EP1528171A2 - Holz-Beton-Verbundsysteme aus Holzbauteilen, Zwischenschichten und Betonbauteilen - Google Patents

Holz-Beton-Verbundsysteme aus Holzbauteilen, Zwischenschichten und Betonbauteilen Download PDF

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EP1528171A2
EP1528171A2 EP04024931A EP04024931A EP1528171A2 EP 1528171 A2 EP1528171 A2 EP 1528171A2 EP 04024931 A EP04024931 A EP 04024931A EP 04024931 A EP04024931 A EP 04024931A EP 1528171 A2 EP1528171 A2 EP 1528171A2
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EP
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wood
concrete
components
composite systems
seq
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    • E04B2005/232—Floor structures partly formed in situ with stiffening ribs or other beam-like formations wholly or partly prefabricated with special provisions for connecting wooden stiffening ribs or other wooden beam-like formations to the concrete slab
    • E04B2005/237—Separate connecting elements

Definitions

  • the invention relates to wood-concrete composite systems consisting of wooden components, Intermediate layers and concrete components according to the features of the preamble of Claim 1 exist.
  • the known Connecting element is a flat flat body in the form of a steel sheet trained, which is glued into a slot introduced in the wood so that it protrudes from the wood over part of its surface. The preceding part of the Connecting element is used for connection with another material.
  • connection element is formed as a flat flat body in the form of a steel sheet, which in a in the Wood-wrapped slot is glued so that it covers part of its area protruding from the wood.
  • the protruding part of the connecting element has Anchor tongues anchored in the poured concrete.
  • the published patent application DE 198 18 525 A1 discloses a wood-concrete composite element known, which consists of a variety of assembled boards, in turn Include composite webs and an overlying concrete component consists. Of the Bond between the concrete component and the boards or composite webs is by - in the wood incorporated recesses - embarked transverse force anchors generated.
  • the transverse force anchors are transverse to the longitudinal direction of the composite boards arranged and thus have a geometric toothing between wood and Concrete on.
  • the object of the invention is to wood-concrete composite systems with intermediate layers create, with high connection forces, different cross-sectional variations, different system properties and different building physics Features are equipped.
  • the task of the intermediate layer is one Decoupling the distinctly different materials to create wood and concrete, without the stiff or rigid connection - a prerequisite for an effective Composite effect - to reduce the two materials.
  • the present invention describes a wood-concrete composite system, which consists of Wooden components, intermediate layers and concrete components consists.
  • the wooden parts are with the concrete component quasi rigid by continuously arranged connection means connected.
  • the connecting means are as a flat body with corresponding openings or Roughening, as a grid and / or as networks of metals and / or plastics educated. At least one end of the connecting means is by gluing non-positively connected with the wooden components. It has surprisingly been found that the gluing of two ends of the connecting means with the wooden components not only produces an increase in intrinsic stability, but also an increase the composite stiffness provides. It may be appropriate to To form fasteners inhomogeneous and anisotropic, so that from this different properties of the connector in different ones Materials (wood component, intermediate layer, concrete component) result. The shape of the fasteners is next to the straight shape in all other odd Shapes such as e.g.
  • the Arrangements of the connecting elements in the composite system according to the invention can e.g. side by side, one behind the other, diagonally, offset, offset, wavy and / or chaotic and are only of the Application requirements.
  • the connecting means are in the timber components by gluing at least one End in prepared slots or depressions and in the concrete component through mechanical gearing anchored in hardened cement paste.
  • Another Embodiment lies e.g. therein the connecting means on the wooden components or partly in and partly to stick to the wooden components, thereby a permanent and make frictional connection.
  • the decouple Interlayers at least partially the wooden components of the concrete components and This allows a durable composite solution.
  • the wooden components point at least in cases of use reinforcements, which are the structural and manufacturing weaknesses of wood and / or wood-based materials as well as wooden composite materials. It is in some applications as well conceivable the capacity of the wooden components by reinforcement or reinforcements increase to thereby increase the total capacity.
  • the concrete components have at least in some applications on the one hand Deposits on which bridge the structural weaknesses of the concrete and / or on the other deposits on which the building physics conditions of the wood-concrete composite system change.
  • the intermediate layers are at least partly as geometrical, mechanical, structural-physical and / or structural Separation or end coupling between the wooden components and concrete components given.
  • the intermediate layers of the wood-concrete composite system can as single-layered or multi-layered layers are formed.
  • the intermediate layers may be in liquid, solid and / or gaseous form e.g. by embarrassing, pouring, paint and / or foam used up and / or introduced.
  • a single-layer intermediate layer consists for example of a plastic film, impregnated paper, bitumen board, plastic insulation layer, mineral Insulating layer, organic insulating material, renewable insulation material and infused or painted materials at a later date harden or cure, such. Tar, glue, plastic mixtures.
  • the single layer intermediate layers make all mineral or mineral bonded materials (e.g., mineral bonded lightweight board, mineral-bound and insulated leveling screed) as well as metallic Materials (e.g., trapezoidal sheets, sandwich panels).
  • the multi-layered layers are a combination of the above-described single layer interlayers in FIG of any shape and / or arrangement. The choice of single-layer or multi-layered Intermediate layers is therefore only of the requirements of the wood-concrete composite systems dependent.
  • An advantage of the invention is the decoupling of the facing surfaces of the Holzbaumaschine and the concrete components by the embedded intermediate layer or Interlayers.
  • a wetting of the wooden components would be permanent Rotting and thus destruction of the entire wood-concrete composite systems cause. This is especially given in bridge construction.
  • the intermediate layers at least in some Applications cavities e.g. Cables, pipes, hoses, ducts and pipes, such as. Electricity, gas, water, air conditioning, electrical installation lines, include can be used for coupling to central systems.
  • Electricity, gas, water, air conditioning, electrical installation lines include can be used for coupling to central systems.
  • Another advantage is the physical decoupling of the facing Surfaces of wooden components and concrete components through the embedded Interlayers.
  • Convention shows, for example, in conventional Wood-concrete composite ceilings additional "floating screeds" to Footfall sound insulation arranged on the composite ceiling.
  • floating screeds to Footfall sound insulation arranged on the composite ceiling.
  • an intermediate layer In the form of a footfall sound insulation, it is possible the sound insulation of to improve wood-concrete composite system according to the invention and thus a extensive decoupling between the concrete components and the timber components produce. Thus, in many applications this can lead to a "floating Screed "be waived.
  • Another advantage is the increase of the "inner lever arm" of the wood-concrete composite system according to the invention by enlarging the Distance between the bending pressure and bending tension zone.
  • Experience shows the stiffness of a composite system with increasing lever arm too.
  • a inventive solution in the form of a box cross-section in conjunction with a Intermediate layer creates an incomparable rigidity of the wood-concrete composite system.
  • wide-span support systems e.g. Ceilings, bridges
  • Another advantage is the bonding of two and more ends of the Connecting means with the wooden components. This not only the inherent rigidity the connecting means but also the composite stiffness between the Increased wooden components and concrete components. Only then can it be Use inventive connecting means in an economical manner.
  • Another advantage of the invention lies in the quasi-continuous connection between the wooden components and concrete components of the wood-concrete composite system.
  • single-field systems i.e., systems that use over a span or a floor height protrude
  • continuous systems are not only more economical but also more powerful than a single-frame system.
  • Another advantage is the at least partial bridging of structural Weak spots, such as Branches, inclusions, growth defects of the wood, in the Use case lead to a limitation of the entire wood-concrete composite system.
  • Another advantage is the at least partial Bridging of manufacturing vulnerability, such as dovetailing, Openings, holes, which in the application to a limitation of the total Wood-concrete composite system performing.
  • the wood-concrete composite system consists of wooden components and characterized at least on one side adjoining concrete components characterized that between the wooden components and concrete components at least partially and at least one single-layer intermediate layer is formed, which is at least partially creates a separation or decoupling of the materials wood and concrete.
  • the task of the intermediate layers is thus at least partially one geometric, mechanical and / or building physical decoupling of the materials To produce wood and concrete.
  • this decoupling must not the Compound effect between wood and concrete substantially reduce, otherwise one economic solution can not be achieved.
  • at least one Connecting element by bonding at least one end with the Wooden components and a mechanical toothing of the connecting element by setting the cement paste in the concrete components to arrange.
  • connecting elements are optionally a composite of the connecting elements with the intermediate layer or the Given intermediate layers.
  • the connecting means no association to the Have intermediate layers.
  • inventive composite system conceivable, wherein the connecting elements non-positively bonded to the concrete components.
  • the connecting means can be ordered and / or chaotic depending on the application to be ordered.
  • the term "chaotic” is partly derived from mathematics taken over and does not mean ordered or not bound to rules. By way of example, the following are named as an arrangement: one behind the other, side by side, offset, longitudinal, transverse, diagonal, wavy, curved and / or scattered.
  • the fasteners are as flat body, grid and / or nets in straighter and / or odd shape of metals and / or plastics used.
  • the Connecting elements can be at least partially straight, curved, wavy, be formed curved, kinked, bent and / or twisted.
  • the Flat bodies can be at least partially perforated, punched, drilled, roughened, stretched, pulled and / or distorted trained.
  • An embodiment of the wood-concrete composite systems according to the invention has for example, the plastic part to be anchored in the wood and the part to be anchored in the concrete mooring part of metal.
  • the connecting element would be as Hybrid material (metal and plastic) to designate.
  • the geometric shape of the connecting element in the timber component, the Intermediate layers and the concrete component form differently, so This gives different material and composite properties. Consequently It should be noted that, depending on the application, an anisotropic and inhomogeneous Configuration of the connecting elements is selected.
  • a further embodiment consists in the bonding of two or more ends of the Connecting elements according to the invention in and / or on the wooden components.
  • a further embodiment of the invention consists therein, at least in partial areas the fasteners additional teeth, elevations and / or beads provided. Surprisingly, this has shown that this is a Positioning and / or fixing of the connecting elements in the corresponding Openings of the wooden components to the setting of the adhesive ensure lx. Of further, the leakage of the adhesive is prevented until setting.
  • the fasteners can be glued in the factory and before the Transporting, interposing and / or assembling the bonding of the adhesive. This is also possible for wall or overhead applications.
  • the connecting means are by gluing in corresponding openings in fixed to the wooden components and / or on the wooden components. It is thus one Embodiment of the invention conceivable in the connecting elements in the Glued wooden components and others glued on the wooden components become.
  • the bond is preferably by one- or two-component Produces adhesives.
  • Some adhesives e.g., epoxy resins, poly-urethane adhesives
  • the glass transition effect describes a phenomenon in which the Adhesive at the appropriate temperature and simultaneous loading its Strength loses.
  • An embodiment of the application according to the invention is in an energy supply of the adhesive joint of the connecting elements and / or the adjacent components during bonding or at a later date, thereby raising the glass transition effect to a higher temperature level and thereby increase or secure the composite effect.
  • the energy supply can be localized by a stationary or mobile heat source (e.g., infrared) and / or surface. It is also conceivable the heat through Cable guides, which are in the timber components, the intermediate layers and / or to ensure the concrete components are located.
  • the wooden components of the wood-concrete composite system exemplarily from individual elements in the form of a beam, a screed, a board, a square timber, a plate or a formwork and / or any Combination of the aforementioned individual elements in the form of multipart created composite cross-sectional shapes.
  • Another bandwidth of the embodiment is the gains of the Wooden components and / or concrete components e.g. by steel reinforcement and / or Plastic, prestressing steels, etc. It is conceivable these reinforcements in or to create on the wooden components or concrete components.
  • Another embodiment The invention consists in the enhancement or amplification of natural and / or manufacturing weak points of the wood components further local measures, such as Preloads, reinforcements, Bridging and / or tension.
  • the cavities can be exemplified by pipes, balls, channels and / or tubes are generated.
  • the lines can be exemplified by cables, Tubes, channels and / or hoses are generated.
  • Another bandwidth of the embodiment of the invention is in the Pre-deformation (e.g., elevation, bending, curvature and / or bias) at least parts of the timber components, intermediate layers and / or Concrete components before or after the composite, thereby the later occurring Actions (and the resulting stresses and deformations) Installation and use at least partially counteract.
  • Pre-deformation e.g., elevation, bending, curvature and / or bias
  • the elevation increases after hardening of the concrete at a later time at least part of the elastic or plastic Compensate deflection of the single-carrier.
  • the intermediate layers of the wood-concrete composite systems according to the invention can single-layered, multi-layered, loose and / or formed in a composite.
  • the Intermediate layers are laid on top, rolled, poured, painted, sprayed and / or foamed in solid, liquid and / or gaseous form and / or subsequently introduced.
  • a single-layer design includes i.a. Foil, impregnated paper, bitumen board, metal plates, plastic plates, Plastic insulation, mineral insulation, renewable insulating materials, Composite construction materials or hybrid materials (for example as individual elements, Plate elements, bulk material or rolls) or cast or painted materials that set at a later time or harden (for example, tar, oil, glue, plastic mixtures).
  • multilayer Designs include any combinations of the aforementioned single-layered Versions loose and / or as composite.
  • the concrete components are u.a. made of normal concrete, high-strength concrete, prestressed concrete, Composite concrete, screed concrete, lightweight concrete, aerated concrete and / or asphalt concrete and
  • mineral supplements e.g. Plastics, Styrofoam, Wood exhibit.
  • the production of the concrete components is in the factory or on the construction site possible.
  • the concrete components can be partly in the factory and partly made on site. It is also conceivable that sections of the concrete components as prefabricated elements used in conjunction with locally concreted elements become.
  • a preferred bandwidth of the embodiment is the gains (e.g. Reinforcement of steel and / or plastic, prestressing steels) of the concrete components.
  • gains e.g. Reinforcement of steel and / or plastic, prestressing steels
  • Another embodiment is in the Generation of cavities (e.g., through pipes, balls, quaters, channels, and / or Hoses) for weight reduction, for the subsequent introduction of Lines and / or for subsequent bias or bias with can be used subsequent composite.
  • conduits e.g., cables, pipes, Ducts and / or hoses
  • conduits e.g., cables, pipes, Ducts and / or hoses
  • FIG. 1 Another embodiment lies in the introduction of conduits (e.g., cables, pipes, Ducts and / or hoses) in the concrete components, which are thus used as electricity, heating, Engineering and / or supply lines can be used.
  • conduits e.g., cables, pipes, Ducts and / or hoses
  • a further embodiment of the invention consists of several layers of Wooden components, intermediate layers and / or concrete components one above the other and / or form next to each other.
  • the wood-concrete composite systems according to the invention can e.g. as a prop, Girder, beam, slab, wall, ceiling, roof, and / or bridge systems are formed and are depending on the design of e.g. to accommodate train, Compression, flexural, bending, torsional, and / or shear stresses suitable.
  • FIG. 1 A first figure.
  • Fig. 1 describes a perspective view of an embodiment of a portion of the wood-concrete composite system 100 according to the invention, which can be performed, for example, as a ceiling, wall and / or roof structure.
  • the wood-concrete composite system 100 initially consists of wooden components 110 , in the form of beams 111 and a wood-based panel 112 .
  • the beams 111 are connected in a non-positive manner to the wood-based panel 112 by gluing.
  • the wood-based panel 112 is here exemplified in two places reinforced by internal reinforcements 120 in the form of synthetic fiber fabric.
  • the connecting elements 130 are formed as stamped and distorted flat body (also known as expanded metal) 131 made of metal, which have a kink 132 at half the height.
  • the kink 132 is formed offset in the longitudinal direction and thus forms a fork 133 in the form of a Y (fork 133 appears when viewed in the longitudinal direction).
  • the buckle 132 the height positioning of the connecting elements is given and a linear predetermined breaking point in the concrete component is avoided by the bifurcation 133 .
  • a reinforcing steel (not shown here) can be inserted self-positioning, which increases the overall capacity of the wood-concrete composite system.
  • the intermediate layers 140 consist here by way of example of a dimensionally stable mineral wool 141 which are arranged between the beams 111 and a vapor-permeable foil 142 which covers the height-equalized beams 111 and mineral wool 141 and at the same time is connected in a form-fitting manner to the connecting elements 130, for example by adhesive tapes, without a frictional connection To provide connection to the connecting elements 130 .
  • the intermediate layers 140 as mineral wool 141 have cavities 144 and 145 in the transverse and longitudinal direction, which serve as supply channels of building services. Surprisingly, it has been found that the cavities 145 can also be carried out in the transverse direction through the wooden beam 111 , since the composite effect bridges the cross-sectional slot.
  • a further component of the intermediate layers is exemplified by Styroporquater 143 disposed einragend on the film 142 between the bar 111 into the concrete components 150th
  • the concrete components 150 are formed here by way of example by a constant plate 151 with rib-like extensions 152 in the region of the connecting elements 130 .
  • the concrete components 150 have reinforcements 153 in the form of welded mesh mats 154 , which rest on the connecting elements 130.
  • the concrete components 150 furthermore have cavities 155 and lines 156 , which serve, on the one hand, for the supply of heat and, on the other hand, for the subsequent reinforcement of the concrete components 150 .
  • the cavities 155 are used to introduce appropriate prestressing steels in order to enable a positive subsequent reinforcement of the concrete components 150 .
  • the leads 156 are used for indirect heating of the kaugarklebung, thereby increasing the material-related glass transition temperature of the adhesive and thereby increase the carrying capacity of the kauselementverklebung under the influence of temperature.
  • the concrete components further include reinforcements 157 in the form of reinforcing steels, which are arranged between the connecting elements 130 by way of example.
  • the reinforcing steels 157 serve in this exemplary application to additional absorption of transverse tensile stresses that may occur in the region of the connecting elements 130 . Furthermore, surprisingly, this results in an additional toothing between the connecting elements 130 and the concrete components 150 .
  • a further embodiment (not shown here) consists in the passage of the reinforcing bars 157 through the openings (eg expanded metal openings) of the connecting elements 130 .
  • the wood-concrete composite systems 100 was here exemplarily made on site on the construction site as a ceiling system in which the individual wooden components 110 and intermediate layers 140 before concreting by an elevation (not shown, eg by support in the middle of the individual spans of the multi-field system increases ) were pre-formed to thereby counteract any later stress of the timber components during assembly and / or use of the system.
  • Fig. 2 describes a perspective view of an embodiment of a portion of the wood-concrete composite system 200 according to the invention, which can be performed, for example, as a bridge or ceiling structure.
  • the wood-concrete composite system 200 initially consists of a wooden component 210 , glued in the form of a glued laminated board 211 to the exemplary external reinforcements 212 in the form of carbon fiber reinforcements.
  • the glulam panel 211 further shows, by way of example, cavities 213 and lines 214 which serve, on the one hand, for the power supply and, on the other hand, for the supply of heat.
  • the cavities 213 are used to introduce appropriate electrical cables that can thus be invisibly guided by the wood-concrete composite systems.
  • the lines 214 are used for indirect heating of the kaullbitbung, thereby increasing the material-related glass transition temperature of the adhesive and thereby increase the carrying capacity of the kauselementverklebung under the influence of temperature.
  • the connecting elements 220 are here exemplified as corrugated dimensionally stable plastic mesh 221 and formed as a bent metal mesh 223 .
  • the metal meshes 223 are used by way of example in a partial area of the wood-concrete composite system in that high local stresses prevail.
  • the plastic grids 221 are anchored at about one-third of their height, with one end in the wooden member 210 by gluing.
  • the plastic grids 221 have been made such that the grid openings 222 in the wood material 210 and in the intermediate layers 230 have smaller dimensions (close-meshed) than in the concrete component 240 , thereby saving on adhesive in the anchoring in the wooden component (lower adhesive volume) and on the other to increase the intrinsic stability of the plastic grids 221 in the region of the intermediate layers 230 (no frictional lateral support).
  • the undulating shape provides, on the one hand, additional inherent stability and, on the other hand, further mechanical interlocking between the wooden components and concrete components to be joined.
  • the plastic grids 221 have in the binding region of the wooden components 210 teeth (not shown here), which ensure a mechanical fixation of the connecting elements to the setting of the adhesive.
  • the metal grid 223 are glued here, for example, with two ends in corresponding openings (here slots or channels) of the timber components and thereby provide in itself a geometrically rigid shape and at the same time a very rigid connection between the timber members 210 and the concrete components 240th
  • the metal mesh 223 have in the kerf between connecting element and wood, for example, a bead (not shown here), which prevents the adhesive from exiting.
  • the intermediate layers 230 consist here by way of example of a multilayer bitumen coating with embedded plastic film 231 and a PU rigid foam layer 232 , which was created by way of example from individually cut and laid in association panels.
  • the concrete components 240 are formed here by way of example by a constant plate 241 .
  • the concrete components 240 have reinforcements 242 in the form of welded steel meshes 243 , which for example only rest on the connecting elements 220 .
  • the concrete slab 241 further includes a localized reinforcement 244 in the form of a reinforcing steel 245 which has been laterally connected (for example, wire-knurled, not shown) prior to concreting and applying the reinforcing steel mat 243 to the securing member 220 .
  • the concrete components 240 furthermore have cavities 246 and lines 247 , which serve, on the one hand, for subsequent reinforcement and, on the other hand, for the climatic supply of the concrete components 240 .
  • the cavities 246 are used to introduce appropriate prestressing steels in order to enable a non-positive subsequent reinforcement of the concrete components 240 .
  • the position of the cavities 246 is dependent on the execution requirements and can be exemplified over, between and / or performed by the connecting elements 220 and / or 223 .
  • the lines 247 serve as an example - via a coupling with a corresponding climate control center - for the climatic supply of the wood-concrete composite system and its surroundings.
  • the wood-concrete composite system 200 was here prefabricated as an example in the factory as a precast and delivered as individual components Segmented to the site and mounted. Such prefabrication allows rapid construction of the structure without introducing additional moisture (eg mixing water of the reinforced concrete) in the wood-concrete composite system or buildings.
  • the individual wood-concrete composite systems can be used immediately at the construction site Assembly or some time later with each other and / or with other construction stages be positively and / or positively connected. That way too Create disc effects with segmented wood-concrete composite systems.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Holz-Beton-Verbundsysteme, die aus Holzbauteilen (110), Zwischenschichten (140) und Betonbauteilen (150) bestehen. Die zumindest einlagige Zwischenschicht dient dabei fiir eine zumindest teilweise Entkopplung der Materialien Holz und Beton. Die erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsysteme können vor Ort oder zumindest teilweise als Fertigteile erstellt und montiert werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft Holz-Beton-Verbundsysteme, die aus Holzbauteilen, Zwischenschichten und Betonbauteilen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bestehen.
Aus der Patentschrift DE 44 06 433 C2 ist bekannt Holz durch eingeklebte Formteile mit weiteren Werkstoffen jeder Art kraftschlüssig zu verbinden. Das bekannte Verbindungselement ist als ebener Flachkörper in Form eines Stahlblechs ausgebildet, das in einen im Holz eingebrachten Schlitz so eingeklebt wird, dass es über einen Teil seiner Fläche aus dem Holz vorsteht. Der vorstehende Teil des Verbindungselements dient zur Verbindung mit einem weiteren Werkstoff.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 08 208 A1 ist bekannt Holz durch eingeklebte Formteile mit Beton kraftschlüssig zu verbinden. Das bekannte Verbindungselement ist als ebener Flachkörper in Form eines Stahlblechs ausgebildet, das in einen im Holz eingebrachten Schlitz so eingeklebt wird, dass es über einen Teil seiner Fläche aus dem Holz vorsteht. Der vorstehende Teil des Verbindungselements weist Ankerzungen auf, die sich in dem aufgegossenen Beton verankern.
Aus der Offenlegungsschrift DE 198 18 525 A1 ist ein Holz-Beton-Verbundelement bekannt, welches aus einer Vielzahl von zusammengefügten Brettern, die wiederum Verbundstege beinhalten und einem darüber liegenden Betonbauteil besteht. Der Verbund zwischen dem Betonbauteil und den Brettern bzw. Verbundstegen wird durch - im Holz eingearbeitete Aussparungen - eingeschlagene Querkraftankern erzeugt. Die Querkraftanker sind quer zur Längsrichtung der Verbundbretter angeordnet und weisen somit eine geometrische Verzahnung zwischen Holz und Beton auf.
Ein wesentlicher Nachteil der vorgenannten Schriften liegt in der mangelhaften Endkopplung der Materialien Holz und Beton und der daraus resultierenden Limitierungen in der Anwendung. So ist bekannt, dass ein direkter Kontakt zwischen Holz und Beton zu Schwitzwasser und somit zu Schimmelbildung im Holz führen kann. Des weiteren entsteht in einem direkten Kontakt zwischen Holz und Beton eine Schallbrücke, welche die Nutzbarkeit einer Holz-Beton-Verbunddecke ohne weiteren Aufbau verhindert. Des weiteren ist bekannt, dass die Steifigkeit eines Querschnittes mit zunehmendem Hebelarm zunimmt und somit eine ausgeprägte Zwischenschichtausbildung zu steiferen Systemen führt.
Ein weiterer Nachteil der letztgenannten Schrift liegt darin, dass jegliche Einlagen in Form von Leitungen bzw. Rohren im Holz bzw. Beton im beanspruchten Querschnitt liegt und somit auf Dauer durch die Belastungen ihre Verwendbarkeit reduziert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, Holz-Beton-Verbundsysteme mit Zwischenschichten zu schaffen, die mit hohen Verbindungskräften, verschiedenen Querschnittsvarianten, verschiedenen Systemeigenschaften und verschiedenen bauphysikalischen Eigenschaften ausgestattet sind. Die Aufgabe der Zwischenschicht ist es dabei eine Entkopplung der deutlich unterschiedlichen Materialien Holz und Beton zu schaffen, ohne dabei die steife bzw. starre Verbindung ― Voraussetzung für eine effektive Verbundwirkung - der beiden Materialien zu mindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 ff gelöst. Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Holz-Beton-Verbundsystem, welches aus Holzbauteilen, Zwischenschichten und Betonbauteilen besteht. Die Holzbauteile sind mit dem Betonbauteil quasi starr durch kontinuierlich angeordnete Verbindungsmittel verbunden.
Die Verbindungsmittel sind als Flachkörper mit entsprechenden Öffnungen bzw. Aufrauhungen, als Gitter und/oder als Netze aus Metallen und/oder Kunststoffen ausgebildet. Zumindest ein Ende der Verbindungsmittel wird durch Klebung kraftschlüssig mit den Holzbauteilen verbunden. Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Verklebung von zwei Enden der Verbindungsmittel mit den Holzbauteilen nicht nur eine Erhöhung der Eigenstabilität erzeugt, sondern ebenfalls eine Erhöhung der Verbundsteifigkeit liefert. Dabei kann es zweckmäßig sein die Verbindungselemente inhomogen und anisotrop auszubilden, sodass sich hieraus unterschiedliche Eigenschaften (des Verbindungselements) in den unterschiedlichen Materialien (Holzbauteil, Zwischenschicht, Betonbauteil) ergeben. Die Formgebung der Verbindungselemente ist neben der geraden Form in allen weiteren ungeraden Formen, wie z.B. gebogen, gewellt, abgeknickt, abgewinkelt und/oder gerade denkbar und wird lediglich von den Anwendungsanforderungen abhängig sein. Die Anordnungen der Verbindungselemente in dem erfindungsgemäßen Verbundsystem können z.B. nebeneinander, hintereinander, diagonal, versetzt, abgesetzt, wellenförmig und/oder chaotisch verlaufen und sind lediglich von den Anwendungsanforderungen abhängig.
Die Verbindungsmittel sind in den Holzbauteilen durch Klebung zumindest eines Endes in vorbereitete Schlitze bzw. Vertiefungen und im Betonbauteil durch mechanische Verzahnung im abgebundenen Zementleim verankert. Eine weitere Ausführungsvariante liegt z.B. darin die Verbindungsmittel auf die Holzbauteile bzw. zum Teil in und zum Teil auf die Holzbauteile zu kleben, um dadurch eine dauerhafte und kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Die Verbindungsmittel durchdringen dabei die Zwischenschichten je nach Anforderung mit, partiell bzw. ohne eine kraftschlüssige Verbindung mit den Zwischenschichten. Somit entkoppeln die Zwischenschichten zumindest teilweise die Holzbauteile von den Betonbauteilen und lassen dadurch eine dauerhafte Verbundlösung zu. Die Holzbauteile weisen zumindest in machen Anwendungsfällen Verstärkungen auf, welche die strukturellen und fertigungstechnischen Schwachstellen des Holzes und/oder der Holzwerkstoffe sowie Holzverbundwerkstoffe überbrücken. Es ist in einigen Anwendungen auch denkbar die Kapazität der Holzbauteile durch Bewehrung bzw. Verstärkungen zu erhöhen, um dadurch eine Erhöhung der Gesamtkapazität zu erzeugen.
Die Betonbauteile weisen zumindest in manchen Anwendungsfällen zum einen Einlagen auf, welche die strukturellen Schwachstellen des Betons überbrücken und/oder zum anderen Einlagen auf, welche die bauphysikalischen Gegebenheiten des Holz-Beton-Verbundsystems verändern. Die Zwischenschichten sind zumindest teilweise als geometrische, mechanische, bauphysikalische und/oder strukturelle Trennung bzw. Endkopplung zwischen den Holzbauteilen und Betonbauteilen gegeben. Die Zwischenschichten des Holz-Beton-Verbundsystems können als einlagige oder mehrlagige Ebenen ausgebildet werden. Die Zwischenschichten können in flüssiger, fester und/oder gasförmiger Form z.B. durch verlegen, gießen, streichen und/oder schäumen aufgebraucht und/oder eingebracht werden. Eine einlagige Zwischenschicht besteht beispielsweise aus einer Kunststofffolie, imprägniertem Papier, Bitumenpappe, Kunststoffdämmschicht, mineralischen Dämmschicht, organischem Dämmmaterial, nachwachsendem Dämmmaterial und aufgegossenen bzw. aufgestrichenen Materialien, die zu einem späteren Zeitpunkt abbinden bzw. aushärten, wie z.B. Teer, Kleber, Kunststoffmixturen. Weitere Formen der einlagigen Zwischenschichten stellen alle mineralischen bzw. mineralisch gebundenen Werkstoffe (z.B. mineralisch gebundene Leichtbauplatte, mineralischgebundener und gedämmter Ausgleichsestrich) sowie metallische Werkstoffe (z.B. Trapezbleche, Sandwich-Bauteile) dar. Die mehrlagigen Ebenen sind eine Kombination der zuvor beschriebenen einlagigen Zwischenschichten in beliebiger Form und/oder Anordnung. Die Wahl der einlagigen bzw. mehrlagigen Zwischenschichten ist somit lediglich von den Anforderungen an das Holz-Beton-Verbundsysteme abhängig.
Ein Vorteil der Erfindung ist die Entkopplung der sich zugewandten Oberflächen der Holzbauteile und der Betonbauteile durch die eingebetteten Zwischenschicht bzw. Zwischenschichten. Somit lassen sich Bauteilfeuchten in den Betonbauteilen von den Holzbauteilen fernhalten. Eine Durchnässung der Holzbauteile würde auf Dauer Fäulnis und somit eine Zerstörung des gesamten Holz-Beton-Verbundsysteme verursachen. Dies ist besonders im Brückenbau gegeben.
Ein weiterer Vorteil ist, dass die Zwischenschichten zumindest in manchen Anwendungen Hohlräume, wie z.B. Kabel, Rohre, Schläuche, Kanäle und Leitungen, wie z.B. Strom-, Gas-, Wasser-, Klima-, Elektroinstallationsleitungen, beinhalten können, die zur Kopplung an zentrale Anlagen genutzt werden. Somit lassen sich entsprechende Versorgungsleitungen in den "belastungsneutralen" Zwischenschichten einbetten.
Ein weiterer Vorteile liegt in der thermischen Entkopplung der sich zugewandten Oberflächen der Holzbauteile und der Betonbauteile durch die eingebetteten Zwischenschichten. Erfahrungsgemäß sind bei direkter Berührung von Holz und Beton mit Schwitzwasserbildungen zu rechnen, die auf Dauer Holzfäule und somit die Zerstörung des Holz-Beton-Verbundsystems verursachen. Dieser Prozess lässt sich durch die Anordnung von Zwischenschichten z.B. mineralische Dämmung in Verbindung mit aufliegender Folie verhindern. Insbesondere im Wand- und Dachbereich stellen derartige erfindungsgemäße Holz-Beton-Verbundsysteme eine vorteilhafte Lösung dar.
Ein weiterer Vorteil liegt in der physikalischen Entkopplung der sich zugewandten Oberflächen der Holzbauteile und der Betonbauteile durch die eingebetteten Zwischenschichten. Erfahrungsgemäß werden beispielsweise in herkömmlichen Holz-Beton-Verbunddecken zusätzliche "schwimmende Estriche" zur Trittschalldämmung auf der Verbunddecke angeordnet. Durch eine Zwischenschicht in Form einer Trittschalldämmung ist es möglich die Schalldämmung des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsystems zu verbessern und somit eine flächige Entkopplung zwischen den Betonbauteilen und den Holzbauteilen zu erzeugen. Somit kann hierdurch in vielen Anwendungen auf einen "schwimmenden Estrich" verzichtet werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Erhöhung des "inneren Hebelarmes" des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsystems durch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen der Biegedruck- und Biegezugzone. Erfahrungsgemäß nimmt die Steifigkeit eines Verbundsystems mit zunehmendem Hebelarm zu. Eine erfindungsgemäße Lösung in Form eines Kastenquerschnitts in Verbindung mit einer Zwischenschicht erzeugt eine unvergleichbare Steifigkeit des Holz-Beton-Verbundsystems. Somit lassen sich weitgespannte Tragsysteme (z.B. Dächer, Decken, Brücken) mit der erfindungsgemäßen Lösung realisieren.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Verklebung von zwei und mehr Enden der Verbindungsmittel mit den Holzbauteilen. Dadurch wird nicht nur die Eigensteifigkeit der Verbindungsmittel sondern auch die Verbundsteifigkeit zwischen den Holzbauteilen und Betonbauteilen erhöht. Erst dadurch lassen sich erfindungsgemäße Verbindungsmittel in wirtschaftlicher Art und Weise einsetzen.
Ein weiterer Vorteile der Erfindung liegt in der quasi kontinuierlichen Verbindung zwischen den Holzbauteilen und Betonbauteilen des Holz-Beton-Verbundsystems. Somit können derzeitige Limitierungen auf Einfeldsysteme (d.h. Systeme, die über eine Stützweite bzw. ein Stockwerkshöhe ragen) überwunden werden. Nun lassen sich problemlos z.B. wechselnde Biegebeanspruchungen von Wand-, Wand und/oder Deckensystemen über mehrere Stützweiten bzw. Stockwerkshöhen ausbilden. Erfahrungsgemäß sind "Durchlaufsysteme" nicht nur wirtschaftlicher sondern auch leistungsfähiger als Einfeldsystem.
Ein weiterer Vorteil sind die zumindest partiellen Überbrückungen von strukturellen Schwachstellen, wie z.B. Äste, Einschlüsse, Wuchsfehler des Holzes, die im Anwendungsfall zu einer Limitierung des gesamten Holz-Beton-Verbundsystemsführen. Ein weiterer Vorteil sind die zumindest partiellen Überbrückungen von fertigungstechnischen Schwachstelle, wie z.B. Keilzinkungen, Öffnungen, Bohrungen, die im Anwendungsfall zu einer Limitierung des gesamten Holz-Beton-Verbundsystemsführen.
Das erfindungsgemäße Holz-Beton-Verbundsystem besteht aus Holzbauteilen und daran zumindest einseitig angrenzenden Betonbauteilen dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Holzbauteilen und Betonbauteilen zumindest teilweise und zumindest eine einlagige Zwischenschicht ausgebildet ist, die zumindest teilweise eine Trennung bzw. Entkopplung der Materialien Holz und Beton erzeugt. Die Aufgabe der Zwischenschichten besteht somit darin zumindest teilweise eine geometrische, mechanische und/oder bauphysikalische Entkopplung der Materialien Holz und Beton zu erzeugen. Diese Entkopplung darf allerdings nicht die Verbundwirkung zwischen Holz und Beton wesentlich reduzieren, da sonst eine wirtschaftliche Lösung nicht zu erzielen ist. Hierfür ist es erforderlich zumindest ein Verbindungselement durch Verklebung von zumindest einem Ende mit den Holzbauteilen und einer mechanischen Verzahnung des Verbindungselementes durch das Abbinden des Zementleims in den Betonbauteilen anzuordnen. Dabei ist wahlweise ein Verbund der Verbindungselemente mit der Zwischenschicht bzw. den Zwischenschichten gegeben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es ebenfalls denkbar, dass die Verbindungsmittel keinerlei Verbund zu den Zwischenschichten aufweisen. Es ist ebenfalls eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verbundsystems denkbar, worin die Verbindungselemente kraftschlüssig mit den Betonbauteilen verklebt sind.
Die Verbindungsmittel können je nach Anwendungsfall geordnet und/oder chaotisch angeordnet werden. Der Begriff "chaotisch" wird hier zum Teil aus der Mathematik übernommen und bedeutet nicht geordnet bzw. nicht an Regeln gebunden. Beispielhaft werden als Anordnung genannt: hintereinander, nebeneinander, versetzt, längs, quer, diagonal, gewellt, geschwungen und/oder gestreut.
Die Verbindungselemente werden als Flachkörper, Gitter und/oder Netze in gerader und/oder ungerader Form aus Metallen und/oder Kunststoffen verwendet. Die Verbindungselemente können zumindest teilweise gerade, gebogen, gewellt, geschwungen, geknickt, abgewinkelt und/oder verdrillt ausgebildet werden. Die Flachkörper können zumindest teilweise gelocht, gestanzt, gebohrt, aufgerauht, gestreckt, gezogen und/oder verzerrt ausgebildet werden.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsysteme weist beispielhaft den im Holz zu verankernden Teil aus Kunststoff und den im Beton zu verankemden Teil aus Metall aus. In diesem Fall wäre das Verbindungselement als Hybridmaterial (Metall und Kunststoff) zu bezeichnen. Des weiteren ist es denkbar die geometrische Form des Verbindungselementes im Holzbauteil, den Zwischenschichten und dem Betonbauteil unterschiedlich auszubilden, sodass dadurch unterschiedliche Material- und Verbundeigenschaften gegeben sind. Somit gilt festzustellen, dass je nach Anwendungsfall eine anisotrope und inhomogene Ausgestaltung der Verbindungselemente gewählt wird.
Eine weitere Ausgestaltung besteht in der Verklebung von zwei oder mehr Enden der erfindungsgemäßen Verbindungselemente in und/oder auf den Holzbauteilen. Dadurch lassen sich neben der Eigenstabilität der Verbindungselemente auch die Verbundsfestigkeiten der Holz-Beton-Verbundsysteme erhöhen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin zumindest in Teilbereichen der Verbindungselemente zusätzliche Verzahnungen, Erhebungen und/oder Wulste vorzusehen. Überraschenderweise hat dies gezeigt, dass sich dadurch eine Positionierung und/oder Fixierung der Verbindungselemente in den Entsprechenden Öffnungen der Holzbauteile bis zum Abbinden des Klebers gewährleisten läst. Des weiteren wird dadurch das Austreten des Klebers bis zum Abbinden verhindert. Somit lassen sich die Verbindungselemente im Werk verkleben und noch vor dem Abbinden des Klebers transportieren, zwischenlagern und/oder montieren. Dies ist auch für Wand bzw. Überkopfanwendungen möglich.
Die Verbindungsmittel werden durch Verklebung in entsprechenden Öffnungen in den Holzbauteilen und/oder auf den Holzbauteilen fixiert. Es ist somit eine Ausgestaltung der Erfindung denkbar in der Verbindungselemente in den Holzbauteilen eingeklebt werden und andere auf den Holzbauteilen aufgeklebt werden. Die Verklebung wird vorzugsweise durch ein- oder zweikomponentige Klebstoffe erzeugt. Einige Klebstoffe (z.B. Epoxidharze, Poly-Urethanklebstoffe) sind bei entsprechenden Belastungs- und Klimabedingungen vom Glasübergangseffekt betroffen. Der Glasübergangseffekt beschreibt dabei ein Phänomen, in dem der Klebstoff bei entsprechender Temperatur und gleichzeitiger Belastung seine Festigkeit verliert. Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anwendung liegt in einer Energiezufuhr der Klebefuge der Verbindungselemente und/oder der benachbarten Bauteile während der Verklebung oder zu einem späteren Zeitpunkt, um dadurch den Glasübergangseffekt auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben und dadurch die Verbundwirkung zu steigern bzw. zu sichern. Die Energiezufuhr kann beispielhaft durch eine stationäre bzw. mobile Wärmequelle (z.B. infrarot) lokal und/oder flächig eingeleitet werden. Es ist ebenfalls denkbar die Wärmezufuhr durch Leitungsführungen, die sich in den Holzbauteilen, den Zwischenschichten und/oder den Betonbauteilen befinden zu gewährleisten.
Die Holzbauteile des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsystems werden beispielhaft aus Einzelelementen in Form eines Balken, einer Bohle, einem Brett, eines Kantholzes, einer Platte oder einer Schalung erstellt und/oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten Einzelelemente in Form von mehrteilig zusammengesetzten Querschnittsformen erstellt. Dabei bestehen die Holzbauteile aus gewachsenem Vollholz, Holzwerkstoffen und/oder Holzverbundwerkstoffen. Um die Vielfalt der sich daraus ergebenden Varianten der Holzverwendung ansatzweise zu verdeutlichen werden nachfolgend einige wenige aufgeführt: Vollholz, Nadelholz, Laubholz, Brettschichtholz, Furnierschichtholz, Furnierstreifenholz, Spanholz, Zementgebundene Spanplatten, Spanplatten, Mehrschichtplatten, OSB-Platten, Kunststoff-Holzverbundbauplatten, etc.
Eine weitere Bandbreite der Ausgestaltung besteht in der Verstärkungen der Holzbauteile und/oder der Betonbauteile z.B. durch Bewehrung aus Stahl und/oder Kunststoff, Vorspannstähle, etc. Es ist dabei denkbar diese Verstärkungen in oder auf den Holzbauteilen bzw. Betonbauteilen zu erstellen. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Ertüchtigung bzw. Verstärkung von natürlichen und/oder fertigungstechnischen Schwachstellen der Holzbauteile durch weitere örtliche Maßnahmen, wie z.B. Vorspannungen, Bewehrungen, Überbrückungen und/oder Verspannungen.
Eine weitere Bandbreite der Ausgestaltung besteht in der Erzeugung von Hohlräume bzw. Leitungsführungen in den Holzbauteilen, den Zwischenschichten und/oder Betonbauteilen. Die Hohlräume können beispielhaft durch Rohre, Kugeln, Kanäle und/oder Schläuche erzeugt werden. Die Leitungen können beispielhaft durch Kabel, Rohre, Kanäle und/oder Schläuche erzeugt werden.
Eine weitere Bandbreite der Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Vorverformung (z.B. Überhöhung, Biegung, Krümmung und/oder Vorspannung) zumindest von Teilbereichen der Holzbauteile, Zwischenschichten und/oder Betonbauteilen vor oder nach dem Verbund, um dadurch den spätere auftretenden Einwirkungen (und den daraus resultierenden Spannungen und Verformungen) der Montage und der Nutzung zumindest teilweise entgegenzuwirken. Somit ist beispielhaft eine Anwendung zu nennen, wo ein Einfeldträger eines Deckensystems vor dem aufbringen des Frischbetons eine mittige Überhöhung (erzeugt durch mittige Absprießung) aufweist. Die Überhöhung wird nach dem Abbinden des Beton zu einem späteren Zeitpunkt zumindest einen Teil der elastischen bzw. plastischen Durchbiegung des Einfeldträger kompensieren. Durch dieses Verfahren lassen sich auch weitgespannte Konstruktionen erzeugen.
Die Zwischenschichten der erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsysteme können einlagig, mehrlagig, lose und/oder im Verbund ausgebildet sein. Die Zwischenschichten werden dabei aufgelegt, gerollt, geschüttet, gestrichen, gespritzt und /oder geschäumt in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form aufgebracht und/oder nachträglich eingebracht. Eine einlagige Ausführung beinhaltet u.a. Folie, imprägniertem Papier, Bitumenpappe, Metallplatten, Kunststoffplatten, Kunststoffdämmung, mineralischer Dämmung, nachwachsendem Dämmmaterialen, Verbundbaumaterialien oder Hybridmaterialien (beispielsweise als Einzelelemente, Plattenelemente, Schüttgut bzw. Rollenware) oder aufgegossenen bzw. aufgestrichenen Materialien, die zu einem späteren Zeitpunkt abbinden bzw. aushärten (beispielsweise Teer, Öl, Kleber, Kunststoffmixturen). Mehrlagige Ausführungen beinhalten beliebige Kombinationen der vorgenannten einlagigen Ausführungen lose und/oder als Verbund.
Die Betonbauteile bestehen u.a. aus Normalbeton, hochfestem Beton, Spannbeton, Verbundbeton, Estrichbeton, Leichtbeton, Porenbeton und/oder Asphaltbeton und können darüber hinaus nicht mineralische Zuschläge , wie z.B. Kunststoffe, Styropor, Holz aufweisen. Die Herstellung der Betonbauteile ist im Werk oder auf der Baustelle möglich. Des weiteren lassen sich die Betonbauteile zum Teil im Werk und zum Teil vor Ort hergestellt. Es ist auch denkbar, dass Abschnitte der Betonbauteile als vorgefertige Elemente in Verbindung mit örtlich anbetonierten Elementen eingesetzt werden.
Eine bevorzugte Bandbreite der Ausgestaltung besteht in der Verstärkungen (z.B. Bewehrung aus Stahl und/oder Kunststoff, Vorspannstähle) der Betonbauteile. Erfahrungsgemäß lassen sich erst dadurch hohe Zugkräfte, Momente und/der Querkräfte in den Betonbauteilen einleiten. Eine weitere Ausgestaltung liegt in der Erzeugung von Hohlräume (z.B. durch Rohre, Kugeln, Quater, Kanäle und/oder Schläuche) die zur Gewichtsreduzierung, zur nachträglichen Einführung von Leitungen und/oder zur nachträglichen Vorspannung bzw. Vorspannung mit nachträglichem Verbund verwendet werden können.
Eine weitere Ausgestaltung liegt in der Einführung von Leitungen (z.B. Kabel, Rohre, Kanäle und/oder Schläuche) in den Betonbauteilen, die somit als Strom-, Heiz-, Technik- und/oder Versorgungsleitungen verwendet werden können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dadurch auch eine nachträgliche Erwärmung der Holz-Beton-Verbundsysteme erzeugt werden kann, um dadurch die Glasübergangstemperatur des verwendeten Klebstoffes (zur Verankerung der Verbindungselemente in den Holzbauteilen) zu erhöhen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, mehrere Lagen von Holzbauteilen, Zwischenschichten und/oder Betonbauteilen übereinander und/oder nebeneinander auszubilden.
Die erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsysteme können z.B. als Stützen-, Träger-, Balken-, Platten-, Wand-, Decken-, Dach-, und/oder Brückensysteme ausgebildet werden und sind je nach Bemessung z.B. zur Aufnahme von Zug-, Druck-, Biegezug-, Biegedruck-, Torsions-, und/oder Schubbeanspruchungen geeignet.
Figur 1
Die Fig. 1 beschreibt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Abschnittes des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsystems 100, welches z.B. als Decken-, Wand- und/oder Dachtragwerk ausgeführt werden kann. Das Holz-Beton-Verbundsystem 100 besteht zunächst aus Holzbauteilen 110, in Form von Balken 111 und einer Holzwerkstoffplatte 112. Die Balken 111 sind hier kraftschlüssig mit der Holzwerkstoffplatte 112 durch Klebung verbunden. Die Holzwerkstoffplatte 112 ist hier beispielhaft an zwei Stellen durch innenliegende Bewehrungen 120 in Form von Kunstfasergewebe verstärkt.
Die Verbindungselemente 130 sind als gestanzte und verzerrte Flachkörper (auch als Streckmetall bekannt) 131 aus Metall ausgebildet, die auf halber Höhe einen Knick 132 aufweisen. Der Knick 132 wird in Längsrichtung versetzt ausgebildet und formt somit eine Gabelung 133 in Form eines Y (Gabelung 133 erscheint bei Ansicht in Längsrichtung). Überaschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch den Knick 132 die Höhenpositionierung der Verbindungselemente gegeben ist und eine lineare Sollbruchstelle im Betonbauteil durch die Gabelung 133 vermieden wird. Des Weiteren hat sich überraschend herausgestellt, dass in die Gabelung 133 ein Bewehrungsstahl (hier nicht dargestellt) selbstpositionierenden eingelegt werden kann, der die Gesamtkapazität des Holz-Beton-Verbundsystems erhöht.
Die Zwischenschichten 140 bestehen hier beispielhaft aus einer formstabilen Mineralwolle 141 die zwischen den Balken 111 angeordnet sind und einer diffusionsoffenen Folie 142, die die höhengleichen Balken 111 und Mineralwolle 141 abdeckt und gleichzeitig formschlüssig an die Verbindungselemente 130 z.B. durch Klebebänder angeschlossen ist, ohne dabei eine kraftschlüssige Verbindung zu den Verbindungselementen 130 zu liefern. Die Zwischenschichten 140 als Mineralwolle 141 weisen Hohlräume 144 und 145 in Quer- und Längsrichtung auf, die als Versorgungskanäle der Haustechnik dienen. Überraschenerweise hat sich gezeigt, dass die Hohlräume 145 auch in Querrichtung durch den Holzbalken 111 hindurch ausführbar sind, da die Verbundwirkung die Querschnittsschächung überbrückt.
Ein Weiterer Bestandteil der Zwischenschichten ist beispielhaft durch Styroporquater 143 dargestellt, die auf der Folie 142 zwischen den Balken 111 in die Betonbauteile 150 einragend angeordnet sind.
Die Betonbauteile 150 sind hier beispielhaft durch eine konstante Platte 151 mit rippenartigen Ausweitungen 152 im Bereich der Verbindungselemente 130 ausgebildet. Die Betonbauteile 150 weisen Verstärkungen 153 in Form von Betonstahlmatten 154 auf, die auf den Verbindungselementen 130 ruhen.
Die Betonbauteile 150 weisen des Weiteren Hohlräume 155 und Leitungen 156 auf, die respektiv zum einen zur Wärmezufuhr und zum anderen zur nachträglichen Verstärkung der Betonbauteile 150 dienen. Die Hohlräume 155 dienen zur Einführung entsprechender Spannstähle, um eine kraftschlüssige nachträgliche Verstärkung der Betonbauteile 150 zu ermöglichen. Die Leitungen 156 dienen zur indirekten Erwärmung der Verbindungselementverklebung, um dadurch die materialbedingte Glasübergangstemperatur des Klebers zu erhöhen und dadurch die Tragfähigkeit der Verbindungselementverklebung unter Temperatureinfluss zu steigern.
Die Betonbauteile weisen des Weiteren Verstärkungen 157 in Form von Bewehrungsstählen auf, die beispielhaft zwischen den Verbindungselementen 130 angeordnet sind. Die Bewehrungsstähle 157 dienen in diesem beispielhaften Anwendungsfall zu zusätzlichen Aufnahme von Querzugspannungen, die im Bereich der Verbindungselemente 130 auftreten können. Des Weiteren ergibt sich hieraus überraschenderweise eine zusätzliche Verzahnung zwischen den Verbindungselementen 130 und den Betonbauteilen 150. Eine weitere Ausführungsvariante (hier nicht dargestellt) besteht in der Durchführung der Betonstähle 157 durch die Öffnungen (z.B. Streckmetallöffnungen) der Verbindungselemente 130.
Das Holz-Beton-Verbundsysteme 100 wurde hier beispielhaft vor Ort auf der Baustelle als Deckensystem hergestellt, in dem die einzelnen Holzbauteile 110 und Zwischenschichten 140 vor dem Betonieren durch eine Überhöhung (nicht dargestellt, z.B. durch Abstützung in der Mitte der einzelnen Stützweiten des Mehrfeldsystems überhöht) vorverformt wurden, um dadurch einer späteren Beanspruchung der Holzbauteile während der Montage und/oder der Nutzung des Systems entgegen zu wirken.
Figur 2
Die Fig. 2 beschreibt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Abschnittes des erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundsystems 200, welches z.B. als Brücken- oder Deckentragwerk ausgeführt werden kann. Das Holz-Beton-Verbundsystem 200 besteht zunächst aus einem Holzbauteil 210, in Form einer Brettschichtholzplatte 211 an der beispielhaft außenliegende Verstärkungen 212 in Form von Kohlefaserverstärkungen aufgeklebt sind. Die Brettschichtholzplatte 211 zeigt des Weiteren beispielhaft Hohlräume 213 und Leitungen 214 auf, die respektiv zum einen zur Stromversorgung und zum anderen zur Wärmezufuhr dienen. Die Hohlräume 213 dienen zur Einführung entsprechender Elektroleitungen die damit unsichtbar durch das Holz-Beton-Verbundsysteme geführt werden können.
Die Leitungen 214 dienen zur indirekten Erwärmung der Verbindungselementverklebung, um dadurch die materialbedingte Glasübergangstemperatur des Klebers zu erhöhen und dadurch die Tragfähigkeit der Verbindungselementverklebung unter Temperatureinfluss zu steigern.
Die Verbindungselemente 220 sind hier beispielhaft als gewellte formstabile Kunststoffgitter 221 und als gebogene Metallgitter 223 ausgebildet. Die Metallgitter 223 werden beispielhaft in einem Teilbereich des Holz-Beton-Verbundsystems eingesetzt, indem hohe lokale Beanspruchungen herrschen. Die Kunststoffgitter 221 sind mit etwa einem Drittel ihrer Höhe, mit einem Ende in dem Holzbauteil 210 durch Klebung verankert sind. Die Kunststoffgitter 221 sind so hergestellt worden, dass die Gitteröffnungen 222 im Holzwerkstoff 210 und in den Zwischenschichten 230 kleinere Abmessungen (engmaschiger) aufweisen als im Betonbauteil 240, um dadurch zum einen Kleber bei der Verankerung im Holzbauteil (geringeres Klebevolumen) zu sparen und zum anderen die Eigenstabilität der Kunststoffgitter 221 im Bereich der Zwischenschichten 230 (keine kraftschlüssige seitliche Lagerung) zu erhöhen. Die gewellte Form liefert überraschenderweise zum einen eine zusätzliche Eigenstabilität und zum anderen eine weitere mechanische Verzahnung zwischen den zu verbindenden Holzbauteilen und Betonbauteilen. Die Kunststoffgitter 221 weisen im Einbindebereich der Holzbauteile 210 Verzahnungen (hier nicht dargestellt) auf, die eine mechanische Fixierung der Verbindungselemente bis zum Abbinden des Klebers gewährleisten.
Die Metallgitter 223 sind hier beispielsweise mit zwei Enden in entsprechenden Öffnungen (hier Schlitze bzw. Kanäle) der Holzbauteile eingeklebt und liefern dadurch in sich eine geometrisch steife Form und gleichzeitig eine sehr steife Verbindung zwischen den Holzbauteilen 210 und den Betonbauteilen 240. Die Metallgitter 223 weisen in der Schnittfuge zwischen Verbindungselement und Holz beispielhaft einen Wulst (hier nicht dargestellt) auf, der den Kleber vor dem Austritt hindert.
Die Zwischenschichten 230 bestehen hier beispielhaft aus einem mehrlagigen Bitumenanstrich mit eingebetteter Kunststofffolie 231 und einer PU-Hartschaumlage 232, die beispielhaft aus einzeln zugeschnittenen und im Verband verlegten Platten erstellt wurde.
Die Betonbauteile 240 sind hier beispielhaft durch eine konstante Platte 241 ausgebildet. Die Betonbauteile 240 weisen Verstärkungen 242 in Form von Betonstahlmatten 243 auf, die beispielhaft nur auf den Verbindungselementen 220 ruhen. Die Betonplatte 241 weist des Weiteren eine lokale Verstärkung 244 in Form eines Bewehrungsstahls 245 auf, der vor dem Betonieren und dem Aufbringen der Betonstahlmatte 243 mit dem Verbindungselement 220 zur Lagesicherung seitlich verbunden (beispielhaft durch Draht gerödelt, nicht dargestellt) wurde.
Die Betonbauteile 240 weisen des Weiteren Hohlräume 246 und Leitungen 247 auf, die respektiv zum einen zur nachträglichen Verstärkung und zum anderen zur klimatischen Versorgung der Betonbauteile 240 dienen. Die Hohlräume 246 dienen zur Einführung entsprechender Spannstähle, um eine kraftschlüssige nachträgliche Verstärkung der Betonbauteile 240 zu ermöglichen. Die Lage der Hohlräume 246 ist dabei von den Ausführungsanforderungen abhängig und kann beispielhaft über, zwischen und/oder durch die Verbindungselemente 220 und/oder 223 ausgeführt werden.
Die Leitungen 247 dienen beispielhaft - über eine Kopplung mit einer entsprechenden Klimazentrale - zur klimatischen Versorgung des Holz-Beton-Verbundsystems und seiner Umgebung. Dadurch werden beispielhaft energiesparende Lösungen für Hochbauten und Industriebauten ermöglicht.
Das Holz-Beton-Verbundsystem 200 wurde hier beispielhaft im Werk als Fertigteil vorgefertigt und als Einzelbauteile Segmentiert auf die Baustelle geliefert und montiert. Eine derartige Vorfertigung erlaubt eine rasche Herstellung des Bauwerks ohne dabei zusätzliche Feuchtigkeit (z.B. Anmachwasser des Stahlbetons) in das Holz-Beton-Verbundsystem bzw. Bauwerken einzuleiten.
Die einzelnen Holz-Beton-Verbundsysteme können auf der Baustelle sofort bei der Montage oder einige Zeit später untereinander und/oder mit weiteren Bauabschnitten kraft- und/oder formschlüssig verbunden werden. Auf diese Weise lassen sich auch Scheibenwirkungen mit segmentierten Holz-Beton-Verbundsystemen erzeugen.

Claims (26)

  1. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) bestehend aus Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211) und daran zumindest einseitig angrenzenden Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211) und den Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) zumindest teilweise und/oder zumindest eine einlagige Zwischenschicht (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) ausgebildet ist, die zumindest teilweise eine Entkopplung der Materialien Holz und Beton erzeugt.
  2. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile durch mindestens ein Verbindungselement (130, 220, 223) kraftschlüssig mit den Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) und den Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) verbunden sind.
  3. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) durch mindestens ein Verbindungselemente (130, 220, 223) kraftschlüssig mit den Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) verbunden sind und keine statisch signifikante Verbindung zu den Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) aufweisen.
  4. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Verbindungselements (130, 220, 223) bzw. der Verbindungselemente (130, 220, 223) geordnet und/oder chaotisch (z.B. hintereinander, nebeneinander, versetzt, längs, quer, diagonal, gewellt, geschwungen und/oder gestreut) ausgebildet sein kann.
  5. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (130, 220, 223) gerade und/oder ungerade in Form von Flachkörpern, Gittern und/oder Netzen ausgebildet sind und zumindest mit einem Ende durch Klebung in entsprechenden Öffnungen in den Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211) und/oder auf der Oberfläche der Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211) verankert sind.
  6. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgestaltung der Verbindungselemente (130, 220, 223) im Bereich der Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211), Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) und/oder Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) gleichmäßig (d.h. isotrop bzw. homogen) und/oder ungleichmäßig (d.h. anisotrop bzw. inhomogen) ausgebildet sein können.
  7. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (130, 220, 223) im Bereich der Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211), Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) und/oder Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) zusätzliche Verzahnungen, Erhebungen und/oder Wulste aufweisen können.
  8. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (130, 220, 223) und/oder die Klebungen nach dem Einkleben in die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) und/oder zu einem späteren Zeitpunkt durch eine Energie- und/oder Wärmezufuhr behandelt werden, um dadurch die Glasübergangstemperatur des verwendeten Klebstoffes (der zur Verankerung der Verbindungselemente (130, 220, 223) in den Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211) dient) zu erhöhen.
  9. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) aus mindestens einem Einzelelement in Form eines Balkens, einer Bohle, einem Brett, eines Kantholzes, einer Platte oder einer Schalung besteht, und/oder einer beliebigen Kombination der vorgenannten Einzelelemente in Form von mehrteilig zusammengesetzten Querschnittsformen bestehen.
  10. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) aus gewachsenem Vollholz, Holzwerkstoffen und/oder Holzverbundwerkstoffen bestehen.
  11. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) Verstärkungen (120, z.B. Bewehrung aus Stahl und/oder Kunststoff, Vorspannstähle), Hohlräume (213, 214, z.B. durch Rohre, Kanäle und/oder Schläuche), und/oder Leitungen (z.B. Kabel, Rohre, Kanäle und/oder Schläuche), angebracht sind.
  12. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die natürlichen und/oder fertigungstechnischen Schwachstellen der Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) durch weitere Maßnahmen, wie z.B. eine Verstärkung, Vorspannung, Bewehrung, Verspannung und/oder Ertüchtigung eliminiert werden.
  13. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) vor dem Verbund mit den angrenzenden Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) und/oder Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) Vorverformungen (z.B. Überhöhung, Biegung, Krümmung und/oder Vorspannung) aufweisen, die den späteren auftretenden Einwirkungen (und den daraus resultierenden Spannungen und Verformungen) der Montage und der Nutzung zumindest teilweise entgegen wirken.
  14. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) einlagig, mehrlagig, lose und/oder im Verbund ausgebildet sein können.
  15. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) aufgelegt, gerollt, geschüttet, gestrichen, gespritzt und /oder geschäumt in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form aufgebracht und/oder nachträglich eingebracht werden können.
  16. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) Hohlräume (144, 145) (z.B. durch Rohre, Kanäle und/oder Schläuche), und/oder Leitungen (z.B. Kabel, Rohre, Kanäle und/oder Schläuche) aufweisen, die zur Gewichtsreduzierung, zur nachträglichen Einführung von Leitungen und/oder zur nachträglichen Erwärmung bzw. Kühlung der Verbindungselemente verwendet werden.
  17. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) aus Normalbeton, hochfestem Beton, Spannbeton, Verbundbeton, Estrichbeton, Leichtbeton, Porenbeton und/oder Asphaltbeton besteht bzw. bestehen und sofern gewollt Zuschläge in nicht mineralischer Form, wie z.B. Kunststoff, Styropor, Holz aufweisen können.
  18. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) auf der Baustelle vor Ort oder als Fertigteile hergestellt werden bzw. zum Teil als Fertigteil und zum Teil vor Ort hergestellt werden.
  19. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass in die Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) Verstärkungen (153, 154, 157, 243, 244, 245) (z.B. Bewehrung aus Stahl und/oder Kunststoff, Vorspannstähle), Hohlräume (155, 246) (z.B. durch Rohre, Kugeln, Quater, Kanäle und/oder Schläuche), und/oder Leitungen (156, 247) (z.B. Kabel, Rohre, Kanäle und/oder Schläuche), eingebettet sind.
  20. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (155, 246) zur Gewichtsreduzierung, zur nachträglichen Einführung von Leitungen und/oder zur nachträglichen Vorspannung bzw. Vorspannung mit nachträglichem Verbund verwendet werden können.
  21. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (156, 247) als Strom-, Heiz-, Technikund/oder Versorgungsleitungen zur nachträglichen Erwärmung der Holz-Beton-Verbundsysteme genutzt werden, um dadurch die Glasübergangstemperatur des verwendeten Klebstoffes (zur Verankerung der Verbindungselemente (130, 220, 223) in den Holzbauteilen) zu erhöhen.
  22. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) auf der Baustelle vor Ort oder als Fertigteile hergestellt werden bzw. zum Teil als Fertigteil und zum Teil vor Ort hergestellt werden.
  23. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass diese Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) Vorverformungen (z.B. Überhöhung und/oder Vorspannung) aufweisen, die den späteren auftretenden Einwirkungen (und den daraus resultierenden Spannungen und Verformungen) der Montage und der Nutzung zumindest teilweise entgegen wirken.
  24. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren Lagen Holzbauteilen (110, 111, 112, 210, 211), Zwischenschichten (140, 141, 142, 143, 230, 231, 232) und/oder Betonbauteilen (150, 151, 152, 240, 241) bestehen kann.
  25. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass es als Stützen-, Träger-, Balken-, Platten, Wand-, Decken-, Dach-, und/oder Brückensysteme dient.
  26. Holz-Beton-Verbundsysteme (100, 200) nach Anspruch 1 ff. dadurch gekennzeichnet, dass die Holzbauteile (110, 111, 112, 210, 211) und Betonbauteile (150, 151, 152, 240, 241) Zug-, Druck-, Biegezug-, Biegedruck-, Torsions-, und/oder Schubbeanspruchungen aufnehmen können.
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