DE19730776A1 - Fachwerkstab und hiermit zusammengesetztes Fachwerk - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fachwerkstab und ein aus diesem Fachwerkstab zusammengesetztes Fachwerk, insbesondere ein räumliches Fachwerk.

Es gibt viele Vorschläge, aus vorgefertigten Stäben mit ver­ schiedenen Querschnitten oder Profilformen Fachwerke zu bilden. Beispielsweise können, wie das von Mengeringhausen entwickelte MERO-System (Fa. MERO, Würzburg), die bekannten Fachwerke aus Stäben und Knotenteilen bestehen, die durch Schrauben verbunden werden.

Die Weiterentwicklung der nur in einer Ebene wirksamen Trag­ systeme stellen die Raumtragwerke dar. In ihrem räumlichen Fach­ werkgefüge entstehen in sich steife Bauteilsysteme, die keiner horizontalen Wind- bzw. Stabilisierungsverbände bedürfen. Sie können auf Stützen aus Stahl, BS-Holz oder Stahlbeton oder direkt auf die Gründungspunkte aufgesetzt werden.

Vorgefertigte Systeme erlauben die rationelle Herstellung der vielfältigsten Bauformen von Tragwerken aufgrund verschiedener geometrischer Systeme. Die mit Hilfe von Computerprogrammen berechneten Fachwerke bestehen aus typisierten Stäben, die untereinander z. B. mit kugelartigen Knotenstücken verschraubt werden (z. B. MERO).

Raumtragwerke ermöglichen eine mehrachsige Lastabtragung, die zur Reduzierung der Stabkräfte und somit leichteren und fili­ granen Konstruktionen führt. Durch das geringe Eigengewicht eignen sich Raumkonstruktionen daher auch besonders für weitge­ spannte Konstruktionen. Es sind sowohl ebene, einfach oder mehrfach gekrümmte Strukturen möglich. Raumtragwerke können zwei- oder mehrlagig ausgebildet werden.

Infolge der hochgradig statischen Unbestimmtheit führt der Aus­ fall einiger Stäbe, z. B. im Brandfall, nicht zum Versagen des Tragwerkes.

In der Regel werden Freivorbau, Abschnittsmontage oder Platten­ hubverfahren für die Endmontage angewandt.

Raumtragwerke eignen sich für Bauten mit großen stützenfreien Räumen mit gekrümmten oder geraden Dachflächen, wie Ausstel­ lungs- und Sporthallen, Mehrzweckhallen usw. mit rechteckigem, rundem oder dreieckigem Planungssystem.

Als besonders günstig erweisen sich Raumfachwerke wegen der schnellen Montage und Demontierbarkeit für temporäre oder ver­ setzbare Bauten oder verschiebliche Arbeitsbühnen. Die einfache Grundidee läßt vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten zu.

Die schweizerische Patentschrift 552 723 und die DE 35 38 479 A1 beschreiben metallische Raumfachwerkstrukturen. Dieser Stand der Technik offenbart, wie viele Einzelteile und Profilformen oft eingesetzt werden. Es gilt, demgegenüber zu vereinfachen.

Diese Raumfachwerke werden auch in der Raumfahrt eingesetzt. So beschreibt die EP 0 097 062 A1 ein räumliches Tragwerk aus offe­ nen Leichtmetall-Winkelprofilen, deren Knoten Gelenke aufweisen, damit das Fachwerk später entfaltet werden kann.

Allen bekannten Fachwerken ist gemeinsam, daß Stäbe in Knoten verbunden werden, die als besondere Teile ausgebildet sind. Die Achsen der Stäbe schneiden sich beim Stand der Technik in dem als besonderes Teil ausgebildeten Knoten möglichst in einem Punkt.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung, ein möglichst einfaches System aus wenigen, möglichst nur einem vorgefertigten Teil bzw. Teilen verfügbar zu machen, welches eine große Viel­ falt von Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet.

Die Lösung besteht allgemein darin, daß jeder Stab einen gleich­ seitigen Dreiecksquerschnitt aufweist, dessen Enden eine zur Stabachse schräg verlaufende, in einer Ebene befindliche Auflage bilden, die im Knoten am Ende eines weiteren Stabes auf einer Seitenfläche des weiteren Stabes aufliegt und mit diesem direkt verbunden ist, wodurch im Knoten die Achsen mehrerer verbundener Stäbe gegeneinander versetzt verlaufen.

Der Stab kann aus beliebigem Material, wie Holz, Metall oder Kunststoff, bestehen. Ferner kann der Stab ein Vollprofil, bei­ spielsweise ein Vollholzprofil oder ein Vollkunststoffprofil, oder ein Hohlprofil, beispielsweise ein Metallprofil aus Blech oder Aluminium, oder ein stranggegossenes Kunststoffhohlprofil sein. Die Enden bilden bei Vollprofilen eine durchgehende Auf­ lagefläche. Hohlprofile können eine Verschlußfläche erhalten oder an den Enden offen bleiben. Wichtig ist in jedem Fall, daß die Enden eine Auflage bilden, deren Ebene zur Achse des Stabes um einen Winkel geneigt ist, der kleiner als 90°, und vorzugs­ weise 60°, ist.

Je nach Gestaltung des Fachwerks kann der Winkel variieren. Bei einem Fachwerk aus gleichlangen Stäben beträgt der Winkel norma­ lerweise 60°. Andere Abstände im Fachwerk bestimmen andere Win­ kel.

Die Knoten werden vorteilhafterweise nicht durch besondere Ver­ bindungselemente gebildet, sondern durch direktes Verbinden der Stäbe untereinander, und zwar an ihren Enden. So können Stäbe aus Vollholz genagelt oder verschraubt oder verklebt werden. Andere Profile aus Metall oder Kunststoff lassen sich ebenfalls verkleben oder verschweißen oder in anderer geeigneter Weise lösbar oder unlösbar miteinander verbinden.

Räumliche Fachwerke werden am vollkommensten aus gleichseitigen und/oder gleichschenkligen Dreiecken so zusammengesetzt, daß regelmäßige Vielfache (Polyeder) entstehen. Bei ebenen unend­ lichen Netzen gibt es genau drei geometrische Strukturen, bei den sphärischen endlichen genau fünf reguläre Polyedernetze, welche sich jeweils aus nur einem Typ Knoten, Stäben und somit auch Flächen zusammensetzen. Regelmäßige ebene Netze sind Drei­ eck-, Quadrat- und Sechsecknetze. Auf die fünf platonischen Körper angewendet, ergibt sich aus der Fachwerkformel, daß nur diejenigen dreidimensionalen Knoten-Stab-Tragwerke kinematisch stabil sind, deren Stäbe ein geschlossenes Dreiecksnetz bilden, also Tetra-, Okta- und Ikosaeder.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer, perspektivischer Darstellung einen Einzelstab,

Fig. 2 eine Abwicklung der Wände eines hohlen Einzel­ stabes in eine Ebene,

Fig. 3 und 4 einfache Knotenausbildungen,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines einfachen Raumknotens aus vollen Holzprofilen,

Fig. 6a-6c in schematischen Darstellungen die Fortbil­ dung eines Knotens gemäß Fig. 4,

Fig. 7 die Einfügung eines kürzeren Abschlußstabes,

Fig. 8 einen erweiterten räumlichen Knoten,

Fig. 9 ein abgewandeltes Raumfachwerk in schematischer Darstellung und

Fig. 10 eine Abwandlung von Fig. 2.

Ein Stab 10 besteht gemäß Fig. 1 und 2 aus drei Seitenflächen 12, 18 und 20. Die Enden des Stabes 10 sind gegenüber einer Mittelachse 25 um einen Winkel α abgeschrägt. Die Neigungen dieser Schräge verlaufen an den beiden Enden zueinander ent­ gegengesetzt, da der Stab zwischen Knoten eingefügt wird. Gemäß Fig. 2 beträgt der Winkel α = 60°.

Die Enden 14, 16 oder das Profil des Stabes 10 bilden ein gleichseitiges Dreieck. Die dadurch bei einer Schräge von α = 60° sich ergebenden übrigen Winkel zwischen den Kanten, wenn die Seitenflächen in 12, 18, 20 in die Zeichenebene abgewinkelt sind, sind in Fig. 2 eingetragen.

In Fig. 3 ist ein einfacher Knoten 30 zwischen zwei Stäben 10₁ und 10₂, die in einer Ebene liegen, dargestellt. Eine Endfläche 14 des Stabes 10₂ liegt hierbei auf einer Seitenfläche des Stabes 10₁ auf und beide Stäbe 10₁ und 10₂ werden direkt ohne zusätzliches Knotenelement miteinander verbunden.

Die Fig. 4 zeigt, wie ein dritter Stab 10₃ in den Knoten 30 ein­ gefügt ist, der in einer zweiten Ebene verläuft, wodurch ein räumlicher Knoten 30 entsteht.

In Fig. 5 ist ein räumlicher Knoten 30 aus Holz-Vollprofilen im Detail dargestellt. Drei abgeschrägte Endflächen der drei Pro­ file aus gleichseitigen Dreiecken, die in dieser Darstellungs­ weise nicht sichtbar sind, liegen im Knoten 30 auf den jeweili­ gen Seitenflächen der Stäbe 10₁, 10₂, 10₃ auf. Die Verbindung ist durch drei Schraubbolzen 34 gesichert. Es entsteht in einfacher Weise ein Raumknoten 30, aus dem die drei beteiligten Stäbe untereinander jeweils unter einem Winkel von 120° voneinander wegragen.

Die Fig. 6a-6c zeigen schematisch Erweiterungen des Knotens 30 zur Verbindung von vier Stäben 10₁, 10₂, 10₃ und 10₄ (Fig. 6a), von fünf Stäben 10₁, 10₂, 10₃, 10₄ und 10₅ (Fig. 6b) und von sechs Stäben 10₁, 10₂, 10₃, 10₄, 10₅ und 10₆ (Fig. 6c)
In Fig. 7 ist dargestellt, wie in einem Flächenfachwerk be­ stimmter Form durch einen zusätzlichen Stab 22 kürzerer Länge ein erweiterter Knoten 32 gebildet werden kann oder wie sich Randecken ausgleichen lassen.

Dasselbe ist selbstverständlich auch in einem erweiterten räum­ lichen Knoten möglich, wie eine Darstellung gemäß Fig. 8 ohne Bezugszeichen zeigt. Auch die Fig. 9 ist eine Darstellung eines weiteren Raumfachwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ver­ deutlichung der Gestaltungsmöglichkeiten, in der der Übersicht­ lichkeit halber die Bezugszeichen weggelassen sind.

Bei diesen Abwandlungen weisen Randstäbe, beispielsweise in einem räumlichen Stabtragwerk aus Halb-Oktaedern und Tetraedern, abweichende Abschrägungen der Endflächen auf, wie sie in Fig. 10 als beispielhafte Abwandlung von Fig. 2 in ihrer flächigen Ab­ wicklung gezeichnet ist.

Claims (6)

1. Fachwerkstab (10) und hiermit zusammengesetztes Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stab (10) einen gleichseitigen Dreiecksquer­ schnitt aufweist, dessen Enden eine zur Stabachse (25) schräg verlaufende, in einer Ebene befindliche Auflage (14, 16) bilden, die im Knoten (30, 32) am Ende eines weiteren Stabes (10 _n) auf einer Seitenfläche des weiteren Stabes (10 _n) aufliegt und mit diesem direkt verbunden ist, wodurch im Knoten (30, 32) die Achsen (25) mehrerer verbundener Stäbe (10 _n) gegeneinander versetzt verlaufen.

2. Fachwerkstab gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Holz, Metall oder Kunststoff besteht.

3. Fachwerkstab nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (10) ein Vollprofil aufweist.

4. Fachwerkstab nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (10) ein Hohlprofil aufweist.

5. Fachwerkstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden eine Auflage (14, 16) bilden, die zur Achse (25) des Stabes um einen Winkel (α) geneigt ist, der klei­ ner als 90° ist, vorzugsweise 60° beträgt.

6. Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk, gebildet aus Stäben gemäß den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (10 _n) an ihren Enden (14, 16) direkt mitein­ ander vernagelt, verschraubt, verklebt oder verschweißt sind.