EP2646627A1 - Einrichtung zum anschliessen von stahlbetonplatten an eine wand- oder deckenkonstruktion aus stahlbeton - Google Patents

Einrichtung zum anschliessen von stahlbetonplatten an eine wand- oder deckenkonstruktion aus stahlbeton

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EP2646627A1
EP2646627A1 EP11796605.1A EP11796605A EP2646627A1 EP 2646627 A1 EP2646627 A1 EP 2646627A1 EP 11796605 A EP11796605 A EP 11796605A EP 2646627 A1 EP2646627 A1 EP 2646627A1
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reinforced concrete
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loops
bending pressure
elements
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Lutz Sparowitz
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    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/003—Balconies; Decks
    • E04B1/0038—Anchoring devices specially adapted therefor with means for preventing cold bridging

Definitions

  • the invention relates to a device for connecting reinforced concrete slabs to a wall or ceiling construction made of reinforced concrete, with an insulating body for thermal insulation and a reinforcement member having tensile and pressure reinforcing elements.
  • Insulating baskets have in common that the bending capacity decreases with increasing thermal resistance
  • the lateral force is realized differently in the products.
  • the lateral force is absorbed by stirrups.
  • Insulating baskets of the Applicant have a frame construction which transfers both moments and transverse forces.
  • Another solution consists in the arrangement of thrust plates, which are also decoupled from the torque transmission used to absorb the lateral force.
  • the transverse force transmission through brackets or shear plates has a positive effect on the deformation behavior, since negligible shear distortions occur due to the higher shear stiffness in the transition region.
  • an additional deformation from the transverse force component is always to be considered. Systems that decouple moments and shear forces are generally preferred in terms of adapting to the stresses.
  • a disadvantage of the known devices is generally the lack of decoupling of the moment and shear force - carrying capacity and the complex production.
  • the invention aims to decisively improve the thermal insulation in the transition area of the insulating baskets and to increase the flexibility of the connection device such that, similar to a modular system, a multiplicity of geometrical boundary conditions can be realized with one and the same product with simple assembly steps can.
  • the product should be optimized to such an extent that the economy of the product can be increased by simple grading options to adapt to the respective load-bearing capacity requirements.
  • a connection device of the type specified in the introduction is characterized in that the reinforcement part has closed loops made of fiber-reinforced plastic as tension having reinforcing elements and bending pressure-thrust elements with variable profiles of ultra-high-strength concrete (UHPFRC), wherein the horizontally arranged loops are mounted in the insulating body between the to be connected reinforced concrete slab and the wall or ceiling construction and the bending pressure thrust elements are integrated into the insulating body.
  • UHPFRC ultra-high-strength concrete
  • the closed loops of the tensile reinforcement element made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GRP).
  • the bending pressure thrust elements consist of UHPFRC quality concrete.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a device according to the invention
  • Fig. 2 is a principle front view of the device
  • Fig. 3 is a plan view of the device
  • Fig. 4 is another embodiment in plan view
  • Fig. 5 is a principle perspective view
  • Fig. 6 shows a section
  • Fig. 7 is a plan view of a development of the device according to the invention.
  • connection device for reinforced concrete slabs 1 shown in the drawings on a wall or ceiling construction 2 has an insulating body 3 for thermal insulation and a reinforcement part 4.
  • the reinforcement part 4 consists in the tension zone of closed loops 4 'of, for example, fiber plastic for connection to the plate reinforcement and in the bending pressure push zone made of differently profiled elements 4 "of ultra-high-performance concrete (UHPFRC - Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete).
  • UHPFRC - Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete ultra-high-performance concrete
  • the invention Compared to stainless steel reinforcing bars, the invention enables lower cross-sectional areas and significantly reduced heat loss as well as a high adaptability to the load capacity due to different loop geometries.
  • an endless loop for example made of CFK or GFK
  • the production of the loop can in particular be carried out with longitudinally oriented fibers in the loop direction, which are wrapped by a 90 ° twisted fiber layer, whereby sufficiently high transverse compressive strength is achieved.
  • the formation of the loop allows power transmission despite the poor bond between the concrete and the loop.
  • the most important influencing parameters are the loop height and the loop radius. With these two sizes, the deflection stresses on the surrounding concrete and thus also the transverse compressive stress on the loop are controlled.
  • the UHPFRC pressure elements located at the extreme pressure edge provide a large internal lever arm, minimizing the forces on the load bearing elements.
  • FIGS. 3 and 4 show differently designed connection devices according to the invention.
  • the thermal insulation performance can be significantly increased by the use of high performance materials UHPFRC and CFK / GFK.
  • the formation of a released pressure belt from tapering UHPFRC elements allows the required concrete volume and at the same time the heat loss surfaces to be kept to a minimum.
  • these UHPFRC elements can be widened at the ends and preferably also profiled or provided with an upright triangular rib 4 "', in particular FIGS. 5 to 7 Through this "dog bone" shape, the heat conduction is kept low.
  • the construction according to the invention enables an economic gradation of the load capacity. For example, with a flexural strength in the range of, for example, 50 kNm / m, twice the equivalent thermal resistance (insulation thickness, e.g., 8 cm) over existing products is expected. These excellent properties result mainly from the use of materials with very high strengths, whereby small cross-sections are required and thus the heat-insulating body is only slightly weakened.
  • the invention is intended to enable use in passive houses. Requirement for the passive house standard is an annual Licher heating demand of 15 kWh per m2 and year, which means a substantial energy savings compared to low-energy house.
  • the use of the high-tensile CFRP / GRP material in the tensile area and of UHPFRC in the pressure area as well as the corresponding savings in steel result in a significant improvement in the environmental sustainability of the product since the energy requirement for the production of 1 m 3 UHPFRC is only 5%. the energy requirement for producing the same amount of steel with the same compressive strength.

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Abstract

Einrichtung zum Anschließen von Stahlbetonplatten (1) an eine Wand- oder Deckenkonstruktion (2) aus Stahlbeton, mit einem Isolierkörper (3) zur Wärmedämmung und einem Bewehrungsteil, der geschlossene Schlaufen (4') aus Faserkunststoff als Zugbewehrungselemente und Biegedruck-Schub-Elemente (4") mit veränderlichen Profilen aus ultrahochfestem Beton aufweist, wobei die horizontal angeordneten Schlaufen in dem Isolierkörper zwischen der anzuschließenden Stahlbetonplatte und der Wand- oder Deckenkonstruktion gelagert und die Biegedruck-Schub-Elemente in den Isolierkörper integriert sind.

Description

Einrichtung zum Anschließen von Stahlbetonplatten an eine
Wand- oder Deckenkonstruktion aus Stahlbeton
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Anschließen von Stahlbetonplatten an eine Wand- oder Deckenkonstruktion aus Stahlbeton, mit einem Isolierkörper zur Wärmedämmung und einem Bewehrungsteil, der Zug- und Druckbewehrungselemente aufweist .
Neben einer möglichst großen wärmedämmenden Wirkung müssen derartige Einrichtungen im Allgemeinen hohe Biege- und Quer- kraftbeanspruchungen aufnehmen. Das Einsatzgebiet ist sehr vielfältig und umfasst Anwendungen bei auskragenden sowie unterstützten Balkon- und Terrassenplatten, durchlaufenden Platten, welche die Gebäudehülle verlassen, Auflagerbereichen bei Loggien, thermische Trennung von Attiken und Brüstungen bis hin zu Konsolen und Wandscheiben.
Es sind Einrichtungen für frei auskragende Stahlbetonplatten bekannt, deren obenliegende Zugbewehrung in Abhängigkeit von der Tragf higkeitsstufe ausgebildet wird. Im Übergangsbe- reich der Wärmedämmebene wird dabei ein Betonrippenstahl aus nichtrostendem Edelstahl verwendet. Dieser wird z.B. durch Wi- derstandspressschweißung mit einem anschließenden Betonrippenstahl verbunden. Querkraftbügel werden in derselben Edelstahl - qualität wie die Zugstäbe ausgeführt, wobei die Verbindung zur Anschlussbewehrung wiederum durch Schweißung erfolgt. Als Wärmedämmstoff im Übergangsbereich kann beispielsweise Polystyrol-Hartschaum verwendet werden. In diesen sind Module aus beispielsweise microstahlfaserbewehrtem Hochleistungsfeinbeton in der Druckzone integriert .
Den bekannten Produkten, die auch als „Isolierkörbe" bezeichnet werden, ist gemeinsam, dass die Biegetragfähigkeit mit zunehmendem Wärmedurchlasswiderstand abnimmt. Die Aufnahme der Querkraft wird bei den Produkten unterschiedlich realisiert. Bei einigen Produkten wird die Querkraft durch Bügel aufgenommen. Isolierkörbe der Anmelderin weisen eine Rahmenkonstruktion auf, die sowohl Momente als auch Querkräfte über- trägt . Eine weitere Lösung besteht in der Anordnung von Schubblechen, die ebenfalls entkoppelt von der Momentenübertragung zur Aufnahme der Querkraft herangezogen werden. Die Querkraftübertragung durch Bügel bzw. Schubbleche wirkt sich beim Verformungsverhalten positiv aus, da sich durch die höhere Schub- Steifigkeit im Übergangsbereich vernachlässigbare Schubverzerrungen einstellen. Bei rahmenartigen Tragsystemen hingegen ist eine zusätzliche Verformung aus dem Querkraftanteil stets zu berücksichtigen. Systeme, die Momente und Querkräfte entkoppelt übertragen, werden bezüglich der Anpassung an die Bean- spruchungen im Allgemeinen bevorzugt.
Ein Nachteil der bekannten Einrichtungen besteht aber allgemein im Mangel der Entkoppelung der Momenten- und Querkraft - tragfähigkeit und der aufwändigen Herstellung.
Die Erfindung zielt darauf ab, unter Einsatz von Hoch- leistungswerkstoffen die Wärmedämmung im Übergangsbereich der Isolierkörbe entscheidend zu verbessern und die Flexibilität der Anschlusseinrichtung dermaßen anzuheben, dass ähnlich einem Baukastensystem eine Vielzahl an geometrischen Randbedingungen mit ein und demselben Produkt mit einfachen Montage - schritten realisiert werden kann. Das Produkt soll so weit optimiert werden, dass durch einfache Abstufungsmöglichkeiten zur Anpassung an die jeweiligen Tragf higkeitserfordernisse auch die Wirtschaftlichkeit des Produktes gesteigert werden kann.
Eine erfindungsgemäße Anschlusseinrichtung der einleitend angegebenen Art zeichnet sich dadurch aus, dass der Bewehrungsteil geschlossene Schlaufen aus Faserkunststoff als Zug- bewehrungselemente und Biegedruck-Schub-Elemente mit veränderlichen Profilen aus ultrahochfestem Beton (UHPFRC) aufweist, wobei die horizontal angeordneten Schlaufen in dem Isolierkörper zwischen der anzuschließenden Stahlbetonplatte und der Wand- oder Deckenkonstruktion gelagert und die Biegedruck- Schub-Elemente in den Isolierkörper integriert sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die geschlossenen Schlaufen des Zugbewehrungselementes aus kohlestofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) .
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bestehen die Biegedruck-Schub-Elemente aus Beton der Qualität UHPFRC.
Die Erfindung und weitere Merkmale derselben werden nachfolgend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert .
Fig. 1 ist eine Prinzip-Seitenansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist eine Prinzip-Vorderansicht der Einrichtung; Fig. 3 ist eine Draufsicht der Einrichtung; Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform in der Draufsicht; Fig. 5 ist eine Prinzip-Perspektivansicht; Fig. 6 zeigt einen Schnitt und Fig. 7 eine Draufsicht einer Weiterbildung der Einrichtung gemäß der Erfindung.
Die in den Zeichnungen dargestellte Anschlusseinrichtung für Stahlbetonplatten 1 an eine Wand- oder Deckenkonstruktion 2 weist einen Isolierkörper 3 zur Wärmedämmung und einen Bewehrungsteil 4 auf. Der Bewehrungsteil 4 besteht in der Zugzone aus geschlossenen Schlaufen 4 ' aus beispielsweise Faserkunststoff zum Anschluss an die Plattenbewehrung und in der Biegedruck-Schub-Zone aus unterschiedlich profilierten Elemen- ten 4" aus ultrahochfestem Beton (UHPFRC - Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete) . Die Enden der Schlaufen 4' stehen mit U- förmigen Bügeln 5 der Anschlussbewehrung in Eingriff .
Im Vergleich zu Edelstahlbewehrungsstäben ermöglicht die Erfindung geringere Querschnittsflächen und einen erheblich reduzierten Wärmeverlust sowie durch unterschiedliche Schlaufengeometrien eine hohe Anpassungsfähigkeit an die Tragfähigkeit .
Für die Übertragung der Zugkräfte kann erfindungsgemäß eine Endlosschlaufe, beispielhaft aus CFK oder GFK, vorgesehen sein. Die Herstellung der Schlaufe kann insbesondere mit längsorientierten Fasern in Schlaufenrichtung erfolgen, die durch eine um 90° verdrehte Faserlage umwickelt werden, womit ausreichend hohe Querdruckfestigkeit erreicht wird. Die Ausbildung der Schlaufe ermöglicht die Kraftübertragung trotz des schlechten Verbundes zwischen dem Beton und der Schlaufe. Durch Veränderung der Schlaufengeometrie kann die Tragfähigkeit auf einfache Art an die jeweiligen Erfordernisse ange- passt werden. Die wichtigsten Einflussparameter bilden dabei die Schlaufenhöhe und der Schlaufenradius. Mit diesen beiden Größen werden die Umlenkspannungen auf den umgebenden Beton und damit auch die Querdruckspannung auf die Schlaufe gesteuert . Durch die am äußersten Druckrand angeordneten UHPFRC- Druckelemente wird ein großer innerer Hebelarm erreicht, wodurch die auf die tragenden Elemente wirkenden Kräfte mini- miert werden. Die Fig. 3 und 4 zeigen unterschiedlich ausgebildete Anschlusseinrichtungen gemäß der Erfindung.
Im Rahmen der Erfindung kann die Wärmedämmleistung durch den Einsatz von Hochleistungswerkstoffen UHPFRC und CFK/GFK deutlich angehoben werden. Durch die Ausbildung eines aufge- lösten Druckgurtes aus sich verjüngenden UHPFRC-Elementen können das erforderliche Betonvolumen und gleichzeitig die Wärmeverlustflächen minimal gehalten werden. Um die Lastübertragungsfläche zwischen Normalbeton und Biegedruck-Schub-Elementen 411 zu vergrößern, können diese UHPFRC-Elemente an den Enden aufgeweitet und vorzugsweise auch profiliert bzw. mit einer hochstehenden dreieckförmigen Rippe 4"' versehen werden, wie insbesondere die Fig. 5 bis 7 zeigen. Durch diese „Hundeknochen"-Form wird die Wärmeleitung gering gehalten .
Aufgrund der extrem hohen Zugfestigkeit von CFK/GFK können die Querschnitte der Zugelemente 4 ' derart verkleinert werden, dass der Wärmedämmkörper kaum unterbrochen wird. Die Wärmeleitung über das Zugglied wird im Vergleich zu Edelstahl aufgrund der sehr kleinen wärmeübertragenden Fläche in Summe stark reduziert .
Weiters ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion eine wirtschaftliche Abstufung der Tragfähigkeit. Bei einer Biegetragfähigkeit im Bereich von beispielsweise 50 kNm/m wird der doppelte äquivalente Wärmedurchlasswiderstand (Dämmstoffdicke z.B. 8 cm) gegenüber bestehenden Produkten erwartet. Diese ausgezeichneten Eigenschaften resultieren hauptsächlich aus der Verwendung von Materialien mit sehr hohen Festigkeiten, wodurch geringe Querschnitte erforderlich werden und somit der Wärmedämmkörper nur geringfügig geschwächt wird.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist in der Produktion der Isolierkörbe zu finden. Sämtliche Schweißarbeiten, die bei den bisher verwendeten Produkten erforderlich sind, entfallen. Da auch der Zusammenbau vereinfacht ist, können vor allem Lohnkosten stark verringert werden.
Die Erfindung soll den Einsatz in Passivhäusern ermöglichen. Voraussetzung für den Passivhaus -Standard ist ein jähr- licher Heizwärmebedarf von 15 Kilowattstunden pro m2 und Jahr, was einer erheblichen Energieeinsparung im Vergleich zum Niedrigenergiehaus bedeutet. Durch die Verwendung des hochfesten CFK/GFK-Werkstoffes im Zugbereich und von UHPFRC im Druckbereich sowie der dement - sprechenden Einsparung an Stahl ergibt sich eine wesentliche Verbesserung der ökologischen Nachhaltigkeit des Produktes, da der Energiebedarf für die Herstellung von 1 m3 UHPFRC nur 5 % des Energiebedarfes für die Herstellung derselben Menge Stahl mit der gleichen Druckfestigkeit beträgt.

Claims

Patentansprüche :
1. Einrichtung zum Anschließen von Stahlbetonplatten (1) an eine Wand- oder Deckenkonstruktion (2) aus Stahlbeton, mit einem Isolierkörper (3) zur Wärmedämmung und einem Bewehrungsteil, der Zug- und Druckbewehrungselemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewehrungsteil geschlossene Schlaufen (4 ' ) aus Faserkunststoff als Zugbewehrungselemente und Biegedruck-Schub-Elemente (4") mit veränderlichen Profilen aus ul- trahochfestem Beton aufweist, wobei die horizontal angeordneten Schlaufen (4 ' ) in dem Isolierkörper (3) zwischen der anzuschließenden Stahlbetonplatte (1) und der Wand- oder Deckenkonstruktion (2) gelagert und die Biegedruck-Schub-Elemente (4") in den Isolierkörper (3) integriert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Schlaufen (41 ) des Zugbewehrungselementes aus kohlestofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) bestehen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekenn- zeichnet, dass die Biegedruck-Schub-Elemente (4") aus Beton der Qualität UHPFRC bestehen.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlaufen (4 ' ) in Nuten des Isolierkörpers (3) gelagert, vorzugsweise eingeklebt sind.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Schlaufen (41 ) mit U- förmigen Bügeln (5) der Anschlussbewehrung in Eingriff stehen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegedruck-Schub-Elemente (4") in der Draufsicht im Wesentlichen hundeknochenförmig ausgebildet und vorzugsweise mit einer hochstehenden dreieckförmigen Rippe (4'") versehen sind.
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