DE19602400A1

DE19602400A1 - Holz/Beton-Verbund

Info

Publication number: DE19602400A1
Application number: DE1996102400
Authority: DE
Inventors: Heinz Wieland
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-24
Filing date: 1996-01-24
Publication date: 1997-07-31

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Holz/Beton- Verbundkonstruktion mit einer zwischen Beton und Holz angeordneten profilierten Schicht, auf eine Deckenkonstruktion sowie eine Verbundschraube.

Holz/Beton-Verbunddecken sind sehr wirtschaftliche Trag- und Raumabschluß-Bauteile, welche Holzträger und Betonplatte kombinieren. Die Tragfähigkeit, aber auch die Durchbiegung des Tragwerks hängt ganz wesentlich von der Schubverbindung zwischen der Betonplatte (Druckelement) und dem Holzträger (Zugelement) ab. Wichtig ist vor allem, daß die Schubübertragung sehr steif ist, d. h., daß die Schubkräfte praktisch ohne Verschiebung übertragen werden können.

Holz/Beton-Verbunddecken vereinigen die Vorteile von Holzträgern und Betonplatten und ergeben noch einige zusätzliche Pluspunkte:

- hohe Tragfähigkeit
- geringe Durchbiegung, keine Schwingen
- verbesserter Schallschutz
- guter Brandwiderstand
- vielfältiges Aussehen
- Wirtschaftlichkeit

etc.

Wesentlich für das Erreichen guter Tragwerkseigenschaften - wie oben beschrieben; hohe Tragfähigkeit und geringe Durchbiegung - ist die Steifigkeit des Verbundes zwischen Betonplatte und Holzträger. Schon geringe Verschiebungen unter Last zwischen diesen beiden Tragelementen bewirken, daß die Verbundwirkung praktisch wegfällt.

Nun zeigt es sich, daß schlanke Verbundelemente, wie Nägel und Schrauben, welche auf Schub belastet werden, im Holz relativ große Verschiebungen verursachen, und daß die Verbundsteifigkeit mithin relativ gering ist. Diesem Umstand kann begegnet werden, durch die Verwendung von Schrauben mit großem Durchmesser oder indem die Schrauben auf Zug belastet werden. Nägel können nur in beschränktem Maße auf Zug belastet werden, wenn sie eine entsprechende Profilierung der Oberfläche aufweisen.

Aus der CH-PS 416 032 ist ein Stahltrapez-Profilblech bekannt, welches einerseits der Übertragung der Schubkräfte zwischen Holzbalken und Betonplatte dient. Andererseits ist es die (verlorene) Schalung der Betonplatte. Gleichzeitig ist es auch die Armierung dieser Betonplatte resp. das Trapezprofil, welche für die üblichen Abstände der Holzbalken die ganze Last von Betonplatte, Auf- und Nutzlast quer zur Richtung der Holzbalken übernehmen kann. Diese Trapezprofile sind äußerst kostengünstige Tragelemente, welche das Material Stahlblech optimal ausnützen. Bei der Verwendung des Profilbleches als Übertragungselement für die Schubkräfte müssen dieselben zuerst vom Holzbalken auf das Profilblech und dann von diesem auf den Beton übertragen werden.

Die Schubübertragung Holz-Profilblech-Beton muß als Ganzes betrachtet werden. Je nach Geometrie des Profilbleches kann dieses allein die Verbundfunktion Beton-Profilblech übernehmen oder aber es sind zusätzliche Vorrichtungen erforderlich, welche dann auch mit denen zur Übertragung der Schubkräfte Holzträger-Profilblech kombiniert werden können.

Das zu diesem Zweck ideale Profilblech ist das mit negativer Flankensteigung der Sicken, sogenanntes Holorib-Blech. Wird normales Profilblech, d. h. Profilblech mit positiver Flankensteigung, verwendet, so entsteht eine Zugkraft zwischen Blech und Beton, welche durch geeignete Blechformteile aufgenommen werden muß.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Übertragung der Schubkräfte vom Holzträger auf das Profilblech.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mittels eines Holz/Beton-Verbundes gemäß dem Wortlaut, insbesondere nach Anspruch 1 gelöst.

Vorzugsweise werden für den Verbund der profilierten Schicht mit Holz stiftartige Elemente, wie z. B. Schrauben verwendet. Schon bei der geringsten Beanspruchung des sehr dünnen Profilbleches (allgemein 0,75 mm) auf Schub, verformt sich dieses in unzulässigem Maße. Auch eine auf Schub beanspruchte Schraube verformt sich im Holz relativ stark. Es muß daher angestrebt werden, die Schrauben auf Zug zu beanspruchen und diese Zugkräfte ohne große Verformungen auf das Blech zu übertragen. Dies gelingt vorzugsweise in der Kante einer einzelnen Tiefsicke des profilierten Bleches. Diese Tiefsicke kann im übrigen durch einen abgekanteten Blechwinkel größerer Dicke verstärkt werden.

Um Schrauben in einem Schubverbund auf Zug zu belasten, müssen sie geneigt zur Richtung des aufzunehmenden Schubes versetzt werden. Es entsteht dann ein Zug-Druck-System anstelle der Schubbelastung.

Weitere bevorzugte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Holz/Beton-Verbundes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 charakterisiert.

Im weiteren wird eine speziell für die Aufnahme von Schubkräften ausgelegte Schraube für den erfindungsgemäßen Holz/Beton- Verbund gemäß dem Wortlaut nach 11 beschrieben.

Die Erfindung wird nun anschließend beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau eines Holz/Beton-Verbundes anhand einer Deckenkonstruktion,

Fig. 2 im Querschnitt die Grenzfläche Holz-Beton unter Miteinbezug eines Profilbleches sowie des erfindungsgemäßen Verbundes Profil-Blech-Holz,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Holz/Beton-Verbundes im Schnitt,

Fig. 4 im Schnitt eine Gesamtlösung eines Holz/Beton-Verbundes,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante einer Gesamtlösung eines Holz/Beton-Verbundes,

Fig. 6 im Längsschnitt erfingungsgemäß konstruierte Verbindungsschrauben, geeignet für den Holz/Beton-Verbund,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsvariante des Holz/Beton- Verbundes unter Verwendung einer speziellen Verbundschraube,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante eines Holz/Beton- Verbundes, unter Verwendung desselben Verbundelementes, wie in Fig. 7 dargestellt,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsvariante eines Holz/Beton-Verbundes,

Fig. 10 wiederum eine weitere Ausführungsvariante eines Holz/Beton-Verbundes,

Fig. 11 eine Holz/Beton-Verbundkonstruktion, unter Verwendung einer sogenannten Nagelplatte und

Fig. 12 eine weitere Ausführungsvariante eines Holz/Beton- Verbundes, unter Verwendung einer Lochscheibe beim Schraubkopf.

Für das bessere Verständnis der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 eine beispielsweise ausgestaltete Deckenkonstruktion 1 in Perspektive dargestellt. Dabei wird die Konstruktion von oben nach unten beschrieben, wobei zuoberst ein Fußboden bzw. ein sogenannter Estrich 3 verlegt ist. Auf spezielle Konstruktionen, wie Bodenheizungen, Parkettböden, Plattenböden, usw. wird an dieser Stelle verzichtet, da sie für das Wesen der vorliegenden Erfindung unwesentlich sind. In der Regel ist der Fußboden bzw. die Konstruktion auf einer Trittschalldämmung 5 aufgebaut. Diese wiederum liegt auf einer Betonplatte 7 auf, welche, wie beispielsweise in der erwähnten CH-PS 416 032 auf einem Profilblech oder Sickenblech 9 aufliegt. Das Profilblech 9 liegt einerseits primär auf Holzträgern 13 auf, zwischen welchen Holzträgern 13 beispielsweise eine Schalldämmung 11 angeordnet sein kann. Dazu eignen sich Materialien, wie geschäumte Kunststoffmaterialien, faserartige Platten, usw. für das Ausbilden der Schalldämmung. Schlußendlich ist eine abgehängte Decke 15 dargestellt. Selbstverständlich kann die Deckenkonstruktion anders ausgestaltet sein und auf die eine oder andere Deckenschicht bzw. Komponente kann gegebenenfalls verzichtet werden.

Wie eingangs erwähnt, ist es nun für das Erreichen guter Tragwerkseigenschaften, wie hohe Tragfähigkeit und geringe Durchbiegung wesentlich, daß die Steifigkeit des Verbundes zwischen Betonplatte und Holzträger groß ist. Schon geringe Verschiebungen unter Last dieser beiden Tragelemente bewirken, daß die Verbundwirkung praktisch wegfällt.

Der Verbund mit dem über dem Profilblech angeordneten Beton wird durch die Profilierung, d. h. durch die Sicken sowohl mit negativer wie auch mit positiver Flankensteigung erreicht. Gegenüber der darunterliegenden Holzkonstruktion wird der Verbund vorzugsweise mittels sogenannter Verbundschrauben erreicht. Damit wird verhindert, daß beim Auftreten der Schubkräfte sich das Blech verformen kann, wobei in diesem Verbundsystem beispielsweise Zugkräfte durch die Verbundschrauben und die Druckkräfte durch die Auflage des Profilbleches auf das Holz übertragen werden.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausschnitt aus der Konstruktion gemäß Fig. 1 dargestellt, in welchen beiden Figuren nun die beiden erwähnten Verbundschrauben 19 dargestellt sind. Fig. 2 zeigt dabei ein Profilblech 9, welches zwischen der Betonplatte 7 und dem Holzträger 13 angeordnet ist, mit einer Sicke 15 mit negativer Flankensteigung. Fig. 3 zeigt eine alternative Sicke 17 mit positiver Flankensteigung. Die Verbundschrauben 19 werden dabei vorzugsweise in der Tiefkante 16 je der Sicke 15 oder 17 schräg gesetzt angeordnet. Das zum Übertragen der Schubkräfte ideale Profilblech mit negativer Flankensteigung der Sicken, wie beispielsweise das in Fig. 2 dargestellte sogenannte Holorib-Blech ist bekannt aus der erwähnten CH-PS 416 032. Bei Verwendung ähnlicher Bleche, wie etwa Fig. 3 darstellt, mit positiver Flankensteigung, entsteht eine Zugkraft zwischen Blech und Beton, welche durch geeignete Blechformteile, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt und mit der Referenzzahl 23 bezeichnet, aufgenommen werden muß. Auch in der Konstruktion gemäß Fig. 2 können die Schubkräfte mit einem eingelegten Profil 21 aus dickem Stahlblech auf die schräggesetzte Schraube in deren Achsrichtung übertragen werden, und von dieser auf das Holz als Zuglast abgegeben werden.

Je Gesamtlösungen der beiden Konstruktionen gemäß Fig. 2 und 3 sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 4 verschiedenartig ausgebildete eingelegte Stahlblechprofile 16, 24 und 26, welche einerseits dazu dienen können, die Schubkräfte auf die schräggesetzten Schrauben 19 zu übertragen und andererseits, um die Steifheit des Verbundes zwischen Betonplatte 7 und Holzträger 13 zu verstärken. Im Falle des Profilbleches 26 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich eine senkrecht zur Verbundfläche verlaufende Verbundschraube 19′ zu setzen.

Fig. 5 zeigt ein normales Trapezprofilblech mit positiver Flankensteigung, wiederum verstärkt mit eingelegten Profilen 23, wie bereits bekannt aus Fig. 3.

Als Verankerung im Holz 13 können gewöhnliche Schrauben mit Blechgewinde verwendet werden, wobei dann allerdings eine relativ bescheidene Verbundsteifigkeit entsteht und eine große Anzahl Schrauben verwendet werden muß. Schrauben mit tiefer ausgerollten Gewinden mit schmalen Gewindeflanken ergeben eine wesentlich verbesserte Verbundsteifigkeit. Ihre Verankerung im Holz kann aber so groß werden, daß die Schrauben beim Gewindeansatz unter dem Kopf brechen. Zudem sind die Eindrehmomente vor allem bei hartem Holz und in Ästen so groß, daß die Schraube im Bereich des oberen Gewindeansatzes beim Eindrehen abdrehen kann. Ein optimales Schraubendesign muß also bei einer Schraube mit nicht konstantem Durchmesser gesucht werden, wie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt. Zwei der in Fig. 6 im Längsschnitt dargestellten Verbundschrauben weisen dann auch im Bereich des Kopfes 31 einen Bereich 33 auf, mit vergrößertem Durchmesser, verglichen mit dem in Eindrehrichtung gesehenem Frontbereich 35, der vorzugsweise mit einer Bolerspitze 46 ausgerüstet ist. Selbstverständlich handelt es sich bei den in Fig. 6 dargestellten Verbundschrauben nur um Beispiele, welche zeigen sollen, in welche Richtung die Optimierung des Designs dieser Schraube erfolgen soll. Natürlich kann das Design der Schraube noch verfeinert werden bzw. an die jeweiligen Anforderungen angepaßt werden. So ist beispielsweise das dargestellte Design des Kopfes nicht auf die gezeigte Darstellung beschränkt.

In den Fig. 7 und 8 sind alternative Lösungen für den Verbund Holz-Profil-Blech-Beton dargestellt. Dabei zeigen die beiden Darstellungen von Fig. 7 den Verbund mittels einer sogenannten SFS-Verbundschraube, wie sie in der europäischen Patent Nr. 432 484 beschrieben ist. Der Vorteil dieser Verbundschraube, bezeichnet mit der Referenzzahl 37, liegt darin, daß sie über das Einschraubgewinde hinaus einen Verankerungsschaft- Abschnitt 38 aufweist, welcher gegenüber dem frontseitigen Gewinde mittels eines Flansches 39 abgetrennt ist. Somit wird die Verbundschraube 37 beim Setzen nur bis zum Flansch 39 eingeschraubt, und der Verankerungs- oder Armierungsabschnitt 38 ragt in die Betonplatte 7 hinein. Dadurch erfolgt zusätzlich eine Armierung bzw. Verankerung der Verbundschraube 37 in der Betonplatte. In den Darstellungen zeigt nun Fig. 7 die Verwendung der erwähnten SFS-Verbundschraube 37 bei einem herkömmlichen Profilblech 9, während dem Fig. 8 ein sogenanntes Holorib-Blech mit negativer Flankensteigung zeigt.

In Fig. 9 ist eine weitere mögliche Maßnahme dargestellt, um die Schraubkräfte vom Holz auf das Profilblech 9 zu übertragen. Und zwar geschieht dies mittels Klebung, wobei schematisch eine Klebschicht 41 in Fig. 9 dargestellt ist. Diese Klebung wird zusätzlich mit gewöhnlichen Spanplattenschrauben 19′ gegen Abheben gesichert. Allerdings kann dieser Verbund kritisch sein, ist er doch einerseits kurzfristig fast starr, langfristig besteht aber die Möglichkeit des Kriechens unter Last. Zudem ist es notwendig, da die Bleche bei der Anlieferung geölt sind, mit einem Lösungsmittel gereinigt werden müssen, was auf einer Baustelle nicht immer unproblematisch ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, wie in Fig. 10 dargestellt, gewöhnliche Drahtstifte oder Rillennägel 42 zu verwenden. Allerdings ist in diesem Fall ein Vielfaches von Nägeln bzw. von Drahtstiften erforderlich, um eine akzeptable Schubsteifigkeit zu erreichen, da vor allem die Kraftableitung auf das dünne Blech problematisch ist. Die Schubkraft wird vom Holz über den Nagel auf das Profilblech 9 übertragen und von da auf den Beton. Es können daher nur Profilbleche mit negativer Steigung der Sickenflanken verwendet werden.

Eine weitere durchaus mögliche wirtschaftliche Alternative ist in Fig. 11 dargestellt, wobei eine Nagellochplatte 43 verwendet wird. Dabei ist die Nagellochplatte abgewinkelt ausgebildet und das Profilblech 9 wird mit der Nagelplatte 43 zusammen beispielsweise mit Rillennägeln 42 oder Schrauben befestigt. Natürlich ist auch hier die Verwendung eines Profilbleches mit positiver Flankensteigung der Sicken möglich, wenn die Lochplatte entsprechend ausgebildet wird, so daß die auf den Beton wirkenden abhebenden Kräfte aufgenommen werden können.

In Fig. 12 schlußendlich wird eine weitere Variante dargestellt, wobei im Bereich der Tiefkante 16 der Sicke 15 beim Einschrauben der Verbundschraube 19 zusätzlich eine Lochscheibe 45 verwendet wird. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, daß die Schraube 19 für Bleche mit verschiedenen Flankenwinkeln an der Sicke verwendet werden kann. Zudem verformt sich die Scheibe 45 so, daß eine bessere Kraftübertragung von der Schraube auf das Profilblech möglich ist.

Eine Möglichkeit besteht auch darin, anstelle einer Scheibe eine Verbundschraube zu verwenden, deren Geometrie des Schraubenkopfes so ausgebildet ist, daß er in den Winkel in der Tiefkante der entsprechenden Sicke paßt. Allerdings besteht dann der Nachteil, daß pro verwendetes Profilblech ein bestimmter Verbundschraubentyp mit entsprechender Schraubenkopfgeometrie verwendet werden muß.

Bei den in den Fig. 1 bis 12 dargestellten Holz/Beton-Verbundkonstruktionen handelt es sich selbstverständlich nur um Beispiele, welche auf x-beliebige Art und Weise abgeändert, modifiziert oder ergänzt werden können. So ist es beispielsweise möglich, die Profilierung des Bleches, d. h. die einzelnen Profile im Blech anders aufzugestalten als wie in den vorab beschriebenen Figuren dargestellt. Ein weiteres Beispiel ist stellvertretend für weitere mögliche Profilkonstruktionen in Fig. 13 dargestellt. Insbesondere nicht eingegangen wurde, auf die Wahl des Materials für die verwendeten Verbundschrauben bzw. des Profilbleches, da diese Materialwahl an sich für das Wesen dieser Erfindung nicht wesentlich ist. Beim Profilblech wird in der Regel Stahlblech verwendet, wobei selbstverständlich auch Bunt- und beschichtete Leichtmetalle sowie entsprechend steif ausgebildete verformte Folien aus verstärktem Kunststoff verwendet werden können. Auch die Ausgestaltung der Sicken kann unterschiedlich sein, so ist es selbstverständlich auch möglich, rechteckig ausgebildete Sicken oder andersartige Sicken mit Rundkanten zu verwenden.

Erfindungswesentlich ist der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, daß das zwischen Beton und Holz verwendete Sickenblech mit dem Holz durch Verbindungselemente wenigstens weitgehendst steif verbunden wird.

Claims

1. Holz/Beton-Verbundkonstruktion mit einer zwischen Beton und Holz angeordneten profilierten Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht (9) in den Beton (7) hineinragend profiliert ausgebildet ist, und mit dem Holz mittels Verbindungsmitteln (19, 19′, 37, 42) fest verbunden ist.

2. Konstruktion, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht (9) mit dem Holz (13) mittels stiftartigen Elementen (19, 19′, 37, 42) verbunden ist.

3. Konstruktion, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbindung der profilierten Schicht mit dem Holz stiftartige Elemente vorgesehen sind, welche angewinkelt zur Grenzschicht zwischen profilierter Schicht und Holz verlaufend angeordnet sind.

4. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Verbindungsmitteln um schraubenartige oder stiftartige Elemente handelt.

5. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht ein Sickenblech bzw. ein Profilblech ist und die stiftartigen Elemente im Bereich des Profilansatzes bzw. im Bereich der Tiefkante (16) der jeweiligen Sicke in Richtung gegen das Profil hin schrägwinklig in das Holz hinein, das Profilblech mit dem Holz fest verbinden.

6. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht ein Sickenblech mit trapezartigen Sicken (15, 17) mit negativer oder positiver oder variabler Flankensteigung ist, und daß vorzugsweise mindestens eine der auf dem Holz aufliegenden Sickentiefkanten mittels eines abgekanteten Winkelelementes (21, 23, 24, 26) verstärkt ist, und daß das stiftartige Element durch Verstärkung und Sickenblech hindurch die profilierte Schicht fest mit dem Holz verbindet.

7. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht mittels eines Lochbleches und/oder einer Nagelplatte (43) zusätzlich verstärkt ist, wobei die Verbindungselemente sowohl das Lochblech bzw. die Nagelplatte wie auch die profilierte Schicht zusammen mit dem Holz verbinden.

8. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel Verbundschrauben sind, bestehend aus einem frontseitigen Gewinde (37), einem am kopfseitigen Ende des Gewindes angeordneten Flansch (39) sowie einem zwischen Flansch und Kopf angeordneten gewindelosen Schaft (38), dazu vorgesehen, um in den Beton hineinzuragen.

9. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Schicht mit dem Holz wenigstens in Teilbereichen mittels eines Klebstoffes verbunden ist.

10. Konstruktion, insbesondere nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Tiefkante der Sicke angeordnete schraubenartige Element im Bereich des Kopfes eine Lochscheibe (45) aufweist, durch welche hindurch die Schraube verläuft und welche derart infolge Eindrehens der Schraube verformt ist, um an die Flankenwinkel der Tiefkante angepaßt zu sein.

11. Verbundschraube für eine Holz/Beton-Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge mindestens zwei Zonen aufweisen, eine frontseitige Zone (35) mit einem geringeren Durchmesser und eine rückseitige Zone (33), nahe am Schraubenkopf (31) mit einem vergrößerten Durchmesser sowie gegebenenfalls eine Bolerspitze (46).

12. Deckenkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Holz/Beton-Verbundkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.