DE3115473A1 - Traeger fuer bauwerke und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

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SOGIiJTB Brochard und Francois Xavier Brochard 19» rue Pav6e, Paris, Frankreich

Iräger für Bauwerke und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Holzträgern, insbesondere für die Herstellung von Holzbalken mit großer Spannweite bzw. Ausladung. Diese Holzteile werden insbesondere bei der Konstruktion von großen Hallen, wie zum Beispiel Turnhallen und anderen Gebäuden mit größen Abmessungen eingesetat, wo der Innenraum von stützenden oder sonstigen Bauteilen freigehalten werden muß.

Die Spannweite des Gebälks, das das Gebäude überdeckt, verlangt von den verwendeten Trägern ein minimales Gewicht. Diese müssen jedoch querschnittsmäßig εο ausgebildet sein, daß sie alle einwirkenden Belastungen abfangen können. Das Gewicht der Träger hat einmal Auswirkungen aof die Dimensionierung der Tragbauteile für das Gebälk, die Wirtschaftlichkeit des Baustoffes wird dadurch bestimmt, außerdem die Handhabung und die Schnelligkeit des Transportes der Tragelemente, da die Kosten der Montage den Preis dieser Bauweise wesentlich belasten.

Diese Umstände und Notwendigkeiten haben dazu geführt, daß man Träger konstruiert hat, deren Querschnitt so ausgelegt ist, daß sie sowohl die auftretenden Biegungskräfte, als auch

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die Scherkräfte aufnehmen können, und zwar genauso wie dies von einem massiven C'räger mit rechteckigem Querschnitt mit höherem Gewicht erreicht werden kann.

Allgemein ausgedrückt, besteht ein bekannter Träger der hier betrachteten Art aus einer vertikal verlaufenden Mittellage, die zwei horizontal verlaufende Leisten verbindet, die jeweils am oberen Teil und am unteren Teil der Mittellage befestigt sind.

Derartige Bauelemente werden in der Praxis in sehr verschiedenen !Formen verwirklicht.-Sie werden so ausgelegt, daß der jeweilige Träger in jedem beliebigen Querschnitt auf seiner Länge eine Festigkeit aufweist, die zumindest derjenigen entspricht, die erforderlich ist, um die auf den betreffenden Abschnitt des Trägers einwirkenden Kräfte aufzunehmen. Das bedeutet, daß einerseits die Mittellage massiv oder mehr oder weniger hohl ausgeführt werden kann, beispielsweise durch eine Art Gitterwerk, das mit einfachen überkreuzten Streben hergestellt wird und das andererseits auch die horizontal verlaufenden Leisten in verschiedenster Art angeordnet sein können, das heißt symmetrisch oder nicht, als eine Schicht bzw. ein Streifen oder mit mehreren aufeinandergesetzten Schichten, wo die einzelnen Grundschichten hinsichtlich ihrer Länge und ihrer Breite derart ausgewählt sind, daß sie die spezifischen Lasten in jedem Abschnitt des Trägers aufnehmen können.

Diese verschiedenen Bauweisen werden beim Holzbau, insbesondere bei der Verwendung von schichtverleimtem Holz, berücksichtigt.

Gemäß der üblichen Terminologie auf diesem Gebiet wird im folgenden als Strebe' die Gesamtheit der übereinandergesetzten Schichten bezeichnet und als Leisten jede dieser Schichten,

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die üblicherweise alle die gleiche Dicke aufweisen, um sie bequem auf der Baustelle einsetzen zu können, wenn die Streben den oberen und den unteren Teil eines Trägers bilden.

Im allgemeinen überschreitet die Menge des Materials (d.h. des Holzes), die für die Herstellung der verschiedenen Trägertypen eingesetzt wird, beträchtlich denjenigen Umfang, der auf Grund der Berechnungen für die Biegemomente und die Scherkräfte erforderlich ware. Tatsächlich sind die Träger immer gleichzeitig sowohl Biegebeanspruchungen als auch Scherbeanspruchungen unterworfen, so daß jeder Abschnitt der üblichen Version derartiger Träger so dimensioniert wird, daß er der größeren dieser beiden Kräfte Widerstand leistet. Daraus resultiert eine gewisse Materialverschwendung, da praktisch in jedem Abschnitt des Trägers überflüssiges Material eingesetzt wird, um.die Beanspruchungen durch die größere dieser beiden Kräfte aufnehmen zu können.

Man kann diese Materialverschwendung dadurch in Grenzen halten, daß man die Abmessungen der Streben in jedem Abschnitt des Trägers verändert, das heißt,daß man die Länge und die Breite der Leisten beeinflußt oder auch deren Anzahl, um eine vorgegebene Dicke zu erreichen. Trotzdem erreicht man damit noch kein optimal an die auftretenden Biegungskräfte angepaßtes Trägerprofil, da ja diese Leisten wesentlich zur Biegefestigkeit des Trägers beitragen. Außerdem ist es schwierig, gleichzeitig eine einfache Änderung des Mittelteils durchzuführen, dessen !Punktion im wesentlichen die Gewährleistung eines ausreichenden Scherwiderstandes ist, denn man kann sich leicht die Schwierigkeiten vorstellen, die auftreten, wenn ein Träger geschaffen werden soll, dessen Mittelteil eine Inderung seiner Dicke oder seiner Höhe aufweist, wenn gleichzeitig die Leisten ebenfalls in Anzahl und Starke variieren.

Unter diesen Bedingungen findet man sich meist mit einem Kompromiß ab, indem man einfach die Leisten der Streben

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variiert und im übrigen eine einfacheTrägerstruktur beibehält, die sich ergibt, wenn man das Mittelteil nicht oder nur ■wenig in Dicke und Höhe variiert. Dies bedeutet letztlich, hinzunehmen, daß die Leisten übermäßig verstärkt sein können, um den auftretenden Scherkräften zu widerstehen in Bereichen, wo die auftretenden Biegekräfte nur schwach sind.

Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben geschilderten Unbequemlichkeiten in einfacher Art und Weise zu beseitigen und dem Konstrukteur eines Trägers zu gestatten, sein Material auf der gesamten Trägerlänge zu "dosieren", und zwar hinsichtlich mehrerer transversaler Achsen, insbesondere zwei aufeinander senkrecht stehender Achsen, und dies ohne Komplikationen bei der Herstellung des Trägers.

Die Erfindung erreicht dies dadurch, daß der Träger durch ineinander verschachtelte Hohlkörper gebildet wird, wobei durch die Verbindung der Hohlkörper eine strebenähnliohe Anordnung von Leisten gebildet wird, die durch Bretterflanken miteinander verbunden sind, die vollständig in das von den Leisten gebildete Profil passen, so daß gleichartige Hohlkörper gebildet werden, deren Innenquerschnitt dem Außenquerschnitt des jeweils nächsten Hohlkörpers entspricht.

Zur praktischen Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens schiebt man einen Hohlkörper in einen anderen mit entsprechen! größeren Abmessungen, und zwar so oft _f bis die Leisten, die die horizontalen Streben bilden, ausreichen, um dem betreffenden Abschnitt eine ausreichende Biegefestigkeit zu geben, und verbindet diese Streben mit so vielen seitlichen Bretterflanken wie nötig ist, um dem betreffenden Abschnitt eine ausreichende Scherfestigkeit zu geben, wobei Biegefestigkeit und Scherfestigkeit durch die jeweilige Lastverteilung bestimmt sind.

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Auf diese Art und Weise ist es möglich, für jeden Abschnitt des Trägers nur ein Minimum von Material einzusetzen, um sowohl den Anforderungen hinsichtlich der Biegefestigkeit als auch der Scherfestigkeit zu genügen.

Wach einer anderen, besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gibt man in Jedem Abschnitt jedem homogenen Leistenteil eine bestimmte Höhe in Abhängigkeit von der erforderlichen Biegefestigkeit sowie jeder Strebe auf ihrer gesamten Länge ein stufenähnliches Profil.

Auf diese Veise ist es möglich, über den gesamten Längsschnitt jeder Strebe nur ein Minimum an Material für die "horizontalen" Streben aufzuwenden.

Mach einer anderen, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, wenn jede Strebe auf ihrer ganzen Länge diese seitlichen Stufen aufweist, befestigt man jeweils eine Bretterflanke mit ihrer Unterkante auf der entsprechenden Stufe, und zwar so oft,wie notwendig ist, um dem entsprechenden Abschnitt des Trägers eine gemäß der Lastverteilung vorgegebene Scherfestigkeit zu geben.

Auf diese Art und Weise erreicht man über-den gesamten Längsschnitt des Trägers, daß ebenfalls nur ein Minimum an Material für die "vertikalen" Teile, die Bretterflanken, aufgewendet werden muß.

Die Bedeutung dieses Herstellungsverfahrens liegt darin, daß unabhängig voneinander sowohl die Dioke der "horizontalen" Bauteile in Abhängigkeit von den auftretenden Biegekräften, 3onuern auch die Dicke der "vertikalen" Bauteile in Abhängigkeit von den auftretenden Sohwerkräften variiert bzw. festgelegt werden können.

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Dadurch ist es möglich, die seitlichen Bretterflanken an den seitlichen Stufenwänden der Leisten zu befestigen und die letzten Stufen freizulassen, wenn entsprechend geringe Scherkräfte dies erlauben.

Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß vor der Befestigung der Bretterflanken auf den Leisten diese auf die spätere Form des Trägers zugeschnitten werden.

Diese Maßnahme gestattet es, jede beliebige Form für den Träger vorzusehen, da dessen seitliches Profil durch die Anordnung dieser Bratterflanken bestimmt ist.

Die Erfindung betrifft auch einen nach diesem Verfahren hergestellten Träger, das heißt einen Träger der aus Hohlkörpern besteht, die in der Form von russischen Spielpuppen ineinandergeschachtelt sind.

Die Verschachtelung dieser Hohlkörper ist ein einfaches Bild, um sich die grundlegende Idee der Erfindung vor Augen zu führen.

Die Erfindung betrifft natürlich auch die entsprechenden Ausgangsteile, die den Träger bilden und die erfindungsgemäß Verwendung finden. Die Erfindung wird nun anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mittels Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm des Verlaufs des Biegemomentes und der Scherkraft bei einem beidseitig abgestützten Träger,

Figur 2 eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels eines Trägers, der erfindungsgemäß hergestellt ist,

Figur 3 eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels und

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Figur 4· eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels mit sechseckigem Querschnitt.

In Figur 1 ist schematisch in ein Diagramm ein Träger 1 eingezeichnet, der sich an seinen "beiden Enden auf zwei einfachen Lagern 2 abstützt; auf diesen Träger wirkt eine gleichmäßige Lastverteilung ein, die aus Gründen der Einfachheit in der Figur nicht besonders dargestellt ist.

Wenn man in die Längsachse dieses Trlgers eine Abszisse 8 legt, kann man ihn in verschiedene Längsabschnitte unterteilen, und mai kann mittels einer Ordinate 3 sowohl den Wert der Biegekraft F als auch den Wert der Scherkraft T in Abhängigkeit vom jeweiligen Abschnitt des Trägers auftragen.

Dadurch erhält man eine Biegekraftkurve 4· und eine Schnarkraftskurve 5» die hier nicht mehr erläutert zu werden brauchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren des Trägers 1 besteht nun darin, jedem Abschnitt des Trägers soviel Material 6 (d.h. Holz) zuzuteilen, wie dies dieser aus statischen Gründen benötigt.

Beispielweise erkennt man aus Figur 1, daß dort, wo die Scherkraft gering ist, das Biegemoment sehr stark ist und umgekehrt. Auf der linken Seite A der Abszisse 8 ist dargestellt, wie das Material 6 des Trägers 1 den Bereich 7a. zwischen der Biegemomentskurve 4· und der Schermomentskurve 5 "ausfüllen" muß.

Auf der rechten Seite B der Abszisse 8 muß man in der gleichen Weise vorgehen, indem man für das benötigte Material 6 die Zone 7b zwischen der Abszisse 8 und der Biegemomentskurve 4· und dem entsprechenden, dazu symmetrisch verlaufenden Bereich "ausfüllt". Hinzu fügt man an Material 6 den Bereich 7c zwischen den beiden Kurven 4- und 5» da die Kurve des Schermomentes 5 unterhalb der Kurve des Biegemomentes 4· verläuft.

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Bei dem in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Streben 9 vorgesehen, die sich parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Trägers erstrecken. Jede Strebe 9 besteht aus mehreren Holzleisten 10a, 10b, 10c mit verschiedenen Breiten, die der Länge nach auseinandergesetzt sind.

Auf Grund dieser Broitendifferenzen führt das Aufeinanderschichten von zwei leisten 10a und 10b (oder auch 10b und 10c) jeweils zu einer St'ife oder einem Absatz 11ab (bzw. 11bc).

Auf jedem dieser Absätze 11ab (11bc) stützten sich die Längsränder von Bretterflanken 12b (oder 12c) ab, so daß die breiteste Leiste 10a an ihren Seitenwänden 13a die Längsränder von zwei Bretterflanken 12a aufnimmt, wobei die Seiten 13a dabei vollständig überdeckt werden.

Auf diese Art und Weise werden alle Brettflanken 12a, 12b oder 12c mittels Fägeln 16 auf den entsprechenden Leisten 10a, 10b oder 10c befestigt und formen so Hohlkörper 14a, 14b oder 14c, die im dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechtwinkligen Querschnitt besitzen und ineinanderverschachtelt ineinandergreifen.

Dadurch ist es möglich, daß man die letzten Stufen auf einem Teil des Trägers freiläßt, bei dem der aufzunehmende Schereffekt nur gering ist.

Falls eine zusätzliche Stufe auf der gesamten Länge des Trägers überflüssig sein sollte, kann man die letzte Leiste 10c mit doppelter Dicke ausbilden.

Auf diese Art kann man unabhängig voneinander und ohne Schaden für den Zusammenhalt der gesamten Anordnung die erforderliche Biegefestigkeit und die erforderliche Scherfestigkeit erreichen.

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Im Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 weisen die Leisten 10a, 10b, 10c verschiedene Längen auf, wodurch sich in Längsrichtung ebenfalls stufenartige Abschnitte 15 ergeben.

Sämtliche Hohlkörper 14a, 14b, 14c bestehen aus den Bretterflanken 12a, 12b und 12c und den entsprechenden Leisten 10a, 10b, 10c von verschiedener Länge, wobei die Länge des Trägers durch den längsten Hohlkörper 14a vorgegeben ist.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 4 ;^eigt, daß man dem Träger 1 entsprechend den oben gegebenes Erläuterungen eine Fora geben kann, bei der - ausgehend von einem Hohlkörper 14 mehrere Hohlkörper ineinandergesetzt sind.

Die Anordnung gemäß Figur 4 zeigt die Möglichkeit auf, jeden dieser Hohlkörper mittels Streben 9» aufgebaut aus Leisten und 3retterflanken 12, aufzubauen.

Auch hier kann man auf jedem Längsabschnitt·des Trägers die Bretterflanken in Anzahl und Höhe unabhängig von Stärke und Höhe der Streben 9 variieren, beides jeweils in Abhängigkeit von den auftretenden Biegungskräften bzw. Scherkräften.

Außerdem vermeidet die Erfindung bei gleichzeitiger Einhaltung einer äußerst einfachen Konstruktion unnötigen Materialverbrauch. Man minimiert in jedem Abschnitt des Trägers die erforderliche Menge von Material 6. Überschüssige Materialanhäufungen ohne statische Funktion werden vermieden. Man erhält dadurch einen Träger, der gleici gut die auftretenden Biegemomente und die Scherkräfte aufnimmt. Man könnte einen solchen Träger als "Mehrfachträger¹¹ oder "Über-Träger" bezeichnen.

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Claims (6)

Patent- / SchutζanSprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Trägers mit variablem ' Querschnitt "bezüglich mehrerer Richtungen, insbesondre bezüglich zwei zueinander senkrechter Richtungen, um den jeweiligen Querschnitt des Trägers den auftretenden Belastungen anzupassen, nämlich den Biegebeanspruchungen einerseits und den Scherbeanspruchungen andererseits, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger durch ineinanderverschachtelte Hohlkörper gebildet wird, wobei durch die Verbindung der Hohlkörper eine strebenähnliche Anordnung von Leisten gebildet wird, die durch Bretterflanken miteinander verbunden sind, die vollständig in das von den Leisten gebildete Profil passen, so daß gleichartige Hohlkörper gebildet werden, deren Innenquerschnitt dem Außenquerschnitt des jeweils nächsten Hohlkörpers entspricht.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Querschnitt des Trägers diese Verschachtelung eines Hohlkörpers in den nächstgrößeren Hohlkörper so oft durchgeführt wird, wie nötig ist, um diesem Querschnitt eine gemäß der Lastverteilung erforderliche Biegefestigkeit zu verleihen.

3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Querschnitt die Leisten so ausgeführt werden, daß die Größe der Innenfläche geringer ist als die der Außenfläche, daß die seitlichen Kanten eine treppenförmige Gestalt annehmen und daß die Gesamtdicke der Leiste von der erforderlichen Biegefestigkeit des Trägers bestimmt wird.

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4. Verfahren nach. Patentansprüchen 1 bis 3 unter Anwendung auf einen Träger, für den jede Leiste auf ihrer gesamten Länge eine Stufe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß so viele Bretterflanken mib ihrem Rand auf die zugehörige Stufe aufgesetzt werden, wie nötig sind, um die erforderliche Scherfestigkeit zu erreichen.

5. Vorfahren nach einem der Patentansprüche 1 "bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Befestigung dor Bretterflanken auf den Leisten diese auf die spätere Form des Trägers zugeschnitten werden.

6. Träger, hergestellt nach den Patentansprüchen 1 bis 5» mit Leisten verschiedener Abmessungen, die auf ihrer gesamten Länge übereinandergeschichtet sind und deren Breite stufenweise von der Außenseite zum Inneren des Trägers hin abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß Bretterflanken derart zugeschnitten sind, daß sie auf die seitliche Form des Trägers abgestimmt sind und daß diese in der Reihenfolge aufeinanderfolgender Leisten verleimt werden.

7- Träger, hergestellt nach den Patentansprüchen 1 bis 5, mit mindestens zwei Leisten und diese verbindenden Bretterflanken, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Querschnitt die ineinandergeschobenen Hohlkörper zeigt.

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