EP3399117A1

EP3399117A1 - Additivdecke

Info

Publication number: EP3399117A1
Application number: EP18000415.2A
Authority: EP
Inventors: Erwin Lötsch
Original assignee: Hib Huber Integral Bau GmbH
Current assignee: Hib Huber Integral Bau GmbH
Priority date: 2017-05-04
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2018-11-07
Also published as: DE102017004253B4; DE102017004253A1

Abstract

Die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion für eine Dach- oder Deckenplatte, umfasst eine Tragstruktur aus Stahlträgern, Profilbleche, die über ein Trägerelement mit der Tragstruktur gekoppelt sind, und eine Stahl-Betonschicht, die als Stahlbetonrippendecke ausgeführt ist und über Verbindungselemente mit der Tragstruktur verbunden ist. Die Verbundkonstruktion ist dabei derart aufgebaut, dass Kräfte F, die auf die Dach- oder Deckenplatte wirken, von den Profilblechen und der Stahlbetonrippendecke entkoppelt voneinander auf die Tragstruktur übertragen werden.

Die vorgeschlagene Verbundkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente und die Verbindungselemente an den Stahlträgern der Tragstruktur befestigt und in den Beton der Stahbetonschicht eingegossen sind, wobei das Trägerelement als dünnwandiges Profilelement ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundkonstruktion für eine Dach- oder Deckenplatte wie sie beispielsweise bei der Erstellung von Industriebauten oder Parkdecks Verwendung findet.
Eine derartige Verbundkonstruktion besteht aus einer Tragstruktur aus Stahlträgern, die ein Grundgerüst bilden, und einer Dach- oder Deckenplatte die an dieses Gerüst angekoppelt wird. Die Länge der vertikalen Träger des Grundgerüstes bestimmt den Abstand der Deckenplatten zueinander.
Ein dem Fachmann geläufiger Aufbau einer Additivdecke ist aus der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung Nr. Z26.1-44 zu entnehmen.
Eine derartige Additivdecke hat einen Aufbau bei dem Stahlprofiltafeln und eine Rippendecke aus Stahlbeton derart zusammenwirken, dass eine additive Tragwirkung ermöglicht wird. Das System ist dabei derart ausgelegt, dass sich eine globale Verformungskompatibilität einstellt, bei der die Durchbiegung der Profilbleche und der Stahlbetonrippendecke bei Lasten oberhalb der Eigenlast gleich ist.
Zur Erstellung einer derartigen Verbundkonstruktion werden in einem ersten Schritt Profilbleche auf Trägerelemente aufgelegt und mittels Setzbolzen mit dem Trägerelement verbunden. Die Trägerelemente sind quer über die Stahlträger kragarmartig hinausragende Elemente, die an den Stahlträgern beispielsweise angeschweißt sind, und auf denen die Stahltrapezbleche mit der Unterseite ihrer inneren Ecken, links und rechts neben den Wellentälern, aufliegen. Auch in der DE 42 15 686 C1 beschrieben.
In einem zweiten Schritt wird eine Stahlbetonrippendecke hergestellt, die über Verbindungselemente mit der Tragstruktur verbunden ist, wobei die Unterseite der Stahlbetonrippendecke durch die Form der Profilbleche oder Stahltrapezbleche gebildet wird und die Oberseite eine ebene Fläche ist.
Einer der Vorteile dieser Bauweise sind das relativ geringe Gewicht und die geringe Bauhöhe.
Ein wesentliches Merkmal und ein wesentliches Problem bei einer derartigen Konstruktion sind die Auslegung und der Aufbau des Verbundträgers. Der Verbundträger ist ein Stahlträger, an den Kopfbolzen angeschweißt sind und der zusammen mit der Betonschicht der Stahlbetonrippendecke eine Verbundkonstruktion bildet. In Fachkreisen auch beschrieben mit, der Stahlträger wird mit Kopfbolzen verdübelt.
Ein Nachteil dieser Konstruktion ist die unterschiedliche Duktilität von Kopfbolzendübeln und Trägerelementen bzw. Stahlknaggen. Entsprechend der Zulassung sind die Stahlknaggen als Rechteckvollmaterial auszuführen. Da eine entsprechend ausgeführte Vollmaterialstahlknagge eine sehr viel geringere Duktilität aufweist, also die Eigenschaft sich unter Belastung plastisch zu verformen, bevor sie versagt, als der Kopfbolzen muss eine elastisches Material, z.B. eine Schaumstoffschicht, zwischen Stahlknagge und Beton, im Bereich des Verbundträgers, platziert werden. Dies hat einen erhöhten baubetrieblichen Aufwand zur Folge.
Aus den Patentschriften DE 30 04 615 C2 und DE 44 14 410 C2 sind alternative Tragsysteme bekannt, bei denen Trapezbleche auf einer Unterkonstruktion befestigt werden, die anschließend mit einer Betonmischung verfüllt werden.
Außerdem zeigt die US 31 08 662 A eine Dach- oder Deckenkonstruktion aus Stahlkastenprofilen, die auf einer Unterkonstruktion angeordnet sind, wobei die Kastenprofile zusätzlich mit ihrem oberen Flanschen quer auf Trägern der Unterkonstruktion angebrachten, und von Träger zu Träger durchgehenden Stäben aufliegen. Diese durchgehenden Stäbe haben die Aufgabe, die Biegesteifigkeit der Kastenprofile über ihre gesamte Länge zu erhöhen und dadurch verstärkte Querschnitte zu schaffen.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, einen alternativen Aufbau für eine additive Decke vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1, einem Stahlträger gemäß Anspruch 8 und einem Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Lösungsvarianten sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Verbundkonstruktion für eine Dach- oder Deckenplatte, umfasst eine Tragstruktur aus Stahlträgern, Profilbleche, die über ein Trägerelement mit der Tragstruktur gekoppelt sind, und eine Stahl-Betonschicht, die als Stahlbetonrippendecke ausgeführt ist und über Verbindungselemente mit der Tragstruktur verbunden ist. Die Verbundkonstruktion ist dabei derart aufgebaut, dass Kräfte F, die auf die Dach- oder Deckenplatte wirken, von den Profilblechen und der Stahlbetonrippendecke entkoppelt voneinander auf die Tragstruktur übertragen werden.
Die vorgeschlagene Verbundkonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente und die Verbindungselemente an den Stahlträgern der Tragstruktur befestigt und in den Beton der Stahbetonschicht eingegossen sind, wobei die Trägerelemente als dünnwandige Profilelemente ausgeführt sind, wobei die Duktilität der Trägerelemente und der Verbindungselemente im Wesentlichen identisch ist und die vertikalen Kontaktflächen der Trägerelemente direkt mit dem Beton in Kontakt stehen.
Bei der vorliegenden Erfindung wird durch die Verwendung eines dünnwandigen Profilelements eine Weichheit in Richtung der Trägerachse erzeugt, die ein Abpolstern des Profilelements entbehrlich macht.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die Trägerelemente derart auszulegen, dass diese keine nennenswerten Normaldruckkräfte aufnehmen können, so dass bei der Auslegung der Verbundkonstruktion, insbesondere im Verbundträgerbereich, die Trägerelemente unberücksichtigt bleiben können. Dies hat den Vorteil, dass die wesentlichen Normaldruckkräfte über die Verbindungselemente übertragen werden, die eine entsprechende Duktilität aufweisen, um die erforderliche Lastverteilung zu gewährleisten.
Weiterhin können die Profilbleche Stahltrapezbleche sein, wobei die Wellenberge der Stahltrapezprofile mit der Unterseite ihrer inneren Ecken, auf quer über die Stahlträger kragarmartig hinausragenden Trägerelementen, aufliegen.
In einer bevorzugten Ausführung kann das Trägerelement ein stabförmiges dünnwandiges Profilelement sein. Dabei kann das Trägerelement bevorzugt als Rohr, Vierkantrohr, T-Profil, U-Profil oder L-Profil ausgeführt sein.
Zur Verbindung von Profilblech und Trägerelement kann eine Schraubenverbindung vorgesehen sein, die beispielsweise mit selbstschneidenden Schrauben ausgeführt ist, die ohne Vorbohren durch das Profilblech in das Trägerelement eingeschraubt werden können. Vorzugsweise erfolgt die Verschraubung in den entsprechenden Obergurt des Trägerelements, wie beispielsweise dem Vierkantrohr.
Weiterhin umfasst die Erfindung das Verfahren zur Herstellung einer Verbundkonstruktion für eine Dach- oder Deckenplatte, umfassend folgende Schritte:

Aufbau einer Tragstruktur aus Stahlträgern mit an den Stahlträgern befestigten Trägerelementen und Verbindungselementen
Auflegen von Profilblechen auf die Trägerelemente und befestigen der Profilbleche an den Trägerelementen
Erstellen einer Stahlbetonrippendecke, wobei die Verbindungselemente und die Trägerelemente beim Einfüllen des Betons für die Stahlbetonrippendecke kraftschlüssig umhüllt werden.

Unter der vollständigen Umhüllung des Trägerelementes wird verstanden, dass der Beton im Bereich des Stahlträgers mit den freien Flächen, die nicht mit dem Stahlträger in Verbindung stehen, in Berührung kommt.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Verbundkonstruktion und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Skizzen näher erläutert.
In diesen zeigen:

Figur 1: einen Querschnitt durch eine Dach- oder Deckenplatte
Figur 2: das statische Modell einer Additivdecke
Figur 3: beispielhaft die Verformung von Träger- und Verbindungselementen in Querrichtung
Figur 4: Ausführungsformen des Trägerelementes

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Dach- oder Deckenplatte, wobei von der Tragstruktur 2 nur ein Stahlträger 3 dargestellt ist, auf dem die Dach- oder Deckenplatte aufgebaut ist. Auf dem Stahlträger sind die Trägerelemente 5 und die Verbindungselemente 6 befestigt. Vorzugsweise werden diese angeschweißt, wobei insbesondere für das Trägerelement 5 auch andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar sind.
Das Verbindungselement 7 ist ein Kopfbolzendübel, wie er für derartige Decken eingesetzt wird um einen Verbund mit Beton herzustellen. Die Kopfbolzen müssen derart ausgelegt sein, dass sie die gesamte Schubkraft in Querrichtung zur Spannweite 12 der Decke aufnehmen.
Die Stahltrapezprofilen 4 liegen mit ihrer Unterseite zwischen den inneren Ecken 8 auf den Trägerelementen 5, die quer über die Unterkonstruktion kragarmartig hinausragen, auf. Das Stahltrapezblech 4 kann unterschiedliche Formen aufweisen, wobei durch diese Form die Form der Stahlbetonrippendecke auf der Unterseite bestimmt wird.
Die Befestigung der Stahltrapezbleche 4 an den Trägerelementen 5 erfolgt vorzugsweise mittels selbstschneidenden Schrauben, die ohne ein Vorbohren direkt von oben durch das Stahltrapezblech 4 in den Obergurt 10 des Vierkanthohlprofils 5 eingeschraubt werden.
Anschließend wird die Stahl-Betonschicht der Stahlbetonrippendecke hergestellt, wobei erst die erforderlichen Bewehrungseisen 11 entsprechend den Erfordernissen eingelegt werden und anschließend eine Betonschicht aufgetragen wird.
In Figur 2 ist das statische Modell einer Additivdecke dargestellt. Dabei zeigt die obere Darstellung die Decke im unbelasteten Zustand, bei dem nur das Eigengewicht der Deckenschichten, also der Profilbleche 4 und der Stahlbetonrippendecke 6, wirkt.
Die untere Darstellung zeigt die Verformung der Deckenschichten unter einer Verkehrslast. Sobald die gleiche Durchbiegung erreicht wird, wirken die beiden Schichten als additives System und verformen sich gleichzeitig.
Figur 3 zeigt beispielhaft die Verformung von Trägerelementen und Verbindungselementen in Querrichtung zur Spannweite 12, als Ergebnis einer FE-Simulation. Es wird gezeigt, dass die Kopfbolzendübel 7 und die Rohre 5, die die Trägerelemente bilden, infolge der Schubverbindung in Querrichtung beansprucht werden. Infolge der hohen Nachgiebigkeit der verhältnismäßig dünnen Wand erfolgt eine Verbiegung des Vierkantrohres 5 im elastischen Bereich. Es müssen somit keine zusätzlichen Bauteile zur Entkopplung vorgesehen werden. Die Trägerelemente 5 können somit direkt in den Beton eingegossen werden, wodurch der Arbeitsaufwand reduziert und die Sicherheit erhöht wird.
In Figur 4 sind unterschiedliche Ausführungsformen des Trägerelementes 5 und beispielhaft die Schraubenverbindung dargestellt. In Versuchen wurde nachgewiesen, dass die bekannte Verbindung von Profilblech 3 und Trägerelement 5 mittels Setzbolzen eine schlechtere Tragfähigkeit aufweist, als die vorgeschlagene Schraubenverbindung mit Bohrschrauben 9 in den Obergurt 10, insbesondere eines Vierkantrohrs entsprechend Fig 4b.

Bezugszeichenliste

1: Verbundkonstruktion
2: Tragstruktur
3: Stahlträgern
4: Profilbleche
5: Trägerelement
6: Stahlbetonrippendecke
6.1: Beton
7: Verbindungselemente
8: inneren Ecken
9: Schraubenverbindung
10: Obergurt
11: Bewehrungseisen
12: Spannweite

Claims

Verbundkonstruktion (1) für eine Dach- oder Deckenplatte (3, 6), umfassend eine Tragstruktur (2) aus Stahlträgern (3), Profilbleche (4), die über ein Trägerelement (5) mit der Tragstruktur (2) gekoppelt sind, und eine Stahl-Betonschicht (6.1), die als Stahlbetonrippendecke (6) ausgeführt ist und über Verbindungselemente (7) mit der Tragstruktur (2) verbunden ist, wobei Kräfte F, die auf die Dach- oder Deckenplatte (3, 6) wirken, von den Profilblechen (4) und der Stahlbetonrippendecke (6) entkoppelt voneinander auf die Tragstruktur (2) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerelemente (5) und die Verbindungselemente (7) an den Stahlträgern (3) der Tragstruktur (2) befestigt und in den Beton der Stahbetonschicht (6.1) eingegossen sind, wobei die Trägerelemente als dünnwandige Profilelemente ausgeführt sind, wobei die Duktilität der Trägerelemente (5) und der Verbindungselemente (7) im Wesentlichen identisch ist und die vertikalen Kontaktflächen der Trägerelemente (5) direkt mit dem Beton in Kontakt stehen.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trägerelemente (5) derart ausgelegt sind, dass diese keine nennenswerten Normaldruckkräfte aufnehmen können, so dass bei der Auslegung der Verbundkonstruktion, insbesondere im Verbundträgerbereich, die Trägerelemente (5) unberücksichtigt bleiben können.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Profilbleche (4) Stahltrapezbleche sind, wobei die Wellenberge der Stahltrapezprofile (4) mit der Unterseite ihrer inneren Ecken (8) auf quer über die Stahlträger (3) kragarmartig hinausragenden Trägerelemente (5) aufliegen.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (5) ein Rohr oder ein Vierkantrohr ist.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Trägerelement (5) ein T-Profil, U-Profil oder L-Profil ist.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Profilblech (4) und Trägerelement (5) eine Schraubenverbindung (9) vorgesehen ist.
Verbundkonstruktion gemäß Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schraubenverbindung (9) eine Verbindung zwischen dem Obergurt (10) des Trägerelements (5) und dem Profilblech (4) herstellt.
Stahlträger (3) für eine Verbundkonstruktion, zur Herstellung eines Verbundträgers, umfassend angeschweißte Verbindungselemente (7), insbesondere Kopfbolzendübel, und angeschweißte Trägerelemente (5), bestehend aus Rechteckrohrprofil.
Verfahren zur Herstellung einer Verbundkonstruktion für eine Dach- oder Deckenplatte (3, 6), umfassend folgende Schritte:
- Aufbau einer Tragstruktur aus Stahlträgern (3) mit an den Stahlträgern (3) befestigten Trägerelementen (5) und Verbindungselementen (7)

- auflegen von Profilblechen (4) auf die Trägerelemente (5) und befestigen der Profilbleche (4) an den Trägerelementen (5)

- erstellen einer Stahlbetonrippendecke (6), wobei die Verbindungselemente (7) und die Trägerelemente (5) beim Einfüllen des Betons für die Stahlbetonrippendecke (6) kraftschlüssig umhüllt werden.