EP2475827B1 - Bewehrungselement für einbauten in betonkonstruktionen - Google Patents

Bewehrungselement für einbauten in betonkonstruktionen Download PDF

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EP2475827B1
EP2475827B1 EP10766337.9A EP10766337A EP2475827B1 EP 2475827 B1 EP2475827 B1 EP 2475827B1 EP 10766337 A EP10766337 A EP 10766337A EP 2475827 B1 EP2475827 B1 EP 2475827B1
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EP
European Patent Office
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force
recessed parts
concrete
zone
structural element
Prior art date
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EP10766337.9A
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André Robert
Clément GUTZWILLER
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Acg Holding AG
ROBERT, ANDRE
Original Assignee
Acg Holding AG
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Publication date
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Application filed by Acg Holding AG filed Critical Acg Holding AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/01—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings
    • E04C5/06—Reinforcing elements of metal, e.g. with non-structural coatings of high bending resistance, i.e. of essentially three-dimensional extent, e.g. lattice girders
    • E04C5/0645—Shear reinforcements, e.g. shearheads for floor slabs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/43—Floor structures of extraordinary design; Features relating to the elastic stability; Floor structures specially designed for resting on columns only, e.g. mushroom floors
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00—Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/48—Special adaptations of floors for incorporating ducts, e.g. for heating or ventilating
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C5/00—Reinforcing elements, e.g. for concrete; Auxiliary elements therefor
    • E04C5/16—Auxiliary parts for reinforcements, e.g. connectors, spacers, stirrups
    • E04C5/18—Spacers of metal or substantially of metal

Definitions

  • the present invention relates to a device for reinforcing concrete structures according to the preamble of patent claim 1.
  • Concrete structures used as ceilings, walls and beams are used in all modern buildings to house media pipes for water, sewage, ventilation, electrical and communication.
  • ventilation ducts usually have large diameters, these were built separately for buildings with air conditioning systems and the ventilation ducts were often rectangular in shape, so that they could be hidden in the infrastructure, eg in suspended ceilings.
  • more and more pipes and ducts for forced ventilation have been installed. This entails that ventilation ducts of large cross section must be inserted. Since no one appreciates publicly laid pipes in private homes and commercial buildings, which in addition to aesthetic defects are also dust collectors and dirt zones and reduce the room height, more and more pipes are installed in the concrete structure.
  • a structural steel construction is specified as reinforcement for a concrete slab element, a concrete floor or a concrete floor with integrated heating or cooling function, which has at least one reinforcing grid and attached carrier for the heating or cooling pipes.
  • the publication EP 1 207 354 A2 shows a support strip for a reinforcement for sheet-like elements of hardenable material.
  • the presented support bar has clamping points where, for example, lines or heating / cooling pipes can be connected.
  • the font DE 19937414A1 describes a device by means of which recesses in the support area of flat slabs of reinforced concrete or prestressed concrete can be reinforced.
  • the problem is recognized that the arrangement of recesses has a fundamental influence on the carrying capacity of the construction. It is also recognized that there must be the possibility of such devices even during construction, just before the pouring of the concrete to be installed.
  • This disclosure only relates to conduits routed perpendicular to the ceiling and through the ceiling in the immediate vicinity of the support and solves the problems of puncture resistance.
  • the problem is more diverse and often causes problems for the structural engineers, because it is difficult to estimate on site and at the time of acceptance and / or control of the reinforcement, how much the strength is weakened by accumulations of media lines and media lines of large diameter, and how to proceed if it is supposed that the carrying capacity of a concrete structure is insufficient.
  • the structural engineer is usually not reported, he is confronted with the facts on the spot and must take the reinforcement usually under time pressure.
  • the present invention now has the object with a component to improve the concrete structures of the type mentioned in such a way that in the planning phase means are made available, which can be used locally reduce the weakenings by media lines or even eliminated.
  • funds are made available that can be installed locally at the time of removal of the reinforcement, which ensures the reinforcement of the concrete structure after pouring the concrete by means of clear and for the civil engineer by means of easily recognizable force model in the field of media lines the Reinforced shear behavior such that the statics of the concrete structure corresponds to the originally made by the structural engineer with the calculation of the reinforcement design either completely or at least approximated.
  • Basis of the invention is a method that allows the civil engineer both in the planning phase as well as locally using components with force models to take effective measures to reinforce the conventionally reinforced concrete construction locally by suitable means in such a way that the construction is not excessive by media lines weakened, respectively, unnecessary unnecessary oversizing of the same must lead to uneconomical building structures.
  • the deposits referred to as internals 20 and media lines are surrounded by means of components 1,21,22,23, which transmit forces and form clearly recognizable force-neutral zones 31.
  • the shear forces act 16,16 '.
  • the figures show such construction in each case in the horizontal arrangement, but apply to any position.
  • the ZD force model 40 is solved by means of ZD component 21, the SB force model 41 is achieved by a SB device 22 and the Requirements of an HS force model 42 allows an HS device 23.
  • the ZD Force Model 40 is in Fig. 1 shown.
  • the force neutral zone 31 is formed by a tensile zone 33 and a pressure zone 32.
  • the pressure forces are through the concrete 12 and other parts of the device 1 such as those in Fig. 21 . 22 taken extensions 8, while for receiving the thrust forces 16,16 'a ZD component 21 with at least one tension element 2 is used.
  • the SB Force Model 41 is in Fig. 2 shown.
  • the force neutral zone 31 is made possible by an MQ zone 37, which can transmit the bending moments 34 and the thrust forces 36.
  • the bending moments 34 and the thrust forces 36 are taken over by an SB component 22 with at least one rigid element 6.
  • Any two force models and force-neutral zones can be combined by the connection via an HS force model 42 in such a way that a horizontal thrust zone 35 is formed which absorbs the horizontal thrust forces 18 (FIG. Fig. 3 ).
  • the same combination can be done with a SB-Force model 41 and the HS-force model 42 are made, this is not shown here but graphically.
  • the invention ensures in the region of said cavities in the transverse direction, the necessary shear behavior by creating a clear flow of forces.
  • the resulting tensile component is taken from the thrust forces (eg, truss model) by the systems and devices described below. It is created locally by the systems an armored area for power transmission. This happens according to the force model by means such as e.g. Arm michsbügel, frame systems, rings, dowels and the like which are described below.
  • It allows the necessary arrangement and guidance of the media lines and the suspension of the resulting tensile forces in such a way that the necessary power flows and concrete pressure diagonals can form. This is done by arranged on the above systems and devices loops, straps, iron, etc. It is also possible to leave the media lines in place and to arrange the new components 1 so that the necessary pressure diagonals can form freely despite the media lines.
  • the ZD component 21 is in the FIGS. 4 and 5 displayed.
  • the most essential part of the ZD component 21 is the drawbar 2.
  • the pull rod 2 may be formed straight or in any conceivable embodiment, for example as a curved rod or frame.
  • anchoring 3 at least at one end.
  • These anchors 3 may consist of round or square upsets, conventional end anchorages such as welded crossbars or bends. They always serve to anchor the drawbar 2 in the concrete 12 after pouring.
  • Fig. 6 shows a built-ZD component 21.
  • the printed diagonal 30 act on the connected to the anchors 3,3 'tie rod 2, so that the baffles 20 can be accommodated in a force-neutral zone 31.
  • the ZD component 21 takes over the transmission of forces, so that even when installing many and / or large installations 20 such as media lines, the concrete structure 10 with a previously designed and existing conventional armor 11 statically little or not weakened.
  • a ZD component 21, or an SB component 22 and also an HS component 23 is still used at the last moment before the pouring of the concrete 12 and the fittings 20 with the loose at one end holder 4 and so on be connected to the corresponding component 21,22 or 23.
  • Other embodiments are in the Fig. 8 to Fig. 11 shown.
  • the tension member 2 also forms the holder 4 for the internals 20. Elements shown in these figures Suitable for the planned installation, so that the craftsmen are given, where they may and should lay your media lines.
  • a component 21, 22 or 23 is already provided in the planning stage by the plumber, the ventilation technician or the electrician, for example, this can insert its lines into the supports 4 of the components 21, 22 or 23 already present on site.
  • the invention thus offers the builders a way to provide the static security for the installation of fixtures 20 at an early stage.
  • a plurality of components 21, 22 and / or 23 can be connected by connections 5 (FIG. FIG. 12 ). This is necessary if there is a risk that could be moved by the pouring of the concrete 12, the components 21,22 and / or 23 and thereby would not act exactly at the place where the civil engineer wants the reinforcement.
  • the anchoring 3 does not have to be an upsetting or a welded part as described above.
  • the pull rod 2 and the Anchoring 3 also consist of a bent angle. Pull rod 2 and anchoring 3 then take over the thrust forces 16 in the Druckdiagonalen 30 mutually. Tie rod 2 and anchoring 3 can both take over the tensile forces caused by the shear forces 16. They are usually arranged at an angle of 90 °.
  • Fig. 13-15 shown can also be created with this arrangement for the internals 20 and especially for media lines with a large diameter a neutral zone 31. Especially in modern construction, which must meet the requirements of building organization (Facility Management), often many installations 20, above all, also medium lines with large diameters are installed.
  • FIG. 16 shows such rigid elements 6, which have the advantage that they create an even larger precisely predetermined neutral zone 31 for fittings 20.
  • the baffles 20 can be bundled with such rigid elements 6 accurately.
  • a rigid element 6 consists for example of a frame 7, which takes over the thrust forces 16 in the form of bending moments and shear forces and thereby a SB-component 22 according to Fig. 2 represents.
  • Fig. 17 a few variations of such SB devices 22 are shown in the form of frame 7.
  • Such frames 7 can be connected to each other by means of connections 5.
  • variants are to be presented, which allow the structural engineer, even at the last moment before pouring the concrete 12 to make arrangements that the concrete structure 10 has no weaknesses and meets the requirements. It is not the goal that you lay out the conventional reinforcement less stable. The goal is rather to reduce or even eliminate weakenings caused by unplanned installations.
  • FIGS. 1 to 19 Basically explained facts in the practical application were to observe elements 1 in the form as they are in FIGS. 20 to 22 be subjected to practical tests. It turns out that the ZD-force model with the in the FIGS. 20-22 show the best results, the components according to Fig. 20 and 22 not part of the invention. In the technical sense, these forms are merely advances in Figures 4,5 . 8 and 9 shown ZD-components 21.
  • the force model 40 is in Fig. 1 shown.
  • the force neutral zone 31 is defined by a tension zone 33 and a pressure zone 32 (FIG. Fig. 1 )educated.
  • the compressive forces are taken over by the concrete 12 and the anchorages, while a ZD component 21'-21 "'(FIG.
  • Fig. 20-22 with at least one tension element 2, 2 'is used.
  • ZD components 21'-21 "'provided in the area of the internals 20 ensure the necessary shear behavior by creating a clear flow of forces with the force-neutral zone 31.
  • the resulting tensile component is derived from the thrust forces (eg half-timbered model) by the ZD components.
  • the most important part of the ZD components 21'-21 “' is the drawbar 2, 2', which acts as a drawstring element in both directions, in order to securely anchor the ZD components 21'-21”'in the concrete equipped with anchorages 3.
  • the anchorages 3 consist for example of welded crossbars, bolted lugs, on upsets or bends. They serve to anchor the drawbar 2,2 'in the concrete after pouring.
  • These can be in the Fig. 21 and Fig. 22 shown extensions 8 take over additional functions, such as the prevention of cracks and the avoidance of large deformations, etc. in close proximity of the components 21'-21 "'They also serve a" gentle "transfer of forces from the ZD components 21'-21"'to the concrete.
  • the local weakenings caused by fixtures 20 are compensated for by the use of inventive ZD components 21'-21 "'.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • On-Site Construction Work That Accompanies The Preparation And Application Of Concrete (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstärkung von Betonbauten gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
    Betonkonstruktionen die als Decken, Wände und Träger eingesetzt werden, dienen unter anderen in allen modernen Bauten der Unterbringung von Medienleitungen für Wasser, Abwasser, Lüftung, Elektro und Kommunikation. Weil Lüftungsrohre normalerweise grosse Durchmesser aufweisen, wurden diese für Gebäude mit Klima-Anlagen separat gebaut und die Lüftungskanäle vielfach rechteckig ausgestaltet, so dass sie in der Infrastruktur, z.B. in herunter gehängten Decken versteckt werden konnten. Im Zusammenhang mit dem Energiesparen, das immer mehr Anwendung findet, wurden immer mehr Rohre und Kanäle für Zwangslüftungen eingebaut. Dies bringt es mit sich, dass Lüftungsleitungen grossen Querschnitts eingelegt werden müssen. Da Niemand in Privathäusern und Geschäftsgebäuden offen verlegte Leitungen schätzt, die nebst ästhetischen Mängeln auch Staubfänger und Schmutzzonen sind und die Raumhöhe vermindern, werden vermehrt Leitungen in die Betonkonstruktion eingebaut.
  • Allgemein werden durch fortschreitende Bedürfnisse des Komforts mehr Leerrohre für Medienleitungen wie Elektro, Audio, Heizungen und Wasser eingelegt, so dass in vielen Fällen eine akute Schwächung der Betonkonstruktionen vorliegt.
  • Im Umfeld solcher Medienleitungen entstehen in der Betonkonstruktion mehrere Hohlräume mit einer Längenausdehnung die oftmals grosse Bereiche der Betonkonstruktion durchlaufen. Dadurch wird insbesondere das Schubtragverhalten der Betonkonstruktionen massiv beeinträchtigt. Insbesondere für das Funktionieren der Statik z.B. einer armierten Stahlbetondecke ist jedoch die Schubtragfähigkeit von entscheidender Wichtigkeit.
  • Bisher bekannte Durchstanzsysteme erlauben nur Verstärkungen der Betonkonstruktion im Bereich von Krafteinleitungsbereichen von Stützen und dergleichen. Sie sind nicht geeignet die Probleme, welche durch Medienleitungen verursachte Schwächungen inmitten von Betonkonstruktionen bringen, zu lösen. Dies insbesondere deshalb, weil für die ermittelte Tragfähigkeit dieser Durchstanzsysteme ein voller Betonquerschnitt ohne Einlagen (z.B. Medienleitungen) vorhanden sein muss. Solche Einlagen schaffen jedoch grosse Zonen ohne Tragfähigkeit. Dies müsste berücksichtigt werden, indem spezielle Vorrichtungen lokal am Ort der Schwächung eingebaut werden. Solche Vorrichtungen sind bis heute nicht bekannt.
  • In der 200 22 421 U1 ist eine Baustahlkonstruktion als Bewehrung für ein Betonplattenelement, eine Betondecke oder einen Betonfußboden mit integrierter Heiz- oder Kühlfunktion angegeben, die zumindest ein Bewehrungsgitter und daran angebrachte Träger für die Heiz- bzw. Kühlrohre aufweist.
  • Die Druckschrift EP 1 207 354 A2 zeigt eine Auflageleiste für eine Bewehrung für flächige Elemente aus aushärtbarem Werkstoff. Die vorgestellte Auflageleiste weist Klemmstellen auf, wo beispielsweise Leitungen oder Heiz-/Kühlrohre angeschlossen werden können.
  • Die Schrift DE 19937414A1 beschreibt ein Bauelement, mittels welchem Aussparungen im Stützenbereich von Flachdecken aus Stahlbeton oder Spannbeton verstärkt werden können. In dieser Schrift wird das Problem erkannt, dass die Anordnung von Aussparungen einen elementaren Einfluss auf die Tragfähigkeit der Konstruktion hat. Ebenso wird erkannt, dass die Möglichkeit bestehen muss, solche Vorrichtungen auch noch während der Bauausführung, kurz vor dem Eingiessen des Betons, eingebaut werden zu können. Diese Offenbarung betrifft nur senkrecht zur Decke und durch die Decke geführte Leitungen in unmittelbarer Stützennähe und löst die Probleme in Bezug auf Durchstanzfestigkeit. Die Problematik ist aber vielfältiger und bereitet den Baustatikern oft Probleme, weil vor Ort und zum Zeitpunkt der Abnahme und/oder Kontrolle der Armierung schwer abzuschätzen ist, wie stark die Festigkeit durch Ansammlungen von Medienleitungen und Medienleitungen grosser Durchmesser, geschwächt wird und wie verfahren werden soll, wenn vermutet wird, dass die Tragfähigkeit einer Betonkonstruktion ungenügend ist. Je perfekter heute eine Installation durch den Sanitär-, den Elektro- und den Lüftungsinstallateur ausgeführt wird, desto mehr und vor allem, desto grösser werden die Anzahl und die Durchmesser der Rohre, die für die spätere Unterbringung der Medienleitungen in eine Betonkonstruktion eingebaut werden. Dem Baustatiker wird normalerweise keine Meldung gemacht, er wird vor Ort mit den Tatsachen konfrontiert und muss die Armierung in der Regel unter Zeitdruck abnehmen.
  • Bei der statischen Planung, also bei der Auslegung der Armierung einer Beton-Konstruktion wird dieser Tatsache bisher allenfalls bei der Dimensionierung von Trägern Beachtung geschenkt. Für Decken und Wände vertraut man auf die normalerweise mit Sicherheiten ausgelegte Armierung. Die Leitungen werden vor dem Eingiessen des Betons, aber vielfach nach der Festlegung der statisch notwendigen Armierung durch die Arbeiter vor Ort eingelegt. Dem Bauingenieur der die Statik vor dem Eingiessen des Betons abnehmen muss und für deren Qualität haftet, wird bisher kein Mittel zur Verfügung gestellt, mit dem er kurzfristig, mit einfachen Mitteln und vor Ort in der Konstruktion, eine statische Verstärkung einbauen könnte.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich nunmehr die Aufgabe mit einem Bauelement die Betonkonstruktionen der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass in der Planungsphase Mittel zur Verfügung gestellt werden, welche lokal eingesetzt die Schwächungen durch Medienleitungen reduzieren oder gar eliminieren können. Jedoch auch Mittel zur Verfügung gestellt werden, die noch zum Zeitpunkt der Abnahme der Armierung lokal eingebaut werden können, wobei diese nach dem Eingiessen des Betons die Verstärkung der Betonkonstruktion gewährleistet indem sie mittels klarem und für den Bauingenieur mittels leicht erkennbarem Kräftemodell im Bereich der Medienleitungen das Schubtragverhalten derart verstärkt, dass die Statik der Betonkonstruktion den ursprünglich durch den Baustatiker mit der Berechnung der Armierung vorgenommenen Auslegung entweder vollständig oder zumindest in Annäherung entspricht.
  • Diese Aufgabe löst ein Bauelement für Betonkonstruktionen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere erfindungsgemässe Merkmale gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
  • Grundlage der Erfindung ist ein Verfahren, das dem Bauingenieur erlaubt sowohl in der Planungsphase als auch vor Ort mittels Bauelementen mit Kräftemodellen wirksame Massnahmen zu treffen, um die konventionell bewehrte Betonkonstruktion lokal durch geeignete Mittel in der Art zu verstärken, dass die Baukonstruktion nicht durch Medienleitungen übermässig geschwächt wird respektive, nicht unnötige Überdimensionierungen derselben zu unwirtschaftlichen Baukonstruktionen führen müssen. Zu diesem Zweck werden die in der Folge als Einbauten 20 bezeichneten Einlagen und Medienleitungen mittels Bauelementen 1,21,22,23 umgeben, welche Kräfte übertragen und klar erkennbare kraftneutrale Zonen 31 bilden. Auf jede Betonkonstruktion wirken die Schubkräfte 16,16'. Die Figuren zeigen soche Baukonstruktionen jeweils in der Horizontalen Anordnung, gelten aber für jede beliebigen Lage.
  • Im Folgenden werden verschiedene Kräftemodelle beschrieben. Das ZD-Kräftemodell 40 wird mittels ZD-Bauelement 21 gelöst, das SB-Kräftemodell 41 wird durch ein SB-Bauelement 22 gelöst und die Anforderungen eines HS-Kräftemodelles 42 ermöglicht ein HS-Bauelement 23.
  • Das ZD-Kräftemodell 40 ist in Fig 1 dargestellt. Die kraftneutrale Zone 31 wird durch eine Zugzone 33 und eine Druckzone 32 gebildet. Die Druckkräfte werden durch den Beton 12 und weitere Teile des Bauelementes 1 wie z.B. die in Fig 21,22 dargestellten Verlängerungen 8 übernommen, während zur Aufnahme der Schubkräfte 16,16' ein ZD-Bauelement 21 mit mindestens einem Zugelement 2 dient.
  • Das SB-Kräftemodell 41 ist in Fig 2 dargestellt. Die kraftneutrale Zone 31 wird durch eine M-Q-Zone 37 ermöglicht, welche die Biegemomente 34 und die Schubkräfte 36 übertragen kann. Die Biegemomente 34 und die Schubkräfte 36 werden durch ein SB-Bauelement 22 mit mindestens einem biegesteifen Element 6 übernommen.
  • Zwei beliebige Kräftemodelle und kraftneutrale Zonen können durch die Verbindung über ein HS-Kräftemodell 42 in der Art kombiniert werden, dass eine Horizontalschubzone 35 entsteht, welche die Horizontalschubkräfte 18 aufnimmt (Fig 3). Dieselbe Kombination kann mit einem SB-Kräftemodell 41 und dem HS-Kräftemodell 42 gemacht werden, diese ist hier aber nicht zeichnerisch dargestellt.
  • In der Zeichnung zeigt:
    • Fig. 1
    ZD-Kräftemodell
    Fig. 2
    SB-Kräftemodell
    Fig. 3
    Kombination von einem ZD-Kräftemodell mit einem HS-Kräftemodell
    Fig. 4
    ZD-Bauelement mit runden Endstücken
    Fig. 5
    ZD-Bauelement mit viereckigen Endstücken
    Fig. 6
    in der Betonkonstruktion eingebautes ZD-Bauelement
    Fig. 7
    verschiedene Formen der Halterungen am Bauelement, wobei die in der zweiten Zeile gezeigten nicht Teil der Erfindung sind
    Fig. 8
    ZD-Bauelement mit Hohlraum bildender Zugstange
    Fig. 9
    ZD-Bauelement mit Hohlraum bildender Zugstange verstärkt
    Fig. 10
    in der Betonkonstruktion eingebautes ZD-Bauelement mit Hohlraum bildender Zugstange verstärkt
    Fig. 11
    Hohlraum bildende Zugstangen verschiedener Bauart von ZD-Bauelementen
    Fig. 12
    Verbindung von mehreren ZD-Bauelementen
    Fig 13
    ZD-Bauelement mit winklig angeordneter Zugstange und Verankerung.
    Fig 14
    Kreuzweise und winklig angeordnete Zugstange und Verankerung von ZD-Bauelementen.
    Fig 15
    Eine Vielzahl kreuzweise und winklig angeordnete Zugstangen und Verankerungen von ZD-Bauelementen.
    Fig 16
    U-förmiges SB-Bauelement mit Verankerungen.
    Fig 17
    Verschiedene Formen von SB-Bauelementen.
    Fig 18
    Anordnung eines HS-Bauelementes in der Decke.
    Fig 19
    Verschiedene Ausführungsformen verschiedener HS-Bauelemente.
    Fig 20
    Geprüfte, einfache Ausführungsform mit definierter kraftneutraler Zone, die nicht Teil der Erfindung ist.
    Fig 21
    Geprüfte, geschlossene Ausführungsform mit definierter kraftneutraler Zone
    Fig 22
    Geprüfte, offene Ausführungsform mit definierter kraftneutraler Zone,
    die nicht Teil der Erfindung ist Fig 23 Anordnung der Bauelemente gemäss Fig. 20-22 in der Decke Die Figuren stellen mögliche Ausführungsbeispiele dar, welche in der nachfolgenden Beschreibung erläutert werden.
  • Die Erfindung gewährleistet im Bereich der genannten Hohlräume in Querrichtung das notwendige Schubtragverhalten durch Schaffung eines klaren Kräfteflusses. So wird die entstehende Zugkomponente herrührend von den Schubkräften (zB. Fachwerk-Modell) durch die nachfolgend beschriebenen Systeme und Vorrichtungen aufgenommen. Es wird lokal durch die Systeme ein armierter Bereich für die Kraftübertragung geschaffen. Dies geschieht je nach Kräftemodell durch Mittel wie z.B. Armierungsbügel, Rahmensysteme, Ringe, Dübel und dergleichen die nachfolgend beschrieben sind. Es resultiert ein erhöhter Schubwiderstand der Betonkonstruktion. Sie ermöglicht die notwendige Anordnung und Führung der Medienleitungen und die Aufhängung der entstehenden Zugkräfte dergestalt, dass die notwendigen Kräfteflüsse und Betondruckdiagonalen sich ausbilden können. Dies geschieht durch an die oben genannten Systeme und Vorrichtungen angeordneten Schlaufen, Bänder, Eisen etc. Ebenso ist es möglich, die Medienleitungen an Ort zu lassen und die neuen Bauelemente 1 so anzuordnen, dass sich die notwendigen Druckdiagonalen trotz der Medienleitungen frei ausbilden können.
  • Ein der Erfindung zugrunde liegende Ausführung des Bauelementes 1, das ZD-Bauelement 21 ist in den Fig 4 und 5 abgebildet. Wesentlichster Teil des ZD-Bauelementes 21 ist die Zugstange 2. Diese wirkt als Zugbandelement in beiden Richtungen. Die Zugstange 2 kann gerade oder in jeder denkbaren Ausführung z.B. als gebogener Stab oder Rahmen ausgebildet sein. Um das ZD-Bauelement 21 im Beton 12 sicher zu verankern, kann es mindestens am einen Ende mit einer Verankerung 3 ausgestattet werden. Diese Verankerung 3 können aus runden oder eckigen Aufstauchungen, aus konventionellen Endverankerungen wie angeschweissten Quereisen oder Abbiegungen bestehen. Sie dienen immer der Verankerung der Zugstange 2 im Beton 12 nach dem Eingiessen.
  • Fig 6 zeigt ein eingebautes ZD-Bauelement 21. Die Druckdiagonalen 30 wirken auf die mit den Verankerungen 3,3' verbundene Zugstange 2, so dass die Einbauten 20 in einer kraftneutralen Zone 31 untergebracht werden können. Das ZD-Bauelement 21 übernimmt die Übertragung der Kräfte, so dass auch beim Einbau vieler und/oder grosser Einbauten 20 wie z.B. Medienleitungen die Betonkonstruktion 10 mit einer bereits ausgelegten und vorhandenen konventionellen Armierung 11 statisch wenig oder gar nicht geschwächt wird.
  • Um die Einbauten 20 auch während des Eingiessens des Betons 12 in der kraftneutralen Zone 31, also in dem dafür vorgesehenen Hohlraum für die Führung der Einbauten 20 zu halten, wird mit der Zugstange 2 oder den Verankerungen 3,3' eine Halterung 4 fest oder lösbar verbunden. Diese besteht z.B. aus Stäben, Bändern oder Schlaufen mit welchen der mögliche Hohlraum für die Führung der Medienleitungen gesteuert und definiert wird. In Fig 7 ist dargestellt, welche Ausführungsformen möglich sind, wobei die zweite Zeile der Ausführung nicht der Erfindung entspricht. Ferner ist auch daran gedacht diese Halterungen 4 als Drähte oder Bänder auszubilden, welche mindestens mit einem Ende an der Zugstange 2 oder den Verankerungen 3,3' lösbar festgemacht sind. Auf diese Weise kann ein ZD-Bauelement 21, oder ein SB-Bauelement 22 und auch ein HS-Bauelement 23 noch im letzten Moment vor dem Eingiessen des Betons 12 noch eingesetzt und die Einbauten 20 mit der am einen Ende losen Halterung 4 umfasst und so mit dem entsprechenden Bauelement 21,22 oder 23 verbunden werden. Es geht bei dieser Handlung ja darum, die Einbauten 20 auch während des Eingiessens im dafür vorgesehenen Hohlraum, der kraftneutralen Zone 30 zu halten.
    Andere Ausführungsformen sind in den Fig 8 bis Fig 11 dargestellt. Bei solchen Ausführungsformen bildet das Zugelement 2 gleichzeitig auch die Halterung 4 für die Einbauten 20. In diesen Figuren dargestellte Elemente eignen sich zum geplanten Einbau, so dass den Handwerkern vorgegeben wird, wo sie Ihre Medienleitungen verlegen dürfen und sollen. Wird ein Bauelement 21,22 oder 23 im frühen Zeitpunkt d.h. z.B. schon in der Planung durch den Sanitärinstallateur, den Lüftungstechniker oder den Elektriker vorgesehen, kann dieser seine Leitungen in die Halterungen 4 der bereits vor Ort vorhandenen Bauelemente 21,22 oder 23 einführen. Die Erfindung bietet so den Bauleuten eine Möglichkeit die statische Sicherheit für das Verlegen von Einbauten 20 zum frühen Zeitpunkt vorzusehen.
  • Um die Position mehrerer Bauelemente 21,22 und/oder 23 in Längsrichtung der kraftneutralen Zone 31 festzulegen, können mehrere Bauelemente 21,22 und/oder 23 durch Verbindungen 5 (Fig 12) miteinander verbunden werden. Dies ist dann notwendig, wenn die Gefahr besteht, dass durch das Eingiessen des Beton 12 die Bauelemente 21,22 und/oder 23 verschoben werden könnten und dadurch nicht genau an dem Ort wirken würden, an dem der Bauingenieur die Verstärkung wünscht.
  • Die Verankerung 3 muss nicht, wie oben beschrieben, eine Aufstauchung oder ein angeschweisstes Teil sein. Wie in Fig 13 dargestellt kann die Zugstange 2 und die Verankerung 3 auch aus einem abgebogenen Winkel bestehen. Zugstange 2 und Verankerung 3 übernehmen dann die Schubkräfte 16 in den Druckdiagonalen 30 wechselseitig. Zugstange 2 und Verankerung 3 können beide die Zugkräfte die durch die Schubkräfte 16 entstehen übernehmen. Sie sind in der Regel in einem Winkel von 90° angeordnet. Wie in Fig 13-15 dargestellt kann auch mit dieser Anordnung für die Einbauten 20 und speziell für Medienleitungen mit grossem Durchmesser eine kraftneutrale Zone 31 geschaffen werden. Gerade im modernen Bau der den Anforderungen der Gebäude Organisation (Facility-Management) genügen muss werden oft sehr viele E inbauten 20, vor allem auch Medienleitungen mit grossen Durchmessern eingebaut. Sollte dies nicht schon zum Zeitpunkt der statischen Auslegung der Betonkonstruktion bekannt gewesen sein, kann es zu grossen Problemen führen. Es ist deshalb denkbar, dass eine Vielzahl von kreuzweise angeordneten Kombinationen von winklig abgebogenen Elementen aus Zugstangen 2 und Verankerungen 3 eingesetzt werden. Auf diese Weise wird wie in Fig 15 gezeigt eine Vielzahl kraftneutraler Zonen 31 für die Unterbringung von Einbauten 20 geschaffen, wobei die Betonkonstruktion 10 möglichst nicht geschwächt wird.
  • In gewissen Fällen kann es sich lohnen oder ist es erforderlich, speziell geformte SB-Bauelemente 22 einzusetzen. Fig 16 zeigt solche biegesteife Elemente 6, welche den Vorteil haben, dass sie eine noch grössere genau vorgegebene kraftneutrale Zone 31 für Einbauten 20 schaffen. Die Einbauten 20 lassen sich mit solchen biegesteifen Elementen 6 zielsicher bündeln. Ein biegesteifes Element 6 besteht z.B. aus einem Rahmen 7, welcher die Schubkräfte 16 in Form von Biegemomenten und Querkräften übernimmt und dadurch ein SB-Bauelement 22 gemäss Fig 2 darstellt. In Fig 17 sind ein paar Variationen solcher SB-Bauelemente 22 in Form von Rahmen 7 dargestellt. Auch solche Rahmen 7 können mittels Verbindungen 5 miteinander verbunden werden.
  • Grundsätzlich sollen Varianten vorgestellt werden, die dem Baustatiker ermöglichen, auch im letzten Moment vor dem Eingiessen des Betons 12 noch Vorkehrungen zu treffen, dass die Betonkonstruktion 10 keine Schwachstellen aufweist und den Anforderungen entspricht. Es sei nicht das Ziel, dass man die konventionelle Armierung weniger stabil auslege. Das Ziel ist es vielmehr durch ungeplante Einbauten verursachte Schwächungen reduzieren oder sogar eliminieren zu können.
  • Um die oben und in den Fig 1 bis 19 grundsätzlich erklärten Tatsachen in der praktischen Anwendung zu beobachten wurden Bauelemente 1 in der Form wie sie in Fig 20 bis Fig 22 gezeigt werden praktischen Tests unterzogen. Es zeigt sich, dass das ZD-Kräftemodell mit den in den Fig 20 - 22 gezeigten Formen die besten Ergebnisse erzielen, wobei die Bauelemente gemäß Fig. 20 und 22 nicht Teil der Erfindung sind. Im technischen Sinne sind diese Formen lediglich Weiterentwicklungen der in Figuren 4,5,8 und 9 dargestellten ZD-Bauelementen 21. Das Kräftemodell 40 ist in Fig 1 dargestellt. Die kraftneutrale Zone 31 wird durch eine Zugzone 33 und eine Druckzone 32 (Fig 1)gebildet. Die Druckkräfte werden durch den Beton 12 und die Verankerungen übernommen, während zur Aufnahme der Zugkräfte der Zugzone 33,33' ein ZD-Bauelement 21'-21"' (Fig 20-22) mit mindestens einem Zugelement 2, 2' dient.
    Die in Fig 20 - 22 dargestellten ZD-Bauelemente 21'-21"' gewährleisten im Bereich der Einbauten 20 das notwendige Schubtragverhalten durch Schaffung eines klaren Kräfteflusses mit der kraftneutralen Zone 31. So wird die entstehende Zugkomponente herrührend von den Schubkräften (zB. Fachwerk-Modell) durch die ZD-Bauelemente 21'-21"' aufgenommen und lokal verstärkter Bereich für die Kraftübertragung geschaffen. Dies geschieht durch Mittel wie Armierungsbügel und dergleichen. Es resultiert ein klar quantifizierbarer, erhöhter Schubwiderstand der Betonkonstruktion. Sie ermöglicht die notwendige Anordnung und Führung der Einbauten 20 (Medienleitungen) und die Anbindung der entstehenden Zugkräfte dergestalt, dass die notwendigen Kräfteflüsse und Betondruckdiagonalen sich ausbilden können. Es ist möglich, die Medienleitungen an Ort zu lassen und die ZD-Bauelemente 21 wie sie in Fig 20 - 22 dargestellt sind so anzuordnen, dass sich die notwendigen Kräfteflüsse trotz der Einbauten 20 (Medienleitungen) frei ausbilden können. Damit werden durch Einbauten 20 verursachte lokale Schwächungen der Betonkonstruktion 11 lokal kompensiert und in der gesamten Betonkonstruktion 11 integriert.
  • Wesentlichster Teil der ZD-Bauelemente 21'-21"' ist die Zugstange 2,2'. Diese wirkt als Zugbandelement in beiden Richtungen. Um die ZD-Bauelemente 21'-21"' im Beton sicher zu verankern, wird es an den Enden mit Verankerungen 3 ausgestattet. Die Verankerungen 3 bestehen z.B. aus angeschweissten Quereisen, geschraubten Ansätzen, Auf stauchungen oder Abbiegungen. Sie dienen der Verankerung der Zugstange 2,2' im Beton nach dem Eingiessen. Dazu können die in den Fig 21 und Fig 22 dargestellten Verlängerungen 8 zusätzliche Funktionen übernehmen, wie z.B. das Verhindern von Rissen und die Vermeidung von grösseren Deformationen etc. in enger Nachbarschaft der Bauelemente 21'-21"'. Sie dienen auch einer "sanften" Übergabe der Kräfte von den ZD-Bauelementen 21'-21"' an den Beton.
  • Die ZD-Bauelemente 21'-21"' übernehmen die Übertragung der Kräfte lokal und können an beliebigen Stellen, auch mehrfach eingesetzt werden. Beim Einbau vieler und grosser Einbauten 20 wird die Betonkonstruktion 10 mit einer bereits ausgelegten und vorhandenen konventionellen Armierung 11 statisch wenig oder gar nicht geschwächt. Die durch Einbauten 20 verursachten lokalen Schwächungen werden durch den Einsatz von erfindungsgemässen ZD-Bauelementen 21'-21"' kompensiert.
  • Grundsätzlich sollen auch die in den Fig 20 - 22 vorgestellten Varianten der ZD-Bauelemente 21'-21"' dem Baustatiker ermöglichen, noch im letzten Moment z.B. anlässlich einer letzten durch den Statiker vorgenommenen Kontrolle vor dem Eingiessen des Betons Vorkehrungen zu treffen, so dass die ganze Betonkonstruktion 10 keine Schwachstellen aufweist und den Anforderungen entspricht. Es ist nicht das Ziel und die Aufgabe der Erfindung, dass man die konventionelle Armierung weniger stabil auslegen muss! Das Ziel ist es vielmehr Schwächungen die von Einbauten 1 herrühren durch entsprechende Massnahmen zu korrigieren. Dass dies mit den in Fig 20 - 22 dargestellten ZD-Bauelementen 21'-21"' erreicht wird haben intensive Tests bewiesen.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Verstärkung von Betonbauten, die mittels eingesetzter Bauelemente geschwächte Zonen überbrückt, welche durch Einbauten (20) entstehen, und die Kräfte überträgt, wobei zusätzlich zur konventionellen, ursprünglich durch den Baustatiker berechneten Auslegung der Armierung (11) und vor dem Eingiessen des Betons die Einbauten (20) mit mindestens einem Bauelement (1) umgeben sind,
    das Bauelement (1) mindestens ein Zugelement (2) in Form einer geraden Zugstange, eines gebogenen Stabs oder eines Rahmens beinhaltet, welches an beiden Enden mit einer Verankerung (3) verbunden ist,
    mindestens eine Halterung (4) vorhanden ist, welche mit dem Zugelement (2) oder der Verankerung (3) verbunden ist oder vom Zugelement selbst gebildet ist,
    wobei durch das Bauelement (1) ein Kräftemodell gebildet ist, welches das lokale Schubtragverhalten der Statik im Bereich der Einbauten (20) verstärkt, und damit die durch die Einbauten (20) geschwächte Betonkonstruktion durch Übertragung der Kräfte verbessert,
    und die durch die Einbauten (20) verursachten statischen Schwächungen der Betonkonstruktion reduziert oder beseitigt, indem Schub-, Druck-, Quer-, Zugkräfte und/oder Biegemomente durch das Zugelement (2) übernommen werden,
    wobei durch das Kräftemodell für die Einbauten (20) kraftneutrale Zonen (31) gebildet sind,
    das Bauelement (1) diese kraftneutralen Zonen (31) auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise, sowie auf einer die beiden Seiten verbindenden dritten Seite vollständig umgibt,
    die Halterung (4) zum Halten der Einbauten in der kraftneutralen Zone (31) anglordnet ist a und die Einbauten (20) in den kraftneutralen Zonen (31) untergebracht werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauelement (1) aus einem ZD-Bauelement (21) besteht, durch welches mindestens ein ZD-Kräftemodell (40) gebildet ist, das aus mindestens einer Druckzone (32) und mindestens einer Zugzone (33) besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauelement (1) aus einem HS-Bauelement (23) besteht, durch welches mindestens ein HS-Kräftemodell (42) gebildet ist, welches aus mindestens einer Horizontalschubzone (35) besteht.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Bauelement (1) mindestens ein Kräftemodell gebildet ist, das aus mindestens einem ZD-Kräftemodell (40) und mindestens einem HS-Kräftemodell (42) besteht.
  5. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verankerung (3) aus konventionellen Endverankerungen besteht wie angeschweissten Quereisen oder geschraubten Ansätzen oder runden oder eckigen Aufstauchungen oder Abbiegungen.
  6. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens zwei Bauelemente (1) durch mindestens eine Verbindung (5, 5') miteinander verbunden sind.
  7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) entlang der kraftneutralen Zone (31) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Verbindungen (5, 5') zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) quer zur kraftneutralen Zone (31) angeordnet ist.
  9. Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Verbindungen (5, 5') zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) entlang der kraftneutralen Zone (31) und quer zur kraftneutralen Zone (31) angeordnet ist.
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