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Einwandiges, versteiftes Flächentragwerk aus Bandstahl
Die Erfindung betrifft ein einwandiges, versteiftes Flächentragwerk aus Bandstahl, bestehend aus ei- nem mit Sicken versehenen, sonst aber ebenen, rechteckigen Plattenteil und senkrecht zum ebenen Plat- tenteil angeordneter Versteifungsrippe.
Derartige, einwandig versteifte Flächentragwerke sind bekannt, beispielsweise als Well-und Trapez- bleche. Hiebei verläuft die Versteifungsprofilierung nur in der einen Richtung des Plattenteiles, so dass die
Quersteifigkeit in der andern Plattenrichtung um Grössenordnungen geringer ist. Dadurch wird eine opti- male Ausnutzung der Plattenwirkung nicht erreicht. Hinzu kommt, dass die Verbindung derartiger nur in einer Richtung versteifter Flächentragwerke untereinander zu einem einheitlichen Kontinuum im allge- meinen nicht oder nur schwer möglich ist, weil die, eine kraftschlüssige Verbindung erleichternden, kon- struktiven Randausbildungen fehlen. Sollen grosse Spannweiten überbrückt werden, so muss die Längspro- filierung mit grosser Bauhöhe erfolgen, damit zur Erzielung eines grossen Widerstandsmomentes das Ma- terial weit auseinandergezogen wird.
Dadurch wird zuviel Material in ungünstiger Weise in den vielen
Stegen, also im ungünstigen Nullinienbereich, der Well- oder Trapezbleche angeordnet.
Des weiteren hat man ein nur in einer Richtung versteiftes Flachentragwerk vorgeschlagen, das ein angeformtes Rippenprofil an einem der beiden Tragwerkslängsränder vorsieht. Am Übergang dieses Rippen- profils zum ebenen Plattenteil ist eine Nut vorgesehen, in die das Nachbarelement mit einer Abkantung eingreift. Der ebene Plattenteil weist etwa in der Mitte, aber auch nur in Längsrichtung parallel zum
Rippenprofil eine durchlaufende Sicke auf. Solche Tragwerkselemente haben zwar im direkten Rippenbe- reich bei hochstegiger Ausführung der Rippe eine höhere Tragfähigkeit als Well-oder Trapezbleche, da- gegen neigt der ebene Plattenteil im Bereich zwischen zwei Längsrippen zu noch grösseren Verformungen in Querrichtung als ein Well- oder Trapezblech.
Diese ungünstige Querverformung wird durch die Ungssicke eher noch verstärkt als vermindert. Die Ver- bindung dieser an einer Seite durch eine Randrippe versteiften Flächentragwerke untereinander erfolgt durch weit auseinandergelegene kleine Heftstellen, die eine ausreichende Querkraftübertragung zu den Nachbarelementen im Sinne einer Kontinuumwirkung nicht gewährleisten, sondern nur eine Verschiebung im Mon- tagezustand verhindern können, d. h. also die einzelnen Plattenelemente wirken nur für sich allein und nicht im Verbund miteinander. Ausserdem fehlt die bei Plattenelementen besonders wirksame und wirtschaftliche Queraussteifung.
Schliesslich ist es noch von Nachteil, Randrippe und Plattenteil als ein Stück zu formen, weil in einem solchen Fall Randrippe und Plattenteil nicht unterschiedlich dick bemessen werden können, was aber zur wirtschaftlichen Dimensionierung notwendig wäre.
Ein anderer bekanntgewordener Vorschlag für ein Flächentragwerk sieht Kastenprofile vor, die aus vier Teilen zusammengesetzt sind, u. zw. aus zwei U-förmig profilierten Randrippen, einem oberen Deckblech von der Breite des Randrippenabstandes und einem unteren Bodenblech von der doppelten Breite des Randrippenabstandes. Dadurch entsteht ein doppelwandiges Flächentragwerk, das unnötigerweise wesentlich mehr Material verbraucht als ein einwandiges Flächentragwerk, weil das durchgehende Bodenblech statisch im allgemeinen nicht ausgenutzt werden kann. Bei diesem doppelwandigen Flächentragwerk ist das obere Deckblech nicht nur längs, sondern auch quer, diagonal oder gemischt diagonal-längs gesickt.
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Die Quersicken liegen aber in Abständen, die etwa ihrer Länge entsprechen, so dass quadratische Beulfelder entstehen. Aus der Beultheorie von Platten, insbesondere der Beulkurve für Druck ist bekannt, dass die Beulsteifigkeit nur bei Seitenverhältnissen et < 1 wirksam grösser wird, während bei quadratischen
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figkeitsbeziehung ist sehr wesentlich für die Tragfähigkeit des auf Druck beanspruchten oberen Deckbleches. Eshandeltsich bei dem doppelwandigen Flächentragwerk also nur um örtliche Beulsteifen, die keine ausreichende Querverteilung der Last gewährleisten.
Die Erfindung schlägt demgegenüber eine Lösung vor, die darin gesehen wird, dass das Flächentrag- werk aus zwei kraftschlüssig miteinander verbundenen Einzelelementen gebildet ist, u. zw. aus einem ebenen, mit senkrecht zur Versteifungsrippe verlaufenden, unter Belassung eines Randes allmählich auslaufenden Quersicken versehenen Plattenteil, wobei der Abstand zwischen den Quersicken kleiner als deren Länge ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 1/4 der Sickenlänge und dem Zweifachen der Sickenbreite liegt, und einer Versteifungsrippe, in an sich bekannter Weise bestehend aus einem einwandigen Steg, einem mehrfach gebördelten Unterflansch und einem Oberflansch, von gleicher oder unterschiedlicher Bandstahldicke gegenüber der Bandstahldicke des ebenen, gesickten Plattenteiles.
Bei diesem Vorschlag nach der Erfindung wird die besonders wirtschaftliche, einwandige Ausbildung des Flächentragwerkes mit nur einem ebenen Plattenteil beibehalten. Die hochstegige Versteifungsrippe des Flächentragwerkes wird aber getrennt von dem ebenen Plattenteil hergestellt, so dass unterschiedliche Blechdicken für die Versteifungsrippe und den ebenen Plattenteil vorgesehen werden können, um sich optimal den verschi7denen'Beanspruchungerr 1mpassen zu können.
Bei der Herstellung des Flächentragwerkes aus zwei Einzelelementen, die noch den Vorteil billigerer Fabrikation und billigeren Transportes haben, sind zur Verbindung der Versteifungsrippe mit den bei-
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benachbarten ebenen Plattenteilen auch nicht mehr Verbindungsnähte erforderlich, als nach dem Vor-tenteil nach der Erfindung mit engem Abstand quergesickt ist, u. zw. im Hinblick auf die Beulsteifigkeit ist beispielsweise das Seitenverhältnis ex gleich oder grösser 1. Hiefür ist in Veröffentlichungen ein Beul- wert k = 4 angegeben, während einem Wert Cl. = 1/10, d. h. der gegenseitige Seitenabstand beträgt 1/10 der Sickenlänge, ein Beulwert k = 11 entspricht. Dies zeigt, dass die Beulsteifigkeit nahezu dreimal so gross ist als bei einem quadratischen Abstand.
Soll nun ein derartig gestaltetes Tragwerk nach der Erfindung, das vornehmlich für Decken oder
Dächer eingesetzt werden kann, als Geschossdecke verwendet werden, ist der Rand des Plattenteils eben ausgebildet, und die Versteifungsrippe weist einen schmalen, ebenfalls ebenen Oberflansch auf, der zweckmässig zur Verbesserung der Steifigkeit für die Montage ein klein wenig umgekantet ist. Auf diesen schmalen, ebenen Oberflansch werden die beiden oberen Längsränder des Plattenteils mit geringem Abstand zueinander aufgelegt, und mit kraftschlüssigen Schweissraupen werden die Versteifungsrippe und beide benachbarten Plattenteile in einem Arbeitsgang miteinander verbunden. Wegen der hohen Nutzlast bei Geschossdecken ist die Dicke der Versteifungsrippe vorwiegend gleich oder auch dicker als der ebene Plattenteil gewählt.
Im Falle der Verwendung des versteiften Flächentragwerkes für Dächer weist der Oberflansch der Versteifungsrippe eine nutförmige Abbiegung auf. Entsprechend einem weiteren Merkmal sind die Ränder des ebenen, gesickten Plattenteiles um 900 abgekantet und bei drei Rändern die abgekanteten Enden gebördelt, während der vierte, zu den Quersicken parallel verlaufende Rand als Nut ausgebildet ist. Da für die Verwendung als Dachelement sehr grosse Längen z. B. bis 10 m möglich sind, ist es zur Verbesserung der Steifigkeitbeim Transport zum Zusammenbau vorteilhaft, die umgekanteten Längsränder doppelt zu bördeln.
Die Verbindung der Elemente untereinander erfolgt dadurch, dass jeweils zwei benachbarte Längsränder der ebenen Plattenteile mit ihren Umkantungen in die Nut der Versteifungsrippe eingelegt werden, während der gebördelte Querrand in den als Nut ausgebildeten zu den Quersicken parallel verlaufenden Rand des benachbarten Plattenteiles eingreift. Dadurch entsteht eine Nut- und Federverbindung aller vier Ränder.
Da für Dächer wegen des wirtschaftlichen Korrosionsschutzes zweckmässig verzinkte und/oder kunst- stoffbeschichtete Plattenteile verwendet werden, wird die Verbindung der zwei Längsränder mit der zugehörigen Versteifungsrippe und der beiden Querränder untereinander zweckmässig kraftschlüssig geklebt.
Die Einbringung des Klebers in die Nut erfolgt im allgemeinen vor dem Einfügen der umgekanteten Ränder.
Nach dem Erhärten des Klebers ist nicht nur eine kraftschlüssige, kontinuierliche Verbindung hergestellt, sondern auch eine absolute Dichtigkeit, so dass solche Dächer auch vollkommen horizontal verlegt werden können. Traglastversuche haben gezeigt, dass die Klemmklebverbindung bis zur Höchstlast dieser
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Dachkontinua nach der Erfindung wirksam waren. Die Nut- und Federverbindung schützt die Klebverbin- dung vor der gefährlichen Abschälwirkung, und die Klebverbindung sichert das Herauslösen der Feder aus der Nut.
Während vorzugsweise für den ebenen, quergesickten Plattenteil verzinktes und/oder kunststoffbe- schichtetes Material eingesetzt wird, findet für die Versteifungsrippe vornehmlich verzinktes Verwendung.
Ein solches Dachkontinuum, bestehend aus Versteifungsrippen und eng quergesickten Platten, die mit- einander durch Schweissen oder durch Kleben verbunden sind, wirkt im Sinne einer orthogonal-anisotropen
Platte, wie sie für Brückenfahrbahnen in anderer konstruktiver Ausführung Verwendung finden. Das Kenn- zeichen der orthogonal-anisotropen Plattentheorie ist die konstruktive Ausbildung einer Quersteifigkeit und die kraftschlüssige Verbindung der Elemente untereinander zum Wirksamwerden der Drillsteifigkeit.
Nach der Erfindung ist durch die konstruktiv wirtschaftliche Verknüpfung von Längsrippen mit Quersicken die Forderung der orthogonalen Versteifung, d. h. einer senkrecht zueinander angeordneten Versteifung optimal gelöst. Bei wirtschaftlicher Bemessung ist für Dächer die Blechdicke der Versteifungsrippe etwa
1, 5-2, 5 mal so gross wie die Blechdicke des gesickten, ebenen Plattenteiles.
Ausser den genannten Vorteilen, die konstruktiv-geometrischer Natur sind, und zu einer optimalen
Steifigkeit führen, weist die Erfindung noch einen wesentlichen weiteren Vorteil auf, der kristallphysika- lisch-metallurgischer Natur ist und die Festigkeit erhöht. Sämtliche Verformungen des Plattenteiles und der Versteifungsrippe werden kalt durchgeführt, u. zw. der gesickte, ebene Plattenteil durch Tiefziehen und die Versteifungsrippe durch Profilkaltwalzen. Hiebei werden die Teile gezielt und richtig dosiert kalt- verfestigt, wobei die Streckgrenze um etwa 30-70% erhöht wird.
Die gezielte Kaltverfestigung ist ein weiterer Grund, weshalb beim Plattenteil die Quersicken eng beieinander liegen müssen, damit sich näm- lich die Kaltverfestigung weit genug und hinreichend intensiv in den oberen Bereich zwischen zwei Quer- sicken hinein erstreckt.
Die Streckgrenzenerhöhung wird also nicht durch teuere Legierungsverfahren, sondern im Zuge der
Profilierung richtig gezielt und dosiert erreicht. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass höhere Gebrauchs- spannungen gegenüber dem Ausgangsbandstahl zugelassen werden können.
Optimale Steifigkeit durch die geometrische Form als Mittel gegen Instabilitätsgefahren und elasti- sche Durchbiegungen, und Streckgrenzenerhöhung durch gezielte Kaltverfestigung als Mittel gegen vor- zeitige plastische Verformungen kennzeichnen das einwandige, versteifte Flächentragwerk nach der Er- findung.
Ausführungsbeispiele nach der Erfindung geben die folgenden Darstellungen wieder, u. zw. zeigen
Fig. l einen ebenen Plattenteil, Fig. 2 den ebenen Plattenteil in Ansicht von vorn in Längsrichtung, Fig. 3 eine Versteifungstippe mit einwandigem Steg, Fig. 4 einen ebenen Plattenteil für die Verwendung als Dach, Fig. 5 den ebenen Plattenteil der Fig. 4 in Ansicht von vorn, Fig. 6 eine Seitenansicht der Fig. 4, Fig. 7 eine Versteifungsrippe für die Verbindung mit dem als Dach einsetzbaren ebenen Plattenteil, Fig. 8 das Flächentragwerk als Geschossdecke, Fig. 9 das Flächentragwerk als Dach und Fig. 10 die Verbindung der Versteifungsrippe mit dem Plattenteil.
Der ebene, mit Quersicken l versehene Plattenteil der Fig. 1 ist für eine Geschossdecke gedacht.
Deshalb sind die eng nebeneinanderliegenden Quersicken 1, die allmählich unter Belassung eines Randes auslaufen, nach unten geprägt, wie die Fig. 2 zeigt. Für die Verbindung zu einem einwandigen versteiften Flächentragwerk kommt als zweites Einzelelement eine Versteifungsrippe (Fig. 3) hinzu. Sie besteht aus einem einwandigen Steg 2, einem schmalen, ebenen Oberflansch 4, dessen Rand eine Abkantung 5 aufweist, und einem mehrfach gebördelten Unterflansch 3. Die Breite des Unterflansches 3 ist etwa gleich oder 1/3 der Steghöhe, während für den Oberflansch 4 sich Breiten in der Grössenordnung von 1/3 bis 1/10 der Steghöhe ergeben.
Ist der Einsatz für Dächer gedacht, so erfolgt das Prägen der Quersicken 1 des ebenen Plattenteiles nach oben. Ferner werden die vier Ränder abgekantet. Während die Abkantungen 7 der beiden Längsränder 6 und eines zu den Quersicken 1 parallel verlaufenden Randes an ihren Enden noch gebördelt sind, ist der vierte verbleibende, abgekantete Rand als Nut 8 ausgebildet. Die für das Flächentragwerk als Dach vorgesehene Versteifungsrippe zeigt einen Oberflansch mit einer nutförmigen Abkantung 9.
Während die kraftschlüssige Verbindung der Einzelelemente für die Geschossdecke durch Schweissen hergestellt wird, wobei die Schweissnaht 10 durchzogen oder zumindest von einer solchen Länge gezogen ist, dass diese Länge nicht einem sonst üblichen Heften entspricht, wird für das Verbinden der Einzelelemente für das Dach ein Kleber 11 vorgesehen, der die an ihren Enden gebördelten Abkantungen 7 der Längsränder, die in die nutenförmige Abkantung 9 des Oberflächenflansches greifen, mit dem Oberflansch verbindet. Ebenso kann auch. die Verbindung der Querränder einzelner Plattenteile durch Kleben erfolgen.