DE4213839C2 - Verstärkung von Bauteilen aus Mauerwerk - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung von bestehenden Bauteilen aus Ziegelmau­ erwerk oder Mauerwerk aus Betonsteinen.

Aufgrund der guten Isolationseigenschaften bezüglich Wärme und Lärm werden bei Hoch­ bauten 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 aufgenom­ men 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 aufgenommen 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 Hochbauten 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 Hochbauten auch weiterhin einzusetzen, so dass schon aus diesem Grunde Massnahmen gefordert werden, welche zu einer Unanfälligkeit solcher Bauteile gegen Beanspruchungen wie sie im Falle eines Erdbebens oder Windbeanspruchungen auftreten, führen.

Nach der US 3145502 werden zur Verstärkung von Bauteilen aus Betonsteinen zumindest auf einer Seite des Bauteiles an der Oberfläche Hochleistungsverbundfasern befestigt, deren Längserstreckung im Bauteil im wesentlichen kreuzweise verläuft, so dass auch erhöhte Kräfte beispielsweise aus Erdbeben oder Tornado aufgenommen werden können.

Nach der DE 24 51 639 A1 werden zur Verstärkung von bestehenden Bauteilen die Hochleistungsverbundfasern als Lamellen in Verbindung mit einer Matrix angeordnet.

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

Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest auf einer Seite des bestehenden Bauteiles an der Oberfläche Hochleistungsverbundfasern befestigt werden, deren Längserstreckung im wesentlichen in Richtung von im Bauteil auftretenden diagonal verlaufenden 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 verstärkt, wobei diese Hochleistungsverbundfa­ sern in der Lage sind, ausserordentlich hohe Zugkräfte aufzunehmen.

Durch entsprechende Anordnung von solchen Hochleistungsverbundfasern 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 zerstört wird.

Dem Grunde nach reicht es aus, wenn zumindest entlang der hochbeanspruchten Bereiche solche Hochleistungsverbundfasern am Bauteil befestigt werden. Dies führt dazu, dass beispielsweise nur entlang der beiden Diagonalen am Bauteil solche Hochleistungsver­ bundfasern 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 Bauteil Hochleistungsverbundfasern zu befestigen.

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

In allen vorstehend genannten Anwendungsfällen besteht die Möglichkeit, Hochleistungsver­ bundfasern 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 Berücksichtigung 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 Oberfläche des Bauteiles vorzugs­ weise mittels eines Klebemittels. Als Klebemittel können übliche Materialien Anwendung finden. Insbesondere haben sich im Hinblick auf die Anwendungs- und Befestigungseigen­ schaften Epoxydharzkleber besonders bewährt.

Nebst der rein adhäsiven Befestigung im vorgenannten Sinne ist gesondert oder auch zusätzlich eine mechanische Befestigung der Hochleistungsverbundfasern von Vorteil. Insbesondere bringt eine solch mechanische Befestigung an den mit den Bauteilbegrenzun­ gen zusammenfallenden Enden der Hochleistungsverbundfasern Vorteile in beanspru­ chungsmässiger Hinsicht. Solch mechanische Befestigungen verhindern insbesondere auch ein Ausknicken von Hochleistungsverbundfasern, falls diese auf Druck beansprucht werden.

Hochleistungsverbundfasern der vorstehend genannten Art sind aus anderen Anwendungs­ gebieten an sich bekannt. Materialien für solche Fasern sind unterschiedliche bekannt, wobei es sich in der Regel um Materialien hoher Zugfestigkeit handelt. So sind insbesondere Kohlefasern und Fasern aus Aramid und Glas für den hier zur Diskussion stehenden Anwendungsfall 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 werden können.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Hochleistungsverbundfasern als Netz in einer Matrix anzuordnen. Dies insbesondere 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, beispielsweise aus Polypropylen zum Einsatz kommen.

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

Für die mechanische Befestigung der Hochleistungsverbundfasern 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 Seiten 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 Beanspruchung in Grenzen gehalten werden kann, dh dass quasi nur Querdruckkräfte auf die Verbundflächen einwirken. Diese auf die Verbundflächen einwirkenden Querdruckkräfte sind massgebend für die Aufnahme der Zug- und Druckkräfte, wobei eine Erhöhung der auf die Verbundflächen einwirkenden Querkräfte durch entsprechend vorspannbare Anker oder Spannstangen 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 Zeichnun­ gen 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 gesamten Oberfläche.

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Bauteiles 1, aus Ziegelmauerwerk oder Betonsteinen, das sich auf einem Boden 2 abstützt und eine Zwischendecke 3 trägt, wobei dei Boden 2 auch eine weitere Zwischendecke darstellen kann. Beispielsweise im Falle 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 1 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 Hochleistungsverbundfasern in Form von Lamellen 4 vorgesehen. Bei diesen Lamellen 4 handelt es sich um Hochleistungsverbundfasern angeordnet in einer Matrix, wobei die Hochleistungsverbundfasern in Längsrichtung der Lamellen 4 verlaufen. Zusätzlich zur adhäsiven Befestigung der Lamellen 4 auf dem Bauteil 1 sind die mit den vertikalen Bauteil­ begrenzungen zusammenfallenden Enden mechanisch befestigt und zwar derart, dass je eine Deckleiste 5 auf die Enden der Lamellen 4 einwirkt. Die Deckleisten 5 sind mittels Ankern 6, welche gegebenenfalls vorspannbar sind, am Bauteil 1 und im Boden 2 bzw weiterer Zwischendecke sowie in der Zwischendecke 3 befestigt.

Unter Ausnutzung der Erkenntnis, dass insbesondere die Ecken einer starken Beanspru­ chung unterliegen, zeigt Fig. 3 eine weitere Verstärkungsmöglichkeit des zwischen einem Boden 2 bzw weiterer Zwischendecke und einer Zwischendecke 3 angeordneten 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 Hoch­ leistungsverbundfasern einerseits wiederum mittels eines Klebemittels am Bauteil 1 befestigt sind, können diese zusätzlich noch mechanisch befestigt sein. Hierzu bieten sich wiederum an sich bekannte Anker 8 an, welche auf die Netze 7 eine ausreichende Querkraft ausüben. Wie die Fig. 3 zeigt, sind diese Anker 8 bevorzugt entlang den Bauteilbegrenzungen angeordnet.

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 zwischen Boden 2 bzw weiterer Zwischendecke und Zwischendecke 3 angeordneten Bauteiles 1, indem am Bauteil 1 ganzflächig Hochleistungsverbundfasern befestigt sind. Bei dieser ganzflächigen 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 Bauteilbegren­ zungen 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 bestehenden Bauteilen (1) aus Ziegelmauerwerk oder Mauerwerk aus Betonsteinen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer Seite des bestehenden Bauteiles (1) an der Oberfläche Hochleistungsverbundfasern befestigt werden, deren Längserstreckung im wesentlichen in Richtung (Z) von im Bauteil (1) auftretenden diagonal verlaufenden Zug- und Druckkräften verläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochleistungsver­ bundfasern 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 Hochleis­ tungsverbundfasern 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 gekennzeichnet, dass die Hochleistungsverbundfasern über wenigstens eine der gesamten Oberflächen am Bauteil (1) befestigt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Hochleistungsverbundfasern an der Oberfläche des Bauteiles (1) mittels eines Klebemittels erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung der Hochleistungsverbundfasern an ihren mit den Bauteilbegrenzungen zusammenfallenden Enden mechanisch erfolgt.

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

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

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Epoxydharzklebers als Klebemittel für die Befestigung der Hochleistungsverbundfasern an der Oberfläche der Bauteile (1).

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung mechanisch spannbarer Anker (6, 8) aus Metall oder Kunststoff als Mittel für eine mechanische Befestigung der Hochleistungsverbundfasern.