DE102017008746A1

DE102017008746A1 - Mikroversatzknoten und Herstellung eines Lamellendaches unter deren Verwendung

Info

Publication number: DE102017008746A1
Application number: DE102017008746.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Stahr
Original assignee: Hochschule fur Technik Wirtsch und Kultur Leipzig Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts Vertreten; Hochschule fur Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig Korperschaft Des Offentlichen Rechts Vertreten Durch Die Rektorin
Current assignee: Hochschule fur Technik Wirtsch und Kultur Leipzig Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts Vertreten; Hochschule fur Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig Korperschaft Des Offentlichen Rechts Vertreten Durch Die Rektorin
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-03-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikroversatzknoten, bei welchem die Verbindungen einzelner Lamellen so ausgeführt sind, dass eine durchlaufende Lamelle (1) auf ihren beiden breiten Seiten zwei in Bezug auf die vertikale Mittelachse diagonal versetzt angeordnete, nahezu vertikal verlaufende Kerven (3) mit geringer Einschnitttiefe aufweisen, wobei in diese Kerven (3) die Längsenden (4) der anstoßenden Lamellen (2) nach der Art eines zimmermannsmäßigen Stirnversatzes münden und so die direkte Kraftübertragung durch Kontaktdruck realisieren und zur Lagesicherung der anstoßenden Lamellen (2) gegen Verrutschen in Querrichtung der Kerve (3) mindestens ein stiftförmiges Verbindungsmittel (5) wie beispielsweise Schrauben, Nägel oder Ähnliches eingesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine bogenförmige Dachkonstruktion, welche aus rautenförmig angeordneten kleinteiligen Holzlamellen und einer Dachschale aus Brettern oder großformatigen Holzwerkstoffplatten gebildet wird und zur Realisierung weitspannender Hallendächer aus Holz geeignet ist.
Ebenso kann dieses Prinzip dazu verwendet werden, vorgefertigte, großformatiggekrümmte Bogenelemente zur Realisierung tonnenförmiger Dächer zusammenzuzufügen.
Eine grundlegende Lösung solcher Konstruktionen wird beschrieben in dem Patent 387469 vom 28.12.1923 des Erfinders Dipl.-Ing. Friedrich Zollinger.
Dieser schlug eine Brettrippenkonstruktion als räumlich biegungsfestes Stabnetzwerk aus kleinteiligen Holzlamellen vor, bei welcher je 3 räumlich diagonal ausgerichtete Lamellen mit Versatz in jedem Knoten aufeinanderstoßen. Die Lamellen werden mit einer orthogonal zu den anstoßenden Lamellen ausgerichteten Schloßschraube verbunden, welche die durchlaufende Lamelle in einem Langloch durchdringt. Dabei trägt dieses Tonnengewölbe aus Holz Eigen- und Ausbaulasten primär über Normalkräfte ab und eine Biegebeanspruchung tritt nur durch einseitige bzw. asymmetrische Lasten (Wind/Schnee) auf.
In der DE 101 19 866.3 wird eine räumlich verstellbare und biegesteife Knoten-Stab-Verbindung (1000) vorgeschlagen, die für beliebige einfach und doppelt gekrümmte Flächenfachwerke geeignet ist. Vier Stäbe, jeweils bestehend aus dem Stab-Endstück (300) und dem Stab mit Eindeckungshalterung (400) greifen jeweils an einem Gabelkopf (200) an. Die vier Gabelköpfe (200) sind mit dem zentralen Knotenkreuz (100) verschraubt. Je zwei gegenüberliegende Stäbe liegen in einer Vertikalebene. Jede Knoten-Stab-Verbindung hat 16 Verdrehungsmöglichkeiten, um an jeder Stelle des Flächenfachwerkes einsetzbar zu sein. Die Stabbiegesteifigkeit wird durch fest miteinander verbundene, reib- und formschlüssige Spannelemente (104) erreicht. Ein zusätzlicher kegelförmiger Reibanschluss (209) zwischen dem zentralen Knotenkreuz (100) und dem Gabelkopf (200) ist ebenfalls biegesteif ausgebildet. Durch das Zusammenfügen der in die Flächengeometrie einjustierten Knoten-Stab-Verbindungen (1000) wird das Flächenfachwerk erstellt. Die beliebige Eindeckung des fertig montierten Flächenfachwerkes wird abschließend auf die in die Flächenebene verdrehte Eindeckungshalterung (409) fixiert.
Ebenfalls bekannt ist aus der 3137202 ein Tragwerk oder dergl. von einer Struktur, die aus Vielecken besteht, die aus einzelnen gleichartigen Bauelementen aufgebaut sind, wobei die Vielecke entlang ihrer Längskanten und / oder mit ihren Ecken verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente ein System aus Stäben oder Rahmen sowie Verbindungsteilen darstellen, die in unterschiedlicher Kombination zu geometrischen Strukturen, die auf der Bildung von Dreiecken bzw. auf der Einbeziehung von Dreiecksgebilden beruhen, derart zusammengefügt sind, dass die tragenden Teile, die Stäbe bzw. Rahmen entlang ihrer Seitenkanten und/oder an den Ecken strahlenförmig Knoten bildend verbunden sind.
Als nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist festzustellen, dass große Verformungen der Gesamtkonstruktion auf Grund der geringen Steifigkeit der Knotenverbindung auftreten können und eine zeitaufwändige Montage auf der Baustelle den Baufortschritt verzögert.
Die Aufgabe der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, die Nachteile des bekannten Standes der Technik zu beheben und eine Möglichkeit zur Realisierung weitspannender Hallendächer aus Holz unter Nutzung der Krümmung des Daches zur Realisierung eines natürlichen Lastabtrags vorzuschlagen.
Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend anhand der bis näher erläutert werden.
Dabei zeigt einen Mikroversatzknoten, der aus einer durchlaufenden Brettlamelle 1 und zwei anstoßenden Brettlamellen 2 gebildet wird, wobei die vorzugsweise v-förmig gekappten Kopfenden 4 der anstoßenden Brettlamellen 2 formschlüssig in auf den Breitseiten der durchlaufenden Lamellen 1 angeordneten Kerven 3 geringer Einschnitttiefe münden und mittels stiftförmiger Verbindungsmittel 5 fixiert werden, mit welchem eine signifikante Erhöhung der Steifigkeit der Knotenverbindung bei weitest gehender Erhaltung des einfachen Knotenaufbaus realisiert wird.
In ist die Geometrie zweier erfindungsgemäßer Lamellen in rechter und längsachsensymmetrisch linker Ausführung in Draufsicht und Seitenansicht dargestellt, wobei die beidseitig punktsymmetrisch gespiegelten, v-förmig gekappten Stirnenden 4 und die beidseitigen Kerven 3 geringer Einschnitttiefe 5 deutlich erkennbar sind.
zeigt das viereckig-orthogonale Grundraster und Bauprinzip des Daches in der Draufsicht mit Rechtslamellen 6, Linkslamellen 7, Giebel-Halblamellen 8, Auflager-Halblamellen 9, Kämpferholz 10 und Scheitelholz 11.
zeigt die vorzugsweise in einer Werkstatt durchzuführende Vorfertigung eines Bogendachsegment 100 mit durchlaufenden Brettlamellen 1, den Auflager-Halblamellen 9, der Dachschale 12, dem Kämpferholz 10 und dem Scheitelholz 11.
zeigt den Ablauf der Erstellung eines Hallendaches in den zwei Schritten.
Im oberen Bild wird die Vormontage dargestellt, bei welcher Bogendachabschnitte 200 gefertigt werden, welche auf der Baustelle unter Verwendung von Spanngliedern 13, die ggf. an Zugstangen 14 abgehängt sind, zu selbsttragenden 3-Gelenk-Systemen sofort wetterfest zu montieren sind.
Das untere Bild zeigt das auf Stützen fertig montierte Hallendach.
zeigt die optionale Ergänzung der Bogendachsegmente 100 mit Wärmedämm- 17 oder Akustikelementen 18, die entsprechend der Rautengeometrie zugeschnitten und in die Kammern zwischen den Lamellen eingefügt werden.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird vorgeschlagen, die Verbindung der einzelnen Brettlamellen bei dem erfindungsgemäßen Mikroversatzknoten so auszuführen, dass eine durchlaufende Lamelle 1 auf ihren beiden breiten Seiten zwei in Bezug auf die vertikale Mittelachse diagonal versetzt angeordnete, nahezu vertikal verlaufende Kerven 3 mit geringer Einschnitttiefe aufweisen, wobei in diese Kerven 3 die v-förmig gekappten Längsenden 4 der anstoßenden Lamellen 2 nach der Art eines zimmermannsmäßigen Stirnversatzes münden und so die direkte Kraftübertragung durch Kontaktdruck realisieren und zur Lagesicherung der anstoßenden Lamellen 2 gegen Verrutschen in Querrichtung der Kerve 3 mindestens ein stiftförmiges Verbindungsmittel 5 wie beispielsweise Schrauben, Nägel oder Ähnliches eingesetzt werden.
In diese Kerven 3 münden die v-förmig gekappten Längsenden 4 der anstoßenden Lamellen 2 nach der Art eines zimmermannsmäßigen Stirnversatzes und realisieren so die direkte Kraftübertragung durch Kontaktdruck.
Zur Lagesicherung der anstoßenden Lamellen 2 gegen Verrutschen in Quer-Richtung der Kerve 3 werden vorzugsweise ein oder zwei stiftförmige Verbindungsmittel 5 wie beispielsweise Schrauben, Nägel, oder Ähnliches verwendet.
Die Kerven 3 können einen geraden oder gleichmäßig gekrümmten Verlauf aufweisen, welcher jedoch zur Gewährleistung des Formschlusses mit der Form der Lamellenenden korrespondieren muss.
Denkbar sind darüber hinaus auch gestufte Schnitte oder gefalzte Profilierungen, um die Kraftübertragung zu verbessern
Unter Verwendung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Mikroversatzknoten ist eine ebenfalls dem Erfindungsgedanken zugehörige Vorfertigung gekrümmter Bogendachabschnitte 200 zur Realisierung tonnenförmiger Dächer mittels zweier vorgefertigter, gekrümmter Bogendachsegmente 100 möglich.
Das erfindungsgemäße Bogendachsegment 100 besteht aus einer Dachschale 12, welche vorzugsweise eine kreisbogenförmige Krümmung aufweist, den durchlaufenden Brettlamellen 1 und den Sonderlamellen 9 im Bereich des Kämpferholzes und im Bereich des Dachendes bzw. Ortganges, einem oder zwei Spanngliedern 13, inkl. Abhängung von der Dachschale 14 sowie einem Kämpferholz 10 und einem Scheitelholz 11 an den Schmalseiten des Elements.
Die gekrümmten Bogendachsegmente 100 werden in einem industriellen Vorfertigungsprozess unter Werkstattbedingungen hergestellt, um größtmögliche Fertigungsqualität zu ermöglichen und eine schnelle Montage zu ermöglichen..
Die durchlaufenden Brettlamellen 1 weisen einen hochkantigen Querschnitt auf und sind auf der Unterseite gerade und auf der Oberseite bogenförmig gekrümmt berandet.
Die durchlaufenden Brettlamellen 1 folgen einem Diagonalraster und sind gegenläufig auf der Innenseite der Dachschale 12 angeordnet.
Die Dachschale 12 wird aus großformatigen Holzwerkstoffplatten hergestellt, welche gemäß dem Stand der Technik entweder kalt gebogen und doppellagig verschraubt oder einlagig warmgebogen ausgeführt werden.
Dem Erfindungsgedanken zugehörig sind jedoch auch Varianten mit veränderlicher, beispielsweise parabelförmiger Krümmung der Dachfläche.
Die durchlaufenden Brettlamellen 1 werden vorzugsweise mittels stiftförmigen Verbindungsmitteln mit der Dachschale 12 verbunden und/oder mit Klebstoffen mit dieser verklebt, wodurch eine vorteilhafte Verbundtragwirkung von Dachschale 12 und durchlaufenden Brettlamellen 1 erreicht wird.
Je zwei Bogendachsegmente 100 werden an den Scheitelhölzern 11 miteinander gestoßen und mit Hilfe von einem oder zwei Spanngliedern 13, welche die beiden Kämpferhölzer 10 horizontal zusammenschließen, zu einem Bogendachabschnitt 200 verbunden, der wiederum ein selbsttragendes Drei-Gelenk-System abbildet.
Zwei parallel zueinander angeordnete Bogendachsegmente 200 werden bauseits mittels durchlaufenden Brettlamellen 1 zu einem Doppel-Bogendach-Abschnitt 300 verbunden.
Die Montage der Doppel-Bogendach-Abschnitte 300 erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines Automobildrehkrans auf die Längswände 15 oder Längswandstützen 16 einer Hallenkonstruktion.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird werkseitig auf der Außenseite der Dachschale eine wetterfeste Membran befestigt, die während des Transports der Bogendachsegmente 100 und nach der Montage der Bogendach- 200 bzw. Doppel-Bogen-Dachabschnitte 300 einen sofortigen Witterungsschutz auf der Hallenfläche gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung schlägt vor, innenseitige Rauten zwischen den Brettlamellen mit Wärmedämm- (17) bzw. Akustikelementen (18) zu ergänzen, um gehobenen Anforderungen an die Nutzung unterschiedlicher Hallen gerecht werden zu können.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in einem hohen Standardisierungsgrad durch Einsatz standardisierter Rechtslamellen 6 bzw. Linkslamellen 7 und weniger Sonderlamellen im Bereich der Auflager 9 sowie der Giebel 8 und einer daraus resultierenden einfachen Herstellung der Lamellen durch seriellen Abbund kleinformatiger Gleichteile mit hohem maschinellen Fertigungsanteil.
Weiterhin kommt ein einfaches Verbindungsprinzip zum Einsatz, mit durch die Kerven 3 klar definierter Anordnung der anstoßenden Brettlamellen 2 wodurch die Errichtung entsprechender Hallendächer mittels gering qualifizierter Arbeitskräfte möglich wird.
Darüber hinaus sind bei Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung Materialeinsparungen bis zu 30% möglich und beim Bau von beispielsweise Wohnhäusern und Hallenbauten für Handel und Gewerbe können große Spannweiten von mehr als 30 m ohne Innenraumstützen erreicht werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist es durch Auswahl von Länge, Querschnitt und/oder Holzart- bzw. -güte möglich, die Konstruktion so an die gewünschte Dachfläche oder Dachwölbung anzupassen, dass keine zusätzlichen Sonder- oder Verschnittlamellen entstehen und gleichsam die Beanspruchung der einzelnen Lamellen querschnittsbezogen optimiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10119866 [0005]

Claims

Mikroversatzknoten, bei welchem Verbindungen einzelner Lamellen so ausgeführt sind, dass eine durchlaufende Lamelle (1) auf ihren beiden breiten Seiten zwei in Bezug auf die vertikale Mittelachse diagonal versetzt angeordnete, nahezu vertikal verlaufende Kerven (3) mit geringer Einschnitttiefe aufweisen, wobei in diese Kerven (3) die Längsenden (4) der anstoßenden Lamellen (2) nach der Art eines zimmermannsmäßigen Stirnversatzes münden und so die direkte Kraftübertragung durch Kontaktdruck realisieren und zur Lagesicherung der anstoßenden Lamellen (2) gegen Verrutschen in Querrichtung der Kerve (3) mindestens ein stiftförmiges Verbindungsmittel (5) wie beispielsweise Schrauben, Nägel oder Ähnliches eingesetzt werden.
Mikroversatzknoten nach Anspruch 1, bei welcher die Kerven (3) einen geraden oder gleichmäßig gekrümmten Verlauf aufweisen, welcher mit der Form der Lamellenenden korrespondiert.
Lamellendach unter Verwendung des Mikroversatzknotens gemäß Anspruch 1 und gekrümmter Bogendachsegment (100) zur Realisierung tonnenförmiger Dächer mittels Bogendachabschnitten (200), die auf der Baustelle aus zwei Bogendachsegmenten (100) montiert werden, wobei das Bogendachsegment (100) aus einer Dachschale (12), welche vorzugsweise eine kreisbogenförmige Krümmung aufweist, den durchlaufenden Brettlamellen (1), einem oder zwei Spanngliedern (13), inkl. Abhängung von der Dachschale (14) sowie einem Scheitelholz (11) und einem Kämpferholz (10) an den Schmalseiten des Elements besteht und die Brettlamellen (1) einem Diagonalraster folgen und gegenläufig über auf der Innenseite der Dachschalen (12) angeordnet sind, wobei die durchlaufenden Brettlamellen (1) mit der Dachschale (12) verbunden werden, wodurch eine vorteilhafte Verbundtragwirkung von Dachschale (12) und durchlaufenden Brettlamellen (1) realisiert wird und je 2 Bogendachsegmente (100) an den Scheitelhölzern (11) miteinander gestoßen werden und mit Hilfe von mindestens einem Spannglieder (13), welches die beiden Kämpferhölzer (10) horizontal zusammenschließen, zu einem Bogendachabschnitt (200) verbunden wird, welches ein selbsttragendes Dreigelenksystem abbildet.
Lamellendach nach Anspruch 3, bei dem die gekrümmten Bogendachsegmente (100) in einem industriellen Vorfertigungsprozess unter Werkstattbedingungen hergestellt werden.
Lamellendach nach Anspruch 3, bei dem die Brettlamellen (1) einen hochkantigen Querschnitt aufweisen und auf ihrer Unterseite gerade und auf ihrer Oberseite bogenförmig gekrümmt berandet sind.
Lamellendach nach Anspruch 3, bei welchem innenseitige Rauten zwischen den Brettlamellen (1 und 2) mit Wärmedämm- (17) bzw. Akustikelementen (18) ergänzt werden, um gehobenen Anforderungen an die Nutzung unterschiedlicher Hallen gerecht werden zu können.