DE202021002943U1

DE202021002943U1 - Erfinderische Leichtbaudeckenplatten mit großer Spannweite, gefertigt aus kreuzverleimten Ultra-Hochleistungsbeton-Sandwichelementen mit einem Wabenkern

Info

Publication number: DE202021002943U1
Application number: DE202021002943.5U
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Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2031-09-15

Abstract

Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Lagen von Sandwichleichtbauteilen mit einem Wabenkern, gefertigt aus UHPC als Trägermaterial, durch Kreuzverleimen zu einer großflächigen Deckenplatte verbunden werden.

Description

Stand der Technik sind Deckenplatten bestehend aus vorgefertigten Stahlbetonelementplatten mit und ohne Ortbetonergänzung, mit geringer Spanweite und Tragfähigkeit und hohem Eigengewicht.
Elementplatten ohne Ortbetonergänzung (Vollplatten) werden zurzeit bei der Großtafel - und Schottbauweise verwendet.
Bei vorgespannten Elementdecken erfolgt die Vorspannung werkseitig. Vorgespannte Elementplatten mit Ortbetonergänzung werden üblicherweise bei Stützweiten von 8 m und mehr, eingesetzt.
Zurzeit sind Elementdecken bis zu einer Höhe von 28cm zugelassen was eine Spannweite von nicht mehr als 10 m ermöglicht. Die Elementdeckenbereiche werden nach dem Verlegen mit Ortbeton vergossen. Durch die örtlich auflegende Bewehrung werden die Elemente kraftschlüssig verbunden.
TT-Platten können höhere Verkehrslasten von 25kN/m² aufnehmen. Mit Vorspannung werden bei Bauhöhen von 95cm, Stützweiten von maximal 20 m erreicht.
Spannbeton-Fertigdecken oder Hohlkammer-Fertigdecken, auch Spannbeton-Hohldecken, ist eine Deckenkonstruktion, die aus individuell vorgefertigten Spannbeton-Formteilen besteht. Die einzelnen Elemente werden auf der Baustelle zu vollständigen Decken zusammengefügt. (Vollmontagebauweise) Die Breite wird zwischen 1,10 und 2,4 m eingestellt, wobei 1,2 m als Standard gilt. Mit 32 cm hohen Deckenelementen können Spannweiten von maximal 13 Metern erreicht werden.
Die Dichte von Stahlbeton ist ca. 2.500kg je m³. Eine Stahlbetondecke für eine Spanweite von 4.5 m (Wohnbau) benötigt eine Stärke von 13cm und wiegt ca. 320kg/m² und bei einer maximalen Spanweite von 20 m ca. 2.400kg/m² was eine hohe Eigenlast darstellt und entsprechende aufwendige Stützenkonstruktion benötigt.
Die technische Aufgabe besteht somit darin, vorgefertigte Deckenplatten mit geringem Eigengewicht, großen Spannweiten und hohen Verkehrslasten, industriell zu fertigen.
Die erfinderischen Sandwichelemente zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Steifheit, Tragfähigkeit, geringes Eigengewicht und durch einem struktiven Wabenkern erreichte richtungsunabhängige Schubfestigkeit aus. Diese wird dadurch erreicht, dass die Wabenkonstruktion und die Deckschichten untrennbar miteinander verbunden sind ( und ).
Bei den erfinderischen Sandwichelementen werden die Zwischenräume der aus UHPC bestehenden Waben mit geschäumten Werkstoffen ausgefüllt ( und ).
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil ist das geringe Eigengewicht. Ein Sandwichdeckenelement mit einer Stärke von 20cm hat ein Eigengewicht von ca. 60kg/m² und eignet sich für Spannweiten von bis zu 10 Meter. Eine Decke aus Stahlbeton für diese Spannweite benötigt eine Stärke von 25cm mit einem Eigengewicht von 625kg/m2. Dies ist ein 10-fach höherer Materialverbrauch als das beschriebene Sandwichelement. Im Zeitalter der Ressourcenknappheit ist die Reduzierung des Materialverbrauches ein wesentlicher Vorteil und Verbesserung.
Das geringe Eigengewicht der Sandwichelemente erlaubt eine leichtere Stützkonstruktion ermöglicht größere Spannweiten.
Als Sandwichkonstruktion bezeichnet man im Allgemeinen ein Gebilde aus mehreren miteinander verbundenen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften. Ebene plattenförmige Sandwichkonstruktionen bestehen üblicherweise aus drei Schichten mit zwei außenliegenden Deckschichten und einem dazwischenliegenden Kern bzw. Mittellage. Ziel dieser Konstruktion ist es, unter Einsparung von Material und Gewicht eine verbesserte Tragfähigkeit gegenüber den Ausgangsmaterialien zu erzielen. Sowohl die Deckschicht als auch die Kernschicht müssen herbei verschiedenen Kräfte und Beanspruchungen aufnehmen. Der Kern hat die Hauptaufgabe, die beiden Deckschichten auf Abstand zu halten und dabei entsprechende Kräfte aufzunehmen. Ferner hat der Kern die Aufgabe, eine Schubübertragung zwischen den Deckschichten gegen Beulen und Knittern zu stabilisieren.
Wabenkonstruktionen basieren auf dem Prinzip der Scheibentragwirkung. Die Kräfte können im Kern durch die aufrechtstehenden Scheiben (sechs Scheiben bilden eine Wabe) nahezu ideal abgetragen werden. Wabenkonstruktionen zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Druckfestigkeit auf, wodurch sie sich gegenüber anderen Leichtbaukonstruktionen durchsetzen konnten ( und ).
Das Keuzverleimen von Holzbrettern wurde vor einigen Jahren auf der TU Graz entwickelt und wurde als Brettsperrholz im deutschen Sprachraum und international als CLT (Cross Laminated Timber) bekannt. Die Abkürzung CLT wird üblicherweise auch im deutschen Sprachraum verwendet. Durch das Kreuzverleimen werden große, statisch sehr stabile und tragfähige Scheiben geformt. Mit CLT wurde es möglich aus Massivholz große Hallen und Mehrgeschossbauten zu errichten.
Der vorliegende Schutzanspruch verwendet die technischen Vorteile von CLT und wendet sie bei dem Bau von leichten, sehr steifen, sehr tragfähigen Deckenplatten mit großer Spannweite an ( ).
Werden bei der herkömmlichen Fertigung von CLT Decken Holzbretter verwendet, um sehr stabile Scheiben zu bilden, beruht der vorliegende Schutzanspruch auf das Austauschen von Brettern mit UHPC Sandwich-Leichtbauelementen. Sandwichelemente werden z.B. in zwei Größen, von z.B. a) 6 m x 2 m und z.B. b) 12 m x 3 m auf der Baustelle in drei oder mehr Lagen durch versetztes Verlegen und Verkleben zu großflächigen, sehr steifen, sehr leichten und tragfähigen Deckenplatten geformt. ( und ).
Ultra-Hochleistungsbeton, kurz UHPC genannt, zeichnet sich durch hohe Druck- und Zugfestigkeit aus und erreicht mit Stahl vergleichbare Werte. UHPC wird sehr dünnflüssig verarbeitet und ermöglicht die Bildung von sehr dünnen Sandwichdecken und Wabenkerne.
Bevorzugt, aber nicht ausschließlich, wird eine Pfosten-Balkenkonstruktion als Stütze benutzt. Bevorzugt, aber nicht ausschließlich, werden die Pfosten durch eine Steck- und Schraubtechnik mit den Balken, welche bevorzugt, aber nicht ausschließlich aus UHPC geformt sind, zu bevorzugt, aber nicht ausschließlich TT Trägern geformt, welche die erste Lage der Sandwichelemente aufnimmt.
Auf diese erste Lage von Sandwichelementen wird die zweite Lage im rechten Winkel, also kreuzweise aufgelegt und verklebt. Die dritte Lage von Sandwichelementen wird wieder in der Richtung der ersten Lage verlegt. Die folgende Lage wird wie die zweite Lage verlegt usw. ( ).
Mindestens drei Lagen von Sandwichelementen werden benötigt um eine leichte, sehr steife, sehr tragfähige Deckenplatte mit großer Spannweite zu konstruieren.
Bevorzugt, aber nicht ausschließlich wird dem UHPC TiO₂ beigemischt. Dadurch wird der UHPC schmutzabweisend. Die Umweltverschmutzung wird bei Regen abgewaschen. Ein weißer UHPC bleibt immer weiß.
Durch die Steckverbindung und Verschraubung der standardisierten und genormten Bauteile wird bei einem Rückbau die Pfosten-Balkenkonstruktion zerlegt und kann als Bauteil unverändert in einem Neubau, bei dem die Planung auf die gleichen Normen basiert, wiederverwendet werden.
Die Pfosten werden bevorzugt, aber nicht ausschließlich aus UHPC geformt und sind bevorzugt, aber nicht ausschließlich innen hohl, um die Ver- und Entsorgung der zweiten und folgenden Nutzungsebenen aufzunehmen.
Sandwichelemente, geformt aus UHPC mit einem Wabenkern, zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus. So hat z.B. eine oben beschriebene, mit fünf Sandwichelementen geformte Deckenplatte von einer Spannweite von mehr als 20 m, und einer Stärke von insgesamt 50cm, ein Gewicht von ca. 250kg /m².
Vergleichsweise hat eine konventionelle Stahlbetondecke mit gleicher Spannweite mindestens eine Stärke von 80cm und ein Eigengewicht von mindestens 2.000kg/m².
Daraus ist offenbar ersichtlich, dass der wesentlich höhere Materialaufwand einen negativen Einfluss auf Kosten und Materialverbrauch hat.
Diese Konstruktion ermöglicht durch geringes Eigengewicht und wesentliche Kosteneinsparungen unter anderem das Errichten von mehr Nutzungsebenen über bestehende Flächen, welche ansonsten nicht für weitere Nutzungsebenen erschlossen werden können.
Diese Konstruktion ermöglicht die Erschließung von ansonsten nicht zu einer Verbauung zur Verfügung stehenden Flächen und ermöglicht die dringend notwendige innerstädtischen Verdichtung.
Bezugszeichenliste

1.: Deckplatte
2.: Wabenscheiben
3.: Geschäumter Werkstoff
4.: Dünne Scheiben der Wabe
5.: Stärkere Scheiben der Wabe
6.: Stützen aus UHPC geformt
7.: Balken aus UHPC geformt
8.: Erste Lage der Sandwichelemente
9.: Kreuzverleimte, zweite Lage der Sandwichelemente

Claims

Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Lagen von Sandwichleichtbauteilen mit einem Wabenkern, gefertigt aus UHPC als Trägermaterial, durch Kreuzverleimen zu einer großflächigen Deckenplatte verbunden werden.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichleichtbauteile, welche die Leichtbaudeckenplatte durch Kreuzverleimen formen, Deckschichten und Wabenkerne aus UHPC aufweisen, welche untrennbar miteinander verbunden sind.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass durch Kreuzverleimen von zwei unterschiedlichen Größen von Sandwichleichtbauteilen eine Überlagerung der Stoßstellen erreicht wird.
Leichtbaudeckenplatten dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anwendung der Sandwichtheorie vereint mit der Technik des Kreuzverleimen, mit wenig Materialverbrauch und dadurch geringem Gewicht, große, sehr tragfähige Decken gebildet werden.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Pfosten-Balkenkonstruktion eine zweite Nutzungsebene gebildet wird.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkonstruktion aus UHPC geformte Pfosten und Balken bestehen, welche durch Verschraubung verbunden werden, um bei einem Rückbau demontiert und als Bauteil wiederverwendet zu werden.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten-Balkenkonstruktion durch TT-Träger ergänzt wird, welche die Aufgabe übernehmen, die ersten Lagen der Sandwichleichtbauteile zu fixieren.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten-Balkenkonstruktion auf der Baustelle durch Verschraubung zusammengefügt wird, um die erste Lage der Sandwichelemente zu fixieren und bei einem Rückbau demontiert werden zu können.
Leichtbaudeckenplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfosten aus UHPC gefertigt werden, und mit einem inneren Hohlraum, welcher die Ver- und Entsorgung der zweiten und weiteren Nutzungsebenen übernimmt.