EP2450497B1 - Armierter Betonstopfen und Verfahren zur Herstellung eines Beton-Holz-Verbundelements - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a concrete-wood composite element.
- the present invention therefore has the object to solve the problem of connecting wood / concrete composite elements for the creation of wood / concrete composite structures with simpler means and more cost-effective.
- This method produces the desired result of a shear-resistant, ductile composite of the wooden support structure and the flat concrete slab relative to each other.
- the reinforced concrete plug can be designed as a cylindrically shaped metallic cladding tube with a cylinder cavity substantially filling high-strength concrete mass.
- the reinforced concrete plug should in the present case have a substantially cylindrical shape, wherein the concrete plug may also have a conical or frustoconical shape. Also, a bottle-like bulbous shape is possible.
- the reinforced concrete plug can also have an annular groove, for example for receiving transverse loads during prefabrication.
- the pot-like hole on the hole bottom with a vertical or laterally extending, emerging from the wooden beam Venting channel is equipped.
- it can be ensured that when filling the hole with fluid concrete no static air pollution extremely reducing air holes remain.
- this can be safely avoided such an occurrence of air leaks in the hole.
- the method can be upgraded to the effect that the cladding tube of the reinforced concrete plug against the concrete mass on one side has a supernatant, wherein in the supernatant slit-like incisions are formed.
- the reinforced concrete plug can also be formed such that the cladding tube has a projection over the concrete mass on one side, wherein the supernatant has crescent-shaped recesses for supporting a washer or a screw head.
- the concrete plug can be held with an externally mounted screw in the pot hole or on the wooden structure, whereby a mounted in the concrete plug central hole can be avoided.
- the screw head or the washer then rest on the crescent-shaped recess and thus hold the concrete plug in its position.
- FIG. 1 shows a schematic view of a reinforced cylindrically designed concrete plug 2 and a only slightly changed concrete plug 2 ', both of which has a cylindrically constructed metallic reinforcing core 4 in its interior.
- This reinforcing core is made of a wire mesh, for example, a grid 10mm x 10mm and a wire thickness of 1 mm identifies.
- the wire here is a stainless steel; but it could also be designed, for example, as black steel or hot-dip galvanized steel.
- the grid can also be chosen to be smaller or larger than shearing forces (eg 16 mm ⁇ 16 mm or 25 mm ⁇ 25 mm).
- the wire thickness for example, 1.5 mm or just be chosen according to the static requirements.
- the reinforcing core 4 is surrounded by a concrete body 6 penetrating it and surrounding it.
- the concrete body 6 is produced, for example, by the pouring of flowing concrete in a form not shown here.
- the reinforcing core 4 is thus as Concrete wire cage designed; For example, it can also be configured in multiple layers in the form of a rolled-up wire mesh.
- the concrete plug 2 has a central, running along the cylinder axis hole 8, in which a screw 10 (as in FIG. 2 shown) can be used and the concrete plug 2 can be mounted on a wooden beam 12.
- the only slightly modified concrete plug 2 ' has an annular groove 7, which can serve for example for receiving transverse loads during prefabrication.
- FIG. 2 now shows a first wood-concrete composite element 14 with concrete plug 2 used before concreting FIG. 1 with dimensioning.
- the wooden beam 12 is first provided and equipped with the static requirements bill bearing pot holes 16.
- the pot holes have, for example, a diameter of 70 mm and a depth of 30 mm.
- a formwork (not shown here) may be provided for defining the volume to be filled with concrete.
- the pot holes 16 are of course on the later concrete layer 18 facing side.
- a reinforced concrete plug 2 is now fixed in each pot hole 16, wherein the concrete plug 2 protrude from the pot holes 16 and thus protrude into the volume of concrete layer to be created 18.
- FIG. 3 now shows the starting position at one opposite the Figures 1 and 2 slightly changed procedure.
- a prefabricated concrete plug 2 is - as in FIG. 3 shown - initially only the Arm istskern 4 inserted into the pot hole 16 and fixed by means of the screw 10 therein.
- the flowing concrete is poured to create the concrete layer 18 and the entire armor core 4 is cast around the tile concrete. So that no bubbles remain in the pot hole 16, each pot hole 16 has at the bottom of the hole with a vertically extending, exiting the wooden beam 12 vent passage 20th
- FIG. 5 now shows another reinforced concrete plug 22.
- This concrete plug 22 includes a cylindrical shaped metallic cladding tube 24 and a cylinder cavity substantially filling high-strength concrete mass 26.
- the cladding tube 24 has a typical dimensioning an outer diameter of 40 to 60 mm and has a wall thickness from 2 to 6 mm.
- FIG. 6 now shows a variant 28 of the concrete plug 22.
- This slightly modified concrete plug 28 can be upgraded to the effect that the cladding tube 24 against the concrete mass 26 on one side a projection 30 (see FIG. 5 ), wherein in the supernatant 30 slit-like incisions 32 are formed.
- a projection 30 see FIG. 5
- two crescent-shaped recesses 34 for supporting a washer or a screw head 36 in the supernatant 30 has.
- the concrete plug 28 can be held with an externally mounted screw 38 in the pot hole or on the wooden structure, whereby a mounted in the concrete plug 28 central hole can be avoided.
- the screw head 36 and the washer are then on the crescent-shaped recess 34 and thus hold the concrete plug 28 in its position, which in FIG. 7 is shown in the sectional image accordingly.
- the optionally attached additional screw fuses to prevent lateral twisting of the concrete plug 28 under load , as well as at the same time to avoid any occurring block scissors of the wood between the concrete plug 28, especially at narrower plug intervals.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Beton-Holz-Verbundelements.
- In der Konstruktion von neuen Häusern, Werkhallen und in der Altbausanierung besteht ein hoher Bedarf an statisch einwandfreien Verbindungen von Holzbalken/Holzrahmen mit Betonelementen. Derartige Betonelemente werden mit den Holzbalken/Holzrahmen zu sogenannten Holz/Beton-Verbundtragwerken zusammengefügt und werden beispielsweise als Wände, Tragdecken oder (Fertig-)Dachelemente eingesetzt. Diese Holz/Beton-Verbundtragwerke haben gegenüber dem reinen Holzbau den Vorteil, dass sie trotz des Betonanteils dennoch vergleichsweise leicht sind und trotz des Holzanteils dennoch noch eine genügend hohe Wärmespeichermasse aufweisen. Weiter verbessern derartige Tragwerke die akustischen Eigenschaften eines Gebäudes entscheidend und haben ebenfalls eine gute Feuerwiderstandsdauer. Mit dem verbesserten Schallschutzverhalten verringern sie zudem spürbare Schwingungen von Böden und steifen somit das Gebäude statisch hervorragend aus. Abgesehen von diesen technischen Vorteilen befriedigen die sichtbaren Holzbalken auch die ästhetischen Wünsche der Bauherrschaft.
- Zur Verbindung von einzelnen Holz/Beton-Verbundelementen zu diesen Holz/Beton-Verbundtragwerken sind verschiedene mehr oder weniger aufwendige Lösungen bekannt. Eine Lösung sieht beispielsweise die Ausbildung von Ortbeton-Taschen vor, die allerdings auf einer ansonsten im Holzbau eher betonfreien Trockenbaustelle vor Ort ausbetoniert werden müssen. Die Verwendung von Beton ist auf einer derartigen Trockenbaustelle in der Regel allerdings unerwünscht und immer mit einem vergleichsweise hohen Aufwand verbunden. Zusätzlich werden hier gekreuzt angeordnete Doppelgewindeschrauben verwendet. Diese von unten angesetzten Schrauben sind jedoch sichtbar, was den ästhetischen Eindruck dieser Verbundtragwerke schmälern kann. Grundsätzlich ist es auch möglich, Stahlteile in die Betonplatten einzulegen, welche nach der Montage der Verbundelemente verschweisst werden müssen. Allerdings ist im Holzbau die Brandgefahr beim Schweissen relativ hoch.
- Weiter ist es aus der deutschen Patentanmeldung
DE 44 20 175 A1 bekannt, Betonschichten auf eine balkenartig Holztragstruktur aufzugiessen. Für die Verbindung der Holzbalken mit der Betonschicht werden Verschraubungen aller Art sowie Betonstopfen verwendet, die in in die Tragbalken gebohrte Löcher eingesetzt werden. Aufgrund der statisch nicht ausschaltbaren Relativbewegung von Betonschicht zu den Holzbalken werden diese Verschraubungen und Betonstopfen jedoch hohen Scherkräften ausgesetzt, die dazu führen können, dass die Verschraubung reisst und die Betonstopfen brechen. - Allen derzeit bekannten Lösungen hängt daher entweder der Makel an, dass sie zwar statisch einwandfreie Verbundtragwerke liefern, der Material- und Arbeitsaufwand zur Erstellung dieser Verbundtragwerke aber hoch und damit das gesamte Verbundtragwerk relativ kostspielig ist oder der Makel an, dass die Erstellung des Holz-Beton-Verbundelements relativ einfach erzielt werden kann, die statische Festigkeit aber nur mit besonders hohem Einsatz von Verschraubungen und Betonstopfen erzielt werden kann. Aufgrund der auftretenden Scherkräfte besteht sogar die Gefahr, dass die Betonstopfen brechen können und die Betonschicht dann frei auf dem Balken schwimmt, was in der Regel aus statischen Gründen nicht akzeptabel ist.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, das Problem der Verbindung von Holz/Beton-Verbundelementen zur Erstellung von Holz/Beton-Verbundtragwerken mit einfacheren Mitteln und kostengünstiger zu lösen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein verfahren zur Herstellung eines Beton-Holz-Verbundelements gelöst, welches die folgenden Verfahrensschritre umfasst:
- a) Bereitstellen einer Holztragstruktur, vorzugsweise Holzbalken;
- b) optionales Bereitstellen einer Schalung für ein mit Beton aufzufüllendes Volumen zur späteren Erstellung einer Betonschicht;
- c) Bohren von topfartigen Löchern in die Holztragstruktur auf der der späteren Betonschicht zugewendeten Seite;
- d) Befestigen eines armierten Betonstopfens in dem topfartigen Loch der Holztragstruktur mit einem Überstand des Betonstopfens in das Volumen der zu erstellenden Betonschicht;
- e) Einbringen von Fliessbeton, ggfs. in die Schalung, und dabei Umgiessen des Überstandes des Betonstopfens; und
- f) Aushärten des Fliessbetons und ggfs. Entfernen der Schalung.
- Dieses Verfahren stellt das gewünschte Ergebnis eines scherfesten, duktilen Verbundes der hölzernen Tragstruktur und der flächigen Betonplatte relativ zueinander her.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der armierte Betonstopfen als zylindrisch geformtes metallisches Hüllrohr mit einer den Zylinderhohlraum im wesentlichen ausfüllenden hochfesten Betonmasse ausgestaltet sein. Der armierte Betonstopfen sollte vorliegend eine im Wesentlichen zylindrische Form haben, wobei der Betonstopfen dabei auch eine kegel- oder kegelstumpfartige Form haben darf. Ebenfalls ist eine flaschenartige bauchige Form möglich. Weiter kann der armierte Betonstopfen auch eine ringförmig verlaufende Nut aufweisen, beispielsweise zur Aufnahme von Querlasten bei der Vorfertigung.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrenserfindungen kann es vorgehen sein, dass das topfartige Loch am Lochboden mit einem senkrecht oder seitlich verlaufenden, aus dem Holzbalken austretenden Entlüftungskanal ausgestattet wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Auffüllen des Loches mit Fliessbeton keine die statische Belastbarkeit extrem verringernden Luftlöcher verbleiben. Besonders bei Konstellationen und Aufgabenstellungen, bei denen der Boden des Loches höher liegt als die Lochwandungen, kann hierdurch sicher ein derartiges Auftreten von Luftresten im Loch vermieden werden.
- In vorteilhafter Weiterbildung kann das Verfahren dahingehend ertüchtigt werden, dass das Hüllrohr des armierten Betonstopfens gegenüber der Betonmasse einseitig einen Überstand aufweist, wobei in den Überstand schlitzartige Einschnitte eingeformt sind. Auf diese Weise kann die Bildung von Lunkern am oberen Rand des Betonstopfens beim Ausgiessen des Betonelements (gleichzeitiges Eingiessen des Betonstopfens) sicher ausgeschlossen werden. Alternativ oder ergänzend kann der armierte Betonstopfen auch so ausgeformt sein, dass das Hüllrohr gegenüber der Betonmasse einseitig einen Überstand aufweist, wobei der Überstand halbmondartig geformte Ausnehmungen zur Auflage einer Unterlegscheibe oder eines Schraubenkopfes aufweist. Somit kann der Betonstopfen mit einer von aussen angebrachten Schraube in dem Topfloch oder auf der Holzkonstruktion gehalten werden, wodurch ein im Betonstopfen angebrachtes zentralen Loch damit vermieden werden kann. Der Schraubenkopf bzw. die Unterlegscheibe liegen dann auf der halbmondartig geformten Ausnehmung auf und halten so den Betonstopfen in seiner Postition.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
Figur 1 eine schematische Ansicht auf einen armierten Betonstopfen mit Bemassung; -
Figur 2 ein erstes Holz-Beton-Verbundelement mit vor dem Betonieren eingesetzten Betonstopfen nachFigur 1 mit Bemassung; -
Figur 3 eine schematische Ansicht auf einen Ausschnitt aus einem Holzbalken mit in ein Bohrloch eingesetztem Armierungskern; -
Figur 4 ein zweites Holz-Beton-Verbundelement mit vor dem Betonieren eingesetzten Armierungskernen nachFigur 3 mit Bemassung; -
Figur 5 einen armierten Betonstopfen mit Hüllrohr und mit hochfestem Beton aufgefülltem Hohlraum; -
Figur 6 den mit einem Schraubenkopf festgesetzten armierten Betonstopfen gemässFigur 5 ; und -
Figur 7 eine Schnittansicht des mit dem Schraubenkopf festgesetzten armierten Betonstopfen gemäss derFigur 6 . -
Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht einen armierten zylindrisch ausgestalteten Betonstopfen 2 und einen dazu nur geringfügig geänderten Betonstopfen 2', die beide in ihrem Inneren einen zylindrisch aufgebauten metallischen Armierungskern 4 aufweist. Dieser Armierungskern ist aus einem Maschendraht aufgebaut, der zum Beispiel ein Raster 10mm x 10mm und eine Drahtstärke von 1 mm ausweist. Der Draht ist hier vorliegend ein rostfreier Edelstahl; er könnte aber beispielsweise auch als Schwarzstahl oder feuerverzinkter Stahl ausgestaltet sein. Das Raster kann je nach Grösse und Beanspruchung des Betonstopfens 2 gegen Scherkräfte auch kleiner oder grösser (z.B. 16mm x 16 mm oder 25mm x 25mm) gewählt sein. Ebenso kann auch die Drahtstärke beispielsweise auch 1.5 mm oder eben entsprechend den statischen Anforderungen gewählt sein. Der Armierungskern 4 ist von einem ihn durchdringenden und ihn umgebenden Betonkörper 6 umgeben. Der Betonkörper 6 wird zum Beispiel durch das Eingiessen von Fliessbeton in eine hier nicht weiter dargestellte Form erzeugt. Der Armierungskern 4 ist somit als einbetonierter Drahtkäfig ausgestaltet; er kann beispielsweise auch mehrlagig in Form eines aufgerollten Maschendrahts ausgestaltet sein. Der Betonstopfen 2 weist ein zentrales, entlang der Zylinderachse verlaufendes Loch 8 auf, in das eine Schraube 10 (wie inFigur 2 gezeigt) eingesetzt werden und der Betonstopfen 2 auf einem Holzbalken 12 befestigt werden kann. Der nur geringfügig modifizierte Betonstopfen 2' weist eine ringförmig verlaufende Nut 7 auf, die beispielsweise zur Aufnahme von Querlasten bei der Vorfertigung dienen kann. - Die
Figur 2 zeigt nun ein erstes Holz-Beton-Verbundelement 14 mit vor dem Betonieren eingesetzten Betonstopfen 2 nachFigur 1 mit Bemassung. Zur Erstellung des Holz-Beton-Verbundelements 14 wird zunächst der Holzbalken 12 bereitgestellt und mit den statischen Anforderungen Rechnung tragenden Topflöchern 16 ausgestattet. Die Topflöcher haben dabei beispielsweise einen Durchmesser von 70 mm und eine Tiefe von 30 mm. Zur späteren Erstellung einer Betonschicht 18 kann eine hier nicht weiter dargestellte Schalung zur Umgrenzung des mit Beton aufzufüllenden Volumens vorgesehen sein. Die Topflöcher 16 befinden sich dabei selbstverständlich auf der der späteren Betonschicht 18 zugewendeten Seite. Mittels der Schraube 10 wird nun in jedem Topfloch 16 ein armierter Betonstopfen 2 festgesetzt, wobei die Betonstopfen 2 aus den Topflöchern 16 herausragen und somit auch in das Volumen der zu erstellenden Betonschicht 18 hineinragen. Nun mehr kann der Fliessbeton in das vorsehene Volumen eingefüllt werden, wobei dabei auch der Überstand der Betonstopfen 2, hier vorliegend etwa 40 mm, voll in die Betonschicht 18 eingegossen/eingebettet wird. Nach dem Aushärten des Fliessbetons und der allfälligen Entfernen der Schalung liegt dann das Holz-Beton-Verbundelement 14 fertig vor. Die armierten Betonstopfen 2 schaffen dabei die notwendige Stabilität gegen die auftretenden Scherkräfte. Dieses Vorgehen mit den vergleichsweise umfanggrossen Betonstopfen 2 kann somit die Verwendung von einer Vielzahl von Holz-Beton-Verschraubungen pro Betonstopfen 2 ersetzen. - Die
Figur 3 zeigt nun die Ausgangslage bei einem gegenüber denFiguren 1 und 2 geringfügig geändertem Vorgehen. Anstelle eines vorgefertigten Betonstopfens 2 wird - wie inFigur 3 gezeigt - zunächst nur der Armierungskern 4 in das Topfloch 16 eingesetzt und mittels der Schraube 10 darin festgesetzt. Wie inFigur 4 gezeigt, wird dann der Fliessbeton zur Erstellung der Betonschicht 18 eingegossen und der gesamte Armierungskern 4 von dem Fliesbeton umgossen. Damit im Topfloch 16 keine Luftblasen verbleiben, verfügt jedes Topfloch 16 am Lochboden mit einem senkrecht verlaufenden, aus dem Holzbalken 12 austretenden Entlüftungskanal 20. -
Figur 5 zeigt nun einen weiteren armierten Betonstopfen 22. Dieser Betonstopfen 22 umfasst ein zylindrisch geformtes metallisches Hüllrohr 24 und eine den Zylinderhohlraum im wesentlichen ausfüllende hochfeste Betonmasse 26. Das Hüllrohr 24 weist in einer typischen Dimensionierung einen Aussendurchmesser von 40 bis 60 mm auf und hat dabei eine Wandstärke von 2 bis 6 mm. -
Figur 6 zeigt nun eine Variante 28 des Betonstopfens 22. Dieser geringfügig modifizierte Betonstopfen 28 kann dahingehend ertüchtigt werden, dass das Hüllrohr 24 gegenüber der Betonmasse 26 einseitig einen Überstand 30 (sieheFigur 5 ) aufweist, wobei in den Überstand 30 schlitzartige Einschnitte 32 eingeformt sind. Auf diese Weise kann die Bildung von Lunkern am oberen Rand des Betonstopfens 28 beim Ausgiessen des Betonelements (gleichzeitiges Eingiessen des Betonstopfens 28) sicher ausgeschlossen werden. Ergänzend sind in den Überstand 30 auch zwei halbmondartig geformte Ausnehmungen 34 zur Auflage einer Unterlegscheibe oder eines Schraubenkopfes 36 aufweist. Somit kann der Betonstopfen 28 mit einer von aussen angebrachten Schraube 38 in dem Topfloch oder auf der Holzkonstruktion gehalten werden, wodurch ein im Betonstopfen 28 angebrachtes zentralen Loch damit vermieden werden kann. Der Schraubenkopf 36 bzw. die Unterlegscheibe liegen dann auf der halbmondartig geformten Ausnehmung 34 auf und halten so den Betonstopfen 28 in seiner Position, was inFigur 7 entsprechend in dem Schnittbild dargestellt ist. - Falls wie gezeigt tellerkopfartige Holz-Beton-Verbundschrauben 38 zum Einsatz kommen und diese vorzugsweise immer auf der zum Schubnullpunkt(Mittelachse der Holzbalkenspannweite) orientierten Stirnseite des Betonstopfens 28 sitzt, dient die optional angebrachte zusätzliche Schraubensicherungen dazu ein seitliches Verdrehen des Betonstopfens 28 unter Last zu verhindern, wie auch gleichzeitig ein ggfs. auftretendes Blockscheren des Holzes zwischen den Betonstopfen 28, insbesondere bei engeren Stopfenabständen, zu vermeiden.
- Ein wichtiger Vorteil der Nocke(Betonstopfen 28) liegt in der Tatsache begründet, dass dort, wo die Schubkräfte am größten sind, (kurz vor Auflager an der Wand) alle Schraubsysteme, besonders jene, die unter 45 Grad einseitig geneigt werden, an der baupraktischen Umsetzung scheitern, da grundsätzlich zu wenig Platz für Bauschrauber und Werker existiert. In der Regel werden dann dort die Schrauben senkrecht gesetzt mit dem Resultat, dass diese nur ganz minimale Schubkräfte aufnehmen können und dass gerade dort, wo die größten Kräfte ankommen, also eine klare Schwächung aller geneigten Schraubsysteme.Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der armierten Nocke/des armierten Betonstopfens, die/der ja von oben senkrecht eingebracht wird.
Claims (5)
- Verfahren zur Herstellung eines Beton-Holz-Verbundelements (14), umfassend die folgenden Verfahrensschritte:a) Bereitstellen einer Holztragstruktur, vorzugsweise Holzbalken (12);b) optionales Bereitstellen einer Schalung für ein mit Beton aufzufüllendes Volumen zur späteren Erstellung einer Betonschicht (18);c) Bohren von topfartigen Löchern (16) in die Holztragstruktur (12) auf der der späteren Betonschicht (18) zugewendeten Seite;gekennzeichnet durch:d) Befestigen eines armierten Betonstopfens (2) in dem topfartigen Loch (16) der Holztragstruktur (12) mit einem Überstand des Betonstopfens (2) in das Volumen der zu erstellenden Betonschicht (18);e) Einbringen von Fliessbeton, ggfs. in die Schalung, und dabei Umgiessen des Überstandes des Betonstopfens (2); undf) Aushärten des Fliessbetons und ggfs. Entfernen der Schalung.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das topfartige Loch (16) am Lochboden mit einem senkrecht oder seitlich verlaufenden, aus dem Holzbalken austretenden Entlüftungskanal (20) ausgestattet wird. - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der armierte Betonstopfen als zylindrisch geformtes metallisches Hüllrohr mit einer den Zylinderhohlraum im wesentlichen ausfüllenden hochfesten Betonmasse ausgestaltet ist. - Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllrohr gegenüber der Betonmasse einseitig einen Überstand aufweist, wobei in den Überstand schlitzartige Einschnitte eingeformt werden. - Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hüllrohr gegenüber der Betonmasse einseitig einen Überstand aufweist, wobei der Überstand halbmondartig geformte Ausnehmungen zur Auflage einer Unterlegscheibe oder eines Schraubenkopfes aufweist.
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