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Die Erfindung betrifft ein Betonfertigteil mit mindestens einem eine Last aufnehmenden Bauteil gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Betonfertigteile der genannten Art stellen bei Bauwerken einen wichtigen Teil der Tragkonstruktion dar, beispielsweise als Fertigteilstütze, Wandelement, Deckenelement, Podest und dergleichen. Die an diese Betonfertigteile anzuschließenden Bauteile, wie zum Beispiel Konsolen, Stürze, Podeste, Decken, Treppen etc. sind mit Lasten beaufschlagt, die sie aufnehmen zur weiteren Lastabtragung in das Betonfertigteil eintragen. Aufgrund der Lastkonzentration im Übergangsbereich vom Bauteil zum Betonfertigteil kommt der konstruktiven Ausgestaltung des Anschlussbereichs große Bedeutung zu. Ein Versagen des Bauteilanschlusses kommt einem Versagen des Betonfertigteils gleich.
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Bei Betonstützen mit einer Konsole als lastaufnehmendes Bauteil hat es sich bewährt, Betonstützen und Konsole in monolithischer Bauweise herzustellen. Dabei werden Betonstützen und Konsole innerhalb einer entsprechend geformten Schalung ohne Ausbildung einer Fuge als Einheit betoniert. Durch geeignete Verlegung der Bewehrung und ausreichende Dimensionierung der Betonquerschnitte ist gewährleistet, dass die auf die Konsole einwirkenden Lasten sicher in die Betonstützen eingeleitet werden. Die monolithische Bauweise bringt jedoch aufgrund des damit verbundenen Mehraufwands bei den Schalarbeiten wirtschaftliche Nachteile mit sich.
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Für eine wirtschaftlichere Fertigung ist man daher auch schon dazu übergegangen, die Stütze als Betonfertigteil herzustellen, wobei durch Integration eines Anschlusselements in das Betonfertigteil ein nachträgliches Anbetonieren der Konsole in Ortbetonbauweise ermöglicht wird. Die Schalung für das Betonfertigteil besteht bei dieser Vorgehensweise im Wesentlichen aus durchgehenden planen Flächen, an denen das Anschlusselement vor dem Betonieren im Bereich der späteren Konsole befestigt wird. Nach dem Ausschalen wird die Anschlussbewehrung des Anschlusselements in die bestimmungsgemäße Lage gebracht und anschließend die Konsole geschalt und anbetoniert. Durch die Verringerung des Schalaufwands im Bereich der Stütze wird damit eine erste Verbesserung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit erzielt, der mit dem nachträglichen Anbetonieren der Konsole verbundene Aufwand ist aber nach wie vor beachtlich.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, den Anschluss eines lastaufnehmenden Bauteils an ein Betonfertigteil derart weiter zu entwickeln, dass dieser sowohl statischen als auch wirtschaftlichen Erfordernissen gerecht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Betonfertigteil mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass sowohl das Betonfertigteil als auch das lastaufnehmende Bauteil unabhängig voneinander vorgefertigt und nach ausreichender Erhärtung unter Bildung einer Anschlussfuge zusammengefügt werden. Um die Kraftüberleitung von dem Bauteil in das Betonfertigteil zu gewährleisten, sind in der Anschlussfuge Anschlussmittel vorgesehen, die einen sicheren und definierten Kraftfluss bestimmen. Neben einem oder mehreren Zugstäben zur Zugkraftübertragung im Anschlussbereich umfassen die Anschlussmittel zusätzlich querkraftübertragende Erhebungen und Vertiefungen, die aufgrund ihrer komplementären Formgebung eine formschlüssige Verzahnung im Bereich der Anschlussfuge bewirken. Auf diese Weise gelingt es der Erfindung, den wirtschaftlichen Nutzen vorgefertigter Betonteile auch bei statisch hoch belasteten Betonfertigteilen zu erzielen.
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Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die die Erhebungen bildenden Bereiche und die die Vertiefungen bildenden Bereiche unterschiedliche Festigkeiten aufweisen, wobei insbesondere die Erhebungen eine größere Festigkeit besitzen als die Vertiefungen. Beispielsweise können Bereiche höherer Festigkeit eine Druckfestigkeit von mindestens 100 N/mm2 besitzen, vorzugsweise mindestens 150 N/mm2. Bei einer Überschreitung der zulässigen Lasten kommt es infolgedessen zu einer Verformung der Bereiche mit geringerer Festigkeit. Ein Versagen des Anschlussbereichs kündigt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung durch wahrnehmbare Formänderungen an, so dass rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergriffen werden können.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Anschlussmittel eine Anschlussplatte, deren Vorderseite und Rückseite komplementär zu den Erhebungen und/oder Vertiefungen ausgebildet sind. Die Anschlussplatte wird in der Anschlussfuge formschlüssig zwischen dem Betonfertigteil und dem mindestens einen Bauteil angeordnet und überträgt dabei die Kräfte vom Bauteil in das Betonfertigteil. Die Anschlussplatte ist ebenfalls ein vorgefertigtes Teil und kann in Weiterbildung des oben erwähnten Gedankens eine höhere Festigkeit aufweisen als das Betonfertigteil und/oder das Bauteil. Beispielsweise kann die Anschlussplatte aus hochfestem oder ultra-hochfestem Beton bestehen, der zudem mit Fasern bewehrt sein kann, wodurch sich die geschilderten Vorteile ergeben. Da bei dieser Ausführungsform die Erhebungen ausschließlich in der Anschlussplatte angeordnet sind, verringert sich der Schalaufwand nicht nur beim Betonfertigteil, sondern auch beim anzuschließenden Bauteil.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Zur Erleichterung des Verständnisses werden für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele gleichlautende Bezugszeichen verwendet. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich - ohne sich darauf einzuschränken - auf ein Betonfertigteil in Form einer Fertigteilstütze, an die als lastaufnehmendes Bauteil eine Konsole angeschlossen ist. Im Rahmen der Erfindung liegen ebenso Betonfertigteile, die von einer Wandscheibe, einem Podest, einer Decke etc. gebildet sind, an die ein Sturz, eine Decke, eine Treppe oder dergleichen als lastaufnehmendes Bauteil anschließt.
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Es zeigt
- 1 eine Schrägansicht auf ein erfindungsgemäßes Betonfertigteil in Form einer Stütze,
- 2 einen Ausschnitt von 1 im Bereich der Konsole in teiltransparenter Darstellung,
- 3 eine Schrägansicht auf den Anschlussbereich des in 1 dargestellten Betonfertigteils,
- 4 eine Ansicht auf die Vorderseite eines Stahlblechs zur Formung des Anschlussbereichs des in den 1 und 3 dargestellten Betonfertigteils,
- 5 eine Schrägansicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konsole,
- 6 einen Vertikalschnitt durch den Anschlussbereich der in 5 gezeigten Konsole an ein Betonfertigteil ohne Stahlblech,
- 7 einen Vertikalschnitt durch den Anschlussbereich der in 5 gezeigten Konsole mit Stahlblech,
- 8 eine Schrägansicht auf eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konsole mit Anschlussplatte,
- 9a eine Ansicht auf die Vorderseite einer Anschlussplatte,
- 9b eine Ansicht auf die Rückseite der in 9a gezeigten Anschlussplatte,
- 10 einen Vertikalschnitt durch den Anschlussbereich der in 8 gezeigten Konsole ohne Stahlblech, und
- 11 einen Vertikalschnitt durch den Anschlussbereich der in 8 gezeigten Konsole mit Stahlblech.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Betonfertigteil 1 in Form einer Stütze gezeigt, die mit ihrem unteren Ende fest im Untergrund verankert ist, beispielsweise in einem nicht dargestellten Köcherfundament. An einer Seite des Betonfertigteils 1 ist eine ebenfalls aus Beton vorgefertigte Konsole 2 befestigt, die zur Lagerung weiterer Bauteile wie zum Beispiel Querträger, Längsträger und dergleichen bestimmt ist. Ein Betonfertigteil 1 kann gegebenenfalls mehrere Konsolen 2 an einer oder mehreren Seiten und in unterschiedlichen Höhen aufweisen. Die Konsole 2 nimmt die aus den weiteren Bauteilen kommenden, durch den Pfeil 3 verkörperten Lasten auf und leitet diese in das Betonfertigteil 1 ein. Die Art des Anschlusses der Konsole 2 muss dabei derart beschaffen sein, dass ein sicherer Kraftfluss über die Anschlussfuge 4 zwischen Betonfertigteil 1 und Konsole 2 hinweg gewährleistet ist.
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2 zeigt die Konsole 2 in transparenter Darstellung, so dass die wesentlichen Elemente zur Kraftübertragung sichtbar werden. Im Bereich der Zugzone der Anschlussfuge 4 sieht man vier Zugstäbe 5, die bis zur Anschlussfuge 4 in Hüllrohren 6 geführt sind und deren freie Enden in Nischen an der Konsolstirnseite 7 verankert sind. Vorzugsweise sind die Nischen mit einem Pfropfen oder einer erhärtenden Füllmasse verschlossen. Die gegenüberliegenden Enden der Zugstäbe 5 sind mit einer im Betonfertigteil 1 vorhandenen Zugbewehrung kraftschlüssig gekoppelt, worauf später eingegangen wird (vgl. 6, 7, 10, 11). Der Druckbereich der Anschlussfuge 4 wird von einer Vielzahl komplementär geformter Vertiefungen 8 und Erhebungen 9 gebildet, die formschlüssig ineinandergreifen und in ihrem Zusammenwirken Querkräfte übertragen, was nachfolgend genauer beschrieben ist.
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3 gibt die nähere Ausgestaltung des betonfertigteilseitigen Teils des Anschlussbereichs 17 wieder. Dieser Bereich wird bereits beim Betonieren des Betonfertigteils 1 hergestellt, indem ein Stahlblech 10, wie es beispielsweise in 4 dargestellt ist, in vorbestimmter Lage an der Innenseite der Schalung nach Art eines Einbauteils befestigt wird.
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Wie aus 4 ersichtlich besitzt das Stahlblech 10 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Vorderseite 11 und Rückseite 12. Die Dicke des Stahlblechs 10 beträgt beispielsweise etwa 2 mm bis 5 mm. Im oberen der Zugzone der Anschlussfuge 4 zugeordneten Bereich sind kreisförmige Öffnungen 13 zur Durchführung der Zugstäbe 5 vorgesehen. Vorzugsweise ist an der Vorderseite 11 des Stahlblechs 10 über jeder Öffnung 13 eine mit der Öffnung 13 fluchtende Schraubmuffe 14 mit eingeschraubtem Ankerstab 15 (vgl. 6, 7, 10, 11) befestigt, so dass mit dem Einbauen des so vorbereiteten Stahlblechs 10 gleichzeitig die betonfertigteilseitige Zugbewehrung im Anschlussbereich 17 verlegt ist.
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Der untere der Druckzone zugeordnete Bereich des Stahlblechs 10 weist eine Vielzahl sich quer zur Ebene des Stahlblechs 10 erstreckender Verformungen auf, die beispielsweise durch Tiefziehen oder Hydroforming geschaffen werden und auf der Vorderseite 11 Erhebungen 9' und auf der Rückseite 12 Vertiefungen 8' ausbilden. Die Vertiefungen 8' und Erhebungen 9' sind mit seitlichem Abstand in horizontalen Reihen angeordnet, wobei die Vertiefungen 8' und Erhebungen 9' zweier übereinanderliegende Reihen einen seitlichen Versatz zueinander aufweisen.
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Jede Erhebung 9' bzw. Vertiefung 8' besitzt in der Ebene des Stahlblechs 10 einen octogonalen Querschnitt, der mit zunehmendem Abstand von der Stahlblechebene kleiner wird und schließlich in einer hexagonalen Stirnfläche endet. Daraus ergibt sich in einem Schnitt senkrecht zur Stahlblechebene eine kegelstumpfförmige Ausbildung der Erhebungen 9' bzw. Vertiefungen 8'. Die Abmessung der Vertiefungen 8' und Erhebungen 9' in der Ebene des Stahlblechs 10 liegt zwischen 20 mm und 30 mm und deren Tiefe senkrecht dazu zwischen 5 mm und 15 mm. Davon abweichende Ausbildungen mit runden, rechteckförmigen, quadratischen oder hexagonalen Querschnitten liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung.
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Im Zuge des Betonierens der Betonfertigteils 1 hinterlassen die Erhebungen 9' des Stahlblechs 10 komplementär geformte Vertiefungen 8 im Anschlussbereich 17 des Betonfertigteils 1, die nach dem Ausschalen des Betonfertigteils 1 und Entfernen des Stahlblechs 10 dort die Bauteiloberfläche bilden. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, das Stahlblech 10 analog einer verlorenen Schalung im Betonfertigteil 1 zu belassen. In diesem Fall entsprechen die Vertiefungen 8' an der Rückseite 12 des Stahlblechs 10 den erfindungsgemäßen Vertiefungen 8 (vgl. 7). In beiden Fällen verkörpern die koppelbaren Ankerstäbe 15 und Vertiefungen 8 die im Anschlussbereich 17 des Betonfertigteils 1 liegenden Anschlussmittel gemäß der Erfindung.
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In 5 ist die Konsole 2 mit den konsolseitigen Anschlussmitteln an der inneren Stirnseite 16 gezeigt. Die Abmessungen der Stirnseite 16 entsprechen dabei denen des Anschlussbereichs 17 des Betonfertigteils 1. Im oberen Bereich der Stirnseite 16, der wiederum der Zugzone entspricht, sieht man die Enden der Hüllrohre 6, deren Anordnung so gewählt ist, dass sie den Ankerstäben 15 des Betonfertigteils 1 fluchtend gegenüberliegen. Im Bereich der Druckzone sieht man eine Vielzahl Erhebungen 9, die in Form und Größe sowie relativer Lage den Vertiefungen 8 im Anschlussbereich 17 des Betonfertigteils 1 entsprechen.
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Die Herstellung des konsolseitigen Anschlussbereichs, der sich über die Stirnseite 16 der Konsole 2 erstreckt, erfolgt vergleichbar dem Anschlussbereich 17 des Betonfertigteils 1, indem wiederum ein Stahlblech 10', vergleichbar dem aus 4 bekannten, vor dem Betonieren der Konsole 2 in die Schalung eingelegt wird. Vorzugsweise sind die Hüllrohe 6 im Bereich der Öffnungen 13 an dem Stahlblech 10' vormontiert. Nach dem Erhärten des Betons kann das Stahlblech 10' im Zuge des Ausschalens von der Konsole 2 entfernt werden, so dass die Konsole 2 die in 5 gezeigte Gestalt besitzt. Wie schon beim Betonfertigteil 1 erwähnt kann auch hier das Stahlblech 10' an der Konsole 2 verbleiben und zur Querkraftübertragung mit seinen Erhebungen 9' unmittelbar mit den Vertiefungen 8 bzw. 8' des Betonfertigteils 1 zusammenwirken.
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Im fertig montierten Zustand entspricht die Anschlussfuge 4 zwischen Betonfertigteil 1 und Konsole 2 der Darstellung nach den 6 und 7. 6 zeigt die Ausführungsform, bei der vor der Montage der Konsole 2 das Stahlblech 10 von dem Betonfertigteil 1 und das Stahlblech 10' von der Konsole 2 entfernt worden sind. In der Anschlussfuge 4 liegen daher die vom Beton der Konsole 2 gebildeten Erhebungen 9 unmittelbar und ohne Zwischenlage in den Vertiefungen 8 des Betonfertigteils 1. Der Formschluss zwischen den Erhebungen 9 und Vertiefungen 8 bewirkt eine innige Verzahnung, in deren Kontaktflächen die Querkräfte zwischen Betonfertigteil 1 und Konsole 2 übertragen werden.
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Vorzugsweise weist der Beton der Konsole 2 zumindest im Bereich der Erhebungen 9 und in der Randzone der Stirnseite 16 eine höhere Festigkeit auf als der des Betonfertigteils 1. Gegebenenfalls kann auch die gesamte Konsole 2 aus einem Beton höherer Festigkeit bestehen.
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Wie vor allem aus 6 hervorgeht werden in der Anschlussfuge 4 auftretende Zugkräfte von einer die Anschlussfuge 4 querenden Zugbewehrung übertragen. Seitens des Betonfertigteils 1 wird die Zugbewehrung von im Ortbeton des Betonfertigteils 1 verankerten Ankerstäben 15 gebildet, an deren der Anschlussfuge 4 zugewandten Enden jeweils eine Schraubmuffe 14 aufgeschraubt ist. Die konsolseitige Zugbewehrung besteht aus Zugstäben 5, die innerhalb von Hüllrohren 6 verschieblich und verdrehbar in der Konsole 2 geführt sind. Deren der Anschlussfuge 4 zugewandten Enden reichen bis zu den Schraubmuffen 14, in die sie zur Bildung eines Muffenstoßes eingeschraubt sind. Die gegenüberliegenden Enden liegen in Nischen an der Stirnseite 7 der Konsole 2. Mittels aufschraubbarer Spannmuttern kann die Konsole 2 im Zuge der Montage gegen das Betonfertigteil 1 gespannt werden.
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Die Ausführungsform gemäß 7 unterscheidet sich von der vorbeschriebenen lediglich durch die Anordnung des Stahlblechs 10 und/oder des Stahlblechs 10' in der Anschlussfuge 4, das bzw. die nach dem Betonieren an dem Betonfertigteil 1 bzw. an der Konsole 2 belassen worden sind. Stahlblech 10 und/oder Stahlblech 10' bilden bei dieser Ausführungsform eine Zwischenlage zwischen Betonfertigteil 1 und Konsole 2. Ansonsten gelten die unter 6 gemachten Ausführungen entsprechend.
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Die 8 bis 11 betreffen Ausführungsformen der Erfindung, bei denen zur Querkraftübertragung eine Anschlussplatte 18 in der Anschlussfuge 4 zwischen Betonfertigteil 1 und Konsole 2 angeordnet ist. Die konkrete Ausbildung der Anschlussplatte 18 geht aus einer Zusammenschau der 9a, 9b, 10 und 11 hervor. Wie die 9a und 9b zeigen sind die Vorderseite 19 und Rückseite 20 der Anschlussplatte 18 gleich ausgebildet und besitzen in der unteren Hälfte in horizontalen Reihen angeordnete Erhebungen 9, wobei die Erhebungen 9 zweier übereinanderliegender Reihen mit seitlichem Versatz zueinander angeordnet sind. Die Erhebungen 9 entsprechen in Form, Größe und relativer Anordnung den unter den 1 bis 7 beschriebenen, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird. In der oberen Hälfte besitzt die Anschlussplatte 18 Öffnungen 21, die wie bei den Stahlblechen 10, 10' der Durchführung der Zugbewehrung über die Anschlussfuge 4 hinweg dienen.
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Die Anschlussplatte 4 besitzt im Bereich ohne Erhebungen 9 eine Dicke von 10 mm bis 25 mm und besteht aus einem Beton mit erhöhter Druckfestigkeit, beispielsweise mit einer Druckfestigkeit über 100 N/mm2, vorzugsweise über 150 N/mm2 und kann optional eine Faserbewehrung aufweisen. Zur Herstellung einer Anschlussplatte 18 können beispielsweise zwei Stahlbleche 10 bzw. 10' verwendet werden, die miteinander zugewandten Rückseiten 12 planparallel und im Abstand zueinander innerhalb eines dichtenden Rahmens gehalten sind. Die auf diese Weise gebildete Schalung ergibt eine Negativform, die zur Herstellung der Anschlussplatte 18 mit Beton befüllt wird.
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Die Anschlussplatte 18 ist zur Anordnung in der Anschlussfuge 4 bestimmt, wobei zur Herstellung einer querkraftübertragenden Verzahnung die vorderseitigen und rückseitigen Erhebungen 9 formschlüssig sowohl in entsprechende Vertiefungen 8, 8' des Betonfertigteils 1 als auch Vertiefungen 8 der Konsole 2 eingreifen. Das Betonfertigteil 1 ist hierzu im Anschlussbereich 17 wie bereits unter den 1 bis 4 beschrieben ausgebildet, wobei das Stahlblech 10 vom Betonfertigteil 1 entfernt sein kann, was zu einem Anschluss gemäß 10 führt. Alternativ ist es möglich das Stahlblech 10 am Betonfertigteil 1 zu belassen, so dass die Anschlussplatte 18 über das Stahlblech 10 die Kräfte in das Betonfertigteil 1 überträgt (vgl. 11).
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Für eine entsprechende Ausgestaltung der Stirnseite 16 der Konsole 2 kann zur Vereinfachung der Konsolenherstellung die Anschlussplatte 18 nach Art einer verlorenen Schalung zum Abschalen der Konsole 2 verwendet werden, wobei der Beton der Konsole 2 mit der Anschlussplatte 18 einen flächigen Verbund eingeht und die Anschlussplatte 18 dadurch Teil der Konsole 2 wird. Eine solche Konsole 2 mit integrierter Anschlussplatte 18 ist Gegenstand von 8. Alternativ hierzu kann eine zu den Erhebungen 9 der Anschlussplatte 4 komplementär geformte Stirnseite 16 der Konsole 2 analog der Ausbildung des Anschlussbereichs 17 des Betonfertigteils 1 hergestellt werden, also durch Verwendung eines Stahlblechs 10, 10'. In diesem Fall liegt die Anschlussplatte 18 ohne Verbund mit der Konsole 2 und dem Betonfertigteil 1 in der Anschlussfuge 4.
