DE4213839A1 - Verstaerkung von bauteilen als mauerwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zur Verstär­ kung von Bauteilen aus Ziegelmauerwerk und Betonsteinen.

Aufgrund der guten Isolationseigenschaften bezüglich Wärme und Lärm werden bei Hochbauten schon seit Jahren in großem Umfange Ziegelmauerwerk und Betonsteine als tragende Teile oder als Aussteifungswände für horizontal wirkende Kräfte verwendet. Nebst diesen Vorteilen, wozu unter anderem auch eine gewisse Gewichtsersparnis gezählt werden kann, hat diese Bauweise den Nachteil, daß nur geringe Zug- und Druckkräfte aufgenommen werden können. Insbesondere treten Probleme bei Erdbeben oder Windbelastung auf, da bei solchen Vorkommnissen ganz erhebliche Zug- und Druckkräfte auf das Bauteil einwirken. Sind solche Beanspruchungen derart groß, daß sie vom Bauteil nicht mehr auf genommen werden können, kann dies zu gravierenden Rissen oder gar zu-einem Einsturz der gesamten Hochbauten führen, falls dem Bauteil die Rolle aussteifender oder tragender Teile zukommt.

Im Hinblick darauf, daß seit Jahren eine große Anzahl Hoch­ bauten mit Ziegelmauerwerk und Betonsteinen im vorstehend angeführten Sinne gebaut wurden, besteht ein erhebliches Sanierungsbedürfnis bei solchen Bauten, um diese weiterhin nutzen zu können. Darüber hinaus wird aus bauphysikalischen Gründen verlangt, Ziegelmauerwerk und Betonsteine bei Hoch­ bauten auch weiterhin einzusetzen, so daß schon aus diesem Grunde Maßnahmen gefordert werden, welche zu einer Unan­ fälligkeit solcher Bauteile gegen Beanspruchungen wie sie im Falle eines Erdbebens oder Windbeanspruchungen auftreten, führen.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren sowie die entsprechenden Mittel zur Verstärkung von Bauteilen aus Ziegelmauerwerk und Betonsteinen anzugeben, um erhöhte Zug- und Druckkräfte ohne Zerstörung des Bauteiles aufzunehmen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zumindest auf einer Seite des Bauteiles an der Oberfläche Hochleistungsverbundfasern befestigt werden, deren Längser­ streckung im wesentlichen in Richtung der im Bauteil auf­ tretenden Zug- und Druckkräfte verläuft.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die beispielsweise beim Auftreten eines Erdbebens hervorgerufenen Beanspruchungen im Bauteil zu im wesentlichen diagonal verlaufenden Zug- und Druckkräften führen, werden jene Bereiche des Bauteiles mit entsprechend verlaufenden Hochleistungsverbundfasern ver­ stärkt, wobei diese Hochleistungsverbundfasern in der Lage sind, außerordentlich hohe Zugkräfte aufzunehmen.

Durch entsprechende Anordnung von solchen Hochleistungsver­ bundfasern entlang der Diagonalen und Gegendiagonalen wirkt das Bauteil insgesamt nach Art eines elastischen Gebildes. Damit können wechselweise sämtliche auftretenden Zug- und Druckkräfte aufgenommen werden ohne daß das Bauteil durch diese Beanspruchungen geschädigt oder gegebenenfalls zer­ stört wird.

Dem Grunde nach reicht es aus, wenn zumindest entlang der hochbeanspruchten Bereiche solche Hochleistungsverbundfasern am Bauteil befestigt werden. Dies führt dazu, daß bei­ spielsweise nur entlang der beiden Diagonalen am Bauteil solche Hochleistungsverbundfasern vorgesehen sind, was in gewisser Weise zu einer Kosteneinsparung dank gezielter Anwendung einer geringen Menge an Hochleistungsverbundfasern führen kann.

Wie die Erfahrungen ferner gezeigt haben, sind insbesondere die Eckenbereiche der Bauteile besonders gefährdet, so daß auch die Möglichkeit besteht, zumindest in den Ecken am Bau­ teil Hochleistungsverbundfasern zu befestigen.

Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, Hochleistungs­ verbundfasern über die gesamte Oberfläche am Bauteil zu be­ festigen. In einem solchen Falle kann insbesondere bei einer Sanierung auch der optische Effekt im Vordergrund stehen, da die Hochleistungsverbundfasern beispielsweise mit einer optisch bevorzugt wirkenden Folie in Verbindung ge­ bracht werden können.

In allen vorstehend genannten Anwendungsfällen besteht die Möglichkeit Hochleistungsverbundfasern entweder nur an einer Seite oder an beiden Seiten des Bauteiles zu befestigen. Im einzelnen kann dies im jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt auf die auftretenden Beanspruchungen oder auch unter Be­ rücksichtigung der jeweiligen Zugänglichkeit zum Bauteil erfolgen. Sowohl die Verstärkung nur an einer Seite als auch an beiden Seiten wirkt nebst einem Bruch im Bauteil auch einem Ausbrechen des Bauteiles aus seiner Ebene entgegen.

Befestigt werden die Hochleistungsverbundfasern an der Ober­ fläche des Bauteiles vorzugsweise mittels eines Klebemit­ tels. Als Klebemittel können übliche Materialien Anwendung finden. Insbesondere haben sich im Hinblick auf die Anwen­ dungs- und Befestigungseigenschaften Epoxydharzkleber be­ sonders bewährt.

Nebst der rein adhäsiven Befestigung im vorgenannten Sinne ist gesondert oder auch zusätzlich eine mechanische Befe­ stigung der Hochleistungsverbundfasern von Vorteil. Insbe­ sondere bringt eine solch mechanische Befestigung an den mit den Bauteilbegrenzungen zusammenfallenden Enden der Hochlei­ stungsverbundfasern Vorteile in beanspruchungsmäßiger Hin­ sicht. Solch mechanische Befestigungen verhindern insbeson­ dere auch ein Ausknicken von Hochleistungsverbundfasern, falls diese auf Druck beansprucht werden.

Hochleistungsverbundfasern der vorstehend genannten Art sind aus anderen Anwendungsgebieten an sich bekannt. Materialien für solche Fasern sind unterschiedliche bekannt, wobei es sich in der Regel um Materialien hoher Zugfestigkeit han­ delt. So sind insbesondere Kohlefasern und Fasern aus Aramid und Glas für den hier zur Diskussion stehenden Anwendungs­ fall besonders geeignet.

Aus anwendungstechnischer Sicht ist es von Vorteil, wenn die Hochleistungsverbundfasern mit einer Matrix in Verbindung stehen, so daß ein flächiges Gebilde, beispielsweise in Form von Lamellen entsteht. Solche Lamellen finden bevorzugt als Streifen Anwendung, wobei diese endlos zugeliefert und an Ort und Stelle auf das jeweilige Bauteil abgestimmt wer­ den können.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Hochleistungsver­ bundfasern als Netz in einer Matrix anzuordnen. Dies insbe­ sondere dann, wenn größerflächige Gebilde benötigt werden, beispielsweise wenn eine Anwendung über die ganze Oberfläche des Bauteils oder über einen größeren Teil der Ecken zur Diskussion steht. In einem solchen Falle, d. h. bei flächiger Anwendung können auch Fasern geringerer Festigkeit, bei­ spielsweise aus Polypropylen zum Einsatz kommen.

Als Matrix sowohl im Falle der Anordnung als Lamellen als auch im Falle der Anordnung als Netz kommt bevorzugt Epoxyd­ harz in Betracht.

Für die mechanische Befestigung der Hochleistungsverbundfa­ sern werden bevorzugt an sich bekannte Anker aus Metall oder Kunststoff verwendet. Diese Anker können entweder nur von einer Seite in das Bauteil eingreifen oder es kann sich um das Bauteil vollkommen durchsetzende Anker handeln, was im letzteren Falle die Möglichkeit bietet, daß von beiden Sei­ ten des Bauteiles Hochleistungsverbundfasern mechanisch befestigt werden können.

Bevorzugt werden Anker in Verbindung mit Deckplatten oder Deckleisten insbesondere aus Stahl verwendet, wobei diese Deckplatten oder Deckleisten die Hochleistungsverbundfasern großflächig überdecken, so daß die mechanische Beanspru­ chung in Grenzen gehalten werden kann, d. h. daß quasi nur Querdruckkräfte auf die Verbundflächen einwirken. Diese auf die Verbundflächen einwirkenden Querdruckkräfte sind maß­ gebend für die Aufnahme der Zug- und Druckkräften, wobei eine Erhöhung der auf die Verbundflächen einwirkenden Quer­ kräfte durch entsprechend vorspannbare Anker oder Spann­ stangen erzielt werden kann. Bei der Materialwahl der Anker oder Spannstangen kann nebst reiner Ausführung aus Metall oder Kunststoff auch eine Mischung dieser Materialien bei ein und demselben Befestigungselement in Betracht kommen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Bauteil mit schematischer Eintragung der auftretenden Zug- und Druckkräfte;

Fig. 2 ein Bauteil mit Verstärkung entlang der von Zug- und Druckkräften durchsetzten Bereiche;

Fig. 3 ein Bauteil mit Verstärkung insbesondere in den Ecken;

Fig. 4 ein Bauteil mit Verstärkung entlang der ge­ samten Oberfläche.

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Bauteiles 1, aus Ziegelmauer­ werk oder Betonsteinen , das sich auf einem Boden 2 abstützt und eine Zwischendecke 3 trägt, wobei der Boden 2 auch eine weitere Zwischendecke darstellen kann. Beispielsweise im Fal­ le eines Erdbebens oder bei Windeinwirkung treten Querkräfte auf, welche entsprechend Fig. 1 schematisch mit F dargestellt sind. Diese wechselweise auftretenden Querkräfte F führen im Bauteil 1 zu Zug- und Druckkräften, deren Richtung entlang der Diagonalen und parallel zu diesen Diagonalen verläuft. Schematisch ist die Richtung der auftretenden Zug- und Druckkräfte durch die Pfeile Z dargestellt. Diese Beanspruchung führt zu einer Rißbildung im Bauteil l entlang der Pfeile Z im wesentlichen in der Diagonalen, wobei sich die ersten Anzeichen durch ein Losbrechen des Bauteiles 1 entlang der diese Richtung beschreibenden Fugen zwischen den einzelnen Steinen ergeben.

Fig. 2 zeigt analog Fig. 1 wiederum das Bauteil 1 mit Boden 2 bzw. weiterer Zwischendecke und Zwischendecke 3. Entlang der Diagonalen und parallel dazu verlaufend sind Hochlei­ stungsverbundfasern in Form von Lamellen 4 vorgesehen. Bei diesen Lamellen 4 handelt es sich um Hochleistungsverbundfa­ sern angeordnet in einer Matrix, wobei die Hochleistungsver­ bundfasern in Längsrichtung der Lamellen 4 verlaufen. Zusätz­ lich zur adhäsiven Befestigung der Lamellen 4 auf dem Bau­ teil 1 sind die mit den vertikalen Bauteilbegrenzungen zu­ sammenfallenden Enden mechanisch befestigt und zwar derart, daß je eine Deckleiste 5 auf die Enden der Lamellen 4 ein­ wirkt. Die Deckleisten 5 sind mittels Ankern 6, welche gege­ benenfalls vorspannbar sind, am Bauteil 1 und im Boden 2 bzw. weiterer Zwischendecke sowie in der Zwischendecke 3 befe­ stigt.

Unter Ausnutzung der Erkenntnis, daß insbesondere die Ecken einer starken Beanspruchung unterliegen, zeigt Fig. 3 eine weitere Verstärkungsmöglichkeit des zwischen einem Boden 2 bzw. weiterer Zwischendecke und einer Zwischendecke 3 angeord­ neten Bauteiles 1. Dabei sind in erster Linie in den Ecken Hochleistungsverbundfasern am Bauteil 1 befestigt, wobei es sich beispielsweise um Hochleistungsverbundfasern handelt, welche als Netze 7 in Verbindung mit einer Matrix angeordnet sind. Während die zu Netzen 7 gebildeten Hochleistungsver­ bundfasern einerseits wiederum mittels eines Klebemittels am Bauteil 1 befestigt sind, können diese zusätzlich noch me­ chanisch befestigt sein. Hierzu bieten sich wiederum an sich bekannte Anker 8 an, welche auf die Netze 7 eine ausrei­ chende Querkraft ausüben. Wie die Fig. 3 zeigt, sind diese Anker 8 bevorzugt entlang den Bauteilbegrenzungen angeord­ net.

Aufgrund der sich kreuzenden Diagonalen der auftretenden Zug- und Druckkräfte treten im Zentrum des Bauteiles 1 ebenfalls hohe Beanspruchungen auf. Aus diesem Grunde bietet sich auch eine Verstärkung des Bauteiles 1 im Zentrum an, was wie entsprechend Fig. 3 dargestellt, durch zusätzliche Anordnung von Hochleistungsverbundfasern in Form eines Netzes 9 im Zentrum erfolgen kann. Im gezeigten Beispiel ist das Netz 9 am Bauteil 1 lediglich mittels eines Klebemittels befestigt.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel der Verstärkung des zwi­ schen Boden 2 bzw. weiterer Zwischendecke und Zwischendecke 3 angeordneten Bauteiles 1, indem am Bauteil 1 ganzflächig Hochleistungsverbundfasern befestigt sind. Bei dieser ganz­ flächigen Befestigung bietet sich wiederum die Anordnung von Hochleistungsverbundfasern in Form eines Netzes 10 an, wobei dieses Netz 10 unter Verwendung einer Matrix aufgebaut ist. Auch bei diesem Anwendungsfall, wo die Verbundfasern in Form des Netzes 10 bevorzugt mittels eines Klebemittels befestigt werden, kann zusätzlich beispielsweise im Bereich der Bau­ teilbegrenzungen eine mechanische Befestigung erfolgen. Auch bei dieser mechanischen Befestigung können an sich bekannte Anker oder in Verbindung mit solchen Ankern Deckleisten oder Deckplatten Anwendung finden.*

Claims (10)

1. Verfahren zur Verstärkung von Bauteilen (1) aus Ziegel­ mauerwerk und Betonsteinen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest auf einer Seite des Bauteiles (1) an der Oberfläche Hochleistungsverbundfasern befestigt werden, deren Längserstreckung im wesentlichen in Richtung (Z) der im Bauteil (1) auftretenden Zug- und Druckkräfte verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsverbundfasern zumindest entlang der von Zug- und Druckkräften durchsetzten Bereiche am Bauteil (1) befestigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungsverbundfasern zumindest im Bereich der Mündungen der Zug- und Druckkräfte bildenden Ecken am Bauteil (1) befestigt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hochleistungsverbundfasern über wenigstens eine der gesamten Oberflächen am Bauteil (1) befestigt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigung der Hochleistungsver­ bundfasern an der Oberfläche des Bauteiles (1) mittels eines Klebemittels erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigung der Hochleistungsver­ bundfasern an ihren mit den Bauteilbegrenzungen zu­ sammenfallenden Enden mechanisch erfolgt.

7. Hochleistungsverbundfaser zur Verstärkung von Bauteilen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Anordnung als Lamellen (4) in Verbindung mit einer Matrix.

8. Hochleistungsverbundfaser zur Verstärkung von Bauteilen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Anordnung als Netz (7, 9, 10) in Verbindung mit einer Matrix.

9. Klebemittel für die Befestigung von Hochleistungsver­ bundfasern an der Oberfläche von Bauteilen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Epoxydharzklebers.

10. Mittel für die mechanische Befestigung der Hochlei­ stungsverbundfasern nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung mechanisch spann­ barer Anker (6, 8) aus Metall oder Kunststoff.