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Verbund-Bauelement bzw. -Bauteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
Angemeldet am 28.April 1970 (A 3889/70) - Beginn der Patentdauer: Die Erfindung
betrifft ein Verbund-Bauelement bzw.
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einen -Bauteil, bestehend aus zumindest zwei einander zugeordneten,
parallel zueinander verlaufenden und voneimander distanzierten, zur Übernahme der
wesentlichen Nutzlasten dienenden, armierten, allenfalls v@rgespannten, vorzugsveise
gleichen oder gleichartigen Beton-Fertigt@llen und aus einem diese Fertigteile monolithisch
verbindenden, deren Abstand überbrückenden Füllbeten.
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Bauelemente dieser Gattung sind bereits in verschiedenen Ausführungsvarianten
bekanntgeworden, denen sämtlichen das Merkmal gemeinsam ist, daß die Beton-Fertigteile
über ihre gesamte Länge miteinander durch den Füllbeton m@nolithisch verbunden sind.
Solcherart gebildete Bauteile können jedoch nicht in wirtschaftlicher Weise den
jeweils örtlich verschiedenen Anforderungen bezüglich Festigkeit angepaßt werden
und ihr Gewicht ist im Verhältnis zu ihrer Tragfähigkeit zu groß.
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Die Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, Bauelemente bzw. Bauteile
der eingangs bezeichneten Gattung so zu gestalten, daß sie bei geringem Gewicht
und voller Aus=
nutzung aller ihrer Bestandteile eine im Verhältnis
zu ihrer Kubatur große Tragfähigkeit aufweisen. Außerdem ist es ein Ziel der ErEindung,
diese Bauelemente bz. Bauteile so zu gestalten, daß unter Verwendung gleicher Bestandteile
allein durch Variation der Zusammenfügung dieser Bestandteile eine weitestgehende
Anpassung an jeweils örtliche verschiedene Erfordernisse möglich ist.
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Dem wesentlichsten Erfindungsmerkmal zufolge £ ind die Fertigteile
mittels in Abständen voneinander angeordneter einzolner Füllbeton-Körper miteinander
nur bereichsweise verbunden.
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AuP diese Welse gelingt es, wertvolle Festiqkeits= eigenschaften
der aus besonders hochwertigem Beton fabriksmäßig gefertigten Fertigteile voll und
wirtschaftlich für die Festigkeit des zusammengesetzten Verbund-Bauelementes bzw.
- Bauteiles nutzbar zu machen. Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausbildung,
mit gleichartigen Fertigteilen gleicher oder verschiedener Armierung eine Vielzahl
verschiedener bzw. verschieden tragfähiger Bauelemente bzw.
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Bauteile zu schaffen, sei es durch Variation dar Fertigteildimensionen,
sei es durch Variation des Abstandes der zugeordneten Fertigteile oder sei es durch
Variation der GUte und Armierung des zwischen den Fertigteilen einzubringenden Füllbetons.
Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Lösung, ähnlich wie im Stahlbau zvei voneinander
distanzierte Fertigteile durch die örtlich in Abständen angeordneten Füllbeton-Körper
zu einem in.statischer Hinsicht völlig einheitlichen, gegliederten Tragkörper zu
vereinigen, der als rahmensteifes Gebilde eine vergleichsweise hohe Festigkeit und
Tragfähigkeit aufweist.
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Solcherart ist die Erfindung mit besonderem Vorteil auf druck- und
knickbeanspruchte Bauelemente bzw. Bauteile anwendbar, weil die für die Bemessung
von solchen Elementen unter anderem maßgebende niicklänge der einzelnen Fertigteile
bedeutend verringert werden kann, voraus sich dann in weiterer Folge die Möglichkeit
ergibt, die Dimensionen der Bestandteile des Bauelementes bzw. Bauteiles optimal
gering und somit optimal wirtschaftlich zu wählen.
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Die vereinzelt, voneinander distanziert angeordneten Füllbeton-Körper
und die F@rtigteile bilden gemeinsam ein statisches System, in dem die Füllbetenkörper
insbesondere die Schubkräfte zu übertragen haben und auch entsprechend zu bewehren
bzw. mit den Fertigteilen durch Bewehrungen zu verbinden sind.
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Aus der erfindungsgemäßen Maßnahme resultiert weiters ein optimal
geringes Gewicht solcherart g@gliederter Bauelemente bzw. Bauteile und der mit ihrer
Verwendung hergestellten Baukonstruktionen und Tragwarke.
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In den einzelnen Füllbetonkörper kann gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung zur weiteren Gewichtzverr@ngerung und zur allfälligen Unterbringung
von Leitungen u.dgl. zumindest ein - vorzugsweise zentral angeordneter -in Längsrichtung
der Fertigteile offener Hohlraum ausgespart sein. Diese Ausbildung ermöglicht die
Unterbringung von Leitungen od.dgl. innerhalb des Bauteil-Querschnittes.
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Bisher var die Unterbringung solcher Leitungen bei Bauelementen der
eingangs bezeichneten Gattung mit vollem Querschnitt mit erheblichen Schwierigkeit@n
, mit Stemmarbeiten und dadurch verursachtem Zeit- und Kostenaufwand verknüpft.
Demgegenüber erbringt die erfindungsgemäß gegliederte Struktur des Bauelementes
auch in dieser Hinsicht und in vielen anderen Belangen wertvolle praktische Vorteile,
so etwa auch beim Anschluß anderer Bauelemente und Bauteile.
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Weiteren Erfindungsmerkmal zufolge empfiehlt es sich, aus den Fertigteilen
örtlich Armierungen in den Füllbeton ausragen zu lassen und in den einzelnen Füllbetonkörpern
zu verankern.
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Solche Armierungen, die an den Enden des Verbund-Bauelementes in
den anschließenden, auf der Baustelle herzustellenden Ortbeton hineinragen, können
zur Aufnahme innerer Kräfte oder Biegemomente, Querkräfte und Normalspannungen -
in an sich bekannter Weise - herangezogen werden, so daß das erfindungsgemäße Verbund-Bauelemente
mit den daran anschließenden anderen Bauteilen gemeinsam einen einheitlichen Verband
zu bilden vermag.
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Die der Verbindung der Fertigt eile dienenden aus ragenden Armierungen
müssen nicht unbedingt aus Betonrundstahl bestehen, sondern können auch aus Blechen,
Profilstählen u.a. steifen Armierungseinlagen hergestellt sein.
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Solcherart werden die Fertigtcile ähnlich den Methoden im 8tahlbau
so miteinander verbunden, daß sie die zur Erzielung einer gemeinsamen Tragwirkung
des Verbund-Bauelementes erforderlichen Aufgaben in dessen Verband zu übernehmen
vermögen. Mittels solcher ausragender Armierungen können die Fertlgteile, die Ja
teilweise eine verlorene Schalung für die Füllbetonkörper bilden, temporär, nämlich
bis zur Einbringung bzw. Erhärtung des Füllbetons, miteinander auP Distanz verbunden
werden.
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Die Fertigteile werden zweckmäßigerweise zur Aufnahme aller bis zum
Erhärten des Füllbetons im Bauwerk auP sie einvirkender Kräfte ausreichend bemessen,
so daß allein diese Fertigteile - schon vor dem Einbringen des Füllbetons -die während
der Erstellung des Bauwerkes auftretenden Beanspruchungen und auch das Gewicht des
Füllbetons ohne nenneswerte Deformation aufzunehmen imstande sind.
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Schließlich erstreckt sich die Erfindung auch noch auP ein Verfahren
zur Herstellung von Bauelementcn bzw.
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Bauteilen mittels zweier oder mehrere Fertigteile, die voneinander
in vorbestimmtem Abstand fixiert und sodann zur bereichsweisen Begrenzung des Füllbetons
verlorene oder wiedervorwendbare Schalungs-Elemente zwischen die untereinander zu
verbindenden Fertigteile eingesetzt und - vorzugsweise an diesen Fertigteilen selbst
- verankert werden, worauf zwischen diese Schalungs-Elemente, die gegebenenfalls
mit der Bildung durchgehender Hohlräume dir nenden Teilen ausgestattet sind, Füllbeton
zur Bildung einzelner Füllbeton-Körper eingebracht wird. Zur Verankerung der Schalungs-Elemente
können die Fertigteile entweder mit ausragenden Armierungsteilen oder sonstigen
Organen, Absetzungen, Höckern od.dgl. versehen werden.
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Die Verwendung von Pertigteilen zur Bildung von erfindungsge:naßen
Bauelementen und Bauteilen kann im der Erfindung sehr aanaigfach verschieden erfolgen:
Beispielsweise
kann der Füllbeton als Ortbeton am Bauwerk solbst zwischen die in ihrer endgultigen
Lage im Bauwerksverband bereits verlegten und fixierten Fertigteile eingebracht
werden.
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Anderseits ist es aber auch möglich, in erfindungsgemäßer Art aus
einzelnen Fertigteilen und aus Füllbeton wiederum Fertigteile zu fertigen. In diesem
Fall wird der Füllbeton in fabriksmäßiger Fertigung zwischen zwei oder mehrere,
in vorbestimmtem Abstand voneinander gehaltene Fertigteile eingebracht, um aus diesen
Fertigteilen und dem Füllbeton einen transportablen, in einen Bauwerksverband einzufügenden
Verbund-Bauteil zu bilden.
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Verschiedenerlei Ausführungsvarianten erfindungsgemäßer Bauelcmcnte
und Bauteile sind im folgenden an Hand der Zeichnungen erläutert.
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Im einzelnen zeigen die Zeichnungsfiguren in der axonometrischen
Ansicht nach Fig.1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Säule, die Fig.2 zeigt eine
Teil-Ansicht in größerem Maßstab, die Fig. 3 und 3a zeigen je einen Säulenquerschnitt,
dir Fig.4 axonometrisch eine Schalungsform, die Fig.5 und 6 zeigen weitere Varianten
von Säulenquerschnitten, die Fig.7 einen, Schnitt durch einen Wand-Fertigteil und
die Fig.8 die axonometrische icht eines Trägers.
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Das in den Mg. 1 bis 3 dargestellte Verbund-Bauelement ist eine Säule,
die aus den beiden einander zugeordneten und voneinander bi stanzierten,parallel
zueinander verlaufenden C-förmig profilierten Fertigteilen 1 und aus einem die Fertigteile
1 verbindenden Füllbeton 2 besteht, der örtlich und bereichsweise den zwischen den
Fertigteilen 1 begrenzten Raum ftlllt und den Abstand zwischen diesen Fertigteilen
überbrückt. Die Fertigteile 1 bestehen aus set hochwertigem Beton und besitzen eine
eventuell vorgespannte - Armierung 3. Nötigenfalls können auch im Füllbeton 2 zusätzliche
Armierungen angeordnet sein, sofern dies als notwendig erachtet wird. Die Fig.3a
zeigt eine Variante der Fig.3 mit zwei Fertigteilen rechteckigen Querschnittes.
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Durch den Füllbeton 2, der beim dargestellten Aus.
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führungsbeispiel in beliebig wählbaren Abständen Füllbetonkörper bildet,
sind die Fertigteile 1 monolithisch zu einer statischen Einhoit miteinander verbunden.
Zur Gewichtsersparnis und zur Unterbringung von Versorgungsleitungen, Abwasserrohren
od.dgl. Icann im Füllbeton 2 ein Hohlraum 5 ausgespart worden.
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Die Unterteilung des Flillbetons 2 in Einzelkörper ergibt den bereits
erwähnten wertvollen Vorteil einer Unterteilung der icklUnge der verwendeten Fertigteile.
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Die Säule kann infolgedessen besonders leicht und materialsparend
ausgebildet werden und eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweisen. Diese hohe
Tragfähigkeit resultiert aus dem durch den Abstand der armierten Fertigteile 1 vcneinander
wesentlich erhöhten Trägheitsmoment des Säulenquerschnittes. Die Haupttragwirkung
soll erfindungsgemäß stets von den Fertigteilen 1 übernommen worden. Bei Ausbildung
der Säule als Fertigteil-Element empfichlt es sich, deren Enden mit Anschluß- und
Verbindungsorganen auszustatten, z.B. mit ausragenden Armierungen oder mit Blech-Kappen,
Anschluß-Flanschen usw.
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Aus den Pertigteilen 1, ausragende Armierungen 6 sind wie die Fig.2
zeigt - im PUllbetan 2 verankert und dienen des inneren Verbund. dos Bauelementes.
Mittels solcher gegeneinander ausragender Armierungen 6 können aber die beiden Fertigteile
1 bedarfsweise auch miteinander auf Distanz verbunden seine um bis zur Einbringung
und ErX hörtung des Füllbetons eine verlorene Schalung für diesen Füllbeton 2 zu
bilden. Beispielsweise kann eine solche Verbindung gemäß Fig.2 durch Schweißungen
4 bewerkstelligt werde.
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Die Armierung 3 der Fertigteile 1 ist auch so zu bemessen, daß sie
bis zum Erhärten des Füllbetons 2 alle im Bauwerk auftretenden Beanspruchungen aufzunehmen
vermag.
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Zur Begrenzung und Schalung des bereichsweise in einzelne Körper
aufgegliederten Füllbetons 2 dienen verlorene oder wiederverwendbare Schalungs-Elemente,
die
zwischen die untereinander zu verbindenden Fertigteile eingesetzt
werden und vorzugsweise an diesen Fertigteilen selbst verankert werden können; diese
Schalungselemente können -wie dies die Fig.4 zeigt - mit der Bildung durchgehender
Hohlräume dienenden Fortsätzen 7 verschen sein; die Querwände 8 sind selbstverständlich
jeweils dem Profil der Fertigteile in ihrer Kontur anzupassen, die Fig.4 stellt
lediglich der Einfachheit halber solche Querwände 8 quadratisch dar und veranschaulicht
beispielsweise abgekantete Teile 8', die an den Fertigteilen anliegend der Führung
und Halterung der Schalungselemente dienen Die Fig.5 und 6 zeigen andere Ausführungsvarianten
von Spulen, bei denen winkelförmig profilierte Fertigteile 9, 9' verwendet werden,
die gleichfalls einen zur Aufnahme des Fullbetons 2 bestimmten Raum begrenzen.
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Die Fig.7 zeigt die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung auf einen
plattenförmigen Bauteil, z.B. ein Wandelement, das aus einer Anzahl mit Abstand
voneinander angel ordneter C-förmiger Fertigteile 1 und I-förmig profilierter Fertigteile
10 besteht, zwischen denen Füllbetonkörper 2 vorgesehen sind. Die Fertigteile 1
bzw. 10 geben diesem Bauteil die nötige Tragkraft und Steifigkeit, die Flillbetonkörper
2 können demnach in größeren Abständen ver@inzelt angeordnet sein und aus minderwertigerem
Beton bestehen.
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Die Fig.8 schließlich stellt axonometrisch einen End-Teil eines TrAgers
dar, der wieder aus zwei mit den offenen Seiten einander zugekehrten und örtlich
mittels Füllbeton-Körpern 2 miteinander verbundenen, mit einer Armierung 3 versehenen
Beton-Fertigteilen etwa C-förmigen Querschnittes besteht. Diese Beton-Fertigteile
1 bilden beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Ober- und Untergurt des Trägers
und der aus diesen Fertigteilen gebildete Verbundträger wird durch ein - etwa nach
Art eines Vierendeelträgers gestaltetes - Rahmengebilde verkörpert. Auch bei dieser
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ergibt sich bei geringem Naterialaufwand
eine hohe Tragfähigkeit des in diesem Pall biegungsbeanspruchten Bau
elementes.
Selbstverständlich können die Dimensionen der Fertigteile 1 sowie auch der Füllbeton-Körper
2 obenso beliebig variiert orerden, wie die Anzahl und die Abstände der Füllbetonkörper
im Verlauf der Träger- oder Säulenlänge.
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Damit eröffnet die erfindungsgemäße Lösung auch in diesem Fall eine
Fülle von ökonomischen, @@rtvollen Variationsmöglichkeiten zur Gestaltung von Trägern,
die sich den jeweiligen örtlichen Erfordernissen in einer s@hr weitgehend individuellen
Art anpassen lassen.
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Selbstverständlich ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung
nicht an die dargcntolltc und erläuterten Varianten gebunden, vielmehr ist diese
Anwendung darüber hinaus noch sehr mannigfach abwandelbar und ausbaufähig, insbesondere
hinsichtlich der. Gestaltung, Armierung und Dimensionierung der Fertigteile, aber
auch hinsichtlich ihrer Anordnung in bezug zueinander innerhalb eines Bau teiles
bzw. Bauwerkes.
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Grundsätzlich eignet sich das erfindungsgemäße System für die Herstellung
jedweder Bauteile, wie D@cken, Wände, Trager usw.; mit besonderem Vorteil ist aber
- wie schon eingangs geschildert - die erfindungsgemäße Lösung bei druckbeanspruchten,
knickgefährdeten Bauteilen, wie Pfeilern u.dgl.,anwendbar. Bei solchen Bauteilen
gelingt es, durch eine sinnvolle Aufgliederung des Verbund-Bauelementes in seine
Bestandteile eine besonders leicktw gewichtige und deshalb wirtschaftliche Struktur
der lastaufnehmenden Komponenten zu erzielen und bei optimaler Ausnutzung der wertvollen
Eigenschaften dieser Komponenten den Bauteil in der jeweils statisch günstigsten
Art und Dimension mit geringestem Materialaufwand auszubilden.