Tragsystem aus Stahl für Dachkonstruktionen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein vorgefertigtes modular aufgebautes aus Hohlprofilen bestehendes Tragsystem aus Stahl für Dachkonstruktionen gemäß Patentanspruch 1.

Aus Hohlprofilen bestehende vorgefertigte Tragsysteme für Dachkonstruktionen werden z.B. in der US 4,559,748 beschrieben.

Derartige Tragsysteme bestehen aus verschiedenen miteinander verbundenen einzelnen Tragelementen, die entsprechend ihrer Belastung Zug-, Druck- oder Biegebeanspruchungen ausgesetzt sind.

Für die Tragelemente werden entsprechend ihrer planmäßigen Beanspruchung ausgelegte Fachwerkkonstruktionen, bestehend aus Gurten und Diagonalen, verwendet, die anschließend zu einem Tragsystem miteinander verbunden werden.

Derartige Tragsysteme haben den Nachteil, dass für jedes Dachsystem bzw. für unterschiedliche Spannweiten rasterabhängig eine Einzelplanung bzw. Einzelstatik notwendig ist, mit den daraus resultierenden hohen Kosten und entsprechend längeren Lieferzeiten.

Gerade für große Spannweiten, z. B. oberhalb von 20 m, sind bekannte Tragsysteme aufgrund der individuellen Planung und Fertigung sehr unwirtschaftlich, da die konstruktive Auslegung sehr aufwändig wird. Eine kostengünstige und zeitnahe Belieferung des Kunden ist mit diesen bekannten vorgefertigten Tragsystemen aus Stahl-Hohlprofilen nicht möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Tragsystem für Spannweiten vorzugsweise oberhalb von 20 m anzugeben, die mit geringem Planungs- und Fertigungsaufwand flexibel an unterschiedliche Spannweiten anzupassen ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Tragsystem, bestehend aus vorgefertigten modular und standardisiert aufgebauten, aus mehreren unterschiedlich belastbaren miteinander verbundenen Standardmodulen, verwendet.

Zwei Standardmodule sind als Auflagerelemente ausgebildet, hergestellt in Fachwerkbauweise mit Gurten und Diagonalen aus Hohlprofilen mit konstanter Länge. Ein weiteres Standardmodul ist als Mittelstückelement ausgebildet, bestehend aus einem rasterlosen in der Länge variabel anpassbaren Grundmodul in Rahmenbauweise mit Gurten und Pfosten aus Hohlprofilen, wobei zur Einstellung der jeweils geforderten Länge jeweils gleiche Bauteile für unterschiedliche Spannweiten verwendet werden.

Der Vorteil dieses Tragsystems besteht darin, dass das Mittelstück zur Anpassung an variable Spannweiten aus einem Standard-Grundmodul hergestellt ist, welches rasterunabhängig an die zu erreichenden Spannweiten durch Verwendung gleicher Bauteile auf einfache Weise angepasst werden kann.

Erreicht wird dies zum Einen durch die Standardisierung der Auflagerelemente mit konstanter Länge und durch den modularen Aufbau des Mittelstückes, wodurch eine flexible und kostengünstige Anpassung des Mittelstück-Grundmoduls an unterschiedliche Spannweiten der Dachkonstruktion ermöglicht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Tragsystem für Dachkonstruktionen besitzen die Auflagerelemente unabhängig von der zu überbrückenden Spannweite eine fixe Länge. Die Auflagerelemente sind durch die Raster der Diagonalfelder (Fachwerk) gekennzeichnet.

Raster bedeutet in diesem Zusammenhang, dass z. B. bei einer Basis des gleichschenkligen Diagonalfeldes von 2 m nur ein Raster von 1 m möglich ist und somit eine überspannung von z. B. 27,70 m ohne eine Veränderung der Diagonalfelder nicht möglich bzw. nicht ausführbar ist.

Ohne das erfindungsgemäße Mittelstückelement in Rahmenbauweise könnte die Spannweite nur durch die Verringerung oder Erweiterung von Diagonalfeldern angeglichen werden. In

- Z - dem oben beschriebenen Beispiel würde das bedeuten, dass die Spannweite immer um einen ganzen Meter erhöht bzw. verringert werden müsste.

Eine änderung der Diagonalfelder - bzw. der Länge der Basis - welche unabdingbar wäre, um jede beliebige Spannweite darzustellen, ließe keine Vorfertigung und damit auch keine standardisierte Bemessung zu.

Hier setzt aber genau die Erfindung an. Für die Anpassung der Binderlänge an die Spannweite der Dachkonstruktion kann die Länge des Mittelstückes erfindungsgemäß rasterlos angepasst werden. Die rasterlose bzw. variable Anpassung kann dabei über Anzahl und Wahl der Abstände der senkrechten Pfosten während der Fertigung frei gewählt werden.

Diese rasterlose und damit variable Einstellung der erforderlichen Länge des Mittelstückelementes ist jedoch nur durch die beschriebene Rahmenbauweise realisierbar.

Da für unterschiedliche Spannweiten nicht wie bei Fachwerkträgern die Grundkonstruktion geändert werden muss, sondern nur die Länge des Mittelstückelementes den jeweiligen Erfordernissen angepasst wird, ist für derartige Tragsysteme vorteilhafterweise nur eine Typenstatik erforderlich.

Als Hohlprofile für die Gurte und Diagonalen bzw. Pfosten der Standardmodule der Tragsysteme kommen sowohl warmgefertigte nahtlose Rohre als auch geschweißte kalt- oder warmgefertigte gefertigte Rohre in Betracht. Der Querschnitt der Rohre kann dabei je nach Beanspruchung sowohl kreisförmig wie auch rechteckig oder elliptisch ausgebildet sein.

Vorteilhaft weisen die Standardmodule jeweils gleiche Außenabmessungen auf, um eine problemlose Verbindung realisieren zu können. Idealerweise besitzen dazu insbesondere auch die Längsträger der Baugruppen gleiche äußere Querschnittsabmessungen.

Erreicht wird die Flexibilität des erfindungsgemäßen Tragsystems dadurch, dass die standardisierten Auflagerelemente statisch bestimmt konzipiert und frei von Knotenverformungen sind. Die Gurte und Stege bleiben unabhängig von allen Spannweiten in ihren Dimensionen konstant. Sie haben vornehmlich die Aufgabe den Schubfluss innerhalb der Konstruktion abzubauen. Die überdimensionierungen bei großen Spannweiten bleiben im Verhältnis gering.

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Das Mittelstückelement, welches die rasterlose variable überspannung ermöglicht, ist mehrfach statisch unbestimmt, so dass der geringere Teil des Schubflusses durch Knotenverformungen abgebaut wird. Die höheren Druck-/Zugbeanspruchungen der Gurte werden bei unverändertem Außendurchmesser durch größere Wanddicken bzw. höhere Festigkeiten des Materials ausgeglichen.

Im Firstbereich werden für verschiedene zu realisierende Dachneigungen Drehknoten eingesetzt, wobei der Neigungswinkel über Adaption des Knotens im Untergurt eingestellt wird. Bei auflagerempfindlichen Systemen werden die mittelstückseitigen Endknoten der Auflagerelemente miteinander verspannt. Das Dach kann dabei beliebig geneigt sein.

In vorteilhafter Weise ist für das aus Standardmodulen aufgebaute Tragsystem nur noch eine Typenstatik notwendig, wodurch sich die Kosten für den Planungs- und Fertigungsaufwand ernorm verringern.

Durch die Vorfertigung in modularer Bauweise, bei der gleiche Bauteile für unterschiedliche Spannweiten verwendet werden, verringern sich zudem vorteilhaft die Fertigungs- und damit die Lieferzeiten für den Kunden, und es kann wesentlich flexibler auf kurzfristig geänderte Kundenwünsche reagiert werden.

Durch die beschriebene Ausnutzung der Knotenverformungen im Mittelstück, kann die Konstruktion gleichzeitig statisch besser ausgenutzt werden, wodurch sich im Vergleich zu bekannten Tragsystemen zusätzlich Materialeinsparungen durch kleinere Dimensionierung der Konstruktion und/oder der Hohlprofil-Querschnitte realisieren lassen.

Bei Konstruktionen, die aus ästhetischen oder Korrosionsgründen beschichtet werden müssen, sind die zu beschichtenden Flächen durch die kleinere Dimensionierung der Konstruktion ebenfalls kleiner, was sich insgesamt vorteilhaft auf die Beschichtungskosten auswirkt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier Figuren näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen in unterschiedlichen Figuren bezeichnen gleiche Bauteile mit gleichen Außenabmessungen. Es zeigen:

Figur lein erfindungsgemäß aus Standardmodulen hergestelltes ebenes Tragsystem, Figur 2a wie Figur 1 , jedoch mit einer Dachneigung von 2%,

Figur 2b wie Figur 1 , jedoch mit einer Dachneigung von 25%.

Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäß aus Standardmodulen hergestelltes Tragsystem in ebener Ausführung.

Der standardisierte modulare Aufbau des Tragsystems besteht aus drei miteinander verbundenen Standardmodulen. Zwei Standardmodule sind als Auflagerelemente (1) ausgebildet, hergestellt in Fachwerkbauweise mit Gurten (5) und Diagonalen (6) aus Hohlprofilen mit konstanter Länge. Ein weiteres Standardmodul ist als Mittelstückelement (2) ausgebildet, bestehend aus einem Grundmodul in Rahmenbauweise mit Gurten 3 und Pfosten 4 aus Hohlprofilen.

Unterschiedliche Spannweiten sind in einfacher Weise dadurch zu erreichen, dass das mo- dular aufgebaute Mittelstückelement 2 variabel über Anzahl und Wahl der senkrechten Pfostenabstände der benötigten Länge angepasst wird, wobei jeweils die gleichen Bauteile für unterschiedliche Spannweiten verwendet werden.

Vorteilhaft besitzen alle Standardmodule gleiche Außenabmessungen wie auch die Gurte 3 des Mittelstückelementes 2 und die Gurte 5 des Auflagerelementes 1 jeweils gleiche Außenabmessungen besitzen, so dass sich die Standardmodule leicht zu einem Tragsystem verbinden lassen.

Angepasst an die unterschiedliche Belastung ist die Wanddicke der Gurte 5 der Auflagerelemente 1 kleiner dimensioniert als die Wanddicke der Gurte 3 des Mittelstückelementes 2. Je nach Belastung unterschiedlich oder gleich dimensioniert sind in Querschnitt und Wanddicke auch die Diagonalen 6 des Auflagerelementes 1 und die Pfosten 4 des Mittelstückelementes 2.

Alternativ kann jedoch auch eine Anpassung an unterschiedliche Belastungen über die Auswahl einer geeigneten Stahlsorte mit entsprechenden mechanischen Kennwerten vorgenommen werden.

Die Figuren 2a und b zeigen in einer alternativen Ausgestaltung das βrfindungsgemäße Tragsystem für unterschiedliche Dachneigungen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen Bauteilen mit gleichen Außenabmessungen. Da das Grundkonzept dem des er-

findungsgemäßen Tragsystems entspricht, kann zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden.

Anders als bei dem Tragsystem nach Figur 1 ist das Mittelstückelement 2' in Figur 2a jedoch nicht als ebene Konstruktion ausgeführt, sondern ist im Mittenbereich geknickt, wobei sich in diesem Fall eine Dachneigung von 2% ergibt.

Bei dem in Figur 2b dargestellten Tragsystem beträgt die Dachneigung 25%. Die Endbereiche der Auflagerelemente 1 sind in diesem Fall über einen Zuggurt 7 miteinander verspannt.

Bezugszeichenliste

Nr. Bezeichnung

1 Auflagerelement

2, 2', 2" Mittelstückelement

3, 3', 3" Gurte Mittelstückelement

4 Pfosten Mittelstückelement

5 Gurte Auflagerelement

6 Diagonalen Auflagerelement

7 Zuggurt