DE815083C - Vorgespannter Stahlsteinbalken - Google Patents

Description

• Vorgespannter Stahlsteinbalken 1lan hat bereits vorgeschlagen. aus gelochten oder geschlitzten Betonsteinen bzw. aus hartgebrannten Mauerziegeln, die aneinandergemörtelt werden, Stahlsteinbalken hoher Biegefestigkeit herzustellen, die von einem oder mehreren vorgespannten Stahldrähten durchzogen sind. Derartige Balken hat man bisher aus Formsteinen gleicher Höhe gefertigt und hierbei die Löcher oder Schlitze für die Zugbewehrung so angeordnet, daß die letztere den Balken geradlinig und gleichlaufend zu seinen ebenen Außenflächen durchzieht. Die Öffnungen, in welchen die bis nahe zur Fließgrenze angespannte Drahteinlage verläuft, wurden vor dem Verlegen solcher Balken auszementiert. Hierbei bleibt in einem derartigen Balken zwar ein den Biegungsbeanspruchungen entgegenwirkender Spannungsrest erhalten, doch bildet der Balken nach dem Erhärten einen monolithischen Körper, in dem der eingelegte Stahl als Teil des Querschnittes angesehen werden kann und bei dem sich infolge des Festliegens der i Zugbewehrung im Beton die Biegungsbeanspruchungen nur stellen- und abschnittweise auf die gespannten Drähte auswirken, nicht aber über deren ganze Länge spannungsvermehrend verteilen können.
• Bei derartigen Balken mit geradlinig eingelegtem Zuganker darf der letztere nicht außerhalb des Balkenkernes liegen, d. h. sein Abstand vom Schwerpunkt des Querschnittes darf nicht größer sein als der Trägheitsradius, da sonst in der gegen-' überliegenden Kante des Balkens Zugspannungen auftreten. Bei dieser Anordnung des Ankers ist jedoch der wirksame Hebelarm der Vorspannkraft nur verhältnismäßig klein. Aus diesem Grunde hat man bei den bekannten Spannbetonausführungen die Zugbewehrung meist im Bereich der Balkenunterkante angeordnet und gleichzeitig auch in der Druckzone gespannte Drähte eingelegt, so daß die Resultierende in den Balkenkern fiel. Die in der Druckzone befindlichen Stahleinlagen sind dann aber bei der Beanspruchung des Balkens unwirksam, müssen also als Verlust angesehen werden.
• Die Erfindung bezieht sich nun auf Stahlsteinbalken und daraus herzustellende Decken, bei denen durch eine neuartige Anordnung des Zugankers im Verhältnis zum Balkenkern bzw. zur Balkenunterfläche und durch neuartige Gestaltungen der den Balken bildenden Formsteine aus Beton oder aus Ziegelton eine Festigkeitserhöhung des Balkens bzw. bei sonst gleicher Festigkeit eine Verminderung des Bedarfes an Stahl und Beton bzw. Steinmaterial erreicht wird. Soweit es sich um die Anordnung der Zugbewehrung innerhalb des Balkens handelt, liegt hierbei die Erwägung zugrunde, d'aß an Stelle der bisher .in der Druckzone eines gespannten Balkens angeordneten Stahleinlagen auch die Spannungen, die vom Eigengewicht des Balkens bei der Biegung herrühren, diejenigen Zugspannungen ausgleichen können, die durch einen außerhalb des Kernes liegenden Zuganker an sich entstehen, so daß also tatsächlich Zugspannungen nicht auftreten. Wegen des parabelförmigen Verlaufes der Biegungsspannungen längs des Balkens muß dann jedoch die Zugbewehrung so geführt sein, daß sie dein Balkenkern immer näher rückt, je weiter man sich dein Auflager nähert.
• Eine diesbezügliche Anordnung der Zugbewehrung des Balkens liegt der Erfindung zugrunde, und zwar in Verbindung mit dem Vorschlage, vorzugsweise auf das Einmörteln des Zugankers zu verzichten, damit sich die auftretenden Beanspruchungen stets gleichmäßig spannungsvermehrend über seine ganze Länge verteilen können. Der Spannbalken nach der Erfindung und daraus herzustellende Spannbalkendecken sind dadurch gekennzeichnet, daß die zum Vorspannen des Balkens dienende Stahleinlage frei liegend, d. h. unvergossen, in ihr Spielraum gewährenden Öffnungen der Formsteine derart untergebracht ist, daß der Abstand zwischen ihr und der Balkenunterfläche von den Balkenenden zur Balkenmitte hin abnimmt. Setzt sich der Spannbalken aus Formsteinen gleicher Höhe zusammen, so soll die Stahleinlage innerhalb des Balkens von den Balkenenden zur Balkenmitte hin einen nach unten durchhängenden Verlauf aufweisen. Die erstrebte Wirkung läßt sich jedoch auch erreichen, Nvenn bei geradlinigem Verlauf der Stahleinlage die Formsteine von den Balkenenden zur Balkenmitte einen der Größe bzw. Höhe nach abnehmenden Querschnitt aufweisen.
• Die erfindungsgemäße Anordnung des Zugankers ergibt bei Belastungen des Balkens eine nach oben gerichtete Komponente, die den Querkräften entäegC1M-irkt, so daß die Stege, die die Schubspannungen aufzunehmen haben, entsprechend im Querschnitt kleiner ausgebildet werden können, was sich als Einsparung an Gewicht zusätzlich in Form einer Stahlersparnis auswirkt.
• Sowohl bei dem vorstehend gekennzeichneten Stahlsteinbalken als auch bei anderen Vorspannkonstruktionen läßt sich durch besondere Maßnahmen für die Ausbildung der den Balken bildenden Formsteine eine Gewichts- und damit eine weitere Stahlersparnis erzielen. Hierfür kommt zunächst eine unsymmetrische Ausbildung des Balken-bzw. Steinquerschnittes in bezug auf eine waagerechte Mittellinie dergestalt in Betracht, daß der Balkenquerschnitt im druckbeanspruchten oberen Teil flächenmäßig größer ist als in dem die Stahleinlage aufnehmenden unteren Teil. Für den Stahlverbrauch wirkt sich auch die Vorspannung des Balkens im Bereich des Balkenkernes, bei T- bzw. I-förmigem Steinquerschnitt also im Bereich des Steges insofern ungünstig aus, als diese Stellen eine verhältnismäßig große Fläche haben, also viel Vorspannkraft und daher viel Stahl beanspruchen, der Biegung aber nur wenig Widerstand entgegensetzen. Aus diesem Grunde sollen erfindungsgemäß die Kerne der den Balken bildenden Formsteine- mindestens an einer ihrer Stirnflächen derart zurückversetzt sein, daß sich die Steine nur an den Randzonen berühren.
• Zur Endbefestigung der Stahleinlagen wird zweckmäßig eine kegelig ausgehöhlte Klemmplatte oder Klemmhülse verwendet, die mit einer in Umfangsrichtung nachgiebigen Spannhülse mit kegeliger Außenfläche zusammenwirkt.
• Die Zeichnung zeigt Beispiele für die Ausführung von Stahlsteinbalken und einer damit hergestellten Balkendecke nach der Erfindung, und zwar zeigt Fig. i, 2 und 3 Stahlsteinbalken unterschiedlicher Ausführung in der Seitenansicht, Fig.4 bis 8 paarweise zusammengehörige Darstellungen der Stirnansicht und des Längsschnittes von Formsteinen zur Herstellung derartiger Balken, Fig. 9 einen Querschnitt durch eine Endbefestigung der Stahleinlage, und Fig. io einen Teil einer Balkendecke nach der Erfindung in schaubildlicher Ansicht.
• Der Stahlsteinbalken nach Fig. i setzt sich über seine Länge aus einer Mehrzahl von Formsteinen zusammen, von denen die Endsteine mit i, der Mittelstein mit 2 und die dazwischenliegenden Steine mit 3 bezeichnet sind. Diese Steine, z. B. von-I-Querschnitt, sind ihrer Höhe nach derart unterschiedlich bemessen, daß die Unterkante des Balkens eine gewölbeartige Krümmung 4 aufweist, der Balken an den Enden also höher ist als in der Mitte. In diesem Balken ist eine Stahldrahteinlage S geradlinig verspannt, und zwar sind die Öffnungen der Steine zur Führung der Stahleinlage derart angeordnet, daß die letztere im Bereich der Balkenmitte dicht an der gewölbten Unterfläche des Balkens liegt.
• Der Balken nach Fig.2 besteht aus I-Form-Steinen gleicher Höhe, die nur an den Auflagestellen durch Endsteine 6 nach Fig. 4 ersetzt sind. Die nahe den Enden und in der Mitte des Balkens

  gelesenen I-Steille, die mit 7 bezeichnet sind', weisen

  die in I# ig. 3 wiedergcgel>ene Ausbildung auf, wäh-

  rend die dazwischenliegenden Steine 8 nach Fig. 6

  gestaltet sind. Beide Steine 7, 8 haben zunächst oben

  verhältnismäßig lirefite Flanschen 9, unten dagegen

  etwas schmalere Flanschen io, sind also in bezug

  auf die waagerechte Mittellinie i i unsymmetrisch

  ausgebildet. Die Flanschen sind an ihren Kanten

  durch S@@ir:igH:ithen 12 begrenzt. Die Mittelstege 13

  weiscll Überdies lwi leiden Steinen 7, 8 seitliche

  Vorsprünge 14 auf, die sich als leistenartigeAnsätze

  beidseitig Tiber die gesamte Länge des Steges er-

  strecken. Der I-Stei11 7 nach Fig. .5 enthält in seinem

  Steg eitle schlitzartige Öffnung 15, die fast über die

  gesamte l liilie des Steges reicht, und an seiner Unter-

  fl:iclic eine :\usnehniung i6. Letztere hat nur eine

  geringe "liefe und ist an ihrem Boden durch eine in

  Längsrichtung des Steines verlaufende Wölbung 17

  begrenzt. Der Stein 8 nach Fig. 6 weist in seinem

  Stet; dagegeli nur einen nach unten offenen Ein-

  schnitt iS auf, der etwa bis zur halben Höhe des

  Steilte: reicht.

  111 einem aus sulclltii Steinen zusammengesetzten

  Balken nach Fig.2 ist titin ein Stahldraht oder

  -kaliel itg derart verspannt, daß die Einlage einen

  nach unten durchh:iiigenden \-erlauf aufweist, wobei

  sie 1111 inittlereil llereicli des Balkens auf einer

  griil.lurvii Uinne nalic ilcr l:alkenunterkante verläuft,

  nach lltinllalkcnendcn hin jedoch in stetigzuilehmeii-

  denl _\I>stand davon liegt. Ähnlich ist es bei dem

  aus gleichartigen Stcineti zusammengesetzten Bal-

  kc11 -hach Fig. 3, dessen Stahleinlage 20 jedoch in-

  mitten des 13alkens nur einen Stein 7 in seiner Aus-

  nelnntitig i(> durchzieht.

  DieEinlagen 19,20 werden beim Zusammensetzen

  der Steine in die für sie,vorgesehenen Schlitze bzw.

  :lusnuhniungen 15, 18 und 16 eingefädelt, und zwar

  durchziehen sie a11 den Balkenenden die Schlitze 15,

  in der 1lalkenmitte dieAusnehmungen 16 derSteine7

  (heg. 5). Die Endsteine 6 nach Fig. 4 weisen zur

  Aufnahme der Stahleinlage einen Durchlaß 21 auf,

  der sich nach der äußeren Stirnfläche des Steines,

  die auch die l?ndfläclie des Spannbalkens darstellt,

  iialiczu lies auf den l)tircliinesser der Stahleinlage

  verengt. 1)1e l?inlage wird zunächst an dem einen

  Stirntilde des Balkens befestigt und dann vor der

  I@ estlugung ani anderen Steinende des Balkens in

  eine niiiglichst hohe Zugspannung versetzt. Sobald

  diese erreicht ist, wird die Einlage auch am anderen

  Stirnende des Balkens unverrückbar festgelegt. Sie

  bleifit jedoch in den Schlitzen, Ausnehmungen und

  Durchl:isseil der Steine unvergossen und unver-

  müi-telt, so daß die besonders in der Mitte des

  halkeiis auftretenden Biegungsbeanspruchungen sich

  spannungsvermehrend auf die ganze Länge der Ein-

  lage übertragen können.

  1>1e I-Steine 7, 8 weisen mindestens an einer

  Stirntl:iclie eine Ausnehinung 22 auf, die sich über

  die ganze Ilölie des Steges erstreckt, so daß sich die

  Steint nur finit den Stirnflächen ihrer Flansche be-

  rühren. Die durch die Stahleinlage vermittelte Vor-

  spannung wird daher nur auf diejenigen Stellen

  iil>ci-tl-;tgell, 211) denen sie für den Ausgleich der

  Zug- und Druckbeanspruchungen besonders wirksam ist.
• An Stelle von Betonsteinen nach Fig. 5 und 6, die auch anderweitige Querschnitte aufweisen können, können auch Ziegelhohlsteine verwendet werden, die zweckmäßig die in Fig. 7 und 8 jeweils im Oberschnitt und im Längsschnitt dargestellte Gestalt aufweisen.
• Zinn Festlegen der Stahleinlagen an den Stirnflächen der Endsteine des Balkens wird zweckmäßig "emäi3 Fig.9 eine Klemmplatte oder Klemmhülse 23 verwendet, die eine kegelige Ausnehmung 24 aufweist. In dieser Ausnehmung führt sich eine Spannhülse 25 mit kegeliger Außenfläche. Diese Spannhülse kann entweder mehrteilig oder in ihrer Längsrichtung geschlitzt sein, so daß sie in der Umfangsrichtung nachgiebig ist, sich also beim Eintreiben in die Klemmplatte 23 verengt und an der zu spannenden Stahleinlage 26 festklemmt.
• Gemäß Fig. io können derartige Balken zur Bildung einer Decke beliebiger Ausdehnung und Flächengröße aneinander gesetzt werden, wobei man keine Schalung benötigt und für das Verputzen mit äußerst geringem Aufwand an Zement bzw. lförtel auskommt. Die zwischen den Balken befindlichen Hohlräume können durch Platten 27 beliebiger Art unterteilt sein, die sich an den leistenartigen Vorsprüngen 14 der Balken abstützen und die Schall- und Wärmedämmung verstärken. Stahlsteinbalken nach der Erfindung können jedoch als tragendes Element auch für andere Zwecke, z. B. für Dächer, Treppen, Wangen usw., Verwendung finden, wobei die Steinforen dem jeweiligen Bedarf angepaßt sein kann.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorgespannter Stahlsteinbalken, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Stahleinlage frei liegend, d. h. unvergossen, in ihr Spielraum gewährenden Öffnungen der Steine derart untergebracht ist, daß der Abstand zwischen ihr und der Balkenunterfläche von den Balkenenden zur Balkenmitte hin abnimmt.
2. 2. Stahlsteinbalken nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Steinen gleicher Höhe die Stahleinlage innerhalb des Balkens von den Balkenenden zur Balkenmitte hin einen nach unten durchhängenden Verlauf aufweist (Feg. 2 und 3).
3. 3. Stahlsteinbalken nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei geradlinigem Verlauf der Stahleinlage die Steine von den Enden zur Balkenmitte einen der Höhe nach abnehmenden Querschnitt aufweisen (Feg. i).
4. 4. Stahlsteinbalken nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Balken bildenden Formsteine (7, 8) einen Mittelsteg aufweisen, der von unten offenen Ausnehmungen (16, 18) und gegebenenfalls von schlitzartigen Öffnungen (15) durchzogen ist.
5. 5. Stahlsteinbalken nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Balken aus Formsteinen zusammengesetzt ist, die einen in bezug auf eine waagerechte Mittellinie (ii), ittisvmmetrischen, in der Druckzone vergrößerten Querschnitt aufweisen, vorzugsweise aus I-Steinen, deren obere Flanschen (9) dicker sind als die unteren Flanschen (io).
6. 6. Stahlsteinbalken nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Malken bildenden Formsteine in der Mittelzone mindestens einseitig im Bereiche des Steinkernes eine Ausnehmung (22) aufweisen, so daß sie sich nur an den Randzonen berühren.
7. 7. Stahlsteinbalken nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, da$ die Endbefestigung der Stahleinlage durch eine kegelig ausgehöhlte Klemmhülse oder Klemmplatte (23) vermittelt ist, die mit einer mehrteiligen oder in Umfangsrichtung nachgiebigen Spannhülse (25) mit kegeliger Außenfläche zusammenwirkt. B. Decke aus Stahlsteinbalken nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Balken zur Herstellung der Decke gleichlaufend unmittelbar nebeneinander gesetzt sind.