DE3604951A1

DE3604951A1 - Auflager fuer kunststoffplatten

Info

Publication number: DE3604951A1
Application number: DE19863604951
Authority: DE
Inventors: Otto Eberhard Dr Ing Krause
Original assignee: KLEZ HANS PETER
Current assignee: KLEZ HANS PETER
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1987-08-20

Description

Die Erfindung betrifft ein Auflager für Kunststoffplatten mit einem U-förmigen Aufnahmeprofil für einen Rand einer Kunststoffplatte.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, die Tragglieder beim Lastabtrag von Kunststoffplatten gleichzeitig auch zur Aufnahme vom Membranzugkräften in der Plattenmittelfläche auszubilden.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Aufnahme von Membrankräften kraftschlüssig mit dem Rand der Kunststoffplatte verbundene Umfangsleisten mit auf der Kunststoffplattenfläche aufliegenden Schenkeln vorgesehen sind und daß das Aufnahmeprofil gegeneinander vorspringende Stützstege zur Abstützung der Stirnränder der Schenkel aufweist.

Die Erfindung unterscheidet sich insofern vom Stand der Technik, als zusätzlich zur Aufnahme der Auflagerkräfte der Kunststoffplatten senkrecht zur Plattenmittelfläche die Aufnahme der Membranauflagerkräfte erfolgt. Dieses bringt eine erhebliche Verbesserung des Trag- und Verformungsverhaltens von Kunststoffplatten mit sich.

Zur sicheren Ausleitung der Zugkräft der Kunststoffplatten ist vorgesehen, daß jede Umfangsleiste stoffschlüssig mit der Kunststoffplatte verbunden ist.

Eine einfacher Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung wird dadurch erzielt, daß die stoffschlüssige Verbindung als Klebeverbindung ausgebildet ist.

Zur Halterung von Stegdoppelplatten ist vorgesehen, daß die Schenkel der Umfangsleisten als Doppelschenkel zur Aufnahme je einer Scheibe der Stegdoppelplatte ausgebildet sind. Dadurch kann man die Membranzugkräfte in jeder einzelnen Scheibe aufnehmen, so daß keine Momente auftreten.

Eine ausgleichende Aufnahme ist dadurch sichergestellt, daß jeweils zwischen dem Stirnrand eines Schenkels einer Umfangsleiste und einen Stützsteg ein Fugenband eingelegt ist.

Die Nachgiebigkeit der Aufnahme wird dadurch verbessert, daß das Fugenband elastisch ausgebildet ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen darstellen:

Fig. 1 eine Auflagerausbildung nach der Erfindung,

Fig. 2a bis 2e verschiedene Querschnitte von Kunststoffplatten,

Fig.3a und 3b Ausbildungen von Umfangsleisten und

Fig. 4a bis 4c Erläuterungen für Berechnungsmodelle.

Bei den eingangs erwähnten Traggliedern handelt es sich um Biege- und Fachwerkstäbe von Fensterfassaden, Glasdächern, Lichtbändern oder Glasaufbauten allgemeiner Struktur, wie sie u. a. bei Gewächshäusern, Treppenhaus-, Industriehallen-, Verwaltungs-, Schul-, Universitäts-, Krankenhaus-, Konzerthallen-, Sporthallen-, Schwimmhallen-Bauwerken bzw. anderen Überdachungsstrukturen Anwendung finden.

Zur Auflagerausbildung werden diese Tragglieder mit bestimmten Profilierungen versehen, die gleichzeitig auch zum Mittragen herangezogen werden.

Bei den eingangs erwähnten Kunststoffen handelt es sich u. a. um Polycarbonate wie Makrolon unterschiedlicher Ausführungsarten, Acrylglas (Plexiglas) bzw. um thermoplastische Polyester wie Pocan und dergleichen.

Infolge des verhältnismäßig niedrigen Elastizitätsmoduls von Kunststoffen im Vergleich zu Glas treten bei überwiegend auf Biegung beanspruchten Kunststoff-Tragelementen erhebliche Verformungen und Verformungsschwankungen bei Lastwechseln mit dementsprechend unerwünschten Nebeneffekten und Nachteilen für die Tragstruktur und die Kunststoffplatten selbst auf.

Durch die Ausbildung membrangerechter Auflager entlang der Kunststoffplattenränder wird die Dehnsteifigkeit der Kunststofftragelemente aktiviert und ein Membranspannungszustand in den durch Wind und Schnee belasteten Kunststoffplatten erreicht, um den Lastabtrag über Biegebeanspruchung auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Es läßt sich nachweisen, daß die Verformungen (Durchbiegungen) der Kunststoffplatten bei einer zusätzlich membrangerechten Ausbildung der Auflager gegenüber der bisher üblichen Auflagerausbildung zur Aufnahme von Plattenrandkräften senkrecht zur Mittelfläche sich um ein Vielfaches reduzieren lassen, siehe hierzu die folgenden Beispiele. Gleichzeitig wird durch das Herabsetzen der Biegespannung der Plattenquerschnitt gleichmäßiger und ausgewogener beansprucht mit der Folge einer Erhöhung der Tragreserven. Dieses läuft auf eine insgesamt erhebliche Werkstoffeinsparung hinaus.

Zur Aufnahme der Membran-Auflagerkräfte in Gestalt von Zugkräften wird ein Tragstab 1 mit einem entsprechend zugsicheren Aufnahmeprofil 2 als Auflager versehen. Dieses kann nach verschiedenartigen Ausführungsformen ausgebildet sein.

Das Prinzip einer, die seitlichen Zugkräfte aufnehmenden Profilgebung ist in Fig. 1 dargestellt. Danach werden im Falle symmetrisch auftretender seitlicher Zugkräfte diese den Tragstab 1 nicht auf Seitenbiegung beanspruchen. Die in den Obergurt 3 und den Untergurt 4 des Tragstabes 1 eingeleiteten Zugkräfte werden von den aufgekanteten, gegeneinander vorspringenden Stützstege 5 der Obergurte 3 und Untergurte 4 aufgenommen und können im Rahmen einer üblichen Bemessung auf Standsicherheit nachgewiesen werden.

Im Falle nichtsymmetrischer oder einseitiger seitlicher Lasteintragung der Membranzugkräfte wird der durch die größere Auflagerbreite bedingte höhere Biegewiderstand in Querrichtung gegenüber den normalen geringeren Biegewiderständen in Höhenrichtung herangezogen, wobei auch hier die rechnerischen Standischerheitsnachweise keine besonderen Problemstellungen aufwerfen sollten.

Bei einseitiger Membrankrafteinwirkung könnten dahingehend ausgeführte Tragstabprofile verwendet werden.

Bei den Kunststoffplatten 6 kann es sich entsprechend den Fig. 2a bis 2e um verschiedenartige Querschnittsausbildungen handeln: Vollquerschnitte nach Fig. 2a, Hohlquerschnitte als Stegdoppelplatten 61 nach Fig. 2b mit senkrechten Rechteckstegen oder nach Fig. 2c mit fachwerkartig angeordneten Schrägstäben, oder waben- und kreisförmige Querschnittsformen nach Fig. 2d und 2e. Im Einklang mit dem Herstellungsablauf weisen die Kunststoff-Hohlplatten in Längsrichtung überall die gleiche Querschnittsform auf. Fig. 1 bezieht sich auf eine Stegdoppelplatte 61.

Hinsichtlich des Einbaus sind zur Ausbildung der membrangerechten Krafteinleitungen entlang der Plattenränder ein werkmäßiges Zuschneiden und Aufbereiten der angelieferten Kunststoff-Fertigplatten gleichermaßen wie ein solches vor Ort auf der Baustelle möglich. Darüber hinaus kann für bestimmte Standardlösungen, etwa beim Einbau von Kunststoffplatten in serienmäßig erstellte Fenster- oder Türrahmen mit bekannten Abmessungen, auch eine fabrikmäßige Erstellung der membrangerechten Krafteinleitungsränder im Anschluß an den Produktionsvorgang erfolgen.

Zur Bildung der vorerwähnten membrankraftgerechten Randabschlüsse werden entlang der Längs- und Querränder fabrikmäßig hergestellte Umfangsleisten 7 aus gleichem Material wie die Kunststoffplatten verwendet, deren Schenkel 8 entsprechend Fig. 3 durch Überstand erwünschte Randaufkantungen bilden.

In einfacher Form können die Umfangsleisten 7 als C-Profile ausgebildet sein. Auf die Plattenränder aufgesetzt und an den Kontaktflächen mit Spezialklebern (Metylenchloride o. ä.) zur Ausbildung einer Klebeverbindung 9 versehen, können die Umfangsleisten 7 mit den Kunststoffplatten 6 als nahezu monolithisch verbunden angesehen werden. Im Interesse einer Zusatzsicherung gegen Abheben der Plattengurtenden können die Umfangsleisten zusätzlich mit innenseitig entsprechend Fig. 3b angeordneten Sicherungsprofilen zur Bildung von Doppelschenkeln 10 versehen sein, in Abstimmung mit dem gewählten Querschnittsprofil. Hinsichtlich dem Abmessungen der vorerwähnten Kontakt-Klebeflächen sowie der Umfangsleisten sollten berechnungsbegleitende experimentelle Untersuchungen durchgeführt werden.

Auf Gehrung unter 45° oder in rechtwinkliger Stoßform hergestellt, leiten die aufgekanteten Stützstege 5 die Plattenmembranzugkräfte als Druckkräfte über ein näher zu erläuterndes Fugenband 11 in die seitlichen Stützstege 5 von Obergurt und Untergurt ein.

Das in Fig. 1 dargestellte Fugenband 11 übernimmt eine Reihe wichtiger Funktionen bei der gleichzeitig auch membrankraftgerecht hergestellten Auflagerausbildung der profilierten Tragstäbe 1 für den Lastabtrag der Kunststoffplatten 6.

Die hier am wichtigsten erscheinenden Funktionen sind:

Übertragung der vorausgehend erwähnten Platten-Membranzugkräfte als auf Druck beanspruchtes Zwischenglied auf die Tragstäbe,

Herstellung der Dichtung gegen Feuchtigkeitseintritt durch Anpreßdruck zwischen Innenseite der Aufnahmeprofile und Plattenaußenseite,

Ausgleich lokal unterschiedlicher Lasteinwirkungen etwa infolge Lastfall Wind oder Schnee und daraus resultierender örtlich unterschiedlicher Zwängungskräfte aufgrund Abkühlung,

Aufnahme und Übertragung von Zwängungskräften beim Lastfall Temperatur in Gestalt eines Temperaturabfalls, wobei sich die Kunststoffplatten zusammenziehen und damit das Fugenband zusätzlich auf Druck beanspruchen.

Aus den vorstehend aufgeführten unterschiedlichen Tragfunktionen des Fugenbandes geht hervor, daß dieses mit den elastischen Eigenschaften des Fugenmaterials umfassend abzustimmen ist. Auch hier können nur experimentelle Untersuchungen endgültigen Aufschluß über den zu verwendenden Fugenwerkstoff bringen. Denkbar wären hier bestimmte Silikon-Kautschuk-Zusammensetzungen.

Es soll hier ein Anwendungsbiespiel ausgeführt werden, aus dem der tragkonstruktive Vorzug einer gleichzeitig auch membrankraftgerechte ausgebildeten Randauflagerung von Kunststoffplatten hervorgeht.

Als Berechnungsverfahren wird eine vom Verfasser entwickelte geometrisch nichtlineare Methode zur Berechnung von orthotropen Platten verwendet.

Gegeben ist entsprechend Fig. 4 eine rechteckförmige Makrolonstegplatte mit gelenkiger und horizontal verschiebbarer Randauflagerung, siehe Fig. 4b, und gelenkiger, aber horizontal unterschiebbarer Randlagerung, siehe Fig. 4c, im Sinne einer membrankraftgerechten Lagerung. Die Fig. 4b und 4c stellen jeweils Schnitte nach den Linien I-I bzw. II-II ind Fig. 4a dar.

Abmessungen der Kunststoffplatte:
L _x/L _y = 100 cm / 200 cm,
Plattendicke D = 10 mm,
Elastizitätsmodul E = 2,3 × 10³ MN/m².

Anordnung der Stege: in Plattenlängsrichtung (y-Richtung).

Belastung: Drei Belastungsstufen mit

P ₁ = 0,60 kN/m²
P ₂ = 0,96 kN/m²
P ₃ = 1,32 kN/m².

Die Ergebnisse der beiden vorbezeichneten Plattensysteme sind hinsichtlich der Durchbiegungen und Spannungen für den Plattenmittelpunkt M in nachstehender Tabelle 1 zusammengefaßt.

Tabelle 1

Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse der geometrisch nichtlinearen Plattenberechnung bestätigen überzeugend die Verbesserungen des Trag- und Verformungsverhaltens infolge der zusätzlich membrankraftgerecht ausgebildeten Plattenrandauflagerungen.

Trotz über zweifach erhöhter Lastbeträge reduzieren sich die Durchbiegungs- und Spannungsordinaten im Falle der membrangerecht gelagerten Kunststoffplatte gegenüber der herkömmlich gelenkig verschiebbar gelagerten um ein Mehrfaches. Darüber hinaus geht aus der tabellarischen Übersicht hervor, daß bei den höheren Belastungsbeträgen die nicht membrangerecht gelagerte Kunststoffplatte durchweg zu instabilen Lösungen führt, was auf ein tragkonstruktives Versagen infolge zu großer Durchbiegungen zurückzuführen ist. Schließlich ist noch nachzutragen, daß sich die maximalen Querkräfte am Plattenrand (Randkräfte im Sinne der Kirchoff'schen Plattentheorie) bei einer membrangerechten Randauflagerung der Kunststoffplatte ebenfalls erheblich reduzieren gegenüber gelenkig verschiebbaren Auflagerungen. Bekanntlich führen diese Randkräfte bei Stegplatten mit Hohlraumausbildung zu zum Teil beträchtlichen Zusatzbiegespannungen, die nicht selten die zulässigen Spannungswerte erreichen. Aufgrund der starken Reduzierung der Plattenrandkräfte treten die tragkonstruktiven Vorteile der membrankraftgerechten Lagerungen daher besonders bei Kunststoff-Stegplatten hervor.

Die hier in Vorschlag gebrachte membrankraftgerechte Auflagerausbildung bei Kunststoffplatten dürfte neben den rechnerisch nachgewiesenen tragkonstruktiven Verbesserungen nicht zuletzt auch zu einer Reihe wirtschaftlicher Vorteile führen, die u. a. auf nicht unbedeutende Materialeinsparungen hindeuten. Wie hier anhand von Prinzipskizzen erläutert, ist die membrangerechte Auflagerausbildung im Bereich der Kunststoffplattenränder auf einfache Art auch vor Ort auf der Baustelle ausführbar. Lediglich im Bereich der Tragstab-Profilgurte müßten durch Anordnung seitlicher Randaufkantungen Änderungen vorgenommen werden.

Die Bemessung der Tragglieder auf die infolge der Membrankraftwirkungen auftretenden Beanspruchungen sollten sich im Rahmen üblicher Standsicherheitsnachweise bewegen. Gleichwohl sollten experimentelle Untersuchungen zur Überprüfung der rechnerisch gewonnenen Ergebnisse hinzugezogen werden.

Claims

1. Auflager für Kunststoffplatten mit einem U-förmigen Aufnahmeprofil für einen Rand einer Kunststoffplatte, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von Membrankräften kraftschlüssig mit dem Rand der Kunststoffplatte (6) verbundene Umfangsleisten (7) mit auf der Kunststoffplattenfläche aufliegenden Schenkeln (8) vorgesehen sind und daß das Aufnahmeprofil (2) gegeneinander vorspringende Stützstege (5) zur Abstützung der Stirnränder der Schenkel (8) aufweist.

2. Auflager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Umfangsleiste (7) stoffschlüssig mit der Kunststoffplatte (6) verbunden ist.

3. Auflager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stoffschlüssige Verbindung als Klebeverbindung (9) ausgebildet ist.

4. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme von Stegdoppelplatten (61) die Schenkel (8) der Umfangsleisten (7) als Doppelschenkel (10) zur Aufnahme je einer Scheibe der Stegdoppelplatte ausgebildet sind.

5. Auflager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen dem Stirnrand eines Schenkels (8) einer Umfangsleiste (7) und einen Stützsteg (5) ein Fugenband (11) eingelegt ist.

6. Auflager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fugenband (11) elastisch ausgebildet ist.