EP0123642A2 - Verbundträger - Google Patents

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EP0123642A2
EP0123642A2 EP84630066A EP84630066A EP0123642A2 EP 0123642 A2 EP0123642 A2 EP 0123642A2 EP 84630066 A EP84630066 A EP 84630066A EP 84630066 A EP84630066 A EP 84630066A EP 0123642 A2 EP0123642 A2 EP 0123642A2
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Jean-Baptiste Schleich
Erwin Lahoda
Jean-Paul Lickes
Emile Reuter
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Arbed SA
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
    • E04C3/29—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures
    • E04C3/293—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces built-up from parts of different material, i.e. composite structures the materials being steel and concrete

Definitions

  • the invention relates to composite girders, in particular for supports, formed from concrete and at least one profile girder, the open cross-sectional spaces being largely filled with concrete and the outer surfaces of the flanges being exposed, i.e. are not provided with a layer of concrete.
  • Such supports are used in the construction of houses, halls, warehouses, etc.
  • the chamber concrete is non-positively connected to the steel profile cross section by means of welded-on compound on the inside of the profile in order to avoid detachment of the chamber concrete both at room temperature and at fire temperature.
  • Steel profile cross-section, concrete cross-section and reinforcement steel cross-section contribute proportionately according to their surface area and their temperature-dependent strength.
  • the temperature rises and the load is redistributed from the steel section to the reinforced concrete cross cut mainly due to the softening of the flanges, which make up the largest part of the steel profile.
  • Another disadvantage of this construction is that the reinforcement in the concrete is not optimally arranged with regard to the temperature distribution that arises in the beam in the event of a fire.
  • the stiffness of the support around the weak axis is reduced as a result of the flanges' softening.
  • the composite girder according to the invention in which at least one further profile girder is arranged in the concrete and is connected to the web (s) of the profile girder (s) whose outer flange surface is not provided with a concrete cover .
  • Advantageous embodiments of the invention are given in the subclaims.
  • the composite girders according to the invention which are made up of common hot-rolled girders, but can also consist of welded profiles, have large masses of steel in the fire-protected area.
  • the thermal transition from the outer flanges exposed to fire to the beams embedded in the concrete is poor.
  • the bond between the main profile and the reinforced concrete is guaranteed by welding in a roll carrier cut.
  • These roller supports or cuts are made in thermally protected zones, which provides a high load-bearing capacity under fire.
  • the manufacturing process of the beam combination by welding is cheap. It should be particularly emphasized that the carrier according to the invention exhibits excellent behavior in earthquakes.
  • FIG. 1 shows a quarter of the cross section of a composite beam according to DE-OS 28 29 864 described above.
  • a flange half 11 and part of the web 12 can be seen.
  • the figure shows the course of the isotherms (in degrees Celsius) in such a wide-flange composite carrier after exposure to fire for 60 minutes. It can be seen that the design of this composite beam does not allow large amounts of steel to be built into the cold zones of the concrete.
  • a maximum of three percent reinforcement of the steel-concrete cross-section may be charged in the construction industry.
  • the composite girder is ideal for factory production, so that only ready-to-assemble components have to be used on the construction site.
  • the concrete reinforcement (preferably structural steel mat) is placed on the (upper) T-profile using spacers and the concrete is poured into the open profile chamber, whereby running out at both open ends is prevented by means of formwork.
  • the concrete is advantageously vibrated. After the concrete has solidified, the composite girder is turned over and the same process steps are carried out again.
  • the composite girder shown in FIG. 3 has two H-profiles 34 and 35 instead of the T-profiles. Compared to FIG. 2, this primarily entails an increase in the rigidity of the beam around the weak axis. Corresponding elements are identified in FIGS. 2 and 3 with identical reference symbols. It should be noted that here the connection of the H profiles 34 and 35 to the web 22 can also be achieved by means of screwing.
  • FIG. 4 shows two I-profiles, the flanges 44 and 45 of which are exposed and delimit the outer cross section of the composite beam.
  • the two I-profiles are connected to one another via their webs 41 and 42 by means of an H-profile 46.
  • the free space between the different profiles is filled with concrete 43.
  • the concrete reinforcement baskets 47 which can also be used in this embodiment, are welded to the profiles.
  • the connection between profile and reinforced concrete can also be made using dowels.
  • colloidal concrete or fiber-reinforced concrete instead of normal concrete.
  • the metal parts H or I profiles lying on the edge of the composite beam belong. You can also imagine that these parts come from T-profiles.
  • the structure shown in FIG. 2 can be constructed by means of a centrally arranged H-profile, on the web of which two T-profiles are welded, the flanges of which in this case are on the outside.

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Abstract

Der Verbundträger ist aus Beton und wenigstens einem Profilträger gebildet, wobei die offenen Querschnittsräume grösstenteils mit Beton ausgefüllt sind, während die Aussenflächen der Flanche keine Betonüberdeckung aufweisen. In dem Beton ist wenigstens ein weiterer Profilträger angeordnet, der mit dem/den Steg(en) des/der Profilträger(s) verbunden ist, dessen/deren Flansch-Aussenflächen keine Betonüberdeckung aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verbundträger, insbesondere für Stützen, gebildet aus Beton und wenigstens einem Profilträger, wobei die offenen Querschnittsräume grösstenteils mit Beton ausgefüllt sind und die Aussenflächen der Flansche freiliegen d.h. nicht mit einer Betonschicht versehen sind. Derartige Träger finden beim Bau von Häusern, Hallen, Lagern, usw. Verwendung.
  • Früher war es üblich, die Querschnitte der Profile eines Stahlskeletts nach den statischen Lasten bei Raumtemperatur zu bemessen und die stets bei Geschossbauten erforderlichen Brandschutzanforderungen durch nachträgliche kostspielige Ummantelung der Profile zu erfüllen. Neuerdings geht man dazu über, feuerbeständige Verbundträger zu verwenden, welche nicht bekleidet sind. So beschreibt die DE-OS 28 29 864 einen 'Verbundträger, der auf den Flanschaussenseiten, d.h. ausserhalb der Profilumrisslinien keinen Beton aufweist. Dieser Profilträger besitzt die Eigenart, dass am Steg befestigte Verbundmittel mit dem lediglich die offenen Querschnittsräume ausfüllenden Beton verbunden sind, und dass der Beton mit Längsbewehrungsstäben versehen ist, die durch die Verbundmittel gehalten sind. Der Kammerbeton wird durch auf die Innenseite des Profils aufgeschweisste Verbundmittel mit dem Stahlprofilquerschnitt kraftschlüssig verbunden, um sowohl bei Raumtemperatur als auch bei Brandtemperatur ein Loslösen des Kammerbetons zu vermeiden. Stahlprofilquerschnitt, Betonquerschnitt und Bewehrungsstahlquerschnitt tragen entsprechend ihrer Flächenanteile und ihrer temperaturabhängigen Festigkeiten anteilig mit. Im Brandfall erfolgt mit dem Temperaturanstieg eine fortwährende Lastumlagerung vom Stahlprofilquerschnitt auf den Stahlbetonquerschnitt vor allem bedingt durch die Entfestigung der Flansche, die den grössten Teil des Stahlprofils ausmachen. Von weiterem Nachteil ist bei dieser Konstruktion, dass die Bewehrung im Beton nicht optimal angeordnet ist, was die im Brandfall im Träger entstehende Temperaturverteilung anbelangt. Ausserdem sinkt im Brandfall die Steifigkeit der Stütze um die schwache Achse, infolge der Entfestigung der Flansche.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbundträger der eingangs genannten Art zu schaffen, der die oben erwähnten Nachteile vermeidet und bei annähernd gleichem Querschnitt sich durch eine erhöhte Fähigkeit zur Aufnahme von Druck, Biegungsbeanspruchbarkeit und Feuerfestigkeit auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch den erfindungsgemässen Verbundträger gelöst, bei dem in dem Beton wenigstens ein weiterer Profilträger angeordnet ist, der mit dem/den Steg(en) des/der Profilträger(s) verbunden ist, dessen/deren Flanschenaussenfläche nicht mit einer Betonüberdeckung versehen ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
  • Die erfindungsgemässen Verbundträger, die aus gängigen warmgewalzten Trägern aufgebaut sind, jedoch auch aus Schweissprofilen bestehen können, weisen grosse Stahlmassen im feuergeschützten Bereich auf. Dazu kommt, dass bedingt durch die Nahtstellen, der thermische Uebergang von den äusseren, dem Feuer ausgesetzten Flanschen zu den im Beton eingebetteten Trägern schlecht ist. Der Verbund zwischen dem Hauptprofil und dem Stahlbeton wird durch Einschweissen eines Walzträgerschnittes gewährleistet. Diese Walzträger bzw. Schnitte werden in thermisch geschützten Zonen angebracht, was eine hohe Tragfähigkeit unter Brandbeanspruchung erbringt. Das Herstellungsverfahren der Träger-Kombination durch Schweissen ist billig. Besonders hervorzustreichen ist, dass der erfindungsgemässe Träger ein hervorragendes Verhalten bei Erdbeben vorweist. Er besteht aus sowohl viel Stahl - grosse plastische Verformbarkeit - als auch viel Beton - hohe innere Reibung d.h. starke Dämpfung. Hinzu kommen die grundverschiedenen Schwingungskonstanten von Stahl und Beton, sodass eine Resonanz des Trägers bei aufeinanderfolgenden Erdbebenstössen wirkungsvoll unterbunden wird.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
    • - die Figur 1 den Temperaturverlauf in einem Querschnitt-Teil eines bekannten Trägers unter Feuereinwirkung;
    • - die Figuren 2-4 Querschitte durch verschiedene Ausbildungsformen von erfindungsgemässen Verbundträger.
  • Auf Figur 1 ist ein Viertel des Querschnitts eines Verbundträgers gemäss der oben beschriebenen DE-OS 28 29 864 dargestellt. Man erkennt ausser der Betonfüllung 13 und der Längsbewehrung 14 eine Flanschhälfte 11 und einen Teil des Steges 12. In der Figur wurde der Verlauf der Isothermen (in Grad Celsius) in einem solchen Breitflansch-Verbundträger nach einer Feuereinwirkung von 60 Minuten aufgetragen. Man erkennt, dass die genannte Konzeption dieses Verbundträgers es nicht erlaubt grössere Mengen Stahl in die Kaltzonen des Betons einzubauen. Hinzu kommt dass im Bauwesen maximal ein dreiprozentiger Bewehrungsgrad des Stahl-Betonquerschnitts in Rechnung gestellt werden darf.
  • In Figur 2 erkennt man einen Profilträger dessen Kammern mit Beton 23 ausgefüllt sind. Auf beiden Seiten des Steges 22 sind T-Profile 24 und 25 mittels Schweissen angebracht. Die Verwendung von breiten T-Profilen erschwert eventuel das Hervorbringen der Schweissstellen 28 und ist im Hinblick auf das Temperaturprofil unter Feuereinwirkung wenig interessant. Die Flansche der T-Profile sind vorteilhafterweise mit abgewinkelten Baustahlmatten 26 und 27 von Betonbewehrungsstahl umgeben. Diese verhindern wirkungsvoll ein durch Hitze hervorgerufenes Abplatzen des Beton. Zu bemerken ist, dass die Anschlüsse von Querträgern sich auf einfache Weise, z.B. mittels auf den Flanschen der T-Profile angeschweissten Blechen, herstellen lassen. Die vom Blech im Beton zu überbrückende Distanz ist klein und die über das Blech eingeleitete Kraft wird über das T-Profil in dem Verbundträger verteilt.
  • Der Verbundträger eignet sich hervorragend zur werksseitigen Herstellung, so dass auf der Baustelle nur mit montagefertigen Bauteilen gearbeitet werden muss. Hierbei kann man folgendermassen vorgehen: Nach dem Anschweissen der T-Profile 24 und 25 an den Steg 22 wird der Träger auf den Boden gelegt, sodass beide Flansche aufliegen. Die Betonbewehrung (vorzugsweise Baustahlmatte) wird über Distanzhalter auf das (obere) T-Profil gelegt und der Beton wird in die offene Profilkammer hineingegossen, wobei ein Herauslaufen an beiden offenen Enden mittels Schalung verhindert wird. Um die Bildung von betonfreien Räumen, insbesondere unter dem Flansch des T-Profils zu vermeiden, wird vorteilhafterweise der Beton vibriert. Nach Verfestigung des Betons wird der Verbundträger umgedreht und die gleichen Verfahrensschritte werden nochmals durchgeführt.
  • Der auf Figur 3 dargestelle Verbundträger weist anstelle der T-Profile zwei H-Profile 34 und 35 auf. Im Vergleich zur Figur 2 bringt dies vor allem eine Steigerung der Steifigkeit des Trägers um die schwache Achse mit sich. Entsprechende Elemente sind auf den Figuren 2 und 3 mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu bemerken ist, dass man hier die Verbindung der H-Profile 34 und 35 mit dem Steg 22 auch mittels Verschraubung herbeiführen kann.
  • Figur 4 zeigt zwei I-Profile deren Flansche 44 und 45 freiliegen und den äusseren Querschnitt des Verbundträgers umgrenzen. Die beiden I-Profile sind über ihre Stege 41 und 42 mittels eines H-Profils 46 miteinander verbunden. Der freie Raum zwischen den verschiedenen Profilen ist mit Beton 43 gefüllt. Die Betonbewehrungskörbe 47, welche auch bei dieser Ausführungsform Verwendung finden können, sind an die Profile angeschweisst. Der Verbund zwischen Profil und Stahlbeton kann auch mittels Dübel hergestellt werden.
  • Will man die Einsatz-Menge von Bewehrungsstahl vermindern oder ganz vermeiden, empfiehlt es sich statt normalem Beton, Kolloid-Beton oder faserbewehrten Beton zu verwenden. Auch ist es möglich statt einem, mehrere Profile an die Stegseiten des oder der Profilträger zu befestigen, deren Flanschaussenseiten am Rand des Verbundträgers liegen. Ein Anbringen von Profilträgern an den Innenseiten dieser Flansche ist wegen der Temperaturverteilung im Verbundträger unter Hitzeeinwirkung wenig interessant und führt ausserdem zu Befestigungsproblemen. In den beschriebenen Ausbildungsformen der verschiedenen Verbundträger gehören die am Rand des Verbundträgers liegende Metallteile H- oder I-Profilen. Man kann sich auch vorstellen dass diese Teile von T-Profilen stammen. So kann man beispielsweise die auf Fig. 2 dargestellte Struktur mittels eines mittig angeordneten H-Profils aufbauen, an dessen Steg zwei T-Profile angeschweisst sind, deren Flansche in diesem Fall aussenliegen.

Claims (11)

1. Verbundträger, insbesondere für Stützen, gebildet aus Beton und wenigstens einem Profilträger, wobei die offenen Querschnittsräume grösstenteils mit Beton ausgefüllt sind, während die Aussenflächen der Flansche keine Betonüberdeckung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Beton wenigstens ein weiterer Profilträger angeordnet ist, der mit dem/den Steg(en) des/der Profilträger(s) verbunden ist, dessen/deren Flansch-Aussenflächen keine Betonüberdeckung aufweisen.
2. Verbundträger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er einen H-Träger dessen Flanschenaussenseiten nicht mit Beton versehen sind, umfasst.
3. Verbundträger gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei I-Träger deren Flanschenaussenseiten nicht mit Beton versehen sind, umfasst.
4. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren im Beton angeordneten Träger I-Profile sind.
5. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren im Beton angeordneten Träger H-Profile sind.
6. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren im Beton angeordneten Träger T-Profile sind.
7. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton mit Betonstahl bewehrt ist.
8. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton mit Fasermaterial, insbesondere Stahlfaser, bewehrt ist.
9. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonmasse wenigstens teilweise aus Kolloid-Beton besteht.
10. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Träger wenigstens teilweise über Schweisstellen miteinander verbunden sind.
11. Verbundträger gemäss einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger wenigstens teilweise mittels Verschraubung miteinander verbunden sind.
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