DE10313633A1

DE10313633A1 - Tragendes Deckelement mit Sandwichstruktur

Info

Publication number: DE10313633A1
Application number: DE10313633A
Authority: DE
Inventors: Piero Vignali
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2003-10-09
Also published as: ES2255777B1; FR2839330A1; ITAR20020013A1; ES2255777A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine tragende sandwichartige Dachstruktur, bestehend aus einer oberen Schicht (1), vorzugsweise einem Blech (1), einer unteren Schicht (2), vorzugsweise einem Blech (2), und einer dazwischenlegenden Schicht aus Isoliermaterial (3), wobei das obere Blech (1), das die Außenseite der auszuführenden Überdachung bildet, ein wasserbeständiges und gegen äußere Einflüsse resistentes Blech ist. Die Struktur ist gekennzeichnet durch eine widerstandsfähige Verstärkungsstruktur, bestehend aus mindestens einem der beiden Bleche, mit eventuellen zusätzlichen Verstärkungen an den Stellen, die der höchsten Belastung ausgesetzt sind, und deren Querschnittsprofil der Form eines Trapezes ähnelt, wobei die maximale Höhe des Trapezes einige zehn Zentimeter beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein tragendes Deckelement mit Sandwichstruktur, welches insbesondere geeignet für die Überdachung von industriellen und anderen gewerblichen Gebäuden mit großen Spannweite ist.
Es sind tragende Deckelemente aus Beton oder Eisen bekannt. Solche Elemente sind widerstandsfähig gegen hohe Belastungen und hohes Gewicht, also auch geeignet für Gebäude, die industriellen oder anderen gewerblichen Zwecken dienen, bei denen die Stützpfeiler oder die tragenden Wände in größerem Abstand stehen, so dass beispielsweise allein das Gewicht von auf dem Dach liegenden Schnee, das auf ihnen lastet, sehr hohe Werte erreichen kann. Derartige Elemente sind jedoch relativ teuer und wegen ihres Gewichts schwer zu handhaben und der Transport von der Produktionsstätte zu dem Ort, an dem das abzudeckende Gebäude errichtet werden soll, teuer.
Es sind weiterhin Sandwichpaneele bekannt, die aus zwei normalerweise dünnen, typischerweise etwa 0,5-1,2 mm dicken Stahlblechen bestehen, die von einem Polyurethanschaumstoff, Polystyrolschaum, Polystyrol oder von an den Innenseiten der beiden Bleche festgeklebter Mineralwolle zusammengehalten werden.
In einigen Fällen wird anstelle des Stahlblechs auch Alublech, Eternitplatten, Faserharz usw. verwendet.
Die bekannten Sandwichpaneele bestehen im Allgemeinen aus zwei Blechen mit geradem oder leicht mäanderförmigem oder gewelltem Querschnitt, wobei die Kämme der Wellung oder des Mäanders jedoch immer auf einer Geraden liegen und wobei die gleichmäßige Dicke des dazwischenliegenden Isoliermaterials zwischen 4 und 10 cm variieren kann, je nach Art und Verwendungszweck des betreffenden Paneels.
Solche Paneele bilden eine relativ starre und widerstandsfähige Sandwichstruktur; die flach sein kann (flache Paneele) oder die durch zwei Mantellinien definiert ist, von denen eine gerade und die andere gebogen ist (gebogene Paneele).
Form und Maße des Querschnitts (Art der Wellung oder Mäanderform des Blechs, Dicke der Schaumschicht) sind einerseits normalerweise standardisiert und/oder typgenormt, während andererseits das Paneel von beliebiger Länge sein kann; die Breite dagegen liegt je nach Typ üblicherweise bei etwa 0,8-1 m.
Solche Sandwichpaneele werden im Bauwesen beispielsweise bei der Herstellung von Kühlzellen (Kühlräumen und/oder Kühltransportern) verwendet.
Im Bauwesen werden sie als nebeneinanderliegende Deckelemente eingesetzt und von Tragbalken gestützt. Sie werden auch zur Anfertigung von Außenwänden, inklusive beweglicher Teile wie Türen und Tore, verwendet.
Die charakteristischen Eigenschaften, auf Grund derer Sandwichpaneele im Bauwesen gerne verwendet werden, sind:

- gute thermische und akustische Isolierung dank der Isolierfunktion des Schaums und/oder anderer Materialien, die sich zwischen den gegenüberliegenden Blechen oder Außenflächen befinden;
- Beständigkeit gegen Wasser und andere Witterungseinflüsse;
- niedriges Gewicht.

Diese Sandwichpaneele weisen jedoch eine beschränkte Tragfähigkeit auf und sind nur unter bestimmten Bedingungen widerstandsfähig gegen mechanische Belastungen durch Schnee und Wind.
Die mechanische Funktionsweise der geraden Sandwichpaneele, die es diesen ermöglicht, äußeren Belastungen (Wind, Schnee) Stand zu halten, basiert auf dem "Trägerverhalten", welches das Paneel zeigt, wenn es entlang seiner Hauptachse belastet wird. In diesem Fall wird das Biegemoment von den zwei Blechen abgefangen, die als gespannte bzw. komprimierte Verstärkungsstruktur (Gurtung) fungieren und daher einem Biegemoment standhalten können, das der Kompression oder Spannung der Verstärkungsstruktur (Bleche) multipliziert mit ihrem Abstand entspricht, der wiederum in etwa gleich der Dicke des Paneels (innerer Arm) ist: M = ∂ × b.
Die Querkräfte werden dagegen von dem zwischen den Blechen befindlichen Isoliermaterial aufgefangen.
Die Tragfähigkeit der geraden Paneele ist bei den handelsüblichen Stärken (4-10 cm) also bescheiden, und im Allgemeinen ist eine Tragstruktur mit einem relativ niedrigen Achsabstand (2-3 m) notwendig, um Dächer oder Wände zu erhalten, die den Belastungen durch Wind und/oder Schnee Stand zu halten vermögen.
Eine dickere Schicht Isoliermaterial verbessert die statische Leistung des Paneels, bringt jedoch wesentlich höhere Kosten mit sich, so dass in der Praxis eine Dicke von 5 cm generell nicht überschritten wird, die ohnehin mehr als ausreichend ist, um eine optimale thermo-akustische Isolierung bei der Bedachung von Gebäuden zu erzielen.
Im Falle von gebogenen Paneelen kann man, um ihre Leistung zu verbessern, das statische Modell des Bogenträgers mit Zugband verwenden, das auch tatsächlich eingesetzt wird. Dieses System sieht Festgelenkbindungen an den Enden des Paneels vor, die in der Lage sind, den Druck des Bogens, den das Paneel bildet, auszugleichen.
Bei dieser statischen Funktionsweise werden beide Bleche des Paneels durch Kompression belastet und die Trägheit des gesamten Elements gewährleistet die Stabilität des Bogens auf seiner Ebene.
Diese Art von Lösung, anwendbar im Übrigen nur auf gebogene Deckpaneele, erfordert geeignete Endgelenkbindungen von der richtigen Größe, um dem horizontalen Druck des Bogens Stand zu halten, der mit größter Sorgfalt geplant und errichtet werden muss.
Der Druck des Bogens belastet das darunter liegende Stützgerüst des Paneels und kann dessen statische Leistung beeinträchtigen oder zumindest spürbar beeinflussen.
Die Gelenkbindung ermöglicht es jedoch nicht, die thermische Ausdehnung auszugleichen, da sie jeglichen entsprechenden Verschiebung zwischen Paneel und Unterbau verhindert, weshalb der Druck, der davon ausgeht, vom Unterbau oder von zu diesem Zweck geeigneten Spannstangen aufgefangen werden muss.
Eine Erhöhung der statischen Leistung des gebogenen Sandwichpaneels, das als Bogenträger mit Zugband fungiert, wird jedoch eingeschränkt durch die Instabilität, die im Paneel selbst entsteht im Verhältnis zu seiner bescheidenen Dicke, besonders im Falle asymmetrischer Belastung.
Im Bauwesen überschreitet die maximale Dicke der Überdachungen gemeinhin nicht 5 cm, was im Übrigen einem "K"-Wert von 0,35 cal/hm² C° entspricht, was es ermöglicht, eine mehr als optimale thermische Isolierung zu gewährleisten.
Solche Paneele brauchen, auch wenn sie aus doppelten 0,5-mm-Stahlblechen bestehen, Stützen mit einem Achsabstand von 2,5-3 m, um die Paneele widerstandsfähig zu machen gegen Schneelasten.
Auch im Falle gebogener Paneele, die nach dem Modell des Bogenträgers mit Zugband funktionieren, liegt die maximale Spannweite nicht über 3 m.
Die mechanischen Leistungen des Paneels verringern sich wesentlich, wenn an Stelle der Stahlbleche Bleche aus mechanisch minderwertigen Materialien, verwendet werden, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, die andererseits wiederum auf Grund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegen die chemische Aggression exogener Einflüsse gut geeignet sind für Überdachungen.
So stehen also die sehr guten mechanischen Eigenschaften des Stahls seiner mangelnden Langlebigkeit gegenüber, es sie denn, man verwendet rostfreien Stahl, der jedoch teurer ist.
Die beschriebenen Sandwichpaneele haben also viele Vorzüge im Hinblick auf Handhabung, Kosten und Isolierfähigkeit. Sie sind jedoch eindeutig unzureichend hinsichtlich ihrer mechanischen Widerstandskraft gegen Belastungen im Falle, dass sie für Tragstrukturen mit Spannweiten von mehr als 3-4 m verwendet werden sollen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein tragendes Deckelement mit Sandwichstruktur bereitzustellen, das aus zwei dünnen Schichten, vorzugsweise Blechen besteht, davon mindestens eines aus vorzugsweise vorbehandeltem Material, damit es widerstandsfähig ist gegen äußere Einflüsse, zwischen denen sich eine Schicht aus Isoliermaterial befindet, das eine hohe Tragfähigkeit aufweist und doch kostengünstig ist, dessen Isolierschicht also nur wenige Zentimeter dünn ist, das handlich und leicht ist, um seine Handhabung sowohl innerhalb der Produktionsstätte als auch auf der Baustelle zu erleichtern, und das schließlich leicht zu transportieren ist, um die Transportkosten gering zu halten.
Dieses technische Problem wird gelöst durch das tragende Deckelement mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft demnach ein Deckelement mit einer tragenden Sandwichstruktur, bestehend aus einer oberen und einer unteren Schicht, vorzugsweise einem oberen Blech und einem unteren Blech, und einer zwischen den Blechen befindlichen Schicht aus Isoliermaterial, wobei zumindest das obere Blech, das die Außenseite des Daches bildet, aus einem wasserbeständigen und gegen äußere Einflüsse resistenten Blech besteht und die Dicke des Isoliermaterials zwischen einigen Zentimetern und etwa 10 cm liegt. Das erfindungsgemäße Deckelement ist gekennzeichnet durch eine Verstärkungsstruktur mit hoher mechanischer Widerstandskraft, bestehend aus mindestens einem der beiden Bleche, mit eventuellen Verstärkungen an den Stellen, die den stärksten Belastungen ausgesetzt sind, sowie gekennzeichnet durch ein Querschnittsprofil, das an ein Trapez erinnert, wobei der maximale Höhe des Trapezes in der Struktur mindestens einige zehn Zentimeter beträgt, abhängig von den Biegemomenten, welche die Struktur belasten, wenn sie zum Einsatz kommt.
Eine solche Struktur ist vorteilhaft, weil sie resistent ist gegen Korrosion durch äußere Einflüsse, weil sie wasserdicht, sehr leicht und daher handlich und weil sie ihrer Form wegen stapelbar ist, also sowohl an der Produktionsstätte als auch beim Transport zur Baustelle und dem Gebäude, das sie bedecken soll, mehrere Strukturen übereinandergelagert werden können.
Eine derartige Struktur ist weiterhin vorteilhaft, weil sie durch die Regulierung der inneren Verstärkungsstruktur, die normalerweise fachwerkartig ausgebildet ist, hohen Belastungen Stand hält. Die Verstärkungsstruktur ist vorzugsweise in die Isolierschicht eingelassen, die trotzdem relativ flach bleibt und normalerweise zwischen 3 und 10 Zentimetern dick ist, was die Herstellungskosten begrenzt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in welcher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft erläutert werden.
Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen tragenden Deckelements;
Fig. 2 eine Variante des Elements der Fig. 1, wobei zusätzliche Verstärkungsstrukturen im Inneren vorgesehen sind;
Fig. 3 eine axonometrische Ansicht des erfindungsgemäßen Deckelements, ausgeführt mit zwei mäanderartig gewellten und mit Buckeln versehenen Blechen;
Fig. 4 die Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Deckelements, bestehend aus zwei Blechen und einer fachwerkartigen Verstärkungsstruktur;
Fig. 5 die Längsansicht zweier nebeneinanderliegenden Deckelemente, verbunden durch zwei aufliegende Elemente; und
Fig. 6 die Längsansicht zweier schrägstehender Deckelemente, die auf diese Weise ein Sheddach bilden.
Im Wesentlichen betrifft die Erfindung also ein sandwichartiges tragendes Deckelement zur Überdachung von Gebäuden mit großen Spannweiten, besonders solchen, die industriellen und anderen gewerblichen Zwecken dienen sollen. Die Struktur besteht aus mindestens einem oberen Blech 1, einem unteren Blech 2 und einer Schicht Isoliermaterial 3, die das Ganze "zusammenklebt" und stabilisiert, wobei die Dicke vorzugsweise zwischen 3 und 15 cm, vorteilhaft bis maximal etwa 10 cm beträgt.
Unter dem oberen Blech 1 ist das Blech zu verstehen, das die Außenseite des Daches bildet und zumindest wasserfest und resistent gegen exogene Einflüsse ist.
Die Verstärkungsstruktur des erfindungsgemäßen Tragelements weist eine hohe mechanische Widerstandsfähigkeit auf, d. h. hat hohe Widerstandskraft gegen Spannung und Kompression und besteht entweder aus mindestens einem der beiden Bleche, normalerweise aus Metall, vor allem Stahl, mit eventuellen Verstärkungen an den Stellen, die den stärksten Belastungen ausgesetzt sind, und/oder aus einer geeigneten, in das Isoliermaterial eingelassenen Verstärkungsstruktur. Das obere Blech 1 ist normalerweise aus vorbehandeltem Stahl, d. h. lackiert oder verzinkt. Das untere Blech 2 kann auch aus Stahl sein, normalerweise zwischen 0,2 und 0,5 mm dick, oder aus Eternit, und kann mit den gleichen Farben und Lacken gestrichen werden, wie die Räumlichkeiten, deren oberen Abschluss das erfindungsgemäße Deckelement bildet.
Das obere Blech 1 kann ein Verbundblech sein, so dass jedes seiner Teile widerstandsfähig ist gegen Belastung und/oder Korrosion an verschiedenen Stellen der Tragstruktur, wenn diese zum Einsatz kommt. In diesem Fall umfasst die Struktur auch das untere Blech, die zwischen den Blechen liegende Schicht aus Isoliermaterial und die innere, widerstandsfähige Verstärkungsstruktur.
Das obere Blech 1 und das untere Blech 2 können glatt sein oder Mäander in Längsrichtung 5 aufweisen, beispielhaft dargestellt in Fig. 3, die geeignet sind, eine Verstärkung der Struktur zu bewirken.
Die genannten Bleche 1 und 2 können auch buckelartige Ausformungen 6 aufweisen, durch die eine bessere Haftung der Bleche an das dazwischenliegende Isoliermaterial 3 erzielt wird.
Die oben beschriebene Struktur ist gekennzeichnet durch einen Querschnitt, der einer Trapezform ähnelt, wobei die maximale Höhe des Trapezes der Sandwichstruktur mindestens einige zehn Zentimeter beträgt, normalerweise zwischen 30 und 80 cm, vorteilhaft bis zu etwa 70 cm, abhängig von den Biegemomenten, welche die Struktur im Einsatz belasten. Die Höhe hängt also sowohl von der Länge der Struktur als auch von der für sie zu erwartenden Belastung ab, nach der Formel b = M/∂, wobei M das Biegemoment ist, ä die Widerstandskraft gegen Spannung-Kompression und b der Arm, normalerweise die Höhe der Struktur, wie oben beschrieben.
Die Widerstandskraft gegen Kompression-Spannung kann beschränkt sein auf das obere Blech 1 und/oder das untere Blech 2, im Falle kleiner Spannweiten und geringer, verteilter Lasten auf das obere Blech 1, verstärkt durch in Längsrichtung verlaufende Verstärkungen aus Blech, zusätzliche Blechstreifen oder Rundstähle 7 oder, in Fällen größerer Spannweiten und stärkerer Belastung, durch eine innere Verstärkungsstruktur 10 in Form eines Fachwerks, wie beispielhaft verdeutlicht in Fig. 4, wobei in letzterem Fall die Bleche aus jedem beliebigem Material bestehen können.
In letzterem Fall ist es auch vorteilhaft, wenn die zusätzliche Verstärkungsstruktur ebenfalls vorbehandelt ist, z. B. durch Lackierung, und anschließend in die Schicht aus Isoliermaterial 3 eingelassen wird, die trotzdem dünn bleibt und folglich leicht und kostengünstig ist.
Das Querschnittsprofil des tragenden Deckelements kann variieren; besonders seine schrägen Seitenflächen, die auf die gleiche Linie zustreben, können durch eine gebogene Fläche verbunden werden oder die Form eines Keils mit abgerundeter Spitze annehmen, solange dadurch die Stapelbarkeit der Tragelemente nicht beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemäße tragende Deckelement weist außerdem normalerweise entlang seiner Längsränder geeignete hervorstehende Ausformungen 13 und 14 auf, die sowohl eine direkte Verbindung der Tragelemente untereinander ermöglicht, wenn sie bei der Bedachung eines im Bau befindlichen Gebäudes nebeneinander angebracht werden, als auch eine Verbindung mit aufliegenden Elementen 15 und 16, die zwischen den nebeneinander, aber mit Abstand liegenden Tragelementen angebracht werden, wie beispielhaft in Fig. 5 verdeutlicht. Das erfindungsgemäße Tragelement kann auch in Schrägstellung angebracht werden, wie in Fig. 6 verdeutlicht, wodurch die Ausführung von Sheddächern ermöglicht wird, mit Hilfe transparenter oder durchscheinender Platten 30, durch die Licht in das Innere des Gebäudes gelangt.

Claims

1. Tragendes Deckelement mit Sandwichstruktur zur Überdachung von Gebäuden, welches eine obere Schicht (1), eine untere Schicht (2) und eine Schicht aus Isoliermaterial (3) umfasst, die zwischen den Schichten (1, 2) angeordnet ist, wobei die obere Schicht (I), welche die Außenseite des Daches bildet, zumindest wasserfest und gegen äußere Einflüsse beständig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelement eine Verstärkungsstruktur mit hoher mechanischer Widerstandskraft aufweist, die zumindest eine der beiden Schichten (1, 2) umfasst, und dass der Querschnitt des Deckelements im wesentlichen eine Trapezform aufweist, wobei die maximale Höhe des Trapezes der Sandwichstruktur, abhängig von den im Einsatz auftretenden Biegemomenten, wenigstens einige zehn Zentimeter beträgt.

2. Deckelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Stellen höchster mechanischer Belastung zusätzliche Verstärkungen (7) vorgesehen sind.

3. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Schicht aus Isoliermaterial (3) höchstens einige zehn Zentimetern beträgt.

4. Deckelement gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht (3), die zwischen der oberen Schicht (1) und der unteren Schicht (2) liegt, zwischen 3 und 15 cm dick ist.

5. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (1) ein vorbehandeltes Stahlblech, und die untere Schicht (2) ein Stahlblech ist.

6. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (1) ein vorbehandeltes Stahlblech und die untere Schicht (2) eine Eternitplatte ist.

7. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (1) eine Verbundschicht ist und das die widerstandsfähige Verstärkungsstruktur zwischen den beiden Schichten (1, 2) liegt und in die Schicht aus Isoliermaterial (3) eingelassen ist.

8. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die obere Schicht (1) und die untere Schicht (2) in Längsrichtung verlaufenden Mäander zu ihrer Verstärkung aufweisen.

9. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Schicht (1) und die untere Schicht (2) buckelartige Ausformungen (6) aufweisen, die dazu dienen, die Haftung der Schichten an das zwischen ihnen liegende Isoliermaterial (3) zu verbessern.

10. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (7), die zwischen der oberen und der unteren Schicht (1, 2) liegt, aus Stahl besteht.

11. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur in Form eines Fachwerks (10) zwischen der oberen Schicht (1) und der unteren Schicht (2) in das Isoliermaterial eingelassen ist und aus beliebigem Material bestehen kann.

12. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass hervorstehende Ausformungen (13) und (14) entlang der Längsränder des Deckelements vorgesehen sind, welche die Verbindung mit aufliegenden Elementen (15) und (16) ermöglichen, die zwischen nebeneinanderliegenden Tragelementen angebracht werden.

13. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine stapelbare Form aufweist.

14. Deckelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass seine schrägen Seitenflächen auf die gleiche Linie zustreben und untereinander durch eine gebogene Fläche verbunden sind.