balken 1 verbunden.
• 3 zeigt einen Verbundbalken, der an beiden vertikalen Seiten des Balkens 1, in der Nähe von dessen Unterseite, jeweils eine CFK-Lamelle 3 aufweist, die von jeweils einer horizontalen Nut 5 aufgenommen und über diese durch übliches Verkleben mit dem Balken 1 verbunden sind.
• Eine Ausführungsvariante, bei der die Schicht 2 aus dem Polymerbeton in einem, in Längsrichtung an der Oberseite des Balkens 1 eingebrachten, Kanal 6, der zumindest seitlich vom Material des Balkens 1 begrenzt wird, angeordnet ist, wird in 4 dargestellt.
• 5 zeigt einen T-Träger mit der Schicht 2 aus Polymerbeton, die auf der Oberseite einer Trägerschicht 7 aus Holz aufgebracht ist. Mit der Trägerschicht 7 ist ein vertikaler Steg 8 aus Holz verbunden, der an beiden Seiten eine mit dem Steg 8 verbundene CFK-Lamelle 3 aufweist.
• Ein Doppel-T-Träger ist in 6 dargestellt, bei dem die Schicht 2 aus Polymerbeton im Kanal 6 der Trägerschicht 7 angeordnet ist. Die Trägerschicht 7 ist über den Steg 8 mit einem Quersteg 9 verbunden. Die CFK-Lamelle 3 ist günstigerweise von einer flachen Ausfräsung 10 aufgenommen und über diese mit dem Quersteg kraft- und formschlüssig verbunden.
• Bei den in 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen treten die Trägerschicht 7 und der Steg 8 bzw. die Trägerschicht 7, der Steg 8 und der Quersteg 9 an die Stelle des Balkens 1.
• Die Eigenmasse des Verbundbalkens wird auf diese Weise minimiert.

1

Balken

2

Schicht

3

CFK-Lamelle

4

vertikale Nut

5

horizontale Nut

6

Kanal

7

Trägerschicht

8

Steg

9

Quersteg

10

Ausfräsung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 202004009680 U1 [0004]
• - DD 294061 A5 [0006]

Claims (8)

1. Verbundträger auf der Basis von Holz in Form von Voll- oder Schichtleimholz, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundträger aus einem Balken (1), einer Schicht (2) aus einem Polymerbeton, die auf einer Oberseite des Balkens (1) aufgebracht und mit dem Balken (1) verbunden ist sowie mindestens einer, auf dessen, der Oberseite gegenüberliegenden, Unterseite, angeordneten CFK-Lamelle (3), die mit dieser verbunden ist, besteht.
2. Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) aus Polymerbeton in einem, in Längsrichtung an der Oberseite des Balkens (1) eingebrachten, Kanal 6, der zumindest seitlich vom Material des Balkens (1) begrenzt wird, angeordnet ist.
3. Verbundträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (2) aus Polymerbeton auf der Oberseite eines durchgebogenen Balkens (1) derart aufgebracht ist, dass Durchbiegungen ausgeglichen sind und eine waagerechte ebene Oberfläche des Balkens (1) vorliegt.
4. Verbundträger nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die CFK-Lamelle (3) von einer an der Unterseite des Balkens (1) angeordneten vertikalen Nut (4) aufgenommen und über diese mit dem Balken (1) verbunden ist.
5. Verbundträger nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden vertikalen Seiten des Balkens (1), in der Nähe dessen Unterseite, jeweils eine CFK-Lamelle (3) angeordnet ist, die von jeweils einer horizontalen Nut (5) aufgenommen und über diese kraft- und formschlüssig mit dem Balken (1) verbunden ist.
6. Verbundträger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundträger als ein T-Träger ausgebildet ist, wobei eine Trägerschicht (7) und ein vertikaler Steg (8) an die Stelle des Balkens (1) treten und wobei die Schicht (2) aus Polymerbeton auf der Oberseite der Trägerschicht (7) aufgebracht und an der Unterseite des mit der Trägerschicht (7) verbundenen vertikalen Stegs (8) eine, oder an beiden Seiten jeweils eine CFK-Lamelle (3) angeordnet ist.
7. Verbundträger nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundträger als ein Doppel-T-Träger ausgeführt ist, wobei die Trägerschicht (7), der Steg (8) und ein unterer Quersteg (9) an die Stelle des Balkens (1) treten und mindestens eine CFK-Lamelle (3) mit dem unteren Quersteg (9) verbunden ist.
8. Verbundträger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (7) des T- oder Doppel-T-Trägers zur Aufnahme der Schicht (2) aus Polymerbeton U-förmig ausgebildet ist.