DE102010051322B4 - Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen, wobei ein Gehäuserohr (1) mittels einer Buchse (2) verschlossen ist und das Gehäuserohr (1) eine Feder (6) auf einem Rundstab (3) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stange (13) mit dem Rundstab (3) verbunden ist, dass die zweite Stange (13) andererseits mit einer Seite eines Spannelementes (11) verbunden ist und dass die andere Seite des Spannelementes (11) mit einem Befestigungselement (23) verbunden ist, wobei das Gehäuserohr (1) zur besseren Haftung im Mauerwerk lamellenförmig ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen, insbesondere von historischem Mauerwerk.
  • Viele Gebäude müssen im Zuge von Erhaltungs- und Umnutzungsmaßnahmen konstruktiv gesichert und verstärkt werden. Dabei spielt oft die Verspannung und Abstützung, z. B. von Mauerwerk, Stahl, Stahlbeton und Holzkonstruktionen mit Stahlbauelementen und anderen Konstruktionsformen, eine große Rolle. Üblich sind oft starre Konstruktionen, die den heutigen Anforderungen meist nicht mehr genügen.
  • Im Rahmen von verschiedenen Untersuchungen wurde deutlich festgestellt, dass solche Konstruktionsformen (Bauteile) infolge von Formänderungen, wie z. B. Feuchte- und Temperaturdehnungen, Kriech- und Relaxationsvorgängen, sowie dynamischen Beanspruchungen, den vom Tragwerkplaner vorgegebenen Spannungszustand nicht vollständig erfüllen können. Darüber hinaus kann es u. a. aus den zuvor beschriebenen Prozessen zu extremen Spannungsschwankungen im lasteinleitenden Bereich kommen. Um beispielsweise Gewölbe zu sichern, werden derzeit Zugstangen bzw. Zug- und Druckstützen verwendet. Die Lastwechsel, die in diesen Sicherungselementen auftreten, können bis zum vollkommenen Spannungsabbau und damit bis zur Funktionslosigkeit dieser Bauteile führen. Das statische Tragsystem eines Bauwerkes kann dadurch ggf. vollständig verändert werden. Die Lastwechsel bzw. Spannungsänderungen in diesen Konstruktionsformen können derzeit nur mit großem Aufwand gemessen werden.
  • Aus der JP 2002 364 071 A ist eine Befestigungsvorrichtung für Säulen bekannt, welche ein mittels einer Buchse verschlossenes Gehäuserohr umfasst, wobei das Gehäuserohr eine Feder auf einem Rundstab enthält. Dabei ist der Rundstab mit einer Seite eines Spannelements verbunden, wobei eine verbleibende Seite des Spannelements mit einem Befestigungselement verbunden ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen zu schaffen, die es ermöglicht, die Last in einer Konstruktion möglichst konstant einzustellen, zu halten und auf Wunsch auch über eine Messeinrichtung anzuzeigen und die auch bei Schwankungen durch dynamische Beanspruchungen (z. B. kleine Erdbeben, Glockengeläut, Temperatur- und Feuchtewechsel, Windlasten) die dem konstruktiven Bauteil vorgegebene Last ständig nahezu konstant zu halten.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, Baukonstruktionen (z. B. Gewölbe, Wände, Dachkonstruktionen und sonstige Baukonstruktionen) dauerhaft, auch bei Schwankungen durch kleine Erdbeben, Temperaturschwankungen und andere Einflüsse in einem fest definierten Spannungszustand zu halten. Dies gilt auch für Konstruktionen in Bauwerken (z. B. Bohrplattformen und Brücken), die ständigen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt
  • 1: eine Isometrie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hüllrohr,
  • 2: eine Isometrie einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ohne Hüllrohr,
  • 3: den Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
  • 4: ein Detail von 3,
  • 5: einen Schnitt durch die in ein Mauerwerk eingebaute erfindungsgemäße Vorrichtung und
  • 6: ein Anwendungsbeispiel.
  • In den 1 und 2 ist eine Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen bzw. eine Vorrichtung zur Spannungsregulierung von Zugelementen dargestellt, in 1 mit einem Hüllrohr und in 2 ohne dieses Hüllrohr. Sie zeigen ein Gehäuserohr 1 mit einer Buchse 2. Im Ausführungsbeispiel ist die Buchse 2 eine Gewindebuchse. An die Buchse 2 schließt in 1 ein Hüllrohr 9 mit einem eingesteckten Hüllrohr-Deckel 20 an. Zur Fixierung des Hüllrohr-Deckels 20 im Hüllrohr 9 ein O-Ring 21 angeordnet. Das Hüllrohr 9 ist mittels Zylinderschrauben 22 an der Buchse 2 angebracht. Aus dem Hüllrohr-Deckel 20 ragt ein mit einem Spannelement 11 verbundenes Befestigungselement 23. Im Ausführungsbeispiel ist das Befestigungselement 23 eine Gewindestange, es kann aber auch eine Stange mit Gewinden nur an den Enden, ein Rohr, ein Seil u. a. m. sein. In 2 fehlt das Hüllrohr 9, damit das Spannelement 11 zu sehen ist. Am anderen Ende des Gehäuserohres 1 ragt aus diesem eine erste Stange 7 mit Gewinde mindestens an einem Ende. Diese Stange 7 ist im Ausführungsbeispiel eine Gewindestange. Je nach Anwendungsfall kann diese Stange 7 auch entfallen.
  • 2 zeigt durch das fehlende Hüllrohr 9 die darunter liegenden Teile. Das Befestigungselement 23 ist über das Spannelement 11 mit einer zweiten Stange 13 verbunden, die wiederum in einen Rundstab 3 im Gehäuserohr 1 ragt. Auch diese Stange 13 kann beispielsweise eine Gewindestange oder eine Stange mit Gewinden nur an den Enden sein. Das Spannelement 11 ist eine Gewindehülse, im Ausführungsbeispiel eine Gewindehülse mit Innengewinde, die mittels eines Schlüssels gedreht werden kann. Man zieht dazu im Ausführungsbeispiel den Hüllrohrdeckel 20 aus dem Hüllrohr 9 und steckt beispielsweise einen längsgeschlitzten oder zweiteiligen Sonderschlüssel über das Befestigungselement 23. Danach schiebt man den Schlüssel in das Hüllrohr 9 bis auf eine Mitnahme 8, beispielsweise einen Sechskant, vom Spannelement 11. Im Ausführungsbeispiel besteht das Spannelement 11 aus der Gewindehülse mit einem angeschweißten Skalenrohr 10 mit Markierungen, beispielsweise im Abstand von 5 mm. Dieses Skalenrohr 10 kann geschlitzt sein und dient durch die äußere Planseite des Hüllrohr-Deckels 20 als Ablesehilfe für die eingestellte Spannkraft bzw. die Bewegung des Bauteils. Die Skala des Skalenrohrs 10 kann durch elektronische Messhilfen weiter ausgebaut werden, die es ermöglichen, die Formänderung ständig über entsprechende Messgeräte zu erfassen. Die Vorrichtung kann aber auch mit einer elektronischen Messeinrichtung ausgestattet werden, die es erlaubt, den Spannungszustand in einem System langandauernd zu erfassen. Je nach Drehrichtung des Spannelementes 11 werden die zweite Stange 13 und das Befestigungselement 23 zueinander oder voneinander weg gedreht. Hierüber lässt sich die Spannung einer Feder 6, 3, entsprechend Anwendungsfall bzw. Einsatzgebiet voreinstellen. Im Ausführungsbeispiel ist die Feder 6 eine Schraubentellerfeder. Es kann aber auch eine Druckfeder o. ä. sein.
  • Das Gehäuserohr 1 ist im Ausführungsbeispiel ein hochwertiges Edelstahlrohr, das am Umfang derart ausgedreht ist, dass lamellenartige Vorsprünge stehen bleiben. Diese Lamellen dienen dazu, den Verbund des Gehäuserohres 1 und damit die Lasteinleitung in das Umgebungsmaterial (z. B. Mauerwerk, Beton oder dergleichen) zu ermöglichen. Das Hüllrohr 9 kann am äußeren Umfang ebenfalls lamellenartig ausgebildet sein, damit die Haftwirkung der Vorrichtung im eingebauten Zustand weiter verbessert wird.
  • 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt, 4 zeigt ein Detail hiervon. An der Seite der ersten Stange 7 besteht das Gehäuserohr 1 soweit aus Vollmaterial, dass darin die erste Stange 7 befestigt werden kann. Dabei kann das Gehäuserohr 1 einstückig sein, dann wäre der Innendurchmesser des Gehäuserohres 1 aus dem Vollmaterial soweit auszudrehen, dass ein Gehäusedeckel zur Befestigung der ersten Stange 7 bzw. zum Einschrauben einer Gewindestange stehen bleibt. Im Ausführungsbeispiel besteht das Gehäuserohr 1 aus Rohrmaterial, an das ein Gehäusedeckel für die Aufnahme der ersten Stange 7 angeschweißt ist, er könnte auch ein Schraubdeckel sein. Die beispielsweise in den Gehäusedeckel des Gehäuserohres 1 eingeschraubte Gewindestange wird zusätzlich mit einer Mutter 5 gegen Lösen gesichert. Diese Gewindestange wird bauseits so angepasst, dass, nur noch eine Platte 25 und eine Mutter 5 auf der gegenüberliegenden Wand sitzen, sie können aber auch in diese eingelassen sein. Je nach Anwendungsfall kann auch der Gehäusedeckel bzw. das Gehäuserohr 1 an der gegenüberliegenden Wand befestigt sein.
  • Im Gehäuserohr 1 ist ein Rundstab 3 angeordnet. In das Gehäuserohr 1 ist die Buchse 2 eingeschraubt, die Abdichtung erfolgt mit einem O-Ring 17. Um den Rundstab 3 ist im Gehäuserohr 1 zwischen zwei gehärteten Scheiben 12 auf der Seite der Buchse 2 und einer gehärteten Scheibe 12 an der Führungsscheibe 4 die Feder 6 angeordnet. Die gehärteten Scheiben 12 verhindern beim Spannen oder Entspannen der Feder 6 ein Verhaken bzw. Festfressen der Enden der Feder 6 an der Planfläche der Buchse 2 und der Führungsscheibe 4. Der Abstreifer 14 schützt das Eindringen von Staub und Schmutz am Rundstab 3 in die Buchse 2. Die Dichtung 15 verhindert ein Austreten vom Korrosionsschutzmittel (Fett) aus dem Spannkraftregler. Das Führungsband 16 lagert der Rundstab 3 in der Buchse 2 und das Kolbenführungsband 19 lagert die Führungsscheibe 4 im Gehäuserohr 1. Das Spannelement 11 wird mit der zweiten Stange 13, dem Rundstab 3 und einer Führungsscheibe 4 fest miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt, geklebt und zusätzlich mit Gewindestiften 18 gesichert. Das andere Ende des Befestigungselementes 23, hier eine Gewindestange, ist fest in einem gegenüberliegenden, nicht dargestellten, Gebäudeteil verankert, somit bewegt sich beim Spannen nur die Verbindung zwischen der dieser Gewindestange und dem Spannelement 11. Das Hüllrohr 9 und die zweite Stange 13 werden bauseits an die Gebäudestärke angepasst.
  • 5 zeigt einen Schnitt durch eine in ein Mauerwerk eingebaute erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spannen und/oder Halten von Gebäudeteilen, kurz Spannkraftregler genannt. Er ist soweit ins Mauerwerk oder dergleichen eingebracht, dass höchstens die erste Stange 7 herausragt. Diese wird bauseits so angepasst, dass, wenn die Stange 7 eine Gewindestange ist, nur noch eine Platte 25 und eine Mutter 5 auf der gegenüberliegenden Wand sitzen oder in sie eingelassen ist, analog zur Anwendung gemäß 6.
  • 6 zeigt eine eingebaute erfindungsgemäße Vorrichtung zum Spannen und/oder Halten eines Gewölbes oder Torbogens. In diesem Anwendungsfall wurde das Befestigungselement 23 mit einer Verlängerung 24 verbunden, beispielsweise verschweißt. Selbstverständlich hätte das Befestigungselement 23 so lang sein können, dass keine Verlängerung 24 nötig gewesen wäre. Die äußeren Enden der ersten Stange 7 und der Verlängerung 24 sind an der Außenwand des Gewölbes verankert, beispielsweise durch eine Platte 25 und eine Mutter 5.
  • Ein Spannkraftregler regelt ständig die benötigte Kraft, um beispielsweise gespannte Gewölbebögen dauerhaft, auch bei Schwankungen durch kleine Erdbeben, Temperaturschwankungen und anderen Einflüssen vorzuspannen. Der Spannkraftregler zeichnet sich durch eine einseitig in das Mauerwerk eingelassene, gekapselte Feder aus, die über eine Kopfplatte auf der einen Seite und einer Einmörtelung auf der Gegenseite gesichert ist, aus. Der Spannkraftregler kann in konstruktiv tragende Zugelemente (z. B. Zuganker sowie Zugstützen) eingebaut werden, um einen gleichmäßigen Spannungszustand in diesen Elementen bei statischen (z. B. Relaxation und Kriechen) und dynamischen Beanspruchungen (z. B. Schwingungen aus Erdbeben, Glockengeläut sowie Feuchte- und Temperaturdehnungen, Windlasten) über einen langen Zeitraum zu halten. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall kann der Spannkraftregler sichtbar ins Tragsystem oder nicht sichtbar in einem Bauteil (z. B. Wandaussparung) eingebaut werden. Der Spannkraftregler ist in vorgegebenen Lastgrenzen nachregulierbar und kann, in Abhängigkeit von den objektspezifischen Verhältnissen, direkt oder nachträglich in das bestehende Tragsystem eingebaut werden. Die Lasteintragung aus diesem Tragsystem ins Umgebungsmaterial kann über eine Verbundwirkung mittels spezieller Verbundmörtel in das tragende Bauteil (z. B. Mauerwerkwand, Betonkonstruktion) oder über Kontaktanbindung (z. B bei Zugstangen über Kopfplatten) erfolgen. Die Auswahl, die Dimensionierung und die äußere Gestaltung des Spannkraftreglers muss auf den jeweiligen Anwendungsfall erfolgen, die Dimensionierung der Feder 6 wird entsprechend der aufzunehmenden Zuglast ausgewählt. Der Spannkraftregler kann komplett im Mauerwerk eingebaut sein bzw. auch komplett außerhalb liegen. Ein weiterer Anwendungsfall für den Spannkraftregler wäre der Einbau in das Stabilisierungssystem einer Bohrinsel, sowie auch bei freistehenden Masten wie z. B. Sendemasten, Antennen oder Türmen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuserohr
    2
    Buchse
    3
    Rundstab
    4
    Führungsscheibe
    5
    Sechskantmutter
    6
    Feder
    7
    erste Stange
    8
    Mitnahme
    9
    Hüllrohr
    10
    Skalenrohr
    11
    Spannelement
    12
    Scheibe
    13
    zweite Stange
    14
    Abstreifer
    15
    Dichtung
    16
    Führungsband
    17
    erster O-Ring
    18
    Gewindestift
    19
    Kolbenführungsband
    20
    Hüllrohr-Deckel
    21
    zweiter O-Ring
    22
    Zylinderschraube
    23
    Befestigungselement
    24
    Verlängerung
    25
    Platte

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Spannen und lastkonstanten Halten von Gebäudeteilen, wobei ein Gehäuserohr (1) mittels einer Buchse (2) verschlossen ist und das Gehäuserohr (1) eine Feder (6) auf einem Rundstab (3) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Stange (13) mit dem Rundstab (3) verbunden ist, dass die zweite Stange (13) andererseits mit einer Seite eines Spannelementes (11) verbunden ist und dass die andere Seite des Spannelementes (11) mit einem Befestigungselement (23) verbunden ist, wobei das Gehäuserohr (1) zur besseren Haftung im Mauerwerk lamellenförmig ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (6) eine Schraubentellerfeder ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (23) eine Gewindestange oder ein Seil mit mindestens einem Gewindeende ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (1) mit einer erste Stange (7) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) ein Innengewinde aufweist und zum Drehen eine Mitnahme (8) enthält.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) ausgangsseitig zum Ablesen der eingestellten Federkraft mit einem Skalenrohr (10) verlängert ist oder dass eine elektronische Messanordnung angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) und die zweite Stange (13) von einem zylinderförmigen Hüllrohr (9) mit einem Hüllrohr-Deckel (20) umschlossen sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (2) eine Gewindebuchse ist, und dass die zweite Stange (13) mindestens auf der Seite der Buchse (2) zum Einschrauben in den Rundstab (3) ein Gewinde aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (11) ein Innengewinde aufweist und dass sowohl die zweite Stange (13) als auch das Befestigungselement (23) mindestens auf der Seite des Spannelementes (11) zum Einschrauben in das Spannelement (11) ein Gewinde aufweisen.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (9) zur besseren Haftung im Mauerwerk lamellenförmig ausgebildet ist.
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