Doppelbodenstütze

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Um bei Doppelbodenanlagen den Abstand zwischen der Doppelbodenebene (OKFF) und der Rohdecke (OKRF) zu realisieren, werden Doppelbodenstützen eingesetzt. Von den zwei wichtigsten Systemkomponenten (Platte und Stütze) ist dieses Bauteil dasjenige, welches beim fertig verlegten Systemboden nicht mehr sichtbar ist. Das bedeutet jedoch nicht, dass das Design der Stütze vernachlässigbar ist.

Die drei regelmäßigen[1] Systemkomponenten

  • Platte
  • Stütze
  • Rasterstab

haben (bei einem Standard-Rastermaß von 600 mm) unterschiedliche Faktoren:

  • Anzahl der Platten: ca. 2,78/m2[2]
  • Anzahl der Stützen: ca. 3,36/m2[3]
  • Anzahl der Rasterstäbe: ca. 5,56/m2[4]

Es werden also mehr Stützen als Platten benötigt. Entsprechend hoch fallen die Kosten (für die Herstellung und die Montage der Stützen) ins Gewicht. Gleichzeitig ist die Konstruktion der Stütze dafür verantwortlich, dass der Boden stabil steht. Die Konstrukteure der Doppelbodenhersteller haben im Laufe der Jahre die unterschiedlichsten Lösungsansätze realisiert. Dabei war und ist stets zu beachten:

  • Die Stütze muss auf dem rohen Beton der Geschossdecke sicher verklebt werden.
  • Die Stütze muss möglichst genau senkrecht gestellt werden.
  • Die Stütze muss stufenlos in der Höhe eingestellt werden.
  • Die Höheneinstellung muss fixiert werden.
  • Die Stütze muss Überbrückungen und Rasterstäbe (verschraubt oder eingeklipst) aufnehmen.
  • Die Stütze muss die spezifizierte Last (Punktlast) exzentrisch aufnehmen.

Die normativen Anforderungen an eine Doppelbodenstütze sind in der „Anwendungsrichtlinie zur DIN EN 12825 Doppelböden 6. Ausgabe 11/2014“ unter Punkt „3.4 Unterkonstruktion“ ausführlich dargelegt. Um als Doppelbodenstütze erfolgreich zu sein, muss das Konstrukt auch die oben zusätzlich aufgeführten Anforderungen erfüllen.

Die vielfältigen Anforderungen und der hohe Kostendruck haben zu vielen kreativen Lösungen[5] geführt, von denen hier nur die wichtigsten aufgezählt werden:

Übersicht der Konstruktionsprinzipien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zeile Bereich Bauhöhe (ca.) Kopf Mittelelement Fuß Höhenverstellung Material Besonderheiten
1 Niedrigst 30–70 mm mit Innengewinde keines mit angeschweißtem Bolzen Gewinde (M16) Stahl Gewindesicherung nur durch verharzen. Verstellbereich sehr gering.
2 Niedrig 100–150 mm Sonderform keines Sonderform mehrgängiges Halbgewinde mineralisch Gewindesicherung durch Rastung. Verstellbereich rel. gering.
3 Niedrig 80–180 mm mit angeschweißtem Rohr Rohr mit angeschweißtem Bolzen Mutter (M20) Stahl Passung Rohr/Bolzen ohne hohe Anforderungen.
4 Mittel 150–500 mm mit angeschweißtem Bolzen Rohr mit angeschweißtem Rohr Mutter (M20) Stahl Passung Rohr/Bolzen mit geringem Spiel erforderlich.
5 Hoch 500–1500 mm mit angeschweißtem Bolzen Rohr mit angeschweißtem Rohr Mutter (M20) Stahl Passung Rohr/Bolzen mit geringem Spiel erforderlich.
6 Hoch 1000–2000 mm mit angeschweißtem Rohr Rohr mit angeschweißtem Bolzen Mutter (M20) Stahl Passung Rohr/Bolzen ohne hohe Anforderungen.
7 Hoch 1000–2000 mm mit angeschweißtem Bolzen Rohr Kalotte (lose aufstehend) Mutter (M20) Stahl Kopf ist durch die Schaltwertenprofile biegesteif (β = 0,7).
8 Hoch 1000–2000 mm wie vor Rohr + Überschubrohr wie vor Mutter (M20) Stahl wie vor

Die typischen Abmessungen der Rohre sind 20 x 2 mm für den M16er Bolzen und 24 x 2 mm sowie 26 x 3 mm für den 20er Bolzen. Es wurden auch Stützen mit Rohr 30 x 1,5 mm hergestellt[6]. Das Überschubrohr ist ein mittelschweres Gewinderohr.

Alle anderen Rohre sind Präzisionsrohre mit geräumter Schweißnaht.

Mineralische Stütze Typ LNA II
Stahlstütze wie in Zeile 4 der Übersichts-Tabelle

Materialien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mineralisch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Anhydrit, Gips oder Zementmörtel in einer Kunststoffhülle (als verlorene Schalung). Mineralische Stützen wurden in den 1970er und 1980er Jahren entwickelt und eingesetzt, sind aber heute praktisch vom Markt verschwunden. Das hängt in erster Linie damit zusammen, dass es (momentan noch) kostengünstiger ist, Stahlstützen (aus China) zu importieren, anstatt Stützen selbst zu fertigen.

Aluminium[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Aluminium-Druckguss für den Kopf und den Fuß, das Rohr ist aus stranggepresstem Aluminium. Solche Stützen werden wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Aluminium praktisch heute nicht mehr verwendet, weil sich damit nicht die mindest-Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten erfüllen lässt (die ETK hat bei 30 Minuten Feuerwiderstandsdauer mehr als 800 °C).

Stahl[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Stütze gemäß Zeile 1 der Tabelle

Köpfe und Füße aus sind aus S235JR oder speziellem Stahl in Tiefzieh-Qualität (bei Köpfen mit angeformter Bolzenaufnahme). Die Rohre sind aus E235 als Präzisionsstahlrohr nach EN 10302-2 oder (im Falle des Überschubrohres) als „zölliges Wasserleitungsrohr“ (Rohr 33,7 × 3,25) gefertigt[7].

Elektrostatische Eigenschaften
Stützenmaterial Auflagescheibe Stütze Erdung Erdableiwiderstand (ca.) Standortübergangswiderstand
Metallisch ableitfähig leitfähig möglich 105 Ohm ist mit geeigneten Mitteln einzustellen
Metallisch isolierend leitfähig möglich 1010 bis 1012 Ohm ist stets gewährleistet
Mineralisch isolierend nicht leitfähig nicht möglich 1010 bis 1012 Ohm ist stets gewährleistet

Es ist wichtig, bei der Planung die zwei verschiedene Anforderungen zu beachten:

Statische Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zylindrische, mineralische Stützen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese können sehr große Lasten (auch exzentrisch) aufnehmen. Verlässliche Zahlen sind jedoch nur über zerstörende Prüfungen zu ermitteln.

Aluminiumstützen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hier bestimmt die zulässige Spannung der speziellen Aluminiumlegierung sowohl des Druckguss- als auch des Strangpress-Materials, welche Lasten erreicht werden können. Aufgrund der Anforderungen an die Feuerwiderstandsfähigkeit des Doppelbodens spielen diese Konstruktionen nur noch eine untergeordnete Rolle.

Stahlstützen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für Doppelböden mit einer Aufbauhöhe von ca. 400 mm bis zu „begehbaren“ Doppelböden (mit einer lichten Höhe von ca. 2 m) haben sich Stützen aus verzinktem Präzisionsstahlrohr (nach EN 10305-2, ehemals DIN 2394[8]) durchgesetzt. Insbesondere für große Aufbauhöhen und hohe Lasten stellt sich dabei die Frage nach dem optimalen Rohrquerschnitt.

Statik der Rohrstütze aus Stahl[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Doppelbodenstützen sind für eine planmäßig außermittige Last zu dimensionieren.[9] Der Betrag für die Aussermittigkeit ist durch die Exzentrizität e gegeben. Im Falle einer Rohrstütze mit dem Außendurchmesser D ergibt sich (bei der Annahme, dass die Kraft F auf nur einen Quadranten des Rohres wirkt) eine Exzentrizität von

Die DIN 4114[10] ermöglicht durch die Einführung des Faktors omega (ω) einen vereinfachten Knicksicherheitsnachweis in der Form

Für den Fall der außermittigen Last gibt die Norm eine erweiterte Formel vor:

Dabei steckt im Biegemoment M die Last F mit dem Abstand (der Exzentrizität) e. Wir können also zusammenfassen:

Der Ausdruck kann numerisch ausgewertet werden und beträgt ziemlich genau , sodass (im Rahmen der ingenieurmäßigen Genauigkeit) die Formel vereinfacht werden kann zu

Mit dieser Formel kann eine Doppelbodenstütze dimensioniert werden, wenn die Knicklänge lk und die Last F bekannt sind. Der Faktor ω ist eine Funktion des Schlankheitsgrades λ. Der Schlankheitsgrad wird aus der Knicklänge des Rohres und seinem Querschnitt berechnet:

wobei D der Außendurchmesser und d der Innendurchmesser des Rohres sind.

Zur Berechnung von ω stellt Björnstjerne Zindler[11] uns eine sehr gute Näherung anstelle der in der DIN 4114 veröffentlichten Tabellen zur Verfügung:

Wenn lambda kleiner oder gleich 115 ist so gilt

Ist lambda größer als 115, aber kleiner als 250 gilt

Schlankheitsgrade größer als 250 sind generell nicht zulässig[12].

Hier nun eine Beispielrechnung für eine Stütze von 1,25 m Länge mit Rohr 24 x 2 unter einer exzentrischen Last von 3000 N, die oben und unten gelenkig gelagert[13] ist:

Die fiktive Spannung σω ist kleiner als die zulässige Spannung (140 MPa). Damit ist die Knicksicherheit gegeben.

Einfache Nachweise nach Euler oder Tetmajer liefern nicht das richtige Ergebnis, da sie die Exzentrizität der Last nicht berücksichtigen.

Der oben genannte Rechenweg ist geeignet, eine Vordimensionierung der Stütze vorzunehmen. Ob eine Stützenprüfung bei einer Materialprüfanstalt auch zu einem positiven Ergebnis führt, ist von zahlreichen Details (wie der Stärke der Kopf- und Fußplatte oder dem Spiel der Passung Rohr/Bolzen) abhängig.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Doppelboden.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Regelmäßig bedeutet hier, dass bei einem Doppelbodenprojekt jeweils Platten, Stützen und Rasterstäbe (sofern verwendet) baugleich sind.
  2. Das ist 1/(Rastermaß in m)². Hier also 1/0,36 = 2,78. Für den Randanschnitt muss ein geringer Zuschlag einkalkuliert werden.
  3. Das ist ein Erfahrungswert, der gut zur Vorkalkulation geeignet ist. Der exakte Wert ergibt sich erst beim Auszählen des Rasterplans.
  4. Das ist 2/(Rastermaß in m)². Hier also 2/0,36 = 5,56. Randanschnittplatten benötigen in der Regel keine zusätzlichen Rasterstäbe.
  5. siehe Konstruktionsbeschreibungen der Anbieter (z. Bsp. Lindner, Mero, Weiss)
  6. z. Bsp. Fa. GOLDBACH in den 80er und 90er Jahren
  7. siehe Herstellerangaben
  8. Das sind geschweißte Rohre mit geräumter Naht. Im Prinzip können auch nahtlose (gezogene) Rohre verwendet werden, diese sind aber in der Regel nicht wirtschaftlich.
  9. Anwendungsrichtlinie für Doppelböden nach DIN EN 12825. In: Bundesverband Systemböden (Hrsg.): Technische Anforderungen und Nachweisverfahren im Bauwesen. Nr. 6. Düsseldorf November 2014 (systemboden.de [PDF; 876 kB]).
  10. DIN 4114-1 - 1952-07 - Beuth.de. Abgerufen am 26. März 2020.
  11. Björnstjerne Zindler: Näherungsformel. Abgerufen am 26. März 2020.
  12. DIN 4114
  13. siehe Eulersche Knickung