DE10039264A1 - Verbindungsmittel zur Schubkraftübertragung in Holz - Verbund - Biegeträgern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsmittel zur Schubkraftübertragung in Holz-Verbund-Biegeträgern, das im Bauwesen der Konstruktion von Biegeträgern aus Holz und einem mineralischen Baustoff in der Verbundbauweise dient. DOLLAR A Verbindungsmittel zur Schubkraftübertragung in Holz-Verbund-Biegeträgern, das im Bauwesen der Konstruktion von Biegeträgern aus Holz und einem mineralischen Baustoff in der Verbundbauweise dient, dadurch gekennzeichnet, dass ein senkrechtes rechteckiges Blech beidseitig im Winkel von 75 DEG bis 105 DEG zum senkrechten Blech umgebogene Flügel aufweist, deren Enden als nach innen laufende Hülsen zur Aufnahme von Schrauben in einem Winkel von 25 DEG bis 65 DEG in Bezug auf das senkrechte Blech ausgebildet und orthogonal zur Hülsenachse abgeschnitten sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsmittel zur Schubkraftübertragung in Holz- Verbund-Biegeträgern, das im Bauwesen der Konstruktion von Biegeträgern aus Holz und einem mineralischen Baustoff in der Verbundbauweise dient.

Seit Beginn der 80er Jahre werden in Deutschland vermehrt Biegeträger in der Verbundbauweise konstruiert, bei denen Holz in Verbindung mit mineralischen Baustoffen eingesetzt wird. Als mineralischer Baustoff kommt dabei fast ausschließlich Normalbeton zum Einsatz (Blass, 1996; Kenel, 1998; Kreuzinger 1999; Natterer, 1997.). Es hat sich als sinnvoll erwiesen, Holz- Beton Verbundbiegeträger als Einfeldträger einzusetzen, wobei stets das Holz in der Zugzone und der mineralische Baustoff in der Druckzone angeordnet wird. So ergibt sich aus der Aufnahme der Momentenbelastung eine primäre Zugbelastung des Holzes und eine primäre Druckbelastung des Betons. Es werden aus Holz - Beton Verbundbiegeträgern vor allem Decken konstruiert. Diese Decken weisen bei verhältnismäßig geringem Eigengewicht eine hohe Biegesteifigkeit auf und sind daher verformungs- und schwingungsarm.

Die eigentliche technologische Herausforderung der Holz-Beton Verbundbauweise stellen die Verbindungssysteme dar, die die beiden Baustoffe schubfest verbinden. Diese Systeme werden in statisch-konstruktiver Hinsicht durch die beiden Parameter Steifigkeit und Schubtragfähigkeit ihrer Verbindungsmittel beschrieben. Es sind heute besonders in Skandinavien, Italien und der Schweiz verschiedene Systeme auf dem Markt zu finden. In Deutschland sind aktuell einige wenige bauaufsichtliche Zulassungen für Holz-Beton Verbindungssysteme erteilt.

Die Steifigkeit und die Schubtragfähigkeit der Verbindungsmittel ist von den verwendeten Baustoffen abhängig, d. h. auf der Seite des mineralischen Baustoffs von der Druck- und Zugfestigkeit und dem Elastizitätsmodul dieses Stoffes. Leichtbeton oder mineralische Estriche weisen in der Regel in Bezug auf die Materialeigenschaften Druck-, Zugfestigkeit oder Elastizitätsmodul geringere Werte auf.

Die marktgängigen Holz-Beton Verbindungssysteme sind im Verbund mit anderen mineralische Baustoffen, die geringere Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, durch geringere Steifigkeiten charakterisiert. Außerdem begünstigen Baustoffe mit geringeren Zugfestigkeiten als Normalbeton das lokale Versagen im Bereich der Verbindungsmittel. Das resultiert wiederum in geringeren Schubtragfähigkeiten.

Geringere Steifigkeiten und Schubtragfähigkeiten führen dazu, dass die Verbindungsmittel enger gesetzt werden müssen, um eine bestimmte Biegesteifigkeit des Verbundquerschnitts zu erreichen. Der Verbindungsmittel­ abstand ist ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Konstruktion von Biegeträgern in der Verbundbauweise. Er beeinflusst die Kosten über die Materialkosten für die Verbindungsmittel und über die Lohnkosten für das Setzen der Verbinder.

Es ist aber attraktiv, auch andere mineralische Baustoffe als Normalbeton für die Verbundquerschnitte einzusetzen. So können mit Leichtbeton extrem leichte Biegeträger konstruiert werden, die überall dort vorteilhaft sind, wo das Eigengewicht der Konstruktion minimiert werden muss. Auch mineralische Estriche sind als Baustoffe in Verbindung mit Holz für die Verbundquerschnitte denkbar, denn sie haben den Vorteil eines wenig aufwendigen Einbaus.

Während für die marktgängigen Holz-Beton Verbindungssysteme im Verbund mit Normalbeton stets das Versagen der Holz-Schrauben-Verbindung durch Herausziehen der Schrauben beobachtet werden kann, kommt es etwa im Verbund mit Leichtbeton stets zu einem Versagen des Leichtbetons (Blas, 1996). Es bestehen also bei den marktgängigen Holz-Beton Verbindungssystemen in Verbund mit mineralische Baustoffen, die geringere Druck- und Zugfestigkeiten und Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, noch Tragreserven, was das Herausziehen der Schrauben aus dem Holz betrifft.

Verschiedene marktgängige Verbindungssysteme nutzen unter einem Winkel von etwa 45° gesetzte Spezialschrauben als Verbindungsmittel. Dabei kommen immer Holzschrauben ohne Vorbohren zum Einsatz. Es ist technologisch anspruchsvoll, diesen oder einen anderen wesentlich von 90° abweichenden Einschraubwinkel zu realisieren, wenn die Schrauben ohne Vorbohren und ohne weitere Hilfsmittel gesetzt werden.

Es ist unmöglich, die Schrauben von Anfang an in einem Winkel, der von der Lotrechten wesentlich abweicht, einzuschrauben. Beim angestrebten Winkel von 45° gleiten die Schrauben beim Versuch, sie sofort in diesem Winkel zu setzen, über das Holz und finden durch den bloßen Spitzendruck beim Einschrauben keinen Halt. Deshalb wird bei den marktgängigen Systemen der Einschraubwinkel von 45° realisiert, indem die Schrauben zuerst einige Millimeter senkrecht eingeschraubt werden und dann geneigt werden. Für diesen Arbeitsgang ist einige Routine und Konzentration erforderlich. Denn bei einer zu geringen anfänglichen senkrechten Einschraubtiefe gleiten die Schrauben nach dem Neigen aus dem zu flachen Loch und finden wiederum keinen Halt. Und bei einer zu großen Einschraubtiefe werden die Schrauben durch das Neigen verbogen und sind danach nicht mehr zu verwenden. Ebenfalls technologisch anspruchsvoll gestaltet sich die Beibehaltung einer konstanten Einschraubtiefe.

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Verbindungsmittel vorgestellt werden, dass im Verbund von Holz mit mineralischen Baustoffen, die geringere Druck- und Zugfestigkeiten und Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, gleiche oder bessere Werten für die Parameter Steifigkeit und Schubtragfähigkeit aufweist, als die marktgängigen Verbindungsmittel in Verbindung mit Normalbeton.

Mit Hilfe der Erfindung soll es möglich sein, Verbundbiegeträger mit vergleichbar hohen Steifigkeiten auch aus Holz in Verbindung mit mineralischen Baustoffen, die geringere Druck- und Zugfestigkeiten und Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, wirtschaftlich zu konstruieren.

Gleichzeitig soll diese Erfindung in der Herstellung des Verbindungsmittels eine wenig aufwendige und in der Montage des Verbindungsmittels eine technologisch einfache aber effektive Lösung darstellen. Deshalb soll die Erfindung eine Möglichkeit bieten, Schrauben in einem Winkel von 25° bis 65° und mit einer definierten Einschraubtiefe (i. d. R. ohne Vorbohren) wiederholt problemlos zu setzen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Anspruch 1 gelöst und durch weitere Unteransprüche günstig ausgestaltet.

Die Erfindung ist ein Verbindungsmittel, das aus einem Schubblech aus Metall besteht. Dabei handelt es sich um ein Blech mit einer besonderen Biegeform, dessen senkrechter rechteckiger Teil beidseitig im Winkel von 75° bis 105° zum senkrechten Blech umgebogene Flügel aufweist, deren Enden als nach innen laufende Hülsen zur Aufnahme von Schrauben in einem Winkel von 25° bis 65° in Bezug auf den senkrechten Teil ausgebildet und orthogonal zur Hülsenachse abgeschnitten sind. Das Schubblech wird mit Hilfe von zwei handelsübliche Sechskant-Holzschrauben, die im Winkel von 25° bis 65° gesetzt werden, im Holz verankert. Das Schubblech wird von jeder der beiden Schrauben an jeweils zwei Punkten gehalten. Zum einen ist die vertikale Fläche des Schubblechs mit dem oberen Rand unter den Schraubenkopf geklemmt (Punkt A in Fig. 1), und zum anderen sitzt das Blech mit dem vom senkrechten Blech am weitesten entfernten Punkt der Hülse auf der Schraube auf (Punkt B in Fig. 1). Die Fig. 1 und 2 zeigen das Schubblech in der Ansicht von der Seite (mit Schraube) und dreidimensional ohne Schrauben. Die Fig. 3 und 4 zeigen das Schubblech in den Ansichten von vorn und von oben jeweils ohne Schrauben.

Unter dem statisch-konstruktiven und dem montagetechnischen Aspekt erweist sich ein Schubblech in Kombination mit Sechskant-Holzschrauben mit einem Durchmesser von 6 mm als besonders günstig. Der Vorteil dieses Schraubendurchmessers besteht darin, dass er der maximale Durchmesser ist, also der mit der maximalen Tragfähigkeit und Steifigkeit, der ohne Vorbohren gesetzt werden kann. Es sind aber auch andere Dimensionen der Schrauben möglich.

Das Schubblech hat im Wesentlichen drei statisch-konstruktive Funktionen und zwei montagetechnische Funktionen.

Die erste statisch-konstruktive Funktion des Schubbleches besteht in der Fläche, in der die Druckkräfte des mineralischen Baustoffs aufgenommen werden können. Diese Funktion hat Einfluss auf die Tragfähigkeit des Verbindungsmittels. Indem die Fläche des Schubbleches vergrößert wird, steigt die Tragfähigkeit. Dadurch kann die Fläche des Schubbleches so angepasst werden, dass ein Versagen des mineralischen Baustoffes bei der gleichen Belastung auftritt, wie das Versagen der Holz-Schrauben-Verbindung durch Herausziehen der Schrauben. Mit Hilfe der Erfindung kann das Versagen auf das Herausziehen der Schrauben aus dem Holz verlagert werden. Die Reserven der Tragfähigkeit, die in der Holz-Schrauben- Verbindung stecken, werden so voll ausgenutzt.

Damit sind bei diesem Verbindungsmittel auch im Verbund mit mineralischen Baustoffen mit geringeren Druck- und Zugfestigkeiten als Normalbeton gleiche oder höhere Tragfähigkeiten möglich wie bei den marktgängigen Verbindungsmitteln im Verbund mit Normalbeton.

Die zweite statisch-konstruktive Funktion besteht in der Erhöhung der Steifigkeit. Dieser Effekt wird durch die Fläche des Schubbleches erreicht, da es dort nicht zu solchen Spannungsspitzen kommt wie in der Umgebung nackter Schrauben und damit zu geringeren Verformungen.

Die dritte statisch-konstruktive Funktion des Schubbleches ist die Stützung der Schrauben, die dadurch weniger auf Biegung beansprucht werden und sich weniger verformen. Dies erhöht ebenfalls die Steifigkeit des Verbindungsmittels.

Es können auch im Verbund mit mineralischen Baustoffen mit geringeren Steifigkeiten als Normalbeton gleiche oder höhere Steifigkeiten der Verbindungsmittel erreicht werden wie bei den marktgängigen Verbindungsmitteln im Verbund mit Normalbeton.

Das Schubblech kann auch im Verbund von Holz mit Normalbeton höhere Steifigkeiten der Verbundfuge erreichen als die marktgängigen Verbindungsmittel, indem es die Beanspruchung der Schrauben auf Biegung reduziert. Es können so mit dem Schubblech steifere Biegeträger mit geringeren Verformungen und einem besseren Schwingungsverhalten konstruiert werden als mit den marktgängigen Verbindungsmitteln.

Die statisch-konstruktiven Funktionen des Schubbleches konnten durch Scherversuche mit Holz-Leichtbeton Verbundkonstruktionen bestätigt werden.

Die erste montagetechnische Funktion des Schubbleches besteht darin, dass es eine Führung für die Schrauben zum Einschrauben bietet. Das Schubblech bietet zwei Punkte als Führung für die Schrauben - die beiden beschriebenen und in Fig. 1 dargestellten Punkte, an denen das Blech von den Schrauben gehalten wird. Die Schrauben können mit Hilfe der Erfindung jeweils problemlos im Winkel von 25° bis 65° gesetzt werden, da die Hülse den Einschraubwinkel vorgibt. Indem das Schubblech fixiert wird, können die Schraubenspitzen zu Beginn des Einschraubens nicht weggleiten sondern die Schrauben können von Anfang an problemlos geneigt gesetzt werden.

Auch das Beibehalten der konstanten Einschraubtiefe wird durch die zweite montagetechnische Funktion des Schubbleches gelöst, denn die Schrauben werden mit dem Kopf bis auf den oberen Rand des senkrechten Teil des Bleches geschraubt, der damit einen Anschlag darstellt.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verbindungsmittel, dass im Verbund von Holz mit mineralischen Baustoffen, die geringere Druck- und Zugfestigkeiten und Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, gleiche oder bessere Werten für die Steifigkeiten und Schubtragfähigkeit aufweist, als die marktgängigen Verbindungsmittel in Verbindung mit Normalbeton.

Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, Verbundbiegeträger mit hohen Steifigkeiten auch aus Holz in Verbindung mit mineralischen Baustoffen, die geringere Druck- und Zugfestigkeiten und Elastizitätsmoduln als Normalbeton besitzen, wirtschaftlich zu konstruieren.

Die vorliegende Erfindung bietet insbesondere den Vorteil einer technologisch unkomplizierten Montage bei hoher Präzision.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist ein Schubblech, dessen senkrechtes rechteckiges Blech 30 mm hoch und 50 mm breit ist, das beidseitig rechtwinklig umgebogene Flügel aufweist, deren Enden als nach innen laufende Hülsen mit einem Innendurchmesser von 6,5 mm ausgebildet und orthogonal zur Hülsenachse abgeschnitten sind, zur Aufnahme von in einem Winkel von 55° in Bezug auf das senkrechte Blech gesetzten Sechskant-Holzschrauben mit einem Durchmesser von 6 mm.

Literatur

Blass, H. J. (

1996

): Trag- und Verformungsverhalten von Holz-Beton- Verbundkonstruktionen. Stuttgart: IRB-Verlag.
Kenel, A. (

1998

): Holz, Beton-Verbund unter langfristiger Beanspruchung. Dübendorf: EMPA, Abt. Holz.
Kreuzinger, H. (

1999

): Holz-Beton-Verbundbauweise, in: Informationsdienst Holz (Hrsg.): Fachtagungen Holzbau

1999-2000

der Arbeitsgemeinschaft Holz. Fachverlag Holz.
Natterer, J. (

1997

): HBV-Konstruktionen - eine ökonomisch und ökologisch entwicklungsfähige Bauweise, in: Schulungszentrum TFB (Hrsg.): HBV- Konstruktionen für wirtschaftliche Neu- und Umbauten. Wildegg.

Claims (6)

1. Verbindungsmittel zur Schubkraftübertragung in Holz-Verbund-Biegeträgern, das im Bauwesen der Konstruktion von Biegeträgern aus Holz und einem mineralischen Baustoff in der Verbundbauweise dient, dadurch gekennzeichnet, dass ein senkrechtes rechteckiges Blech beidseitig im Winkel von 75° bis 105° zum senkrechten Blech umgebogene Flügel aufweist, deren Enden als nach innen laufende Hülsen zur Aufnahme von Schrauben in einem Winkel von 25° bis 65° in Bezug auf das senkrechte Blech ausgebildet und orthogonal zur Hülsenachse abgeschnitten sind.

2. Verbindungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech in einem Winkel von 90° umgebogene Flügel besitzt.

3. Verbindungsmittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen zur Aufnahme von Schrauben in einem Winkel von 55° ausgebildet sind.

4. Verbindungsmittel nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülsen einen Innendurchmesser von 6,5 mm aufweisen.

5. Verbindungsmittel nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Innendurchmesser der Hülse und Durchmesser der Schraube ein leichtes Nennlochspiel verbleibt.

6. Verbindungsmittel nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das senkrechte rechteckige Blech 30 mm hoch und 50 mm breit ist.