[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anschlussbauteil zur lastabtragenden, vertikalen
Verbindung von Gebäudeteilen, welches einen wärmedämmenden Grundkörper mit zwei gegenüberliegenden
Anlageflächen zum Anschluss an die Gebäudeteile und mindestens ein in den wärmedämmenden
Grundkörper eingesetztes und diesen von der einen bis zur anderen Anlagefläche durchdringendes
Druckelement aufweist.
[0002] Im Hochbau werden tragende Bauteile häufig aus mit einer Bewehrung versehenen Betonkonstruktionen
erstellt. Aus energetischen Gründen können solche Gebäudeteile mit einer von außen
angebrachten Wärmedämmung versehen werden. Insbesondere die Geschossdecke zwischen
Tiefgeschoss, wie beispielsweise Keller oder Tiefgarage, und Erdgeschoss wird häufig
auf der Tiefgeschossseite mit einer deckenseitig angebrachten Wärmedämmung ausgerüstet.
Hierbei ergibt sich die Schwierigkeit, dass die tragenden Gebäudeteile, auf denen
das Gebäude ruht, wie etwa Stützen und Außenwände, in lastabtragender Weise mit den
darüber befindlichen Gebäudeteilen, insbesondere der Geschossdecke, verbunden sein
müssen. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass die Geschossdecke bei durchgehender
Bewehrung monolithisch mit den tragenden Stützen und Außenwänden verbunden wird. Hierdurch
entstehen jedoch Wärmebrücken, die sich nur schlecht durch eine nachträglich von außen
angebrachte Wärmedämmung beseitigen lassen. In Tiefgaragen wird beispielsweise häufig
der obere, zur Geschossdecke weisende Abschnitt der tragenden Betonstützen ebenfalls
mit einer Wärmedämmung ummantelt. Dies ist nicht nur aufwendig und optisch weniger
ansprechend, sondern führt auch zu unbefriedigenden bauphysikalischen Ergebnissen
und vermindert zudem den in der Tiefgarage verfügbaren Parkraum.
[0003] Aus der Schrift
DE 101 06 222 A1 ist ein mauersteinförmiges Wandelement zur Wärmeentkopplung zwischen Wandteilen und
Boden- und/oder Deckenteilen beschrieben. Das Wandelement besitzt eine druckfeste
Tragstruktur mit in den Zwischenräumen angeordneten Isolierelementen. Die Tragstruktur
kann beispielsweise aus einem Leichtbeton bestehen. Ein solches Wandelement dient
zur Wärmedämmung gemauerter Außenwände, indem es beispielsweise wie ein herkömmlicher
Mauerstein als erste Steinschicht der tragenden Außenwand oberhalb der Kellerdecke
eingesetzt wird.
[0004] Aus der Schrift
EP 2 405 065 A1 ist ein Druckkraft übertragendes und isolierendes Anschlusselement bekannt, welches
zur vertikalen, lasttragenden Verbindung von aus Beton zu erstellenden Gebäudeteilen
zum Einsatz kommt. Es besteht aus einem Isolationskörper mit einem oder mehreren darin
eingebetteten Druckelementen. Durch die Druckelemente verlaufen Querkraftbewehrungselemente,
die sich zum Anschluss an die aus Beton zu erstellenden Gebäudeteile im Wesentlichen
vertikal über die Oberseite und die Unterseite des Isolationskörpers hinaus erstrecken.
Der Isolationskörper kann beispielsweise aus Schaumglas oder expandiertem Polystyrol-Hartschaum
und die Druckelemente aus Beton, Faserbeton oder Faserkunststoff hergestellt werden.
[0005] Das Funktionsprinzip eines solchen wärmedämmenden Anschlusselements mit innenliegenden
Druckelementen besteht somit darin, die Auflagefläche zwischen den Gebäudeteilen zu
verringern, um einen Wärmeübertrag zu reduzieren. Eine solche flächenreduzierte bzw.
punktuelle Krafteinleitung von einer horizontalen Gebäudestruktur in eine diese tragende
vertikale Gebäudestruktur über einzelne Druckelemente stellt hohe Anforderungen an
die Stabilität und Tragfähigkeit der Druckelemente.
[0006] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein wärmedämmendes Anschlussbauteil
mit innenliegendem Druckelement anzugeben, bei dem einerseits die Tragfähigkeit und
Zuverlässigkeit verbessert ist, welches andererseits einfach und kostengünstig in
der Herstellung ist.
[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
[0008] Bei einem Anschlussbauteil der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass das Druckelement zumindest teilweise aus einem gießfähigen, aushärtendem Werkstoff,
insbesondere Beton, gefertigt ist und zumindest abschnittsweise eine äußere Ummantelung
aus einem zugfesten Werkstoff aufweist, insbesondere aus Stahl oder einem faserverstärktem
Verbundwerkstoff.
[0009] Die Herstellung des Druckelements aus einem gießfähigen, aushärtenden Werkstoff vereinfacht
einerseits die Herstellung und führt andererseits, je nach verwendetem Werkstoff wie
etwa hochfestem Beton, zu äußerst druckstabilen Bauteilen. Die äußere Ummantelung
aus einem zugfesten Werkstoff erhöht die Tragfähigkeit derartiger Druckelemente erheblich,
da sie eine Verformung durch seitliche Aufweitung des druckstabilen Kerns unter Kompression,
die schließlich zum Zerbersten des Druckelements führen kann, verhindert.
[0010] Eine etwaige Verschlechterung der bauphysikalischen Eigenschaften im Hinblick auf
eine erhöhte Wärmeleitfähigkeit der äußeren Ummantelung wird durch die Erhöhung der
Tragfähigkeit eines derartigen Druckelements überkompensiert. Insbesondere ist es
vorteilhaft, die äußere Ummantelung als verlorene Schalung bei der Herstellung des
Druckelements zu verwenden, indem diese mit dem Werkstoff des Druckelements, also
beispielsweise hochfestem Beton, ausgegossen wird. Hierdurch entsteht zudem eine innige
Verbindung zwischen Betonkern und Ummantelung.
[0011] Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann an der äußeren
Ummantelung ein sich in Längsrichtung des Druckelements beiderseitig über dieses hinaus
erstreckendes Bewehrungsteil, insbesondere ein Bewehrungsstab, befestigt werden. Ein
solcher Bewehrungsstab, der über die Anlageflächen des Anschlussbauteils hinaus steht,
wird beim Einbau des Anschlussbauteils an die Bewehrung der darüber und darunter aus
Beton zu erstellenden Gebäudeteile angeschlossen bzw. mit dieser verbunden und ermöglicht
somit eine durchgehende Bewehrungssituation zwischen einem vertikalen Gebäudeteil,
wie etwa einer Stütze, und einem von dieser getragenen, horizontalen Gebäudeteil,
wie etwa einer Geschossdecke.
[0012] Bei dem eingangs beschriebenen, bekannten Anschlusselement verlaufen Bewehrungsstäbe
durch das bzw. die Druckelemente. Da aus bauphysikalischen Gründen der Querschnitt
der Druckelemente möglichst klein gehalten werden soll, erweist sich die erfindungsgemäße
externe Befestigung der Bewehrungsstäbe an der äußeren Ummantelung der Druckelemente
als vorteilhaft. Durch die Ummantelung der Druckelemente mit einem zugfesten Werkstoff
wird deren Tragfähigkeit erhöht, so dass auf der anderen Seite bei gleicher Tragfähigkeit
der Querschnitt der Druckelemente verringert werden kann. Würden in diesem Fall die
auf Zug- und/oder Querkräfte ausgelegten Bewehrungsstäbe durch den druckfesten Werkstoff
der Druckelemente verlegt, ergeben sich potenzielle Schwachstellen im Gefüge der Druckelemente
und deren Tragfähigkeit wäre vermindert. Die externe Befestigung von Bewehrungsstäben
an den Druckelementen ermöglicht dagegen eine getrennte Optimierung einerseits der
statischen Eigenschaften der Druckelemente, andererseits der Auslegung der Bewährungsstäbe.
Darüber hinaus vereinfacht die externe Befestigung der Bewehrungsstäbe an der äußeren
Ummantelung der Druckelemente deren Herstellung beträchtlich. So können die Druckelemente
zunächst ohne Bewehrungsstäbe durch Ausgießen einer als verlorener Schalung dienenden
äußeren Ummantelung hergestellt, und anschließend die Bewehrungsstäbe an dieser befestigt
werden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung im Falle von Edelstahl.
[0013] Als druckfähiger Werkstoff zur Herstellung der Druckelemente eignet sich besonders
hochfester Beton einer Festigkeitsklasse entsprechend C55/67 bzw. LC55/60 oder höher.
Hochfester Beton ist kostengünstig in der Herstellung, zuverlässig und bietet eine
hohe Tragfähigkeit.
[0014] Als Ummantelung für das Druckelement kann insbesondere eine Hülse aus Stahl, vorzugsweise
nicht rostendem Stahl, dienen, welche mit hochfestem Beton ausgegossen wird. An diese
können anschließend in der vorstehend beschriebenen Weise Bewährungsstäbe angeschweißt
werden. Auch die Bewehrungsstäbe bestehen vorzugsweise, zumindest im Bereich der Druckelemente,
aus nichtrostendem Stahl. In einem gewissen Abstand oberhalb und unterhalb der Druckelemente,
welcher zumindest einer aus Korrosionsschutzgründen geforderten Betonüberdeckung entspricht,
können die Bewehrungsstäbe dagegen aus herkömmlichem Baustahl bestehen, der an den
mittleren Abschnitt aus nichtrostendem Stahl angeschweißt sein kann. Alternativ kann
die Ummantelung auch aus einem Faserverbundwerkstoff wie etwa GFK hergestellt sein.
Hierbei ist es insbesondere auch möglich, ein Bewehrungselement, welches ebenfalls
auf GFK, alternativ aus nichtrostendem Stahl sein kann, bei der Herstellung der Ummantelung
in diese mit einzulaminieren.
[0015] Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die äußere Ummantelung des Druckelements
im Bereich gegenüberliegender, zur Druckeinleitung dienender Endflächen des Druckelements
ausgespart ist, die Ummantelung also nicht über die volle Länge des Druckelements
reicht, sondern nur dessen mittleren Abschnitt umgibt. Hierdurch kann die Anbindung
des Druckelements an die darüber und darunter aus Beton zu erstellenden Gebäudeteile
und die Einleitung der Tragkräfte in das Druckelement über dessen Endflächen verbessert
sein, da die Druckeinleitung an den ausgesparten Endbereichen des Druckelements ausschließlich
in den Druckkraft übertragenden Werkstoff und nicht in die diesen umgebende Ummantelung
erfolgt.
[0016] Das Druckelement für ein erfindungsgemäßes Anschlussbauteil kann vorzugsweise zylinder-,
prismen-, kegelstumpf- oder pyramidenstumpfförmig ausgeführt werden.
[0017] Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden
anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine isometrische Ansicht eines quaderförmigen Anschlussbauteils,
- Figur 2
- eine Explosionszeichnung des wärmedämmenden Grundkörpers und der darin eingesetzten
Einzeldruckelemente des Anschlussbauteils aus Figur 1,
- Figur 3
- ein Einzeldruckelement für ein erfindungsgemäßes Anschlussbauteil mit einer Ummantelung
als verlorener Schalung,
- Figur 4
- ein Einzeldruckelement, bei dem die Ummantelung in den Endbereichen ausgespart ist,
und
- Figur 5
- ein Einzeldruckelement mit extern an dessen äußerer Ummantelung befestigten Bewehrungsstäben.
[0018] Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für ein wärmedämmendes Anschlussbauteil
beschrieben, welches vorrangig zur vertikalen, lastabtragenden Anbindung von Stützen
im Untergeschossbereich an die darüberliegenden Gebäudeteile wie etwa eine Geschossdecke
Anwendung findet. Unter einer Stütze wird ein vertikales Gebäudeteil verstanden, das
Lasten hauptsächlich in Richtung seiner Längsachse aufnimmt und weiterleitet. Die
DIN-Norm 1041/1 definiert eine Stütze als stabförmiges Druckglied, dessen größere
Querschnittsabmessung in Abgrenzung zu einer Wand das Vierfache der kleineren Abmessung
nicht übersteigt. Daneben können die beschriebenen Anschlussbauteile aber auch zum
Anschluss einer Stützwand an die darüberliegende Gebäudekonstruktion, insbesondere
einer darüberliegenden Geschossdecke, eingesetzt werden.
[0019] Figur 1 zeigt einen quaderförmigen Grundkörper 1 aus wärmedämmendem Material. Als
wärmedämmendes Material kommt beispielsweise ein Mineraldämmstoff, ein Holzwolle-Mehrschichtdämmstoff,
ein expandierter Polystyrol-Hartschaum (EPS, XPS) oder Schaumglas in Betracht. Der
Grundkörper 1 besteht somit aus nichttragendem Material und dient zur Wärmeentkopplung
zwischen den darunter- und darüber zu erstellenden Gebäudeteilen. Die obere Seite
1a des Grundkörpers 1 dient als Anlagefläche für eine darüber zu erstellende Geschossdecke.
Die Unterseite 1 b dient als Anlagefläche und Abschluss für ein darunter befindliches
tragendes Gebäudeteil wie etwa eine Stütze. In den wärmedämmenden Grundkörper 1 sind
insgesamt acht Einzeldruckelemente 2 eingesetzt, die sich jeweils im Wesentlichen
von der oberen bis zur unteren Anlagefläche erstrecken und zur Aufnahme der Tragkräfte
einer darüber lastenden Geschossdecke und Ableitung der Tragkräfte in die darunter
befindliche Stütze dienen. Die Einzeldruckelemente 2 sind zylindrisch ausgebildet.
[0020] In Figur 2 sind der Grundkörper 1 und die darin eingesetzten Druckelemente 2 in der
Art einer Explosionszeichnung separat gezeigt. Die Druckelemente 2 bestehen jeweils
aus Hochleistungsbeton mit einer Druckfestigkeit > 50 N/mm
2, vorzugsweise ultrahochfestem Beton (UHPC) mit einer Druckfestigkeit von > 150 N/mm
2. Die Einzeldruckelemente 2 sind zudem jeweils mit einer äußeren Ummantelung 3 in
Form einer Hülse aus nicht rostendem Stahl versehen. Die Edelstahlhülsen 3 dienen
einerseits bei der Herstellung als verlorene Schalung, indem sie mit dem Hochleistungsbeton
ausgegossen werden, andererseits erhöhen sie die Tragfähigkeit und Druckfestigkeit
der Einzeldruckelemente 2, indem sie eine Verformung des Betonkerns bei Kompression
des Druckelements etwa durch ein seitliches "Ausweichen" des Materials verhindern.
[0021] Die Einzeldruckelemente 2 sind somit in der Lage, die auf dem Anschlussbauteil lastenden
Tragkräfte aufzunehmen und in die darunterliegende Stütze weiterzuleiten. Die im Vergleich
zur Grundfläche des gesamten Anschlussbauteils einschließlich des wärmedämmenden Grundkörpers
1 bzw. im Vergleich zu der entsprechenden Grundfläche der darunter befindlichen Stütze
erheblich reduzierten Querschnittsfläche der einzelnen Druckelemente 2 führt zu einer
erheblichen Verringerung der Wärmeleitfähigkeit des Anschlussbauteils als Ganzem.
Ein Wärmeübertrag zwischen einer darunterliegenden Stütze und einer darüber befindlichen
Geschossdecke erfolgt im Wesentlichen nur durch die verringerte Querschnittsfläche
der Einzeldruckelemente 2. Der isolierende Grundkörper 1 sorgt mit seinen wärmedämmenden
Eigenschaften für eine Wärmeentkopplung zwischen den Gebäudeteilen.
[0022] In Figur 3 ist ein Einzeldruckelement 2 mit seiner äußeren Edelstahlhülse 3 und der
druckfesten Füllung aus Hochleistungsbeton 4 separat gezeigt. Neben einer Zylinderform
können auch beliebige andere geometrische Formen wie Prismen-, Kegelstumpf- oder Pyramidenstumpfform
gewählt werden. Daneben kommt beispielsweise auch eine fassförmige oder sich zur Mitte
hin verjüngende Formgebung in Betracht.
[0023] Eine Variante eines zylindrischen Einzeldruckelementes 2' ist in Figur 4 dargestellt.
Auch hier ist ein druckfester Grundkörper 4 aus Hochleistungsbeton mit einer äußeren
Ummantelung 3' aus einem zugfesten Werkstoff wie etwa Edelstahl vorgesehen. Wesentlich
ist jedoch, dass in den Endbereichen 5, d. h. am oberen und am unteren Ende des druckfesten
Betonkerns 4, die Ummantelung 3' ausgespart ist. Dies sorgt für einen besseren Anschlussverbund
mit dem Frischbeton der ober- und unterhalb des Anschlussbauteils zu erstellenden
bzw. erstellten Gebäudeteile.
[0024] Die Endbereiche 5 im zweiten Ausführungsbeispiel können sich beispielsweise über
die oberen und unteren 5 mm des Einzeldruckelements erstrecken. Die typische Höhe
eines Einzeldruckelements 2 bzw. 2' entspricht der Stärke einer vorgesehenen Dämmstoffschicht
zwischen 8 und 20 cm, vorzugsweise zwischen 10 und 15 cm. Die Einzeldruckelemente
2, 2' können jeweils auch geringfügig über dem wärmedämmenden Grundkörper 1 hinausstehen,
das heißt die Höhe der Einzeldruckelemente 2, 2' kann geringfügig größer sein als
die Stärke des Grundkörpers 1 bzw. einer unterhalb einer Geschossdecke anzubringenden
Dämpfstoffschicht. Dieser Überstand kann vorteilhaft bei der Anbindung der Einzeldruckelemente
an die darüber bzw. darunter zu erstellenden Gebäudeteile sein. Im zweiten Ausführungsbeispiel
betrifft dieser Überstand vor allem die Endbereiche 5 der Einzeldruckelemente 2'.
Darüber hinaus kann die obere und untere Abschlussfläche auch gewölbt ausgeführt sein,
beispielsweise konkav oder konvex gewölbt. Auch hierdurch lässt sich einerseits die
Anbindung an die darüber bzw. darunter zu erstellenden Gebäudeteile verbessern, andererseits
kann durch eine entsprechende Wölbung der Anschlussflächen der Einzeldruckelemente
2, 2' eine gewisse Gelenkigkeit an den Verbindungsstellen erreicht werden, die für
eine bessere Einleitung der Tragkräfte und insbesondere eine Kompensation einer Auflagerverdrehung
an einer darüberliegenden Geschossdecke aufgrund einer Verformung oder Setzung im
Gebäude sorgen.
[0025] Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einzeldruckelementes 2 ist in Figur 5 dargestellt.
Auch dieses weist wiederum einen druckstabilen, gegossenen Kern 4 aus Hochleistungsbeton
und eine hülsenförmige äußere Ummantelung 3 aus Edelstahl auf. An den Edelstahlmantel
3 sind seitlich zwei Bewehrungsstäbe 6 angeschweißt. Selbstverständlich kann auch
nur ein Bewehrungsstab pro Druckelement vorgesehen sein, oder es können an einem Druckelement,
je nach dessen Größe, mehr als zwei Bewehrungsstäbe angebracht sein. Bei einem Anschlussbauteil
mit mehreren Einzeldruckelementen, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, können auch
nur ein Teil der Druckelemente mit Bewehrungsstäben ausgestattet sein.
[0026] Die Bewehrungsstäbe 6 stehen im zusammengebauten Zustand des Anschlussbauteils über
die obere und untere Anlagefläche hinaus und dienen zur Anbindung an die Bewehrung
der darüber und darunter zu erstellenden Gebäudeteile. Das Anschlussbauteil wird hierzu
in eine Schalung für ein zu erstellendes Gebäudeteil, etwa eine Stütze, mit eingebaut
und die Bewehrungsstäbe 6 werden beispielsweise mittels Rödeldraht mit der Bewehrung
des Gebäudeteils verbunden. Anschließend wird die Schalung mit Frischbeton verfüllt
und dieser verdichtet. Nach Abbinden des Betons der Stütze kann in an sich bekannter
Weise mit der Erstellung einer Geschossdecke oberhalb des Anschlussbauteils fortgefahren
werden.
[0027] Somit wird durch das Anschlussbauteil einerseits eine thermische Entkopplung der
darüber und darunter befindlichen Gebäudeteile erreicht, andererseits kann die Bewehrung
von einer darunter befindlichen Stütze bis in die darüber befindliche Geschossdecke
hindurchgeführt und somit Stütze und Geschossdecke monolithisch miteinander verbunden
werden.
[0028] Das Anschlussbauteil kann in unterschiedlichen Abmessungen wie etwa 25 x 25 cm oder
30 x 30 cm ausgeführt werden. Die Höhe des Anschlussbauteils entspricht, wie bereits
beschrieben, typischerweise der Stärke der vorgesehenen Dämmstoffschicht und kann
gegebenenfalls einige Millimeter, zum Beispiel 5 mm, über den isolierenden Grundkörper
1 hinausstehen. Ein Anschlussbauteil kann entweder ein einzelnes Druckelement oder
wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt mehrere Einzeldruckelemente aufweisen. Ein
solches Anschlussbauteil kann einzeln für eine Stütze verwendet werden. Bei höheren
Belastungen können auch mehrere Anschlussbauteile für eine größere Stütze kombiniert
werden. Entsprechend können ein oder mehrere erfindungsgemäße Anschlussbauteile als
oberer Abschluss einer tragenden Wand unterhalb einer Geschossdecke eingesetzt werden.
1. Anschlussbauteil zur lastabtragenden, vertikalen Verbindung von Gebäudeteilen, mit
einem wärmedämmenden Grundkörper (1), welcher zwei gegenüberliegende Anlageflächen
(1a, 1b) zum Anschluss an die Gebäudeteile aufweist, und mit mindestens einem in den
wärmedämmenden Grundkörper (1) eingesetzten und diesen im Wesentlichen von der einen
bis zur anderen Anlagefläche durchdringenden Druckelement (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Druckelement (2) zumindest teilweise aus einem gießfähigen, aushärtenden Werkstoff
(4), insbesondere Beton, gefertigt ist und zumindest abschnittsweise eine äußere Ummantelung
(3) aus einem zugfesten Werkstoff aufweist, insbesondere aus Stahl oder einem faserverstärkten
Verbundwerkstoff.
2. Anschlussbauteil nach Anspruch 1, bei dem die äußere Ummantelung (3) als verlorene
Schalung bei der Herstellung des Druckelements (2) dient.
3. Anschlussbauteil nach Anspruch 1 oder 2, bei dem an der äußeren Ummantelung (3) ein
sich in Längsrichtung des Druckelements (1) beidseitig über dieses hinaus erstreckendes
Bewehrungsteil (6), insbesondere ein Bewehrungsstab, befestigt ist.
4. Anschlussbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem als Werkstoff für
das Druckelement hochfester Beton einer Festigkeitsklasse entsprechend C55/67 bzw.
LC55/60 oder höher eingesetzt wird.
5. Anschlussbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die äußere Ummantelung
(3) eine Hülse aus Stahl, vorzugsweise nichtrostendem Stahl aufweist, welche mit hochfestem
Beton (4) ausgegossen ist.
6. Anschlussbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die äußere Ummantelung
(3) im Bereich (5) gegenüberliegender, zur Druckeinleitung dienender Endflächen des
Druckelements (2) ausgespart ist.
7. Anschlussbauteil nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Druckelement
(2) zylinder-, prismen-, kegelstumpf- oder pyramidenstumpfförmigen ausgeführt ist.