DE4215039A1 - Verbundbauteile aus holz und stahlbeton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundbauteil aus Holz und Stahlbeton.

Es besteht heute das Bedürfnis, den Werkstoff Holz vermehrt für Hallen und andere weit gespannte Tragwerke einzusetzen. Eine bekannte Bauweise besteht dabei in der Verwendung von Brettschichtträgern mit großen Querschnitten bei hohen Nutzlasten. Die auftretenden Kräfte werden stark konzentriert. Dies kann zu Anschlußproblemen führen, da die Anschlußkräfte bei Holz beschränkt sind. Andererseits sind auch Fachwerkkonstruktionen in Holz bekannt, welche indessen aufwendige Knotenelemente benötigen. Ferner stellt sich bei Holzkonstruktionen das Problem, daß die Bauelemente vor dem Errichten ausgelegt werden müssen, damit die Abmessungen der einzelnen Elemente und die Bohrungen für die gegenseitigen Verbindungen exakt aneinander angepaßt werden können. Diese Arbeiten sind aufwendig und verlangen hohe Genauigkeiten. Dennoch sind oft beim Errichten noch Anpassungen nötig.

Andererseits sind Stahlbetonkonstruktionen seit langem mit ihren Vor- und Nachteilen bekannt. Zu letzteren gehört, daß jeweils aufwendige Lehrgerüste errichtet werden müssen und daß die Konstruktionen hohe Eigengewichte haben.

Auf diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Verbundbauweise zu schaffen, bei welcher die jeweiligen Vorteile von Holz- und Stahlbetonbau sich ergänzen, so daß damit Bauwerke mit kleineren Eigengewichtsmomenten, ohne aufwendige Lehrgerüste und ohne hohe Anforderungen an die Maßgenauigkeit der Elemente erstellt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Patentansprüchen.

Die Verbindung zwischen den Holzbauteilen untereinander oder mit den Stahlbetonbauteilen wird mittels an sich bekannten Kopfpaßbolzen bewerkstelligt. Die mit Vorbohrungen für die Kopfpaßbolzen versehenen Holzbauteile können vorzugsweise nach Errichtung und Einsetzen der Bolzen durch Ausgießen der entsprechenden Querschnitte mit Beton kraftschüssig an einen Stahlbetonkörper angeschlossen werden. Dies hat unter anderem den Vorteil, daß Maßungenauigkeiten der Holzbauteile und der Vorbohrungen für die Kopfpaßbolzen durch den Beton aufgenommen werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils ein Holzdoppelquerschnitt mit mittigem Stahlbeton vorgesehen, womit der quellende und schwindende Holzanteil auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann. Ferner kann durch die Anzahl der mit Kopfpaßbolzen versehenen Querschnitte die Verbindung an die anzuschließenden Kräfte angepaßt werden. Als weiterer Vorteil ergeben sich bei Binderknoten nur in Faserlängsrichtung des Holzes wirkende Anschlußkräfte. Auf diese Weise können die Holzbauteile auch für relativ große Kräfte auf einfache Weise angeschlossen werden.

Diese Verbundbauweise kann für verschiedene Bauteile bzw. Bauwerke Anwendung finden. Nachfolgend sollen einige solche geeigneten Beispiele anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Verbundträger Holz-Stahlbeton im Querschnitt,

Fig. 2 eine Brücke über mehrere Stützen ohne Lehrgerüst in einem Feldquerschnitt,

Fig. 3 die Brücke nach Fig. 2 in einem Querschnitt bei einer Stütze,

Fig. 4 einen Fachwerkträger-Knoten mit entsprechenden Querschnitten,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Zuggewölbe eines Flächentragwerkes,

Fig. 6 einen Querschnitt durch das seitlich daran anschließende Druckgewölbe,

Fig. 7 einen der zwischen Zug- und Druckgewölbe angeordneten Binder,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 7,

Fig. 9 den Zugsparrenanschluß an eine der Betontragscheiben,

Fig. 10 den Drucksparrenanschluß an eine der Betontragscheiben,

Fig. 11 den Binderanschluß an eine der Betontragscheiben,

Fig. 12 einen Zugstoß der Zugsparren,

Fig. 13g, h, k Schnitte längs den Linien g, h, k in den Fig. 9 und 12,

Fig. 14 einen Druckstoß der Drucksparren,

Fig. 15b, c, d, e Schnitte längs den Linien b, c, d, e in Fig. 10,

Fig. 16b′, c′, d′, m Schnitte längs den Linien b′, c′, d′, m in Fig. 11, und

Fig. 17 eine vergrößerte Ansicht des giebelförmigen Aufbaus gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt einen als Verbundträger aus Holz und Stahlbeton ausgestalteten Plattenbalken im Querschnitt. Die Holzkonstruktion besteht im wesentlichen aus zwei Brettschichtträgern 31, zwischen denen Querträger 32 verlaufen. Auf den Querträgern 32 liegen Schalungsträger 33, die eine Holzschalung 34 tragen.

In den Brettschichtträgern sind Kopfpaßbolzen 11 verankert. Eine Fahrbahnplatte 30 aus Stahlbeton wird nun nach Erstellung dieser Holzkonstruktion auf der Holzschalung 34 betoniert. Die Verankerung mit den Brettschichtträgern findet über die Kopfpaßbolzen 11 statt. Ferner sind innen liegende Spannstähle 35 zur Aufnahme von Zugkräften vorgesehen, die nach dem Betonieren gespannt werden.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine entsprechende Verbundkonstruktion anhand einer Brücke über mehreren Stützen ohne Lehrgerüst. Fig. 2 stellt einen Feldquerschnitt dar und Fig. 3 einen Querschnitt bei einer Stütze. Wie in der Konstruktion nach Fig. 1 weist die Holzkonstruktion Brettschichtträger 31 auf, die hier je als Doppelquerschnitt ausgebildet sind.

Auch hier verlaufen zwischen den beiden Doppelquerschnitt-Brettschichtträgern 31 Querträger 32, die über Schalungsträger 33 die Schalung 34 tragen. Die als Stahlbetonbauteil darauf angeordnete Fahrbahnplatte weist zwei Längsrippen 36 auf. Im fertigen Zustand sind die Brettschichtträger 31 jedes Doppelquerschnittes mittels Kopfpaßbolzen 11 seitlich an jeweils einer Rippe 36 verankert. Im Bereich der Rippen sind Verbindungsbügel 38 in die Fahrbahnplatte 30 vorgesehen. Die Stützen 39 verlaufen ebenfalls zwischen den Brettschichtträgern 31 jeweils eines Doppelquerschnittes, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Brettschichtträger 31 sind mit Kopfpaßbolzen 11 bzw. Paßschrauben 11′ über ihre ganze Höhe an den Stützen verankert. Zur zusätzlichen Aufnahme von Zugkräften verlaufen auch hier Spannstähle 35 seitlich an den Brettschichtträgern 31.

Wie bereits erwähnt, kann zunächst die Holzkonstruktion errichtet werden, wonach die Fahrbahnplatte 30 gegossen wird, und die Spannstähle 35 gespannt werden. Eine besondere Präzision bei der Anordnung der verbindenden Kopfpaßbolzen 11 ist dabei nicht notwendig.

Fig. 4 zeigt eine Variante, bei welcher die Längsrippen als Holz-Fachwerkträger ausgebildet sind. Fig. 4 stellt einen Fachwerkträger-Knoten mit Anschluß von Pfosten 40, Streben 41 und Untergurt 42 sowie die darin eingezeichneten Schnitte a-a, b-b und c-c dar. Der Untergurt-Stoß 43 wird dabei mit Vorteil in den Knoten verlegt. Die Pfosten 40, Streben 41 und der Untergurt 42 sind als Doppelquerschnitte aus Holzbauteilen ausgebildet, wie insbesondere aus den Schnittansichten hervorgeht. Im Bereich des Knotens ist nun innerhalb dieser Doppelquerschnitte eine Stahlbetonscheibe 44 mit Armierungskörben 45 angeordnet. Die Verankerung der Holzdoppelquerschnitte an der Stahlbetonscheibe 44 erfolgt durch Kopfpaßbolzen 11 und Paßschrauben 11′. Seitlich am Untergurtdoppelquerschnitt sind im Bereich der Stoßstelle zwei Zuglaschen 46 angeordnet, welche aneinander stoßende Holzelemente des Untergurts 42 verbinden und über Paßschrauben in der Stahlbetonscheibe 44 verankert sind. Die Anzahl der Kopfpaßbolzen bzw. Paßschraubenquerschnitte ergeben sich gemäß den anzuschließenden Kräften. Im Knoten schneiden sich die Kräfte genau auf dem Schwerpunkt. Es treten in den Holzteilen nur Anschlußkräfte in Faserlängsrichtung auf. Die Holzquerschnitte können bei den Verbindungen schlank gewählt werden, womit sich der Einfluß des Quellens und Schwindens des Holzes herabsetzen läßt.

Das folgende Ausführungsbeispiel betrifft eine Halle mit einer Spannweite von z. B. 70 m, die als Reithalle oder ähnliches benutzt werden kann. Die Fig. 5 bis 8 stellen diese Halle etwa im Maßstab von 1 : 500 dar, während die Fig. 8 und 17 etwa im Maßstab 1 : 200 und die restlichen Figuren etwa im Maßstab 1 : 50 gezeichnet sind. Die Breite der Halle ist durch die Anzahl nebeneinander angeordneter Zug- und Druckgewölbe gegeben, von denen jedes zirka 15 Meter breit ist. Es sei aber betont, daß diese Masse nicht zwingend sind, und nach der gleichen Bauweise auch weiter gespannte Hallen errichtet werden können.

Das Gewölbeflächentragwerk besitzt ein seillinienförmiges Zuggewölbe 1, das an beiden Enden je über eine Betontragscheibe 2 an ein Auflager 3 angeschlossen ist. Das Auflager 3 kann in einen Tribünenaufbau integriert sein.

Seitlich daran anschließend ist ein Druckgewölbe 4 vorgesehen, das ebenfalls über die Betontragscheiben 2 an die Auflager angeschlossen ist.

Zwischen dem Zug- und dem Druckgewölbe ist jeweils ein Binder 5 vorgesehen. Der Binder ist auf der einen Seite an ein bewegliches und auf der anderen Seite an ein festes Auflager angeschlossen.

In Fig. 8 sind die über den Binder 5 verbundenen Zug- und Druckgewölbe im Schnitt ersichtlich. Wie aus dieser Figur ebenfalls ersichtlich ist, besitzt das Zuggewölbe in Gewölberichtung verlaufende, als Doppelquerschnitte ausgebildete Zugsparren 6 aus Holz oder aus Stahlbauhohlprofilen, welche die Zugkräfte aufnehmen. Sie liegen auf quer dazu verlaufenden Unterzügen 7, die sich zwischen den zwei benachbarten Bindern 5 erstrecken. Die Dachschalung der Zuggewölbe 1 kann aus lichtdurchlässigen Platten 8, z. B. transparenten Dachwellplatten, bestehen, die selbst keine Zugkräfte aufnehmen. Damit entstehen bei den Zuggewölben in Gewölberichtung verlaufende Oberlichter. Die Zugsparren 6 aus Holz der Zuggewölbe 1 können direkt an die Betontragscheiben angeschlossen werden, wie insbesondere aus den Fig. 9 und 14 ersichtlicht ist. Dazu werden zwischen den Doppelquerschnitten aus Holz zugarmierte Betonquerschnitte 9 vorgesehen, und seitlich an den Doppelquerschnitten der Zugsparren 6 sind Holz- oder Stahlzuglaschen 10 angeordnet, die mittels Paßbolzen- oder -schrauben 11 miteinander verbunden sind. Eine entsprechende Verbindung ist an den Zugstößen der Zugsparren 6 vorgesehen, wie sich aus Fig. 12 entnehmen läßt. Die zugarmierten Betonquerschnitte gehen in die Betontragscheibe 2 über. Damit lassen sich die Zugkräfte des Eigengewichts und der Nutzlast über relativ kleine Querschnitte direkt in die Auflager einleiten.

Die Druckgewölbe 4 besitzen einen ähnlichen Aufbau, wie sich aus den Fig. 8, 14 und 15 entnehmen läßt. Drucksparren 12 aus Holz verlaufen hier in Gewölbelängsrichtung und bilden mit einer Schalung 4 und Querbindern 13 eine knickfeste Struktur. Die Druckkräfte werden über die Drucksparren 12 direkt in die Betontragschalen eingeleitet, wie aus Fig. 10 und den Schnitten b, c, d und e der Fig. 15 ersichtlich ist. Seitlich jedes Drucksparrens 12 sind Holz- oder Stahllaschen 14 angeordnet und durch Paßbolzen oder Paßschrauben 11 verbunden. Dazwischen ist ein zugarmierter Betonquerschnitt 15 vorgesehen, der in die Betontragscheibe 2 übergeht. Fig. 14 zeigt einen Druckstoß zwischen den Drucksparren, der entsprechend zwei seitliche Laschen 14 aufweist, die über Paßbolzen verbunden sind, wobei der Druckstoß selbst durch einen Betonquerschnitt 15 gebildet ist.

Die Binder 5 schließlich sind in an sich herkömmlicher Weise aus Holzelementen aufgebaut, deren Anschluß an die Betontragscheiben sich aus der Fig. 11 und den entsprechenden Querschnitten b′, c′, d′, g und m gemäß der Fig. 13 und 16 ergibt.

Die Druckglieder 16 aus Holz sind hier ebenfalls als Doppelquerschnitte ausgebildet, zwischen denen im Anschlußbereich jeweils ein zugarmierter Betonquerschnitt 17 vorgesehen ist, wobei seitlich des Doppelquerschnitts Holz- oder Stahllaschen 18 angeordnet und durch Paßbolzen oder -schrauben 11 verbunden sind. In entsprechender Weise erfolgt der Anschluß der Zugglieder 19 des Binders 5. Beim Schnitt m (Fig. 16) sind die seitlichen Zuglaschen 21 mit Kopfpaßbolzen 20 in der Betontragscheibe 2 verankert.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, besitzt das Zuggewölbe im Mittelbereich ein geringes Gefälle zur Mitte hin. Dieses liegt unter dem vorgeschriebenen Minimalwert von 15%, der für ausreichende Selbstreinigung der transparenten Dachwellplatten und gleichzeitig für eine sichere Dachentwässerung nötig ist. Aus diesem Grund ist im Mittelbereich ein giebelförmiger Dachaufbau 22 vorgesehen, dessen Dach die vorgeschriebene Neigung besitzt und ebenfalls mit transparenten Dachwellplatten 8 eingedeckt sein kann. Wie aus Fig. 17 ersichtlich, ist der Dachaufbau 22 im Bereich eines Unterzugs 7 an die Zugsparren 6 angeschlossen, d. h. zwischen dem Doppelquerschnitt daran angeschraubt. Dabei sind im Anschlußbereich Regenrinnen und Ableitungen 23 für das Wasser sowohl des Zuggewölbes als auch des Dachaufbaus 22 vorgesehen.

Zur Errichtung des beschriebenen Gewölbeflächentragwerks werden die Binder verlegt und die Zug- und Druckgewölbe errichtet, bevor die Betontragscheiben betoniert bzw. die Betonquerschnitte der Anschlüsse und Stöße ausgegossen werden. Die entsprechenden Paßbolzen, -schrauben und Kopfpaßbolzen werden vor dem Ausgießen angebracht. Damit werden die Maßungenauigkeit der Holzelemente durch den Beton aufgenommen, was die Erstellung der Anschlüsse von Zug- und Druckgewölbe wesentlich vereinfacht. Nach Erstellung der Betontragscheiben werden die Binder abgesenkt, so daß die Zug- und Druckgewölbe ihr Eigengewicht übernehmen und in die Betontragscheiben 2 einleiten.

Die beschriebene Konstruktion beruht im wesentlichen auf Holzelemente mit einem Querschnitt von 8×50 cm, deren Zug- bzw. Druckkräfte jeweils individuell in die Betontragscheiben eingeleitet werden. Damit können große Kraftkonzentrationen vermieden werden. Die Zuggewölbe bilden lichtdurchlässige Streifen, welche noch durch Fensteröffnungen in den Bindern ergänzt werden können, so daß während des Tages keine künstliche Beleuchtung erforderlich ist.

Die erläuterten Ausführungsbeispiele machen die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Verbundbauweise deutlich. Entsprechende, weitere Anwendungen ergeben sich daraus für den Fachmann von selbst. Mit dieser Verbundbauweise können die Vorteile des Stahlbetonbaus mit den Vorteilen des Holzbaus vereinigt werden. Es lassen sich Bauten mit kleineren Eigengewichtsmomenten realisieren, wobei an die Maßgenauigkeit der Bauelemente keine allzu hohen Anforderungen gestellt werden müssen, und die ohne aufwendige Lehrgerüste errichtet werden können.

Bei kleineren Spannweiten sind Bolzen mit entsprechend kleinem Durchmesser, d. h. Nägel, in den beschriebenen Konstruktionen einsetzbar.

Claims (11)

1. Verbundbauteil aus Holz und Stahlbeton, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung von Holzbauteilen miteinander oder mit Stahlbetonbauteilen, Nägel, Kopfpaßbolzen bzw. Paßschrauben so angeordnet sind, daß sie die Querschnitte der Holzbauteile durchdringen und mindestens in einem Querschnitt aus Stahlbeton eingegossen sind.

2. Verbundbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzbauteile mindestens teilweise als Doppelquerschnitte ausgebildet sind, wobei die Verbindung der Holzbauteile an Stoßstellen oder Knoten mittels einem zwischen den Doppelquerschnitten angeordneten, gemeinsamen Stahlbetonquerschnitt ausgeführt ist, an welchen die Holzquerschnitte mittels Kopfpaßbolzen angeschlossen sind.

3. Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzbauteile an Stoßstellen oder Knoten mittels seitlichen Laschen verbunden sind, wobei zwischen den Laschen ein Stahlbetonquerschnitt ausgebildet ist und diese über Kopfpaßbolzen an die Holzbauteile und den Stahlbetonquerschnitt angeschlossen sind.

4. Als Verbundträger ausgebildeter Verbundbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine oben liegende Platte aus Stahlbeton ausgebildet ist, und daß an ihrer Unterseite mindestens ein Holzbrettschichtträger angeordnet ist, wobei der mindestens ein Holzbrettschichtträger mittels Kopfpaßbolzen an die Stahlbetonplatte oder gegebenenfalls an daran vorgesehene Stahlbeton-Längsrippen angeschlossen ist.

5. Als Verbundträger ausgebildeter Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer oben liegenden Platte aus Stahlbeton und Trägerrippen, die als Holzfachwerk mit Fachwerkpfosten, Fachwerkstreben sowie einem Untergurt ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Knotenpunkten von Pfosten, Streben und Untergurt jeweils eine Stahlbetonscheibe vorgesehen ist, an welche die Holzbauteile mittels Kopfpaßbolzen angeschlossen sind.

6. Verbundträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Untergurt-Stoß jeweils im Bereich der Stahlbetonscheibe befindet.

7. Als Gewölbeflächentragwerk ausgebildeter Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem seillinienförmigen, endseitig auf Auflagern abgestützen Zuggewölbe, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuggewölbe (1) als Holzbauteile in Gewölberichtung verlaufende Zugsparren (6) aufweist, wobei die Zugsparren an den Zugstößen mit Zuglaschen versehen sind, zwischen denen eine Stahlbetonscheibe (9) angeordnet ist, und wobei die Zugstöße bzw. Zugsparren mittels Kopfpaßbolzen an der Stahlbetonscheibe verankert sind.

8. Gewölbeflächentragwerk nach Anspruch 7 mit mindestens einem Druckgewölbe, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgewölbe als Holzbauteile in Gewölberichtung verlaufende Drucksparren (12) aufweist, welche an den Druckstößen mit Holz- oder Stahllaschen (14) versehen sind, mittels denen sie über Kopfpaßbolzen an eine dazwischen angeordnete Stahlbetonscheibe angeschlossen sind.

9. Gewölbeflächentragwerk nach Anspruch 8 wobei mindestens ein Zuggewölbe (1) und ein seitlich daran anschließendes Druckgewölbe (4) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgewölbe in Gewölberichtung verlaufende Drucksparren (12) aufweist, welche im Stützbereich stirnseitig an endseitigen Betontragscheiben (2) anliegen.

10. Gewölbeflächentragwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Mittelbereich des Zuggewölbes (1) ein giebelförmiger Aufbau (22) vorgesehen ist, derart, daß über die gesamte Länge des Zuggewölbes ein definiertes Mindestdachgefälle eingehalten ist.

11. Gewölbeflächentragwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuggewölbe (1) mindestens stellenweise mit einer lichtdurchlässigen Bedachung (8) versehen ist.