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Dokumentenidentifikation DE102005011817B4 13.12.2007
Titel Deckentragwerk mit befüllten oder abgedeckten Hohlräumen
Anmelder Averkamp, Werner, 42111 Wuppertal, DE
Erfinder Averkamp, Werner, 42111 Wuppertal, DE
Vertreter Schulte & Schulte, 45219 Essen
DE-Anmeldedatum 15.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005011817
Offenlegungstag 21.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse E04B 5/19(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E04B 5/23(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Beton-Stahl-Verbundkonstruktion für ein Deckentragwerk mit einer durch eine Betondecke gebildeten Oberkonstruktion und einer aus Stahltrapezprofilen gebildeten Unterkonstruktion.

Gebäudedecken bestehen vor allem in größeren Gebäuden mit weiteren Spannweiten wie Hallen aus einer Beton-Stahl-Verbundkonstruktion. Das Deckentragwerk ist dabei durch eine Unterkonstruktion aus Stahl gebildet, auf die als Überkonstruktion eine Betondecke gegossen wird. Die Unterkonstruktion aus Stahltrapezprofilen ist dabei durch Wellentäler und -berge gebildet, die ineinander übergehen. Nach dem Verlegen der Trapezprofile wird der Beton gegossen, dabei fließt dieser ungehindert in die Wellentäler und füllt diese aus. Hiermit geht ein großer Nachteil bezüglich des Gewichts einher, denn durch den in die Wellentäler eingelaufenen und dort verfestigten Beton vergrößert sich das Gewicht der Gesamtkonstruktion erheblich. Der Beton in den Wellentälern beteiligt sich dabei nicht an dem Scheibenspannungszustand des Verbundträgers, sondern belastet diesen nur mit seinem Eigengewicht. Beim Gegenstand der US 5,016,411 handelt es sich um ein multifunktionales Fertigteil, bei dem in bestimmten Abständen ein Wellental des Trapezprofils mit Beton befüllt ist. Es geht hierum zwei, die gesamte Fläche beidseitig überdeckende Gipsbetonplatten, die mit einem Trapezprofil verklebt werden. Dadurch soll ein biegetragfähiges Bauteil entstehen. Da solche Deckenkonstruktionen im Hinblick auf Vibrationen besonders empfindlich sind, sollen punktuell auf der Baustelle Löcher hergestellt werden, um einzelne Rippen mit Beton zu füllen. Eine den Anforderungen genügende Verbügelung der Decke, um die Rippen als Tragelement zu aktivieren, wie es zum Beispiel durch die vorgesehene Bewehrung erreicht werden soll, ist durch einzelne Löcher hindurch nicht möglich. Das dortige Fertigteil ist vielmehr entwickelt worden, um die Steifigkeit und die Querverteilung von Einzellasten während der Betonierphase zu verbessern. Die EP 0 881 067 betrifft ebenfalls ein werkseitig vorgefertigtes Fertigteil in Form eines Paneels, das aus zwei Betonschichten besteht. Es soll multifunktional als Decke oder Wand einsetzbar sein. Das Trapezprofil wird im Fertigungsprozess mit einer Polyethylenfolie abgedeckt, danach wird die zweite Deckschicht aufbetoniert. Schließlich wird ein Schaum eingeblasen. Damit wird eine mehr oder weniger plane, dämmende Distanzschicht geschaffen. Das Trapezprofil fungiert während des Fertigungsprozesses als Abstandhalter und ist nicht als Last abtragendes Biegeelement in das Tragwerk integriert.

Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine Beton-Stahl-Verbundkonstruktion für ein Deckentragwerk zu schaffen, das sich durch geringeres Gewicht und eine verbesserte Mechanik auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die nach oben offenen Hohlräume der Stahltrapezprofile mit einem Leichtbaustoff befüllt sind, welcher bei der Herstellung des Deckentragwerks ein Eindringen des flüssigen Betons in die Hohlräume bzw. Wellentäler verhindert, wobei die Stahltrapezprofile auf Hybridträgern gelagert sind, welche seitliche Konsolen zur Aufnahme der Stahltrapezprofile aufweisen.

Bei der Konstruktion des Deckentragwerks wird zunächst die aus den Stahltrapezprofilen bestehende Unterkonstruktion gefertigt. Bevor aber nun die Betondecke gegossen wird, erfolgt eine Befüllung und damit ein Verschließen der Wellentäler mit einem Leichtbaustoff, sodass sich praktisch an der Oberseite der Stahltrapezprofile eine Art geschlossener Abschluss ergibt, durch den verhindert wird, dass der flüssige Beton in die Wellentäler eindringen kann. Die Lagerung führt zu einem Doppeleffekt, indem nicht nur eine günstigere Lastenverteilung sondern auch eine Einbindung der Deckenscheibe in die Plattenbalkenmechanik des Hybridträgers erreicht wird, wenn die Konstruktion nicht oben auf den Balken, sondern auf den seitlich an diesen angeordneten Konsolen beidseitig ruht. Die Stahltrapezprofile lagern also auf den Konsollagern, die seitlich an den Hybridträgern angeordnet sind, um quer verlaufende Trapezprofilhohlräume auszuschließen, die den Plattenbalkenmechanismus stören könnten.

Insbesondere ist daran gedacht, dass es sich bei den zu schließenden Hohlräumen um die Wellentäler des Stahltrapezprofils handelt. Diese nehmen ein verhältnismäßig großes Volumen ein, das nun nicht automatisch mit Beton mit befüllt sondern mit Leichtbaustoff geschlossen wird, wodurch das Gesamtsystem gewichtsmäßig deutlich geringer belastet wird.

In diesem Sinne ist es auch zu verstehen, wenn das Deckentragwerk in regelmäßigen Abständen mit Beton befüllte Wellentäler zur Herstellung eines durch Plattenbalken und/oder Rippen gebildetes Tragwerk aufweist. Dabei bilden die befüllten Täler mit der oben liegenden Betondecke eine echte Plattenbalkenkonstruktion. Das Stahltrapezprofil, das an seinem Ende auf Hybridträgern ruht, übernimmt in diesem Fall in Deckenlängsrichtung eine konstruktive oder auch statische Funktion im Sinne einer additiven Tragwirkung.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass es sich bei dem Leichtbaustoff um vorgefertigte und zu den Hohlräumen korrespondierend ausgebildete Einsätze handelt, die ihrerseits einen trapezförmigen, den Hohlraum möglichst komplett ausfüllenden Querschnitt haben sollten. Dies ist einerseits von Vorteil, da das Ausfüllen der Hohlzellen auf diese Weise einfacher ist und andererseits, da das Einbringen der Einsätze gewährleistet, dass die Hohlräume in den Wellentälern der Profile tatsächlich und vollständig ausgefüllt sind. Es sollte sich dabei um standardisierte Einsätze handeln, die abgelängt und anschließend in den Wellentälern positioniert werden.

Insbesondere wird empfohlen, dass es sich bei dem Leichtbaustoff um Polystyrol handelt. Die entsprechenden Blöcke sind aus diesem besonders leichten Material hergestellt, das die Hohlräume gut und sicher verschließt.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch ein Deckentragwerk gelöst, das sich dadurch auszeichnet, dass die nach oben offenen Hohlräume der Stahltrapezprofile mit verlorenen Abdeckungen ausgerüstet sind, welche bei der Herstellung des Deckentragwerks ein Eindringen des flüssigen Betons in die Hohlräume verhindern, wobei die Stahltrapezprofile auf Hybridträgern gelagert sind, welche seitliche Konsolen zur Aufnahme der Stahltrapezprofile aufweisen.

Hierin ist eine Alternative zu den mit Leichtbaustoff befüllten Hohlräumen zu sehen, mit der ebenfalls das Eindringen des flüssigen Betons in das Profil vermieden und die damit einhergehende zusätzliche Gewichtsbelastung erreicht wird. Dabei ergibt sich praktisch an der Oberseite der Stahltrapezprofile eine Art geschlossener Abschluss. Nach Aushärten des Betons verbleibt in den Wellentälern ein Hohlraum, sodass vorteilhafterweise die Gesamtkonstruktion wesentlich leichter wird.

Hierzu sind zwei Varianten denkbar. Dazu ist vorgesehen, dass die verlorenen Abdeckungen durch Abdeckstreifen oder Abdeckplatten gebildet sind. Bei ersterer Variante ruhen die Abdeckstreifen vor dem Gießen des Betons auf den Wellentälern, um praktisch ausschließlich diese abzudecken. Bei der zweiten sind größere bzw. breitere Abdeckplatten vorhanden, die auch im Bereich der Wellenberge die Stahltrapezprofile mit abdecken. In diesem Fall befindet sich quasi zwischen den Stahltrapezprofilen und der Decke eine Zwischenkonstruktion in Form der Platten.

Es kann aus statischen Gründen notwendig sein, dass das Deckentragwerk durch mit Beton gefüllte Wellentäler sowie mit verlorenen Abdeckungen ausgerüstete und/oder mit Leichtbaustoff gefüllte Wellentäler aufweist. Dies ist der Fall, wenn konstruktive Anforderungen es notwendig machen, dass das Stahltrapezprofil teilweise mit trägt und gewährleistet sein soll, dass die Stahlbetondecke als Rippen- bzw. Plattenbalkendecke bemessen werden soll.

Die Bauhöhe der Deckenkonstruktion wird in idealer Weise reduziert, wenn die Tiefe der seitlichen Konsolen zumindest annähernd der Höhe des Stahltrapezprofils entspricht. Somit schließen die Oberkante des Hybridträgers und die Wellenberge zumindest annähernd bündig miteinander ab, sodass der Beton für die Oberkonstruktion auf eine im Zusammenspiel mit den erfindungsgemäß in die Wellentäler eingefüllten Leichtbaustoff bzw. den Abdeckungen praktisch auf eine plane Fläche aufgetragen werden kann.

Im Hinblick auf die Konsolen ist vorgesehen, dass diese annähernd auf halber Höhe der Stahltrapezprofile angeordnet sind, sodass sich eine besonders gute Lastverteilung ergibt. Unter halber Höhe wird hier verstanden, dass die Konsolen ungefähr in der Mitte der Konsolen angeordnet sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Hybridträger an ihrer Unterseite ein Stahlprofil aufweisen, welches mit dem darüber angeordneten Betonprofil verzahnt ist. Hier sind mehrere Varianten einer Verzahnung denkbar, die die Schubkräfte ableiten kann. Zur Verzahnung dienen z. B. Kopfbolzen oder eine ungleichmäßige Ausbildung an der Oberseite der Stahlprofile, insbesondere eine wellenartige Konstruktion in diesem Bereich.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Beton-Stahl-Konstruktion für ein Deckentragwerk mit einer Unterkonstruktion aus Stahltrapezprofilen geschaffen ist, deren Eigengewicht vorteilhaft gering ist. Die bisher bei der Herstellung der Betondecke als Oberkonstruktion mit befüllten Wellentäler der Stahltrapezkonstruktion werden erfindungsgemäß entweder mit einem Leichtbaustoff befüllt oder abgedeckt, sodass ein Eindringen des Betons in diese Wellentäler zumindest weitgehend verhindert ist. Die oben liegenden Hohlzellen des Trapezprofils werden durch den Füllstoff oder die Abdeckung verschlossen, wodurch das Betongewicht auf das Betonspiegelvolumen begrenzt wird. Die Trapezprofildecke wird dann in Spannrichtung entweder als Stahldecke oder bei teilweisem Befüllen der Hohlzellen mit Beton als Plattenbalken- bzw. -rippendecke unter additiver Beteiligung des Trapezprofils bemessen. Dabei bringt die Verringerung des Eigengewichts der Gesamtkonstruktion eine geringere Belastung sowohl der Trapezprofile als auch des Hybridträgers mit sich. Das Betongewicht, nämlich der Wellentäler, das sich nicht an dem Scheibenspannungszustand des Hybridträgers beteiligt, wird entweder eliminiert oder deutlich reduziert. In regelmäßigen Abständen bleiben die Wellentäler dabei entweder nur teilweise mit Leichtbaustoff befüllt oder nicht abgedeckt, um für die Oberkonstruktion aus Beton einen echten Plattenbalken- oder Rippendeckenquerschnitt zu modellieren. Der die Oberkonstruktion bildende Betonquerschnitt wird dann neben dem Stahltrapezprofil in Deckenspannrichtung zur Lastabtragung im Endzustand herangezogen. Der Deckenspiegel hat dabei in jedem Fall quer verteilende Funktion für die Einzellasten und ist Scheibenelement des Hybridträgers.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:

1 einen Hybridträger als Lager für ein mit einem Leichtbaustoff geschlossenes Stahltrapezprofil in perspektivischer Ansicht,

2 den Schnitt durch eine Decke mit mit Leichtbaustoff befüllten Hohlräumen,

3 den Schnitt durch eine Decke mit Abdeckungen auf den Hohlräumen,

4 den Schnitt durch eine Decke mit teilweise mit Leichtbaustoff und teilweise mit Beton geschlossene Hohlzellen,

5 die Stirnansicht eines Hybridträgers mit darauf gelagerten Stahltrapezprofilen,

6 ein Stahlprofil mit Kopfbolzen und

7 ein Stahlprofil mit Schubleiste.

1 zeigt den Hybridträger 12, bestehend aus einem Stahlprofil 15, hier einem T-Träger und einem Betonprofil 16, das an seiner Oberseite eine Bewehrung 20 für die darauf zu betonierende Decke vorsieht. Auf den seitlichen Konsolen sind beiderseitig des Hybridträgers 12 Stahltrapezprofile 5, 5' angeordnet, zusammen machen diese die Unterkonstruktion 4 aus. Die Stahltrapezprofile 5 bestehen aus geschlossenen Hohlräumen 11, nämlich den Wellenbergen 7 und Wellentälern 6. Letztere nach oben offene Hohlräume 11 sind hier mit einem Leichtbaustoff 9 in Form von Einsätzen 10 ausgestattet, welcher ein Eindringen des Betons bei der Herstellung der Betondecke verhindert. Gut zu erkennen ist hier, dass der Hybridträger 12 an seiner Oberseite praktisch bündig mit den Wellenbergen 7 abschließt, sodass sich hierdurch im Zusammenspiel mit dem eingebauten Leichtbaustoff 9 praktisch eine plane Oberfläche vor dem und für das Aufbringen der Betonfläche ergibt.

2 zeigt die hier mit einem Leichtbaustoff 9 geschlossenen Wellentäler 6, wodurch das Eindringen des flüssigen Betons bei der Herstellung der Decke verhindert wird.

Dazu zeigt 3 die Variante der Erfindung mit einem Stahltrapezprofil 5 als Unterkonstruktion 4 und einer Betondecke 3 als Oberkonstruktion 2. Die Hohlräume 11 verbleiben auch nach der Herstellung der Betondecke 3 als solche dank der Abdeckungen 8. In dieser Darstellung sind rein zur Veranschaulichung zwei Varianten gemeinsam gezeigt, nämlich die Abdeckungen 8 in Form von Abdeckstreifen 17 und in Form von Abdeckplatten 18, die mehrere Wellentäler 6, 6' gleichzeitig abdecken.

Hiervon unterscheidet sich die Darstellung gemäß 4 vor allem dadurch, dass hier einzelne Wellentäler 19 bewusst mit Beton befüllt sind, um für die oben liegende Betondecke 3 eine echte Plattenbalkenkonstruktion zu bilden.

5 zeigt den Hybridträger 12 mit dem Betonprofil 16 und dem Stahlprofil 15 an der Unterseite 22. Auf den seitlichen Konsolen 13, 14 des Betonprofils 16 ruhen die Stahltrapezprofile 5, 5' an beiden Seiten. Ein Bewehrungselement 23 gewährleistet die Zugverbindung zur Bewehrung 24 für die Scheibenbewehrung in der Betondecke 3.

6 zeigt das Stahlprofil 15 mit einem Kopfbolzendübel 28 am oberen Ende 26, 7 die Verzahnung 29 am oberen Ende 26 des Stahlprofils 15, das die Funktion einer Schubleiste 25 zur Verankerung des Stahl- in dem Betonprofil übernimmt. Die Schubkräfte, die aus dem Wechselspiel zwischen der Deckenscheibe des Hybridträgers als Druckglied und dem Stahlprofil 15 als Zugglied werden mit der Bewehrung 23 ausgeglichen.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.


Anspruch[de]
Beton-Stahl-Verbundkonstruktion für ein Deckentragwerk (1) mit einer durch eine Betondecke (3) gebildeten Oberkonstruktion (2) und einer aus Stahltrapezprofilen (5) gebildeten Unterkonstruktion (4), dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben offenen Hohlräume (11) der Stahltrapezprofile (5) mit einem Leichtbaustoff (9) befüllt sind, welcher bei der Herstellung des Deckentragwerks (1) ein Eindringen des flüssigen Betons in die Hohlräume (11) verhindert, wobei die Stahltrapezprofile (5) auf Hybridträgern (12) gelagert sind, welche seitliche Konsolen (13, 14) zur Aufnahme der Stahltrapezprofile (5) aufweisen. Deckentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Hohlräumen (11) um die Wellentäler (6) des Stahltrapezprofils (5) handelt. Deckentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckentragwerk (1) in regelmäßigen Abständen mit Beton befüllte Wellentäler (6, 19) zur Herstellung eines durch Plattenbalken und/oder Rippen gebildetes Tragwerk aufweist. Deckentragwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Leichtbaustoff (9) um vorgefertigte und zu den Hohlräumen (11) korrespondierend ausgebildete Einsätze (10) handelt. Deckentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Leichtbaustoff (9) um Polystyrol handelt. Beton-Stahl-Verbundkonstruktion für ein Deckentragwerk (1) mit einer durch eine Betondecke (3) gebildeten Oberkonstruktion (2) und einer aus Stahltrapezprofilen (5) gebildeten Unterkonstruktion (4), dadurch gekennzeichnet, dass die nach oben offenen Hohlräume (11) der Stahltrapezprofile (5) mit verlorenen Abdeckungen (8) ausgerüstet sind, welche bei der Herstellung des Deckentragwerks (1) ein Eindringen des flüssigen Betons in die Hohlräume (11) verhindern, wobei die Stahltrapezprofile (5) auf Hybridträgern (12) gelagert sind, welche seitliche Konsolen (13, 14) zur Aufnahme der Stahltrapezprofile (5) aufweisen. Deckentragwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die verlorenen Abdeckungen (8) durch Abdeckstreifen (17) oder Abdeckplatten (18) gebildet sind. Deckentragwerk nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckentragwerk (1) durch mit Beton gefüllte Wellentäler (6) sowie mit verlorenen Abdeckungen (8) ausgerüstete und/oder mit Leichtbaustoff (9) gefüllte Wellentäler (6) aufweist. Deckentragwerk nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der seitlichen Konsolen (13, 14) zumindest annähernd der Höhe des Stahltrapezprofils (5) entspricht. Deckentragwerk nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolen (13, 14) annähernd auf halber Höhe der Stahltrapezprofile (5) angeordnet sind. Deckentragwerk nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridträger (12) an ihrer Unterseite (12) ein Stahlprofil (15) aufweisen, welches mit dem darüber angeordneten Betonprofil (16) verzahnt ist.






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