DE4227056A1

DE4227056A1 - Composite steel and concrete beam - uses flanged holes in steel beam members to give good keying between steel and concrete

Info

Publication number: DE4227056A1
Application number: DE19924227056
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Bartel; Karl-Heinz Dipl Ing Bader
Original assignee: BADER KARL HEINZ
Current assignee: BADER KARL HEINZ
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-02-17

Abstract

The structural beam used in a building is of composite construction. It consists of poured concrete (4) to take compressive forces, and a steel reinforcement beam (1) underneath the concrete to take the tensile forces. The steel beam has a straight web (11) made of two sheets of metal and Y-shaped flanges (2/7) formed by bending the edges of the web sheets outwards. The bottom web is closed off with a flat plate (12). The top web is closed off with a similar web with flanged (5) holes (3) allowing the top web to fill up with concrete. USE/ADVANTAGE - Composite steel and concrete beam is designed to give good keying between steel and concrete.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundkonstruktion aus einem Stahl träger und einer Betonplatte, vorwiegend Verbunddecken.The invention relates to a composite structure made of a steel beams and a concrete slab, mainly composite ceilings.

Characteristic of the known technical solutions

Durch die Herstellung eines Verbundes zwischen den einzelnen Bau teilen können bei gleichem Baustoffverbrauch die Tragfähigkeit vergrößert bzw. die Bauhöhe verkleinert sowie die Vorteile aus der räumlichen Tragwirkung des Bauwerkes genutzt werden. Bei gleichen Lastannahmen können Baumaterial eingespart sowie die Transport- und Montagemasse reduziert werden, oder es können grö ßere, vorgefertigte Bauteile zum Einsatz kommen.By creating a bond between each building can share the load capacity with the same consumption of building materials enlarged or reduced the overall height as well as the advantages the spatial load-bearing capacity of the building can be used. At The same load assumptions can save building materials as well Transport and assembly dimensions can be reduced, or larger Outer, prefabricated components are used.

Bekannt sind Verbundkonstruktionen mit Trägern aus Stahl oder Stahlbeton bzw. Spannbeton und einer Betonplatte, deren mitwir kender Querschnitt mit den Trägern den Verbundquerschnitt bildet. Träger und Betonplatte müssen hierzu entsprechend verdübelt wer den. Diese Verdübelung geschieht bei einer Ortbetonplatte zum Beispiel mit Kopfbolzendübeln, Schlaufendübeln, Blockdübeln. Bei Verwendung von Fertigteilen sind diese mit Dübeleinbauteilen ver sehen, die durch Schweißen mit den Trägern verbunden werden.Composite structures with beams made of steel or are known Reinforced concrete or prestressed concrete and a concrete slab, the mitwir cross-section with the beams forms the composite cross-section. Beam and concrete slab must be dowelled accordingly the. This dowelling is done with an in-situ concrete slab Example with headed dowels, loop dowels, block dowels. At When using prefabricated parts, they are ver with dowel components see that are welded to the beams.

Bekannt ist auch eine Verdübelungsart mit einer stehenden/liegen den Lochleiste auf dem Obergurt der Stahlträger. Sie ist mit Längskehlnähten aufgeschweißt. Beim Betonieren füllt der Beton die relativ großen und dicht nebeneinanderliegenden Löcher aus und bildet somit die Verdübelung. Trotz dieser Verbesserung ge genüber einzeln aufgeschweißten Dübeln stellt die Lochleiste ein zusätzliches Bauteil mit großem Herstellungsaufwand dar. Als ste hend angeordneter Flachstahl ist sie außerdem für relativ dünne Betonplatten ein bis in die hochbeanspruchte Zugzone und den schlechten Haftbereich reichendes und damit für den Stahlbetonbau wesensfremdes Bauelement. Ein ähnliches Verbundmittel ist der so genannte Sattelträger, ein gelochtes [-Profil, ebenso auf den Obergurt des Stahlträgers geschweißt und damit ein zusätzliches aufwendiges Bauteil.A type of dowelling with a standing / lying is also known the perforated strip on the upper flange of the steel girder. She is with Longitudinal fillet welds welded on. When concreting, the concrete fills the relatively large and closely spaced holes and thus forms the dowel. Despite this improvement ge the perforated strip adjusts to individually welded dowels additional component with great manufacturing effort. As ste The flat steel arranged is also for relatively thin Concrete slabs down to the highly stressed tensile zone and poor adhesive area and therefore for reinforced concrete construction alien component. A similar compound is so called saddle carrier, a perforated [profile, also on the The upper flange of the steel beam is welded and thus an additional one complex component.

Weitere bekannte Vorschläge sind Stahlträger, deren Stege Block dübel, Buckel oder durch Stanzung und Verformung gebildete schub übertragende Scherflächen haben oder deren Obergurt gewellt ist. Mit Ausnahme der Blockdübel wirken diese Verbundmittel wie schrä ge Auflaufflächen und erzeugen in erster Linie große Abtriebs kräfte. Der einbetonierte Stahlträger stellt im Beton einen durchgehenden Spalt dar. Ist der Träger in der Voute angeordnet, kann die erforderliche Spaltzugbewehrung nicht angeordnet werden. Dies geht nur, wenn im Steg zusätzliche Löcher angeordnet werden, durch die die Spaltzugbewehrung gesteckt wird, oder sie wird am Steg angeschweißt.Other known proposals are steel girders, whose webs block dowels, humps or thrust formed by punching and deformation have transmitting shear surfaces or the top chord is wavy. With the exception of block anchors, these composite materials look like weird contact surfaces and primarily generate large downforce powers. The steel beam set in concrete places one in the concrete continuous gap. If the carrier is arranged in the haunch, the required split tensile reinforcement cannot be arranged. This is only possible if additional holes are arranged in the web, through which the split reinforcement is inserted, or it is on Bridge welded on.

Aim of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung von Verbundkon struktionen zu vereinfachen und den Herstellungsaufwand zu sen ken, damit diese bewährte und ökonomische Bauweise in noch größe rem Umfang angewandt wird.The aim of the invention is to manufacture composite cones simplify structures and reduce manufacturing costs ken, so that this proven and economical construction is even bigger rem is applied.

State the nature of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stahlträger so aus zubilden, daß für die Verdübelung mit dem Beton keine besonderen Verdübelungselemente erforderlich sind. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Obergurt und/oder der Steg des Stahlträgers mit Löchern versehen ist, die der Beton ausfüllt und nach seinem Erhärten die Verdübelung darstellt.The object of the invention is to make the steel beam to form that no special for the dowelling with the concrete Anchoring elements are required. According to the Task solved in that the top flange and / or the web of Steel girder is provided with holes that the concrete fills and after it has hardened represents the pegging.

Weitere Erfindungsmerkmale sind, daß der Stahlträger mit beliebi gem Querschnitt aus profilierten Blechen und/oder kaltgewalzten Profilen und/oder Flachstählen, in die die Löcher eingearbeitet sind, hergestellt ist, daß der Obergurt als Hohlquerschnitt aus gebildet ist, daß der Träger ohne Obergurt ausgeführt ist, daß der Stahlträger mit Kammerbeton ausgeführt ist, daß die Löcher mit abgebogenen Lochrändern ausgeführt sind. Bei Verwendung von Fertigteilen erfolgt die Verdübelung in den im gleichen Raster wie die Löcher angeordneten Aussparungen in den Betonfertigtei len. Schließlich kann in die Löcher eine Zusatzbewehrung einge legt werden.Further features of the invention are that the steel beam with arbitrary according to the cross-section of profiled sheets and / or cold-rolled Profiles and / or flat steels into which the holes are made are, is made that the upper chord as a hollow cross section is formed that the carrier is designed without a top chord that the steel girder is made of reinforced concrete that the holes are designed with bent perforated edges. When using Finished parts are anchored in the same grid like the holes in the precast concrete len. Finally, additional reinforcement can be inserted into the holes be placed.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung eignet sich vorwiegend für Blechdicken, die kaltgeformt bzw. gestanzt werden können. Bei ihrer Anwendung entfällt die Herstellung und das Aufschweißen der Verbundmittel. Sie sind im Stahlträger integriert. Die Verdü belungskräfte werden direkt in den Stahlträger eingeleitet. Kalt geformte und gelochte Profilbleche werden seit langem produziert und bereiten technologisch keine Probleme. Das gleiche gilt für die Schweißtechnologie. Die Lochverdübelung ist mit den stehen den/liegenden Lochleisten bzw. gelochten Sattelträgern erprobt. Die maximale Korngröße des Betons ist mit der Lochgröße abzustim men. Ein Stahlträger ohne bzw. mit sehr kleinem Obergurt kann durch Anschweißen an die Plattenbewehrung während des Bauprozes ses stabilisiert werden. The solution according to the invention is predominantly suitable for sheet thicknesses that can be cold formed or punched. When they are used, they are not manufactured or welded on the compound funds. They are integrated in the steel girder. The Verdü Load forces are introduced directly into the steel girder. Cold shaped and perforated profile sheets have been produced for a long time and cause no problems technologically. The same applies welding technology. The hole anchoring is with the stand tested the / lying perforated strips or perforated saddle rails. The maximum grain size of the concrete is coordinated with the hole size men. A steel beam without or with a very small top chord can by welding to the plate reinforcement during the construction process be stabilized.

Diese Vorteile gestatten eine Fertigung in größeren Stückzahlen, nicht nur auf Bestellung, sondern auch zum Abruf vom Lager. Es ist möglich, diese Stahlverbunddecken zu katalogisieren:
Aus der Aufgabenstellung: Stützweite, Verkehrslast, Bauhöhe der Decke
folgt aus dem Katalog: der Stahlträger (Höhe, Querschnitt, Stahlsorte), Trägerabstand; Platten dicke, Festigkeitsklasse des Betons, Bewehrung, Betonstahlsorte.These advantages allow production in large quantities, not only on order, but also for retrieval from the warehouse. It is possible to catalog these composite steel ceilings:
From the task: span, traffic load, height of the ceiling
follows from the catalog: the steel girder (height, cross section, steel grade), girder spacing; Slab thickness, strength class of the concrete, reinforcement, reinforcing steel grade.

Dadurch können von jedem Baubetrieb Verbunddecken ohne Einschal tung eines Stahlbaubetriebes errichtet werden. Die statische Be rechnung wird durch den geprüften Katalog ersetzt.As a result, composite ceilings without formwork can be used by any construction company a steel construction company. The static loading invoice will be replaced by the checked catalog.

Embodiment

Die Erfindung soll an einigen Ausführungsbeispielen näher erläu tert werden. In den Zeichnungen ist die Rundstahlbewehrung der Stahlbetonquerschnitte nicht dargestellt. Die Stahlträger sind aus profilierten Blechen, kaltgewalzten Profilen und Flachstählen durch Punkt- oder Rollnahtschweißung hergestellt.The invention is to be explained in more detail in some exemplary embodiments be tert. In the drawings, the round steel reinforcement is the Reinforced concrete cross sections not shown. The steel beams are from profiled sheets, cold-rolled profiles and flat steels produced by spot or roller seam welding.

Die Verdübelung erfolgt als Lochverdübelung. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe dowelling is done as a hole dowel. In the associated Shows drawings

Fig. 1: einen Verbundquerschnitt mit einem Doppel-Y- Stahlträger; Fig. 1 shows a composite cross-section with a double-Y steel beam;

Fig. 2: die Draufsicht auf den Stahlträger nach Fig. 1; Fig. 2 is a plan view of the steel beam of Figure 1;.

Fig. 3-Fig. 6: Verbundquerschnitte mit verschieden ausgeführ ten Stahlträgern; Fig. 3- Fig. 6: composite cross-sections with differently executed steel beams;

Fig. 7-Fig. 8: Verbundquerschnitte mit Stahlträgern als Hohl profil; Fig. 7- Fig. 8: composite cross sections with steel beams as a hollow profile;

Fig. 9: Verbundquerschnitt mit Stahlträger; Fig. 9: composite cross section with steel girder;

Fig. 10: Verbundquerschnitt mit Betonfertigteil. Fig. 10: Composite cross section with precast concrete.

Fig. 1 zeigt einen Stahlträger 1, dessen Ober- und Untergurt 2 als Hohlquerschnitt 7 ausgebildet ist. Der Trägersteg 11 besteht aus zwei profilierten Blechen, die mittels Punkt- oder Rollnaht schweißung 8 untereinander und mit der Ober- und Untergurtlamelle 12 verbunden sind. In der Obergurtlamelle 12 befinden sich Löcher 3 mit abgebogenem Rand 5 und Sicken 10 mit Luftloch 9. Die Verdü belung erfolgt direkt in den Löchern 3 der Obergurtlamelle 12. Die Abbiegungen 5 vergrößern die Lochleibungsfläche für die Ort betondübel. Es sind also keine besonderen Verdübelungsteile er forderlich. Die im Hohlquerschnitt 7 des Obergurtes 2 enthaltene Luft kann an den Luftlöchern 9 in den Sicken 10 entweichen. Fig. 1 shows a steel beam 1 , the upper and lower chord 2 is designed as a hollow cross section 7 . The carrier web 11 consists of two profiled sheets, which are welded to one another by means of spot or roll seam 8 and connected to the upper and lower flange 12 . There are holes 3 with a bent edge 5 and beads 10 with an air hole 9 in the upper chord lamella 12 . The dowelling takes place directly in the holes 3 of the upper chord lamella 12 . The bends 5 enlarge the reveal area for the concrete anchors on site. So there are no special dowel parts required. The air contained in the hollow cross section 7 of the upper chord 2 can escape at the air holes 9 in the beads 10 .

In Fig. 2 ist die Obergurtlamelle 12 des Stahlträgers 1 nach Fig. 1 dargestellt. Die Luftlöcher 9 sind an den höchsten Punkten des Obergurtes 2 angebracht, damit die enthaltene Luft gut ent weichen kann. In Fig. 2, the top flange 12 of the steel beam 1 is shown in FIG. 1. The air holes 9 are attached to the highest points of the upper chord 2 so that the air contained can easily escape.

Fig. 3: Für diesen Stahlträger 1 sind zwei [-Profile an ihren Stegen 11 zu einem I-Profil verbunden. In jeweils einem Flansch der [-Profile sind Löcher 3 mit Abbiegungen 5 für die Verdübelung vorhanden. Fig. 3: For this steel beam 1 , two [profiles are connected at their webs 11 to form an I-profile. Holes 3 with bends 5 are provided in each flange of the [profiles.

Fig. 4: Im größeren Flansch (Obergurt 2) eines unsymmetrischen [-Profils und in dessen Steg 11 sind Löcher 3 mit abgebogenen Lochrändern 5 eingearbeitet. Mit der gestrichelten Ausführung ist der Obergurt 2 symmetrisch. Der Untergurt 2 besteht aus einer Un tergurtlamelle 12. Fig. 4: In the larger flange (top flange 2 ) of an asymmetrical [-profile and in its web 11 holes 3 with bent hole edges 5 are incorporated. With the dashed version, the top chord 2 is symmetrical. The lower flange 2 consists of a belt flange 12 .

Fig. 5: ein [-Profil mit sehr kurzen Flanschen ist mit einer Un tergurt- und Obergurtlamelle 2 verbunden. Die Obergurtlamelle 2 ist für eine Lochverdübelung wie in Fig. 1 bis Fig. 4 ausgebil det. Fig. 5: a [profile with very short flanges is connected to a lower belt and upper belt lamella 2 . The Obergurtlamelle 2 det ausgebil for Lochverdübelung as shown in Fig. 1 to Fig. 4.

Fig. 6: In den Steg 11 eines └- oder [-Profils sind die Löcher 3 mit abgebogenen Rändern 5 eingearbeitet. Dieser Träger 1 besitzt praktisch keinen Obergurt 2. Die in dieser Figur und auch in Fi gur 9 dargestellten Stahlträger 1 ohne Obergurt 2 sind für die Montagelast (Ortbetonlast) nur tragfähig, wenn ihr Steg 11 seit lich gehalten wird, zum Beispiel durch Verschweißen mit der Plat tenbewehrung. Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen sol chen Stahlträger 1 in Kammerbeton 18, wie er in bekannter Weise zur Erhöhung des Feuerwiderstandes angewandt wird, einzubetten. Fig. 6: In the web 11 of a └ or [profile, the holes 3 are machined with bent edges 5 . This carrier 1 has practically no top chord 2 . The steel girder 1 without top flange 2 shown in this figure and also in FIG. 9 are only load-bearing for the assembly load (in-situ concrete load) if their web 11 is held laterally, for example by welding to the plate reinforcement. Another possibility is to embed such a steel beam 1 in chamber concrete 18 , as is used in a known manner to increase fire resistance.

Fig. 7: Der Stahlträger 1 ist ein Hohlquerschnitt 7. Er besitzt zwei Stege 11. Der Obergurt 2 ist wie in Fig. 1 und Fig. 2 ausge führt und der Untergurt 2 als Sonderprofil 13, wie es zum An schrauben von Aufhängungen für Installationen oder einer Unter decke verwendet wird. Fig. 7: The steel beam 1 is a hollow cross-section 7. It has two webs 11 . The upper chord 2 is as in Fig. 1 and Fig. 2 leads out and the lower chord 2 as a special profile 13 , as it is used to screw on suspensions for installations or a sub-ceiling.

Durch das vollständige Ausfüllen mit Ortbeton 4 des Hohlquer schnittes 7 verbessert sich das Beulverhalten der Stege 11. By completely filling with in-situ concrete 4 of the hollow cross-section 7 , the buckling behavior of the webs 11 improves.

Fig. 8: Der Obergurt 2 dieses Stahlträgers 1 ist so breit ausge führt, daß zwei Reihen Löcher 3 für die Verdübelung angeordnet werden können. Er hat analog wie in Fig. 1 und Fig. 2 Luftlö cher 9 und eine Längs-Sicke 10. Die zwei mit Sicken 10 versehe nen abgeknickten Stege 11 sind am Knick durch ein kaltgewalztes [-Profil 14 verbunden. Damit wird auch der mit Ortbeton 4 ausge füllte Obergurt 2 vom übrigen Hohlquerschnitt 7 des Stahlträ gers 1 abgetrennt. Der Untergurt 2 ist ein warmgewalztes [-Pro fil 14 mit Schott 15 und Bohrung zum Anhängen von Lasten (Instal lationen, Unterdecke). Fig. 8: The upper flange 2 of this steel beam 1 is so wide that two rows of holes 3 can be arranged for dowelling. It has similar as in Fig. 1 and Fig. 2 Luftlö cher 9 and a longitudinal bead 10th The two with beads 10 provided NEN bent webs 11 are connected at the kink by a cold-rolled [profile 14 . Thus, the top chord 2 filled with in-situ concrete 4 is separated from the remaining hollow cross-section 7 of the steel beam 1 . The lower flange 2 is a hot-rolled [-Pro fil 14 with bulkhead 15 and hole for attaching loads (installations, suspended ceiling).

In Fig. 9 wird ein Stahlträger 1 vorgestellt, dessen Gesamtquer schnitt aus einem Blechband geformt ist. Sein Obergurt 2 ragt so weit in die Decke, daß er Auflager für die untere Deckenbewehrung ist und auch mit dieser verschweißt werden kann. Die Verdübelung erfolgt innerhalb der Aufstelzung in den Löchern 3 mit Abbie gung 5 im Steg 11. Die Löcher 3 mit Abbiegung 5 beteiligen sich auch an der Einleitung der Deckenauflagerkräfte in den Steg 11 des Stahlträgers 1. In die Löcher 5 kann Zusatzbewehrung einge legt werden. In den Kammerbeton 18 können an der Fuge 20 übliche Verbundmittel zur Verdübelung mit dem Ortbeton 4 eingelegt wer den.In Fig. 9, a steel beam 1 is presented, the total cross section is formed from a sheet metal strip. Its top chord 2 protrudes so far into the ceiling that it is a support for the lower ceiling reinforcement and can also be welded to it. The dowelling takes place within the stilting in the holes 3 with bending 5 in the web 11 . The holes 3 with bend 5 also participate in the introduction of the ceiling support forces into the web 11 of the steel girder 1 . In the holes 5 additional reinforcement can be inserted. In the chamber concrete 18 can be inserted at the joint 20 usual compound for dowelling with the in-situ concrete 4 who the.

In Fig. 10 ist der Obergurt 2 eines Stahlträgers 1 ähnlich der Fig. 1 mit einem Betonfertigteil 17 dargestellt. Im Betonfertig teil 17 sind Aussparungen 16 im gleichen Raster wie die Löcher 3 angeordnet. Durch den Ortbeton 4 erfolgt die Verdübelung. Es ist eine Zusatzbewehrung 19 eingelegt. Wird der Hohlquerschnitt 7 vor der Montage des Betonfertigteiles 17 ausbetoniert (Kammerbeton 18), ist die Zusatzbewehrung 19 erforderlich. Diese Art der Verdübe lung mit Aussparungen 16 in Betonfertigteilen 17 ist weitgehend unempfindlich für Maßabweichungen. In dieser Figur sind die Ab biegungen 5 nach oben gerichtet. Das ist für das Entweichen der Luft aus dem Hohlprofil 7 günstig.In Fig. 10 the upper flange 2 of a steel beam 1 is shown similar to FIG. 1 with a precast concrete part 17 . In the precast concrete part 17 recesses 16 are arranged in the same grid as the holes 3 . The in-situ concrete 4 is used for dowelling. Additional reinforcement 19 is inserted. If the hollow cross section 7 is concreted before the assembly of the precast concrete element 17 (chamber concrete 18 ), the additional reinforcement 19 is required. This type of anchoring with recesses 16 in precast concrete parts 17 is largely insensitive to dimensional deviations. In this figure, the bends 5 are directed upwards. This is favorable for the escape of air from the hollow profile 7 .

Aufstellung der Bezugszeichen für VerbundkonstruktionList of reference numbers for composite construction

1 Stahlträger
2 Obergurt/Untergurt
3 Loch
4 Beton/Ortbeton
5 abgebogener Lochrand
6 Langloch
7 Hohlquerschnitt
8 Widerstandspunkt- bzw. Rollnahtschweißung oder MAG-Punkt schweißung
9 Luftloch
10 Sicke
11 Steg
12 Obergurtlamelle/Untergurtlamelle
13 Sonderprofil
14 [-Profil
15 Schott
16 Aussparung
17 Betonfertigteil
18 Kammerbeton
19 Zusatzbewehrung/Dübel
20 Fuge 1 steel beam
2 top flange / bottom flange
3 holes
4 concrete / in-situ concrete
5 bent edge of the hole
6 slot
7 hollow cross-section
8 Resistance point or roller seam welding or MAG spot welding
9 air hole
10 beads
11 bridge
12 Upper chord / lower chord
13 special profile
14 [profile
15 bulkhead
16 recess
17 precast concrete
18 chamber concrete
19 Additional reinforcement / dowels
20 fugue

Claims

1. Composite construction of a steel beam and a Betonplat te, characterized in that the top flange ( 2 ) and / or the web ( 11 ) of the steel beam ( 1 ) is provided with holes ( 3 ) which the concrete ( 4 ) fills and after its hardening represents the dowel.

2. Composite construction according to point 1, characterized in that the steel beam ( 1 ) consists of profiled sheets and / or cold-rolled profiles and / or flat steels, in which the holes ( 3 ) are incorporated.

3. Composite construction according to items 1 and 2, characterized in that the upper flange ( 2 ) is designed as a hollow cross section ( 7 ).

4. Composite construction according to items 1 to 3, characterized in that the steel beam ( 1 ) is designed without an upper flange ( 2 ).

5. Composite construction according to item 1 to 4, characterized in that the steel beam ( 1 ) with chamber concrete ( 18 ) is executed.

6. Composite construction according to item 1 to 5, characterized in that the holes ( 3 ) with bent hole edges ( 5 ) are executed.

7. Composite construction according to item 1 to 6, characterized in that the dowelling through the concrete ( 4 ) in the same Ra as the holes ( 3 ) arranged recesses ( 16 ) in the precast concrete ( 17 ).

8. Composite construction according to items 1 to 7, characterized in that an additional reinforcement ( 19 ) is inserted into the holes ( 3 ).