DE19758122C2

DE19758122C2 - Modulares System zum Verbinden von Stahlprofilen für die Konstruktion von Stahltragwerken

Info

Publication number: DE19758122C2
Application number: DE1997158122
Authority: DE
Inventors: Michael Janke
Original assignee: JANKE ENGINEERING GmbH
Current assignee: JANKE ENGINEERING GmbH
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2001-07-26
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: DE19758122A1

Description

Die Erfindung betrifft ein modulares System zum Verbinden von Stahlprofilen für die Konstruktion von Stahltragwer ken (z. B. Fachwerk-, Rahmenkonstruktionen), mittels derer im wesentlichen bekannte Träger, Riegel und/oder Stützen der Stahltragwerke horizontal und/oder vertikal und/oder radial über Kopplungsstücke zum Übertragen von Momenten, Quer- und Normalkräften miteinander verbindbar sind.

Stahltragwerke aus Stahlprofilen werden traditionell für vielfältige Anwendungsfälle gebraucht. Insbesondere bie gesteife Rahmen und gelenkige Fachwerke werden als wich tige Konstruktionselemente mit großem Variantenreichtum auf unterschiedlichsten Gebieten wie dem Anlagenbau, Kranbau, Maschinenbau und im Bauwesen eingesetzt. Stahl tragwerke finden sich z. B. als Maschinengrundgestelle für Pressen, für Transport- und Montagemaschinen, Prüfmaschi nen, für Montage- und Wartungsbühnen des Waggon- und Lo komotivbaues, des Transformatoren-, Fahrzeug- und Flug zeugbaues, Laufgänge, Laufstege und Gerüste im Chemie- und Kraftwerksanlagenbau, Überdachungs- und Hallenkonstruktionen für leichte Baustellenausrüstungen (mit und ohne Hebezeugen), im Hochbau für Gewerbe-, Büro- und Woh nungsbau, etc.

Bisher werden für jeden individuellen Anwendungsfall, entsprechend einer vorausgehenden Planung durch Konstruk teure, Anlagenbauer, Architekten und Statiker individuel le Werkstattzeichnungen und statische Nachweise für die Anschlüsse, Schweiß- und Schraubverbindungen für die Stahlbautragkonstruktionen angefertigt (in Form von Fer tigungs- und Montagezeichnungen sowie statischen Einzel nachweisen), obwohl allgemeine Regelwerke dieses verein fachen sollten. Nach diesen Zeichnungen werden die benö tigten Bauelemente, z. B. Rahmen, Stützen, Träger, Verbän de usw., vom Stahlbaubetrieb in Einzelfertigung durch Trennen, Ablängen, Bohren, Schweißen und Farbgebung aus Materialien, die von unterschiedlichsten Händlern zu be stellen und zu beziehen sind, vorgefertigt und später auf der Baustelle montiert.

Der Entwurf und die statischen Berechnungen solcher "in dividuellen Tragwerke" erfolgt auf der Grundlage allge meiner Regelwerke wie der Normen DIN 18800, DIN 1055, der Ingenieurmathematik, den Empfehlungen der DSTV-DAST des Stahlbauverbandes und der europäischen Richtlinien wie den Eurocode 3.

Es handelt sich mithin um ein kompliziertes Verfahren zur Auswahl der richtigen und miteinander korrespondierenden Elemente eines Stahltragwerkes. Dieses komplizierte Ver fahren muß schon für eine ganze Reihe von relativ einfa chen und häufig zu realisierenden Konstruktionen angewendet werden, wie beisp. Beschickungs- und Wartungsbühnen, Gerüste für Silos und Kessel, Vordächer, Hallen, Rahmen für Dachausbauten, Deckenträger (sowohl bei Neubauten als auch Sanierungsbauten), Abfangkonstruktionen u. a., der industriellen Bereiche, des allgemeinen Stahlbaues und der kommunalen Wirtschaft.

Bekannt sind lediglich einige Hersteller bestimmter End produkte, die firmeneigene Bausysteme analog dem Fertig haussystem anbieten, z. B. für den Bau von Leichtbauhal len, Rahmentragwerken für Glasdachkonstruktionen und den Fassadenbau oder einzelne Elemente wie Tore, Geländer, Treppen usw. mit hohem Vorfertigungsgrad. Diese Systeme sind wenig kompatibel und nur für diese speziellen Anwen dungen geeignet. Der Nachteil liegt daher auf der Hand, da eine Vielzahl kleiner und mittelständischer Unterneh men wie Maschinenbaubetriebe, Stahlbaubetriebe, Bauunter nehmen ständig Bedarf an einfachen Konstruktionen wie Stahlrahmen, Trägern, Stützen und Verbänden usw. haben und deren Nachfrage nicht befriedigt werden kann.

Eine Stahlbaukonstruktion selbst wird im allgemeinen für jeden einzelnen Fall gemäß den Regelwerken individuell entwickelt, konstruiert und unter der Verwendung handels üblicher Halbzeuge und Profile gefertigt und montiert.

Diese individuelle Konstruktionsweise wird durch den druckschriftlichen Stand der Technik wie folgt belegt:

Aus der DE-OS 43 13 895 sind Traggliedverbindungen aus Trägern und Stützen bekannt, wobei die Träger Verbin dungselemente (hier Schwalbenschwanztaschen) aufweisen, die mit Gegenstücken an den Stützen (hier Schwalbenschwanzplatten) korrespondieren. Aus der DE-OS 196 49 386 sind Träger und Stützen bekannt, wobei an den Trägern Koppelplatten angeordnet sind, die mit Auflageplatten an den Stützen korrespondieren. Aus der DE-OS 196 49 387 wiederum ist ein Stahlbauverbindungssystem bekannt, wel ches ebenfalls stirnseitig angeordnete Koppelplatten an den Stützen und Trägern aufweist, die fluchtend miteinan der verbunden werden. Die DE-OS 196 49 388 lehrt darüber hinaus, daß es auch Verbindungselemente geben kann, wel che über vorgesehene Widerlager übergreifend mittels ha kenförmiger Enden Stützen und Träger miteinander verbin den.

Aus der deutschen Auslegeschrift 26 04 320 ist ferner be kannt, daß Träger und Stützen an den jeweiligen Verbin dungsstellen durch in das Hohlprofil der Träger und Stüt zen eingeführte, vorgewinkelte starre Bauelemente mitein ander verbunden werden, quasi aufgesteckt werden.

Die DE 34 17 068 C2 beschreibt ein Stahltragwerk, wel ches ganz spezifisch durch bestimmte, vordefinierte Bau elemente gefertigt wird. Hierbei werden die zu einer Falthalle zusammenfügbaren Bauelemente mittels zusätzli cher Bauelemente wie z. B. Pfetten, Trapezbleche, Streben und Riegel miteinander verbunden und versteift. Auch aus der DE-OS 33 21 647 sind biegefeste Eckverbindungen be kannt, die als Gußteile mit austragenden, abgewinkelten Laschenpaaren die Möglichkeit bieten, Träger mit Außen flanschen miteinander zu verbinden.

Stahlgußteile werden darüber hinaus in der DE-OS 34 02 571 beschrieben, wobei das wesentliche Merkmal darin besteht, daß die Schottwände innerhalb des Verbindungsstü ckes eine abnehmende Wanddicke aufweisen, um das gesamte Werkstück weniger aufwendig auszubilden.

Der druckschriftliche Stand der Technik lehrt also, daß lediglich ganz spezifische Werkstücke bestehen, die für spezifische Anwendungen, nämlich eine konkrete Konstruk tion, verwendet werden.

Die Nachteile des herrschenden Stands der Technik sind mithin wie folgt zu charakterisieren:

Für den Bau von Stahlkonstruktionen werden üblicherweise in sinnvoller maßlicher Stufung Halbzeuge, die gemäß ih rer Flächenträgheitsmomente und anderer wichtiger Angaben genormt sind und in unterschiedlichen Werkstoffgüten zur Verfügung stehen, angeboten. Hierzu gehören z. B. Bleche, Flachstähle, Formstähle, insbesondere Doppel-T-, U-, L-, T-Profile, Rohre, Quadrat- und Rechteck-Profile, Rund-, Quadratstangen und Z-Profile (warm- bzw. kaltgewalzt), Trapezbleche u. a.. Zur Anwendung dieser Halbzeuge exis tieren Bemessungshilfen in Form von mathematischen For meln, maschinellen Rechenprogrammen der Statik, Konstruk tionsrichtlinien, insbesondere für die Auslegung von Ver bindungselementen wie Schrauben und Schweißnähten, Norma tive und Regelwerke wie die DIN 1055, DIN 18800, "Typi sche Verbindungen im Stahlbau", "Bemessungshilfen für profilorientiertes Konstruieren" (Stahlbau Verlagsgesell schaft mbH Köln, 2. Auflage 1992) u. a. als Empfehlungen zur Auslegung von Stahltragwerken, wobei ein Großteil der Empfehlungen Gegenstand des technisch erprobten Wissens darstellt und im Zusammenhang mit dem Errichten von Stahltragkonstruktionen als Maßstab der Bemessung und der Kontrolle genommen wird. Neben den Normativen der DIN, des Eurocodes stehen eine Vielzahl von Lehrbüchern, tech nischen Nachschlagewerken und Handbüchern des Stahlbaues zur Verfügung.

In Ermangelung eines geeigneten Systems zur Befriedigung dieser Bedürfnisse aus einer Hand, ohne individuelle Vor arbeiten leisten zu müssen, ist es Aufgabe der Erfindung, ein modulares Rahmen- und Fachwerksystem für Stahltrag werke zu schaffen, welches nach dem Baukastenprinzip es erlaubt, mit möglichst wenig Baugruppen Stahltragwerke für den individuellen Gebrauch zur Verfügung zu stellen, die universell einsetzbar sind, von hoher mechanischer Festigkeit geprägt sind und kostengünstig herzustellen sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patent anspruchs 1.

Alle Bauteile gehören zu einem einheitlichen System, aus dem eine Auswahl für die jeweilige Zusammenstellung des Rahmen- und Fachwerksystems erfolgt, wobei alle Verbin dungselemente derart optimiert sind, daß die Trägheitsmo nente und Werkstoffkennungen der Verbindungselemente mit denjenigen der Bestandteile des Grundgerüsts, d. h. den Trägern, Riegeln und Stützen korrespondieren und diesen optimal entsprechen. Vorzugsweise wird dies im tragbe reich von 0 bis 5.000 kN realisiert.

Der Hintergrund dieser erfindungsgemäßen Lösung ist, daß herkömmliche Traggerüste und Rahmen ihre Schwachpunkte nicht in den Basisteilen des Grundgerüsts (Träger, Riegel, Stütze) haben, sondern in den diese Basisteile ver bindenden Elementen wie Eckelemente, Knotenelemente etc.. Ein Gerüst-Basisteil vermag größere Belastungen aus Druck, Zug und Schub zu überstehen als die Verbindungs elemente, bei denen es schon zu plastischen Verformungen und geometrischen Veränderungen kommt, wenn die Träger selbst dem Druck, Zug oder Schub noch standhalten.

Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen,

- daß die Verbindungselemente in verschiedenen Formen unabhängig von den zu verbindenden Stahlprofilen mit definierten, einheitlichen Trageigenschaften vorge fertigt sind,
- wobei die Verbindungselemente aus unterschiedlichen Materialgüten stoffschlüssig verbunden sind,
- daß die Verbindungselemente mit standardisierten Bohrbildern im Verhältnis zur Profilgröße der zu verbindenden Stahlprofile versehen sind,
- daß die Verbindungselemente ohne weiteres Zuschnei den, Bearbeiten oder Schweißen zum Verbinden der Stahlprofile einsetzbar sind.

Durch diese Maßnahmen werden die Verbindungselemente den maximalen Belastbarkeitsgrenzen der Träger, Riegel und Stützen durch geeignete Materialwahl angepaßt. Wird ein Bauteil beispielsweise überdurchschnittlich bei einer be stimmten Systemzusammenstellung beansprucht, lassen sich die beanspruchten Partien der Bauteile durch geeignete Werkstoffwahl positiv, d. h. stabilisierend beeinflussen, indem dieses Bauteil entweder aus Stählen gleicher oder unterschiedlicher Güte und Materialstärke kombiniert wird (z. B. durch Verschweißen unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen Streckgrenzen) oder es werden Bau teile durch Stahlgießen einstückig belastungsspezifisch hergestellt (z. B. Stähle der Güteklassen GS 52 oder GS 60), wobei dann in einem einzigen Herstellungsprozeß gleich die Schraubenlöcher eingearbeitet werden können, so daß es keiner weiteren mechanischen Bearbeitung be darf. Die erfindungsgemäße Verwendung unterschiedlicher Materialgüten von Baustählen mit unterschiedlichen Streckgrenzen, die erfindungsgemäß im Bereich zwischen 240 N/mm² und 690 N/mm² liegen, vorzugsweise aber mit den Güten 240 N/mm², 360 N/mm², 460 N/mm² und 690 N/mm² ver wendet werden, schafft neue, überraschende Eigenschaften aufweisende Bauteile.

Die Verbindungselemente selbst, sowie deren Kontaktflä chen bestehen daher an den höher belasteten Stellen aus Werkstoffen höherer Zugfestigkeit als an den Stellen mit geringerer Belastung. Damit sind die Trägheitsmomente (Materialdicken) der Kontaktflächen der Verbindungsele mente über den Verlauf ihres Querschnittes an den weniger belasteten Stellen kleiner sind als an den höher belaste ten Stellen.

Die neuen Eigenschaften dieser Bauteile werden beispiel haft durch die Fig. 2, 2a und 2b belegt. Die Fig. 2 zeigt eine Computersimulation einer aus eineitlichem Werkstoff (hier: St 37-2) hergestellten Rahmenecke mit nichtlinearen Berechnungen finiter Elemente (Beulen), insbesondere die Spannungsverläufe in einer Rahmenecke bei der Belastung durch eine Kraft und die Zonen geringer und höherer Spannungen bis zur Simulation der Verformung. Hieraus sind die Schwachpunkte des Kontenelements bei Zug in Form der Spannungshäufungen erkennbar, nämlich die un gleiche Belastung des Bauteils an verschiedenen Stellen des Bauteils. Die Fig. 2a hingegen zeigt ebenfalls eine Rahmenecke, bestehend aus St 37-2 mit den Plastifizierun gen an der Versagungsgrenze des Bauteils (hier bei einer Last von 211.7 kN). Die Fig. 2b zeigt das gleiche Bau teil wie in der Fig. 2a, nur mit dem Unterschied, daß der Steg und die Flasche nicht aus St 37-2 (wie in Fig. 2a), sondern aus St 52-3 gefertigt sind. Durch diese Maß nahme steigt die Belastbarkeit, was sich darin ausdrückt, daß die Versagungsgrenze erst bei einer Last von 332.4 kN liegt. Unterschiedliche Materialien in ein und demselben Bauteil führen daher zu dem Ergebnis, daß diese Bauteile in den ansonsten stark beanspruchten und daher bruchge fährdeten Stellen wesentlich belastbarer sind, indem sie an die Belastbarkeitsgrenzen der Träger und Stützen ange paßt werden und nahezu gleiche Trägheitsmomente (Zug, Schub oder Druck) wie diese aufweisen.

Die erfindungsgemäßen Verbindungen, wie beispielsweise eine Rahmenecke nach der Fig. 1 dient als Knotenelement zur Verbindung mehrerer Stützen und Träger. Die Rahmen ecke ist als ein Bauteil ausgebildet, welches aufgrund der Kennwerte der Werkstoffe, der festgelegten Material dicken und der bestimmten Verbindungselemente (Schrauben) alle Anforderungen an eine Rahmenecke erfüllt. Die Stüt zen, Träger und Riegel werden nur indirekt und geringer belastet als die Rahmenecke selbst. Auf diese Weise wird die Konstruktion dahingehend vereinfacht, daß die Träger und Stützen keine weiteren Versteifungen benötigen. Dies erleichtert die Herstellung und es können weitere, belie bige Teile montiert werden.

Das erfindungsgemäße modulare Rahmen- und Fachwerksystem ist daher universell einsetzbar, verfügt über qualitativ hochwertige, industriell vorgefertigte Bauelemente mit hoher Qualitätssicherung, wodurch eine Automatisation der Systembestandteile erreicht wird mit dem Vorteil, daß für Konstrukteure, Architekten und Statiker das System direkt einsetzbar ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die einzelnen Systembestandteile als Massenprodukte über Baumärkte zu beziehen. Die Erfindung ermöglicht die Schaffung eines Baukastensystems, welches mit möglichst wenig Baugruppen wie Träger, Rahmenecken, Stützen, Gelen ken und Verbänden auskommt und dem Anwender gestattet, für seinen individuellen Anwendungszweck den erforderli chen Rahmen oder das erforderliche Fachwerk selbst aus den vorgefertigten Bauelementen aufzubauen. Bei den ein zelnen Bauelementen handelt es sich um statisch geprüfte Elemente, die aufgrund ihrer Materialgüte das Baukasten system erst sinnvoll machen: die Verwendung von Werkstü cken, die im Stahlgußverfahren mit einer Materialgüte von GS 52 oder GS 60 oder in einer Kombination derselben her gestellt sind, hat das überraschende Ergebnis gezeigt, daß derartige Bauelemente statischen Anforderungen ge wachsen sind, die beim Gerüstbau oder bei der Fertigung anderer Gewerke erforderlich sind. Vorteile bestehen bei hoher Belastbarkeit in einem hohen Korrosionsschutz durch die gewählten Materialien, geringer Abmessung, geringem Gewicht. Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Systems ist der Anlagenbauer für Kessel- und Reaktorgerüste, Wartungslaufgänge, Aufstiege, Maschinenbauer (vorgespannte Rahmensysteme für hohe Steifigkeiten), aber auch gerüste in kleineren/mittleren Hallen und Stahlrahmen für Ge schoß- und Erweiterungsbauten.

Die Bauteile des erfindungsgemäßen Systems können vorge fertigt werden und vom Anwender aus dem Gesamtsystem aus gewählt werden; Einzelanfertigungen entfallen. Die erfin dungsgemäße Lösung führt dazu, daß individuelle Konstruk tionsstatiken und Zeichnungen entfallen, genauso wie eine individuelle Vorfertigung und eine zum Teil aufwendige Montage. Ausführungsplanungen gemäß der HOAI würden in der Regel für die spätere Bauausführung genügen. Durch Zugriff auf die Einzelelemente aus dem Baukasten zur Schaffung des erfindungsgemäßen Systems vereinfachen sich die Nachweisführungen zur Erlangung von öffentlichen Ge nehmigungen, da es sich bei den einzelnen Bauelementen um normierte Elemente handelt, die über die erforderlichen Typzulassungen und Bauteilzulassungen verfügen.

Im wesentlichen sind alle Bauteile des erfindungsgemäßen Systems - ob Träger, Stütze, Riegel der Verbindungsele ment - hohlprofilartige als U-Träger oder als Doppel-U- Träger ausgestaltet. Die Verbindung erfolgt in den von den U-Trägern gebildeten (Halb)Hohlräumen durch paßgenau es Einsetzen der korrespondierenden Verbindungselemente in die Hohlräume der Träger und Stützen bzw. umgekehrt.

Ein weiterer Vorteil ist durch die einzelnen Verbindungs elemente gegeben.

So sind beisp. herkömmliche Rahmenecken innerhalb einer Rahmenkonstruktion anfällig für Schubspannungen (Beulen), die ein Versagen des Bauelementes hervorrufen können. Üb liche Rahmenecken werden aus Walzprofilen (Doppel-T- Stahl) nicht als Einzelelement, sondern als Bestandteil der Stütze oder eines Riegels ausgeführt. Um die zum Teil hohen Kraftmomente übertragen zu können, mußten bislang aufwendige Versteifungen in den Profilen oder an den Pro filen angebracht werden. Die erfindungsgemäße Lösung hin gegen sieht vor, daß an den Rahmenecken - wie auch an den anderen Verbindungselementen - einheitliche Lochbilder vorgesehen sind, die ein einheitliches Verbinden der ein zelnen Elemente miteinander ermöglichen. Durch die erfin dungsgemäß Werkstoffkombination der Elemente wird für ei ne überraschend hohe Stabilität des gesamten Rahmens bzw. Fachwerksystems gesorgt, da dieses Material - verglichen mit herkömmlichen Materialien - für die bestimmungsgemäße Funktion wesentlich effizienter, weil belastbarer ist. Einheitliche Lochbilder führen dazu, daß einheitliche Schrauben im erfindungsgemäßen System verwendet werden, nämlich Schrauben nach DIN 933 mit der Festigkeit 8.8 und 10.9. Durch die Verwendung einheitlicher Schrauben mit einheitlichen Schraubendurchmessern und Festigkeitsklas sen werden wesentliche Vereinfachungen bei der Bemessung der Anschlüsse und deren Kombinationen, der herzustellen den Bohrungen, der Bohrungsraster einerseits und Verein fachungen für Montagevorgänge gewährleistet. Durch Ver wendung der höheren Schraubenfestigkeiten können belast barere Anschlüsse entwickelt werden. Alle Klemmlängen lassen sich durch die Verwendung von Schrauben mit einem Gewinde bis annähernd dem Schraubenkopf verwirklichen.

Die Vorteile der Erfindung bestehen mithin in:

- nahezu unbegrenzten Kombinationsmöglichkeiten der Bauelemente und fast universellen Einsatzmöglichkei ten;
- gesonderte Werkstattzeichnungen mit den üblichen auf wendigen Berechnungen für die Tragwerke entfallen;
- höhere Qualität und Flexibilität der optimierten und in Kleinserie automatisiert gefertigten Konstruktion selemente wie Träger, Stützen, Gelenke und Verbänden usw. und damit auch der gesamten jeweiligen Stahlbau konstruktion;
- kurzen Lieferzeiten, da keine Arbeitsvorbereitung er forderlich ist bzw. die Baugruppen am Lager erhält lich sind;
- kurzen Bauzeiten, da Planungs- und Fertigungszeiten entfallen und die Möglichkeit zum Selbstbau besteht, da die nur noch erforderliche Montage einfach auszu führen ist.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Un teransprüchen enthalten. Die Erfindung ist in den anlie genden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Rahmenecke in Drauf sicht (1a), in Seitenansicht (1b), in Unteran sicht (1c) und in Vorderansicht (1c);

Fig. 2 eine Computer-Kraft-Simulation der Rahme necke nach Fig. 1 mit einheitlichen Materialien;

Fig. 2a eine Computersimulation mit einheitlichem Material innerhalb einer Rahmenecke nach Fig. 1 mit Plastifizierungen;

Fig. 2b eine Computersimulation nach der Fig. 2a mit unterschiedlichen Materialien mit Plastifi zierungen;

Fig. 3 eine Rahmenecke mit 6 Funktionalitäten;

Fig. 4 ein 90°-Eckteil mit 5 Funktionalitäten;

Fig. 5 ein T-Stück mit 6 Funktionalitäten;

Fig. 6 ein Kreuzelement mit 6 Funktionalitäten;

Fig. 7 ein Kreuzelement nach Fig. 6 mit ange schweißtem Knotenblech;

Fig. 8 ein Y-Teil mit 6 Funktionalitäten,

Fig. 9 ein Festwinkelteil in Seiten- und Drauf sicht;

Fig. 10 eine Rahmenecke mit beliebig einstellbaren und fixierbaren Winkeln;

Fig. 11 eine geschlossene Rahmenecke in Wirkver bindung mit Träger/Stütze;

Fig. 12 ein gelenkiges Teil in Vorder- und Seiten ansicht (Stand der Technik);

Fig. 13 ein Einfachgelenk (Stand der Technik);

Fig. 14 ein Doppelgelenk (Stand der Technik);

Fig. 15 ein Dreifachgelenk (Stand der Technik);

Fig. 16 ein Gabel- und T-Stück (Stand der Tech nik);

Fig. 17 eine geschlossene Rahmenecke als Bestand teil eines Rahmensystems in Seitenansicht und im Querschnitt;

Fig. 18 ein Doppel-T-Walzprofil mit Doppelraster;

Fig. 19 ein Rahmenriegel mit Lochstreifen;

Fig. 20 ein Rahmenriegel mit Doppel-Lochstreifen;

Fig. 21 eine Stütze;

Fig. 22 eine Stütze mit abgewinkelter Stirnplatte;

Fig. 23 einen ebenen Rahmen;

Fig. 24 ein ebenes Fachwerk;

Fig. 25 einen räumlichen Rahmen;

Fig. 26 eine Kombination aus Fachwerk und Rahmen.

In den Fig. 25 und 26 sind zwei mögliche Konstruktio nen 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Baukastensystem ge zeigt. Grundsätzlich werden mehrere Stützen 12 und Träger 11 über Verbindungselemente miteinander verbunden. Ein zelne Elemente sind in den Fig. 1 und 3 bis 24 darge stellt, denkbar sind aber auch weitere Elemente. Bei den Verbindungselementen handelt es sich entweder um biege steife oder gelenkige Teile.

Die Fig. 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 zeigen biegefeste Verbindungselemente 14, 15, 16, 17, 18, 20 und 21, die alle mehrere Funktionalitäten aufweisen. Daß heißt, mit einem Verbindungselement können mehrere Träger und/oder Stützen verbunden werden - je nach Bedarf. Hierzu verfü gen alle Elemente über eine Stirnplatte 13, die ein ein heitliches Lochraster aufweist (in den vorliegenden Bei spielen vier Schraubenlöcher). Alle Elemente sind als quasi Hohlprofil gefertigt, so daß die Stützen und Träger zum einen an der Stirnplatte oder aber im Innern des Hohlprofils verschraubt werden können.

Die Fig. 6 zeigt ein Kreuzelement 18 zum Verschrauben mit maximal sechs Trägern; in der Fig. 7 ist das gleiche Kreuzelement jedoch mit zusätzlichen Knotenblechen 19 ge zeigt. Diese Knotenbleche dienen dazu, mit Diagonalen verschraubt zu werden, so daß noch vier weitere Funktio nalitäten hinzukommen. Die unterschiedlichen Elemente können mithin als Längsverbinder (vgl. Fig. 1, 3, ), Eck verbinder mit konstanten Winkeln (vgl. Fig. 4, 8, 9) oder Kreuzelemente zur Längs- und Eckverbindung (vgl. Fig. 5, 6, 7) eingesetzt werden. Dabei ist das Winkelstück 21 in mehreren Ausgestaltungen möglich, jeweils mit fixem Win kel.

Die Fig. 10 zeigt ein völlig neuartiges verstellbares, biegesteifes Gelenk 22, welches im Winkel verstellbar und vielseitig einsetzbar ist. Beide Winkelteile 24 und 24a der verwinkelbaren Rahmenecke werden durch Lamellen 25 ineinandergeschoben und in einem Teilkreis dieser Lamel len sind Bohrungen 25a für Schrauben angeordnet. Die Boh rungen werden übereinandergebracht. Mehr als eine Schrau be verbindet die Lamellen dann so, daß ein biegesteife Verbindung entsteht. Die Schrauben selbst werden nur durch Scherung und die Lamellen auf Lochbleibung bean sprucht. An den Winkelteilen 24 und 24a sind Gewindebol zen 23 angeschweißt, die zum Verbinden mit Trägern 11 und/oder Stützen 12 dienen.

Die Fig. 11 und 17 zeigen eine geschlossene Rahmenecke 26 als biegesteifes Verbindungselement, mit dem zum einen zwei Träger 11 oder (vgl. Fig. 11) ein Träger 11, eine Stütze 12 und eine Diagonalstütze 27 aufeinander ge schraubt werden können. Die Rahmenecke 26 ist aber auch (vgl. Fig. 17) z. B. als Konsole für eine Kranbahn 35 ver wendbar, die auf einem Träger 11 z. B. an der Innenwand von Hallen angebracht ist.

Die Fig. 12 zeigt ein gelenkiges, nicht biegesteifes Verbindungsteil 28 mit variierbarem Winkel als Gußteil aus einheitlichem Material, welches bei Bedarf in Kon struktionen und Fachwerke eingebaut werden kann, wenn ein ganz bestimmter Winkel erforderlich ist, der als Festwin kelteil nicht verfügbar ist. Die Beweglichkeit des aus zwei Hälften ausgebildeten Elements ermöglicht Winkelein stellungen von Winkeln bis zu α ≧ 180°.

Die Fig. 13, 14, 15 und 16 zeigen Gelenkteile in un terschiedlicher Ausgestaltung, wie beispielsweise ein Einfachgelenk 29, ein Doppelgelenk 31 oder ein Dreifach gelenk 32, jeweils mit angeschweißtem Verbindungsstück 30 zur Diagonalverbindung mit z. B. Trägern, oder ein Gabel stück 33 oder ein T-Stück 34. Der Vorteil dieser Elemente liegt darin, daß das üblicherweise erforderliche aufwen dige "Ausklinken" von Trägern vermieden wird, da die Trä ger nicht - wie sonst üblich - ausgeschnitten werden müs sen, sondern direkt mit hochfesten Schrauben mit den Ver bindungsmitteln verschraubt werden.

Die Fig. 18, 19, 20 zeigen Träger 11 mit einheitlichen systemimmanenten Stirnplatten 13 als Walzprofil 36. Alle Träger weisen einheitliche Lochraster auf, wobei es sich auch um Doppelraster handeln kann, die mit den Lochra stern an den Verbindungselementen korrespondieren. Ggf. können die Träger auch Stegbleche - nicht dargestellt - zur weiteren Stabilisierung aufweisen. Die Fig. 21 und 22 zeigen ein Ausführungsbeispiele von Stützen 12, wobei ggf. die endseitige, im erfindungsgemäßen System verwen dete Stirnplatte 13 auch abgewinkelt sein kann, um mög lichst viele Kombinationsmöglichkeiten zu ermöglichen.

Die Fig. 23 zeigt einen ebenen Rahmen als Beispiel eines erfindungsgemäßen Systems 10.

Bezugszeichen

10

Rahmen- und Fachwerksystem

11

Träger

12

Stützen

13

Stirnplatte

14

Rahmenecke/

4

Funktionalitäten

15

Rahmenecke/

6

Funktionalitäten

16

90°-Eckteil

17

T-Stück

18

Kreuzelement

19

Knotenblech

20

Y-Teil

21

Festwinkelteil

22

Verstellbares Winkelelement

23

Gewindebolzen

24

Winkelteil zu

22

24

a Winkelteil zu

22

25

Lamellen

25

a Schraubausnehmungen

26

Geschlossene Rahmenecke

27

Diagonalstütze

28

Gelenkiges Teil

29

Einfachgelenk

30

Diagonalverbindungsanschlußstück

31

Doppelgelenk

32

Dreifachgelenk

33

Gabelstück

34

T-Stück

35

Krahnbahn

36

Walzprofil

37

Rahmenriegel

38

Verstrebung

39

Schraublöcher

Claims

1. Modulares System mit Verbindungselementen zum Verbin den von Stahlprofilen für die Konstruktion von Stahl tragwerken (z. B. Fachwerk-, Rahmenkonstruktionen), mittels derer im wesentlichen bekannte Träger, Riegel und/oder Stützen der Stahltragwerke horizontal und/oder vertikal und/oder radial über Kopplungsstücke zum Übertragen von Momenten, Quer- und Normalkräften miteinander verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet,

2. Modulares System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jedes Verbindungselement bis zu den maximal nutzbaren Trägheitsmomenten und Werkstoffkennungen der Träger (11, 37) und Stützen (12) für Belastungen im Tragbereich von 0 bis 5.000 kN optimiert ist.

3. Modulares System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindungselemente im Stahlguß verfahren einstückig hergestellt sind.

4. Modulares System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindungselemente durch Ver schweißen mehrerer aus gleicher oder unterschiedlicher Materialgüte mit gleicher oder unterschiedlicher Streckgrenze mit gleicher oder unterschiedlicher Mate rialdicke bestehender Einzelteile hergestellt sind.

5. Modulares System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Einzelteile aus Materialien mit Streck grenzen bis zu 240 N/mm², 360 N/mm², 460 N/mm² und 690 N/mm² bestehen.

6. Modulares System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindungselemente und ihre Kontaktflächen an den höher belasteten Stellen aus Werkstoffen höherer Zugfestigkeit bestehen als an den Stellen mit geringerer Belastung.

7. Modulares System nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmomente (Materialdi cken) der Kontaktflächen der Verbindungselemente über den Verlauf ihres Querschnittes an den weniger be lasteten Stellen kleiner sind als an den höher be lasteten Stellen.

8. Modulares System nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß biegesteife und/oder gelenkige Verbindungen realisierbar sind.

9. Modulares System nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente miteinander kombinierbar sind.

10. Modulares System nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente als Eck verbinder oder Zuglasche mit Gewindeansatz oder star re, geradlinige Zugelemente mit Gewindeansatz oder als gelenkige Zugelemente oder als Winkelverbinder ausges taltet sind.

11. Modulares System nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungselemente korrosi onsbeständig sind.