DE202015001208U1 - Balkenförmiges Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion - Google Patents

Abstract

Balkenförmiges Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion zur Dämpfung von explosionsbedingten Stoßwellen und/oder Druckeinwirkungen oder von Schwingungen, bestehend aus einer Mehrkomponentenstruktur mit einem Trägerbauteilkern aus Beton, Stahlbeton und/oder einem Verbundmaterial, einer den Bauteilkern umgebenden Materialschicht aus einer hybriden stofflichen Zusammensetzung mit den Grundkomponenten ca. 35 bis 40% Faserreste, Faserschnitzel und/oder Körnerreste und/oder strohartige Rückstände aus Maiskolben ohne Körner, ca. 18 bis 24% eine Kalkspalt, Gips, Quarz und/oder Materialien enthaltende feingemahlene Mineralstoff-Mischung und ca. 38 bis 43% Kunststoffharz, wie Epoxidharz, Acrylharz und/oder Polyurethanharz, und einer diese Materialschicht wiederum umgebenden harten Außenschale in Form einer Stahlummantelung oder einem Tragelement (1) aus Beton oder Mauerwerk, das einen verschließbaren zylindrischen oder prismatische Hohlraum (2) mit einem darin angeordneten austauschbaren Stab kleinerer Querschnittsfläche aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff aufweist, wobei das verbleibende Volumen des Hohlraums (2) mit einem austauschbaren Stoff (3; 4; 5) aus einer Flüssigkeit mit kinematischer Viskosität, einem granularen Material, wie Sand, Kies, Stahlkugeln, Kugeln aus Kunststoffen, Kugeln aus Aluminium oder metallische Kugeln mit Kunststoffüberzug, einem Gas oder Gemischen der vorgenannten Stoffe verfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (1) aus einem metallischen Werkstoff besteht und einen durch Stirnplatten (6) geschlossenen Hohlraum (2) hat, der bis zu 80 Prozent mit einer festen Schicht (3) aus Mineralguss und an den Enden direkt angrenzend mit je einer losen Schicht (4; 5) eines Granulats der Partikelgröße von bis zu 8 mm aus Gummi und/oder Weichplaste verfüllt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein balkenförmiges Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion zur Dämpfung von explosionsbedingten Stoßwellen und/oder Druckeinwirkungen oder von durch dynamische Einwirkungen angeregte Schwingungen, die durch starke und/oder lang anhaltende Erschütterungen entstehen. Bekannt ist durch DE 10 2008 020 944 A1 ein Trägerbauteil für eine Stütz- und Gebäudekonstruktion mit einem Trägerbauteilkern, das explosionsbedingte Stoß- und/oder Druckeinwirkungen kompensieren soll. Das Trägerbauteil ist gekennzeichnet durch einen streben-, stützen- oder wandartigen Trägerbauteilkern aus Beton, Stahlbeton und/oder einem Verbundmaterial, eine den Bauteilkern teilweise umgebenden, bereits bekannten Materialschicht aus einem Hybridwerkstoff, bestehend aus den Grundkomponenten a) ca. 35 bis 40% Faserreste, Faserschnitzel und/oder Körnerreste und/oder strohartige Rückstände aus Maiskolben ohne Körner, b) ca. 18 bis 24% eine Kalkspalt, Gips, Quarz und/oder Materialien enthaltende feingemahlene Mineralstoff-Mischung und c) ca. 38 bis 43% Kunststoffharz, wie Epoxidharz, Acrylharz und/oder Polyurethanharz sowie einer die aus dem Hybridwerkstoff bestehende Materialschicht mit zäher Konsistenz umgebenden harten Außenschale aus einem Hartmetall, vorzugsweise Stahl. Kennzeichnend ist ebenfalls, dass der Trägerbauteilkern, die Hybridwerkstoff-Materialschicht und die Außenschale durch Haftvermittler eine Haftschlussverbindung bilden können. Zur Bildung dieser Haftschlussverbindung sind zunächst die Oberfläche des Trägerbauteilkerns und die Innenoberfläche der Außenschale mit einem Haftvermittler zu versehen. Dann wird der Trägerbauteilkern in die als Form ausgelegte Außenschale positioniert eingelegt und mit dem Hybridwerkstoff als Vergussmasse vergossen. Nach dem Aushärten des Hybridwerkstoffs sind der Trägerbauteilkern, die Hybridwerkstoffschicht und die Außenschale miteinander verbunden. Die so sandwichartig zusammengefügte Mehrkomponentenstruktur soll bei einer Explosionsbelastung ein verbessertes Widerstandsverhalten aufweisen. Auf die harte Außenschale auftreffende explosionsbedingte Stoßwellen und die damit verbundenen Druckwirkungen werden so zunächst flächig verteilt und dann von der Hybridwerkstoff-Materialschicht über einen großen flächigen Bereich im Wege der Kompaktierung absorbiert, wodurch der Bauteilkern nicht beschädigt werden soll und damit die Festigkeit des Trägerbauteils erhalten bleibt. Der wesentliche Nachteil des in DE 10 2008 020 944 A1 dargestellten Trägerbauteils besteht im hohen Herstellungsaufwand zur Kompensation explosionsbedingter Stoß- und/oder Druckwellen bei Gewährleistung der Bauteilfestigkeit. Ein annähernd analoges Tragelement für ein Hochhaus, ein Schornstein, ein Turm oder eine Brücke ist weiterhin in AT 508 047 A1 dargestellt. Dieses Tragelement besteht aus Beton oder Mauerwerk, weist im Wesentlichen einen verschließbaren zylindrischen oder prismatischen Hohlraum mit einem darin angeordneten austauschbaren Stab kleinerer Querschnittsfläche aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff auf, wobei das verbleibende Volumen des Hohlraums mit einem austauschbaren Stoff verfüllt ist. Der Stoff kann aus einer viskosen Flüssigkeit, wie Wasser oder Hydrauliköl oder Silikonöle, einem granularen Material, wie Sand, Kies, Stahlkugeln, Kugeln aus Kunststoffen, Kugeln aus Aluminium oder metallische Kugeln mit Kunststoffüberzug, einem Gas oder Gemischen der vorgenannten Stoffe bestehen. Der Stab ist entlang seiner Längserstreckung relativ gegenüber dem Tragelement verschiebbar, wenn das Tragelement verformt wird, wobei der Stab an nur einer Stelle in Bezug auf das Tragelement unverschiebbar fixiert und so ausgebildet ist, dass er beim Auftreten von Relativschiebungen zum Tragelement Energie dissipiert. Diese Relativverschiebungen sind gleich Null an der Stelle, wo der Stab in Bezug auf das Tragelement fixiert ist. Mit zunehmenden Abstand von dieser Fixierstelle werden die Relativverschiebungen zwischen Stab und Tragelement größer. Bei dynamischen Einwirkungen auf die Tragkonstruktion werden Schwingungen angeregt, wodurch an jeder Stelle des Stabes zyklische Relativverschiebungen zwischen Stab und Trägerelement auftreten. Zwischen Staboberfläche und Tragelement können so Verbundspannungen, beispielsweise durch Reibung oder durch den im Hohlraum befindlichen Stoff, übertragen werden. Das zyklische Durchlaufen von Verbundspannungs-Relativverschiebungs-Beziehungen bietet die Möglichkeit entlang des Stabes Energie zu dissipieren. Zur Förderung der Dissipation wird die Reibung zwischen Stab und Hohlrauminnenfläche dadurch erhöht, in dem an der Oberfläche des Stabes und/oder der Innenfläche des Hohlraums eine Rippung, ein Gewinde, eine Profilierung, Wülste oder Einzüge angeordnet sind oder an der Oberfläche des Stabes streifenförmige, prismatische oder zyklische Elemente befestigt sind. Nachteilig ist, dass diese Tragkonstruktion mit dem Tragelement ebenfalls einen hohen Herstellungsaufwand erfordert und kompliziert aufgebaut ist. Das Problem der Erfindung besteht deshalb darin, ein balkenförmiges Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion zur Dämpfung von explosionsbedingten Stoßwellen und/oder Druckeinwirkungen oder von Schwingungen, die durch starke und/oder lang anhaltende Erschütterungen entstehen, vorzuschlagen, das mit einem geringeren Aufwand in einer Mehrkomponentenstruktur einfach herstellbar ist, explosionsbedingte Stoß- und/oder Druckwellen oder Schwingungen dämpft und die erforderliche Bauteilfestigkeit garantiert. Die Lösung des Problems besteht in einem Trägerbauteil mit den kennzeichnenden Merkmalen der Schutzansprüche. Die Vorteile des Trägerbauteils bestehen darin, dass die feste Schicht des Mineralgusses eine Art Standardfüllung darstellt, die schnell herzustellen ist und in gebrauchsfertigen Abfüllungen mit den konkreten Mischungsverhältnissen handelsüblich verfügbar ist. In Verbindung mit den losen Granulatschichten werden so Stoß- und/oder Druckwellen oder Schwingungen wirkungsvoll gedämpft und nicht weitergeleitet. Dieses Trägerbauteil ist vorzugsweise für Gebäudekonstruktionen von bis zu zweigeschossigen Wohn- und Sozialgebäuden einsetzbar.
• Die Erfindung soll an einem Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion eines erdgeschossigen Sozialgebäudes näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung ist ein Teil eines Trägerbauteils im Schnitt dargestellt. Sie zeigt, dass ein Tragelement 1 aus Stahl einen durch metallische Stirnplatten 6 geschlossenen Hohlraum 2 aufweist. Der Hohlraum 2 ist zu 70 Prozent mit einer festen Schicht 3 aus einem Mineralguss, der aus einem Gemisch von 90,9 Gew.-% Mineralguss und 9,1 Gew.-% Epoxidharz besteht, und an den Enden direkt angrenzend mit je einer losen Schicht 4; 5 zu 15 Prozent eines Granulats der Partikelgröße von 4 mm aus Gummi verfüllt. Als Granulat ist auch Weichplaste einsetzbar. Die feste Schicht 3 ist ein nach einer Sieblinie bestimmter Mineralguss, bestehend aus einer Körnung und einer Quarzsand-Zusammensetzung von 0,1 mm = 15 Gew.-%, 0,2 mm = 13 Gew.-%, 0,8 = 10 Gew.-%, 2,5 = 22 Gew.-%, 4,0 = 20 Gew.-% und 7,0 = 20 Gew.-%. Dieser Mineralguss hat eine sehr gute Anbindung an das Tragelement aus Stahl, wodurch die Installation von Armierungen entfallen kann. Die erforderliche Knickfestigkeit des Tragelements 1 ist gewährleistet. Mineralguss stellt somit eine geeignete Füllungskomponente für Stahlhohlprofile dar. Die losen Schichten 4, 5 sichern eine bessere Energiedissipation des Trägerbauteils. Zur Herstellung des balkenförmigen Trägerbauteils wird das Tragelement 1 aus Stahl in den vorgegebenen Abmessungen als Schweißkonstruktion gefertigt und senkrecht stabil aufgestellt. Ein die lose Schicht 5 verkörpernder Holzkern wird bodenseitig in den Hohlraum 2 des Tragelements 1 eingelegt. Jetzt werden 70 Prozent des verbleibenden Hohlraums 2 mit dem gebrauchsfertigen Mineralguss zur Bildung einer festen Schicht 3 vergossen. Nach dem Aushärten des Mineralgusses wird der restliche Hohlraum für die lose Schicht 4 mit Gummigranulat verfüllt und das obere Ende des Tragelements 1 mit einer Stirnplatte 6 verschlossen. Danach wird das Tragelement 1 gedreht, der Holzkern entnommen, der Hohlraum für die lose Schicht 5 ebenso mit Gummigranulat gefüllt und das Ende mit einer Stirnplatte 6 verschlossen. Das so hergestellte Trägerbauteil ist für die Gebäudekonstruktion verwendbar.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102008020944 A1 [0001]
• AT 508047 A1 [0001]

Claims (3)

1. Balkenförmiges Trägerbauteil für eine Gebäudekonstruktion zur Dämpfung von explosionsbedingten Stoßwellen und/oder Druckeinwirkungen oder von Schwingungen, bestehend aus einer Mehrkomponentenstruktur mit einem Trägerbauteilkern aus Beton, Stahlbeton und/oder einem Verbundmaterial, einer den Bauteilkern umgebenden Materialschicht aus einer hybriden stofflichen Zusammensetzung mit den Grundkomponenten ca. 35 bis 40% Faserreste, Faserschnitzel und/oder Körnerreste und/oder strohartige Rückstände aus Maiskolben ohne Körner, ca. 18 bis 24% eine Kalkspalt, Gips, Quarz und/oder Materialien enthaltende feingemahlene Mineralstoff-Mischung und ca. 38 bis 43% Kunststoffharz, wie Epoxidharz, Acrylharz und/oder Polyurethanharz, und einer diese Materialschicht wiederum umgebenden harten Außenschale in Form einer Stahlummantelung oder einem Tragelement (1) aus Beton oder Mauerwerk, das einen verschließbaren zylindrischen oder prismatische Hohlraum (2) mit einem darin angeordneten austauschbaren Stab kleinerer Querschnittsfläche aus einem metallischen Werkstoff oder einem Faserverbundwerkstoff aufweist, wobei das verbleibende Volumen des Hohlraums (2) mit einem austauschbaren Stoff (3; 4; 5) aus einer Flüssigkeit mit kinematischer Viskosität, einem granularen Material, wie Sand, Kies, Stahlkugeln, Kugeln aus Kunststoffen, Kugeln aus Aluminium oder metallische Kugeln mit Kunststoffüberzug, einem Gas oder Gemischen der vorgenannten Stoffe verfüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragelement (1) aus einem metallischen Werkstoff besteht und einen durch Stirnplatten (6) geschlossenen Hohlraum (2) hat, der bis zu 80 Prozent mit einer festen Schicht (3) aus Mineralguss und an den Enden direkt angrenzend mit je einer losen Schicht (4; 5) eines Granulats der Partikelgröße von bis zu 8 mm aus Gummi und/oder Weichplaste verfüllt ist.
2. Balkenförmiges Trägerbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feste Schicht (3) ein Gemisch aus 90,9 Gew.-% Mineralguss und 9,1 Gew.-% Epoxidharz ist.
3. Balkenförmiges Trägerbauteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralguss ein nach einer Sieblinie bestimmter Mineralguss, bestehend aus einer Körnung und einer Quarzsand-Zusammensetzung von 0,01 bis 0,1 mm = 15 Gew.-% 0,1 bis 0,3 mm = 13 Gew.-% 0,71 bis 1,85 mm = 10 Gew.-% 2,0 bis 3,15 mm = 22 Gew.-% 3,0 bis 5,6 mm = 20 Gew.-% und 5,6 bis 8 mm = 20 Gew.-% ist.

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