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Die Erfindung betrifft ein querkraftbeanspruchtes
Stahl- oder Spannbetonteil.
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Bei querkraftbeanspruchten Stahl-
oder Spannbetonteilen wie z. B. einer gestützten Stahlbetondecke ist u.a.
im Bereich der Stützen
eine Schubbewehrung zur Schubsicherung notwendig.
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Als Schubbewehrung sind u.a. bekannt: Schubbewehrungen
aus Betonstahl in Form von S-Haken oder Bügeln, Dübelleisten, Doppelkopfdübel, Gitterträger, Tobler
Walm, Geilinger Kragen, Bügelmatten,
Riss Stern.
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Eine Schubbewehrung aus Betonstahl
in Form von S-Haken oder Bügeln
muss aus Gründen der
schlechten Verankerung eine meist vorhandene Biegelängsbewehrung
umschließen,
um ein Ausreißen
der Schubbewehrung zu verhindern. Dies ist sehr aufwendig und kostenintensiv.
Bei hohen Bewehrungsgraden der Biegezugbewehrung und hohem Schubbewehrungsanteil
gelten herkömmliche Bügel als
nicht mehr einbaubar.
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Dübelleisten
werden meistens auf die untere Schalung gestellt, sodass die untere
Bewehrungslage vom Leistenquerschnitt umfasst wird. Hierbei ist die
genaue Lage und Fixierung der Leiste für das Tragverhalten ausschlaggebend.
Die Dübelleisten sind
geschweißte
Einzelanfertigungen und somit kostenintensiv.
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Die
JP 3-156048 A und
JP 3-217542 A beschreiben
jeweils alternative Formen der Verbindung einer Beton-Stahlsäule mit
Betonbauteilen, wobei Stahlplatten über Stahlstäbe mit der Beton-Stahlsäule verbunden
werden.
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Die WO 96/35029 offenbart ein scherkraftverstärkendes
System für
Bauelemente. Dieses besteht aus dünnen vorgereckten Streifen
aus hoch steifem Material, welche um eine oder mehrere Schichten
einer konventionellen Armierung geführt werden.
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Die
US
10 09 712 zeigt eine Betonkonstruktion aus Stütze und
Bodenblech, wobei die Stütze vertikale
Verstärkungselemente
enthält.
Daneben werden horizontale Verstärkungselemente
(Bodenblech, Platten) vorgeschlagen, die über Bügel und Bügelstangen mit den vertikalen
Elementen verbunden sind und in Beton eingeschlossen werden.
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Die
EP 08 22 299 A1 beschreibt ein Verbindungselement
zur Verbindung zweier Beton-Bauteile, welches den Kraftschluss zwischen
zwei durch eine Fuge abgetrennte Teile übernimmt. Das Verbindungselement
besteht aus einer senkrechten, mittleren Platte und je einem oben
und unten angeordneten Körper.
Alle Teile sind miteinander fest, formstabil und biegesteif verbunden.
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Die
DE 195 43 768 A1 schlägt eine alternative Armierung
für die
Verbindung zwischen einer Wand und einem Balkon vor.
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Die
DE 44 12 598 A1 und
DE 196 53 077 A1 zeigen
den physikalisch-baustatischen Hintergrund bezüglich der bekannten Dübelleisten
für den
Einsatz als Schubbewehrung auf.
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Die
DE 85 19 205.8 U1 offenbart eine Schubbewehrungsvorrichtung
für Flächenträgwerke.
Diese weist eine Gruppe von untereinander gleichen, im wesentlichen
V-förmig
gebogenen zweidimensionalen Bewehrungselementen auf, die hochkant
angeordnet sind, wobei die Bewehrungselemente gitter, – leiter-
oder fachwerkartig aus miteinander verschweißten Stäben ausgebildet sind. Das Kennzeichen
besteht darin, dass die Bewehrungselemente als Schubbewehrungselemente
ausgebildet und ohne Hilfsmittel als Einzelelemente verlegbar sind. Jedoch
weist diese Vorrichtung keinerlei Möglichkeit der Bildung einer
Umschnürungsbewehrung
auf.
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Zwar zeigt die
DE 100 02 383 A1 neue Stahl- oder
Spannbetonteile, welche mindestens ein flächiges Bauteil aufweisen, das
sich im wesentlichen rechtwinklig zur Bauteiloberfläche und
im wesentlichen über
die gesamte Bauteildicke zwischen den unteren und oberen Bewehrungslagen
des Bauteils erstreckt.
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Jedoch sind die darin vorgeschlagenen
Bauteile -wie Versuche z.B. in 1 zeigen-
nicht geeignet z.B. die Durchstanzfestigkeit oder Querkrafttragfähigkeit
der Betonteile wesentlich zu erhöhen.
In der 1 ist die Maximalkraft
im Verhältnis
zur rechnerischen Querkrafttragfähggkeit
für Flachdecken
ohne Durchstanzbewehrung und mit den Einbauteilen einer Forschungsreihe
der Fachhochschule Giessen-Friedberg, als Funktion der gemittelten
Durchbiegungen am Belastungskreis (r = 1,08 m) zur Charakterisierung
des Tragverhaltens dargestellt. Für die Versuche wurden quadratische
Betonteile mit Kantenlänge
2,8m bei zentraler Belastung durch eine Säule mit 30mm Durchmesser durchgeführt.
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Deutlich zu erkennen, ist die hohe
Querkrafttragfähigkeit
der den beiden durchgezogenen, oberen Linien entsprechenden, erfindungsgemäßen Betonteile
mit der Bezeichnung „I", „J".
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Die beiden Kurven mit linear abnehmender Tragfähigkeit
im x-Achsenbereich kleiner 10 mm bis ca. 12 bzw. 25mm entsprechen
Betonteilen ohne jegliche Einbauteile zur Schubbewehrung. Gegenüber diesen
Betonteilen „A" und „B" ohne Einbauteilen, zeigen
die Betonteile „C" und „D" mit Einbauteilen
gemäß der
DE 100 02 383 A1 keine
wesentliche Erhöhung
der Tragfähigkeit
auf.
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Diese Betonteile weisen zusätzlich zur
deutlich geringeren Querkrafttragfähigkeit auch den Nachteil auf,
bei Überschreiten
der Bruchlast nahezu „schlagartig" (insbesondere „A" und „B") jegliche Querkraftragfähigkeit
zu verlieren, während
die hier vorgeschlagenen Bauteile über eine ausgeprägte Duktilität aufweisen,
so dass die Betonteile nicht schlagartig in sich zusammenfallen,
sondern auch nach Überschreiten
der Bruchlast noch eine Querkrafttragfähigkeit aufweisen. Damit ist
das Nachbruchverhalten der neuartigen Betonteile so, dass z.B. in
der Anwendung eines bewohnten Hochbaus für die Evakuierung des Hochbaus
noch ausreichend Zeit bleiben sollte.
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Andere bekannte Lösungen zur Erhöhung der
Stabilität
der Betonteile, wie Doppelkopfdübel, Tobler
Walm und Geilinger Kragen zeigen geringere Querkrafttragfähigkeit,
oder weisen ein deutlich nachteiligeres Nachbruchverhalten auf,
oder erweisen sich als in der Herstellung zu teuer oder erfordern einen
hohen Zeiteinsatz beim Einbau z.B. auf einer Baustelle.
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[Aufgabe der Erfindung]
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Aufgabe der Erfindung ist es daher
ein neues Stahl- oder Spannbetonteil bereitzustellen, welches eine
höhere
Stabilität,
insbesondere eine höhere Querkrafttragfähigkeit
oder Durchstanzfestigkeit aufweist.
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[Beispiele]
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Diese erste Aufgabe wird gelöst durch
den Gegenstand des Patentanspruchs 1, da das entsprechende Bauteil
insbesondere die Querkrafttragfähigkeit
deutlich erhöht.
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Weitere Vorteile ergeben sich durch
den Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche bzw. das beanspruchte Herstellungsverfahren.
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Durch die Ausformungen am oberen oder/und
unteren Rand der Endstücke
wird eine Umschnürung
der Biegebewehrung ermöglicht,
welche insbesondere die Querkraftragfähigkeit des Betonteiles erhöht.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden
beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
sowie aus den Unteransprüchen.
Es zeigt:
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1 vergleichende
Messungen an verschiedenen Betonteilen.
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2a eine
Seitenansicht auf die Varianten I, III des erfindungsgemäßen Bauteils,
welches in den Betonteilen „I", „J" in den Experimenten
erprobt wurde.
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2b eine
Seitenansicht auf die Varianten N und V des erfindungsgemäßen Bauteils.
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3a eine
Draufsicht auf ein Betonteil mit den Biegebewehrungslagen in x- und y-Richtung mit den
typischen Abmessungen der Experimente.
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3b eine
Draufsicht auf ein Betonteil mit den Biegebewehrungslagen und den
erfindungsgemäßen Bauteilen,
parallel zu den Biegebewehrungslagen eingebaut.
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4 eine
perspektivische Ansicht des Bauteils in der Variante VI mit Biege-
und Umschnürungsbewehrung
in x- und y-Richtung.
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5 eine
perspektivische Ansicht des Bauteils in der Variante VII mit Biege-
und Umschnürungsbewehrung
in x- und y-Richtung.
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6 eine
perspektivische Ansicht des Bauteils in der Variante VIII und der
senkrecht dazu eingebauten Variante IX des Bauteils mit Biege- und Umschnürungsbewehrung
in x- und y-Richtung.
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7 eine
perspektivische Ansicht des Bauteils in der Variante IX mit „L"-förmigen Ausformungen
auch am unteren Rand des Bauteils.
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1 zeigt
die Maximalkraft im Verhältnis zur
rechnerischen Querkrafttragfähgikeit
für Flachdecken
ohne Durchstanzbewehrung und mit den Einbauteilen einer Forschungsreihe
der Fachhochschule Giessen-Friedberg, als Funktion der gemittelten Durchbiegungen
am Belastungskreis (r = 1,08 m) zur Charakterisierung des Tragverhaltens
dargestellt. Für
die Versuche wurden quadratische Betonteile mit Kantenlänge 2,8m
bei zentraler Belastung durch eine Säule mit 30mm Durchmesser durchgeführt. Deutlich zu
erkennen, ist die hohe Querkrafttragfähigkeit der den beiden durchgezogenen,
oberen Linien entsprechenden, erfindungsgemäßen Betonteile mit der Bezeichnung „I", „J" .
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Mit etwas geringerer Querkrafttragfähigkeit darunter
sind zwei Betonteile mit Einbauteilen gemäß der
DE 100 02 383 A1 dargestellt.
Die beiden Kurven mit linear abnehmender Tragfähigkeit im x-Achsenbereich
kleiner 10 mm bis ca. 12 bzw. 25mm entsprechen Betonteilen ohne
jegliche Einbauteile zur Schubbewehrung.
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2a zeigt
eine Seitenansicht auf die Varianten I, III des erfindungsgemäßen Bauteils,
welches in den Betonteilen „I", „J" in den Experimenten
erprobt wurde. Variante I weist Ausformungen (2) mit Bohrungen
(3) auf, welche am oberen und unteren Rand des flächigen Bauteilkörpers gegenüber oder versetzt
angebracht sind. Daneben weist Bauteil I Schlitze (4) auf,
welche zur Aufnahme der dazu gewinkelt anzuordnenden Bauteile III
dienen. Dazu weist Bauteil III an den korrespondieren Stellen ebenfalls
Schlitze (4) auf. Die Schlitze an Bauteil I und III öffnen sich
zum jeweils anderen Rand des anderen Bauteils hin.
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2b zeigt
zwei vorteilhafte Ausführungsbeispiele
des Bauteils in den Varianten IV oben und V unten. Variante IV weist
Ausformungen 2, 2'' mit Bohrungen
(3) auf, welche sich vom oberen Bauteilrand jeweils in
der Zeichenebene oder/und auch senkrecht dazu erweitern, z.B. zur
Ausbildung eines Widerhakens. Variante V weist zusätzlich zu
den Bohrungen (3) und den Schlitzen (4) sogenannte
Sicken (5) zum Durchlass von Beton während des Giessprozesses auf.
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3a zeigt
eine Draufsicht auf ein Betonteil mit den unteren Biegebewehrungslagen
in x- und y-Richtung (Bu x, Bu y) mit den typischen Abmessungen
der Betonteile in den Experimenten (Kantenlänge 2,8m, Säulendurchmesser 0,3m). Ebenso
dargestellt ist die Säulenbewehrung
(20) mit entprechender Ringbewehrung (21).
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3b zeigt
eine Draufsicht auf das Betonteil in der Variante „J" mit den unteren
und -hier nur zu sehenden oberen-Biegebewehrungslagen
in x- und y-Richtung mit insgesamt 6 Bauteilen der Variante (I)
in x-Richtung, durch die jeweils in y-Richtung 6 Umschnürungsbewehrungen
(U) in Form von Stäben durch
die Bohrungen (3) der Bauteile I geschoben wurden. Damit
liegt die Umschnürungsbewehrung
in Höhe
der oberen Biegebewehrung Bo y und wie zu sehen parallel dazu. Das
gleiche Vorgehen wurde an der unteren Biegebewehrung gewählt. Senkrecht
zu den Bauteilen I wurden vier Stück der Bauteile III mit den
zu den Bauteilen I identischen Abmessungen (2500, 205,5 mm) eingebaut,
zur Ausbildung des Betonteils „J", dessen experimentelle
Daten 1 darstellt.
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4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Bauteils in der Variante
VI in y-Richtung mit Biege- und
Umschnürungsbewehrung in
x- und y-Richtung, jeweils oben und unten. Die Umschnürungsbewehrung
U, gebildet durch die Lagen Uu x, und Uo x, liegt wie in 3b in Höhe und parallel zur oberen
und unteren Biegebewehrung Bu, o x.
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Durch die Umschnürung der inneren Lagen der
Biegebewehrung oben und unten -mittels der durch die Ausformungen
(2) gesteckten Stäbe-
an insgesamt 6 Stellen in y-Richtung und 6 x-Positionen pro Bauteil wird eine sehr
hohe Querkrafttragfähigkeit
erzeugt.
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Besonders vorteilhaft im Sinne geringer
Herstellkosten ist eine Ausführungsform
bei der Bauteile mit Ausformungen (2) eingesetzt werden
welche kürzer
als die Kantenlänge
des zu bildenden Betonteile sind und in x- und y- Richtung die gleiche
Bauform und Länge
aufweisen.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Bauteils in der Variante
VII mit einer vorteilhaften, „L-förmigen" Variante (2'') der Ausformungen des Bauteils
am oberen Rand.
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Durch diese Ausformung (2'') wird ein flächigerer Kontakt direkt oder über die
einzugiessende Betonlage indirekt zur Umschnürungsbewehrung gewährleistet,
so dass die Materialstärke
des Bauteils reduziert werden kann.
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6 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführung
des Betonteils, welches zusätzlich
zur Bauteil-Variante (VIII) mit Schlitz zur Aufnahme eines dazu
senkrecht stehenden Bauteils der Varinate IX aufweist. Bauteil IX
ist hier vorteilhaft so ausgebildet, dass es durch die Ausformungen
(2''') auch die untere Lage Bu x und die
oberer Lage der Biegebewehrung Bo x umschließt. Die Ausformung 2''' weist
gegenüber
der Ausformung (2'') keine Bohrung
(3) auf .
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Bei geeigneter Lage der oberen und
unteren Biegebewehrung zu einander, kann in einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung das Betonteil auch so aufgebaut sein, dass Bauteile
in Abänderung
der Variante (IX) am oberen Rand und unteren Rand Ausformungen (2''')
aufweisen, welche von einander weg weisen, so dass ein „S-förmiger" Querschnitt an dieser
Stelle entsteht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Betonteile ergibt sich dadurch, dass lediglich in einer Richtung
(x- oder y-) im Querschnitt „S-förmig" gestaltete Bauteile
die oberer und unter Lage der jeweils äußeren Bewehrung umgreifen oder/und
zwischen diese geklemmt sind. Dadurch würde der Einbau der Bauteile
vereinfacht. Dadurch läßt sich
auch die Gefahr des Verschiebens der Umschnürungbewehrung, gebildet durch
die Bauteile bei der Herstellung der Betonteile verhindern.
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7 zeigt
eine weitere vorteilhafte Ausführung
des Betonteils, bei welchem zur Erhöhung der Wechselwirkungsfläche zwischen
den Bauteilen (VII bis IX) zwischen äußerer Biegebewehrung und den „L-förmigen" Ausformungen im
Bereich dieser Ausformungen Bleche (6) oder andere flächige Körper vorgesehen
sind.
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Alle Bauteile können vorteilhaft gegenüber dem
Stand der Technik (Stahl, Baustahl) auch aus geeignet festem Kunststoff
oder anderen Materialien gefertigt sein, welche eine geringere Dichte
als Stahl oder Baustahl aufweisen.
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Die vorgeschlagenen Betonteile können durch
Wahl der Anzahl und Ausführung
der vorgeschlagenen Bauteile, insbesondere durch Wahl von Beton
verschiedener Druckfestigkeit für
eine Vielzahl von Anwendungsfällen
optimiert werden.
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- 1,
I, III, IV, V, VI, VII,
- Bauteil
- VIII,
IX
-
- 2,
2', 2'', 2'''
- Ausformungen
- 3
- Bohrungen,
Löcher
- 4
- Schlitze
- 5
- Sicken
- 6
- Bleche
- 20
- Stützenlängsbewehrung
- 21
- Bügelbewehrung
der Stütze
- Bu_x
- Biegebewehrung
X-Richtung unten
- Bu_y
- Biegebewehrung
Y-Richtung unten
- Bo_x
- Biegebewehrung
X-Richtung oben
- Bo_y
- Biegebewehrung
Y-Richtung oben
- Uo_x
- Umschnührungsbewehrung
X-Richtung oben
- Uo_y
- Umschnührungsbewehrung
Y-Richtung oben
- Uu_x
- Umschnührungsbewehrung
X-Richtung unten
- Uu_y
- Umschnührungsbewehrung
Y-Richtung unten