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Unterkonstruktion zur Befestigung einer Fassadenplatte
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Beschreibung: Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterkonstruktion
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der DE-OS 30 19 844 ist eine derartige Unterkonstruktion bekannt.
4 den der Gebäudewand abgewandten Stäben, den vorderen Stäben, stützen sich die
Fassadenplatten ab; die Klammern zur Befestigung der Fassadenplatten sind entweder
an den vorderen oder an den hinteren Stäben eingehängt. Die Winddruck-tbzw. Windsogkräfte
und das Eigengewicht der Fassadenplatten werden von diesen über die Klammern und
Kerben aufXdie Unterkonstruktion und von dieser über Ankerdübel in die Gebäudewand
abgetragen. Dabei biegt sich die Unterkonstruktion je nach Höhe und Richtung der
Kräfte, je nach Abstand der Ankerdübel und je nach Steifigkeit der Unterkonstruktion
mehr oder weniger stark durch. Aus Gründen der Sicherheit darf dabei die Durchbiegung
f einen bestimmten Bruchteil ufer Dübelabstände 1 nicht übersteigen; das Verhältnis
f/l wird z.B. mit # 1/200 festgelegt. Außerdem sollen die Dübelabstände möglichst
groß sein, damit einerseits möglichst wenig Wärmebrücken die hinter der vorgehängten
Fassade antder Gebäudewand angebrachte Wärmedämmung durchdringen und damit andererseits
der Material- und Montageaufwand gering gehalten wird. Die rechnerisch anzusetzenden
Windkräfte sind in einer DIN festgelegt und richten sich nach Gebäugehöhe (0 bis
8 m, 8 bis 20 m, 20 bis 100 m) und nach Lage der Fläche (im Mittelfeld oder im Eckbereich
des Gebäudes).
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Das zulässige Durchbiegungsverhältnis f/l kann wegen der geringen
Biegesteifigkeit der bekannten Unterkonstruktion nur durch kleine Dübelabstände
eingehalten werden. Die Durchbtegung senkrecht zur Wand hängt dabei in erster Linie
vom Flächenträgheitsmoment der horizontalen Stäbe ab, wenn die größeren Dübelabstände
in horizontaler Richtung angeordnet sind; umgekehrt hängt sie mehr vom Flächenträgheitsmoment
der vertikalen Stäbe ab, wenn die vertikalen Dübelabstände größer sind als die horizontalen.
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Um bei einem vorgegebenen Dübelabstand die Durchbiegung unter einer
bestimmten Windlast zu vermindern, muß das Flächenträgheitsmoment der Unterkonstruktion
erhöht werden, was entweder durch Erhöhung der Stab zahl pro laufenden Meter oder
durch Vergrößerung der Stabdurchmesser möglich ist. Durch beide Maßnahmen steigen
jedoch Gewicht und Kosten der Unterkonstruktion an.
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Nach dem Entwurf zur neuen DIN 18 516 Außenwandbekleidungen" (von
Juli 1981) dürfen für die Unterkonstruktion nur austenitischer Stahl, z.B. der Werkstoff-Nr.
1.4301 (unter dem Handelsnahmen V2A bekannt) oder Stahl nach Korrosionsschutzklasse
III (verzinkt oder kunststoffummantelt) oder Aluminum oder Kupfer verwendet werden.
Die zuletzt genannten Werkstoffe scheiden praktisch schon aus Kosten- und Herstellungsgründfn
aus. Stahl nach Korrosionsschutzklasse III ist nicht geeignet, da eine Beschädigung
des schützenden überzuges an der Baustelle nicht vermeidbar ist. Es bleibt also
nur die Verwendung von V2A-Stahl übrig, der aber etwa viermal teurer ist als handelsüblicher
Baustahl.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterkonstruktion nach
dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 mit erhöhter
Biegesteifigkeit
und gleichwohl geringem Gewicht bei einfachem konstruktivem Aufbau zu schaffen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des
Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Unterkonstruktion hat den Vorteil, daß die
Stäbe in drei Ebenen hintereinander verlaufen, so daß z.B. die Stäbe der hinteren
Ebene die Druckzone und die der vorderen Ebene die Zugzone bilden, während die der
mittleren Ebene immer in der neutralen Zone liegen. Bei einer Unterkonstruktion,
deren gekreuzte Stäbe nur in zwei hintereinander angeordneten Ebenen angeordnet
sind, trägt jeweils nur die Stabreihe zur Biegesteifigkeit bei, deren Stäbe in der
Ebene der Durchbiegung liegen, während die quer dazu liegende zweite Stabreihe nicht
gebogen wird und deshalb nicht zur Steifigkeit beitragen kann. Wie hoch der Unterschied
in der Biegesteifigkeit ist, ergibt sich aus dem Ansatz für das Flächenträgheitsmoment
beider Konstruktionen mit gleichen Stabdurchmessern wie folgt: 1. Das Flächenträgheitsmoment
für die Unterkonstruktion mit zwei Stabebenen errechnet sich aus: Xr d 64 2. Das
Flächenträgheitsmoment für die Unterkonstruktion mit drei Stabebenen errechnet sich
aus: J2 =2J+2Fe2; dabei ist J das Flachenträgheitsmoment des Einzelstabes, F der
Querschnitt des Einzelstabes und e ist der Abstand von Achse Mittelstab zur Achse
des vorderen bzw. hinteren
Stabes, also gleich dem Durchmesser d
der Mittel- und Außenstäbe. Daraus folgt
d.h. die Steifigkeit der Unterkonstruktion mit drei Stabebenen etwa 34-fach so ?wie
die der Unterkonstruktion mit zwei Stabebenen. Bei preßgeschweißten Stabkreuzungspunkten
verkleinert sich der Abstand e auf etwa 0,85 d; dabei ergibt sich immerhin noch
für die Praxis J2 = 25 J1, also die 25-fache Steifigkeit.
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Bei der Stabanordnung im Dreiecksraster mit Kreuzungswinkeln von 60°
bzw. 1200 ergibt sich eine in allen Richtungen relativ ausgewogene Erhöhung der
Steifigkeit, die allerdings entsprechend den Schnittwinkeln der vorderen und hinteren
Stäbe eine weitere Abminderung des 25-fachen Wertes beinhaltet.
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Eine verbesserte Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand von
Patentanspruch 2. Durch die horizontale Anordnung der vorderen Stäbe wird die Anbringungsmöglichkeit
der Fassadenplatten verbessert, welche ihr Eigengewicht über Kerben oder Leisten
an ihrer Rückseite in die horizontalen Stäbe der Unterkonstruktion abtragen. Durch
die horizontale Anordnung der hinteren Stäbe wird das einfache Einhängen der Unterkonstruktion
in Einhänge-dübel möglich, während senkrecht oder schrägverlaufende Stäbe am Dübel
festgeklemmt werden müßten, um den Sicherheitsanforderungen zu genügen.
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*) ist *) hoch **) hoch
Eine weitere Verbesserung
der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 3. Durch die parallele Anordnung
von horizontalen Doppelstäben wird die volle, also 25-fache Erhöhung der Steifigkeit
in der Ebene dieser Stäbe erreicht. Durch die in unmittelbarer Nachbarschaft angeordneten
Stäbe (Doppelstab) und durch die schubsteife Verbindung beider über den quer dazu
angeordneten Einzelstab ergibt sich, daß die Wirkung eines Doppel-T-Trägers mit
hier 25-facher Erhöhung der Steifigkeit voll zur Geltung kommt. Dabei ist es aufgrund
empirischer Messungen nicht erforderlich, daß die schubübertragende Wirkung wie
beim Doppel-T-Träger zwischen den Flanschen durch den auf voller Länge durchlaufenden
Steg erfolgt. Es genügt vielmehr, wenn die quer angeordneten Einzelstäbe in Abständen
angeordnet sind, die dem 20- bis 30-fachen Stabdurchmesser entsprechen (also z.B.
bei Stabdurchmesser 6 mm eine Maschen weite von 100 bis 200 mm). Erst bei noch größeren
Abständen vermindert sich die schubübertragende Wirkung wesentlich, so daß statt
der 25-fachen eine wesentlich geringere Steifigkeit erreicht wird.
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Dagegen errechnet sich die Steifigkeit in der vertikalen Ebene lediglich
aus der Steifigkeit der vertikalen Einzelstäbe (= Ifache Steifigkeit). Daraus ergibt
sich die zum Gegenstand des Patentanspruchs 6 gemachte Verbesserung, daß die vertikalen
Abstände der Dübel relativ klein sein müssen, z.B. 20 cm, entsprechend dem Rastermaß
v-on Fassadenplatten und daß die horizontalen Abstände der Dübel relativ groß (z.B.
60 bis 100 cm) sein können. Da die rechnerischen Windlasten zwischen 40 bis 260
kp/m2 betragen können, muß der horizontale Dübelabstand entsprechend so variiert
werden, daß die Durchbiegung f/l im zulässigen Rahmen bleibt. Dadurch kann der Dübelbedarf
minimiert werden. Dabei besteht nach der allgemeinen Formel für die Durchbiegung
verschiedener
Träger f = P/EJ # l³/k der Zusammenhang f/l # P #
1² oder
also z.B. 5-fache Windlast ergibt abstand.
Dübel-Durch die Anpassung der horizontalen Dübelabstände an die unterschiedlichsten
Windlasten kann die gleiche Stärke und Ausführung der Unterkonstruktion am ganzen
Gebäude beibehalten werden, was sehr vorteilhaft ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion!liegt darin,
daß sie, wie oben erläutert, in Richtung der großen Windlasten, also senkrecht zu
ihrer Ebene, sehr steif ist, während sie in Richtung des relativ niederen Eigengewichts
(ca. 40 kp/m2) relativ niedere Steifigkeit besitzt, so daß auch hier unnötiger Materialaufwand
vermieden wird.
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Patentanspruch 4 hat eine Unterkonstruktion zum Gegenstand, die an
sich derjenigen nach Anspruch 3 entspricht, die jedoch um 900 in ihrer Ebene gedreht
ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß aus dem Eigengewicht praktisch keine Durchbiegung
resultieren kann, da die Dübelabstände in horizontaler Richtung sehr klein sind.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Unterkonstruktion
ist Gegenstand von Anspruch 5. Die zusätzlichen Einzelstäbe zwischen den Doppelstäben
haben den Vorteil, daß die Befestigung der Fassadenplatten erleichtert wird.
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Die erfindungsgemäße Unterkonstruktion ist in der folgenden Beschreibung
anhand von Zeichnungen beispielhaft erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 links eine Frontalansicht und rechts
einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Unterkonstruktion; Fig. 2 einen Querschnitt
einer erfindungsgemäßen Unterkonstruktion mit einer Fassaden-Bau- oder Dekorationsplatte;
Fig. 3 links einen Querschnitt und rechts eine Draufsicht eines Ausschnitts aus
einer erfindungsgemäßen Unterkonstruktion; Fig. 4 links eine Draufsicht und rechts
einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Unterkonstruktion;
Fig. 5 links eine Draufsicht und rechts einen Querschnitt einer weiteren Åusführungsform
einer erfindungsgemäßen Unterkonstruktion und Fig. 6 einen Teil wiederum einer abgewandelten
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Unterkonstruktion im Querschnitt.
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Aus Fig. 1 sind die in drei Ebenen angeordneten Stäbe ersichtlich.
Die Stäbe 1 sind in der vorderen, die Stäbe 2 in der mittleren und die Stäbe 3 in
der hinteren, wandseitigen Ebene angeordnet. Die Stäbe 1, 2 und 3 sind hier im Dreiecksraster
angeordnet.
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In Fig. 2 sind die Stäbe 4 der vorderen Ebene horizontal, die Stäbe
5 der mittleren Ebene vertikal und die Stäbe 6 der hinteren, wandseitigen Ebene
horizontal angeordnet.
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Die Fassadenplatte 7 trägt ihr Gewicht über an ihrer Rückseite angeordnete
Kerben 8 auf die horizontalen Stäbe 4 in die Unterkonstruktion ab, deren hintere
Stäbe 6 in Einhängedübel 9 eingehängt sind. Die Sogkräfte der Winde werden von der
Fassadenplatte 7 über die Befestigungsklammern 10 in die Stäbe 4 eingeleitet.
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Fig. 3 zeigt die parallelen, in der Frontalansicht hintereinander
angeordneten Doppelstäbe 11, 12, wobei die in der vorderen Ebene liegenden Stäbe
11 und die in der hinteren Ebene liegenden Stäbe 12 schubfest über die sich kreuzenden
Stäbe 13 miteinander verbunden sind. Die Stäbe 11, 12 bilden gleichsam den Ober-
bzw. Unterflansch eines Doppel-T-Trägers und der Stab 13 übernimmt die Funktion
des zwischen den Flanschen angeordneten Steges zur Schubübertragung. Es genügt,
wenn die schubübertragenden Stäbe 13 in 20- bis 30-fachem Abstand 14 ihres Durchmessers
15 angeordnet sind. Selbstverständlich kann die Unterkonstruktion auch mit unterschiedlichen
Stabdurchmessern und Querschnittsformen sowie aus beliebigen Werkstoffen hergestellt
werden.
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Inz Fig. 4 sind die Doppelstäbe 16 der vorderen und hinteren Ebene
horizontal und diqtinzelståbe 17 der mittleren Ebene vertikal angeordnet. Die Abstände
18 der Dübel 19 in Richtung der Doppelstäbe 16 sind wesentlich größer als die Abstände
20 von Doppelstab zu Doppelstab.
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In Fig. 5 verlaufen die Doppelstäbe 21 in vertikaler und die Einzelstäbe
22 der Mittelebene in horizontaler Richtung.
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Die Abstände der Dübel 23 in Richtung der Doppelstäbe 21 sind wesentlich
größer als die Abstände 24 von Doppelstab zu Doppelstab.
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In Fig. 6 ist zwischen den vorderen Stäben 25 der Doppelstäbe ein
zusätzlicher Einzelstab 26 angebracht.