EP4010542A1 - Stahleinbauteil für bauwerke zum ersatz eines vorbestimmten bereichs eines zur lastaufnahme vorgesehenen stahlbetonbauteils - Google Patents

Stahleinbauteil für bauwerke zum ersatz eines vorbestimmten bereichs eines zur lastaufnahme vorgesehenen stahlbetonbauteils

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EP4010542A1
EP4010542A1 EP19766163.0A EP19766163A EP4010542A1 EP 4010542 A1 EP4010542 A1 EP 4010542A1 EP 19766163 A EP19766163 A EP 19766163A EP 4010542 A1 EP4010542 A1 EP 4010542A1
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EP
European Patent Office
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recess
carrier
steel
reinforced concrete
component
Prior art date
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Pending
Application number
EP19766163.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Draheim
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Individual
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    • E04C2003/0443—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal beams, girders, or joists characterised by cross-sectional aspects characterised by substantial shape of the cross-section
    • E04C2003/046—L- or T-shaped

Definitions

  • the present invention relates to steel components that can replace predetermined areas of intended for load bearing reinforced concrete components, in particular reinforced concrete beams, and which can be designed structurally less tight without loss of load-bearing capacity to create space for technical installation elements such as lines, cables and channels .
  • the aim of the general prior art is not to have to arrange technical installation elements below a supporting structure but within the construction level in order not to reduce the ceiling height of a building for technical installation at the same floor height or not to have to increase the floor height at the same clearance height .
  • load-bearing bars must be provided with openings through which installation elements can be guided.
  • the load-bearing capacity of webs is, however, reduced by the introduction of openings that are too close together. For this reason, openings must be spaced so far that the load-bearing capacity defined for the building in question is not undershot.
  • the published patent application DE 198 60 340 A1 already deals with the problem of the high installation density that is to be made possible within the construction level. It proposes a composite girder for structures with a web for absorbing transverse forces and with web openings for the passage of installation elements, the web openings being formed in a predetermined area of the carrier in which comparatively low transverse forces act on the overall carrier. Such an area is regularly arranged centrally within the entire girder in uniformly loaded single-span girders, since the transverse forces within a girder decrease from its ends to the center, while the load from the global moment acts most strongly in the middle. In the case of multi-span girders, especially those with different spans or uneven loads, other conditions may prevail,
  • the composite beam proposed in DE 198 60 340 A1 has the disadvantage that the predetermined area in which relatively low transverse forces act is surrounded by areas of the composite beam in which larger transverse forces act.
  • Such a composite beam typically runs over the entire area to be underpinned.
  • the entire composite beam i.e. both the areas that are exposed to high transverse forces and the area provided with web openings, are made of steel, with a one-piece compression belt running through the entire length of the beam above the web openings, with the disadvantage of increased amounts of steel to be installed and correspondingly high costs.
  • the task is therefore to provide the function of the named composite girder of the prior art and at the same time to significantly reduce the amount of steel to be built.
  • a steel insert is proposed for buildings to replace predetermined areas of reinforced concrete components intended for load bearing, in particular reinforced concrete beams, which has a recess support having two longitudinally spaced connection surfaces with one of the connection surfaces different upper, lower, front and rear sides as well as one or more carrier openings of the recess carrier which are provided for the passage of installation elements and lead from the front to the rear and whose distance from the respective adjacent connection surface is less than their respective height between the top and bottom.
  • the connection surfaces are accordingly arranged on the end faces of such a bar, while the ceiling to be underpinned directly or indirectly rests on the upper side.
  • the respective sides are designed flat.
  • connection surfaces of the recess support are not to be set equal to the ends defining the length of the steel component. Rather, the term connection surface denotes those surfaces of the recess support that are provided for the length of the concrete-free area of the supporting structure made of reinforced concrete component and To limit steel insert by the concrete of the reinforced concrete component is guided in the longitudinal direction of the recess beam up to these surfaces.
  • connection surface is initially considered to be the connection surface, with the same size being the surface which is closer to the carrier opening.
  • connection means which protrude in the longitudinal direction beyond these surfaces or their planes or are arranged on them can be present as parts of the steel component, which are encased by concrete for connection purposes.
  • the distance between a carrier opening and an adjacent connection surface is defined for each of the connection surfaces as the shortest distance between the respective connection surface and the closest carrier opening, the height of which is the largest dimension between the top and bottom of the recess carrier parallel to the shortest connection path between its upper and bottom is determined.
  • the goal of saving steel as a carrier material by means of the proposed steel insert can be achieved more easily in that at least one carrier opening is delimited at its lower edge by one of the broad sides of a steel strip.
  • the steel strip has a cross section that is wider than it is high, so that a distinction can be made between broad sides, which extend along the width of the cross section in the longitudinal direction of the steel strip, and narrow sides which extend analogously along the height of the cross section.
  • broadside is also used for other components or elements and thus refers analogously to the fact that their cross-section is wider than it is high.
  • the steel component is preferably positioned in such a way that the steel band acts as a tension band when there is a positive moment.
  • a positioning is also possible in which the steel belt takes on the function of a compression belt, if at all with a comparatively small negative moment.
  • the recess carrier of the steel component may be formed not only with one but with more than one carrier opening, the distance between adjacent carrier openings being less than the height of the higher carrier opening. As a rule, all carrier openings will have the same height.
  • a carrier opening can advantageously be divided into separate sections by one or more stiffeners extending between the top and bottom, the extent of which extends in the longitudinal direction of the recess carrier is less than the height of the relevant carrier opening.
  • stiffeners extending between the top and bottom, the extent of which extends in the longitudinal direction of the recess carrier is less than the height of the relevant carrier opening.
  • steel sheets will prove their worth here as stiffeners, the broad sides of which are arranged orthogonally to the longitudinal alignment of the recess support.
  • the steel component has a profile intended for sheathing with concrete for transmission of transverse forces on the top of the recess support.
  • a profile is preferably designed as a bar, as a T-profile or as a double-T-profile and is arranged parallel to the longitudinal alignment of the recess carrier.
  • the recess support has a support plate to which the top of the recess support is associated, which protrudes from under the profile and for the support of the structure (A), for example a floor ceiling, on the one not covered by the profile Areas is provided.
  • the profile for transverse force transmission has holes which are provided for penetration with reinforcing bars transversely to the longitudinal alignment of the recess support.
  • the concrete is brought up to the top of the recess support or up to the support plate.
  • bolts preferably headed bolt dowels, protrude from the profile for shear force transmission parallel to the shortest connecting distance between the top and bottom of the recess support, which are also provided for encasing with concrete.
  • a preferred embodiment of the steel insert has on one or both sides an extension of the recess support on the underside in the longitudinal direction.
  • Such an extension is advantageously designed as a continuation of the steel strip beyond the plane of the respective connection surface. It is preferably provided that the concrete is guided both up to the end face of the recess carrier and up to the end face of the continuation of the steel strip.
  • the face of the recess carrier is considered to be the connection surface, since it is larger than the face of the continuation of the steel strip.
  • the steel insert has a shear reinforcement provided for sheathing with concrete for the transmission of transverse forces on at least one connection surface, the broad sides of which are aligned parallel to the longitudinal direction of the recess support and to the shortest connecting distance between its top and bottom.
  • Anchoring the shear reinforcement in concrete can be advantageous are reinforced by the fact that it is designed as a thrust plate with transversely protruding bolts arranged on one or both sides, preferably with welded-on head bolt dowels.
  • the profile and the shear reinforcement are rigidly connected to one another, for example by welding.
  • the parts connected in this way preferably comprise the recess carrier, with the exception of the underside, in a frame-like manner.
  • connection of reinforced concrete to the connection surfaces can advantageously take place in that on the connection surfaces, parallel to the longitudinal alignment of the recess carrier, reinforcing rod sections are arranged to connect the steel reinforcement of the reinforced concrete component, for example by means of screw joint or lap joint.
  • Bolts provided for sheathing with concrete preferably head bolt dowels, can, if appropriately positioned, contribute advantageously to better embedding of the steel component in reinforced concrete, especially if they protrude from a connection surface parallel to the longitudinal orientation of the recess support or from the top of the recess support.
  • the steel component forms a supporting structure by completely or partially replacing the reinforced concrete in an area in which the effect of relatively low transverse forces is preferably provided.
  • the reinforced concrete is brought up to the connection surfaces in the longitudinal direction of the recess support.
  • the reinforced concrete runs above and / or below the steel insert in the longitudinal direction of the recess carrier over the entire length to be underpinned.
  • the steel component can be arranged to form the supporting structure in various positions with respect to the reinforced concrete component. In this way, the top and / or the bottom of the recess support can end flush with the reinforced concrete component. Knows If the profile has a support plate, this can be flush with the reinforced concrete component. If an area of the reinforced concrete component is only partially replaced, the underside of the recess support can rest on a reduced cross-section of the reinforced concrete component, it being advantageous if the reinforcement of the reinforced concrete is continuously arranged below the steel component.
  • the steel component has an extension of the recess support on the underside in the longitudinal direction thereof, which is preferably designed as a continuation of the steel strip beyond the plane of a connection surface, the continuation can be encased with concrete when the underside rests on a reduced cross-section. It is also possible, however, for the underside of the recess support including the underside of the continuation to be kept free of concrete and for the concrete to be guided up to the front sides of the continuation and the connection surfaces of the steel component.
  • Fig. 1 shows the steel component (1) in a front view.
  • the recess carrier (5) here has a steel band (12) on its underside (7), which is guided as an extension (20) beyond the planes of the connection surfaces (4).
  • On the top (6) of the recess support (5) is a bar-shaped profile (16) for the transmission of transverse forces, which has holes (18) which are provided for penetration with reinforcing rods (Fig. 3rd point 26).
  • Reinforcing bar sections (23) are welded onto the projections (20) and can be connected to the reinforcement of the reinforced concrete component (Fig. 3, item 3) by means of a screw joint, shown as a thickening of the reinforcing bar sections (23).
  • Shear reinforcements (21) designed as thrust plates are arranged on the connection surfaces (4), the broad sides (22) of which are parallel to the longitudinal direction of the recess support (5) and to the shortest connecting path between the top (6) and the bottom (7) are aligned, here so parallel to the front (8) or back (9) of the recess support (5), and are welded to the profile (16) so that the recess support (5) with the exception of its underside (7) comprises a frame is.
  • Bolts (19), here designed as headed bolt dowels, protrude from the shear reinforcements (21) from the image plane in the direction of the viewer. They are arranged on both sides transversely to the shear reinforcements (21) and welded to them.
  • the recess carrier (5) here has a carrier opening (10) which is divided into separate sections (14) by stiffeners (15) and has a height (h) between the top (6) and underside (7) of the recess carrier (5) which is greater than the distance between the carrier opening (10) and the connection surfaces (4).
  • the carrier opening (10) is delimited at its lower edge (11) by one of the broad sides (13) of the steel strip (12).
  • Fig. 2 shows the supporting structure (24) made of the steel component (1) and the here beam-shaped reinforced concrete component (3) under the ceiling of a structure (A) obliquely from below.
  • the reinforced concrete is completely replaced by the steel component (1), which is flush with the reinforced concrete component (3) at the top and bottom.
  • the steel band (12) of the steel component (1) is exposed to tensile forces resulting from the positive global moment in the area (2) of low transverse forces and functions as a tension band.
  • the carrier opening (10) is divided into three sections (14) by two stiffeners (15).
  • the concrete of the reinforced concrete component (3) is brought up to the connection surfaces (4) and the end faces of the extensions (20) of the steel strip (12), the lower broad side (13) of which can be seen from below.
  • the carrier opening (10) with its sections (14) is so large here that there is a lot of space available for the installation elements and at the same time comparatively little steel is built in, since the distance between the carrier opening (10) to the connection surfaces (4) in relation to the height (h) of the carrier opening (10) is small.
  • Fig. 3 shows the supporting structure (24) similar to FIG. 2 diagonally from below with the difference that the reinforced concrete component (3) and the ceiling of the structure (A) are shown partially transparent, so that the reinforcing bars (26) can be seen, which are parallel to the longitudinal alignment of the recess beam (5) over the Reinforcing bar sections (23) are connected to the steel component (1) and are guided transversely to the longitudinal alignment of the recess support (5) through the holes (18) of the profile (16), which is here bar-shaped and alone or in combination with the ceiling picks up local moments and forms the pressure belt for the global moment.
  • Fig. 4 shows an embodiment of the supporting structure (24) below the ceiling of the building (A) obliquely from below, in which the reinforced concrete component (3) in the area (2) is only partially replaced by the steel component (1) and the reinforced concrete component (3 ) is designed continuously above the top (6) with a reduced cross-section (25).
  • Fig. 5 shows an embodiment of the supporting structure (24) below the ceiling of the building (A) obliquely from below, in which the reinforced concrete component (3) in the area (2) is only partially replaced by the steel component (1) and the reinforced concrete component (3 ) is designed continuously below the bottom (7) with a reduced cross section (25).
  • Fig. FIG. 6 shows part of the FIG. The embodiment shown in FIG. 5 without concrete, so that the continuous reinforcing bars (26) of the reinforced concrete component (FIG. 5, item 3) passing underneath the underside (7) are visible.
  • Fig. 7 shows part of the steel component (1) in which the shear reinforcement (21) is designed as a shear lug.
  • the bar-shaped profile (16) rests here on the support plate (17).
  • the reinforcement bar sections (23) welded onto the extension (20) on the connection surface (4) are also shown here.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Stahleinbauteile, die vorbestimmte Bereiche von zur Lastaufnahme vorgesehenen Stahlbetonbauteilen ersetzen können, insbesondere von Stahlbetonbalken, und die ohne Verlust von Tragfähigkeit konstruktiv weniger dicht ausgestaltet werden können, um Raum für technische Installationselemente wie Leitungen, Kabel und Kanäle zu schaffen.

Description

Stahleinbauteil für Bauwerke zum Ersatz eines vorbestimmten Bereichs eines zur Lastaufnahme vorgesehenen Stahlbetonbauteils
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft Stahleinbauteile, die vorbestimmte Bereiche von zur Lastaufnahme vorgesehenen Stahlbetonbauteilen ersetzen können, insbesondere von Stahlbetonbalken, und die ohne Verlust von Tragfähigkeit konstruktiv weniger dicht ausgestaltet werden können, um Raum für technische Installationselemente wie Leitungen, Kabel und Kanäle zu schaffen.
[0002] Ziel des allgemeinen Stands der Technik ist es, technische Installationselemente nicht unterhalb einer Tragkonstruktion anordnen zu müssen sondern innerhalb der Konstruktionsebene, um bei gleicher Geschosshöhe die Raumhöhe eines Bauwerks für die technische Installation nicht reduzieren oder bei gleicher Räumhöhe die Geschosshöhe nicht erhöhen zu müssen. Lasttragende Stege müssen zu diesem Zweck mit Öffnungen versehen werden, durch die Installationselemente hindurch geführt werden können. Die Belastbarkeit von Stegen wird jedoch durch das Einbringen von zu nah beieinander liegenden Öffnungen gemindert. Aus diesem Grunde müssen Öffnungen so weit voneinander beabstandet sein, dass die für das betreffende Bauwerk definierte Tragfähigkeit nicht unterschritten wird. Dabei gilt ausgehend von reinen Doppel-T-Stahlträgern die beispielsweise in Richtlinie 015 (7/90) des deutschen Ausschusses für Stahlbau (DASt) niedergelegte Grundregel, dass ohne besonders massiv und biegesteif ausgebildete Steifen zwischen benachbarten Öffnungen der Abstand zwischen diesen das eineinhalb bis zweifache der Öffnungshöhen betragen muss, um nicht die solchermaßen geöffneten Stege umfangreicher gestalten zu müssen und damit das Ziel zu konterkarieren, weder Raum- noch Geschosshöhe verändern zu müssen. Die gleiche Grundregel gilt für die Abstände der Öffnungen zu den Trägerenden.
[0003] Bereits die Offenlegungsschrift DE 198 60 340 A1 befasst sich mit dem Problem der hohen Installationsdichte, die innerhalb der Konstruktionsebene ermöglicht werden soll. Vorgeschlagen wird dort ein Verbundträger für Bauwerke mit einem Steg zur Aufnahme von Querkräften und mit Stegöffnungen zur Hindurchführung von Installationselementen, wobei die Stegöffnungen in einem vorbestimmten Bereich des Trägers ausgebildet sind, in dem bezogen auf den Gesamtträger vergleichsweise geringe Querkräfte wirken. Ein solcher Bereich ist bei gleichmäßig belasteten Einfeldträgern regelmäßig mittig innerhalb des Gesamtträgers angeordnet, da sich die Querkräfte innerhalb eines Trägers von dessen Enden zur Mitte hin verringern, während die Belastung durch das globale Moment mittig am stärksten wirkt. Bei Mehrfeldträgern, insbesondere bei solchen mit unterschiedlichen Stützweiten oder ungleichmäßiger Belastung, können andere Verhältnisse vorherrschen,
Bestätigungskopie wobei regelmäßig auch dort geeignete Bereiche mit relativ geringen Querkräften identifiziert werden können.
[0004] Der in DE 198 60 340 A1 vorgeschlagene Verbundträger hat den Nachteil, dass der vorbestimmte Bereich, in dem relativ geringe Querkräfte wirken, von Bereichen des Verbundträgers eingefasst ist, in denen größere Querkräfte wirken. Typischerweise läuft ein solcher Verbundträger über den gesamten zu unterfangenden Bereich. Dementsprechend wird der gesamte Verbundträger, also sowohl die Bereiche, die hohen Querkräften ausgesetzt sind, als auch der mit Stegöffnungen versehene Bereich aus Stahl gefertigt, wobei oberhalb der Stegöffnungen ein einstückig ausgebildeter Druckgurt über die gesamte Trägerlänge durchläuft, mit dem Nachteil erhöhter zu verbauender Stahlmengen und dementsprechend hoher Kosten. Es stellt sich daher die Aufgabe, die Funktion des benannten Verbundträgers des Stands der Technik bereit zu stellen und zugleich den zu verbauenden Stahlanteil deutlich zu reduzieren.
[0005] Gelöst wird die Aufgabe mittels eines Stahleinbauteils gemäß Anspruch 1 und einem Tragkonstrukt gemäß Anspruch 18, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweiligen Unteransprüchen ergeben.
[0006] Vorgeschlagen wird ein Stahleinbauteil für Bauwerke zum Ersatz vorbestimmter Bereiche von zur Lastaufnahme vorgesehenen Stahlbetonbauteilen, insbesondere von Stahlbetonbalken, das einen zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Anschlussflächen aufweisenden Aussparungsträger mit je einer von den Anschlussflächen verschiedenen Ober- Unter-, Vorder- und Rückseite aufweist sowie eine oder mehrere zur Hindurchführung von Installationselementen vorgesehene, von der Vorder- zur Rückseite führende Trägeröffnungen des Aussparungsträgers, deren Abstand zu der jeweils benachbarten Anschlussfläche geringer ist als ihre jeweilige Höhe zwischen Ober- und Unterseite. Beispielsweise sind die Anschlussflächen bezogen auf einen balkenförmigen Aussparungsträger demnach an den Stirnseiten eines solchen Balkens angeordnet, während die zu unterfangende Decke der Oberseite mittelbar oder unmittelbar aufliegt. In der Regel sind die jeweiligen Seiten plan ausgeführt. Sie können aber auch Rundungen, Aus- oder Einbuchtungen aufweisen. Beispielsweise könnte der Querschnitt des Aussparungsträgers in Sonderfällen auch kreisförmig sein, die benannten Seiten wären dann die entsprechenden Kreisbögen. Die Anschlussflächen des Aussparungsträgers sind nicht gleich zu setzen mit den die Länge des Stahleinbauteils festlegenden Enden. Der Begriff Anschlussfläche bezeichnet vielmehr diejenigen Flächen des Aussparungsträgers, die dafür vorgesehen sind, die Länge des betonfreien Bereichs des Tragkonstrukts aus Stahlbetonbauteil und Stahleinbauteil zu begrenzen, indem der Beton des Stahlbetonbauteils in Längsrichtung des Aussparungsträgers bis an diese Flächen heran geführt wird. Sind verschiedene solcher Flächen an dem Aussparungsträger vorhanden, typischerweise an dessen Stirnseiten, so gilt zunächst die größte von ihnen als Anschlussfläche, bei gleicher Größe die Fläche, die näher an der Trägeröffnung liegt. Dennoch können in Längsrichtung über diese Flächen oder deren Ebenen hinausragende oder an ihnen angeordnete Anschlussmittel als Teile des Stahleinbauteils vorhanden sein, die zu Anschlusszwecken von Beton umhüllt werden. Der Abstand zwischen einer Trägeröffnung und einer benachbarten Anschlussfläche definiert sich für jede der Anschlussflächen als die kürzeste Entfernung zwischen der jeweiligen Anschlussfläche und der nächstgelegenen Trägeröffnung, deren Höhe als ihre größte Ausdehnung zwischen der Ober- und Unterseite des Aussparungsträgers parallel zur kürzesten Verbindungsstrecke zwischen dessen Ober- und Unterseite bestimmt wird.
[0007] Vorteilhaft lässt sich das Ziel der Einsparung von Stahl als Trägermaterial mittels des vorgeschlagenen Stahleinbauteils dadurch leichter erreichen, dass wenigstens eine Trägeröffnung an ihrem zu der Unterseite gelegenen Rand durch eine der Breitseiten eines Stahlbandes begrenzt ist. Das Stahlband weist dabei, wie der Wortbestandteil "-band" bereits nahe legt, einen Querschnitt auf, der breiter ist als hoch, so dass entsprechend unterschieden werden kann zwischen Breitseiten, die sich entlang der Breite des Querschnitts in Längsrichtung des Stahlbandes erstrecken, und Schmalseiten, die sich analog entlang der Höhe des Querschnitts erstrecken. Nachfolgend wird der Begriff "Breitseite" auch für andere Bauteile oder Elemente verwendet und verweist dadurch analog darauf, dass deren Querschnitt breiter als hoch ist. Bevorzugt wird das Stahleinbauteil so positioniert, dass das Stahlband bei positivem Moment als Zugband wirkt. Möglich ist aber auch eine Positionierung, bei der das Stahlband, bei allenfalls vergleichsweise kleinem negativem Moment, die Funktion eines Druckgurts übernimmt.
[0008] Je nach Installationsdichte kann es vorteilhaft sein, den Aussparungsträger des Stahleinbauteils nicht nur mit einer sondern mit mehr als einer Trägeröffnung auszubilden, wobei der Abstand zwischen einander benachbarten Trägeröffnungen geringer als die Höhe der jeweils höheren Trägeröffnung ist. Im Regefall werden sämtliche Trägeröffnungen die gleiche Höhe aufweisen.
[0009] Aufgrund der vorgesehenen Anordnung des Stahleinbauteils in einem Bereich, in dem relativ geringe Querkräfte wirken, kann eine Trägeröffnung vorteilhaft in separate Abschnitte unterteilt sein durch eine oder mehrere, zwischen der Ober- und der Unterseite verlaufende Versteifungen, deren Ausdehnung in Längsrichtung des Aussparungsträgers geringer als die Höhe der betreffenden Trägeröffnung ist. In der Praxis werden sich hier Stahlbleche als Aussteifungen bewähren, deren Breitseiten orthogonal zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers angeordnet sind.
[0010] Für die überwiegende Zahl der Einbaupositionen des Stahleinbauteils ist es von Vorteil oder sogar aus statischen Gründen erforderlich, dass das Stahleinbauteil einen zur Umhüllung mit Beton vorgesehenes Profil zur Querkraftweiterleitung an der Oberseite des Aussparungsträgers aufweist. Bevorzugt ist ein solches Profil balkenförmig, als T-Profil oder als Doppel-T-Profil ausgebildet und parallel zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers angeordnet. Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn der Aussparungsträger ein Auflagerblech aufweist, dem die Oberseite des Aussparungsträgers zugehörig ist, das unter dem aufliegenden Profil hervor ragt und für das Aufliegen des Bauwerks (A), beispielsweise einer Geschossdecke, auf den nicht durch das Profil abgedeckten Bereichen vorgesehen ist.
[0011] Bevorzugt weist das Profil zur Querkraftweiterleitung Löcher auf, die zur Durchdringung mit Bewehrungsstäben quer zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers vorgesehen sind. Bei der Umhüllung eines solchen Profils mit Beton wird der Beton bis an die Oberseite des Aussparungsträgers oder bis an das Auflagerblech heran geführt. Für eine feste Verankerung des Stahleinbauteils ist es von Vorteil, wenn aus dem Profil zur Querkraftweiterleitung Bolzen, vorzugsweise Kopfbolzendübel, parallel zur kürzesten Verbindungsstrecke zwischen Ober- und Unterseite des Aussparungsträgers herausstehen, die ebenfalls zur Umhüllung mit Beton vorgesehen sind.
[0012] Eine bevorzugte Ausführungsform des Stahleinbauteils weist ein- oder beidseitig einen Fortsatz des Aussparungsträgers an der Unterseite in Längsrichtung auf. Vorteilhaft ist ein solcher Fortsatz jeweils als Fortführung des Stahlbandes über die Ebene der jeweiligen Anschlussfläche hinaus ausgestaltet. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass der Beton sowohl bis an die Stirnseite des Aussparungsträgers heran geführt wird als auch bis an die Stirnseite der Fortführung des Stahlbandes. Die Stirnseite des Aussparungsträgers gilt in diesem Fall als Anschlussfläche, da sie größer als die Stirnseite der Fortführung des Stahlbandes ist.
[0013] Vorteilhafterweise weist das Stahleinbauteil eine zur Umhüllung mit Beton vorgesehene Schubversteifung zur Querkraftübertragung an wenigstens einer Anschlussfläche auf, deren Breitseiten parallel zur Längsrichtung des Aussparungsträgers und zu der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen dessen Ober- und der Unterseite ausgerichtet sind. Dabei kann die Verankerung der Schubversteifung in Beton vorteilhaft dadurch verstärkt werden, dass sie als Schubblech mit ein- oder beidseitig angeordneten, quer abstehenden Bolzen, vorzugsweise mit angeschweißten Kopfbolzendübeln ausgebildet ist. Eine ausreichende und Material sparende Schubversteifung ergibt sich durch eine Ausgestaltung als Schubknagge, die im Gegensatz zu einem typischerweise von der Ebene der Oberseite bis zur Ebene der Unterseite des Aussparungsträgers geführten Schubblech nur über einen Teilabschnitt zwischen diesen beiden Ebenen geführt und dafür massiver ausgebildet ist.
[0014] Für die Schubsteifigkeit des Stahleinbauteils ist es vorteilhaft, wenn das Profil und die Schubversteifung biegesteif miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verschweißung. Bevorzugt umfassen die solchermaßen verbundenen Teile den Aussparungsträger, mit Ausnahme der Unterseite, rahmenartig.
[0015] Weiterhin kann der Anschluss von Stahlbeton an die Anschlussflächen dadurch vorteilhaft erfolgen, dass an den Anschlussflächen, parallel zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers, Bewehrungsstababschnitte angeordnet sind zur Anbindung der Stahlbewehrungen des Stahlbetonbauteils, beispielsweise mittels Schraubstoß oder Übergreifungsstoß.
[0016] Auch zur Umhüllung mit Beton vorgesehene Bolzen, bevorzugt Kopfbolzendübel, können, passend positioniert, zur besseren Einbettung des Stahleinbauteils in Stahlbeton vorteilhaft beitragen, insbesondere, wenn sie aus einer Anschlussfläche parallel zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers herausragen oder aus der Oberseite des Aussparungsträgers.
[0017] Kraftschlüssig mit einem Stahlbetonbauteil verbunden, insbesondere mit einem Stahlbetonbalken, bildet das Stahleinbauteil ein Tragkonstrukt, indem es den Stahlbeton in einem Bereich, in dem vorzugsweise die Wirkung relativ geringer Querkräfte vorgesehen ist, vollständig oder teilweise ersetzt. Dabei ist der Stahlbeton bis an die Anschlussflächen in Längsrichtung des Aussparungsträgers heran geführt. Bei lediglich teilweisem Ersatz des vorzugsweise abschnittartigen Bereichs läuft der Stahlbeton oberhalb und/oder unterhalb des Stahleinbauteils in Längsrichtung des Aussparungsträgers über die gesamte zu unterfangende Länge durch.
[0018] Das Stahleinbauteil kann zur Bildung des Tragkonstrukts in verschiedenen Positionen bezüglich des Stahlbetonbauteils angeordnet sein. So können die Oberseite und/oder die Unterseite des Aussparungsträgers bündig mit dem Stahlbetonbauteil abschließen. Weist das Profil ein Auflagerblech auf, so kann dieses bündig mit dem Stahlbetonbauteil abschließen. Wird ein Bereich des Stahlbetonbauteils nur teilweise ersetzt, so kann die Unterseite des Aussparungsträgers einem reduzierten Querschnitt des Stahlbetonbauteils aufliegen, wobei es von Vorteil ist, wenn dabei die Bewehrung des Stahlbetons unterhalb des Stahleinbauteils durchlaufend angeordnet ist. Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn zusätzlich oder, bei betonfreier Unterseite, nur die Oberseite des Aussparungsträgers oder das Auflagerblech des Profils einem reduzierten Querschnitt des Stahlbetonbauteils anliegt, wobei auch hier die Bewehrung des reduzierten Querschnitts vorzugsweise durchlaufend angeordnet ist.
[0019] Weist das Stahleinbauteil einen Fortsatz des Aussparungsträgers an der Unterseite in dessen Längsrichtung auf, der bevorzugt als Fortführung des Stahlbandes über die Ebene einer Anschlussfläche hinaus ausgestaltet ist, so kann die Fortführung bei Aufliegen der Unterseite auf einem reduzierten Querschnitt mit Beton umhüllt sein. Möglich ist es aber auch, dass die Unterseite des Aussparungsträgers einschließlich der Unterseite der Fortführung betonfrei gehalten ist und der Beton bis an die Stirnseiten der Fortführung und an die Anschlussflächen des Stahleinbauteils heran geführt ist.
[0020] Nachfolgend werden das Stahleinbauteil und das Tragkonstrukt mittels einiger Ausführungsbeispiele und Abbildungen näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf diese beschränkt ist.
[0021] Legende:
1 Stahleinbauteil
2 vorbestimmter Bereich
3 Stahlbetonbauteil
4 Anschlussfläche
5 Aussparungsträger
6 Oberseite des Aussparungsträgers
7 Unterseite des Aussparungsträgers
8 Vorderseite des Aussparungsträgers
9 Rückseite des Aussparungsträgers
10 Trägeröffnung
11 Rand der Trägeröffnung
12 Stahlband
13 Breitseiten des Stahlbandes 14 Abschnitt der Trägeröffnung
15 Versteifung
16 Profil zur Querkraftweiterleitung
17 Auflagerblech
18 Löcher für Bewehrungsstäbe
19 Bolzen
20 Fortsatz 21 Schubversteifung 22 Breitseiten der Schubversteifung
23 Bewehrungsstababschnitte
24 Tragkonstrukt
25 reduzierter Querschnitt des Stahlbetonbauteils
26 Bewehrungsstäbe A Bauwerk h Höhe der Trägeröffnung
[0022] Fiq. 1 zeigt das Stahleinbauteil (1) in der Vorderansicht. Der Aussparungsträger (5) weist hier an seiner Unterseite (7) ein Stahlband (12) auf, das als Fortsatz (20) über die Ebenen der Anschlussflächen (4) hinaus geführt ist. An der Oberseite (6) des Aussparungsträgers (5) ist ein balkenförmiges Profil (16) zur Querkraftweiterleitung angeordnet, das Löcher (18) aufweist, die zur Durchdringung mit Bewehrungsstäben (Fiq. 3. Ziff. 26) vorgesehen sind. Den Fortsätzen (20) sind jeweils Bewehrungsstababschnitte (23) aufgeschweißt, die mittels Schraubstoß, dargestellt als Verdickung der Bewehrungsstababschnitte (23), mit der Bewehrung des Stahlbetonbauteils (Fiq. 3. Ziff. 3) verbunden werden können. An den Anschlussflächen (4) sind jeweils als Schubbleche ausgebildete Schubversteifungen (21) angeordnet, die mit ihren Breitseiten (22) parallel zur Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) und zu der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen der Ober- (6) und der Unterseite (7) ausgerichtet sind, hier also parallel zu der Vorder- (8) oder Rückseite (9) des Aussparungsträgers (5), und mit dem Profil (16) verschweißt sind, so dass der Aussparungsträger (5) mit Ausnahme seiner Unterseite (7) rahmenartig umfasst ist. Aus den Schubversteifungen (21) ragen Bolzen (19), hier als Kopfbolzendübel ausgebildet, aus der Bildebene in Richtung des Betrachters. Sie sind beidseitig quer zu den Schubversteifungen (21) angeordnet und mit diesen verschweißt. Der Aussparungsträger (5) weist hier eine Trägeröffnung (10) auf, die durch Versteifungen (15) in separate Abschnitte (14) unterteilt ist und zwischen Ober- (6) und Unterseite (7) des Aussparungsträgers (5) eine Höhe (h) aufweist, die größer ist als der Abstand der Trägeröffnung (10) zu den Anschlussflächen (4). Die Trägeröffnung (10) ist an ihrem unteren Rand (11) durch eine der Breitseiten (13) des Stahlbandes (12) begrenzt.
[0023] Fiq. 2 zeigt das Tragkonstrukt (24) aus dem Stahleinbauteil (1) und dem hier balkenförmigen Stahlbetonbauteil (3) unter der Decke eines Bauwerks (A) schräg von unten. Im mittleren Bereich (2) des Stahlbetonbauteils (3) ist der Stahlbeton vollständig durch das Stahleinbauteil (1) ersetzt, das oben und unten bündig mit dem Stahlbetonbauteil (3) abschließt. Das Stahlband (12) des Stahleinbauteils (1) ist dabei, in dem Bereich (2) geringer Querkräfte, aus dem positiven globalen Moment resultierenden Zugkräften ausgesetzt und fungiert als Zugband. Die Trägeröffnung (10) ist hier durch zwei Versteifungen (15) in drei Abschnitte (14) aufgeteilt. Der Beton des Stahlbetonbauteils (3) ist jeweils bis an die Anschlussflächen (4) und die Stirnseiten der Fortsätze (20) des Stahlbandes (12) heran geführt, dessen untere Breitseite (13) von unten zu erkennen ist. Im Verhältnis zur Gesamtausdehnung des Aussparungsträgers (5) ist die Trägeröffnung (10) mit ihren Abschnitten (14) hier so groß, dass für die Installationselemente viel Raum zur Verfügung steht und zugleich vergleichsweise wenig Stahl verbaut ist, da der Abstand der Trägeröffnung (10) zu den Anschlussflächen (4) im Verhältnis zur Höhe (h) der Trägeröffnung (10) gering ist.
[0024] Fiq. 3 zeigt das Tragkonstrukt (24) ähnlich wie Fiq. 2 schräg von unten mit dem Unterschied, dass das Stahlbetonbauteil (3) und die Decke des Bauwerks (A) teilweise transparent dargestellt sind, so dass die Bewehrungsstäbe (26) zu erkennen sind, die parallel zu der Längsausrichtung des Aussparungsträgers (5) über die Bewehrungsstababschnitte (23) an das Stahleinbauteil (1) angebunden sind und quer zu der Längsausrichtung des Aussparungsträgers (5) durch die Löcher (18) des Profils (16) geführt sind, das hier balkenförmig ausgebildet ist und alleine oder im Verbund mit der Decke die lokalen Momente aufnimmt und den Druckgurt für das globale Moment bildet.
[0025] Fiq. 4 zeigt eine Ausführungsform des Tragkonstrukts (24) unterhalb der Decke des Bauwerks (A) schräg von unten, bei der das Stahlbetonbauteil (3) in dem Bereich (2) nur zum Teil durch das Stahleinbauteil (1) ersetzt ist und das Stahlbetonbauteil (3) oberhalb der Oberseite (6) mit reduziertem Querschnitt (25) durchlaufend ausgestaltet ist.
[0026] Fiq. 5 zeigt eine Ausführungsform des Tragkonstrukts (24) unterhalb der Decke des Bauwerks (A) schräg von unten, bei der das Stahlbetonbauteil (3) in dem Bereich (2) nur zum Teil durch das Stahleinbauteil (1) ersetzt ist und das Stahlbetonbauteil (3) unterhalb der Unterseite (7) mit reduziertem Querschnitt (25) durchlaufend ausgestaltet ist. [0027] Fiq. 6 zeigt einen Teil der in Fiq. 5 dargestellten Ausführungsform ohne Beton, so dass die durchlaufenden Bewehrungsstäbe (26) des unterhalb der Unterseite (7) durchlaufenden Stahlbetonbauteils (Fiq. 5. Ziff. 3) sichtbar sind.
[0028] Fiq. 7 zeigt einen Teil des Stahleinbauteils (1), bei dem die Schubversteifung (21) als Schubknagge ausgestaltet ist. Das balkenförmig ausgestaltete Profil (16) liegt hier dem Auflagerblech (17) auf. Gezeigt sind hier auch die dem Fortsatz (20) aufgeschweißten Bewehrungsstababschnitte (23) an der Anschlussfläche (4).

Claims

ANSPRÜCHE
1. Stahleinbauteil (1) für Bauwerke (A) zum Ersatz eines vorbestimmten Bereichs (2) eines zur Lastaufnahme vorgesehenen Stahlbetonbauteils (3), insbesondere von Stahlbetonbalken, gekennzeichnet durch einen zwei in Längsrichtung voneinander beabstandete Anschlussflächen (4) aufweisenden Aussparungsträger (5) mit je einer von den Anschlussflächen (4) verschiedenen Ober- (6), Unter- (7), Vorder- (8) und Rückseite (9) und durch eine oder mehrere zur Hindurchführung von Installationselementen vorgesehene, von der Vorder- (8) zur Rückseite (9) führende Trägeröffnungen (10) des Aussparungsträgers (5), deren Abstand zu der jeweils benachbarten Anschlussfläche (4) geringer ist als ihre jeweilige Höhe (h).
2. Stahleinbauteil (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trägeröffnung (10) an ihrem zu der Unterseite (7) gelegenen Rand (11) durch eine der Breitseiten (13) eines Stahlbandes (12) begrenzt ist.
3. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen einander benachbarten Trägeröffnungen (10) geringer als die Höhe (h) der jeweils höheren Trägeröffnung (10) ist.
4. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Trägeröffnung (10) in separate Abschnitte (14) unterteilt ist durch eine oder mehrere, zwischen der Ober- (6) und der Unterseite (7) verlaufende Versteifungen (15), deren Ausdehnung in Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) geringer als die Höhe (h) der Trägeröffnung (10) ist.
5. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zur Umhüllung mit Beton vorgesehenes Profil (16) zur Querkraftweiterleitung an der Oberseite (6) des Aussparungsträgers (5). 6. Stahleinbauteil (1 ) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussparungsträger (5) ein Auflagerblech (17) aufweist, dem die Oberseite (6) zugehörig ist, das unter dem aufliegenden Profil (16) hervor ragt und für das Aufliegen des Bauwerks (A) vorgesehen ist.
7. Stahleinbauteil (1 ) gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (16) balkenförmig, als T-Profil oder als Doppel-T-Profil ausgebildet und parallel zur Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) angeordnet ist.
8. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (16) Löcher (18) aufweist, die zur Durchdringung mit Bewehrungs stäben (26) quer zur Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) vorgesehen sind.
9. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Profil (16) zur Umhüllung mit Beton vorgesehene Bolzen (19), bevorzugt Kopfbolzendübel, parallel zu der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen der Ober- (6) und der Unterseite (7) herausstehen.
10. Stahleinbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Fortsatz (20) des Aussparungsträgers (5) in Längsrichtung an der Unterseite (7), der bevorzugt als Fortführung des Stahlbandes (13) über die Ebene einer Anschlussfläche (4) hinaus ausgestaltet ist.
11. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an wenigstens einer der Anschlussflächen (4) angeordnete, zur Umhüllung mit Beton vorgesehene Schubversteifung (21) zur Querkraftübertragung, deren Breitseiten (22) parallel zur Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) und der kürzesten Verbindungsstrecke zwischen Ober- (6) und Unterseite (7) ausgerichtet sind. 12. Stahleinbauteil (1 ) gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schubversteifung (21) als Schubblech mit ein- oder beidseitig angeordneten, quer abstehenden Bolzen (19), vorzugsweise mit angeschweißten Kopfbolzendübeln, oder als Schubknagge ausgebildet ist.
13. Stahleinbauteil (1 ) gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubversteifung (21) und das Profil (16) biegesteif miteinander verbunden sind.
14. Stahleinbauteil (1) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubversteifung (21) und das Profil (16) den Aussparungsträger (5), mit Ausnahme der Unterseite (7), rahmenartig umfassen.
15. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch parallel zur Längsausrichtung des Aussparungsträgers (5) angeordnete Bewehrungsstababschnitte (23) an wenigstens einer der Anschlussflächen (4) zur Anbindung der Stahlbewehrungen des Stahlbetonbauteils (3), beispielsweise mittels Schraubstoß oder Übergreifungsstoß.
16. Stahleinbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zur Umhüllung mit Beton vorgesehene, aus wenigstens einer der Anschlussflächen (4) parallel zur Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) herausragende Bolzen (19), die vorzugsweise als Kopfbolzendübel ausgebildet sind.
17. Stahleinbauteil (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zur Umhüllung mit Beton vorgesehene, aus der Oberseite (6) des Aussparungsträgers (5) herausragende Bolzen (19), die vorzugsweise als Kopfbolzendübel ausgebildet sind. 18. Tragkonstrukt (24), gekennzeichnet durch ein kraftschlüssig mit einem Stahlbetonbauteil (25), insbesondere einem Stahlbetonbalken, verbundenes Stahleinbauteil (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahleinbauteil (1) das Stahlbetonbauteil (25) in einem Bereich (2), in dem vorzugsweise die Wirkung relativ geringer Querkräfte vorgesehen ist, vollständig oder teilweise ersetzt und das Stahlbetonbauteil (25) in Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) bis an die Anschlussflächen (4) heran geführt ist.
19. T ragkonstrukt (24) gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (6) des Aussparungsträgers (5) oder das Auflagerblech (17) des Profils (16) bündig mit dem Stahlbetonbauteil (25) abschließt.
20. Tragkonstrukt (24) gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (7) des Aussparungsträgers (5) bündig mit dem Stahlbetonbauteil
(25) abschließt.
21. Tragkonstrukt (24) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite (7) des Aussparungsträgers (5) einem reduzierten Querschnitt
(26) des Stahlbetonbauteils (25) aufliegt.
22. Tragkonstrukt (24) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite (6) des Aussparungsträgers (5) einem reduzierten Querschnitt (26) des Stahlbetonbauteils (25) anliegt.
23. Tragkonstrukt (24) gemäß Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, die Bewehrungsstäbe (26) des reduzierten Querschnitts (25) in Längsrichtung des Aussparungsträgers (5) durchlaufend angeordnet sind.
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