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Die Erfindung betrifft eine Dachstuhlkonstruktion, insbesondere einen Aussteifungsverbund mit Windrispe für eine Dachstuhlkonstruktion aus Holz. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist ein Aussteifungsverbund mit Windrispe für Dachstühle mit Kniestock in Holzskelettbauweise, welche nicht schon durch ihre Dachform allein und komplett selbstaussteifend sind.
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Einwirkungen aus Wind oder Erdbeben sowie zu einem kleineren Anteil Zusatzeinwirkungen aus der Stabilisierung des gedrückten Obergurtes und der Schiefstellung rufen in derartigen Dachstuhlkonstruktionen auszusteifende Kräfte in Firstrichtung hervor. Einwirkungen aus Wind oder Erdbeben in Binder- oder Sparrenrichtung spielen hierbei keine Rolle.
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Bei Dachstuhlkonstruktionen ist es üblich, diagonal über die Dachfläche verlaufende, die Sparren verbindende Windrispen vorzusehen, deren Aufgabe es ist, auf die Giebelfläche einwirkende Lasten, insbesondere Windlasten, zu den Traufwänden, also jenen Wänden, auf denen die Dachstuhlkonstruktion lastet, abzuleiten. Von den Traufwänden werden die Lasten dann in den Baugrund geführt.
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Je nach ihrer Ausführung können die Windrispen Zug- und Druckkräfte oder nur Zugkräfte übertragen. Hölzerne Windrispen können in der Lage sein, Zug- und Druckkräfte zu übertragen, während Rispenbänder aus Metall in der Regel nur Zugkräfte übertragen können. Wegen ihrer vergleichsweise einfachen Handhabung und Montage und wegen des geringen benötigten Bauraumes haben Rispenbänder aus Metall zunehmend an Bedeutung gewonnen und finden beim modernen Hausbau überwiegend Anwendung. Die Anordnung und Auslegung von Windrispen wird beispielsweise von K. Lißner, W. Rug und D. Steinmetz in DIN 1052:2008-12, Neue Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken, Teil 5 (2): Aussteifung von Holztragwerken, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, Bautechnik 86 (2009), Heft 8, S. 490–509 beschrieben.
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Bekannt sind Lösungen zur Aussteifung von Dachstuhlkonstruktionen mit vertikalen Bindern. So offenbart beispielsweise die
DE 10 2006 037 224 A1 eine Dachstuhlkonstruktion mit einer vorfertigbaren, fabrikmässig herstellbaren Längsaussteifung, die insbesondere an den primär gefährdeten Füllstäben unmittelbar angreift, also den Füllstäben, die einer Druckbelastung ausgesetzt sind. Diese Anordnung besteht aus Holzstäben oder -gurten gebildeten Verbänden mit im Wesentlichen rechteckigem Aufbau, wobei schräg oder diagonal verlaufende Holzstäbe zusätzlich vorsehbar sind. Bauseits können nach In-Lage-Bringen der Binder diese Verbände aneinandergereiht eingeschoben werden und mit den korrespondierenden Druckstäben benachbarter Binder über die gesamte Dachstuhlkonstruktion hindurch fest verbunden werden. Dadurch entfallen Windrispen an der Oberkante der Obergurte vollständig. Nachteilig dabei ist jedoch, dass aufgrund der vorgesehenen Längsaussteifungen es zu einem erhöhten Konstruktionsaufwand kommt, welcher neben einem erhöhten Materialbedarf auch eine längere Aufbauzeit verlangt. Die Anwendung ist außerdem besonders für eher flach geneigte Binderkonstruktionen geeignet und überlagert sich kaum mit dem Anwendungsbereich für die angedachte Konstruktion.
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Einwirkende Windlasten werden von Windrispen auf die Giebelflächen beginnend vom First diagonal über die Dachfläche bis hin zum Traufpunkt eines oder mehrerer Sparren, d. h. dem Ort der Auflage des oder der Sparren auf der Traufwand, geleitet. Sind die Sparren direkt auf der Traufwand oder dem Deckenrand, d. h. auf einer Bohle, Fußpfette, Schwelle oder direkt auf Ringbalken/Stahlbetondecke/Balkenlage, befestigt, ist es üblich, zur Ableitung der/den von der Windrispe/n übertragenen Windlast auf jeweils einen Anschlusspunkt an ggf. mehreren Sparren, zwischen diesen Sparren Bohlen, sogenannte Windbohlen anzuordnen, um die von der Windrispe auf die Oberkante des Sparrens übertragene Windlast nach unten zu leiten.
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Weist das Gebäude einen in Verlängerung der lastaufnehmenden Gebäudewand nach oben ausgebildeten lastaufnehmenden Kniestock/Drempel in Holzbauweise auf, oder es ist ein anderweitiger Höhenversatz zwischen der Dachebene und dem ableitenden Bauteil, müssen die von der Windrispe auf den Sparren übertragenen Windlasten und Einwirkungen aus Ersatzlasten für Erdbeben sowie Schrägstellungen über die entsprechende Distanz zu den lastaufnehmenden Gebäudewänden oder ableitenden Decken weitergeleitet werden. In diesem Fall ist die Anordnung von Windböcken oder Bauteilen mit dementsprechender Wirkungsweise im Bereich des Höhenversatzes zwischen benachbarten Sparren üblich, um die von einer Windrispe auf einen Sparren übertragene Windlast abzuleiten.
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Problematisch ist außerdem die immer häufigere Anordnung von Dachflächenfenstern, welche eine effektive Aussteifung einer Dachstuhlkonstruktion mit Hilfe von bandartigen Windrispen erschwert. Weiterhin erfolgt häufig eine Aushöhlung der Dachstuhlkonstruktion zur Schaffung von flexiblem Wohnraum. Dabei kann es auch zum Wegfall wichtiger Aussteifungskonstruktionen im Bereich der Innen-/Außenwände kommen, womit die alleinige Aussteifung über die Dachstuhlkonstruktion erfolgen muss. Zudem ist es in hohem Maße wünschenswert, eine Dachstuhlkonstruktion bereitzustellen, welche eine Reduktion der abzuleitenden Reaktionskräfte an der Schnittstelle zum Untergrund bei gleichzeitiger Reduzierung der Kosten erlaubt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Dachstuhlkonstruktion bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird durch eine Dachstuhlkonstruktion mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Dachstuhlkonstruktion bereitgestellt, umfassend
- • ein Holztragwerk,
- • zumindest ein Aussteifungselement
- • sowie zumindest ein Windrispenelement mit einem Anschluss an das Aussteifungselement,
wobei ein Anschluss auf der Seite des Aussteifungselementes erfolgt, auf der die aus der horizontalen Kraftkomponente resultierenden Vertikalkräfte am Aussteifungselement der vertikalen Kraftkomponente aus der Einwirkung des Windrispenelementes entgegenwirken.
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Gegenüber der „alterhergebrachten” Anwendung wird das Windrispenband dabei am Ende des Aussteifungselementes, beispielsweise eines Windbockes, angebracht (auf der Seite, zu der das Band zeigt). Das Windrispenband ist ein 2 mm starkes und 40 bis 60 mm breites, gelochtes Stahlband, das der diagonalen Versteifung von Dachkonstruktionen dient und somit einer parallelen Verschiebung (Scheibenwirkung) der Sparren entgegenwirkt. Das Windrispenband wird meist an der Oberseite der Sparren eingebaut. Da das Windrispenband nur Zugkräfte aufnehmen kann, müssen mindestens zwei diagonal-gegenläufige Bänder pro Dachfläche eingesetzt werden.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist das Windrispenelement als ein Windrispenband ausgebildet. Bei der Ausgestaltung des Windrispenelements als Windrispenband ist der Anschluss als Bandanschluss ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst das Holztragwerk Dachbinder. Unter einem Binder wird vorwiegend ein horizontales Konstruktionselement aus Holz verstanden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Binder Sparrengebinde, Kehlbalkengebinde, Nagelbinder, Nagelplattenbinder oder Leimbinder.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Aussteifungselement ein Windbock, eine Futterbohle, Futterbalken oder scheibenartiges Aussteifungselement.
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Unter einem Windbock im Sinn der vorliegenden Erfindung werden neben Windböcken auch Vollquerschnitte, reine Zugstreben oder Konstruktionen verstanden, die eine Scheibenfunktion erfüllen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Dachkonstruktion eine Dachneigung x mit 30° > x > 85° auf.
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Zur Lösung der Aufgabe ist es auch denkbar, die vorbeschriebenen Ausführungsformen zweckmäßig miteinander zu kombinieren.
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Durch die erfindungsgemäße Dachstuhlkonstruktion kann das Aussteifungselement, wie etwa ein Windbock, unterhalb von Dachflächenfenstern angeordnet werden. Zugleich erfolgt eine erhebliche Verringerung der vertikalen, in den Untergrund der Dachkonstruktion weiterzuleitenden Kräfte. Das Aussteifungselement ist einfacher anzuschließen. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Dachstuhlkonstruktion eine Reduzierung der Aussteifungselemente und eine Reduzierung der Anschlussmittel an den Aussteifungselementen. Vorteilhafterweise hat die Veränderung des Abspannwinkels nur noch geringe Auswirkungen auf die Zugverankerung zum Untergrund. Dabei besteht eine besonders effektive Anwendbarkeit eines Aussteifungselementes für beide Kraftrichtungen (2 Bänder, in jeweils verschiedene Abspannrichtungen an einem Windbock (Aussteifungselement)), bei denen oberhalb des Aussteifungselementes zusätzlich noch ein Dachflächenfenster gesetzt werden kann. Schließlich wird auch eine Reduzierung der Kosten ermöglicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Die zugehörige Zeichnung (Fig.) zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dachstuhlkonstruktion.
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In der Fig. ist eine erfindungsgemäße Dachstuhlkonstruktion 1 aus Holz mit einem Holztragwerk 2, welches Binder 3 umfasst, dargestellt. Die Binder 3 sind beispielsweise als Nagelplattenbinder ausgebildet und weisen Ober- und Untergurte auf. Weiterhin weist die Dachstuhlkonstruktion 1 ein Aussteifungselement 4 auf, welches beispielsweise als Windbock ausgebildet ist. Zur verbesserten Lastableitung ist auf jeder Dachseite ein Windrispenband 5 vorgesehen.
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Eine in Firstrichtung angenommene Krafteinwirkung, beispielsweise in Folge einer Windlast, verursacht bei einer Ableitung über die Dachflächen im diagonal angeordneten Windrispenband 5 eine Zugkraft an der Verankerung des Aussteifungselementes 4 oder Sparrens/Obergurtes des Binders 3. Die Kraft im Anschlusspunkt wird innerhalb der Ebene in 2 Richtungen abgeleitet. Einerseits in Firstrichtung (Richtung des Aussteifungselementes) und in Richtung des Obergurtes/Sparrens des Binders 3. Durch das scheibenartig ausgebildete Aussteifungselement 4 wirken infolge der Kraft in Firstrichtung drei Ableitungskräfte am Fußpunkt des Aussteifungselementes 4 (oder an der Verankerung der beidseitig streifenden und angekoppelten Sparren/Obergurte des Binders 3):
- • eine horizontale Ableitungskraft, in Richtung der Kraft im First,
- • eine vertikale Ableitungskraft, welche auf der Seite der Kraftrichtung als nach unten (Druckkraft) gerichtete Vertikalkraft wirkt und
- • auf der Gegenseite (zu 2.) eine nach oben (abhebend) gerichtete vertikale Ableitungskraft.
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Weiterhin wird die Kraft in Richtung des Sparrens/Obergurtes des Binders 3, an dem die Windrispe 5 angeschlagen ist, am Fußpunkt in 2 Richtungen abgeleitet:
- • horizontal, in Richtung der gegenüberliegenden Traufe und
- • vertikal nach oben gerichtet (abhebend).
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Dem entgegen wirken Eigenlasten der Konstruktion und des Aufbaus, abzüglich auftretender abhebender Lasten aus der gleichen Laststellung.
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Um das System auszusteifen, werden vorhandene Kräfte an den Fußpunkten der Sparren/Binder 3 i. d. R. günstig wirkend in Ansatz gebracht. Hierbei wird zwischen zwei unterschiedlichen statischen Systemen, wie folgt, unterschieden:
- • Zum einen dem statisch geschlossenen Binder/Dachgebinde 3, der ausgesteift keine Kräfte außer der äußeren Einwirkungen und seiner Eigenlasten an seine Auflager weiterleitet (z. b. in Nagelplattenbauweise, klassischer Dreiecksbinder, klassischer Dreiecksbinder mit Anfangshöhe, Studiobinder mit durchlaufendem Untergurt, Trapezbinder, Pultdachbinder, Scherenbinder mit einseitigem Gleitlager, Mansardbinder mit durchlaugendem Untergurt) und
- • zum anderen einem Binder/Dachgebinde 3 (z. B. auch in Nagelplattenkonstruktion), das darunterliegende Bauteile für seine eigene Tragfähigkeit benötigt und wie ein Sprengwerk wirkt. Das heißt zum Beispiel die entgegengesetzt wirkenden Horizontalkräfte an den beidseitigen Auflagern, resultierend aus den Krafteinwirkungen, werden durch die darunterliegende Decke/Kragstütze/Kragwand wieder geschlossen und heben sich auf. Die Gesamtkonstruktion aus Binder/Dachgebinde 3 und darunterliegendem Bauteil leitet die äußeren Einwirkungen und ihre Eigenlasten an ihre Auflager weiter.
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Aus den verschiedenen Konstruktionsarten ergeben sich geometrisch und nutzungsbedingt unterschiedlich hohe Lastannahmen für die Weiterleitung. So ergibt es sich üblicherweise, das für Konstruktionen aus statisch geschlossenen Bindern/Dachgebinde 3 zwischen dem Anteil, der zur Aussteifung günstig wirkenden Eigenlasten und ungünstig wirkenden abhebenden Kräften (aus Gebinde) und den Reaktionskräften aus der Windrispe 5 eine gewisse Ausgewogenheit besteht. Dies führt dazu, dass häufig die Zugverankerung des Aussteifungselementes 4 in Kombination mit der Binderverankerung mit einfachen Mitteln ausreichend dimensioniert werden kann.
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Nach dem Stand der Technik wird bei einem Großteil der Konstruktionen mit einem Binder/Dachgebinde 3, bei denen das darunterliegende Bauteile für die eigene Tragfähigkeit benötigt wird, üblicherweise die Windrispe 5 auf der Gegenseite angeschlossen. Dies ist vermutlich dem Umstand geschuldet, dass bei sehr geringen Höhen des Aussteifungselementes 4 auch nur geringe abhebende Kräfte entstehen, die durch die Eigenlasten aufgewogen werden. Weiterhin wurde nach dem Stand der Technik die Windrispe 5 üblicherweise direkt am Binder/Sparren 3 (mit ggf. zusätzlichem Beiholz zur Schaffung ausreichend großer Anschlussfläche) angeschlossen. Somit wurde der horizontal einzuleitende Kraftanteil in Firstrichtung am Fußpunkt durch direkten Kontaktdruck in das Aussteifungselement 4 weitergeleitet. Die Folge ist, dass die Kräfte aus Pos. 3 und Pos. 5 in die gleiche Richtung wirken und nicht mehr durch Kräfte aus Pos. 6 aufgewogen werden können. Dies erfordert erhebliche Mittel zum Anschluss der auftretenden Zugkräfte an die Auflager von Pos. 3.
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Dieses Problem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Befestigung der Windrispe 5 auf der Seite der Kraftrichtung anstatt wie nach dem Stand der Technik auf der Gegenseite der Kraftrichtung behoben, weil dadurch die Kräfte auf der Seite der Kraftrichtung und den Eigenlasten der Konstruktion, den abhebenden Kräften am Fußpunkt des Sparrens/Binders 3, an dem die Windrispe 5 angeschlagen ist, entgegenwirken, so dass auf der Seite des Windrispenanschlusses (hier auf der Seite der Kraftrichtung) wieder ein annäherndes Gleichgewicht zwischen den wirkenden Vertikalkräften hergestellt wird. Das ermöglicht auf der Seite des Windrispenanschlusses einen einfachen, wenig aufwendigen Anschluss des Aussteifungselementes 4 an das Auflager. Auf der abhebenden Seite des Aussteifungselementes 4 wirkt nur noch die Kraft der Gegenseite der Kraftrichtung, welcher die Eigenlasten entgegenwirken und wieder ein annäherndes Gleichgewicht schaffen. Dies erfordert nur noch geringe Mittel zum Anschluss der auftretenden Zugkräfte an das Auflager der Kräfte auf der Gegenseite der Kraftrichtung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dachstuhlkonstruktion
- 2
- Tragwerk
- 3
- Binder
- 4
- Windbock
- 5
- Windrispenband
- 6
- Kniestock
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006037224 A1 [0005]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- K. Lißner, W. Rug und D. Steinmetz in DIN 1052:2008-12, Neue Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken, Teil 5 (2): Aussteifung von Holztragwerken, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, Bautechnik 86 (2009), Heft 8, S. 490–509 [0004]
