-
Die
Erfindung betrifft Bauwerke und/oder Gebäude in denen zu mindest teilweise
die Einzelbauteil, wie z.B. Wände,
Decken, Böden,
Stützen,
Träger,
Platten, Scheiben, Fundamente, Unterzüge und/oder Dächer aus
zumindest teilweise vorgefertigten Holz-Beton-Verbundelementen bestehen
und Verfahren zur Herstellung dieser Bauwerke.
-
Es
ist bekannt Bauwerke und/oder Gebäude, zumindest zum Teil in
vorgefertigter Bauweise in Holzbauweise, in Stahlbauweise, in Ziegelbauweise und
Betonbauweise zu erstellen. Es ist auch bekannt Gebäudeteile
in Mischbauweise, z.B. als Stahlbeton bzw. Stahlsandwich zu erstellen.
Durch die Fertigbauweise können
die Wände
und Decken eines solchen Gebäudes
weitestgehend vorgefertigt werden, so dass auf der Baustelle lediglich
das Zusammenfügen
der plattenartigen Elemente erfolgen muss.
-
Es
sind ebenfalls Verfahren bekannt, wo Teilfertigteile, z.B. aus Beton
(Stichwort: Filigrandecke) auf die Baustelle gebracht werden und
erst in einem zweiten Schritt durch entsprechenden Aufbeton vervollständigt werden.
-
Es
ist ebenfalls bekannt, Materialien in Bauwerken und/oder Gebäuden zu
mischen. So findet man in allen Variationen Gebäude in denen Mauerwerkswände, Stahlbetondecken
und/oder Holzdachstühlen
erstellt wurden.
-
Aus
der AT 005 773 U1 ist es bekannt, Teilquerschnitte aus Holz sowie
Beton als Verbundbauteil zu kombinieren.
-
Aus
dem
US 5 125 200 ist
es bekannt, Holz und Beton kraftschlüssig zu verbinden. Aus der
DE 198 05 088 A1 ist
es bekannt, Wand- und Deckenelemente aus Beton, Kunststoff, Metall,
und Pappe im Materialmix so herzustellen, dass sie für den Selbstbauer
geeignet sind.
-
Aus
der
DE 202 10 714
U1 ist es bekannt, Holz-Beton-Verbundelemente mit integrierten
Klimaelementen herzustellen.
-
Aus
der
EP 0 826 841 A1 ist
es bekannt, ein Modulhaus aus vorgefertigten Stahlblechen so zu
erstellen, dass ein dauerhafter Witterungsschutz vorliegt.
-
Aus
der
DE 298 03 323
U1 ist es bekannt, modulare Holzhäuser montagefreundlich herzustellen.
-
Nachteile
der Holzbauweise in Gebäuden bestehen
in der Brandbelastung sowie in der zu geringen Speichermasse des
Holzes. Diese fehlende Speichermasse führt zu einem schlechten sommerlichen
Wärmeschutz.
-
Nachteile
der Mauerwerksbauweise sind der hohe Lohnaufwand bei der Erstellung
der Gebäude sowie
die zu geringe Wärmedämmung dieser
Bausysteme. Hier gehen dem Nutzer kostbare Energiekosten Jahr für Jahr verloren.
-
Nachteile
bei der Stahlbauweise liegen in den schlechten Wärmedämmeigenschaften des Stahles
und den dadurch erforderlichen konstruktiven Lösungsansätzen Kältebrücken zu vermeiden.
-
Aufgrund
der umfangreichen Anforderungen an ein Bauwerk/Gebäude hinsichtlich,
Standsicherheit, Behaglichkeit, Schallschutz, Wärmeschutz, Feuchteschutz, Brandschutz
sowie kurze Bauzeiten, stoßen
herkömmlich
Bauweisen an ihre Grenzen. Insbesondere die hohen Anforderungen
aus dem Wunsch Energie zu sparen in Verbindung mit den zunehmenden
Herausforderungen von hohen Belastungsereignissen, wie z.B. Erdbeben
und Wirbelstürmen
wächst
weltweit der Wunsch nach alternativen Bauwerken/Gebäuden, die
diesen Herausforderungen gerecht werden.
-
Der
Erfindung liegt das Ziel zu Grunde, durch die zumindest teilweise
Verwendung von zumindest teilweise vorgefertigten Holz-Beton-Verbundelementen
als Wände,
Decken, Böden,
Stützen,
Träger, Platten,
Scheiben, Fundamente, Unterzüge
und/oder Dächer
etc., bei Bedarf in Verbindung mit weiteren dämmenden und/oder verkleidenden
Materialien ein Bauwerk bzw. ein Gebäude zu schaffen, das die zuvor
genannten Aufgaben erfüllt.
-
Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere
dadurch, dass bei dem Bauwerken, die Einzelbauteile zumindest teilweise
aus Holz-Beton Verbundelementen bestehen, die bei Bedarf entsprechende
weitere dämmende
und/oder verkleidende Materialen aufweisen.
-
Überraschend
hat sich gezeigt, dass die Holz-Beton-Verbundelemente eine den Anforderungen
entsprechend effiziente Konstruktion für Wände, Decken, Böden, Stützen, Träger, Platten,
Scheiben, Fundamente, Unterzüge
und/oder Dächer
bietet. Hinsichtlich der Tragfähigkeit
teilen sich die Materialien basierend auf der Verbundwirkung die
Kräfte bzw.
Beanspruchungen entsprechend ihren Steifigkeitsverhältnissen
auf. Des Weiteren liefert der Materialmix je nach Anordnung deutliche
Vorteile im Schallschutz, Wärmeschutz,
Feuchteschutz und Brandschutz. Durch die Möglichkeit der Vorfertigung entstehen
darüber
hinaus Bauelemente, die sich mühelos
auf der Baustelle montieren fassen.
-
Gebäudehülle
-
Eine
erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Gebäudehülle (Dach-,
Dachdecken-, Wand und/oder Bodenelemente) besteht aus einer dünnen Betonplatte,
auf der außenseitig
(einseitig) Holzquerschnitte im Verbund angeordnet werden. In diesem
Ausführungsfall übernimmt
bei Außendruck
die im Beton eingelegte Stahlbewehrung die Biegezugkräfte während dem
Holzquerschnitt die Biegedruckkräfte
zugewiesen werden. Es hat sich überraschend
gezeigt, dass durch diese Anordnung erhebliche Verbesserungen in
der Bauphysik und Statik erzielt werden. Zunächst gilt festzustellen, dass
die innenliegende Betonplatte als Wärmespeicher, Dampfbremse, Installationsebene,
Brandbarriere und/oder Scheibenausbildung dient. Darüber hinaus
bietet eine Sichtbetonqualität
eine fertige Oberfläche,
die auch bei Bedarf z.B. durch eine Tapete verkleidet werden kann. Gleichzeitig
dienen die Zwischenräume
der außenseitigen
Holzquerschnitte als Dämm-,
Installations-, und/oder Kraftkopplungsebene. Für die Dachelemente bedeutet
dies beispielhaft auch, dass diese auf herkömmliche Weise mit Dachziegeln
eingedeckt werden können
und somit optisch kein Unterschied zu herkömmlichen Dächern besteht.
-
Für die Wandelemente
bedeutet dies, dass die vorhandenen Holzquerschnitte außenseitig
auf konventionelle Weise mit einer Holzfassade bzw. Putzfassade
ausgebildet werden können.
-
Eine
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Gebäudehülle (Dach-,
Dachdecken-, Wand und/oder Bodenelemente) besteht aus einer dünnen Betonplatte,
auf der innenseitig (einseitig) Holzquerschnitte im Verbund angeordnet
werden. In diesem Ausführungsfall übernimmt
bei Außendruck,
der Beton die Biegedruckkräfte
während
dem Holzquerschnitt die Biegezugkräfte zugewiesen werden. Es hat
sich überraschend
gezeigt, dass durch diese Anordnung ebenfalls erhebliche Verbesserungen
in der Bauphysik und Statik erzielt werden. Zunächst gilt festzustellen, dass
die außenliegende
Betonplatte als Wärmespeicher,
Dampfbremse (für
tropische Klimas), Installationsebene und/oder Brandbarriere dient.
Völlig überraschend
liefert diese Ausgestaltung der Erfindung allerdings auch eine äußerst steife
und stabile „Außenhaut", die jeglichen Extrembelastungen,
wie z.B. Erdbeben und/oder Wirbelstürmen (Hurricanes, Tyfons) widerstehen.
Gleichzeitig dienen die Zwsichenräume der innenseitigen Holzquerschnitte
als Dämmebene
sowie als Konstruktionsoberfläche
auf der weitere verkleidende Materialien, wie z.B. Holzschalung,
Gipskartonplatten, Spanplatten, Tapeten, Putze aufgebracht werden
können.
-
Eine
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
der Gebäudehülle besteht
darin, die Bauelemente für
speziell geforderte Bedürfnisse
der Kunden in ihrer Anordnung so zu kombinieren, dass zum Teil die
Betonplatten innen und zum Teil außen angeordnet sind. Somit
würde dies
eine Kombination der beiden zuvor genannten Absätze sein.
-
Als
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen
der Dach-, Decken-, Wand- und/oder
Bodenelemente sind die Versionen zu sehen, wo eine dünne Betonplatte
im Verbund (d.h. kraftschlüssig
verbunden) von beiden Seiten (d.h. oberseitig und unterseitig bzw.
außenseitig
und innenseitig) mit mindestens einem Holzquerschnitt versehen sind.
Somit können
zumindest in einer der beiden Ebenen zwischen den Holzquerschnitten
(d.h. bei Bedarf natürlich
auch beidseitig) Dämmungen,
Installationen, Verbindungskopplungen und/oder Feuchtigkeitssperren
eingelegt werden. Diese erfindungsgemäßen Ausführungen tiefem durch die beidseitige
Verbundwirkung äußerst stabile
und tragfähige
Bauteile mit integrierten Wärmedämmeigenschaften
und Kraftkopplungsmechanismen.
-
Als
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen
der Dach-, Decken-, Wand- und/oder
Bodenelemente sind die Versionen zu sehen, wo zwei benachbarte dünne Betonplatten
im Verbund (d.h. kraftschlüssig
verbunden) mit mindestens einem dazwischen angeordneten Holzquerschnitt
versehen sind. In der Ebene des Holzquerschnittes können somit Dämmungen,
Installationen, Verbindungskopplungen und/oder Feuchtigkeitssperren
eingelegt werden. Diese erfindungsgemäßen Ausführungen liefern die beidseitige
Verbundwirkung äußerst stabile
und tragfähige
Bauteile mit integrierten Wärmedämmeigenschaften.
-
Überraschend
hat es sich gezeigt, dass die Bauwerke/Gebäude in vorgefertigten Holz-Beton-Verbundelementen äußerst kostengünstig hergestellt
werden können.
Zum einen ist hierfür
der effiziente Materialeinsatz von Holz und Beton zu sehen. In diesem
Fall wird durch das Holz der Stahlanteil beim herkömmlichen
Stahlbetonbau ersetzt. Darüber
hinaus erlaubt diese Bauweise im Vergleich zu herkömmlichen
Mauerwerks- bzw. Betongebäuden
eine erhebliche Gewichtsreduktion. Diese Gewichtsreduktion führt zu Kostenersparnis
in den Gebäudebauteilen
selbst sowie der Gründung.
Darüber
hinaus werden dadurch auch die Transport und Montagekosten (z. B.
Krankosten) reduziert.
-
Das
erfindungsgemäße Gebäude läst sich mit
den verschiedensten Verfahren herstellten. Ein bevorzugtes Verfahren
besteht darin, die Holz-Beton-Verbundelemente
als vorgefertigte Bauelemente im Werk herzustellen, um sie zu einem
späteren
Zeitpunkt auf der Baustelle als Fertigteile untereinander und mit
weiteren Bauteilen (z.B. Fundamente) zu verbinden.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Holzquerschnitte
und Betonquerschnitte jeweils als Fertigteile herzustellen, um sie
dann schon im Werk und/oder erst später auf der Baustelle zu einem
Holz-Beton-Verbundsystem schubfest miteinander zu verbinden.
-
Ein
weiteres bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Holzquerschnitte
und Betonquerschnitte im Verbund zumindest als Halbfertigteil zu
erstellen, um sie dann schon im Werk und/oder erst später auf
der Baustelle mit entsprechendem Ortbeton zu vervollständigen.
-
Materialien
-
Die
Betonquerschnitte der erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauteile
werden beispielhaft aus Einzelelementen in Form eines Balkens, einer Stütze, eines
I-Binders, eines
Fachwerkträger,
einer Platte oder einer Scheibe erstellt oder einer beliebigen Kombination
der vorgenannten Einzelelemente in Form von mehrteilig zusammengesetzten
Querschnittsformen, wie z.B. TT-Träger, I-Trägern, T-Träger, Kastenträger, Stegplatien, π-Platten
erstellt. Der Betonquerschnitt kann als Normalbeton, Gasbeton, Leichtbeton
(auch mit nicht mineralischen Zuschläge , wie z. B. Kunststoffe,
Styropor, Holz), hochfester Beton Spannbeton, Verbundbeton, Estrichbeton, Leichtbeton,
Porenbeton und/oder Asphaltbeton mit entsprechenden Bewehrungsstäben, -matten und/oder
fasern aus Metall und/oder Kunststoff als Ortbeton oder Fertigteil
bzw. Teilfertigteil hergestellt werden. Die Dicke des Betonquerschnitts
reicht dabei von min 40 bis 500 mm: Beispielsweise sind in einer
Gebäudeanwendung
besonders vorteilhaft Dicken einer Betonplatte bzw. -scheibe von
70 bis 160 mm gegeben, je nach dem ob es sich um ein Wand-, Dach-
oder Deckenbauteil handelt. Dahingegen ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Holz-Beton-Verbundbauweise
im Brückenbau
bzw. Parkhausbau auf Betonteildicken angewiesen, die auch weit über die
160 mm hinausgehen können.
-
Die
Holzquerschnitte der erfindungsgemäßen Holz-Beton Verbundbauteile
werden beispielhaft aus Einzelelementen in Form eines Balkens, einer Bohle,
einem Brett, eines Kantholzes, eines I-Trägers, eines Leiterträgers, eines
Fachwerkträger,
eines Dreieckstrebenträgers,
einer Platte oder einer Schalung erstellt und/oder einer beliebigen
Kombination der vorgenannten Einzelelemente in Form von mehrteilig zusammengesetzten
Querschnittsformen, wie z.B. Fachwerkträgern, Dreieckstrebenträgern, I-Trägern, T-Träger, Kastenträger, Stegplatten
erstellt werden. Dabei bestehen die Holzbauteile aus gewachsenem
Vollholz, Holzwerkstoffen und/oder Holzverbundwerkstoffen. Um die
Vielfalt der sich daraus ergebenden Varianten der Holzverwendung
ansatzweise zu verdeutlichen werden nachfolgend einige wenige aufgeführt: Vollholz,
Nadelholz, Laubholz, Brettschichtholz, Brettstapelholz, Brettlagenholz, Furnierschichtholz,
Furnierstreifenholz, Spanholz, Duo-, Triobalken Zementgebundene
Spanplatten, Spanplatten, Mehrschichtplatten, OSB-Platten, Kunststoff-Holzverbundbauplatten,
kreuzverleimte Brettplatten, kreuzweiseverleimte Brettlagen etc. Hierbei
ist die gesamte Querschnittsvielfalt bei Stabquerschnitten ab 20/20
mm und bei Plattendicken ab 6 mm denkbar.
-
Verbindung
der Holz-Beton Verbundbauteile
-
Die
Verbindung der Holz-Beton-Verbundbauteile kann über Holz zu Holz, Holz zu Beton
und/oder Beton zu Beton erfolgen. Als Verbindungsmittel sind geometrischer
Formschluss, Verklebung und/oder mechanische Verbindungsmittel denkbar,
die durch die entsprechenden Normen, z.B. DIN 1052, DIN 18800, DIN
1045 bzw. die einschlägige
Fachliteratur als Stand der Technik geregelt sind. Ergänzend hierzu
werden auf die nachfolgenden Zeichnungen/Figuren verwiesen, die
entsprechende weitere erfindungsgemäße Ausführungen dieser Artenvielfalt
geben sollen. Völlig überraschend
hat sich gezeigt, dass einige Verbindungselemente als Metallformteile durch
die erfindungsgemäße Formwahl
in der Lage sind die Funktion der Scheibenbildung, Verankerung, Elementkopplung,
Krananhängung
und/oder Eckverschraubung zu liefern. Für eine leistungsfähige Krafteinleitung
in die Betonbauteile sind hier entsprechende Anschlussbewehrungen
in den Betonquerschnitten erforderlich.
-
Verbindung
der Holz- und Betonquerschnitte
-
Die
Verbundwirkung der Holz- und Betonquerschnitte kann über eine
Vielzahl von bekannten Verbindungsmitteln erfolgen. Diese reichen
von der Methode des geometrischen Formschlusses (Kerbe, Zapfen,
Versatz, Verzahnung, Vertiefung) über die Klebeverbindung (Holz-Betonverklebung,
Ein- bzw. aufgeklebte Formteile aus Stahl und/oder Kunststoff) bis
hin zu den mechanischen Verbindungsmitteln (Schrauben, Nägel, Bolzen,
Klammern, Nagelplatten, jegliche Stahlformteile nach Norm bzw. dem
Stand der Technik). Als bevorzugte Verbindungsart hat sich allerdings
die Variante der eingeklebten Metallformteile erwiesen, da hierdurch
eine effiziente und leistungsfähige
Verbundwirkung erreicht wird. Weitere Informationen könne hierzu
der Allgemein Bauaufsichtlichen Zulassung des DIBT mit der Zulassungsnummer
Z-9.1-557 entnommen werden.
-
1,2,3 Die 1 bis 3 beschreiben
drei bevorzugte Ausführungsprinzipien
der erfindungsgemäßen Gebäudeteile.
Hier werden jeweils Betonquerschnitte (101,201,202,301)
in Verbundwirkung mit Holzquerschnitten (110,210,310,311)
dargestellt. Als Verbindungsmittel zwischen den Betonquerschnitten
(101,201,202,301) und den entsprechenden
Holzquerschnitten (110,210,310,311)
werden beispielhaft Flächenverklebungen
(320), Schraubenanordnungen (221), eingeklebte
Metallformteile (122) und geometrische Verzahnungen (321,322)
dargestellt.
-
1 zeigt
ein Bauelement (100) mit einer Betonplatte (101)
und beispielsweise 2 einseitig angeschlossenen Holzquerschnitten
(110). Die Verbundwirkung zwischen Holz und Beton wird
beispielsweise durch eingeklebte Metallformteile (122) gewährleistet.
Zwischen den Holzquerschnitten (hier als Sparren dargestellt) wird
beispielsweise mineralische Dämmung
(130) in Form von Steinwolle (131) eingelegt.
Auf den Holzquerschnitten (110) ist eine Holzweichfaserplatte
(111) aufgeschraubt, die einen geometrischen Abschluss
liefert und beispielsweise gleichzeitig den Putzträger darstellt.
In der Betonplatte (101) sind Installationen (140)
beispielsweise in Form von Elektrokabeln (141) eingelegt.
-
2 zeigt
ein Bauelement (200) mit zwei Betonplatten (201,202)
und beispielsweise 2 innenliegenden Holzquerschnitten (210).
Die Verbundwirkung zwischen Holz und Beton wird beispielsweise auf
der oberen Seite durch Schrauben (221) und auf der unteren
Seite durch Nagelplatten (224) erzeugt. Zwischen den Holzquerschnitten
(hier als Balken dargestellt) wird beispielsweise nicht mineralische Dämmung (230)
in Form von Cellulosepartikel (Hersteller: Isofloc) (231)
eingefüllt.
In der unteren Betonplatte (202) sind Installationen (240)
beispielsweise in Form von Heizelementen (241) integriert.
-
3 zeigt
ein Bauelement (300) mit einer Betonplatte (301)
und beispielsweise je 2 beidseitig angeordneten Holzquerschnitten
(310, 311). Die Verbundwirkung zwischen Holz (310, 311)
und Beton (301) wird oberseitig beispielsweise durch Flächenklebung
(320) und unterseitig beispielsweise durch geometrische
Verzahnung (321) in Form von örtlichen Holzausfräsungen (322)
gewährleistet.
Zwischen den Holzquerschnitten (hier als Kanthölzer dargestellt) werden oberseitig
werkseitig Kunststoffschäume
als PUR-Schaum (330) eingespritzt, während im unteren Bereich zwischen
den Holzquerschnitten auf der Baustelle Dämmplatten (331) ausgelegt
werden. In der unteren Dämmebene
(330) werden Installationen (350) in Form von
Wasser- und Elektroleitungen eingelegt. Der innere Raumabschluss
ist in diesem Fall durch eine Gipskartonplatte (360) gegeben,
die einseitig an eine Dampfsperre (361) angrenzt. Der äußere Bauteilabschluss wird
hier durch eine zementgebundene Spanplatte (362) erzeugt,
der gleichzeitig als Putzträger
wirkt.
-
4 zeigt
beispielhaft eine erfindungsgemäße kombinierte
Auflagersituation (440) eines Holz-Beton-Verbundbauteils
(400), indem die Belastungen teilweise über den Holzquerschnitt (410)
sowie den Betonquerschnitt (420) abgetragen werden. Die
stirnseitige Lasteinleitung (430) erfolgt hier beispielhaft über mindestens
eins, ins Hirnholz eingeschlitzte sowie eingeklebte gelochte Stahlblech (431).
Die Verbundwirkung wird in diesem Fall über entsprechend eingeschlitzte
sowie eingeklebte Streckmetalle (432, 433) geliefert.
Sofern die Auflagersituation (440) entfernt wird, ist in 4 eine
weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung
enthalten. In diesem Fall wirkt der Stahlbetonteilquerschnitt (421) als
deckengleicher Unterzug für die
beidseitig – über die
stirnseitige Lasteinleitung (430,431) – angeschlossenen
Holz-Beton-Berbundquerschnitte (410).
-
5 zeigt
eine Anschlusssituation (540), wo die Belastung des Holz-Beton-Verbundbauteifs (500)
ausschließlich über den
Betonquerschnitt (520) übertragen
wird. Die Lasteinleitung kann wahlweise unterseitig (541),
stirnseitig (542) oder in Kombination des vorgenannten
erfolgen. Eine entsprechende Aufhängung (530) in Form
einer beidseitig auf den Holzquerschnitt eingepresste und aufgeklebte
Nagelplatte (531) erlaubt in diesem Beispiel eine Kraftweiterleitung
von dem Holzquerschnitt (510) in den Betonquerschnitt (520).
-
6 zeigt
eine Anschlusssituation (640), wo die Belastung des Holz-Beton-Verbundbauteils (600)
ausschließlich über den
Holzquerschnitt (610) erfolgt. Die Lasteinleitung kann
wahlweise unterseitig (641), stirnseitig (642)
oder in Kombination des Vorgenannten erfolgen. Eine entsprechende
Kraftkopplung (630) in Form eines ins Holz eingeklebten
Bewehrungsstahls (630) erlaubt in diesem Beispiel am Ende
des Betonquerschnitts (620) eine Kraftweiterleitung mit
dem Holzquerschnitt (610).
-
7 zeigt
den Schnitt durch die Außenhülle eines
Gebäudes
(700), in der die gesamten tragenden Bauteile als vorgefertigte
Holz-Beton-Verbundbauteile (701, 702, 703, 760, 770)
ausgebildet wurden. Hier sind in den Wänden (701, 702)
und dem Dach (703) die Betonquerschnitte (711, 712, 713)
als Platten bzw. Scheiben auf der Innenseite angeordnet. Die Zwischenräume der
außenliegenden
Holzquerschnitte (721, 722, 723) werden
hier mit nicht mineralischem Dämmmaterial
(731, 732, 733) auf der Baustelle ausgefüllt und
erzeugen somit eine durchlaufende fugenlose Dämmebene. Die Holzquerschnitte
in den Wänden
(721, 722) wurden hier als Leiterträger (741, 742)
gewählt,
um eine Wärmebrücke innerhalb
der Holzquerschnitte (721, 722) zu vermeiden.
Die Wände
(701, 702) schließen mit außenliegenden Holzweichfaserplatten
(750) ab, die gleichzeitig als Putzträger dienen. Die Holzquerschnitte (723)
im Dach (703) werden hier als Sparren (724) in herkömmlicher
Form gewählt,
um eine erhöhte
Tragfähigkeit
des Daches (703) zu liefern und das äußere Erscheinungsbild eines „normalen
Daches" zu gewährleisten.
Im Dachbereich (703) wurde eine Holzwerkstoffplatte (751)
aufgebracht, die durch Konterlattung, Lattung und Dachziegel ergänzt wird
(hier nicht dargestellt). Das untere Deckenelement (760) besteht
aus einer oberseitigen Betonplatte (761) an der hier beispielhaft
unterseitig Holzbalkenquerschnitte (762) im Verbund befestigt
sind. Die Lastabtragung erfolgt hier zum Teil über den Betonquerschnitt (761:Beton
zu Beton) und zum Teil über
den Holzquerschnitt (762:Holz zu Beton) über entsprechende
Aussparungen (763) in der wandseitigen Betonplatte (711)
in der die Holzbalkenquerschnitte (762) hineinragen. Die
im Holzquerschnitt (762) angeordneten Öffnungen (764) erlauben
das Verlegen von Installationen. Das obere Deckenelement (770) besteht
aus einer oberseitigen Betonplatte (771) an der hier beispielhaft
unterseitig ein Holzplattenquerschnitt (772) in Form von
kreuzweise verleimten Brettlagen (773) im Verbund befestigt
(nicht dargestellt) sind. Die Lastabtragung erfolgt hier ausschließlich über den
Betonquerschnitt (771:Beton zu Beton). Dies wird durch
ins Holz (772) eingeschlitzte sowie eingeklebte und im
Beton (771) verankerte Stahlformteile (774) ermöglich. Diese
vorbeschriebene Aufhängung
(771, 772, 774) ermöglicht erst den Holzquerschnitt
(772, 773) im Abstand zur Wand (775)
enden zu lassen, um somit eine Installationsebene (776)
zu erlauben. Der gesamte Ausbau (z. B. Sichtbeton, Tapete, Deckenheizung,
Wandheizung, Lüftung,
Klimaanlage, Schwimmender Estrich. Trockenstrich, Fliesen, Teppich
...) erfolgt nach den allgemein anerkannten Regeln der Baukunst
und ist hier nicht dargestellt.
-
8 zeigt
den Schnitt durch die Außenhülle eines
weiteren Holz-Beton-Verbundbauwerks
(800) indem die Wände
(801, 802), das Dach (803) und die untere
Decke (860) als Fertigteile auf die Baustelle geliefert
werden. Die obere Decke (870) wurde hier beispielhaft auf
der Baustelle vor Ort betoniert. Hier sind in den Wänden (801, 802)
und dem Dach (803) die Betonquerschnitte (811, 812, 813)
als Platten auf der Außenseite
angeordnet. Die Außenwand
kann beispielsweise als Sichtbeton ausgebildet werden oder durch
einen entsprechenden Anstrich bzw. Aufputz mit Anstrich abgeschlossen
werden. Die Zwischenräume
der innenliegenden Holzquerschnitte (821, 822, 823)
werden hier mit nicht mineralischem Dämmmaterial (831, 832, 833)
auf der Baustelle ausgefüllt
und erzeugen somit eine durchlaufende Dämmebene. Die Holzquerschnitte
(821, 822) in den Wänden (801, 802)
werden hier als I-Träger (824,825)
gewählt,
um eine Wärmebrücke innerhalb der
jeweiligen Holzquerschnitte (821, 822; Stichwort: Passivhaus)
zu vermeiden. Die Holzquerschnitte (823) im Dach (803)
werden hier als Bohle (826) gewählt, um eine erhöhte Tragfähigkeit
des Daches (803) zu liefern. Die Bohlensparren (826) durchdringen
die Betonscheibe (812) der Außenwand (802) und
liefern somit ein herkömmliches
Erscheinungsbild. Zwischen den vertikal verlaufenden Holzquerschnitten
(821, 822) der Außenwände (801, 802) können nach
Bedarf auch weitere, z.B. horizontal verlaufende Holzquerschnitte
(830) im Verbund eingebracht werden, um gegebenenfalls
Belastungsspitze abzudecken. Die Innenseite der Außenwände (801, 802)
und des Daches (803) schließen mit einer Dampfsperre (850:
hier sind bei Einzelstücken
die Fugen dicht zu schließen)
und zementgebundenen Holzspanplatten (840, 841, 842, 843, 844)
ab, die gleichzeitig als Tapetenträger dienen. Die Dachdeckung
erfolgt hier über
bituminöse
Dachabdichtungen (nicht dargestellt).
-
Das
untere Deckenelement (860) besteht aus einer oberseitigen
Betonplatte (861) an der hier beispielhaft unterseitig
Holzquerschnitte (862) als I-Träger (863) im Verbund
(nicht dargestellt) befestigt sind. Die Lastabtragung erfolgt hier
zum Teil über
den Betonquerschnitt (861:Beton zu Holz) und zum Teil über den
Holzquerschnitt (862 :Holz zu Holz) über einen Balkenschuh (865)
in den wandseitig verlaufenden Stirnbalken (831). Die im
Holzquerschnitt (862) angeordnete Öffnung (864) erlaubt
das Verlegen von Installationen.
-
Das
obere Deckenelement (870) besteht aus einer oberseitigen
Betonfertigteilplatte (871) die hier beispielhaft durch
nachträglichen
Betonverguss in entsprechenden Öffnungen/Aussparungen
im Werk und/oder auf der Baustelle mit dem unterseitig Holzplattenquerschnitt
(872j in Form von Brettstapeln (873) schubfest
(z.B. durch eingeklebte Kunststoffformteile: hier nicht dargestellt)
verbunden sind. Die Lastabtragung erfolgt hier ausschließlich über den Betonquerschnitt
(871:Beton zu Holz). Dies wird durch ins Holz eingeschraubte
und im Beton verankerte Stahlformteile (874: als T-Profil)
ermöglicht.
Die vorbeschriebene Aufhängung
(875) erlaubt auch den Holzquerschnitt (872) im
Abstand zur Wand (875) enden zu lassen, um somit einen
Installationskanal (876) zu erlauben. Der gesamte Innenausbau
(z. B. Sichtbeton, Tapete, Deckenheizung, Wandheizung, Lüftung, Klimaanlage,
Schwimmender Estrich. Trockenstrich, Fliesen, Teppich ...) erfolgt
nach den allgemein anerkannten Regeln der Baukunst und ist hier
nicht dargestellt.
-
9 zeigt
beispielhaft ein Bauwerk in denen die wesentlichen konstruktiven
Elemente in Holz-Beton Verbundbauweise erstellt sind. Das Dachelement
(910) sowie das Wandelement (920) sind hier als
innenliegende Betonplatte (911,921) mit kraftschlüssigem Verbund
zu den außenliegenden Holzbalken
(912,922) dargestellt. Zwischen den einzelnen
Holzquerschnitten (912,922) sind entsprechende
Dämmlagen
(913,923) eingelegt. Überraschenderweise hat sich
gezeigt, dass das Dachelement (910) sich auch ausgezeichnet
als Deckenelement (hier nicht dargestellt) eignet. In diesem Fall wäre die innenliegende
Betonplatte (911) vorzugsweise in Sichtbetonqualität auszuführen und
mit einer entsprechend höheren
Zugbewehrung (hier nicht dargestellt) ausgestattet. Darüber hinaus
könnten
in der Dämmlage
(913) zwischen den Holzquerschnitten (912) diverse
Installationen, wie Elektro-, Wasser-, Sanitär-, und/oder Lüftungsleitungen
(hier nicht dargestellt) verlegt werden. Die weiteren Ausbaustufen
des Fußbodenaufbaus,
wie z.B. Schwimmender Estrich, Trockenestrich, Fliesen, Teppich
entsprechen dem Stand der Technik und werden nicht weiter erläutert.
-
Das
Wandelement (930) im erdberührenden Bereich ist hier als
außenliegende
Betonplatte (931) mit kraftschlüssigem Verbund zu den innenliegenden Holzplatten
(932) dargestellt. Somit läst sich im Kontakt zum Erdreich
eine entsprechende Bauwerksabdichtung (hier nicht dargestellt) auf
der Betonplatte (931) realisieren. In einer weiteren nicht
dargestellten Version ist der Beton als wasserundurchlässiger Beton
ausgeführt
worden, sodass eine Bauwerksabdichtung nicht erforderlich würde.
-
Die
unterste Decke bzw. im weiteren Verlauf auch Bodenplatte (940)
ist als zweischaliges Holz-Beton-Verbundfertigteil ausgeführt. Sie
besteht aus 2 Betonplatten (941,942), die durch
dazwischenliegende Holzquerschnitte (943) in Verbundwirkung stehen
(vgl. z.B. 2). Die Holzquerschnitte (943) werden
hier vorzugsweise als Fachwerkträger
bzw. Dreieckstrebenträger
(Fachbegriffe aus dem Holzbau; hier nicht dargestellt) ausgeführt, um
bei hoher Tragfähigkeit
gleichzeitig eine hohe Wärmedämmung (Stichwort:
Reduktion der Wärmebrücke innerhalb
des Holzquerschnitttes – Passivbaus)
zu liefern. Zwischen den einzelnen Holzquerschnitten (943)
sowie in den Öffnungen
der Fachwerkträger
bzw. Dreieckstrebenträger
ist mineralische Dämmung
(944) eingelegt.
-
Die
darüber
liegende Decke (950) ist hier beispielhaft im Ortbetonverfahren
mit einer oberseitigen Betonplatte (951) und darunter verlaufenden Holzrippen
(952) in Holz-Beton-Verbundbauweise hergestellt.
Zur Spannweitenreduktion ist ein deckengleicher Stahlbetonunterzug
(955) im Verbund mit den seitlich angeschlossenen Holzrippen
(z.B. 952) ausgeführt
(vgl. z.B. 4). Die Holzrippen (952)
aus Brettschichtholz und die Betonquerschnitte (951, 955)
werden in Sichtqualität
erstellt. Eine weitere Ausgestaltung dieser Decke besteht in einer
viel späteren
Ausbaustufe, in der zwischen den einzelnen Holzquerschnitten (952)
Dämmung
(953) angeordnet wird. Als Deckenverkleidung wurde hier
eine Dreischichtplatte (954) gewählt, die in Sichtqualität auf die
Holzquerschnitte (952) aufgeschraubt wurde.
-
Der
aufsteigende Wandabschnitt bzw. Stützenquerschnitt (960)
ist als einschaliger Betonquerschnitt (961) mit beidseitigen
in Verbundwirkung angeordneten Kanthölzern (962,963)
aus Nadelholz dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführung sind die
gegenüberliegenden
Kanthölzer
(962,963) gegenüberliegend angeordnet. Dadurch
läst sich überraschenderweise
die Stabilisierung des dazwischenliegenden Betonquerschnitts (961)
steigern und dadurch die Tragfähigkeit
verbessern. Zwischen den Kanthölzern
(962,963) ist auf jeder Wandseite eine Dämmung (964)
mit anschließender
Gipskartonbeplankung (965) als Tapetenträger vorhanden.
Nicht dargestellt sind die Installationen in den jeweiligen Dämmebenen
(964). Der stützenartige Wandabschnitt
(960) dient hier als stützweitenreduzierendes
Element für
die darüber
liegende Holzbalkendecke des Dachbodens Die linke Außenwand (970)
ist als einschalige Betonplatte bzw. -scheibe (971) mit
beidseitigen in Verbundwirkung angeordneten Kanthölzern (972,973)
aus Nadelholz dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführung sind
die gegenüberliegenden
Kanthölzer
(972 u. 973) versetzt zueinander angeordnet. Dadurch
läst sich überraschenderweise
die Wärmedämmeigenschaft
des Gesamtaufbaus erhöhen
(keine durchlaufende Wärmebrücke durch
gegenüberliegende
Kanthölzer
gegeben; Stichwort: Passivhaus) und die Knicksicherheit der Betonplatte
(971) verbessern. Zwischen den Kanthölzern (972) ist auf
der Außenseite
der Wand (970) eine Dämmung
(976) mit anschließender
zementgebundenen Spanplatte (977) als Putzträger vorhanden.
An der Innenseite sind zwischen den Kanthölzern (973) Dämmplatten
(974) mit anschließender
Gipskartonplatte (975) als Tapetenträger ausgeführt. Nicht dargestellt sind
verschiedene Installationen (z.B. Elektroleitungen, Wasserleitungen)
in der innenliegenden Dämmebene
(974).
-
Das
linke Dachelement (980) ist hier als außenliegende Betonplatte (981)
mit innenliegenden Holzquerschnitt (982) als Holz-Beton-Verbundelement
dargestellt. Zwischen den einzelnen Holzquetschnitten (982)
sind entsprechende Dämmlagen (983)
eingelegt. Der innere Dachabschluss liefert eine Dampfsperre (984),
die zwischen Holzquerschnitt (982) und Holzschalung (985)
eingelegt wurde.
-
10 zeigt
beispielhaft einige Verbindungselemente, die für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Gegenstandes
bevorzugt eingesetzt werden. Durch entsprechende Betonanker (1010)
in Form von Verbundankern bzw. Spreizanker lassen sich zwei Einzelelemente
kraftschlüssig
miteinander verbinden.
-
Durch
aufgesetzte und verschraubte Flacheisen (1011) lassen sich
in Knotungspunkten mindestens 2 oder mehr Einzelelemente (Hier: 1030, 1032, 1034)
kraftschlüssig
verbinden. Darüber
hinaus sind aufgesetzte Winkeleisen (1012) in Verbindung
mit entsprechenden Klebeankern (hier nicht dargestellt) ebenfalls
für hohe
Kraftübertragungen geeignet.
Durch vorgefertigte Stahlformteile (1013,1014)
lassen sich in entsprechenden Aussparungen (1040,1041)
eingesetzt und mit den entsprechenden in den Betonquerschnitten
eingelegten Verankerungsplatten (1050, 1051, 1052, 1053, 1054, 1055)
erhebliche Belastungen punktuell einleiten und weiterleiten. Die
Kraftweiterleitung zwischen den Stahlformteilen (1013, 1014)
und den Verankerungsplatten (1050, 1051, 1052, 1053, 1054, 1055)
erfolgt vorzugsweise durch Schraubung, Klebung und/oder Schweißen. Die
Kraftweiterleitung von den Verankerungsplatten (1050, 1051, 1052, 1053, 1054, 1055)
in die jeweiligen Stahlbetonteile (1030, 1031, 1032, 1033, 1035)
erfolgt über
einbetonierte Bewehrungsstähle,
die mit den Verankerungsplatten (1050,1051,1052,1053, 1054,1055)
kraftschlüssig gekoppelt
sind.
-
Das
Stahlformteil (1013) dient beispielhaft zur Kopplung von
2 Wandelementen (1030, 1031). Zu diesem Zweck
wurde werkseitig das Verbindungsmittel als Stahlformteil (1013)
bereits an das Wandelement (1031) befestigt, so dass auf
der Baustelle lediglich die Verschraubung bzw. das Verschweißen mit
der Ankerplatte (1051) des Wandelements (1030) erforderlich
wurde. Das Stahlformteil (1013) wurde so konzipiert, dass
es auch als Montagehaken für das
Wandelement (1031) dient.
-
Das
Stahlformteil (1014) dient beispielhaft zur Kopplung von
zwei Wandelementen (1031, 1035) mit zwei Deckenelementen
(1032, 1033). Zu diesem Zweck wurde werkseitig
das Stahlformteil (1014) bereits an das Deckenelement (1032)
angeschlossen, so dass auf der Baustelle lediglich die Verschraubung mit
dem weiteren Deckenelement (1033) und den beiden Wandelementen
(1031,1035) erforderlich wurde. Das Stahlformteil
(1014) wurde so konzipiert, dass es auch als Montagehaken
für das
Deckenelement (1032) dient. Darüber hinaus weist das Stahlformteil
(1014) 4 Bohrungen (1060) auf, um eine Verschraubung
mit den Verankerungsplatten (1052, 1053, 1054, 1055)
zu liefern. Eine weitere Anwendung besteht darin das Stahlformteil
(1014) mit den benachbarten Ankerplatten (1052, 1053, 1054, 1055) zu
verschweißen.
-
Eine
weitere beispielhafte Verbindungstechnik besteht in dem bauseitigen
Vergießen
von entsprechenden Vergusstaschen (1070) in den einzelnen
Betonquerschnitten. 10 zeigt beispielhaft wie 5
Betonquerschnitte (1030, 1031, 1032, 1034, 1035)
durch entsprechende Aussparungen (1071, 1072, 1073)
mit nachträglichem
Verguss kraft- und formschlüssig miteinander
Verbunden werden können.
Zu diesem Zweck ragen aus den einzelnen Betonquerschnitten (1030, 1031, 1032, 1034, 1035)
Bewehrungseisen (1080, 1081, 1082, 1083, 1084)
heraus, die auf der Baustelle durch entsprechende Bewehrungszulagen
(hier nicht dargestellt) untereinander gekoppelt werden und mit
entsprechendem schnellabbindendem Betongemisch vergossen werden.
-
Eine
weitere Verbindungstechnik besteht in der Flächenverkleben (1090)
von mindestens einer Verbundfläche
zwischen den Holzquerschnitten und/oder Betonquerschnitten untereinander
bzw. miteinander. Eine beispielhafte Ausgestaltung dieser Verbindungstechnik
besteht in der Flächenverklebung
bzw. Mörtelbett
(1090) der Betonquerschnitte (1031, 1032, 1033)
miteinander.
-
Eine
weitere Verbindungsform besteht in der Kopplung der Holzbauteile.
Hier sind jegliche Ausführungsformen
der einschlägigen
Normen sowie dem entsprechenden Stand der Technik möglich.
-
Darüber hinaus
ist es auch möglich
den Betonquerschnitt (1030) durch einen Holzquerschnitt
in Form einer Holzwerksioffplatte (1030') zu ersetzten. In diesem Fall
wäre es
möglich
das Stahlformteil (1013) direkt an die Holzwerkstoffplatte
(1030')
anzuschrauben. Es wäre
allerdings auch denkbar die Verankerungsplatte (1051) kraftschlüssig durch
Verschraubung und/oder Verklebung mit dem Holzquerschnitt (1030'') zu verbinden und so eine herkömmliche
Verschraubung des Stahlformteils (1013) mit der Ankerplatte
(1051) zu ermöglichen.
Darüber
hinaus wäre
es in diesem Fall möglich
das Bewehrungseisen (1080) in die Holzwerkstoffplatte (1030') einzukleben.
Dadurch könnte
der Holzquerschnitt (1030') mit
dem Verguss der Vergusstasche (1070) form- und kraftschlüssig mit
den Betonquerschnitten (1031, 1032, 1034, 1035)
verbunden werden.
-
11 zeigt
beispielhaft ein Einzelbauteil, das aus einem vorgefertigten Holzquerschnitt
(1110) beispielhaft als Dreieckstrebenbinder (1111)
und einem vorgefertigten Betonquerschnitt (1120) besteht. Der
vorgefertigte Betonquerschnitt (1120) weist mindestens
eine Öffnung
(1140) auf, die eine Verbundwirkung zum Holzquerschnitt
(1110) ermöglicht.
In dem Holzquerschnitt (1110) ist mindestens ein Verbindungsmittel
(1130) durch Klebetechnik fixiert, das in die Öffnung (1140)
des vorgefertigten Betonquerschnitts hineinragt. Der Verguss (1141)
der Öffnung (1140)
zu einem beliebigen Zeitpunkt im Werk, beim Transport bzw. auf der
Baustelle erzeugt dann die gewünschte
Verbundwirkung zwischen dem Holzquerschnitt (1110) und
dem Betonquerschnitt (1120). Überraschend hat es sich gezeigt,
dass sich durch eine weitere mögliche
Flächenverklebung
(1150) mindestens einer Berührungsfläche der Holzquerschnitte (1110)
und Betonquerschnitte (1120) eine erhebliche Laststeigerung
erzielen läst.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (hier nicht dargestellt)
ist es vorgesehen, dass die vorgenannten Verbindungsvarianten (1130,1150)
als Einzelansatz ausgeführt
werden. Das inmittenstehende Holz-Beton-Verbundelement kann beispielhaft als
Brücke, Decke,
Wand, Stütze,
Dach, Träger
eingesetzt werden.