DE3911979C2 - Zweifach räumlich gekrümmte Decke mit Brettschichtträgern und Stahlbetonringbalken und Verfahren zur Errichtung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine zweifach räumlich gekrümmte Decke mit Brettschichtträgern und Stahlbetonringbalken für eine Geschoßdecke, die bei­ spielsweise im Wohnungsbau aber auch in öffentlichen und gewerblichen Hoch­ bauten verwendet werden kann. Ferner betrifft die Erfindung Verfahren zur Errichtung der räumlich gekrümmten Decke mit Brettschichtträgern und Stahl­ betonringbalken.

Decken mit zweifacher räumlicher Krümmung können mit Ziegelsteinen ausge­ führt werden. Beispiel derartiger Decken sind beschrieben im Aufsatz über "Leichtgewölbebau" von Prof. Carl Sattler im Buch über "Steinverbände und Gewölbe aus künstlichen Steinen" von Friedrich Hess (München: Verlag Hermann Rinn, 1948, Seiten 87 bis 94). Weitere Ausführungsformen enthält das Buch "Baukonstruktionslehre" von Martin Mittag (Gütersloh: G. Bertelsmann Verlag, 1952, Seite 95). Die Herstellung von gewölbten Decken aus künstlichen Stei­ nen ist zeitaufwendig und erfordert hochqualifizierte Fachkräfte. Aus diesen Gründen werden Gewölbedecken aus künstlichen Steinen heute nur noch in Son­ derfällen ausgeführt.

Holzbalkendecken werden üblicherweise aus geraden Balken aus Holzbohlen hergestellt, die in einem Abstand von 60 bis 90 cm verlegt sind. Ausfüh­ rungsformen von Holzbalkendecken sind beschrieben im Buch "Baukonstruktions­ lehre von Martin Mittag (Gütersloh: C. Bertelsmann Verlag, 1952, Seiten 114 und 115). Die Balken tragen in diesem Fall ihre Lasten als Einfeldträger ausschließlich über Biegung ab. Um Holz zu sparen, sind auch Decken mit durchlaufenden Holzbalken gebaut worden. Auch zusammengesetzte Querschnitte, teilweise unter Verwendung von Brettschichtholz und Spanplatten, dienen dem Zweck, den Holzverbrauch zu minimieren (siehe z. B. die in der deutschen Patentschrift 9 21 410 beschriebene Decke.) Eine weitere Möglichkeit den Holzverbrauch zu reduzieren wird in Verbunddecken realisiert, bei denen eine über Schubdübel an den Holzbalken angeschlossene Beton- oder Stahlbe­ tonplatte zum Abtragen der Lasten mit herangezogen wird (siehe z. B. die in der europäischen Offenlegungsschrift 0 280 228 A1 beschriebene Holzbalken­ verbunddecke). Der Nachteil aller aus geraden Holzbalken hergestellten Decken ist, daß sämtliche Lasten ausschließlich über Biegung abgetragen werden.

Eine einfach räumlich gekrümmte Deckenkonstruktion ist aus der österreichischen Patentschrift 56562 bekannt. Bei dieser Deckenkonstruktion werden auf hochkantig verlegten Brettern seitlich bogenförmige Latten befestigt, auf denen Einlagekörper (z. B. Ziegel) verlegt werden. Der Raum zwischen den Einlagekörpern und der ebenen Oberseite der Decke wird mit Zementbeton, Kalkbeton, Schlackenbeton, Sand oder Schotter verfüllt. Dadurch entsteht eine Decke mit einer einfachen räumlichen Krümmung. Der Stich des Deckenge­ wölbes wird allerdings durch die Höhe des hochkantig verlegten Bretts abzüg­ lich der Lattenhöhe begrenzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Decke derart auszubilden, daß die Steifigkeit und Tragfähigkeit gegenüber den bekannten Ausführungen von Holzbalkendecken verbessert wird, was die Anwendung von Decken, die Holz als tragendes Material enthalten, bei größeren Spannweiten und die Einsparung von Material ermöglicht. Gleichzeitig sollen die architektoni­ schen Gestaltungsmöglichkeiten erweitert werden ohne auf die zeitaufwendigen Gewölbekonstruktionen aus künstlichen Steinen angewiesen zu sein. Aufgabe der Erfindung ist fernerhin ein Verfahren zur Errichtung einer derartigen Decke zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angege­ benen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße zweifach räumlich gekrümmte Decke weist gegenüber den konventionellen, biegebeanspruchten Holzbalkendecken den Vorteil auf, daß die Lasten von den gekrümmten Brettschichtträgern bei geeigneter Formgebung vorwiegend über eine axiale Tragwirkung (Normalkräfte) auf einen Stahlbeton­ ringbalken abgetragen werden. Der Stahlbetonringbalken wird zwar auf Biegung beansprucht, kann aber durch eine Vergrößerung seiner Breite und durch eine rahmenartige Bewehrungsführung sehr steif ausgeführt werden. Das Gesamtsystem der aus gekrümmten Brettschichtträgern und Stahlbetonringbalken bestehenden Decke ist viel steifer als herkömmliche, biegebeanspruchte Holzbalkendecken. Dies hat den Vorteil, daß größere Spannweiten wirtschaftlich überbrückt und höhere Belastungen aufgebracht werden können. Höhere Belastungen entstehen zum Beispiel aus einem Deckenaufbau mit größerem Eigengewicht, der verbes­ serten Schallschutz gewährleistet.

Aus dem Schalenbau ist bekannt, daß zweifach räumlich gekrümmte Flächentrag­ werke eine erheblich größere Tragfähigkeit als nur einfach räumlich gekrümm­ te Schalen besitzen. Die erfindungsgemäße, zweifach räumlich gekrümmte Decke weist deswegen gegenüber der aus der österreichischen Patentschrift 56562 bekannten Deckenkonstruktion mit Gewölbewirkung in nur einer Richtung eine überlegende Tragfähigkeit und Steifigkeit auf. Wegen der Verwendung von bogenförmigen Brettschichtträgern ist der Stich der erfindungsgemäßen Holz­ balkendecke nicht begrenzt wie bei der bekannten einfach gekrümmten Ausfüh­ rung mit hochkantig verlegten Holzbrettern.

Holzbalkendecken werden meist in Verbindung mit Mauerwerkswänden verwendet. Zur Aussteifung der Mauerwerkswände und zur Ausbildung einer Deckenscheibe sind Ringbalken erforderlich. Bei der erfindungsgemäßen Decke wird nun der ohnedies vorhandene Ringbalken derart steif ausgebildet, daß er als Lagerung für die Brettschichtträger dient und die Kräfte aus der Bogenwirkung der Brettschichtträger aufnehmen kann. Falls zwei räumlich gekrümmte Decken aneinanderstoßen, heben sich die Lagerkräfte aus der Bogenwirkung der ge­ krümmten Brettschichtträger teilweise auf und der Ringbalken muß nur für die horizontalen Lagerkräfte bemessen werden, die aus unterschiedlicher Geometrie oder Belastung der Decken resultieren.

Die Verteilung der Belastung von der Deckenoberseite auf die Brettschicht­ träger erfolgt durch eine Gewölbewirkung des Füllmaterials. Die Gewölbewir­ kung im Füllmaterial wird sich auch bei einem rolligen Material wie zum Beispiel Blähton einstellen. Besteht die Füllung aus Beton, Stahlbeton, Leichtbeton oder Holzspanbeton muß auf die verlorene Schalung aus Brettern eine Schutzschicht aufgebracht werden, um das Holz vor Nässe beim Betonier­ vorgang zu schützen und damit Verfärbungen der von unten sichtbaren Bretter­ lage zu vermeiden. Zusätzlich zu dem oben skizzierten Tragmechanismus- Verteilung der Last durch Gewölbewirkung im Füllmaterial auf die Brettschichtträger und Bogenwirkung der Brettschichtträger in Verbindung mit einem steifen Ringbalken - wird sich eine über die ganze Decke hinweg­ reichende Gewölbewirkung in Füllmaterial einstellen., die die Steifigkeit und Trägfähigkeit der Decke noch zusätzlich erhöht. Eine weitere Verbesse­ rung dieser Gewölbewirkung kann durch die Anordnung von Schubdübeln in den Brettschichtträgern erreicht werden, da durch die Verdübelung ein Verbund­ querschnitt mit erhöhter Steifigkeit entsteht.

Die Freiheit in der Wahl des Füllmaterials - rollig oder fest, leicht oder schwer - ermöglicht eine flexible Anpassung der gewölbten Decke an die je­ weiligen Anforderungen.

Weitere bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Decke und des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zur Errichtung einer solchen Deckenkonstruktion gehen aus den Patentansprüchen hervor.

Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschrei­ bung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Decke wobei Teilbereiche herausgebrochen sind;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Mauerwerks, einer Hilfsstütze und der darauf montierten gekrümmten Breitschichtträger.

Im folgenden wird zunächst auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die er­ findungsgemäße Decke 40 dient gemäß Fig. 1 als Geschoßdecke für einen Raum. Angrenzende Räume sowie Tür- und Fensteröffnungen sind der Einfachheit hal­ ber nicht dargestellt. Die Decken in den angrenzenden, hier nicht darge­ stellten Räumen können ebenfalls aus räumlich gekrümmten Decken 40 mit Brettschichtträgern 10 und Stahlbetonringbalken 11 bestehen. Sie können aber auch als herkömmliche Holzbalkendecken oder als Massivdecken ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Decke 40 könnte in einem Bauvorhaben beispiels­ weise für einen Raum mit besonders großen Abmessungen oder für einen Raum, für den eine besondere architektonische Wirkung durch die Wölbung der Decke 40 und die freiliegenden Brettschichtträger 10 erreicht werden soll, ver­ wendet werden und mit beliebigen anderen Deckensystemen für die übrigen Räume kombiniert werden.

Die Fig. 1 zeigt eine fertiggestellte Decke 40, wobei Teilbereiche herausge­ brochen sind, um die tragenden Brettschichtträger 10 und die verlorene Scha­ lung aus Brettern 12 für das Füllmaterial 13 zeigen zu können. Der Stahlbe­ tonringbalken 11 liegt bei diesem Beispiel ringsum auf dem Mauerwerk 30 auf. Es könnte aber auch zweckmäßig sein, den Stahlbetonringbalken 11 als Sturz für Tür- und Fensteröffnungen auszubilden. Ein möglicher Grenzfall wäre das komplette Weglassen einer Wand, so daß der Ringbalken 11 seine Vertikallasten an zwei Endstützen abgibt.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt durch die Decke 40 zeigt, wie sich die gekrümmten Brettschichtträger 10 auf dem Stahlbetonringbalken 11 abstützen und in einem Mittelknoten 15 verbunden sind. Die Verbindung der Brettschichtträger 10 im Mittelknoten 15 kann beispielsweise durch angedü­ belte Laschen 16 und Vergießen des Knotens 15 mit Beton erfolgen.

Überall wo Beton und Holz in Berührung kommen, sind entsprechende Schutzmaß­ nahmen zu ergreifen (z. B. Aufbringen eines Anstrichs oder einer Isolierfo­ lie).

Die parallel zu den Rändern der Decke 40 angeordnete und auf den Brettschicht­ trägern 10 befestigten Bretter 12 stellen im gezeigten Ausführungsbei­ spiel eine verlorene Schalung für den Stahlbetonringbalken 11 und das Füll­ material 13 dar. Der Ringbalken 11 ist derartig verbreitert, daß er die von den Brettschichtträgern übertragenen Kräfte ohne nennenswerte Verformungen aufnehmen kann. Durch eine rahmenartige Bewehrungsführung in Ringbalken 11 wird die Steifigkeit zusätzlich erhöht. Abweichend vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel mit konstanter Höhe des Stahlbetonringbalkens 11, könnte der Balken 11 auch mit veränderlicher Höhe oder mit einer Krümmung in der Mauer­ werksebene ausgeführt werden.

Die Untersicht der Decke 40 wird von den Brettschichtträgern 10 und den Brettern 12 geprägt. Falls erforderlich könnten die Bretter 12 auch an der Unterseite der Brettschichtträger 10 angebracht werden.

Die Brettschichtträger 10 können mit beliebiger Krümmung hergestellt werden. Es kann allerdings vorteilhaft sein, alle Träger 10 im Holzleimbetrieb aus Kostengründen mit der gleichen Krümmung herstellen zu lassen und in der Decke 40 Träger 10 mit konstanter Krümmung aber unterschiedlicher Länge zu verwenden. Abweichend von dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bei dem die Brettschichtträger 10 radial von einem Mittelknoten 15 aus angeordnet sind, kann es vorteilhaft sein, die gekrümmten Brettschichtträger parallel zueinander und mit unterschiedlichen Höhenknoten der Auflagepunkte benach­ barter Brettschichtträger 12 zu verlegen.

Im folgenden soll die Herstellung der räumlich gekrümmten Decke 40 erläutert werden. Gemäß Fig. 3 wird auf einer Hilfsstütze 20 die untere Lasche 16 plaziert und anschließend werden die gekrümmten Breitschichtträger 10 auf dem Mauerwerk 30 und der Lasche 16 aufgelegt. Anschließend wird auf die Brettschichtträger 10 eine verlorene Schalung aus Brettern 12 befestigt und die Schalung für den Ringbalken angebracht. Abhebene Kräfte durch das Biegen der Bretter 12 sind durch geeignete konstruktive Maßnahmen zu berücksichti­ gen. Nach dem Erhärten des bewehrten Ringbalkens 11 wird das Füllmaterial 13 eingebracht. Ein Vorteil bei diesem Verfahren ist, daß keine Hebezeuge verwendet werden müssen und lediglich eine Hilfsstütze 20 erforderlich ist.

Vorstehend wurde eine zweifach räumlich gekrümmte Decke 40 über rechteckigem Grundriß beschrieben. Es können mit der erfindungsgemäßen Bauweise jedoch räumlich gekrümmte Holzbalkendecken über beliebigen Grundrissen errichtet werden.

Claims (9)

1. Decke, deren Tragwerk als ein in der Unteransicht eine zweifache Krümmung aufweisendes auf Mauerwerk aufgelagertes Leichtgewölbe ausgebildet ist und bei der der Raum zwischen dem Leichtgewölbe und der ebenen Oberseite der Decke mit einem geeigneten Füllmaterial (13), vorzugsweise Beton, Holzspanbeton, Leichtbeton oder Blähton, ausgefüllt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leichtgewölbe aus bogenförmigen Brettschichtträgern (10), die auf einem Stahlbetonringbalken (11) aufgelagert sind, und einer auf den Brettschichtträgern befestigten verlorenen Schalung (12) gebil­ det wird.

2. Decke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bogenförmigen Brettschichtträger (10) in einem Mittelknoten (15) verbunden sind und von diesem aus radial verlegt sind.

3. Decke nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllma­ terial (13) Beton ist und einstückig mit dem Beton des Stahlbetonringbalkens (11) ausgebildet ist.

4. Decke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbetonringbalken (11) derart verbreitert ist, daß er teilweise in die Decke (40) hineinragt und die verlorene Schalung (12) zur Herstel­ lung des Stahlbetonringbalkens (11) herangezogen wird.

5. Decke nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlbetonringbalken (11) in der Ebene, die normal zur Deckenebene ist, eine Krümmung oder eine veränderliche Höhe aufweist.

6. Decke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brettschichtträger (10) eine konstante Krümmung aufweisen.

7. Decke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schubdübel in die Oberseite der Brettschichtträger (10) eingelassen sind, die in die Schicht mit dem Füllmaterial (13) ragen.

8. Decke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verlorene Schalung (12) an der Unterseite der Brettschichtträger (10) befestigt ist.

9. Verfahren zur Errichtung einer Decke nach einem der Ansprüche 2 bis 8 mit folgenden Verfahrensschritten:

• - Errichten einer Hilfsstütze (20) unter dem Mittelknoten (15)
• - Auflegen der Brettschichtträger (10) auf dieser Hilfsstütze (20) und dem Mauerwerk (30)
• - Verbinden der Brettschichtträger (10) im Mittelknoten (15)
• - Befestigen der verlorenen Schalung (12) aus Brettern an den Brettschichtträgern (10)
• - Bewehren und Betonieren des Stahlbetonringbalkens (11)
• - Aufbringen des Füllmaterials (13) nach der Erhärtung des Betons des Stahlbetonringbalkens (11).