DE3911979A1 - Raeumlich gekruemmte holzbalkendecke mit stahlbetonringbalken und verfahren zur errichtung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine räumlich gekrümmte Holzbalkendecke mit Stahlbetonringbalken für eine Geschoßdecke, die beispielsweise im Wohnungsbau aber auch in öffentlichen und gewerblichen Hochbauten verwendet werden kann. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Errichtung der räumlich gekrümmten Holzbalkendecke mit Stahlbetonringbalken.

Üblicherweise werden Holzbalkendecken aus geraden Balken aus Holzbohlen hergestellt, die in einem Abstand von 60 bis 90 cm verlegt sind. Die Balken tragen in diesem Fall ihre Lasten als Einfeldträger ausschließlich über Biegung ab. Um Holz zu sparen, sind auch Decken mit durchlaufenden Holzbalken gebaut worden. Auch zusammengesetzte Querschnitte, teilweise unter Verwendung von Brettschichtholz und Spanplatten, dienen dem Zeck, den Holzverbrauch zu minimieren. Eine weitere Möglichkeit den Holzverbrauch zu reduzieren wird in Verbunddecken realisiert, bei denen eine über Schubdübel an den Holzbalken angeschlossene Beton- oder Stahlbetonplatte zum Abtragen der Lasten mit herangezogen wird. Der Nachteil aller aus geraden Holzbalken hergestellten Decken ist, daß sämtliche Lasten ausschließlich über Biegung abgetragen werden.

Massivdecken aus Stahlbeton werden auch nur auf Biegung beansprucht. Allerdingt läßt sich bei Stahlbetonplatten mit einfachen Mitteln eine zweiachsige Tragwirkung erreichen. Auch ist der Elastizitätsmodul von Beton ungefähr dreimal so groß wie der Elastizitätsmodul von Holz. Wegen der zweiachsigen Tragwirkung und des größeren Elastizitätsmoduls sind Massivdecken deswegen in der Regel viel steifer als Holzbalkendecken und weisen eine höhere Tragfähigkeit auf. Das höhere Gewicht der Massivdecken bietet im Hinblick auf den Schallschutz Vorteile gegenüber den Holzbalkendecken.

Trotz der im Vergleich zu Massivdecken geringeren Tragfähigkeit und der Nachteile beim Schallschutz und Brandschutz werden Holzbalkendecken - besonders im Wohnungsbau - dennoch gerne ausgeführt, da Holz als ein natürlicher Baustoff angesehen wird und auch architektonische Möglichkeiten bei sichtbar ausgeführten Holzbalken gegeben sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Holzbalkendecke derart auszubilden, daß die Steifigkeit und Tragfähigkeit gegenüber den herkömmlichen Ausführungen verbessert wird, was Materialeinsparung und verbesserten Schallschutz nach sich zieht. Gleichzeitig sollen die architektonischen Gestaltungsmöglichkeiten erweitert werden. Aufgabe der Erfindung ist fernerhin, Verfahren zur Errichtung einer derartigen Holzbalkendecke zu entwickeln.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gekrümmte Träger aus Brettschichtholz auf einem Stahlbetonringbalken aufgelagert sind, auf den Brettschichtträgern eine verlorene Schalung aus Brettern befestigt ist und der Raum zwischen der verlorenen Schalung und der ebenen Oberseite der Decke mit einem geeigneten Material verfüllt ist.

Die erfindungsgemäße Holzbalkendecke weist gegenüber den konventionellen Ausführungen den Vorteil auf, daß die Lasten von den gekrümmten Brettschichtträgern bei geeigneter Formgebung vorwiegend über eine axiale Tragwirkung (Normalkräfte) auf einen Stahlbetonringbalken abgetragen werden. Der Stahlbetonringbalken wird zwar auf Biegung beansprucht, kann aber durch eine Vergrößerung seiner Breite und durch eine rahmenartige Bewehrungsführungs sehr steif ausgeführt werden. Das Gesamtsystem der aus gekrümmten Brettschichtträgern und Stahlbetonringbalken bestehenden Decke ist viel steifer als herkömmliche Holzbalkendecken. Dies hat den Vorteil, daß größere Spannweiten wirtschaftlich überbrückt und höhere Belastungen aufgebracht werden können.

Höhere Belastungen entstehen zum Beispiel aus einem Deckenaufbau mit größerem Eigengewicht, der verbesserten Schallschutz gewährleistet.

Holzbalkendecken werden meist in Verbindung mit Mauerwerkswänden verwendet. Zur Aussteifung der Mauerwerkswände und zur Ausbildung einer Deckenscheibe sind Ringbalken erforderlich. Bei der erfindungsgemäßen Holzbalkendecke wird nun der ohnedies vorhandene Ringbalken derart steif ausgebildet, daß er als Lagerung für die Brettschichtträger dient und die Kräfte aus der Bogenwirkung der Brettschichtträger aufnehmen kann. Falls zwei räumlich gekrümmte Holzbalkendecken aneinanderstoßen, heben sich die Lagerkräfte aus der Bogenwirkung der gekrümmten Brettschichtträger teilweise auf und der Ringbalken muß nur für die horizontalen Lagerkräfte bemessen werden, die aus unterschiedlicher Geometrie oder Belastung der Decken resultieren. Die Dimensionierung des Stahlbetonringbalkens stellt insofern kein Problem dar, da er in die Decke hineinragen und deswegen beliebig groß ausgeführt werden kann.

Die Verteilung der Belastung von der Deckenoberseite auf die Brettschichtträger erfolgt durch eine Gewölbewirkung des Füllmaterials und der als Zuggurte wirkenden Bretter, die auf den Brettschichtträgern befestigt sind und gleichzeitig die Schalung für das Füllmaterial darstellen. Die Gewölbewirkung im Füllmaterial wird sich auch bei einem rolligen Material wie zum Beispiel Blähton einstellen. Besteht die Füllung aus Beton, Stahlbeton, Leichtbeton oder Holzspanbeton muß auf die verlorene Schalung aus Brettern eine Schutzschicht aufgebracht werden, um das Holz vor Nässe beim Betoniervorgang zu schützen und damit Verfärbungen der von unten sichtbaren Bretterlage zu vermeiden.

Zusätzlich zu dem oben skizzierten Tragmechanismus - Verteilung der Last durch Gewölbewirkung im Füllmaterial auf die Brettschichtträger und Bogenwirkung der Brettschichtträger in Verbindung mit einem steifen Ringbalken - wird sich eine über die ganze Decke hinwegreichende Gewölbewirkung im Füllmaterial einstellen, die die Steifigkeit und Tragfähigkeit der Decke noch beträchtlich erhöht. Eine weitere Verbesserung dieser Gewölbewirkung kann durch die Anordnung von Schubdübeln in den Brettschichtträgern erreicht werden, da durch die Verdübelung ein Verbundquerschnitt mit erhöhter Steifigkeit entsteht.

Die Freiheit in der Wahl des Füllmaterials - rollig oder fest, leicht oder schwer - ermöglicht eine flexible Anpassung der gekrümmten Holzbalkendecke an die jeweiligen Anforderungen.

Weitere bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Holzbalkendecke und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Errichtung einer solchen Deckenkonstruktion gehen aus den Patentansprüchen hervor.

Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Decke wobei Teilbereiche herausgebrochen sind;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Mauerwerks, einer Hilfsstütze und der darauf montierten gekrümmten Brettschichtträger.

Im folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Holzbalkendecke dient gemäß Fig. 1 als Geschoßdecke für einen Raum. Angrenzende Räume sowie Tür- und Fensteröffnungen sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Die Decken in den angrenzenden, hier nicht dargestellten Räumen können ebenfalls aus räumlich gekrümmten Decken 40 mit Brettschichtträgern 10 und Stahlbetonringbalken 11 bestehen. Sie können aber auch als herkömmliche Holzbalkendecken oder als Massivdecken ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Holzbalkendecke 40 könnte in einem Bauvorhaben beispielsweise für einen Raum mit besonders großen Abmessungen oder für einen Raum, für den eine besondere architektonische Wirkung durch die Wölbung der Decke 40 und die freiliegenden Brettschichtträger 10 erreicht werden soll, verwendet werden und mit beliebigen anderen Deckensystemen für die übrigen Räume kombiniert werden.

Die Fig. 1 zeigt eine fertiggestellte Decke 40, wobei Teilbereiche herausgebrochen sind, um die tragenden Brettschichtträger 10 und die verlorene Schalung aus Brettern 12 für das Füllmaterial 13 zeigen zu können. Der Stahlbetonringbalken 11 liegt bei diesem Beispiel ringsum auf dem Mauerwerk 30 auf. Es könnte aber auch zweckmäßig sein, den Stahlbetonringbalken 11 als Sturz für Tür- und Fensteröffnungen auszubilden. Ein möglicher Grenzfall wäre das komplette Weglassen einer Wand, so daß der Ringbalken 11 seine Vertikallasten an zwei Endstützen abgibt.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt durch die Decke 40 zeigt, wie sich die gekrümmten Brettschichtträger 10 auf dem Stahlbetonringbalken 11 abstützen und in einem Mittelknoten 15 verbunden sind. Die Verbindung der Brettschichtträger 10 im Mittelknoten 15 kann beispielsweise durch angedübelte Laschen 16 und Vergießen des Knotens 15 mit Beton erfolgen.

Überall wo Beton und Holz in Berührung kommen, sind entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen (z. B. Aufbringen eines Anstrichs oder einer Isolierfolie).

Die parallel zu den Rändern der Decke 40 angeordnete und auf den Brettschichtträgern 10 befestigten Bretter 12 stellen im gezeigten Ausführungsbeispiel eine verlorene Schalung für den Stahlbetonringbalken 11 und das Füllmaterial 13 dar. Der Ringbalken ist derartig verbreitert, daß er die von den Brettschichtträgern übertragenen Kräfte ohne nennenswerte Verformungen aufnehmen kann. Durch eine rahmenartige Bewehrungsführung im Ringbalken 11 wird die Steifigkeit zusätzlich erhöht. Abweichend vom gezeigten Ausführungs­ beispiel mit konstanter Höhe des Stahlbetonringbalkens 11, könnte der Balken 11 auch mit veränderlicher Höhe oder mit einer Krümmung in der Mauerwerksebene ausgeführt werden.

Die Untersicht der Decke 40 wird von den Brettschichtträgern 10 und den Brettern 12 geprägt. Falls erforderlich, könnten die Bretter 12 auch an der Unterseite der Brettschichtträger 10 angebracht werden.

Die Brettschichtträger 10 können mit beliebiger Krümmung hergestellt werden. Es kann allerdings vorteilhaft sen, alle Träger 10 im Holzleimbetrieb aus Kostengründen mit der gleichen Krümmung herstellen zu lassen und in der Decke 40 Träger 10 mit konstanter Krümmung, aber unterschiedlicher Länge, zu verwenden. Abweichend von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bei dem die Brettschichtträger 10 radial von einem Mittelknoten 15 aus angeordnet sind, kann es - insbesondere bei Räumen mit einer im Vergleich zur Länge kleinen Breite - vorteilhaft sein, die gekrümmten Brettschichtträger parallel zueinander zu verlegen. Dadurch entsteht eine Deckenkonstruktion, deren Untersicht einer Tonnenschale gleicht.

Im folgenden soll die Herstellung der räumlich gekrümmten Holzbalkendecke 40 erläutert werden. Gemäß Fig. 3 wird auf einer Hilfsstütze 20 die untere Lasche 16 plaziert und anschließend werden die gekrümmten Brettschichtträger 10 auf dem Mauerwerk 30 und der Lasche 16 aufgelegt. Anschließend wird auf die Brettschichtträger 10 die verlorene Schalung aus Brettern 12 befestigt und die Schalung für den Ringbalken angebracht. Abhebende Kräfte durch das Biegen der Bretter 12 sind durch geeignete konstruktive Maßnahmen zu berücksichtigen. Nach dem Erhärten des bewehrten Ringbalkens 11 wird das Füllmaterial 13 eingebracht. Ein Vorteil bei diesem Verfahren ist, daß keine Hebezeuge verwendet werden müssen und lediglich eine Hilfsstütze 20 erforderlich ist.

Stehen Hebezeuge zur Verfügung, kann abweichend von dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine teilweise Vorfertigung der Decke erfolgen, indem die Bretter 12 vorab auf den Brettschichtträgern 10 befestigt werden und die Deckenelemente mit den statisch erforderlichen Aussteifungen versehen werden und von einem Kran in die endgültige Position gehoben werden.

Der Stahlbetonringbalken 11 kann auch vorab betoniert werden, wenn im Balken 11 geeignete Anschlußpunkte für die Brettschichtträger 10 vorgesehen sind.

Vorstehend wurde eine zweifach räumlich gekrümmte Holzbalkendecke 40 über rechteckigem Grundriß beschrieben und eine einfach räumlich gekrümmte Decke über rechteckigem Grundriß kurz erläutert. Es können mit der erfindungsgemäßen Bauweise jedoch räumlich gekrümmte Holzbalkendecken über beliebigen Grundrissen errichtet werden.

Claims (12)

1. Holzbalkendecke, dadurch gekennzeichnet, daß gekrümmte Träger aus Brettschichtholz (10) auf einem Stahlbetonringbalken (11) aufgelagert sind, auf den Brettschichtträgern eine verlorene Schalung aus Brettern (12) befestigt ist und der Raum zwischen der verlorenen Schalung (12) und der ebenen Oberseite der Decke mit einem geeigneten Material (13) wie z. B. Beton, Holzspanbeton, Leichtbeton oder Blähton verfüllt ist.

2. Holzbalkendecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Brettschichtträger (10) in einem Mittelknoten (15) verbunden sind und von diesem aus radial verlegt sind, wodurch eine Decke mit zweifacher Krümmung entsteht.

3. Holzbalkendecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmten Brettschichtträger (10) in einem bestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet sind, was eine Decke mit einfacher Krümmung ergibt.

4. Holzbalkendecke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbetonringbalken (11) derart verbreitert ist, daß er teilweise in die Decke hineinragt und die verlorene Schalung aus Brettern (12) zur Herstellung des Balkens (11) herangezogen wird.

5. Holzbalkendecke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbetonringbalken (11) in der Ebene, die normal zur Deckenebene ist, eine Krümmung oder eine veränderliche Höhe aufweist.

6. Holzbalkendecke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Brettschichtträger (10) eine konstante Krümmung aufweisen.

7. Holzbalkendecke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Schubdübel in die Oberseite der Brettschichtträger (10) eingelassen sind, die in die Schicht mit dem Füllmaterial ragen.

8. Holzbalkendecke nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die verlorene Schalung aus Brettern (12) an der Unterseite der Brettschichtträger befestigt ist.

9. Verfahren zur Errichtung einer räumlich gekrümmten Holzbalkendecke nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Mittelknoten (15) eine Hilfsstütze (20) errichtet wird, die Brettschichtträger auf dieser Stütze und dem Mauerwerk aufgelegt werden, die Brettschichtträger (10) im Mittelknoten (15) verbunden werden, die verlorene Schalung aus Brettern (12) befestigt wird, der Ringbalken (11) bewehrt und betoniert wird und nach der Erhärtung des Betons das Füllmaterial (13) aufgebracht wird.

10. Verfahren zur Errichtung einer räumlich gekrümmten Holzbalkendecke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine teilweise Vorfertigung erfolgt, indem die verlorene Schalung aus Brettern (12) auf den Brettschichtträgern (10) befestigt wird und die mit den erforderlichen Aussteifungen versehenen Deckenelemente von einem Kran auf dem Mauerwerk (30) plaziert werden.

11. Verfahren zur Errichtung einer räumlich gekrümmten Holzbalkendecke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringbalken (11) vorab betoniert werden und geeignete Auflagerstellen und Anschlußmöglichkeiten für die Brettschichtträger (10) in dem Stahlbetonringbalken (11) vorgesehen werden.

12. Verfahren zur Errichtung einer räumlich gekrümmten Holzbalkendecke nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (13) aus Beton besteht und das Betonieren des Ringbalkens (11) und das Aufbringen des Füllmaterials (13) gleichzeitig erfolgt.