DE20215502U1 - Steel composite construction for storey floors has steel box girder with upper flange and sides having openings for inserting of reinforcing elements and/or for introducing and compacting of concrete - Google Patents
Steel composite construction for storey floors has steel box girder with upper flange and sides having openings for inserting of reinforcing elements and/or for introducing and compacting of concreteInfo
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Description
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Stahl-Verbund-Konstruktion für GeschossdeckenSteel composite construction for floor slabs
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Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft eine Stahl-Verbund-Konstruktion für Geschossdecken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a steel composite construction for floor slabs according to the preamble of claim 1.
Die Tendenz in der heutigen Bauausführung geht immer mehr dazu, möglichst viele Bauteile im Werk vorzufertigen und auf der Baustelle nur noch zu montieren. Zum einen können die Produktionsprozesse dabei besser überwacht und rationalisiert werden, zum anderen werden die Montagezeiten und -kosten auf der Baustelle dadurch stark reduziert. Bei mehrstöckigen Gebäuden haben sich weitgehend Rahmenkonstruktionen aus Stützen und horizontalen Riegeln durchgesetzt. Die Deckenscheiben bestehen üblicherweise aus vorgefertigten Deckenelementen aus Stahl- oder Spannbeton insbesondere Filigranplatten mit einer zusätzlichen Ortbetonschicht oder Hohllochplatten.The trend in today's construction is increasingly to prefabricate as many components as possible in the factory and then simply assemble them on site. On the one hand, this allows production processes to be better monitored and rationalized, and on the other, assembly times and costs on site are significantly reduced. For multi-story buildings, frame constructions made of columns and horizontal beams have largely prevailed. The ceiling slabs usually consist of prefabricated ceiling elements made of reinforced or prestressed concrete, particularly filigree slabs with an additional in-situ concrete layer or hollow-core slabs.
In diesem Zusammenhang hat sich auch die Verwendung von Stahl-Verbund-Konstruktionen mehr und mehr durchgesetzt. Deren Vorteil besteht darin, dass die reinen Stahlträger im Montagezustand für die Belastung aus Eigengewicht durch die Konstruktion ausreichend sind, jedoch leichter transportiert und montiert werden können als die bereits für den Endzustand dimensionierten Stahlbetonfertigteile. Die erforderliche Tragfähigkeit und den Brandwiderstand erreicht die Verbundkonstruktion nach dem Aushärten des Ortbetons. Um die bei Filigranplatten mit Ortbetonschicht erforderlichen Montagestützen beim Betonieren vor Ort und den damit verbundenen Arbeitsaufwand zu ersparen, haben sich vorgespannte Hohllochplatten mehr und mehr durchgesetzt. Sie erreichen einerseits höhere Spannweiten als diese; andererseits kann die erforderliche Ortbetonschicht zur Überdeckung der Querbewehrung ohne zusätzliche Unterstützung eingebracht werden.In this context, the use of steel composite structures has also become more and more popular. Their advantage is that the pure steel beams are sufficient to bear the dead weight of the structure when assembled, but can be transported and assembled more easily than the prefabricated reinforced concrete parts that have already been dimensioned for the final state. The composite structure achieves the required load-bearing capacity and fire resistance after the in-situ concrete has hardened. In order to avoid the assembly supports required for filigree slabs with an in-situ concrete layer when concreting on site and the associated workload, prestressed hollow perforated slabs have become more and more popular. On the one hand, they achieve greater spans than these; on the other hand, the required in-situ concrete layer to cover the transverse reinforcement can be installed without additional support.
Um die jeweiligen Decken- und Konstruktionshöhen zu verringern ist man auch schon dazu übergegangen, die Fertigteildecken nicht mehr auf den oberen Flanschen der Stahlträger, sondern auf deren Unterflanschen aufzulagern.In order to reduce the respective ceiling and construction heights, the precast ceilings are no longer supported on the upper flanges of the steel beams, but on their lower flanges.
Dadurch wird es möglich, Installationen und Leitungen unterhalb der Geschossdecken zu führen, ohne die Tragfähigkeit der Stahlträger durch Aussparungen in den Stegen herabzusetzen.This makes it possible to run installations and cables below the floor slabs without reducing the load-bearing capacity of the steel beams by making recesses in the webs.
Aus der EP 0 467 912 B1 ist ein Plattenträgersystem bekannt, dessen Träger aus verschweißten Stahlblechen besteht, die einen trapezförmigen Hohlraum bilden. Die vorgefertigten Deckenelemente liegen jeweils auf dem auskragenden horizontalen Unterflansch auf, der an die Stege angeformt ist. Den unteren Abschluss des Kastens bildet ein eingeschweißtes Blech, das gegenüber dem auskragenden Gurtblech nach innen/oben versetzt angeordnet ist. Um den Unterflansch im Brandfall zu schützen, ist es erforderlich, von außen eine zusätzliche Brandschutzverkleidung anzubringen. Nach der Montage der vorgefertigten Deckenelemente wird der Hohlraum des Kastenträgers und der Raum zwischen Stahlträger und Fertigteilen mit Beton ausgefüllt.EP 0 467 912 B1 discloses a plate support system whose supports consist of welded steel sheets that form a trapezoidal cavity. The prefabricated ceiling elements each rest on the cantilevered horizontal lower flange, which is molded onto the webs. The lower end of the box is formed by a welded-in sheet that is offset inwards/upwards from the cantilevered belt sheet. In order to protect the lower flange in the event of a fire, it is necessary to attach additional fire protection cladding from the outside. After the prefabricated ceiling elements have been installed, the cavity of the box girder and the space between the steel girder and the prefabricated parts are filled with concrete.
Nachteilig an dieser Konstruktion ist, dass durch die geringe Bauhöhe der Träger deren Steifigkeit nicht für den Montagelastfall ausreicht. Daher müssen je nach Länge der Träger ein oder mehrere Montagestützen eingebaut werden, um die Verformung der Träger während des Betoniervorganges zu beschränken. Weiterhin ist von Nachteil, dass der Zuggurt des Stahlträgers nicht durch die Konstruktion selbst im Brandfall geschützt ist, sondern zusätzlich mit einer Brandschutzschicht verkleidet werden muss.The disadvantage of this construction is that the low height of the beams means that their rigidity is not sufficient for the assembly load case. Therefore, depending on the length of the beams, one or more assembly supports must be installed to limit the deformation of the beams during the concreting process. Another disadvantage is that the tension chord of the steel beam is not protected by the construction itself in the event of a fire, but must also be covered with a fire protection layer.
Aus der EP 0 292 449 B1 ist ein mit Beton zusammenwirkender feuerbeständiger Stahlträger bekannt, der aus zwei einander zugewandten U-Profilen besteht, die auf einer Trägerplatte befestigt sind. Die Trägerplatte dient gleichzeitig als Auflager für die Betonfertigteile. Auch bei diesem Träger wird der Hohlraum , der durch die beiden U-Profile gebildet wird, mit Beton vergossen. Für den Brandfall sind im Innern des Trägers zusätzlich gerade in Längsrichtung des Trägers verlaufende Bewehrungseisen vorgesehen, die auch vorgespannt sein können.EP 0 292 449 B1 discloses a fire-resistant steel beam that interacts with concrete and consists of two U-profiles facing each other that are attached to a support plate. The support plate also serves as a support for the precast concrete parts. In this beam, too, the cavity formed by the two U-profiles is filled with concrete. In the event of a fire, reinforcing bars running straight in the longitudinal direction of the beam are also provided inside the beam, and these can also be prestressed.
Auch dieser Träger kann im Montagelastfall nicht ohne Unterstützung verwendet werden, da sein Druckbereich im Einbauzustand lediglich aus den Flanschen der beiden U-Profile und den Verbindungselementen besteht und daher keine ausreichende Stabilität besitzt.This beam also cannot be used without support in the assembly load case, since its pressure area in the installed state consists only of the flanges of the two U-profiles and the connecting elements and therefore does not have sufficient stability.
Schließlich ist aus der EP 0 555 232 B1 ein Stahlträger bekannt, der aus einem Walzprofil, insbesondere einem I-Profil besteht, das auf beiden Seiten über ein Strebenfachwerk aus Blechen oder über Bindebleche mit einem wannenförmig ausgebildeten Untergurtblech verbunden ist, welches in einem solchem Abstand zum Walzprofil angeordnet ist, dass zwischen Unterkante des Walzprofiles und Untergurtblech eine Betonschicht eingebracht werden kann. Das nach oben gekantete Untergurtblech dient wiederum als Auflager für die Betonfertigteilplatten im Montagezustand.Finally, EP 0 555 232 B1 discloses a steel beam which consists of a rolled profile, in particular an I-profile, which is connected on both sides via a strut framework made of metal sheets or via binding sheets to a trough-shaped lower flange plate, which is arranged at such a distance from the rolled profile that a concrete layer can be introduced between the lower edge of the rolled profile and the lower flange plate. The lower flange plate folded upwards in turn serves as a support for the precast concrete slabs in the assembled state.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche Konstruktion für feuerbeständige Geschossdecken zu schaffen, bei welcher die Auflagerträger für Fertigteile mit großen Spannweiten ohne zusätzliche Montagestützen montiert werden können.Against this background, the present invention is based on the object of creating an economical construction for fire-resistant floor slabs, in which the support beams for prefabricated elements with large spans can be installed without additional assembly supports.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Stahl-Verbund-Konstruktion mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by the steel composite construction with the features of claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous developments arise from the subclaims.
Die erfindungsgemäße Konstruktion umfasst zunächst einen geschweißten Kastenträger mit auskragendem unteren Flansch, der als Auflager für die vorgefertigten Deckenelemente dient. Die Höhe des Kastenträgers wird grundsätzlich größer gewählt als die Dicke der erforderlichen Deckenelemente und diese werden so auf den unteren Flansch aufgelegt, dass der obere Flansch des Kastenträgers und die Oberfläche der Deckenelemente zumindest annähernd eine Ebene bilden. Dadurch verbleibt zwischen der Unterkante der Deckenelemente und dem unteren Flansch des Kastenträgers ein Hohlraum, derThe construction according to the invention initially comprises a welded box girder with a cantilevered lower flange, which serves as a support for the prefabricated ceiling elements. The height of the box girder is generally chosen to be greater than the thickness of the required ceiling elements and these are placed on the lower flange in such a way that the upper flange of the box girder and the surface of the ceiling elements form at least approximately one plane. This leaves a cavity between the lower edge of the ceiling elements and the lower flange of the box girder, which
mit Beton verfüllt wird. Für die Montage der Deckenelemente sind zwischen dem unteren Flansch und der Unterkante der Deckenelemente Abstandhalter vorgesehen.is filled with concrete. For the installation of the ceiling elements, spacers are provided between the lower flange and the lower edge of the ceiling elements.
Mittels Spannlitzen, Spanndrähten oder anderer Spannlgieder, die im Innern des Kastens geführt sind, wird dem Kastenträger ein Vorspannmoment aufgeprägt, das dem Biegemoment aus äußeren Lasten entgegenwirkt, und eine Überhöhung entsprechend der sich einstellenden Verformung aus Eigengewicht der Konstruktion bewirkt.By means of prestressing strands, tension wires or other tensioning elements that are guided inside the box, a prestressing moment is imposed on the box girder, which counteracts the bending moment from external loads and causes a camber corresponding to the resulting deformation from the dead weight of the structure.
Dadurch ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Durch die vergrößerte Bauhöhe des Trägers und die Vorspannung durch die Spannglieder in seinem Innern wird der Träger derart versteift, dass die erforderlichen Verformungsbeschränkungen im Montagelastfall ohne Einbau von zusätzlichen Montagestützen eingehalten werden können. Die leichte Konstruktion aus Blechen und Spannstählen vereinfacht selbst bei großen Spannweiten Transport und Einbau der Träger.This results in a number of advantages. The increased height of the beam and the prestressing by the tendons inside it stiffen the beam to such an extent that the required deformation restrictions in the assembly load case can be met without installing additional assembly supports. The lightweight construction made of sheet metal and prestressing steel simplifies the transport and installation of the beams even with large spans.
Durch die Stahl-Verbund-Bauweise entsteht eine feuerbeständige Konstruktion. Im Brandfall verbleibt nach Versagen des unteren Flansches ein tragfähiger Betonquerschnitt. Wenn der Hohlraum des Kastenträgers und die Fugen zwischen Träger und Deckenelementen mit Beton vergossen sind, sind auch die Deckenelemente an den Enden ringsum von Beton eingehüllt. Dies bedeutet, dass auch die Deckenelemente im Brandfall besser geschützt sind, da sie nicht direkt auf einem Stahlflansch aufliegen, der unter Wärmeeinfluss sofort seine Steifigkeit verliert. Weiterhin ist der Schubwiderstand der Deckenelemente insbesondere der Hohllochplatten stark von der Steifigkeit des Auflagers abhängig. Durch den Verguss des Auflagerbereichs mit Beton nach Montage der Deckenelemente und durch das Verfüllen der Hohlräume in den Elementen in diesem Bereich ist die Gefahr eines Schubbruchs im Auflagerbereich erheblich reduziert.The steel composite construction creates a fire-resistant structure. In the event of a fire, a load-bearing concrete cross-section remains after the lower flange fails. If the cavity of the box girder and the joints between the girder and the ceiling elements are cast with concrete, the ceiling elements are also encased in concrete at the ends. This means that the ceiling elements are also better protected in the event of a fire, as they do not rest directly on a steel flange, which immediately loses its rigidity under the influence of heat. Furthermore, the shear resistance of the ceiling elements, particularly the hollow perforated panels, is heavily dependent on the rigidity of the support. By casting the support area with concrete after installing the ceiling elements and by filling the cavities in the elements in this area, the risk of shear failure in the support area is significantly reduced.
Durch die starre Einbindung der Deckenelemente und den Einbau zusätzlicher Bewehrung senkrecht zum Kastenträger, kann eine kontrollierte DurchlaufwirkungBy rigidly integrating the ceiling elements and installing additional reinforcement perpendicular to the box girder, a controlled flow effect can be achieved
der Deckenfelder über ein ganzes Geschoss mit gleichzeitiger Reduzierung der Feldmomente erzielt werden.of the ceiling fields over an entire storey with a simultaneous reduction of the field moments.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen dieThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings.
Fig. 1 bis 4 jeweils Querschnitte durch die verschiedenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Stahl-Verbund-Konstruktion im Bereich des Auflagers,Fig. 1 to 4 show cross sections through the various embodiments of a steel composite construction according to the invention in the area of the support,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Kastenträgers als Einfeldträger mit zugehöriger Spanngliedführung, dieFig. 5 a longitudinal section of a box girder as a single-span girder with associated tendon guide, the
Fig. 6 bis 8 jeweils einen Längsschnitt eines Kastenträgers als Durchlaufträger mit zugehöriger Spanngliedführung und dieFig. 6 to 8 each show a longitudinal section of a box girder as a continuous girder with associated tendon guide and the
Fig. 9 bis 11 jeweils teilweise geschnittene räumliche Darstellungen der Ausführungsformen gemäß den Fig. 2 bis 4 im Bereich eines Auflagers.Fig. 9 to 11 are partially sectioned spatial representations of the embodiments according to Fig. 2 to 4 in the region of a support.
In den Fig. 1 bis 4 ist jeweils eine Auflagersituation einer Geschossdecke 1 der erfindungsgemäßen Stahl-Verbund-Konstruktion aus vorgefertigten Deckenelementen 2 und einem dazugehörigen Kastenträger 3 dargestellt. Der Kastenträger 3, dessen oberer Flansch 4 mit zwei nach innen geneigten Stegen und einem unteren Flansch 6 einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt bildet, besteht aus verschweißten Stahlblechen. Der untere Flansch 6 kragt auf beiden Seiten über den trapezförmigen Querschnitt hinaus aus (6a). Dabei ist die Länge des auskragenden Teiles 6a des unteren Flansches 6 jeweils von der Spannweite der Deckenelemente 2 abhängig.In Fig. 1 to 4, a support situation of a floor slab 1 of the steel composite construction according to the invention made of prefabricated floor elements 2 and an associated box girder 3 is shown. The box girder 3, whose upper flange 4 forms an essentially trapezoidal cross-section with two inwardly inclined webs and a lower flange 6, consists of welded steel sheets. The lower flange 6 projects beyond the trapezoidal cross-section on both sides (6a). The length of the projecting part 6a of the lower flange 6 depends on the span of the floor elements 2.
Im Innern des Kastenträgers sind Spannglieder 7 geführt. Diese können, wie in Fig. 5 dargestellt, als Spannlitzen, aber auch als Spannstäbe oder -drahteTensioning elements 7 are guided inside the box girder. These can, as shown in Fig. 5, be used as prestressing strands, but also as prestressing rods or wires
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ausgeführt sein. Zur Führung der Spannglieder 7 werden Bleche 8 mit Abstützungen an den Umlenkstellen 8a in den Kastenträger 3 eingeschweißt. Auch zur Abstützung und Verankerung der Spannglieder 7 an den Enden des Kastenträgers 3 sind Bleche 9 vorgesehen, gegen die sich die Verankerungselemente 7a abstützen.To guide the tendons 7, plates 8 with supports at the deflection points 8a are welded into the box girder 3. Plates 9 are also provided to support and anchor the tendons 7 at the ends of the box girder 3, against which the anchoring elements 7a are supported.
In den Stegen 5 und im oberen Flansch 4 sind Öffnungen 10 bzw. 11 vorgesehen. Diese Öffnungen 10,11 sind einerseits erforderlich, um nach der Montage der Deckenelemente 2 zusätzliche Bewehrungselemente 15 einzulegen, sowie andererseits, um den Beton für den Endzustand der Stahl-Verbund-Konstruktion einzubringen und zu verdichten. Dadurch entsteht ein kraftschlüssiger Verbund von Kastenträger und Beton.Openings 10 and 11 are provided in the webs 5 and in the upper flange 4. These openings 10, 11 are required on the one hand to insert additional reinforcement elements 15 after the assembly of the ceiling elements 2 and on the other hand to pour and compact the concrete for the final state of the steel composite construction. This creates a force-fit connection between the box girder and the concrete.
Auch die Deckenelemente 2 besitzen an ihren Oberseiten Ausnehmungen 14, um das Einlegen der Bewehrungselemente 15 sowie weiterer Bügel 16 zu ermöglichen. Gleichzeitig sind die Hohlräume der Deckenelemente 2, insbesondere bei Hohllochplatten durch speziell geformte Verschlüsse 13 gegen das Eindringen des flüssigen Betons abgedichtet.The ceiling elements 2 also have recesses 14 on their upper sides to enable the insertion of the reinforcement elements 15 and additional brackets 16. At the same time, the cavities of the ceiling elements 2, particularly in the case of hollow perforated panels, are sealed against the penetration of the liquid concrete by means of specially shaped closures 13.
Zur Auflagerung der Deckenelemente 2 im Montagezustand werden auf die auskragenden Teile 6a der unteren Flansche 6 des Kastenträgers 3 Abstandhalter 12 aufgelegt, die aus Holz, Beton, Kunststoff oder dergleichen bestehen können. Beim Verguss des Kastenträgers 3 und der Deckenelemente 2 wird der Spalt zwischen den Deckenelementen 2 und den unteren Flanschen 6 jeweils seitlich eingeschalt (Fig. 1).To support the ceiling elements 2 in the assembled state, spacers 12, which can be made of wood, concrete, plastic or the like, are placed on the projecting parts 6a of the lower flanges 6 of the box girder 3. When the box girder 3 and the ceiling elements 2 are cast, the gap between the ceiling elements 2 and the lower flanges 6 is shuttered on the sides (Fig. 1).
In Fig. 2 sind die auskragenden Teile 6b des unteren Flansches 6 des Kastenträgers 3 nach oben abgewinkelt und somit wannenförmig ausgebildet. Die Deckenelemente 2 können hier im Montagezustand auch auf die abgewinkelten Teile 6b des unteren Flansches 6 aufgelegt werden. Durch die Wannenform kann auf eine zusätzliche Schalung während des Betoniervorganges verzichtet werden.In Fig. 2, the projecting parts 6b of the lower flange 6 of the box girder 3 are angled upwards and thus have a trough-shaped design. The ceiling elements 2 can also be placed on the angled parts 6b of the lower flange 6 in the assembled state. The trough shape means that additional formwork is not required during the concreting process.
Bei dieser Ausführungsform ist es zudem möglich, auf dem unteren Flansch 6 eine durchgehende Längsbewehrung 17 anzuordnen, die gemäß den bauaufsichtlichen Anforderungen auch als Ringankerbewehrung ausgeführt sein kann.In this embodiment, it is also possible to arrange a continuous longitudinal reinforcement 17 on the lower flange 6, which can also be designed as a ring anchor reinforcement in accordance with the building regulations requirements.
Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere Ausbildungsformen des unteren Flansches 6. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind bei ebener Ausbildung des unteren Flansches 6 die auskragenden Teile 6c unter einem Radius nach oben aufgebogen; bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der gesamte untere Flansch 6 einschließlich der auskragenden Teile 6d bogenförmig gekrümmt. Falls auf die im Geschossbau üblichen abgehängten Decken verzichtet wird, können durch die geometrischen Formen der unteren Flansche 6 architektonisch ästhetische Wirkungen erzielt werden.Figures 3 and 4 show further embodiments of the lower flange 6. In the embodiment according to Figure 3, the cantilevered parts 6c are bent upwards at a radius when the lower flange 6 is flat; in the embodiment according to Figure 4, the entire lower flange 6, including the cantilevered parts 6d, is curved in an arc. If the suspended ceilings commonly used in multi-story construction are dispensed with, the geometric shapes of the lower flanges 6 can achieve architecturally aesthetic effects.
Während der Kastenträger 3 der erfindungsgemäßen Stahl-Verbund-Konstruktion in Fig. 5 als Einfeldträger dargestellt ist, geben die Fig. 6 bis 8 unterschiedliche statische Systeme des Kastenträgers wieder. Die Spannglieder 7 bestehen hier aus Spannlitzen und sind entsprechend dem Verlauf der Biegemomente aus ständiger Last und Verkehrslast im Innern des Trägers geführt und fixiert.While the box girder 3 of the steel composite construction according to the invention is shown as a single-span girder in Fig. 5, Figs. 6 to 8 show different static systems of the box girder. The tendons 7 here consist of prestressing strands and are guided and fixed inside the girder according to the course of the bending moments from permanent load and traffic load.
Fig. 6 zeigt einen Zweifeldträger, Fig. 7 einen Zweifeldträger mit Kragarm am rechten Auflager und Fig. 8 einen Dreifeldträger.Fig. 6 shows a two-span girder, Fig. 7 a two-span girder with cantilever arm on the right support and Fig. 8 a three-span girder.
Die räumliche Darstellungen der verschiedenen Ausführungsformen in den Fig. 9 bis 11 zeigen jeweils den Auflagerbereich einer erfindungsgemäßen Stahl-Verbund-Konstruktion vor dem Einbringen des Betons. Anhand der Abbildungen werden die deutlich unterschiedlichen architektonischen Wirkungen sichtbar, die durch die verschiedenen Ausgestaltungen des unteren Flansches 6 erzielt werden.The spatial representations of the various embodiments in Figs. 9 to 11 each show the support area of a steel composite construction according to the invention before the concrete is poured. The illustrations show the clearly different architectural effects achieved by the various designs of the lower flange 6.
Claims (8)
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