Bei Stahlkonstruktionsbauten gibt es zahlreiche Fälle, bei denen lasttragende Stahlrahmen, die auch als Stahlgerüstoder Stahlskelettkonstruktion bezeichnet werden, erforderlich sind. z.B. beim Bau von Lagerhallen oder Fabrikgebäuden, für die verbreitet Portalrahmen verwendet werden.
Es war bisher weitgehend üblich, derartige Stahlrahmen und insbesondere Portalrahmen dadurch herzustellen, dass man entsprechende Längen von Stahlprofilträgern schneidet, gewöhnlich ihre Enden formt und sie dann zu dem gewünschten Stahlrahmen zusammenschweisst. Diese Methode hat beträchtliche Nachteile.
Das Zusammenschweissen des ganzen Rahmens kann selten an Ort und Stelle vorgenommen werden, da das sehr unbequem und schwierig ist. Statt dessen werden die Rahmen zuerst zu Teileinheiten zusammengeschweisst und derartige Teileinheiten danach an Ort und Stelle zusammengebaut, gewöhnlich durch verschraubte oder vernietete Verbindungsstücke. Diese Verbindungsstücke befinden sich an Stellen geringer Beanspruchung und es muss beträchtliche Sorgfalt darauf venvendet werden, wie die Unterteilung des Rahmens in Teileinheiten zu wählen ist. Häufig sind derartige Teileinheiten sehr schwierig zu transportieren, insbesondere im Falle grosser Teileinheiten.
Bisherige Systeme zum Zusammenschrauben oder Verbolzen von Stahlprofilstücken sind häufig deshalb unbefriedigend, weil bei Verwendung einer vernünftigen Zahl an Bolzen die endgültige Festigkeit der erreichten Verbindungen ungenügend und manchmal auch das Festspannen der Bolzen schwierig oder unmöglich ist. Der Umfang der Metallbearbeitung an der Baustelle zum Schneiden und Bohren der Enden der Stahlprofilstücke ist ebenfalls unannehmbar hoch, was diese Arbeitsweise für praktische Zwecke ungeeignet oder unbrauchbar macht.
Es wurde nun gefunden, dass die vorgenannten und ähnliche Schwierigkeiten durch ein Bausystem ausgeräumt werden können. bei dem die Rahmen weitgehend oder vollständig aus geraden Stahlprofilstücken mit rechtwinklig geschnittenen Enden sowie Verbindungsstücken, die zur Verbindung von jeweils mindestens zwei derartigen Stahlprofilstücken durch Verbolzen der Enden der Stahlprofilstücke mit den Verbindungsstücken ausgebildet sind, bestehen.
Gegenstand der Erfindung ist danach ein Stahlrahmen, welcher gekennzeichnet ist dadurch eine Mehrzahl von geraden Stahlprofilstücken mit rechtwinklig geschnittenen Enden und Verbindungsstücken, von denen jedes mindestens zwei der geraden Stahlprofilstücke verbinden und an jedem der Stahlprofilstücke durch Verbolzung befestigt ist.
Durch entsprechende Ausbildung und Bemessung der Verbindungsstücke. die natürlich unter bequem überwachbaren Fertigungsbedingungen vorfabriziert werden können, können in einfacher und zuverlässiger Weise Stahlrahmen hergestellt werden, für die nur gerade Stahlprofilstücke mit rechtwinklig geschnittenen Enden erforderlich sind. Sämtliche Winkel des Rahmens werden vorzugsweise durch die Verbindungsstücke gebildet. Die Verbindungsstücke können aus geschweissten Stahlplatten oder Stahlprofilen gefertigt werden und weisen Löcher zur Aufnahme von Befestigungsmitteln auf, welche die Verbindungsstücke im Rahmen mit einem geraden Stahlprofilstück vereinigen. Die Löcher in den Verbindungsstücken u.
in den geraden Stahlprofilstücken können gebohrt, gestanzt oder nach irgendeiner anderen einschlägigen Methode erzeugt werden.
Der neue Stahlrahmen ist besonders vorteilhaft für den Bau von Portalrahmen, kann aber auch für den Bau anderer Stahlgerüste, z.B. für Garagenbauten. Bürobauten usw., verwendet werden.
Es ist sehr zweckmässig und zu bevorzugen, bei dem neuen Stahlrahmen anstelle der herkömmlichen Befestigungsmittel in Form von Schraubenbolzen und Muttern Friktionsgriffbefestigungsmittel hoher Festigkeit mit automatischer Vorspannung zu verwenden. Bei derartigen Befestigungsmitteln, z.B.
bei den sogenannten Huckbefestigern ( Huckfastener ), besteht die Befestigungseinheit aus einem langgestreckten Körper mit einem Kopf und einem Schaft, der Umfangsnuten aufweist. Der Schaft wird durch die entsprechend ausgerichteten Löcher in den beiden zu verbindenden Teilen geführt und dann wird ein Kragen oder eine Hülse darüber gesteckt.
Ein Werkzeug ergreift dann das von dem Kopf entfernte Ende des Schaftes und presst, unter Ziehen an dem Ende, den Kragen über die Nuten, so dass sich eine feste Verbindung ergibt. Dann wird das in Längsrichtung aus dem Kragen vorstehende Ende des Schaftes abgeschnitten, wobei zur Erleichterung dieses Vorganges im Mittelabschnitt des Schaftes ein Hals vorgesehen sein kann. Die in dieser Weise vereinigte Kombination von länglichem Bolzen und Kragen ist ein sehr festes und gutes Befestigungsmittel.
Der neue Stahlrahmen kann relativ einfach an Ort und Stelle hergestellt werden. Dadurch werden die Schwierigkeiten des Transportes fertig ausgebildeter Rahmen oder Teilrahmen beseitigt. Die weitaus überwiegende Menge des für den Rahmen erforderlichen Materials kann direkt von einem Stahlwerk oder einem Vorratslager in rechtwinklig zugeschnit- tenen Längen und somit von vorneherein fertig zum Bohren der Löcher und zur Verwendung bezogen werden. Dies ist sowohl vom technischen als auch vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt sehr vorteilhaft. Die Verbindungsstücke selbst mögen etwas teurer sein. Wegen des geringen Gewichtsverhältnisses von Verbindungsstücken zu geraden Stahlprofilstücken liegen jedoch die Gesamtkosten der neuen Stahlrahmen niedriger als die Kosten vergleichbarer Rahmen mit herkömmlichem Aufbau.
Weiterhin können Anstreich- und/oder Antikorrosionsbehandlungen der weit überwiegenden Anteile des für den Rahmen erforderlichen Stahls einfach, rasch und automatisch an den geraden Stahlprofilstücken vorgenommen werden, indem diese einfach durch eine entsprechende Behandlungsvorrichtung geführt werden. Die Verbindungsstücke können aus Stahl höherer Festigkeit als die geraden Stahlprofilstücke gefertigt sein. Das geringe Gewichtsverhältnis von Verbindungsstücken zu geraden Stahlprofilstücken führt dazu, dass erhöhte Rohmaterialkosten für die Verbindungsstücke ohne wesentlichen Einfluss bleiben.
Der neue Stahlrahmen kann auch unter Verwendung einer entsprechenden Auswahl von auf Lager gehaltenen Verbindungsstücken mit standardisierten Festigkeiten und Abmessungen hergestellt werden.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet für Stahlrahmenkonstruktionen sind, wie bereits erwähnt, Portalrahmen. In den anliegenden Zeichnungen ist die Erfindung daher am bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Portalrahmens weiter veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht, von oben, den Fuss der einen Seite eines Portalrahmens,
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht, schräg von unten, die Ecke des Rahmens der Fig. 1,
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht, schräg von unten, den First eines Portalrahmens,
Fig. 4 zeigt in Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten, einen Giebelpfosten mit Verbindungsstück,
Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, des Giebelpfostens und Verbindungsstücks der Fig. 4.
Der in Fig. 1 gezeigte Portalrahmen steht auf einem Betonsockel 1. Das Seitenbein des Portalrahmens besteht aus einem senkrecht stehenden Stahlprofilstück 2. Das Ende des Stahlprofilstücks 2 ist rechtwinklig geschnitten und an einem Sokkelverbindungsstück 3 mittels nicht dargestellter Friktionsgriffbefestiger, die durch Löcher 4 gesteckt sind, befestigt.
Gemäss Fig. 2 ist das obere Ende des Stahlprofilstücks 2 in ähnlicher Weise rechtwinklig zugeschnitten und an einem Eckverbindungsstück 9 durch nicht dargestellte Befestigungsmittel, die durch Löcher 5 greifen, befestigt.
Am Eckverbindungsstück 9 können zusätzliche Befestigungslappen 6 und 7 angebracht sein. Weitere Befestigungslappen 10 sind zwischen dem Eckverbindungsstück 9 und den Stahlprofilstücken 2 und 8 angebracht.
Gemäss Fig. 3 ist in ähnlicher Weise ein Mittel- oder Firstverbindungsstück 11 zwischen zwei Sparren 8 befestigt. Die Friktionsgriffbefestiger greifen durch Löcher 12.
In den Fig. 4 und 5 ist ein Giebelpfosten 14 dargestellt, der über ein Verbindungsstück 15 an einem Sparren 8 angebracht ist. Der Giebelpfosten kann aus einem üblichen I-Stahlprofilstück bestehen. Das obere Ende des Giebelpfostens ist rechtwinklig geschnitten und mit vier gebohrten Löchern 16 versehen, durch die nicht dargestellte Friktionsgriffbefestiger führen. Das Verbindungsstück 15 besteht aus einer Platte 17 mit vier Löchern, die den Löchern 16 entsprechen, einem Zylinder 18, der an der Platte 17 angeschweisst ist, zwei Seitenstücken 19 und zwei Schraubenbolzen 20. In den Enden des Zylinders 18 liegen Muttern 22 zur Verschraubung mit den Bolzen 20. Bei der Verwendung sind die Teile in der dargestellten Weise zusammengefügt. Vorzugsweise ist der Zylinder 18 etwas kürzer als die Breite des Flansches des Sparrens 8.
Weiter sind vorzugsweise Sperrunterlagscheiben 21 unter den Köpfen der Bolzen 20 vorgesehen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass diese Ausbildung des Verbindungsstücks beträchtliche Änderungen des Winkels zwischen dem Sparren und dem Giebelpfosten gestattet. Derartige Verbindungsstücke sind für solche Fälle brauchbar, bei denen ein T-Stoss gebildet werden soll.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen an zahlreiche spezielle Bedingungen angepasst werden können. Der neue Stahlrah men ermöglicht immer eine Vereinfachung der Konstruktion und Zeiteinsparung und damit eine technische und wirtschaftliche Verbesserung.
In steel structures there are numerous cases where load-bearing steel frames, also known as steel scaffolding or steel skeleton structures, are required. e.g. in the construction of warehouses or factory buildings for which portal frames are widely used.
It has hitherto been largely customary to manufacture such steel frames and in particular portal frames by cutting appropriate lengths of steel profile girders, usually shaping their ends and then welding them together to form the desired steel frame. This method has significant disadvantages.
Welding the whole frame together can seldom be done in place as it is very inconvenient and difficult. Instead, the frames are first welded together into sub-units and such sub-units are then assembled in place, usually by bolted or riveted connectors. These connectors are in low stress locations and considerable care must be taken in choosing how to divide the frame into sub-units. Such sub-units are often very difficult to transport, especially in the case of large sub-units.
Previous systems for screwing together or bolting steel profile pieces are often unsatisfactory because when using a reasonable number of bolts, the final strength of the connections achieved is insufficient and sometimes the tightening of the bolts is difficult or impossible. The amount of on-site metalworking to cut and drill the ends of the steel sections is also unacceptably high, making this operation unsuitable or useless for practical purposes.
It has now been found that the aforementioned and similar difficulties can be overcome by a building system. in which the frame largely or completely consists of straight steel profile pieces with ends cut at right angles and connecting pieces which are designed to connect at least two such steel profile pieces by bolting the ends of the steel profile pieces to the connecting pieces.
The invention relates to a steel frame, which is characterized by a plurality of straight steel profile pieces with right-angled ends and connecting pieces, each of which connects at least two of the straight steel profile pieces and is fastened to each of the steel profile pieces by bolting.
Through appropriate training and dimensioning of the connecting pieces. which can of course be prefabricated under easily monitored production conditions, steel frames can be produced in a simple and reliable manner, for which only straight steel profile pieces with ends cut at right angles are required. All angles of the frame are preferably formed by the connecting pieces. The connecting pieces can be made from welded steel plates or steel profiles and have holes for receiving fastening means which unite the connecting pieces in the frame with a straight steel profile piece. The holes in the connectors u.
the straight steel profile pieces can be drilled, punched or produced by any other relevant method.
The new steel frame is particularly advantageous for building portal frames, but can also be used for building other steel scaffolding, e.g. for garages. Office buildings, etc., can be used.
It is very useful and preferable to use high-strength friction grip fasteners with automatic pretensioning in the new steel frame instead of the conventional fastening means in the form of screw bolts and nuts. With such fastening means, e.g.
In the so-called Huckfastener (Huckfastener), the fastening unit consists of an elongated body with a head and a shaft which has circumferential grooves. The shaft is passed through the correspondingly aligned holes in the two parts to be connected and then a collar or sleeve is placed over it.
A tool then grasps the end of the shaft remote from the head and, pulling on the end, presses the collar over the grooves so that a tight connection is made. Then the end of the shaft protruding in the longitudinal direction from the collar is cut off, it being possible for a neck to be provided in the central section of the shaft to facilitate this process. The combination of elongated bolt and collar combined in this way is a very strong and good fastening means.
The new steel frame can be manufactured on site with relative ease. This eliminates the difficulties of transporting fully formed frames or sub-frames. The vast majority of the material required for the frame can be obtained directly from a steelworks or a storage facility in lengths cut at right angles and thus ready for drilling the holes and for use right from the start. This is very advantageous from both a technical and an economic point of view. The connectors themselves may be a little more expensive. Because of the low weight ratio of connecting pieces to straight steel profile pieces, however, the total costs of the new steel frames are lower than the costs of comparable frames with a conventional structure.
Furthermore, painting and / or anti-corrosion treatments of the vast majority of the steel required for the frame can be carried out simply, quickly and automatically on the straight steel profile pieces by simply passing them through a corresponding treatment device. The connecting pieces can be made of steel of higher strength than the straight steel profile pieces. The low weight ratio of connecting pieces to straight steel profile pieces means that increased raw material costs for the connecting pieces have no significant influence.
The new steel frame can also be manufactured using an appropriate selection of stocked connectors with standardized strengths and dimensions.
As already mentioned, portal frames are an important area of application for steel frame structures. In the accompanying drawings, the invention is therefore further illustrated using the preferred exemplary embodiment of a portal frame.
Fig. 1 shows a perspective view, from above, the foot of one side of a portal frame,
Fig. 2 shows in a perspective view, obliquely from below, the corner of the frame of Fig. 1,
Fig. 3 shows a perspective view, obliquely from below, the ridge of a portal frame,
Fig. 4 shows a side view, partially cut away, a gable post with connecting piece,
FIG. 5 shows a front view, partially in section, of the gable post and connector of FIG. 4.
The portal frame shown in Fig. 1 stands on a concrete base 1. The side leg of the portal frame consists of a vertical steel profile piece 2. The end of the steel profile piece 2 is cut at right angles and attached to a base connector 3 by means of friction grip fasteners, not shown, which are inserted through holes 4, attached.
According to FIG. 2, the upper end of the steel profile piece 2 is similarly cut at right angles and fastened to a corner connector 9 by fastening means (not shown) which engage through holes 5.
Additional fastening tabs 6 and 7 can be attached to the corner connector 9. Further fastening tabs 10 are attached between the corner connector 9 and the steel profile pieces 2 and 8.
According to FIG. 3, a middle or ridge connection piece 11 is fastened between two rafters 8 in a similar manner. The friction handle fasteners go through holes 12.
4 and 5, a gable post 14 is shown which is attached to a rafter 8 via a connecting piece 15. The gable post can consist of a standard I-steel profile piece. The upper end of the gable post is cut at right angles and provided with four drilled holes 16 through which friction handle fasteners (not shown) lead. The connecting piece 15 consists of a plate 17 with four holes corresponding to the holes 16, a cylinder 18 which is welded to the plate 17, two side pieces 19 and two screw bolts 20. In the ends of the cylinder 18 there are nuts 22 for screwing the bolt 20. In use, the parts are assembled as shown. The cylinder 18 is preferably somewhat shorter than the width of the flange of the rafter 8.
Furthermore, locking washers 21 are preferably provided under the heads of the bolts 20. It will be readily apparent that this design of the connector permits significant changes in the angle between the rafter and the gable post. Such connectors are useful in those cases where a T-joint is to be formed.
It is readily apparent that the embodiments shown in the drawings can be adapted to numerous special conditions. The new steel frame always allows a simplification of the construction and time savings and thus a technical and economic improvement.