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Dokumentenidentifikation DE3641563C1 11.02.1988
Titel Feuerwiderstandsfähige Tragkonstruktion
Anmelder Elsner, Ulrich, Dipl.-Ing., 8033 Planegg, DE
Erfinder Elsner, Ulrich, Dipl.-Ing., 8033 Planegg, DE
Vertreter Westphal, K., Dipl.-Ing.; Mußgnug, B., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., 7730 Villingen-Schwenningen; Buchner, O., Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 05.12.1986
DE-Aktenzeichen 3641563
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 11.02.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.02.1988
IPC-Hauptklasse E04C 3/04
IPC-Nebenklasse E04C 3/294   E04B 1/94   
IPC additional class // E04B 5/00,7/02  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine feuerwiderstandsfähige, wenigstens teilweise als Stahlkonstruktion ausgeführte Tragkonstruktion nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stahlkonstruktionen für Decken, Dächer und dgl. haben gegenüber Betonkonstruktionen den Vorteil des leichteren Gewichtes, der Möglichkeit einer industriellen Vorfertigung und der einfachen Montage durch hochentwickelte Anschlußtechniken sowie eine hohe Flexibilität bei Anschlüssen von Installationen und bei Veränderungen. Wirtschaftliche Bauweisen sind dadurch erzielbar, daß innerhalb der Konstruktionshöhe zwischen den einzelnen Stahlteilen von unterspannten Trägern und von Fachwerkkonstruktionen freie Räume zum Einbringen von Installationen und dgl. ausgenützt werden können.

Bei Betonbauweisen - ob in Ortbeton oder in Fertigteilen - müssen die Installationen außerhalb der Konstruktionshöhe verlegt werden und vergrößern dadurch die Stockwerkshöhe. Durch die Leichtigkeit und Tragfähigkeit der Stahlkonstruktionen können größere Spannweiten stützenfrei überbrückt werden.

Um den Nachteil der geringeren Feuerwiderstandsfähigkeit von Stahlkonstruktionen gegenüber den Betonkonstruktionen auszugleichen, sind seit längerer Zeit Forschungen und Entwicklungen zur Erhöhung der Feuerwiderstandsfähigkeit betrieben worden. Diese beziehen sich auf Stahlträger mit Ummantelung und ausbetonierten Kammern zwischen den Flanschen, sowie auf Stützen aus Profilen und Rohren mit Ummantelungen und ausbetonierten Kammern. Eine grundsätzliche Schwierigkeit stellt die starke Ausdehnung des Stahls bei Erhitzung dar, die bei manchen Ummantelungsmaterialien noch mit einer gleichzeitigen, wenn auch geringeren Schrumpfung der Ummantelung bei Erhitzung zusammentrifft. Dadurch bilden sich unter Umständen Lücken oder Risse, die zur Verminderung der Feuerbeständigkeit führen.

Stahlkonstruktionen in feuerbeständiger Ausführung in der Feuerwiderstandsklasse F 90 sind daher zwar grundsätzlich möglich geworden. Es mußte jedoch der Vorteil des geringen Gewichtes größtenteils aufgegeben werden, weil der Brandschutz in sicherer Weise nur durch kammerfüllenden Beton oder durch kastenförmige Verkleidungen erzielt werden kann. Erhalten bleibt aber die stahlbaugerechte, montagefreundliche Abschlußtechnik.

Für Fachwerkkonstruktionen aus Stahl sind für feuerhemmende Konstruktionen schaumbildende Anstriche bis Feuerwiderstandsklasse F 30 und für feuerbeständige Konstruktionen Spritz-Putz-Verkleidungen bekannt. Diese haben den Nachteil, daß sie erst nach der Montage aufgebracht oder wenigstens in den Anschlußbereichen ergänzt werden müssen und großenteils eine sehr weiche, unebene und gegen mechanische Beschädigungen empfindliche Oberfläche aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, wenigstens teilweise als Stahlkonstruktion ausgeführte Tragkonstruktionen als unterspannte Träger oder in Fachwerkbauweise in wirtschaftlich vertretbarer Weise und in komplett vorgefertigter Konstruktion mit einfacher Montage in feuerbeständiger Ausführung mit mindestens Feuerwiderstandsklasse F 90 ohne nachträgliche Feuerschutzmaßnahmen einsatzfähig zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einer Tragkonstruktion der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung benutzt für die Obergurt-Träger die bekannten feuerbeständigen Stahl- und Stahlbetonkonstruktionen und für die Unterspannungen und Streben industriell vorgefertigte Ummantelungen. Die Knotenpunkte der Unterspannungen und/oder Streben untereinander und mit dem Obergurt-Träger werden erfindungsgemäß mit allen hier befindlichen Anschlußkonstruktionen in beliebig große Klötze aus feuerbeständigem Material eingebettet. Dadurch sind in einfacher Weise diese sonst nur sehr aufwendig und kompliziert in eingebautem Zustand zu schützenden Stellen einwandfrei abgesichert. Gleichzeitig wird Vorsorge getroffen, daß innerhalb der Ummantelungen sowie zwischen Ummantelungen und Klötzen keine Spalte oder Risse auftreten können, wenn infolge von Erhitzung der Stahl sich ausdehnt und gegebenenfalls das Ummantelungsmaterial schrumpft. Unter der Bezeichnung Überlappungs- Gleitfugen werden alle Verbindungsarten zwischen aneinandergrenzenden Teilen der Ummantelung bzw. zwischen Ummantelung und einen Knotenpunkt umhüllendem Klotz verstanden, die ein gegenseitiges Gleiten der aneinandergrenzenden Teile bei Aufrechterhaltung einer gegenseitigen Überlappung ermöglichen. Auf diese Weise bleiben die Vorteile der aufgelösten Stahlkonstruktion gegenüber den reinen Betonkonstruktionen und den Stahl- Verbundträgern, insbesondere das geringe Gewicht, die industrielle Vorfertigung und die stahlbaugerechte Anschlußtechnik, erhalten.

Die Unteransprüche 2 und 3 betreffen besonders einfache und zweckmäßige Ausgestaltungen der verschiebbaren und feuerwiderstandsfähigen Verbindung der Ummantelungen mit den feuerbeständigen Klötzen. Unteranspruch 4 betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung der Ummantelungen, wodurch deren Nachgeben in Längs- und Umfangsrichtung bei Auftreten der geschilderten Wärmebewegungen gewährleistet wird. Die Unteransprüche 5 bis 9 betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, die mit der Herstellung und Ausbildung der feuerbeständigen Klötze in Verbindung stehen.

Anhand der Figuren wird eine als unterspannte Stahltragkonstruktion ausgebildete Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen rechteckigen Ausschnitt der Stahltragkonstruktion,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung der Fig. 2, wobei in die Zwischenräume der Stahltragkonstruktion eingebaute Installationskanäle dargestellt sind,

Fig. 7 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 1,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine Schrägansicht von für die Verkleidung von runden Konstruktionsteilen, wie Rohren und Stäben, verwendeten Ummantelungen aus feuerbeständigem Material, und

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 9.

Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausschnitt aus einer unterspannten Stahltragkonstruktion besteht im wesentlichen aus rechtwinklig zueinander angeordneten, wegen der nachfolgend geschilderten Unterspannung verhältnismäßig flachen Doppel-T-Trägern 10, die im wesentlichen horizontal verlaufen und im dargestellten Ausschnitt an vier Eckpunkten auf senkrechten Stützen 12 aufruhen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Vertiefungen der Doppel-T-Träger 10 mit Beton 14 ausgegossen, um sie in einfacher und herkömmlicher Weise feuerwiderstandsfähig zu machen.

Die Träger 10 sind jeweils mit einer allgemein mit 16 bezeichneten Unterspannung versehen, die durch Druckstreben 18 an den Trägern 10 abgestützt sind. An den Endpunkten der Unterspannungen 16, d. h. deren Verbindungsstellen mit den Trägern 10 sowie an den Treffpunkten der Unterspannungen 16 mit den Druckstreben 18 entstehen Knotenpunkte, die gemäß der Erfindung in Klötze 20 aus feuerbeständigem Material, beispielsweise Beton oder irgendwelchen anderen für diesen Zweck bekannten Materialien, eingebettet sind.

Die bei dieser Ausführungsform aus Stahl-Beton-Verbund bestehenden Träger 10 können, da sie nur auf Druck und Biegung mit geringer Stützweite beansprucht sind, verhältnismäßig niedrig sein. Bei der dargestellten unterspannten Bauweise ist es jedoch auch möglich, diese Träger aus Beton herzustellen. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, werden durch die Stahlkonstruktion freie Räume innerhalb der Bauhöhe der Tragkonstruktion gebildet, in die beispielsweise kastenförmige Kanäle 22 zur Aufnahme von Installationen verschiedenster Art eingebracht werden können, wodurch die Geschoßhöhe oder Deckenhöhe nicht vergrößert wird.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Knotenpunkt am Ende einer Unterspannung 16 ist in den Fig. 4 und 5 ausführlicher dargestellt. Jede Unterspannung 16 besteht aus einem Stahl-Zugstab 24 und einer diesen vollständig verkleidenden Ummantelung 26 aus feuerbeständigem Material, die ihn auf dem größten Teil seiner Längserstreckung umfaßt. Die Ummantelung 26 ist bei der dargestellten Ausführungsform, wie aus Fig. 9 ersichtlich, in jedem Abschnitt aus zwei vorgefertigten Halbschalen 28 und 30 hergestellt, die in sehr einfacher Weise an dem fertigmontierten Zugstab 24 angebracht werden können.

Der in den Fig. 4 und 5 dargestellte Knotenpunkt weist eine mit dem Träger 10 verschweißte und von diesem vertikal nach unten stehende Stahlplatte 32 auf, die einen das Ende 34 des Zugstabes 24 aufnehmenden Schlitz 36 enthält. Das Ende 34 ist in den Schlitz 36 eingeschweißt. Der so gebildete Knotenpunkt ist von einem an der Unterseite des Trägers 10 befestigten Stahlblechkasten 38 umgeben, der mit Beton 40 oder einem anderen feuerbeständigen Material ausgegossen ist. Der Kasten 38 kann als verlorene Schalung an dem Knotenpunkt verbleiben oder aber auch in nicht dargestellter Weise abgenommen und wiederverwendet werden.

An der Eintrittsseite der Unterspannung 16 weist der Kasten 38 eine zylindrische Vertiefung 42 auf, in der das Ende 44 der Ummantelung 26 in Längsrichtung gleitend und an der Wand der Vertiefung 42 anliegend aufgenommen ist. Das Ende 44 der Ummantelung 26 weist vom Boden 46 der Vertiefung 42 bereits in nicht erhitztem Zustand einen kleinen Abstand auf. Die Tiefe der Vertiefung 42 ist so gewählt, daß auch bei stärkster Wärmeausdehnung des Zugstabes 24 bis zum Erreichen der Fließgrenze das Ende 44 nicht aus der Vertiefung 42 austreten kann. Somit ist im Brandfalle ein ausreichender Schutz der Knotenstelle und insbesondere des aus dieser austretenden Zugstabes 24 gewährleistet.

Ein anderer, aus dem Zusammentreffen einer Druckstrebe 18 und dem an dieser Stelle abgebogenen Zugstab 24 gebildeter Knotenpunkt, der von einem Klotz 20&min; umgeben ist, ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Ein Stahlblechkasten 38&min; weist an etwa einander gegenüberliegenden Stellen zwei zylindrische Vertiefungen 42&min; und 42&min;&min; auf, die parallel zur jeweiligen Eintrittsrichtung des innerhalb des Kastens 38&min; abgebogenen Zugstabes 24 ausgerichtet sind. Auch hier hören die Enden 44&min; bzw. 44&min;&min; der Ummantelungen 26 kurz vor dem jeweiligen Boden 46&min;, 46&min;&min; der Vertiefungen 42&min;, 42&min;&min; auf und die Enden der Ummantelungen 26 sind in Längsrichtung gleitend verschiebbar in den Vertiefungen aufgenommen.

Wie aus den Fig. 9 und 10 im einzelnen ersichtlich, kann die Ummantelung 26, die aus sehr leichtem feuerbeständigem Material besteht, nicht nur abschnittsweise aus Halbschalen 28 und 30 zusammengefügt sein, sondern auch in Längsrichtung unterteilt sein, wobei in Fig. 9 jede Halbschale aus zwei Abschnitten 28, 28&min; bzw. 30, 30&min; zusammengesetzt ist. Je nach Bedarf können beliebig viele solcher Abschnitte und Halbschalen zusammengesetzt werden. Zwischen je zwei Halbschalen 28 und 30 bzw. 28&min; und 30&min; sind jeweils in Längsrichtung verlaufende Überlappungs-Gleitfugen 56 vorgesehen, während zwischen in Längsrichtung aneinandergrenzenden Abschnitten 28, 28&min; bzw. 30, 30&min; in Umfangsrichtung verlaufende Überlappungs- Gleitfugen 58 vorgesehen sind. Wie aus Fig. 9 und 10 ersichtlich, bestehen die Überlappungs-Gleitfugen 56, 58 jeweils aus rechtwinkligen Falzen 60 bzw. 62, die gleitend aneinanderliegen. Dadurch können die Gleitfugen 56 bei radialer Ausdehnung beispielsweise der Unterspannung 24 unter voller Aufrechterhaltung der Feuerwiderstandsfähigkeit, d. h. insbesondere ohne Lückenbildung oder Aufreißen der Ummantelung 26 gleitend nachgeben, und die Gleitfugen 58 können bei Ausdehnung des ummantelten Stahlteils, z. B. der Unterspannung 24 oder des Druckstabes 50, ebenfalls unter Aufrechterhaltung der vollen Feuerwiderstandsfähigkeit in Längsrichtung gleitend nachgeben. Die einzelnen Halbschalen und Abschnitte können in diesem Fall sogar mit dem ummantelten Stahlteil punkt- oder ringförmig verklebt werden.

Andererseits ist es auch möglich, sämtliche Halbschalen und Abschnitte der Ummantelungen 26 oder 52 miteinander zu verkleben, dagegen keine Verklebung mit dem ummantelten Stahlteil vorzunehmen, so daß die gesamte Ummantelung frei auf dem Stahlteil gleiten kann. In diesem Falle muß lediglich Vorsorge getroffen werden, daß ein Gleiten zwischen den Klötzen 20, 20&min; und den Enden 44, 44&min;, 44&min;&min; der Ummantelung in der in den Fig. 4 und 7 dargestellten Weise möglich ist. Bei kürzeren Abschnitten kann in diesem Falle auch die gesamte Ummantelung 26 zwischen zwei Klötzen 20 bzw. 20&min; ein- oder zweistückig, z. B. in Form von zwei miteinander verklebten Halbschalen, vorgefertigt werden.

Die Druckstrebe 18 besteht aus einem Stahlrohr 50 und ist ebenfalls von einer Ummantelung 52 aus feuerbeständigem Material umgeben. Das Stahlrohr 50 ist über eine angeschweißte und vom Ende des Rohrs vertikal nach unten in den Klotz 20&min; stehende Stahlplatte 54 auf dem Zugstab 24 abgestützt. Die Ummantelung 52 steht auf dem Kasten 38&min; stumpf auf. Der Kasten 38&min; ist auch hier mit Beton 40&min; oder einem anderen an sich bekannten feuerbeständigem Material ausgegossen oder ausgefüllt. In diesem Falle kann durch Gleit-Dehnungs-Fugen der geschilderten Art in nicht näher gezeigter Weise vorgesorgt werden, daß keine Spalte oder Risse in der Ummantelung 52 entstehem.


Anspruch[de]
  1. 1. Feuerwiderstandsfähige, wenigstens teilweise aus Stahl bestehende Tragkonstruktion als unterspannter Träger oder in Fachwerkbauweise, mit Obergurt- Trägern aus Stahl oder Stahlbeton, Unterspannungen und/oder Streben in Form von Stäben und/oder Rohren aus Stahl, wobei die Träger feuerwiderstandsfähig ausgestattet, Unterspannungen und Streben feuerwiderstandsfähig ummantelt und Teile der Tragkonstruktion mittels Anschlußkonstruktionen jeweils an Knotenpunkten miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Knotenpunkt einschließlich der Anschlußkonstruktionen (32, 54) in einen Klotz (20, 20&min;) aus feuerbeständigem Material (40, 40&min;) eingebettet ist und daß in den Ummantelungen (26, 52) von Unterspannungen (16) und Streben (18) und/oder zwischen den Ummantelungen und den Klötzen (20, 20&min;) Überlappungs-Gleitfugen (42, 44; 42&min;, 44&min;; 42&min;&min;; 56, 58) vorgesehen sind.
  2. 2. Tragkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungen (26) jeweils in eine Vertiefung (42, 42&min;) des Klotzes (20, 20&min;) ragen und im Abstand vom Boden (46, 46&min;) der Vertiefung (42, 42&min;) enden, wobei die Ummantelungen (26) gleitend an der Wand der Vertiefung (42, 42&min;) anliegen.
  3. 3. Tragkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungen (26) jeweils in einen rohrförmigem Ansatz des Klotzes (20, 20&min;) ragen und im Abstand vom Klotz enden, wobei der Ansatz aus feuerbeständigem Material besteht und die Ummantelungen (26) gleitend an der Innenwand des Ansatzes anliegen.
  4. 4. Tragkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelungen (26, 52) in Abschnitte (28, 30, 28&min;, 30&min;) unterteilt sind, deren Fugen axial und/oder in Umfangsrichtung verlaufen und als Überlappungs-Gleitfugen (56, 58) mit übereinandergreifenden Falzen (60, 62) ausgebildet sind.
  5. 5. Tragkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klotz (20, 20&min;) von einem als Schalung zum Gießen oder Spritzen des feuerbeständigen Materials (40, 40&min;) dienenden Gehäuse (38, 38&min;) umgeben ist.
  6. 6. Tragkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (38, 38&min;) aus Stahlblech besteht.
  7. 7. Tragkonstruktion nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (38, 38&min;) mehrteilig ausgebildet und vom fertigen Klotz (20, 20&min;) abnehmbar ist.
  8. 8. Tragkonstruktion nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Klotz (20, 20&min;) aus zwei oder mehreren vorgeformten Schalenteilen zusammengesetzt ist.
  9. 9. Tragkonstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenteile längs Überlappungs- Gleitfugen aneinanderliegen.






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