DE4215039C2 - Verbund aus Holz und Stahlbeton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundbauteil aus Holz und Stahlbeton zur Verbindung von Holzbauteilen miteinander.

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 Quer­ schnitten bei hohen Nutzlasten. Die auftretenden Kräfte werden stark konzentriert. Dies kann zu Anschlußproble­ men 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 Ele­ mente und die Bohrungen für die gegenseitigen Verbindun­ gen exakt aneinander angepaßt werden können. Diese Ar­ beiten 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 ge­ hört, daß jeweils aufwendige Lehrgerüste errichtet wer­ den müssen und daß die Konstruktionen hohe Eigengewichte haben.

Aus "Holz-Beton-Verbunddecke", Bautechnik 67 (1990), Heft 4 ist eine Holz-Beton-Verbunddecke, mit Holzträgern und darin eingelassenen Metalldübeln als Verbundmittel und einer auf einer verlorenen Schalung betonierten Stahlbetonplatte bekannt.

Zunächst handelt es sich hier um eine Verbindung von Holz mit Beton mittels Metalldübeln und nicht um eine Verbindung von Holzbauteilen untereinander. Darüber hinaus ersetzen die Holzleimträger mit den darin einge­ lassenen Metalldübeln keine Schalung, denn eine solche ist zwischen diesen vorgesehen. Zudem wirken die Kräfte, da eine Belastung generell senkrecht zur Betonplatte erfolgt, entlang der Längsachse der Metalldübel, was zu einem Herausreißen der Verbundmittel führen kann.

In "Bauart zur Sanierung schadhafter Holzbauteile", Institut für Bautechnik, Zulassungsbescheid, 15. März 1986 wird ein Verfahren zum Sanieren schadhafter Holz­ bauteile mittels Reaktionsharzbeton, Reaktionsmörtel und Stäben aus glasfaserverstärktem, ungesättigtem Poly­ esterharz offenbart.

Auch hier werden nicht Holzbauteile untereinander, sondern ein stumpfer Stoß zwischen einem Holz- und einem Betonbauteil beschrieben. Dieses Verfahren ist mit kom­ plett anderen Problemkreisen befaßt, als sie bei der Verbindung von verschiedenen Holzbauteilen miteinander auftreten. Während bei der Verbindung von Holzbauteilen untereinander ein wesentliches Problem darin liegt, die Bohrungen im Holz gegeneinander richtig zu plazieren, besteht beim Sanierungsverfahren das Problem darin, das schadhafte Holz so zu ersetzen, daß der sanierte Balken Kräfte so übertragen kann, wie ein Balken ohne Schäden. Dabei kommt es insbesondere auf ein gutes Haften zwi­ schen Holz und Reaktionsharzbeton bzw. -mörtel an. Eine Schalung ist bei den Sanierungsarbeiten zusätzlich not­ wendig. Diese kann nicht durch den schadhaften Balken ersetzt werden. Zudem wirken die Kräfte in einem sanier­ ten Holzbalken nahezu parallel zur Längsachse der Ver­ bindungsstäbe. Dies kann zum Herausreißen dieser führen.

Vor diesem Hintergrund stellt sich das Problem, eine Verbundbauweise zu schaffen, bei welcher die jewei­ ligen Vorteile von Holz- und Stahlbetonbau sich ergän­ zen, so daß damit Bauwerke mit kleineren Eigengewichts­ momenten, ohne aufwendige Lehrgerüste und ohne hohe An­ forderungen an die Maßgenauigkeit der Elemente erstellt werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Pa­ tentansprüchen.

Die Verbindung zwischen den Holzbauteilen unter­ einander oder mit den Stahlbetonbauteilen wird mittels an sich bekannter Kopfpaßbolzen bewerkstelligt. Die mit Vorbohrungen für die Kopfpaßbolzen versehenen Holzbauteile können vorzugsweise nach Errichtung und Einsetzen der Bolzen durch Ausgießen der entsprechen­ den Querschnitte mit Beton kraftschüssig an einen Stahlbetonkörper angeschlossen werden. Dies hat unter anderem den Vorteil, daß Maßungenauigkeiten der Holzbauteile und der Vorbohrungen für die Kopfpaß­ bolzen durch den Beton aufgenommen werden. Es ist jeweils ein Holzdop­ pelquerschnitt mit mittigem Stahlbeton vorgesehen, womit der quellende und schwindende Holzanteil auf weniger als die Hälfte reduziert werden kann. Als weiterer Vorteil erge­ ben sich bei Binderknoten nur in Faserlängsrichtung des Holzes wirkende Anschlußkräfte. Auf diese Weise kön­ nen die Holzbauteile auch für relativ große Kräfte auf einfache Weise angeschlossen werden.

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

Fig. 1 eine Brücke über mehrere Stützen ohne Lehr­ gerüst in einem Feldquerschnitt.

Fig. 2 die Brücke nach Fig. 1 in einem Querschnitt bei einer Stütze,

Fig. 3 einen Fachwerkträger-Knoten mit entspre­ chenden Querschnitten;

Fig. 4 einen Querschnitt durch das Zuggewölbe eines Flächentragwerkes,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das seitlich daran an­ schließende Druckgewölbe,

Fig. 6 einen der zwischen Zug und Druckgewölbe angeordneten Binder,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 6,

Fig. 8 den Zugsparrenanschluß an eine der Beton­ tragscheiben.

Fig. 9 den Drucksparrenanschluß an eine der Beton­ tragschieben.

Fig. 10 den Binderanschluß an eine der Betontrag­ scheiben,

Fig. 11 einen Zugstoß der Zugsparren,

Fig. 12g, h, k Schnitte längs den Linien g, h, k in den Fig. 8 und 11,

Fig. 13 einen Druckstoß der Drucksparren.

Fig. 14b, c, d, e Schnitte längs den Linien b, c, d, e in Fig. 9,

Fig. 15b', c', d', m Schnitte längs den Linien b', c', d', m in Fig. 10, und

Fig. 16 eine vergrößerte Ansicht des giebelförmigen Aufbaus gemäß. Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Verbundkonstruktion anhand einer Brücke über mehreren Stützen ohne Leergerüst. Fig. 1 stellt einen Feldquerschnitt dar und Fig. 2 einen Querschnitt bei einer Stütze. Die Holzkonstruktion weist Brettschichtträger 31 auf, die hier als Doppelquer­ schnitt ausgebildet sind. Zwischen den Brettschichtträ­ gern 31 verlaufen Querträger 32. Auf den Querträgern 32 liegen Schalungsträger 33, die eine Holzschalung 34 tra­ gen.

In den Brettschichtträgern 31 sind Kopfpaßbolzen 11 ver­ ankert. Eine Fahrbahnplatte 30 aus Stahlbeton wird nach Erstellung dieser Holzkonstruktion auf der Holzschalung 34 betoniert. Die Verankerung mit den Brettschichtträ­ gern findet über die Kopfpaßbolzen 11 statt. Ferner sind innenliegende Spannstähle 35 zur Aufnahme von Zugkräften vorgesehen, die nach dem Betonieren gespannt werden.

Die als Stahlbetonbauteil auf der Schalung 34 angeord­ nete 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 Verbindungs­ bügel 38 in der Fahrbahnplatte 30 vorgesehen. Die Stüt­ zen 39 verlaufen ebenfalls zwischen den Brettschichtträ­ gern 31 jeweils eines Doppelquerschnittes, wie aus Fig. 2 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 Spann­ stähle 35 seitlich an den Brettschichtträgern 31.

Wie bereits erwähnt, kann zunächst die Holzkon­ struktion errichtet werden, wonach die Fahrbahnplatte 30 gegossen wird, und die Spannstähle 35 gespannt wer­ den. Eine besondere Präzision bei der Anordnung der verbindenden Kopfpaßbolzen 11 ist dabei nicht notwen­ dig.

Fig. 3 zeigt eine Variante, bei welcher die Längsrip­ pen als Holz-Fachwerkträger ausgebildet sind. Fig. 3 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 Un­ tergurt-Stoß 43 wird dabei mit Vorteil in den Knoten verlegt. Die Pfosten 43, Streben 41 und der Untergurt 42 sind als Doppelquerschnitte aus Holzbauteilen ausgebil­ det wie insbesondere, aus den Schnittansichten hervor­ geht. Im Bereich des Knotens ist nun innerhalb dieser Doppelquerschnitte eine Stahlbetonscheibe 44 mit Ar­ mierungskörben 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 Stahlbeton­ scheibe 44 verankert und. Die Anzahl der Kopfpaßbol­ zen bzw. Paßschraubenquerschnitte ergeben sich ge­ mäß den anzuschließenden Kräften. Im Knoten schei­ den sich die Kräfte genau auf dem Schwerpunkt. Es treten in den Holzteilen nur Anschlußkräfte in Faser­ längsrichtung auf. Die Holzquerschnitte können bei den Verbindungen schlank gewählt werden, womit sich der Einfluß des Quellens und Schwindens des Holzes herab­ setzen 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. 4 bis 7 stellen diese Halle etwa im Maßstab von 1 : 500 dar, während die Fig. 7 und 16 etwa im Maßstab 1 : 200 und die restlichen Figuren etwa im Maßstab 1 : 50 gezeich­ net sind. Die Breite der Halle ist durch die Anzahl ne­ beneinander angeordneter Zug- und Druckgewölbe ge­ geben, 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 Hal­ len errichtet werden können.

Das Gewölbeflächentragwerk besitzt ein seillinien­ förmiges Zuggewölbe 1, das an beiden Enden je über eine Betontragscheibe 2 an ein Auflager 3 angeschlos­ sen 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 je­ weils 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. 7 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 Stahlbau­ hohlprofilen, welche die Zugkräfte aufnehmen. Sie lie­ gen auf quer dazu verlaufenden Unterzügen 7, die sich zwischen den zwei benachbarten Bindern 5 erstrecken. Die Dachschaltung der Zuggewölbe 1 kann aus licht­ durchlässigen Platten 3, z. B. transparenten Dachwell­ platten, bestehen, die selbst keine Zugkräfte aufnehmen. Damit entstehen bei den Zuggewölben in Gewölberich­ tung verlaufende Oberlichter. Die Zugsparren 6 aus Holz der Zuggewölbe 1 können direkt an die Betontrag­ scheibe angeschlossen werden, wie insbesondere aus den Fig. 8 und 13 ersichtlich ist. Dazu werden zwischen den Doppelquerschnitten aus Holz zugarmierte Beton­ querschnitte 9 vorgesehen, und seitlich den Doppel­ querschnitten der Zugsparren 6 sind Holz- oder Stahl­ zuglaschen 10 angeordnet, die mittels Paßbolzen- oder schrauben 11 miteinander verbunden sind. Eine ent­ sprechende Verbindung ist an den Zugstößen der Zugs­ parren 6 vorgesehen, wie sich aus Fig. 11 entnehmen, läßt. Die zugarmierten Betonquerschnitte gehen in die Betontragscheibe 2 über. Damit lassen sich die Zugkräf­ te des Eigengewichts und der Nutzlast über relativ klei­ ne Querschnitte direkt in die Auflager einleiten.

Die Druckgewölbe 4 besitzen einen ähnlichen Auf­ bau, wie sich aus den Fig. 7, 13 und 14 entnehmen läßt. Drucksparren 12 aus Holz verlaufen hier in Gewölbe­ längsrichtung und bilden mit einer Schalung 4 und Querbindern 13 eine knickfeste Struktur. Die Druck­ kräfte werden über die Drucksparren 12 direkt in die Betontragschalen eingeleitet, wie aus Fig. 9 und den Schnitten b, c, d und e der Fig. 14 ersichtlich ist. Seitlich jedes Drucksparrens 12 sind Holz- oder Stahllaschen 14 angeordnet und durch Paßbolzen oder Paßschrauben 11 verbunden. Dazwischen ist ein zugarmierter Betonquer­ schnitt 15 vorgesehen, der in die Betontragscheibe 2 übergeht. Fig. 13 zeigt einen Druckstoß zwischen den Drucksparren, der entsprechend zwei seitliche Laschen 14 aufweist, die über Paßbolzen verbunden sind, wobei der Druckstop 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. 10 und den entsprechenden Querschnitten b', c', d', g und m gemäß der Fig. 12 und 15 ergibt.

Die Druckglieder 16 aus Holz sind hier ebenfalls als Doppelquerschnitte ausgebildet, zwischen denen im An­ schlußbereich jeweils ein zugarmierter Betonquer­ schnitt 17 vorgesehen ist, wobei seitlich des Doppel­ querschnitts Holz- oder Stahllaschen 18 angeordnet und durch Paßbolzen oder -schrauben 11 verbunden sind. In entsprechender Weise erfolgt der Anschluß der Zug­ glieder 19 des Binders 3. Beim Schnitt m (Fig. 15) sind die seitlichen Zuglaschen 21 mit Kopfpaßbolzen 20 in der Betontragscheibe 2 verankert.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, besitzt das Zuggewölbe ins Mittelbereich ein geringes Gefälle zur Mitte hin. Die­ ses liegt unter dem vorgeschriebenen Minimalwert von 15%, der für ausreichende Selbstreinigung der transpa­ renten Dachwellplatten und gleichseitig für eine sichere Dachentwässerung nötig ist. Aus diesem Grund ist im Mittelbereich ein giebelförmiger Dachaufbau 22 vorge­ sehen, dessen Dach die vorgeschriebene Neigung be­ sitzt und ebenfalls mit transparenten Dachwellplatten 8 eingedeckt sein kann. Wie aus Fig. 16 ersichtlich, ist der Dachaufbau 22 im Bereich eines Unterzugs 7 an die Zugsparren 6 angeschlossen, d. h. zwischen dem Dop­ pelquerschnitt daran angeschraubt. Dabei sind, im An­ schlußbereich Regenrinnen und Ableitungen 23 für das Wasser sowohl des Zuggewölbes als auch des Dachauf­ baus 22 vorgesehen.

Zur Errichtung des beschriebenen Gewölbeflächen­ tragwerks 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 Maßun­ genauigkeit der Holzelemente durch den Beton aufge­ nommen, was die Erstellung der Anschlüsse von Zug- und Druckgewölbe wesentlich vereinfacht. Nach Erstel­ lung der Betontragscheiben werden die Binder abge­ senkt, so daß die Zug- und Druckgewölbe ihr Eigenge­ wicht übernehmen und in die Betontragscheiben 2 ein­ leiten.

Die beschriebene Konstruktion beruht im wesentli­ chen auf Holzelementen mit einem Querschnitt von 8 × 50 cm, deren Zug- bzw. Druckkräfte jeweils indivi­ duell in die Betontragscheiben eingeleitet werden. Da­ mit können große Kraftkonzentrationen vermieden werden. Die Zuggewölbe bilden lichtdurchlässige Strei­ fen, welche noch durch Fensteröffnungen in den Bin­ dern ergänzt werden können, so daß während des Tages keine künstliche Beleuchtung erforderlich ist.

Die erläuterten Ausführungsbeispiele machen die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemä­ ßen 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 ho­ hen Anforderungen gestellt werden müssen, und die oh­ ne aufwendige Lehrgerüste errichtet werden können.

Bei kleineren Spannweiten sind Bolzen mit entspre­ chend kleinem Durchmesser, d. h. Nägel, in den be­ schriebenen Konstruktionen einsetzbar.

Claims (4)

1. Verbund von Holzbauteilen in Fachwerkträgern, wobei die Holzbauteile als Doppel­ querschnitte ausgeführt sind und zwischen jedem der Dop­ pelquerschnitte ein gemeinsamer Stahlbetonquer­ schnitte (9; 36; 44) angeordnet ist, an welchem die Doppelquerschnitte mittels Kopfpaßbolzen (11) bzw. -paßschrauben (11') angeschlossen sind, welche die Doppelquerschnitte der Holzbauteile durchdringen und im Stahlbetonquerschnitt (9; 36; 44) eingegossen sind.

2. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Holz­ bauteile an Stoßstellen oder Knoten mittels seitli­ chen Laschen verbunden sind, wobei zwischen den Laschen ein Stahlbetonquerschnitt ausgebildet ist und diese über Kopfpaßbolzen an die Holzbauteile und den Stahlbetonquerschnitt angeschlossen sind.

3. Verwendung eines Verbundes nach Anspruch 1 oder 2 für ein Gewölbeflächentragwerk mit mindestens einem seillinienförmigen, endseitig auf Auflagern abgestützten Zuggewölbe und/oder mit mindestens einem Druckge­ wölbe, wobei das Auflager eine Stahlbetonscheibe (9) aufweist, die endseitig zwischen die Doppelquerschnitte der Holzteile eingegossen ist und wobei die Doppelquer­ schnitte mittels Kopfpaßbolzen (11) an der Stahlbetonscheibe (9) verankert sind, welche die Holzbauteile durchdringen und in die Holzbetonscheibe (9) eingegossen sind.

4. Verbund von Holzbauteilen mit einer obenliegenden Stahlbetonplatte (30), die an ihrer Unterseite Stahlbeton-Längsrippen (36) aufweist, und mit Stützen (39), wobei die Holzbauteile als Doppelquerschnitte ausgeführt sind und mittels Kopfpaßbolzen (11) seitlich an jeweils einer Stahlbetonlängsrippe (36) verankert sind, und wobei die Stützen (39) zwischen jedem Doppel­ querschnitt verlaufen und die Doppelquerschnitte mit Kopfbolzen (11) bzw. Paßschrauben (11') an den Stützen verankert sind.