EP2410097A2 - Stützenstumpfstoß hochbelasteter Fertigteilstützen - Google Patents

Stützenstumpfstoß hochbelasteter Fertigteilstützen Download PDF

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EP2410097A2
EP2410097A2 EP11401550A EP11401550A EP2410097A2 EP 2410097 A2 EP2410097 A2 EP 2410097A2 EP 11401550 A EP11401550 A EP 11401550A EP 11401550 A EP11401550 A EP 11401550A EP 2410097 A2 EP2410097 A2 EP 2410097A2
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EP
European Patent Office
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precast
reinforcing bars
prop
reinforcing steel
columns
Prior art date
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EP11401550A
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EP2410097A3 (de
Inventor
Dr. Hubert BACHMANN
Martin Benz
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Ed Zueblin AG
Original Assignee
Ed Zueblin AG
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Publication date
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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/20—Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stonelike material
    • E04B1/21—Connections specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to the butt joint of highly loaded reinforced concrete prefabricated columns.
  • supports In the construction of high-rise buildings, it is customary to form supports as composite supports.
  • steel profiles are poured into concrete so that a common supporting effect of concrete and steel is created.
  • These are heavy steel construction with welded profiles, which cause relatively high material costs.
  • Another disadvantage is that the composite construction compared to the precast construction requires significantly longer construction times and thus generates a further cost disadvantage.
  • reinforced reinforced concrete columns can be created.
  • the reinforcement of reinforced concrete columns with high-strength steel is particularly advantageous for heavily loaded columns with predominantly normal force load - the steel is fully utilized in its carrying capacity.
  • the resulting reduction of the cross-section has a positive effect: the planning of slender columns makes the usable area larger and thus provides an economic benefit.
  • precast columns - these prefabricated in the factory components are characterized by a high dimensional accuracy.
  • the transfer of the finished parts is done with the crane. Time-consuming set-up times for the conversion of formwork elements or long-term reinforcement work and concreting on site can be omitted.
  • a disadvantage of the construction methods mentioned is that blunt shocks of the finished parts can be realized so far only at low loaded columns.
  • the reinforcement of the columns must be connected to that of the columns of the previous floor or of the underlying component: in situ concrete, this can also be done by overlapping lengths after standardization, otherwise suitable reinforcement connection means are used. Commonly used are threaded sleeves or clamped connections.
  • the disadvantage is the high expenditure of time that arises from the fact that every single connection of two reinforcing bars must be carried out manually; the prefabrication of reinforcement baskets is only possible to a limited extent.
  • the reinforcement sleeves require a certain amount of space, since the circumference of the sleeve significantly exceeds that of the reinforcing rod. This fact alone limits the number of installable reinforcing bars in cross-section, because a sufficient embedment in the cement matrix is a prerequisite for the load-bearing behavior of the composite reinforced concrete.
  • the object of the invention is to provide a system which makes it possible within a short construction time to create heavy-duty reinforced concrete columns in high quality execution - and so to optimize the economy in the production and quality, especially of high-rise buildings.
  • the invention provides, preferably with high-strength steel reinforced precast columns blunt and only separated by a thin mortar bed separated from each other.
  • a prerequisite for the force transfer in the butt joint is that the reinforcing bars made of steel - conventional reinforcing steel S500 or high-strength steel - are geometrically in one axis. This is inventively ensured by the fact that in the factory-made precast concrete fitting dowels are installed, which serve the adjustment and alignment of the connection.
  • FIG. 1 is a vertical section through the joint area shown, as an example, the reinforcement 5, 8 is shown simplified. This must be inserted according to the requirements of the action according to the design.
  • the supports of the lower floor 1 are provided and the reinforced concrete ceiling 3 is concreted on the upper edge of the finished parts 2.
  • the reinforcing bars 5 protrude about 20 to 40 mm out.
  • the precast columns 7 of the next floor are placed and aligned by means of the adjusting elements 6, 10.
  • the reinforcement 8 of the prefabricated reinforced concrete elements 7 protrudes at its lower edge 9 approximately 10 to 25 mm, the distance between the precast lower edge 9 and upper edge 4 of the Ortbetondecke 3 is about 50 mm or more.
  • the space between the support lower edge 9 and Ortbetonoberkante 4 is poured together with the joint between the reinforcing bars 5, 8 non-positively with low-shrinkage grout 11.
  • the lower edge 9 of the pillar finished part 7 is inclined - this is particularly advantageous in terms of the complete filling of the mortar joint with grout 11th
  • FIG. 2 is the stump stump invention to see in a plan view.
  • the reinforcing bars 5, 8 and the Justierdollen 6, 10 in plan view.
  • FIG. 3 shows the alternative embodiment of the precast support 7 with built-in base plate 12, which is preferably made in steel. Their arrangement creates a multi-axial bearing effect on the column foot and summarizes the transverse tensile stresses occurring there.
  • This is a particularly robust construction of the stump stump joint according to the invention.
  • the reinforcement of the lower support 1 projects about 40 to 55 mm beyond the upper edge 4 of the concrete ceiling 3.
  • the Justiertosstoff 6, 10 provide an exact location of the reinforcing bars 5, 8 in their axial extension.
  • the mortar joint is also pressed with potting mortar 11. Since this exemplary embodiment of the invention proves to be much more robust, here is a distance between the upper end of the bar steel 5 and lower edge of the Steel plate 12 of up to a quarter (1/4 d s ) of the diameter of the single rod possible.
  • reinforcements at the bar end 8 serve to improve the robustness of the column connection.
  • embodiments with steel ring inserts around the ends of the reinforcing rods 8 are also advantageous.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein System wie hochbelastete Fertigteilstützen stumpf und nur durch ein dünnes Mörtelbett voneinander getrennt miteinander gestoßen werden. Dabei kann auf einen direkten Kontakt der Stahleinlagen - für die bevorzugt hochfester Stahl verwendet wird - verzichtet werden. Diese werden im Rahmen der auf der Baustelle üblichen Toleranzen mit einem planmäßigen Abstand zueinander von etwa 5 mm - maximal 1/8 des Stahldurchmesser des einzelnen Bewehrungsstabes - (+/- 2 mm Toleranz) angeordnet und justiert. Der Abstand zwischen dem Beton der Stützen-Fertigteile und dem Deckenbeton und der darüber hinausragenden Bewehrungsstäbe zueinander wird mit Vergussmörtel kraftschlüssig ausgegossen.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft den Stumpfstoß hochbelasteter Stahlbetonfertigteilstützen.
    • Stand der Technik
  • Beim Bau von Hochhäusern ist es üblich, Stützen als Verbundstützen auszubilden. Hierbei werden Stahlprofile in Beton vergossen, so dass eine gemeinsame Tragwirkung von Beton und Stahl entsteht. Dabei handelt es sich um schweren Stahlbau mit Schweißprofilen, die relativ hohe Materialkosten verursachen. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Verbundbauweise gegenüber der Fertigteilbauweise deutlich längere Bauzeiten erfordert und somit einen weiteren Kostennachteil generiert.
  • Alternativ dazu können bewehrte Stahlbetonstützen erstellt werden. Dabei ist die Bewehrung von Stahlbetonstützen mit hochfestem Stahl besonders vorteilhaft bei hochbelasteten Stützen mit überwiegender Normalkraftbeanspruchung - der Stahl wird in seiner Tragfähigkeit voll ausgenutzt. Insbesondere im Zusammenhang mit der großen Anzahl von Stützen in Hochhäusern wirkt sich die dadurch mögliche Reduktion des Querschnittes positiv aus: die Planung schlankerer Stützen lässt die nutzbare Fläche größer werden und ergibt so einen wirtschaftlichen Nutzen.
  • Es ist auch üblich Fertigteilstützen zu verwenden - diese im Werk vorgefertigten Bauelemente zeichnen sich durch eine hohe Maßhaltigkeit aus. Das Versetzen der Fertigteile erfolgt mit dem Kran. Zeitaufwändige Rüstzeiten für das Umsetzen von Schalungselementen oder langfristige Bewehrungsarbeiten sowie das Betonieren vorort können so entfallen.
  • Nachteilig bei den genannten Bauweisen ist, dass stumpfe Stöße der Fertigteile sich bisher nur bei gering belasteten Stützen verwirklichen lassen. In allen andern Fällen muss die Bewehrung der Stützen mit der der Stützen des vorherigen Stockwerkes oder der des darunterliegenden Bauteiles verbunden werden: in Ortbetonweise kann dies auch über Übergreifungslängen nach Normung erfolgen, andernfalls kommen geeignete Bewehrungsverbindungsmittel zum Einsatz. Häufig verwendet werden Schraubmuffen oder Klemmverbindungen. Nachteilig ist der hohe Zeitaufwand, der daraus entsteht, dass jede einzelne Verbindung zweier Bewehrungsstäbe händisch ausgeführt werden muss; die Vorfertigung von Bewehrungskörben ist nur eingeschränkt möglich. Außerdem erfordern die Bewehrungsmuffen einen gewissen Platzbedarf, da der Umfang der Muffe den des Bewehrungsstabes deutlich übersteigt. Allein diese Tatsache beschränkt die Anzahl der einbaubaren Bewehrungsstäbe im Querschnitt, denn eine ausreichende Einbettung in die Zementmatrix ist Vorraussetzung für das Tragverhalten des Verbundwerkstoffes Stahlbeton.
  • Bei einer Vielzahl von Stahlbetonstützen im Bauwerk liegt die Herstellung der Stützen oft auf dem kritischen Weg - d. h. die Herstellung der Stützen definiert die Dauer der Bauzeit.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein System anzugeben, das es ermöglicht innerhalb kurzer Bauzeit hochbeanspruchbare Stahlbetonstützen in hoher Ausführungsqualität zu erstellen - und so die Wirtschaftlichkeit in der Herstellung und die Qualität besonders von Hochhäusern zu optimieren.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Hierzu sieht die Erfindung vor, mit bevorzugt hochfestem Stahl bewehrte Fertigteilstützen stumpf und nur durch ein dünnes Mörtelbett voneinander getrennt miteinander zu stoßen.
  • Aufgrund der sehr hohen Stahlspannungen ist die üblich Übertragung der Kräfte aus dem Bewehrungsstab über Verbund in den Beton und weiter über die Mörtelfuge nicht realisierbar. Es käme zum Betonversagen infolge der auftretenden Querzugspannungen im Lastübergangsbereich am Stützenende. Auch der Mörtel in der Fuge kann nicht allein die gesamte Stützenkraft übertragen. Die Ausbildung zweier Tragwirkungen ist notwendig: die Kraftübertragung zwischen den Stäben durch den Mörtel und die von Stab zu Stab direkt. Die Kraft im Bewehrungsstahl muss über Spitzendruck an den weiterlaufenden Bewehrungsstahl übergeben werden. Dies kann über einen Kontaktstoß gelingen, wenn die Stäbe dabei direkt übereinander stehen. Baupraktisch ist das beim Einsatz von Fertigteilstützen allerdings kaum praktikabel, die Toleranzen im Bauwesen lassen einen planmäßigen Kontaktstoß nicht zu. Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass der Stoß zweier hochbelasteter Fertigteilstützen in der erfindungsgemäßen Ausführung durchaus den Belastungen standhält und die auftretenden Einwirkungen mit ausreichender Sicherheit weiterleitet. Dabei kann auf einen direkten Kontakt der Stahleinlagen - für die bevorzugt hochfester Stahl verwendet wird - verzichtet werden, diese werden im Rahmen der auf der Baustelle üblichen Toleranzen mit einen planmäßigen Abstand zueinander von etwa 5 mm - maximal 1/8 des Stahldurchmesser des einzelnen Bewehrungsstabes - (+/- 2 mm Toleranz) angeordnet und justiert. Der Abstand zwischen dem Beton der Stützen-Fertigteile und dem Deckenbeton und der darüber hinausragenden Bewehrungsstäbe zueinander wird mit Vergussmörtel kraftschlüssig ausgegossen. Es zeigt sich, dass unter diesen geometrischen Randbedingungen in dem relativ dünnen Mörtelbett der Effekt aus mehrachsialem Spannungszustand in der Mörtelfuge die Tragsicherheit des Vergußmörtels steigert und das Gesamttragverhalten sehr gut ist.
  • Vorraussetzung für den Kraftübergang im Stützenstoß ist, dass die Bewehrungsstäbe aus Stahl - herkömmlicher Betonstahl S500 oder hochfester Stahl - geometrisch in einer Achse liegen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch sichergestellt, dass in den werksmäßig hergestellten Betonfertigteilen passgenau Dollen eingebaut werden, die der Justierung und Ausrichtung des Anschlusses dienen.
  • Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
    • Fig. 1: Schnitt durch den Stützenstoß im Deckenbereich
    • Fig. 2: Draufsicht auf einen Stoßquerschnitt - Prinzipskizze
    • Fig. 3: Schnitt durch den Stützenstoß im Deckenbereich mit verstärkender Stahlplatte - Ausführungsvariante
  • In Figur 1 ist ein vertikaler Schnitt durch den Stoßbereich dargestellt, exemplarisch ist die Bewehrung 5, 8 vereinfacht dargestellt. Diese ist nach den Erfordernissen der Einwirkung gemäß der Bemessung einzulegen.
  • Zunächst werden die Stützen des unteren Stockwerkes 1 gestellt und auf die Oberkante der Fertigteile 2 die Stahlbetondecke 3 betoniert. Über die Oberkante 4 der Ortbetondecke 3 ragen die Bewehrungsstäbe 5 ungefähr 20 bis 40 mm hinaus. Zudem ist mindestens ein - bevorzugt zwei oder mehrere - Justierdollen mit Hülse 6, 10 schon in der Fertigteilherstellung einzubauen. Bei der Herstellung der Fertigteilstützen im Werk ist auf eine hohe Maßhaltigkeit hinsichtlich der Lage der Bewehrungsstäbe 5, 8 und der Justier-Hilfsmittel 6, 10 zu achten.
  • Die Fertigteilstützen 7 des nächsten Stockwerkes werden aufgestellt und mittels der Justierelemente 6, 10 ausgerichtet. Die Bewehrung 8 der Stahlbetonfertigteile 7 steht an deren Unterkante 9 ungefähr 10 bis 25 mm über, die Distanz zwischen Fertigteilunterkante 9 und Oberkante 4 der Ortbetondecke 3 beträgt ca. 50 mm oder mehr. Der Zwischenraum zwischen Stützenunterkante 9 und Ortbetonoberkante 4 wird gemeinsam mit der Fuge zwischen den Bewehrungsstäben 5, 8 kraftschlüssig mit schwindarmem Vergussmörtel 11 ausgegossen. In einer alternativen Ausführung ist die Unterkante 9 des Stützenfertigteiles 7 geneigt ausgeführt - dies ist besonders vorteilhaft hinsichtlich des vollständigen Ausfüllens der Mörtelfuge mit Vergussmörtel 11.
  • In Figur 2 ist der erfindungsgemäße Stützenstumpfstoß in einer Draufsicht zu sehen. Zu erkennen ist hier eine mögliche Anordnung der Bewehrungsstäbe 5, 8 und der Justierdollen 6, 10 im Grundriss.
  • Figur 3 zeigt die alternative Ausführung der Fertigteilstütze 7 mit eingebauter Fußplatte 12, die bevorzugt in Stahl ausgeführt ist. Deren Anordnung schafft eine mehrachsiale Tragwirkung am Stützenfuß und fasst die dort auftretenden Querzugspannungen. Dabei handelt es sich um eine besonders robuste Bauweise des erfindungsgemäßen Stützenstumpfstoßes. In dieser Ausführunsvariante steht die Bewehrung der unteren Stütze 1 ungefähr 40 bis 55 mm über die Oberkante 4 der Betondecke 3 über. Die Justierhilfsmittel 6, 10 sorgen für eine exakte Lage der Bewehrungsstäbe 5, 8 in ihrer achsialen Verlängerung. Die Mörtelfuge wird ebenfalls mit Vergussmörtel 11 verpresst. Da sich diese beispielhafte Ausführung der Erfindung als deutlich robuster erweist, ist hier eine Distanz zwischen oberem Ende des Stabstahls 5 und Unterkante der Stahlplatte 12 von bis zu einem Viertel (1/4 ds) des Durchmessers des Einzelstabes möglich.
  • Überhaupt dienen Verstärkungen am Stabstahlende 8 der Verbesserung der Robustheit des Stützenanschlusses. So sind auch alternativ zur Stahlplatte 12 Ausführungen mit Stahlringeinlagen um die Enden der Bewehrungstäbe 8 vorteilhaft.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fertigteilstützen unteres Stockwerk
    2
    Oberkante Fertigteil
    3
    Stahlbetondecke
    4
    Oberkante Stahlbetondecke
    5
    Bewehrung im unteren Fertigteil
    6
    Justierhülse im oberen Fertigteil
    7
    Fertigteilstützen oberes Stockwerk
    8
    Bewehrung im oberen Fertigteil
    9
    Unterkante oberes Fertigteil
    10
    Justierdollen im unteren Fertigteil
    11
    Mörtelbett
    12
    Fußplatte

Claims (8)

  1. Ausführung eines Stoßes von hochbelasteten Fertigteilstützen (1), (7) bevorzugt aus Stahlbeton,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungsstahlstäbe (5), (8) ohne direkten Kontakt stumpf miteinander gestoßen werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen den Bewehrungsstäben (5) der unteren Fertigteilstütze (1) und den Bewehrungsstäben (8) der oberen Fertigteilstütze (7) maximal 1/8 des Einzelstabdurchmessers zuzüglich des Toleranzausgleiches beträgt.
  3. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Mörtelbett (11) zwischen Oberkante (4) der Ortbetondecke (3) und der Unterkante (9) der Fertigteilstütze (7) bei horizontaler Unterkante maximal 50 mm stark ist.
  4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkante der Fertigteilstütze (7) gegen die Horizontale geneigt ausgeführt ist und das Mörtelbett (11) zwischen Oberkante (4) der Ortbetondecke (3) und der Unterkante (9) der Fertigteilstütze (7) einseitig dicker als 50 mm sein kann.
  5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass die obere Fertigteilstütze (7) mit einer Fußplatte (12) ausgestattet ist, auf der die Bewehrungsstäbe (8) stumpf enden.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz zwischen den Bewehrungsstäben (5) der unteren Fertigteilstütze (1) und der Fußplatte (12) der oberen Fertigteilstütze (7) maximal 1/4 des Einzelstabdurchmessers beträgt.
  7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Bewehrungsstahl (5), (8) ein hochfester Betonstahl ist.
  8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass in den werksmäßig hergestellten Betonfertigteilen passgenau Dollen (10) und Hülsen (6) eingebaut sind, die der Justierung und Ausrichtung des Anschlusses dienen.
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