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Fachwerkträger
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Beschreibung Die Erfindung betrifft einen geschweißten Fachwerkträger
der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.
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Aus der DE-OS 29 47 748 ist ein Fachwerkträger dieser Art bekannt,
bei dem die Einzeistreben ein V-förmiges, offenes Profil besitzen, das im Bereich
der Strebenenden in einem bestimmten Längsabschnitt jedes Strebenendes allmählich
bis auf einen ebenen Bandquerschnitt verformt sind. Damit die Schwerlinie der Strebe
im Bereich der Strebenenden geradlinig fortgeführt wird, muß das Strebenende mit
dem ebenen Bandquerschnitt in die Schwerlinie hineingekröpft werden. Beide Strebenenden
sind ausschließlich im Bereich des ebenen Bandquerschnittes mit den Innenwänden
der die Gurte bildenden Hohlprofile verschweißt. Der Längsabschnitt, in dem die
allmähliche Verformung vom offenen Profilquerschnitt bewerkstelligt worden ist,
liegt außerhalb der Gurte, so daß sich kritische Knickstellen im übergangsbereich
vom offenen Profilquerschnitt auf den Bandquerschnitt ergeben. Jeweils ein Strebenende
weist einen vom Schnittpunkt ausgehend in Richtung der Schwerlinie des Gurtes umgebogenen
Verlängerungsabschnitt auf, der ebenfalls zwischen die Innenwände der Hohlprofile
eingeschweißt ist und auf diese Weise eine Verschnallung im Gurt bildet Da jedoch
infolge der zueinander parallel verlaufenden Profilseitenränder im Knotenpunktbereich
die Innenwände der Hohlprofile des Gurtes eben ausgebildet sein müssen, weisen diese
im Bereich der Vercchnallung eine unbefriedigende Ausbeulfestigkeit auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ge-,ehweiPten Fachwerkträger
der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Hohlprofile der Gurte von vornherein
eine höhere Ausbeulfestigkeit aufweisen, und bei dem kritische Knickstellen bei
den das Strebenwerk bildenden Streben vermieden werden.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
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Da die Strebenenden in dem allmählich verformten Bereich bis zum Bandquerschnitt
hin zwischen die Hohlprofile des Gurtes geführt und mit den Innenwänden der Hohlprofile
verschweißt sind, werden freiliegende Knickstellen im Übergangsbereich vom offenen
Profilquerschnitt auf den Bandquerschnitt vermieden. Die Knicksteifigkeit des Strebenwerks
ist erheblich verbessert.
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Infolge der Verformung verlaufen die Profilseitenränder divergierend.
Diese Divergenz wird durch die Innenwände der Hohlprofile des Gurtes kompensiert,
wobei sich der zusätzliche Vorteil ergibt, daß die schräggestellten Innenwandabschnitte
trotz der parallel z-ur Trägerhauptebene angeordneten Hohlprofile zu einer deutlichen
Anhebung der Ausbeulfestigkeit der Hohlprofile führen.Die schräggestellten Wandabschnitte
führen nämlich zu einer Form der Innenwand, die deutlich beulfester.ist als eine
ebene Innenwand eines Hohlprofiles. Diese gesteigerte Beulfestigkeítkommtinsbesondere
in Verbindung mit dem eingeschweißten Verlängerungsabschnitt der einen Strebe, die
dort eine sogenannte Verschnallung bildet, zum Tragen.
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Da die gesteigerte Beulfestigkeit nicht nur im Bereich der Knotenpunkte
und egebenenfalls dazwischen angeordneter Verschnallungen wünschenswert ist, sondern
über die gesamte Gurtlänge, ist das Merkmal von Anspruch 2 vorteilhaft.
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In der Praxis hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, die Hohlprofile
der Gurte in ihrem Querschnitt gemäß Anspruch 3 auszubilden. Diese Querschnittsform
der Hohlprofile läßt sich technisch einfach und preiswert realisieren und führt
zu dem besonderen Vorteil, daß auch bei dünnwandigen Hohlprofilen, unabhängig davon,
ob sie offen oder geschlossen, z.B. als Kastenprofil, eingesetzt werden, die mit
der Verschnallung und im Knotenpunktbereich mit den Streben verschweißten Innenwände
besonders beulfest sind Ein weiterer, wichtiger Gedanke der Erfindung geht dann
aus Anspruch 4 hervor. In dieser symmetrischen Querschnittsgestalt der Hohlprofile
wird die Forderung erfüllt, daß die Verschnallung in der Schwerlinie des Gurtes
zu liegen kommt und daß sich im Knotenpunkt, der dann ebenfalls mit der Knicklinie
der Innenwände zusammenfällt, die Schwerlinien beider Streben mit der Schwerlinie
des Gurtes in einem gemeinsamen Schnittpunkt treffen.
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Ein weiteres, zweckmäßiges Merkmal geht aus Anspruch 5 hervor. Bei
dieser Querschnittsform der Streben wird deren Herstellung gegenüber bekannten Lösungen
deutlich vereinfacht und verbilligt. Bei einer Verformung des offenen Profilquerschnittes
bis zum ebenen Bandquerschnitt hin wird automatisch die Schwerlinie des Profils
verlängert, da sich bei einem Flachdrücken die Profilhöhe symmetrisch zur Schwerlinie
verringert. Dazu kann auch von einem ebenen Bandmaterial ausgegangen werden kann,
das dann zu dem S- oder Z-Querschnittsprofil verformt wird. In beiden Fällen sind
keine teuren Prägewerkzeuge mehr erforderlich, sondern die Einzelstreben lassen
sich beispielsweise aus gewalztem Endlosmaterial mit einer Flach- oder Schlagschere
an einem Ende ablängen, wobei gleichzeitig die allmähliche Verformung errcicht wird,
während das andere den Verlängerungsabschnitt aufweisende Strebenende durch ein-
faches
Flachdrücken erzeugt werden kann, ohne daß besorldere Sorgfalt auf diesen Arbeitsvorgang
gerichtet werde müßte, da ja die Schwerlinie automatisch geradlinig fortgeführt
bleibt. Zudem hat diese Profilgestalt den Vorteil, daß auch der Druckpunkt jeder
Strebe in der Schwerlinie zu liegen kommt, so daß diese ausbeul- und verdrillfester
ist, als beispielsweise V-förmige offene Streben. Es ist zwar aus der FR-PS 900
974 bekannt, Druckstreben aus Rohrprofilen herzustellen und deren Strebenenden durch
Flachdrücken für die Verschweißung im Knotenpunktbereich vorzubereiten. Jedoch handelt
es sich bei dem auf diese Weise geschaffenen Fachwerkträger aufgrund den Rohrquerschnitts
der Streben um keinen Leichtbauträger mehr. Zudem sind die Übergangsbereiche vom
vollen Profilquerschnitt auf den Bandquerschnitt im Fachwerkträger freiliegend angeordnet
und bilden kritische Knickstellen der Streben. Ferner erfüllt dieser bekannte Fachwerkträger
auch nicht die Forderung eines gemeinsamen Schnittpunktes zwischen den Schwerlini.en
jeweils zweier zueinanderstoßender Streben und des jeweiligen Gurtes.
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Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 6 hervor.
Diese Merkmale berücksichtigen die Erkenntnis, daß der ebene Bandquerschnitt bei
einem solchen Strebenverbund eigentlich nur unmittelbar im Knotenpunkt bereich für
eine einwandfreie Verschweißung erforderlich ist und zudem in dem Längsabsehnitt
für die Verschnallung. ei den bekannten Lösungen sind nämlich die im allmählichen
Übergangsbereich vom Vollprofilquerschnitt auf den Bandquerschnitt divergierenden
Profilseitenrander außerhalb der Gurte angeordnet, wo sie im statischen Verbund
kritische Stellen erzeugen.
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Ein weiterer, wichtiger Gedanke der Erfindung geht aus Anspruch 7
hervor. Bei einem regelmäßigen Zickzackverlauf des Strebenwerks können somit einander
identische Streben verwendet werden, die preiswert in der Herstellung sind und sich
aus Endlosmaterial herstellen lassen.
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Jeweils das Strebenende mit dem Verlängerungsabschnitt bildet in einem
Gurt die Verschnallung, während das andere Strebenende im Knotenpunkt des anderen
Gurtes stumpf in die Abbiegung des Verlängerungsabschnittes der anderen Strebe stößt,
bzw. umgekehrt. Dies bedeutet eine außerordentliche Vereinfachung bei der Herstellung
des Fachwerkträgers. Zudem ergibt sich ein sehr homogener Aufbau des Fachwerkträgers
und ein optisch günstiger Gesamteindruck, was gegebenenfalls bei offener Verbauung
des Fachwerkträgers eine Rolle spielt.
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Ein weiterer, wichtiger Gedanke der Erfindung geht aus Anspruch 8
hervor. Im Bereich dieser Verschnallung läßt sich infolge der Verschweißung des
Verlängerungsabschnittes mit den Knicklinien eine deutlich verbesserte Ausbeulfestigkeit
der Gurte erzielen.
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Damit die vom Verlängerungsabschnitt in die Innenwände der Hohlprofile
zu übertragenden Kräfte und Spannungen keine Deformation des freien Verlängerungsabschnitts-Endes
hervorrufen können, ist das Merkmal von Anspruch 9 zweckmäßig. Im Bereich dieser
Wellung wird das Ende des Verlängerungsabschnittes sozusagen armiert.
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Eine solche Verschnallung wird auch bei geringer Wandstärke des Verlängerungsabschnittes
dann sehr tragfähig, wenn das Merkmal von Anspruch 10 vorliegt Der Verlängerungsabschnitt
läßt sich auf diese Weise nahezu über seine gesamte Länge entsprechend verstärken.
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Damit das Schweißen der Knotenpunkte zügig und sauber durchführbar
ist, ist schließlich das Merkmal von Anspruch 11 noch zweckmäßig. Es ergibt sich
dabei außerdem eine satte Anlage der Profilseitenränder an den schrägen Wandabschnitten
der Hohlprofile.
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Nachstehend werden anhand der Zeichnung Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 übereinander angeordnete Schnitte entlang einem bestimmten
Längsabschnitt einer Strebe eines Fachwerkträgers, in dem das Profil der Strebe
allmählich bis zu einem ebenen Bandquerschnitt abgeflacht ist,
Fig. 2 einen Längsschnitt
durch einen Enotenpunk; eines Leichtbau-Fachwerkträgers gemäß der Erfindung, Fig.
3 den Knotenpunkt von Fig. 2 in einer per-, spektivischen und schematischen Darstellung,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Knotenpunkt es von Fig. 2 in der Ebene IV-IV,
und Fig. 5 einen schematischen Detailschnitt in der Ebene V-V von Fig. 2.
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Von einem Beichtbaufachwerkträger ist in Fig. 3 ein Kno-! tenpunkt
K perspektivisch dargestellt, wobei dieser Knotenpunkt hier beispielsweise in einem
Untergurt U des Bachwerkträgers vorgesehen ist. In dem Knotenpunkt E stoßen zwei
Streben 1 eines nicht näher dargestellten, zick-zack-förmig angeordneten Strebenwerkes
zusammen,
wobei erkennbar ist, daß die in Fig, 3 von rechts oben
kommende Strebe 1 einen Verlängerungsabschnitt 12 aufweist, der entlang der Schwerline
S des Untergurtes, welche hier strichliert angedeutet ist, umgebogen ist und dieser
Schwerlinie folgt. Der Untergurt U wird von zwei in einem Abstand zueinander parallel
angeordneten, offenen Hohlprofilen 11, 24 mi.t -förmigem Querschnitt gebildet. Die
in Fig. 3 von links oben kommende Strebe 1 ist stumpf in die Abbiegung der anderen
Strebe gestoßen und mit dieser verschweißt. Ferner sind die innerhalb des Untergurtes
liegenden Profilseitenränder der Streben mit dem Untergurt verschweißt. Die Streben
1 weisen ein S-förmiges Querschnittsprofil auf, das in dem Erstreckungsbereich der
Streben allmählich bis auf einen flachen Bandquerschnitt abgeflacht ist, mit dem
sich die Streben in den Untergurt U hinein erstrecken.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen den Profilverlauf sowie die Ausbildung
des Knotens K im Detail, Gemäß Fig. 1 haben die Streben einen Querschnitt, der annähernd
einem aufgebogenen S entspricht. Ein mittlerer, im wesentlichen gerade verlaufender
Steg 2 geht in einander entgegengesetzt verlaufende Bogenabschnitte 3 und 4 über,
an welche sich zueinander annähernd parallele Endabschnitte 5 und 6 anschließen.
Der eine Profillängsrand ist mit 7 bezeichnet, während der andere mit 8 bezeichnet
ist. In der in Fig. 1 untersten Darstellung des Profilquerschnittes wird die Profilbreite
von Profilseitenrändern 9 und 10 bestimmt und mit bA bezeichnet. Die Profilbreite
bA wird in Richtung der sogenannten Minimalachse X gemessen, welche Minimalachse
die durch den Schwerpunkt S der Querschnittsfläche bzw.
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des Profils gehende Achse des minimalen Trägheitsmomentes ist. Zu
dieser Achse X steht die Maximalachse Y, das heißt die Achse des maximalen Trägheitsmomentes'senkrecht.
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Sie geht ebenfalls durch den Schwerpunkt S. Bei dieser rotations-symmetrischen
Profilquerschnittsform fällt auch der sogenannte Druckpunkt D mit dem Schwerpunkt
S zusammen. Die Profilhöhe hA wird in Richtung der Maximalachse Y gemessen.
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Die Streben 1 mit der Querschnittsform gemäß Fig, 1, unterste Darstellung'verlaufen
zwischen den Gurten des Trägers und bilden das Strebenwerk. Jeweils in dem Bereich,
in dem die Streben 1 in die Gurten bineingeführt werden, sind sie in ihrem Querschnitt
bis auf einem ebenen Bandquerschnitt (Fig. 1, Darstellung C) verformt. Das heißt,
die Profilhöhe hA wird allmählich bis auf hC reduziert, wobei gleichzeitig die Profilbreite
bA bis auf den Wert bC anwächst. Die Profilseitenränder 9, 10 divergieren zwangsweise
in dem Bereich zwischen A und C (siehe auch Fig. 1), und zwar in etwa mit geradem
Verlauf, wie die zwischen den Punkten Al über B1 nach Cl gezogene Linie in Fig.
1 zeigt. Dabei hat im Bereich D die Profilhöhe von hA bereits auf b3 abgenommen,
während die Profilbreite von bA auf b3 zugenommen hat.
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Bei der Verformung zwischen dem Abschnitt A und C hat jedoch die Profilhöhe
h in Bezug auf die Minimalachse bzw. Schwerlinie (ist gleich Linie der Schwerpunkte
S) symmetnsch abgenommen. Mit anderen Worten ist trotz der Querschnittsveränderung
von der vollen Profilhöhe auf die Profilhöhe des Bandquerschnittes die Schwerlinie
geradlinig fortgesetzt worden. Dieser witschenswerte Effekt ist auf die gewählte
Profilform zurückzuführen.
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Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist infolge der Verformung des Profils der
Streben 1 eine Versetzung zwischen den Profilseitenrändern 9 und 10, gegeben, was
aber ohne weitere Bedeutung ist. Im Bereich dieser zueinander versetzten Seitenränder
9 und 10 sind beide zueinander stoßenden Streben mit dem Gurt (Obergurt oder Untergurt)
verschweiSt,
wie durch die Schweißnähte 13, 14, 15 und 16 angedeutet ist, Diese Verschweißung
erfolgt natürlich mit beider Hohlprofilen 11, 24, und zwar an deren Innenwänden
30, Die Schwerlinien S der beiden Streben 1 treffen sich mit der Schwerlinie S des
Untergurts in einem gemeinsamen Punkt. - Die Schwerlinie S liegt von der mit 34
bezeichneten Oberseite des Gurtes in Abstand H.
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Die in Fig. 2 linke Strebe weist den im Knotenpunkt K in Richtung
der Schwerlinie S des Gurt es abgebogenen Ver-1 längerungsabscbnitt 12 auf, in dem
der ebene Bandquerschnitt beibehalten ist. Dieser Verlängerungsabschnitt 12 ist
ebenfalls mit den Innenwänden 30 der Hohlprofile 11 und 24 verschweißt und bilden
mit diesen eine sogenannte Verschnallung. Aus statischen Gründen ist eine Wellung
des Verlängerungsabschnittes 12 zweckmäßig, zumindest in dem Bereich, in dem die
Schweißnähte 19, 20 mit den Innenwänden 30 enden. In ausgezogenen Linien ist eine
Wellung 21 angedeutet, die über einen eine Kerbwirkung vermeidenden gerundeten Ubergang
23'zu einer Zunge 22 führt. Durch die Wellung 21 wird im Bereich des Uberganges
23 eine gerundete Abbiegung zur Verbesserung der Ausbeul-oder Knickfestigtkeit in
diesem Bereich geschaffen, Denkbar ist, wie in strichlierten Linien angedeutet wurde,
daß der Verlängerungsabschnitt 12 über einen größeren Teil seiner Längserstreckung
gewG lt ausgebildet ist, was zur Verbesserung der Wirkung der Verschnallung beitrüge.
In die Abbiegung zwischen dem Verlängerungsabschnitt 12 und der in Fig. 2 linken
Strebe stößt in einem stumpfen Stoß der bandförmige Querschnitt der von rechts oben
kommenden Strebe 1.
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Schweißnähte 17, 18 verlaufen hier entlang den Stoßstellen zwischen
den beiden Streben 1 und gehen im Bereich der Seitenwände 30 in die anderen Schweißnähte
über.
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Aus Plg, 2 ist auch erkennbar, wie die in Fig. 1 angedeuteten Profilseitenränds
bz. die dort liegenden Punkte Al, Bi und Ci durch die allmähliche Verdrehung der
Profilseitenkanten infolge der Verformung zum ebenen, Bandquerschnitt allmählich
in die Zeichenebene gedreht werden, so daß die Streben letztendlich mit den Profil
seitenkanten satt an den Innenwänden 30 der Hohlprofile 11, 24 anliegen.
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In Fig. 4 ist der Knotenpunkt K von Fig. 3 und Fig 2 in einer Ansicht
der Schnittebene IV-IV von Fig. 2 gezeigt.
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Es sind hierbei insbesondere die divergierenden Profilseitenkanten
7,8 bzw. die näher hervorgehobenen Profilseitenränder 9, 10 erkennbar. Die Schwerlinien
S der Streben 1 führen zur Schwerlinie S des Gurtes, die in Fig. 4 senkrecht zur
Zeichenebene verläuft. Vom Untergurt ist in Fig. 4 in ausgezogenen Linien das Hohlprofil
11 erkennbar, das hier mit einer ^förmigen Querschnittskonfiguration ausgebildet
ist. Das Hohlprofil 11 wird natürlich im Gurt mit einem spiegelbildlich angeordneten
Hohlprofil 24 der gleichen Querschnittsgestalt kombiniert sein.Die Hohlprofile 11,
24 können jeweils als ge; schlossenes Kastenprofil ausgebildet sein bzw. ein zusätzliches
Abschlußblech aufweisen.
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Das hohlprofil 11 mit seinem fb.rmigen Querschnitt hat zwei einander
parallele Schenkel 27, die mit die Gestaltfestigkeit verbessernden Umbiegungen 25
und 26 versehen sind. Die beiden Scbenkel 27 werden durch die Profilinnenwand 30
miteinander verbunden, welche Profil-
innenwand aus zwei zueinander
symmetrisch schräg einwärtsgeknickten Wandabschnitten3Oa und 30b besteht, die sich
in einer durchgehenden Knicklinie 29 treffen.
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Die Knicklinie 29 liegt auf der Höhe der Schwerlinie S des Untergurts.
Die Schrägstellung zumindest des WanS abschnittes 30a ist so auf die Divergenz der
Profil seitenränder der Streben 1 abgestimmt, daß die mit X1 bezeichnete Minimalachsen
der Hohlprofile 11,24 parallel zur mit T bezeichneten Hauptebene des Trägers liegen,
und daß die Oberseiten 34 bzw. die Schenkel 27 senkrecht zu dieser-Hauptebene T
des Trägers liegen Die Querschnittsform der Hohlprofile kompensiert nicht nur die
Divergenz der Profilseitenrander infolge der Verformung des Profil der Streben von
der S-Form auf den ebenen Bendquerschnitt, sondern sie bringt auch eine deutlich
verbesserte Beulfestigkeit bzw. Knickfestigkeit der Hohlprofile mit sich. Wenn die
Verschweißung des Verlängerungsabschnittes 12 mit der Wand 30 von Fig. 2 betrachtet
wird, ist erkennbar, daß gemäß Fig. 4 hier eine außerordentlich stabile Verschnallung
zwischen den Hohlprofilen 11 und 24 (Fig. 3) des jeweiligen Gurtes erzielt wird,
wenn die Ränder des Verlängerungsabschnittes 12 im Bereich der Knicklinien29 mit
den Innenwänden verschweißt sind. Neben der höheren Beulfestigkeit der Hohlprofile
ergibt sich dann eine verbesserte Aufnahme der von der Verschnallung bzw. dem eingeschweißten
Verlängerungsabschnitt übertragenen Scherkräfte und Momente in den Gurten.Unter
Betrachtung von Fig. 2 ist dies leicht erkennbar. Wenn das dargestellte Hohlprofil
11 parallel zur Zeichnungsebene eine Zugbelastung nach rechts erfährt, während das
vor der Zeichenebene liegende Hohlprofil 24 desselben Gurtes eine parallel zur Zeichenebene
nach links gerichtete Zugbelastung aufzunehmen hat,so wird der eingeschweißte Längsabschnitt
12 senkrecht zur Zeichenebene verdreht und sucht dabei die
Innenwände
30, an denen er sich abstützt, einzudrücken.
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Da diese jedoch infolge der zE;inknickung wesentlich beulfester sind,
als ebene Innenwände, können wesentlich höhere Belastungen in den zuvor erläuterten
Richtungen aufgenommen werden, als bei gleichwertig stark ausgebildeten Verschnallungen
in Gurten mit Hohlprofilen mit ebenen Imenwänden. Diese Wirkungsverbesserun beruht
auf dem Zusammenspiel zwischen den Streben mit ihrer speziellen Profilierung und
dem in den Höhenbereich des Gurtes hineinverlegten Verformungsbereich des Profils
auf den Bandquerschnitt mit dem speziellem Querschnitt der die Gurte bildenden Hohlprofile.
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In Fig. 5 ist schließlich noch schematisch hervorgehoben, wie der
zwischen die Hohlprofile 11 und 24 eingeschweißte Verlängerungsabschnitt 12 die
Verschnallung im Obergurt oder Untergurt (U,O) bildet, wo er mit beiden Hohlprofilen
11, 24 entlang den Knicklinien 29 mit diesen verschweißt ist.