EP3181772B1 - Verwendung eines bewehrungselements für einbauten in betonkonstruktionen - Google Patents
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- EP3181772B1 EP3181772B1 EP16205449.8A EP16205449A EP3181772B1 EP 3181772 B1 EP3181772 B1 EP 3181772B1 EP 16205449 A EP16205449 A EP 16205449A EP 3181772 B1 EP3181772 B1 EP 3181772B1
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- E04C5/0645—Shear reinforcements, e.g. shearheads for floor slabs
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- E04B5/48—Special adaptations of floors for incorporating ducts, e.g. for heating or ventilating
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- E04C5/18—Spacers of metal or substantially of metal
Definitions
- the present invention relates to the use of a device for reinforcing concrete buildings according to the preamble of patent claim 1.
- Concrete structures that are used as ceilings, walls and supports are used, among other things, to accommodate media pipes for water, wastewater, ventilation, electrical and communication in all modern buildings.
- ventilation pipes usually have large diameters, they were built separately for buildings with air conditioning systems and the ventilation ducts were often designed rectangular so that they could be integrated into the infrastructure, e.g. B. could be hidden in suspended ceilings.
- energy saving which is becoming more and more popular, more and more pipes and ducts for forced ventilation have been installed. This means that ventilation pipes with a large cross-section have to be inserted. Since no one appreciates openly laid cables in private homes and commercial buildings, which, in addition to aesthetic defects, also trap dust and dirt and reduce the room height, more and more cables are being installed in the concrete structure.
- the shear capacity is of crucial importance.
- Previously known punching systems only allow reinforcement of the concrete structure in the area of force application areas of supports and the like. They are not suitable for solving the problems caused by media pipe weakening in the middle of concrete structures. This is particularly because a full concrete cross-section without inserts (e.g. media lines) must be present for the load-bearing capacity of these punching systems to be determined. However, such deposits create large zones of no bearing capacity. This would have to be taken into account by installing special devices locally at the point of weakening. Such devices are not known to date.
- a structural steel structure is specified as reinforcement for a concrete slab element, a concrete ceiling or a concrete floor with an integrated heating or cooling function, which has at least one reinforcement grid and supports attached to it for the heating or cooling pipes.
- the publication EP 1 207 354 A2 shows a support bar for reinforcement for flat elements made of hardenable material.
- the support strip presented has clamping points where, for example, cables or heating/cooling pipes can be connected.
- the font DE 19937414A1 describes a component by means of which recesses in the column area of flat ceilings made of reinforced concrete or prestressed concrete can be reinforced. This document recognizes the problem that the arrangement of recesses has a fundamental influence on the load-bearing capacity of the construction. It is also recognized that it must be possible to install such devices during construction, shortly before the concrete is poured.
- the JPH06322890A concerns beams that are provided with reinforcing reinforcement in the area of through holes.
- the present invention now has the task of using a component to improve the concrete structures of the type mentioned in such a way that means are made available in the planning phase which, when used locally, can reduce or even eliminate the weakening caused by media lines.
- means are also made available that can be installed locally at the time of acceptance of the reinforcement, which ensures the reinforcement of the concrete structure after the concrete has been poured in by means of a clear force model in the area of the media pipes that is easily recognizable to the civil engineer Shear-bearing behavior is reinforced in such a way that the statics of the concrete structure either completely or at least approximately correspond to the design originally made by the structural engineer when calculating the reinforcement.
- the basis of the invention is a method that allows the civil engineer both in the Effective measures must be taken in the planning phase as well as on site using structural elements with force models in order to locally reinforce the conventionally reinforced concrete structure using suitable means in such a way that the building structure is not excessively weakened by media lines or that unnecessary over-dimensioning of the same does not lead to uneconomical building structures.
- the inserts and media lines referred to below as internals 20, are surrounded by components 1, 21, 22, 23, which transmit forces and form clearly recognizable force-neutral zones 31.
- the shear forces 16.16' act on every concrete structure.
- the figures show such building structures in a horizontal arrangement, but apply to any position.
- the ZD force model 40 is solved using a ZD component 21
- the SB force model 41 is solved by an SB component 22
- the requirements of a HS force model 42 enable an HS component 23.
- the ZD power model 40 is in Fig. 1 shown.
- the force-neutral zone 31 is formed by a tension zone 33 and a pressure zone 32.
- the compressive forces are caused by the concrete 12 and other parts of the component 1 such as those in Fig. 21 , 22
- the extensions 8 shown are taken over, while a ZD component 21 with at least one tension element 2 is used to absorb the thrust forces 16, 16 '.
- 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 shear forces 36.
- the bending moments 34 and the shear 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 connecting via an HS force model 42 in such a way that a horizontal shear zone 35 is created, which absorbs the horizontal shear forces 18 ( Fig. 3 ).
- the same combination can be made with an SB force model 41 and the HS force model 42, but this is not shown here.
- the invention ensures the necessary shear-bearing behavior in the transverse direction in the area of the cavities mentioned by creating a clear flow of forces.
- the resulting tensile component resulting from the shear forces (e.g. truss model) is absorbed by the systems and devices described below.
- the systems create a locally reinforced area for power transmission. Depending on the force model, this is done using means such as reinforcing brackets, frame systems, rings, dowels and the like, which are described below.
- the result is an increased shear resistance of the concrete structure. It enables the necessary arrangement and routing of the media lines and the suspension of the resulting tensile forces in such a way that the necessary force flows and concrete pressure diagonals can be formed. This is done by means of loops, bands, iron, etc. arranged on the above-mentioned systems and devices. It is also possible to leave the media lines in place and to arrange the new components 1 in such a way that the necessary pressure diagonals can be formed freely despite the media lines.
- the ZD component 21 An embodiment of the component 1 on which the invention is based, the ZD component 21, is in the Figs. 4 and 5 pictured.
- the most important part of the ZD component 21 is the tie rod 2.
- the pull rod 2 can be straight or in any conceivable version, e.g. B. be designed as a curved rod or frame.
- an anchor 3 In order to securely anchor the ZD component 21 in the concrete 12, it can be equipped with an anchor 3 at least at one end.
- These anchors 3 can consist of round or square upsets, conventional end anchors such as welded cross bars or bends. They always serve to anchor the tie rod 2 in the concrete 12 after pouring.
- Fig. 6 shows an installed ZD component 21.
- the pressure diagonals 30 act on the tie rod 2 connected to the anchors 3, 3 ', so that the internals 20 can be accommodated in a force-neutral zone 31.
- the ZD component 21 takes over the transmission of the forces, so that even when installing many and / or large internals 20 such as. B. media lines, the concrete structure 10 with an already designed and existing conventional reinforcement 11 is statically weakened little or not at all.
- a holder 4 is fixed or detachable with the tie rod 2 or the anchors 3, 3 ' tied together.
- This consists e.g. B. from rods, bands or loops with which the possible cavity for guiding the media lines is controlled and defined.
- Fig. 7 shows which embodiments are possible.
- these holders 4 as wires or bands, which have at least one end on the pull rod 2 or the Anchors 3, 3 'are releasably secured.
- a ZD component 21, or an SB component 22 and also a HS component 23 can be inserted at the last moment before the concrete 12 is poured in and the internals 20 can be enclosed with the holder 4 loose at one end and so on be connected to the corresponding component 21, 22 or 23.
- the point of this action is to keep the internals 20 in the cavity provided for this purpose, the force-neutral zone 30, even during pouring.
- the tension element 2 also forms the holder 4 for the internals 20.
- Elements shown in these figures are suitable for planned installation, so that the craftsmen are told where they can and should lay their media lines. If a component 21, 22 or 23 is provided at an early stage, for example in the planning by the plumber, the ventilation engineer or the electrician, he can insert his cables into the holders 4 of the components 21, 22 or 23 that are already on site. The invention thus offers the builders an opportunity to provide static safety for the laying of fixtures 20 at an early stage.
- connections 5 ( Fig. 12 ) can be connected to each other. This is necessary if there is a risk that the structural elements 21, 22 and/or 23 could be displaced by pouring the concrete 12 and would therefore not work exactly at the location where the civil engineer wants the reinforcement.
- the anchoring 3 does not have to be an upset or a welded part, as described above.
- the pull rod 2 and the anchor 3 can also consist of a bent angle. Tie rod 2 and anchor 3 then take over the thrust forces 16 in the pressure diagonals 30 alternately. Tie rod 2 and anchor 3 can both take over the tensile forces caused by the shear forces 16. They are usually arranged at an angle of 90°. As in Fig. 13 - 15 shown, a force-neutral zone 31 can also be created with this arrangement for the internals 20 and especially for media lines with large diameters.
- Fig. 16 shows such rigid elements 6, which have the advantage that they create an even larger, precisely specified, force-neutral zone 31 for internals 20.
- the internals 20 can be bundled accurately with such rigid elements 6.
- a rigid element 6 consists, for example, of a frame 7, which takes over the shear forces 16 in the form of bending moments and transverse forces and thereby an SB component 22 according to Fig. 2 represents.
- Fig. 17 a few variations of such SB components 22 are shown in the form of frame 7.
- Such frames 7 can also be connected to one another using connections 5.
- variants should be presented that enable the structural engineer to take precautions even at the last moment before pouring the concrete 12 so that the concrete structure 10 does not have any weak points and meets the requirements.
- the goal is not to make conventional reinforcement less stable.
- the goal is rather to be able to reduce or even eliminate weakening caused by unplanned installations.
- the ZD components 21' - 21' shown ensure the necessary shear-bearing behavior in the area of the internals 20 by creating a clear flow of forces with the force-neutral zone 31.
- the resulting tensile component comes from the shear forces (e.g. truss model) through the ZD -Components 21' - 21′′′ added and locally reinforced area created for power transmission. This is done through means such as reinforcement brackets and the like.
- the result is a clearly quantifiable, increased shear resistance of the concrete structure. It enables the necessary arrangement and guidance of the internals 20 (media lines) and the connection of the resulting tensile forces in such a way that the necessary force flows and concrete pressure diagonals can be formed.
- the most important part of the ZD components 21' - 21' is the tie rod 2, 2'. This acts as a tension band element in both directions.
- the anchors 3 consist, for example, of: B. from welded crossbars, screwed approaches, upsets or bends. They serve to anchor the tie rod 2, 2' in the concrete after pouring. They can do this in the Fig. 21 and Fig. 22
- the extensions shown take on 8 additional functions, such as: B. preventing cracks and avoiding major deformations etc. in close proximity to the components 21' - 21'. They also serve a “gentle” transfer of forces from the ZD components 21' - 21′′′ to the concrete.
- the ZD components 21' - 21′′′ transfer the forces locally and can be used anywhere, even multiple times.
- the concrete structure 10 is weakened statically little or not at all with an already designed and existing conventional reinforcement 11.
- the local weakenings caused by internals 20 are compensated for by using ZD components 21′-21′′′ according to the invention.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung einer 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 Klimaanlagen 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
DE 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.
- Die
JPH06322890A - Bei der statischen Planung, also bei der Auslegung der Armierung einer BetonKonstruktion 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 die Verwendung einer Vorrichtung zur Verstärkung von 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 solche 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 inFig. 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
- 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
- Fig. 21
- geprüfte, geschlossene Ausführungsform mit definierter kraftneutraler Zone
- Fig. 22
- geprüfte, offene Ausführungsform mit definierter kraftneutraler Zone
- 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 (z. B. 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.
- Eine 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. 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 inFig. 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 einbauten 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 gemäßFig. 2 darstellt. InFig. 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 inFig. 20 bis Fig. 22 gezeigt werden praktischen Tests unterzogen. Es zeigt sich, dass das ZD-Kräftemodell mit den in denFig. 20 - 22 gezeigten Formen die besten Ergebnisse erzielen. Im technischen Sinne sind diese Formen lediglich Weiterentwicklungen der inFiguren 4, 5 ,8 und 9 dargestellten ZD-Bauelementen 21. Das Kräftemodell 40 ist inFig. 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 (z. B. 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 inFig. 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, Aufstauchungen oder Abbiegungen. Sie dienen der Verankerung der Zugstange 2, 2' im Beton nach dem Eingießen. Dazu können die in den
Fig. 21 undFig. 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 inFig. 20 - 22 dargestellten ZD-Bauelementen 21' - 21‴ erreicht wird haben intensive Tests bewiesen.
Claims (9)
- Verwendung einerVorrichtung 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 werden,das Bauelement (1) mindestens eine Verankerung (3) und 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,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) in einer Ebene auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten zumindest teilweise, sowie auf einer die beiden Seiten verbindenden dritten Seite vollständig umgibt,und die Einbauten (20) in den kraftneutralen Zonen (31) untergebracht und darin gehalten werden,wobei durch Einsetzen des Bauelements (1) die Schwächungen überbrückt werden, die durch die Einbauten (20) verursacht werden, die bei der statischen Auslegung der konventionellen Armierung der Betonbauten nicht berücksichtigt wurden.
- Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dassdas 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. - Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dassdas Bauelement (1) aus einem HS-Bauelement (23) besteht,durch welches mindestens ein HS-Kräftemodell (42) gebildet ist, welches aus mindestens einer Horizontalschubzone (35) besteht. - Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet, dassdurch das Bauelement (1) mindestens ein Kräftemodell gebildet ist, das aus mindestens einem ZD-Kräftemodell (40)und mindestens einem HS-Kräftemodell (42) besteht. - Verwendung einer 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. - Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei Bauelemente (1)
durch mindestens eine Verbindung (5, 5') miteinander verbunden sind. - Verwendung einer Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) entlang der kraftneutralen Zone (31) angeordnet ist. - Verwendung einer Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
Verbindungen (5, 5') zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) quer zur kraftneutralen Zone (31) angeordnet sind. - Verwendung einer Vorrichtung gemäss Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dassVerbindungen (5, 5') zwischen mindestens zwei Bauelementen (1) entlang der kraftneutralen Zone (31)und quer zur kraftneutralen Zone (31) angeordnet sind.
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