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Die
Erfindung betrifft ein Anbausystem für von Baukörpern auskragende Konstruktionen,
insbesondere Balkone, Vordächer
oder sonstige auskragende Anbauten, wobei der Baukörper ein
lastaufnehmendes Decken- oder Dachelement aufweist, an dem Decken-
oder Dachelement Einspannungen vorgesehen sind, an denen die auskragende
Konstruktion befestigt ist.
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Bei
frei auskragenden Anbauten an bestehenden Baukörpern besteht insbesondere
die Schwierigkeit, die von der auskragenden Konstruktion herrührenden
Lasten in geeigneter Weise auf den bestehenden Baukörper zur
Ableitung in den Baugrund zu übertragen.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedliche Methoden zur Einleitung
der Lasten von auskragenden Konstruktionen bekannt. Bei geringen
Lasten, beispielsweise bei kleineren Vordächern, reicht meist eine Befestigung
in der Außenwand
des bestehenden Baukörpers
mittels Dübelkonstruktionen
als Zuganker und entsprechenden Auflageflächen an der Wand als Drucklager
aus.
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Bei
höheren
Lasten, wie sie beispielsweise bei frei auskragenden Balkonen oder
größeren Vordächern auftreten,
ist die Verankerung am bestehenden Baukörper schwierig. Häufig werden
daher aufgeständerte
Balkone verwendet, die über
separate Stützen
die Last der angebauten Balkone eigenständig auf ein neu zu erstellendes
Fundament bzw. Fundamente in den Boden leiten. Dieses Verfahren
ist kostenaufwendig und oftmals optisch störend, da die hervortretenden
Stützen
das bestehende Gebäude optisch
zergliedern.
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Demgegenüber sind
für auskragende
Balkone aufwendigere Konstruktionen zur Einspannung der auskragenden
Konstruktion am vorhandenen Baukörper
bekannt. Insbesondere ist eine Verankerung an im bestehenden Baukörper befindlichen Stahlbetondecken
vorteilhaft. Eine Stahlbetondecke besitzt in der Regel genug obere
Randbewehrung zur Aufnahme der durch den auskragenden Anbau hervorgerufenen
zusätzlichen
Kräfte,
nämlich
Zugkräfte auf
den oberen Teil der Decke und Druckkräfte auf den unteren Teil der
Decke. Auch das darunter befindliche, stützende Mauerwerk hat im Normalfall
genug Lastreserve zur Ableitung der Lasten in den Baugrund. Problematisch
wird jedoch ein Anbau einer auskragenden Konstruktion im Bereich
von Tür-
oder Fensterstürzen
im vorhandenen Baukörper,
da dort meist keine ausreichenden Lastreserven vorhanden sind. Die
nachträgliche
Verstärkung
eines Sturzes ist kostspielig, häufig
unästhetisch
und in vielen Fällen auch
nicht möglich,
da Durchgangshöhen
von Türen etc.
reduziert werden müßten.
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Entsprechend
sind im Stand der Technik Balkonanbausysteme bekannt, die mit sichtbaren
Elementen wie Stützen
und Streben arbeiten, die sich oftmals optisch störend auf
den Gesamteindruck des Gebäudes
auswirken, aber keinen aufwendigen Eingriff in die bestehende Gebäudesubstanz
erfordern. Beispielhaft wird für
ein derartiges System auf ein Balkonanbausystem der Firma Weland
GmbH, Spengler Str. 89–91,
23556 Lübeck
verwiesen. Bei dem Balkonanbausystem sind an senkrecht verlaufenden
Hohlprofilen, die mittels Klebeankern im Deckenbereich befestigt
sind, Balkonmodule einhängbar.
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Bei
dieser Konstruktion werden die Lasten über das senkrecht verlaufende
Hohlprofil und die im Deckenbereich angeordneten Klebeanker in den bestehenden
Baukörper
eingeleitet. Da die Balkonmodule jeweils zwischen zwei beabstandet
angeordneten Hohlprofilen eingehängt
sind, ist dieses System sehr starr und hinsichtlich der Balkonbreite,
die frei tragend zu überbrücken ist,
begrenzt. Ferner stören auch
hier die auf der Fassade angebrachten Konstruktionselemente.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Anbausystem für auskragende Konstruktionen
an vorhandenen Baukörpern
anzugeben, mit dem ein Lasteintrag in den vorhandenen Baukörper ohne
an der Fassade aufgesetzte Verstärkungsprofile
etc. und auch Tür- oder
Fenstersturzbereiche überdeckend
möglich
ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einem Anbausystem gemäß Anspruch 1. Die auskragende
Konstruktion wird im Bereich eines lastaufnehmenden Decken- oder Dachelementes über Einspannungen erreicht.
Das Besondere ist jedoch, dass die auskragende Konstruktion einen
Querträger
aufweist, der nahe am und im wesentlichen parallel zum Baukörper angeordnet
ist; der Querträger
an wenigstens zwei Einspannungen fest eingespannt ist, und der Querträger an wenigstens
einer Einspannung über ein
Querkraftgelenk eingespannt ist, so dass an dieser Einspannung im
wesentlichen nur Biegemomente und ggf. Normalkräfte in das Decken- oder Dachelement übertragen
werden.
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Dabei
ist das Querkraftgelenk jeweils an Einspannungen im Bereich von
Schwächungszonen
des bestehenden Baukörpers,
beispielsweise im frei tragenden Sturzbereich vorzusehen. Damit
wird erreicht, dass die Einspannung mit Querkraftgelenk lediglich
Biegemomente im Bereich dieser Einspannung auf den vorhandenen Baukörper übertragt.
Die daraus resultierenden zusätzlichen
Lasten sind erheblich geringer, als wenn an dieser Einspannung auch
Querkräfte,
nämlich
insbesondere die Auflastkräfte
der auskragenden Konstruktion eingeleitet würden. Durch das vorgesehene
Querkraftgelenk an dieser wenigstens einen Einspannung wird das Auflastgewicht über den
Querträger
auf die wengistens zwei fest angeordneten Einspannungen in den bestehenden
Baukörper
eingeleitet.
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Querkraftgelenke
sind im Bereich der Bautechnik unter Tragwerken bekannt. Ein idealisiertes derartiges
Gelenk kann keine Querkräfte übertragen, sondern
nur Momente und Normalkräfte.
Ein derartiges Querkraftgelenk ist beispielsweise im Brückenbau
als Widerlager bekannt. Dabei sind die Lagerflächen horizontal angeordnet
und können über eine dazwischen
liegende Zylinderwalzenlage Auflasten als Normalkräfte auf
den Brückenpfeiler übertragen, wohingegen
Querkräfte
nicht übertragen
werden.
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Ein
derartiges Zylinderwalzenlager wird in der
DE 30 34 514 A1 als bekannt
gewürdigt.
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Das
im Anbausystem verwendete Querkraftgelenk hat hingegen eine vertikale
Orientierung, wobei am freien Ende der Einspannung im Decken- oder
Dachelement eine parallel zur Längserstreckung
des Querträgers
und lotrecht ausgerichtete Platte befestigt ist, wobei die Platte
Langlöcher
hat, deren Längsachsen
vertikal angeordnet sind; außenseitig
der Platte eine Befestigungsplatte vorgesehen ist, die mit dem Querträger fest
verbunden ist; innenseitig der Platte eine Gegenplatte vorgesehen
ist, die die Einspannung mit Spiel umgreift; die Befestigungsplatte
mit der Gegenplatte mittels durch die Langlöcher der Platte durchgreifenden
Bolzen verspannt ist; und zwischen Gegenplatte und Platte sowie
zwischen Platte und Befestigungsplatte Gelenkwalzen angeordnet sind,
dessen Achsen senkrecht zur Langlochlängsachse und parallel zu den
Platten ausgerichtet sind.
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Wenn
ein Lagerkäfig
zur Lagehaltung der Gelenkwalzen vorgesehen ist, können die
im Querkraftgelenk vorgesehenen Gelenkwalzen auch in ihrer Einbauorientierung
an lotrecht ausgerichteten Platten lagerichtig positioniert werden.
Insbesondere wir mit einem Lagerkäfig die Montage des Querkraft gelenks
erheblich vereinfacht, da das Gelenk sich senkrecht zur freien Achse
zusammenbauen läßt.
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In
weiter bevorzugter Ausgestaltung ist der Lagerkäfig als Schutzkasten ausgebildet,
der Gegenplatte, Platte und Befestigungsplatte im wesentlichen umschließt. Neben
der Positionierung der Gelenkwalzen bei der Montage des Querkraftgelenks
auf der Baustelle werden gleichzeitig die Gelenkwalzen vor Schmutz,
der zwischen die Lagerplatten geraten könnte, geschützt. Es wird somit vermieden,
dass die gewünschte
Enkopplungsfunktion des Querkraftgelenks für wirkende Querkräfte durch
Schmutzablagerungen und Anhaftungen an den Gelenkwalzen gemindert
würde.
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In
weiterer Ausgestaltung des Anbausystems ist vorgesehen, dass die
Einspannung zum Lasteintrag in das Decken- oder Dachelement eine Kombination
von horizontalen Zugstab und Druckstab aufweist, wobei der Zugstab
auf dem Decken- oder Dachelement und der Druckstab am zur auskragenden
Konstruktion zeigenden Rand des Decken- oder Dachelementes befestigt
sind. Dabei wird der Zugstab bevorzugt unmittelbar auf die Rohdecke
aufgedübelt
und der Druckstab an der Stirnseite der Decke angesetzt und ebenfalls
mittels Schraubdübelverbindung
fixiert. Bei dem Anbau einer auskragenden Konstruktion mittels Zug-
und Druckstab ist somit lediglich das Enfernen des Estrichs im Bereich
des Zugstabes zu dessen Montage auf der Stahlbetondecke erforderlich.
Handelt es sich beispielsweise um einen Anbaubalkon sind jedoch
häufig
entsprechende Umbaumaßnahmen
im zum Balkon angrenzenden Raum des bestehenden Gebäudes erforderlich, wie
beispielsweise Abbruch der Fensterbrüstung, Austausch eines Fensters
gegen ein Fenster-Tür-Element
etc. Somit kann die Montage des Zugstabes problemlos in die Umbauarbeiten
integriert werden und bedeutet folglich keinen größeren zusätzlichen
Aufwand. Diese Konstruktion ist auch anwendbar für Decken- oder Dachelemente
aus Holz und für
Ziegelhohlkörperdecken.
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In
alternativer Ausgestaltung weist die Einspannung zum Lasteintrag
in das Decken- oder Dachelement einen Biegestab auf, der in einer
in die zur auskragenden Konstruktion zeigenden Stirnseite der Stahlbetondecke
eingebrachten Horizontalbohrung verankert ist. Ausschließlich für Stahlbetondecken
kann jedoch durch Vorsehen eines in eine Horizontalkernbohrung in
der Stahlbetondecke einzementierten Biegestabes eine die bisherige
Gebäudesubstanz
am wenigstens beeinträchtigende
Lösung angegeben
werden. Bei diesem Verfahren können Fußbodenarbeiten
im Gebäudeinneren
vorteilhaft entfallen.
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Bevorzugt
ist die wenigstens eine Einspannung mit Querkraftgelenk zwischen
zwei festen Einspannungen angeordnet. Damit wird die als Querkraft
im Bereich der Einspannung mit Querkraftgelenk wirkende Gewichtskraft über den
Querträger dieser
Konstruktion auf die beiden einander gegenüberliegenden festen Einspannungen übertragen. Selbstverständlich kann
auch der Querträger
teilweise selbst „auskragend" durch Vorsehen einer
Einspannung mit Querkraftgelenk am Ende des Querträgers ausgebildet
werden. In diesem Falle würde
die zu dieser Einspannung nächstliegende
feste Einspannung die gesamte Auflast dieses Teils der Konstruktion
tragen, wobei am Querträger
zusätzlich
Biegemomente wirken würden,
die teilweise die entferntere feste Einspannung entlasten würde.
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Demgegenüber ist
die von der Lastverteilung her bevorzugte und für viele Anwendungsbereiche auch
geeignetste Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass an beiden
Enden des Querträgers
je eine feste Einspannung und dazwischen wenigstens eine Einspannung
mit Querkraftgelenk vorgesehen sind. Handelt es sich beispielsweise
um einen Balkonanbau kann im gesamten Mittenbereich zwischen den
an beiden Enden des Querträgers
angeordneten festen Einspannungen am bestehenden Gebäude durch
die Lastaufnahme des Querträgers
und die Querkraft entkoppelnde Einspannung mit Querkraftgelenk eine
deutliche Entlastung erreicht werden. Folglich können in diesem Bereich vorhandene
Fensterstürze
etc. ohne eine ergänzende
Verstärkung
beibehalten werden. Die Auflast des angebauten Balkons wird dabei
im wesentlichen nur über
die festen Einspannungen an den beiden Enden des Querträgers in
die Decke des bestehenden Gebäudes
eingebracht und von den Sturzauflagerbereichen in den Baugrund abgeleitet.
Es wird also ein Großteil
der Balkonlast durch Umlagerung zu den festen Einspannungen im Bereich
der Sturzlager, also in stützendes Mauerwerk
mit ausreichender Lastreserve eingeleitet. Eine Sturzverstärkung ist
somit in der Regel nicht erforderlich. Gleichwohl können die
aufgrund der auskragenden Konstruktion an den Einspannungen angreifenden
Biegemomente über
die Querkraftgelenke in den bestehenden Baukörper geleitet werden.
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Wenn
am Querträger
vorkragende Träger
als Unterkonstruktion für
einen Balkon oder ein Vordach befestigt sind, wird ein kompakter
Unterbau beispielsweise für
den Balkonboden oder ein Vordach bereitgestellt. Der Querträger wie
auch die daran angesetzten vorkragenden Träger sind bevorzugt aus Doppelflanschträger gleicher
Höhenabmessung
hergestellt und miteinander verschweißt. Für eine Balkonunterbaukonstruktion
können
somit Balkontiefen bis 1,5 m und Balkonbreiten von 4 m oder mehr
erzielt werden. Die Anordnung der festen Einspannungen und der Einspannungen
mit Querkraftgelenk ist variabel, womit beliebige Balkonlagen und
Balkonbreiten realisiert werden können.
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Um
die Auflastgewichte der Balkonlast im Bereich der Einfassung mit
Querkraftgelenk von der Einspannung abzukoppeln und über den
Querträger in
die festen Einspannungen umzulagern, ist das Querkraftgelenk so
ausgebildet, dass lotrechte Kräfte nicht
aufgenommen werden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel des
Anbausystems sowie des dabei verwendeten Querkraftgelenks unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Darin
zeigt:
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1 in
einer teils geschnittenen Draufsicht eine von einem bestehenden
Baukörper
auskragende Konstruktion nach dem erfindungsgemäßen Anbausystem,
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2 in
einer Draufsicht eine Einspannung mit Querkraftgelenk entsprechend
der in 1 dargestellten Konstruktion,
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3 die
in 2 dargestellte Anordnung in geschnittener Seitenansicht
entlang der in 2 mit A-A dargestellten Fläche und
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4 das
Querkraftgelenk in einer Darstellung entlang der in 2 bzw. 3 dargestellten Ebene
B-B.
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In 1 ist
in teils geschnittener Draufsicht ein vorhandenes Gebäude 1 auf
der linken Seite der Zeichnung und eine auskragende Konstruktion 2 auf der
rechten Seite der Zeichnung dargestellt. Der bestehende Baukörper oder
das vorhandene Gebäude 1 weist
ein Deckenelement 10 in Form einer Stahlbetondecke auf.
Im unter der Stahlbetondecke 10 liegenden Geschoss ist
eine große
Fensteröffnung
mit einem langen Sturz 11 verwirklicht. Der Sturz 11 ist auf
Mauerabschnitte als Sturzauflager 12 und 13 abgestützt.
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An
einer Stirnseite 100 der Stahlbetondecke 10 ist
die auskragende Konstruktion 2 als Balkon angebaut. Für den Balkonanbau 2 sind
in der vorhandenen Geschossdecke 10 fünf horizonale Kernbohrungen 101 in
die Stirnfläche 100 der
Geschossdecke 10 eingebracht.
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Die
Horizontalbohrung 101 weist beispielsweise einen Durchmesser
von 100 mm und eine Bohrtiefe von 1000 mm auf. In jede der fünf Horizontalbohrungen 101 wird
ein Biegestab 20 in Form eines geeigneten Rohres, beispielsweise
der Dimension Durchmesser 88,9 × 8
mm einzementiert. Diese einzementierten Biegestäbe 20 bilden insgesamt
fünf Einspannungen 21 bzw. 22.
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Nahe
am und im wesentlichen parallel zum Baukörper 1 ist ein Querträger 23 an
der auskragenden Konstruktion 2 vorgesehen. Der Querträger 23 ist
an seinen Enden fest mit den Einspannungen 21 verbunden.
Die zwischen den festen Randeinspannungen 21 angeordneten
drei weiteren Einspannungen 22 sind mit einem Querkraftgelenk 3 mit
dem Querträger 23 derart
verbunden, dass Auflasten senkrecht zur Zeichenebene der 1 nicht
auf die Einspannungen 22 übertragen werden.
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Am
Querträger 23 sind
in Verlängerung
der die Einspannungen 21, 22 bildenden Biegestäbe 20 vorkragende
Träger 24 befestigt.
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Diese
auskragende Konstruktion 2 bildet den Unterbau eines hier
nicht näher
dargestellten Balkons. Dabei ist diese Konstruktion 2 bevorzugt
aus genormten Doppelflanschträgern
hergestellt. Der Querträger 23 besteht
beispielsweise aus einem Doppelflanschträger HEB 180 und die
vorkragenden Träger 24 aus
Doppelflanschträgern
der Dimension IPE 180. In den Knotenbereichen der vorkragenden Träger 24 mit
dem Querträger 23 sind
die Träger
miteinander verschweißt.
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Eine
Einspannung 22 mit Querkraftgelenk 3 ist in den 2 bis 4 im
Detail dargestellt. In 2 ist in der Draufsicht ein
Teil der Stahlbetondecke 10 mit darin befindlicher Horizontalbohrung 101 dargestellt.
Ebenso ist in der Schnittdarstellung der 3 die Stahlbetondecke 10 mit
darin integriertem Sturz 11 wiedergegeben. In der Horizontalbohrung 101 ist
der Biegestab 20 fest einzementiert.
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Am
freien Ende 201 des Biegestabes 20 ist das Querkraftgelenk 3 angesetzt.
Das Querkraftgelenk 3 weist eine lotrecht ausgerichtete
Platte 31 als erste Lagerplatte auf. Diese erste Lagerplatte 31 ist beispielsweise
mit dem freien Ende 201 des Biegestabs 20 verschweißt. In der
Platte 31 sind vier Langlöcher 311 eingebracht,
deren Längsachsen
vertikal angeordnet sind. Außenseitig,
also von dem bestehenden Gebäude 1 abgewandt,
ist parallel zur Platte 31 eine Befestigungsplatte oder
zweite Lagerplatte 32 angeordnet. Die Befestigungsplatte 32 ist
mit dem Querträger 23,
beispielsweise durch eine Schweißverbindung, verbunden.
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Innenseitig
der Platte 31, also zum bestehenden Gebäude gerichtet, ist eine Gegenplatte
oder dritte Lagerplatte 33 vorgesehen, die den Biegestab 20 der
Einspannung 22 mit Spiel umgreifend ausgebildet ist.
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Die
zur ersten Lagerplatte 31 parallel angeordneten zweite
und dritte Lagerplatten 32, 33 weisen jeweils
vier zu den vier Langlöchern 311 der
ersten Lagerplatte 31 korrespondierende Durchgangsbohrungen 321, 331 auf.
Durch die Durchgangsbohrungen 321, 331 und Langlöcher 311 sind
vier Schraubbolzen 34 durchgesteckt. Mit den Bolzen 34 werden
die Befestigungsplatte 32 mit der Gegenplatte 33 verspannt.
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Zwischen
der dritten Lagerplatte 33 und der ersten Lagerplatte 31 sowie
zwischen der ersten Lagerplatte 31 und der zweiten Lagerplatte 32 sind
jeweils Gelenkwalzen 35 in zur Lastaufnahme ausreichender
Zahl auf den korrespondierenden Lagerflächen verteilt angeordnet. Die
Gelenkwalzen 35 sind dabei mit ihren Zylinderachsen zueinander
parallel und horizontal, also zur Längsachse der Langlöcher 311 senkrecht
ausgerichtet. Damit erlauben die Gelenkwalzen 35 eine reibungsarme
Lateralbewegung senkrecht zur Zeichenebene der 2,
also in lotrechter Richtung im Umfang des Spielraums in den Langlöchern 311 der
ersten Lagerplatte 31. Entsprechend werden an der auskragenden
Konstruktion 2 wirkende lotrechte Kräfte als sog. Querkräfte von dem
Querkraftgelenk 3 nicht auf die Einspannung 22 übertragen.
Entsprechend nimmt der in der auskragenden Konstruktion 2 vorgesehene
Querträger 23 die
Auflast auf und lagert die Auflast auf die festen Einspannungen 21, 21 (s. 1)
um.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Anbausystem mit
Querkraftgelenk können
somit auskragenden Konstruktionen, insbesondere Balkone und Vordächer an
bestehenden Gebäuden
im Bereich von Decken- oder Dachelementen lasteinbringend befestigt werden,
auch wenn im von der Konstruktion überdeckten Bereich Schwächungszonen,
wie beispielsweise Tür-
oder Fensterstürze
vorhanden sind.
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Im
Gegensatz zu separat aufgeständerten Balkonen
sind keine sichtbaren Stützen
und neu zu gründende
Fundamente erforderlich. Im Gegensatz zu den bekannten, an bestehenden
Gebäuden
angebauten Balkonsystemen fehlen auch jegliche auf der Gebäudefassade
aufgebrachte Streben oder Verstärkungselemente.
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Mit
der Konstruktion können
bei entsprechender Materialwahl eine Auskragung des Balkons bis
1,5 m problemlos realisiert werden. Da auch große Balkonbreiten von 4 m oder
mehr erzielt werden können,
können
sehr großflächige Anbaubalkone
als auskragende Konstruktionen realisiert werden. Aufgrund der stützen- und
strebenlosen Konstruktion werden unter dem Balkon liegende Wohnungen
weniger beeinträchtigt.
Ferner können
Balkone auch sehr individuell, beispielsweise nur für einzelne
Wohnungen oder an unterschiedlichen Positionen an der Fassade montiert
werden, da eine Lastverteilung in der Anbaukonstruktion über mehrere
Geschosse nicht nötig
ist.
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Somit
ist das erfindungsgemäße System
vor allem bei Gebäuden
geringerer Geschosszahl eine wirtschaftliche Lösung. Dabei kann die tragende
Balkonkonstruktion (auskragende Konstruktion 2) aus genormten,
leicht beschaffbaren und entsprechend kostengünstigen Bauteilen, wie Doppelflanschträgern, hergestellt
werden.
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Durch
die punktuellen Anschlüsse
der auskragenden Konstruktion an die vorhandene Stahlbetondecke
werden Wärmebrücken weitestgehend
vermieden. Zusätzlich
kann eine umlaufende Wärmedämmung um
die auskragende Konstruktion vorteilhaft sein.
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- 1
- Baukörper, vorhandenes
Gebäude
- 10
- Decken-
oder Dachelement, Stahlbetondecke
- 100
- Stirnfläche
- 101
- Horizontalbohrung
- 11
- Sturz
- 12
- Sturzauflager,
Mauerwerk
- 13
- Sturzauflager,
Mauerwerk
- 2
- auskragende
Konstruktion, Balkonanbau
- 20
- Biegestab
- 201
- freies
Ende
- 21
- Einspannung
- 22
- Einspannung
- 23
- Querträger
- 24
- vorkragender
Träger
- 3
- Querkraftgelenk
- 31
- Platte,
erste Lagerplatte
- 311
- Langloch
- 32
- Befestigungsplatte,
zweite Lagerplatte
- 321
- Durchgangsbohrung
- 33
- Gegenplatte,
dritte Lagerplatte
- 331
- Durchgangsbohrung
- 34
- Bolzen
- 35
- Gelenkwalzen