EP2954124B1

EP2954124B1 - Stabkonstruktion aus holz mit einem ersten stabtragglied und mindestens einem zweiten stabtragglied, die in einem knotenpunkt kraftschlüssig miteinander verbunden sind

Info

Publication number: EP2954124B1
Application number: EP14705708.7A
Authority: EP
Inventors: Wieland Becker; Jan Weber
Original assignee: Hochschule Trier - Trier University of Applied Sciences
Current assignee: Hochschule Trier - Trier University of Applied Sciences
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2014-02-08
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-02-08
Also published as: EP2954124A1; DE102013002105A1; WO2014121946A1

Description

Technisches Gebiet:

Die Erfindung betrifft eine Stabkonstruktion aus Holz mit einem ersten Stabtragglied und mindestens einem zweiten Stabtragglied, die in einem Knotenpunkt kraftschlüssig miteinander verbunden sind, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik:

Aus einzelnen Stabtraggliedern zusammengesetzte Stabkonstruktionen aus Holz sind vor allem als statisch tragende Strukturen für Gebäude, Hallen, Dächer und dergleichen bekannt, aber auch als lastabtragende Bauelemente wie zum Beispiel Fachwerkträger, Masten etc. Sie dienen sowohl zur Herstellung flächiger als auch dreidimensionaler Tragwerke.
Charakteristisch für derartige Stabkonstruktionen ist, dass die einzelnen Stabtragglieder, wie zum Beispiel Rund- oder Kanthölzer, fachwerkartig in Knotenpunkten zusammenlaufen. Da der Kraftfluss den Längsachsen der Stabtragglieder folgt, kommt es auf diese Weise zu einer Lastkonzentration und Lastumlenkung im Knotenbereich. Den auf diese Weise hoch belasteten Knotenpunkten kommt somit eine zentrale Bedeutung innerhalb der gesamten Stabkonstruktion zu.
Zur Verbindung zweier oder mehrerer Stabtragglieder ist es bekannt, im Knotenpunkt ein Knotenblech vorzusehen, das Anschlussflächen für die einzelnen Stabtragglieder aufweist. Der Knotenpunkt kann dabei so ausgebildet sein, dass die Anschlussflächen innerhalb des Holzquerschnitts liegen, wozu das Stabtragglied im Regelfall geschlitzt ist, oder außerhalb des Holzquerschnitts zum Beispiel bei Knotenblechen mit schuhförmigen Aufnahmen, in die die Enden der Stabtragglieder eingelegt werden. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen Knotenblech und Stabtragglied erfolgt im Regelfall über quer zur Stabtraggliedlängsachse in das Stabtragglied eingebrachte Dübel oder eine Vernagelung.
Bei dieser Verbindungsart erweist es sich zunächst als nachteilig, dass durch das Schlitzen des Holzquerschnitts und/oder das Anordnen von Querdübeln die zur Lastabtragung zur Verfügung stehende Holzquerschnittsfläche verringert wird, mit der Folge einer verminderten Tragfähigkeit der Stabkonstruktion.
Typisch für derartige Stabkonstruktionen ist zudem, dass deren volle Tragfähigkeit erst durch Aktivierung der Lochleibungsflächen erreicht wird. Die dafür notwendigen minimalen Verschiebewege summieren sich zu einem verhältnismäßig großen Schlupf und damit unerwünscht großen Verformungen der Gesamtkonstruktion. Insgesamt wurde bei solchen Stabkonstruktionen festgestellt, dass in den Knotenpunkten lediglich 60 % bis 70 % der aus den Stabtraggliedern kommenden Kräfte übertragen werden.
Daneben ist es auch bekannt, Stabtragglieder aus Holz nach Zimmermannsart mittels Zapfen, Knaggen und dergleichen zu verbinden. Das dieser Verbindungsart zugrunde liegende Prinzip beruht darauf, die Kraftüberleitung durch Herstellung eines Formschlusses zu bewerkstelligen. Der Nachteil liegt jedoch in der sehr zeitintensiven Herstellung der Formschlussmittel aufgrund deren vorgegebenen Geometrie und der eingeschränkten Einsetzbarkeit dieser Verbindungsart aufgrund der abnehmenden Kraftübertragung bei größer werdenden Kraft-Faser Winkeln.
Dokument EP 0 044 057 A1 offenbart eine Stabkonstruktion aus Holz gemäß dem Oberbegriff des Anspurchs 1.

Darstellung der Erfindung:

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Lastabtragungsverhalten von Stabkonstruktionen in deren Knotenpunkten zu verbessern und lastbedingte Verformungen zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Stabkonstruktion mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, im Knotenpunkt einer Stabkonstruktion aus Holz einen Formkörper vorzusehen, der definierte Krafteinleitungsflächen zum Anschluss mehrerer Stabtraggliedern besitzt. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Verbindung zwischen Formkörper und Stabtraggliedern ist im Verbindungsbereich jeglicher Schlupf aus der Stabkonstruktion eliminiert, mit dem Vorteil, dass Verformungen innerhalb der Stabkonstruktion in nur geringem Umfang auftreten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus dem für Stabkonstruktionen typischen Lastabtragungsverhalten, bei dem in den einzelnen Stabtraggliedern im Wesentlichen nur Zug- und Druckkräfte auftreten, die in den Knotenpunkten umgelenkt werden. Bei bekannten Stabkonstruktionen führt dies zu einer ungünstigen Beanspruchung der Stabtragglieder im Knotenpunkt, da die Krafteinleitung schräg zur Faser gerichtet ist.
Gemäß der Erfindung ersetzen die Formkörper die Stabtragglieder in den Knotenpunkten, so dass die Stabtragglieder nur noch faserparallel beansprucht werden. Dies hat den Vorteil, dass die inhomogenen und anisotropen Materialeigenschaften des Werkstoffs Holz im hoch belasteten Knotenpunkt bei Krafteinleitung schräg zur Faser nicht mehr maßgebend für die Dimensionierung der Stabtragglieder sind. Stattdessen kann durch das Vorsehen eines Formkörpers aus einem homogenen Material mit definierten Materialeigenschaften speziell auf die im Knotenpunkt vorherrschende Belastung abgestellt werden. Die Stabkonstruktion kann daher nicht nur leistungsfähiger und wirtschaftlicher, sondern auch schlanker und damit ästhetischer konzipiert werden.
Der Formkörper wird vorzugsweise im Formgussverfahren, 3D-Printverfahren oder durch Fräsen aus einem Vollmaterial hergestellt und besteht aus Mineralguss, vorzugsweise aus einem polymergebundenen Beton. Das bringt den Vorteil, dass selbst räumlich komplexe Formgebungen auf einfache Art und Weise realisierbar sind. So ist es möglich, die Gestalt des Formkörpers an den Kraftverlauf anzupassen, um Spitzenspannungen innerhalb des Querschnitts zu vermeiden. Bei geeigneter Materialwahl liegen die Festigkeiten des Formkörpers weit über denen des anzuschließenden Stabtragglieds, mit dem Vorteil, dass innerhalb der Stabkonstruktion in Bereichen mit hoher Lastkonzentration hochfeste Formkörper zur Lastabtragung zur Verfügung stehen, während in weniger stark beanspruchten Bereichen die vergleichsweise geringere Festigkeit der Stabtragglieder aus Holz für die Lastabtragung ausreicht. Das spezifische Tragverhalten der Stabkonstruktion folgt auf diese Weise der Intensität der Belastungen, wodurch unwirtschaftliche Überdimensionierungen vermieden werden. Da der Formkörper eine homogene Struktur besitzt, sind dessen mechanische Eigenschaften über das gesamte Volumen konstant. Sicherheitsbeiwerte zur Berücksichtigung des Faserverlaufs sowie der Anisotropie und Inhomogenität des Werkstoffs Holz können daher niedriger angesetzt werden, was ebenfalls zu einer schlankeren und wirtschaftlicheren Bauweise fühlt.
Da bei einer erfindungsgemäßen Stabkonstruktion jeglicher Schlupf aus dem statischen System eliminiert ist, verkörpert ein erfindungsgemäße Knotenpunkt in statischer Hinsicht kein Gelenk, sondern ist in der Lage, in bestimmtem Umfang Biegemomente aufzunehmen und zu übertragen. Diese Eigenschaft kann verbessert werden, wenn der Anschluss eines Stabtragglieds an einen Formkörper zwei oder mehr stabförmige, seitlich beabstandete Verbindungselemente aufweist, von denen eines unter Last als Druckstab und ein anderes als Zugstab wirkt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird beim Abbinden einer Stabkonstruktion deutlich. Durch die Anordnung erfindungsgemäßer Formkörper in den Knotenpunkten, genügt es, die einzelnen Stabtragglieder mittels eines einfach auszuführenden Kappschnitts senkrecht zur ihrer Längsachse abzulängen. Zeit- und arbeitsintensives Aufreißen von Winkeln, Gehrungsschnitten und dergleichen entfällt, wodurch sich der Aufwand beim Abbund entscheidend verringert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Krafteinleitungsfläche des Formkörpers und dem Ende des ersten Stabtragglieds ein kraftübertragendes Druckelement angeordnet. Aufgrund seiner homogenen Materialeigenschaften sorgt das Druckelement für eine definierte Kraftübertragung vom Stabtragglied zum Formkörper unabhängig von den Imperfektionen des Werkstoffs Holz.
In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist das Druckelement formschlüssig in eine Ausnehmung am Ende des Stabtragglieds und/oder in der Krafteinleitungsfläche des Formkörpers eingelassen, wodurch zunächst eine Lagefixierung des Druckelements erreicht wird. Durch vollflächiges Einkleben des Druckelements in eine oder gegebenenfalls beide Ausnehmung werden darüber hinaus Druckkräfte zwischen Stabtragglied und Formkörper nicht nur in der Stoßfläche übertragen, sondern zusätzlich über die Umfangsfläche des Druckelements. Im Hinblick auf ein optisch ansprechendes Erscheinungsbild wird das Druckelement fast vollständig von der Ausnehmung aufgenommen und ist daher quasi nicht sichtbar.
Das Druckelement kann aus einem Material mit duktilen Eigenschaften bestehen, was den Abbau von Spannungsspitzen durch verformungsbedingte Lastumlagerung ermöglicht. Erfindungsgemäß bevorzugt sind hierzu Kunststoffe mit elasto-plastischem Verhalten oder geeignete Elastomere.
Bei Verwendung eines Druckelements mit elastischen Eigenschaften können kleine Verdrehungen um die zentrische Achse des Stahlstabes zugelassen werden, so dass im Zusammenspiel ein zug-, druck- und biegebeanspruchbarer Anschluss an den Knotenpunkt mit einer einstellbaren Federsteifigkeit entsteht. Dabei kann die Federsteifigkeit über den Durchmesser, die Dicke und die Materialsteifigkeit des Druckelements eingestellt werden. Imperfektionen, zum Beispiel Schiefstellungen aus asymmetrischen Lasten können somit elegant und zwängungsarm im Knotenpunkt übertragen werden. Geeignete Druckelemente bestehen beispielsweise aus Elastomeren, vorzugsweise aus Cloroprenkautschuk oder Naturkautschuk, in die gegebenenfalls Bewehrungseinlagen integriert sein können.
An seiner dem Formkörper zugewandten Stirnseite kann das Druckelement mit einer Profilierung versehen sein, so dass bei einer Querkraftbeanspruchung im Anschlussbereich Querkräfte nicht allein vom stabförmigen Verbindungselement abgetragen werden, sondern zusätzlich auch über das Druckelement.
Bevorzugt ist ferner ein Druckelement mit zylindrischer oder scheibenförmiger Gestalt, das koaxial auf dem stabförmigen Verbindungselement sitzt. Auf diese Weise ist ein äußerst kompakter Knotenaufbau verwirklicht, der es erlaubt, auch mehrere Stabtragglieder im Knotenpunkt zusammen zu führen, ohne dass diese sich gegenseitig behindern.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, anstelle des Druckrings eine erhärtbaren Vergussmasse in einen entsprechenden Hohlraum einzubringen, die Vergussmasse nach dem Abbinden also das Druckelement bildet. Dies hat den Vorteil, dass sich die Vergussmasse den lokalen geometrischen Gegebenheiten im Knotenpunkt anpasst und daher in der Lage ist, fertigungs- oder montagebedingte Toleranzen auszugleichen. Die Vergussmasse kann dabei im abgebundenen Zustand die gleichen Materialeigenschaften aufweisen wie das Druckelement.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung kombiniert die beiden vorbeschriebenen Lösungen und deren Vorteile, indem ein Druckring zwischen Stabtragglied und Formkörper angeordnet ist, der zugleich den Hohlraum für die Vergussmasse mitbildet.
Zur Herstellung einer starren völlig schlupffreien Verbindung zwischen erstem Stabtragglied und Formkörper sind die Verbindungselemente vorzugsweise in die Bohrungen eingeklebt oder eingeschraubt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale werden dabei gleiche Bezugszeichen verwendet, soweit dies vorteilhaft erscheint.
Es zeigt

Fig. 1: einen Vertikalschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2: eine Schrägansicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3: einen Teillängsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4: eine Schrägansicht auf eine dritte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5: eine Schrägansicht auf den in Fig. 4 dargestellten Formkörper,
Fig. 6: eine Schrägansicht auf eine vierte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 7: eine Schrägansicht des in Fig. 6 dargestellten Formkörpers einschließlich stabförmiger Verbindungselemente,
Fig. 8: einen Schnitt durch die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform, und die
Fig. 9: und 10 jeweils einen Schnitt durch weitere Ausführungsformen der Erfindung mit einer innenliegenden Vergussmasse im Anschlussbereich.

Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit:

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anschlusses eines ersten Stabtragglieds 1 an ein zweites Stabtragglied 2. Das Stabtragglied 1 stellt eine Diagonalstrebe dar, deren Längsachse 3 in einem Winkel α zur Längsachse 4 des zweiten Stabtragglieds 2, zum Beispiel einer Stütze, verläuft. Im Schnittpunkt der Längsachse 3 des ersten Stabtragglieds 1 mit der Umfangsfläche 5 des zweiten Stabtragglieds 2 ist ein Formkörper 6 angeordnet, der in Fig. 2 in größerem Maßstab in einer Schrägansicht dargestellt ist.
Der Formkörper 6 ist als monolithischer Gusskörper 2 ausgebildet und besitzt etwa Keilform. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Formkörper 6 aus Polymerbeton, setzt sich also zusammen aus einem mineralischen Zuschlag und einer Polymermatrix als Bindemittel, wobei diese Mischung gegebenenfalls noch Fasern zur Bewehrung und Festigkeitssteigerung enthalten kann.
Der Formkörper 6 weist eine erste Krafteinleitungsfläche 7 auf, die senkrecht zur Längsachse 3 des ersten Stabtragglieds 1 verläuft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt die erste Krafteinleitungsfläche 7 Kreisform, sie kann aber auch jede andere beliebige Form annehmen, beispielsweise quadratisch oder rechteckförmig ausgebildet sein. Im Schnittpunkt der Längsachse 3 mit der ersten Krafteinleitungsfläche 7 ist ein zylindrischer Hohlraum 8 vorgesehen, der parallel zur Längsachse 3 verläuft und blind im Formkörper 6 endet. Die erste Krafteinleitungsfläche 7 dient als Auflager für das erste Stabtragglied 1.
An seiner dem zweiten Stabtragglied 2 zugeordneten Seite besitzt der Formkörper 6 eine zweite Krafteinleitungsfläche 9, die vollflächig am Umfang 5 des zweiten Stabtragglieds 2 anliegt. Die zweite Krafteinleitungsfläche 9 besitzt im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckförmigen Grundriss und verläuft im Falle eines Rundholzes als zweites Stabtragglied 2 gekrümmt und im Falle eines Kantholzes als zweites Stabtragglied 2 plan. Die Krafteinleitungsfläche 9 kann mit einer Profilierung versehen sein, um zur Steigerung der übertragbaren Kraft eine Verzahnung mit dem Umfang 5 des zweiten Stabtragglieds 2 herbeizuführen. Im Schnittpunkt der Längsachse 3 mit der zweiten Krafteinleitungsfläche 9 sieht man eine Vertiefung 10 mit vorzugsweise zylindrischer Gestalt.
Die Mantelfläche des Formkörpers 6 ergibt sich im Wesentlichen aus der Gesamtheit aller die erste Krafteinleitungsfläche 7 und zweite Krafteinleitungsfläche 9 verbindenden Mantellinien. Daraus resultiert eine räumlich konvexe Form des Formkörpers 6.
Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer Formkörper 6 von zwei in etwa parallelen Kanälen 11 durchsetzt, die sich ausgehend von der zwischen erster Krafteinleitungsfläche 7 und zweiter Krafteinleitungsfläche 9 liegenden Umfangsfläche 12 zur zweiten Krafteinleitungsfläche 9 erstrecken und dabei mit senkrecht zur Längsachse 3 gerichtetem Verlauf auf Höhe der Vertiefung 10 oder höher enden. Die Kanäle 11 dienen der Aufnahme und Führung von nicht dargestellten Befestigungsmitteln.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, liegt der Formkörper 6 im bestimmungsgemäßen Gebrauch mit der zweiten Krafteinleitungsfläche 9 vollflächig am Umfang 5 des zweiten Stabtragglieds 2 an. Dabei gewährleistet ein nagelartig in das zweite Stabtragglied 2 eingetriebener, mit seinem Kopf formschlüssig in die Vertiefung 10 eingreifender Zentrierdorn 15 die bestimmungsgemäße relative Lage des Formkörpers 6 gegenüber dem zweiten Stabtragglied 2. Die lastaufnehmenden Befestigungsmittel sind in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt, bestehen jedoch aus hochfesten Schraubbolzen, die sich durch die Kanäle 11 hindurch erstrecken und mit ihrem Gewindeabschnitt jeweils in das Vollholz des zweiten Stabtragglieds 2 reichen. Um die von den Befestigungsmitteln ausgehende Sprengwirkung zu vermindern, können die Kanäle 11 von in den Formkörper 6 eingebetteten Hülsen gebildet sein. Zusätzlich kann das zweite Stabtragglied 2 an seinem Umfang eine axial wirkende Anschlagfläche aufweisen, die die zur Längsachse 4 parallele Kraftkomponente aus dem Formkörper 6 aufnimmt.
Für den Anschluss des ersten Stabtragglieds 1 weist dessen der Krafteinleitungsfläche 7 zugeordnetes Ende eine ausgehend von dessen Stirnseite 16 sich koaxial zur Längsachse 3 erstreckende Sacklochbohrung 17 auf, die beispielsweise 15 cm in das erste Stabtragglied 1 hinein reichen kann. Der Durchmesser der Sachlochbohrung 17 entspricht vorzugsweise dem des zylindrischen Hohlraums 8 im Formkörper 6.
Die Sacklochbohrung 17 überschneidet sich mit einer ebenfalls von der Stirnseite 16 ausgehenden und sich koaxial zur Längsachse 3 erstreckende kreiszylindrischen Ausnehmung 18 mit einem im Vergleich zur Bohrung 17 größeren Durchmesser und geringerer axialer Tiefe. Zusammen ergeben die Sacklochbohrung 17 und die kreiszylindrische Ausnehmung 18 eine Art Stufenbohrung am Ende des ersten Stabtragglieds 1. Für die erfindungsgemäße Ausbildung des Knotenpunkts ist das Vorsehen der Ausnehmung 18 zwar vorteilhaft, aber nicht unbedingt notwendig. Ebenso könnte lediglich die Sacklochbohrung 17 in der Krafteinleitungsfläche 7 angeordnet sein.
Der Kraftschluss zwischen erstem Stabtragglied 1 und Formkörper 6 erfolgt über ein stabförmiges Verbindungselement 19, dessen eines Ende kraftschlüssig in der Bohrung 17 des ersten Stabtragglieds 1 und dessen anderes Ende kraftschlüssig in dem zylindrischen Hohlraum 8 im Formkörper 6 verankert ist, beispielsweise durch Kleben, Schrauben oder Einbetonieren. Das Verbindungselement 19 besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Stahlstab mit profilierter Umfangsfläche, vorzugsweise mit einem umlaufenden Außengewinde, um die Kraftübertragung zwischen Verbindungselement 19 und erstem Stabtragglied 1 zu verbessern. Das schließt nicht aus, dass das Verbindungselement 19 in einer einfachen Ausführungsform auch eine glatte Oberfläche aufweisen kann. Neben Stahl als Werkstoff für das Verbindungselement 19 eignen sich auch Verbundwerkstoffe wie zum Beispiel glasfaser- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffe, die sich als leicht und korrosionsbeständig erweisen.
Ferner geht aus den Figuren 1 und 2 hervor, dass ein scheibenförmiges Druckelement 20 koaxial zur Achse 3 in die Ausnehmung 18 des ersten Stabtragglieds 1 eingesetzt und dabei vom Verbindungselement 19 axial durchsetzt ist. Die dem Formkörper 6 zugewandten Stirnseite 21 des Druckelements 20 bildet einen Überstand über die Stirnseite 16 des ersten Stabtragglieds 1 aus, mit dem Ziel, Druckkräfte über diese Stirnseite 21 in den Formkörper 6 einzuleiten. Das Druckelement 20 besteht aus einem Material mit duktilen Eigenschaften, z.B. aus einem geeigneten Elastomer oder aus einem Kunststoff mit elastischem und/oder plastischem Verhalten.
Zur Lastabtragung wirken das stabförmige Verbindungselement 19 und das Druckelement 20 zusammen, wobei Zugkräfte vom Verbindungselement 19, Druckkräfte gemeinsam vom Verbindungselement 19 und Druckelement 20, Querkräfte vom Verbindungselement 19 und Biegemomente gemeinsam vom Verbindungselement 19 und Druckelement 20 aufgenommen werden. Besitzt das Druckelement 20 elastische Eigenschaften, so werden kleine Verdrehungen um die Längsachse des Verbindungselements 19 zugelassen. Im Zusammenwirken von Verbindungselement 19 und elastischem Druckelement 20 ergibt sich ein Federsystem, dessen Federsteifigkeit über den Durchmesser, die Dicke und die Materialsteifigkeit des Druckelements 20 eingestellt werden.
Fig. 3 zeigt die Umsetzung der Erfindung an einem Fachwerkträger, von dem lediglich ein Längsabschnitt dargestellt ist. Sowohl Obergurt als auch Untergurt des Fachwerkträgers werden jeweils von einem zweiten Stabtragglied 2 gebildet, die mittels der als Diagonalstreben wirkenden Stabtragglieder 1 und 1' verbunden sind.
Zum Anschluss der diagonal verlaufenden Stabtragglieder 1 liegt es - wenn auch nicht zeichnerisch dargestellt - im Rahmen der Erfindung, deren Enden jeweils mittels eines Formkörpers 6 entsprechend der Figuren 1 und 2 an die zweiten Stabtragglieder 2 anzuschließen. Dabei würden in einem Knotenpunkt jeweils zwei Formkörper 6 mit umgekehrter Ausrichtung bezüglich der Längsachse 4 der zweiten Stabtragglieder 2 unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sein.
Um den Anschlussbereich kompakter zu gestalten, sieht die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung einen Formkörper 6' vor, der sich aus einer geometrischen Verschmelzung zweier Formkörper 6 gemäß der Figuren 1 und 2 ergibt, deren erste Krafteinleitungsflächen 7 entgegengesetzt ausgerichtet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine spiegelbildliche Ausbildung des Formkörpers 6 bezüglich der senkrecht zur Längsachse 4 verlaufenden Symmetrieebene 22.
Der auf diese Weise zustande kommende Formkörper 6' besitzt eine im Vergleich zur Ausführungsform gemäß den Figuren 1 und 2 vergrößerte zweite Krafteinleitungsfläche 9, die zur Anlage und Kraftüberleitung in das zweite Stabtragglied 2 dient, eine erste Krafteinleitungsfläche 7 zum Anschluss des ersten Stabtragglieds 1 und eine weitere Krafteinleitungsfläche 7', die bezüglich der Symmetrieebene 22 spiegelbildlich zur ersten Krafteinleitungsfläche 7 angeordnet ist.
Hinsichtlich des Anschlusses der Stabtragglieder 1 an die erste Krafteinleitungsfläche 7 bzw. weitere Krafteinleitungsfläche 7' sowie der Stabtragglieds 2 an die zweite Krafteinleitungsfläche 9 gelten die in den Figuren 1 und 2 gemachten Ausführungen sinngemäß, so dass um Wiederholungen zu vermeiden, auf die dortigen Ausführungen Bezug genommen wird.
Die Ausführungsformen gemäß der Figuren 1 bis 3 offenbaren Formkörper 6, 6', bei denen die erste Krafteinleitungsfläche 7 bzw. 7' und die zweite Krafteinleitungsfläche 9 unterschiedlicher Art sind, da die Krafteinleitungsflächen 7, 7' senkrecht zum anzuschließenden Stabtragglied 1 verläuft und die Krafteinleitungsfläche 9 parallel zum Stabtragglied 2.
Davon unterscheiden sich die Ausführungsformen gemäß den Figuren 4 bis 7, indem die Krafteinleitungsflächen 7, 7', 7", 7"' der Formkörper 6", 6"' alle vom gleichen Typ sind, bei dem die Krafteinleitungsfläche 7, 7', 7", 7"' senkrecht zur Faser des anzuschließenden Stabtragglieds ausgerichtet sind.
Die in den Figuren 4 und 5 offenbarte Ausführungsform der Erfindung zeigt einen Formkörper 6", der am oberen Ende eines als Stütze dienenden ersten Stabtragglieds 1 dient. An den Formkörper 6" sind vier weitere Stabtragglieder 1', 1 ", 1 "', 1"" angeschlossen, die beispielsweise die Streben einer Dach- oder Deckenkonstruktion bilden. Der Anschluss der Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"', 1"" erfolgt über die vom Formkörper 6" gebildeten Krafteinleitungsflächen 7, 7', 7", 7"' die jeweils senkrecht zur Längsachse 3 der ihnen zugeordneten Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"', 1"" verlaufen. Der zug- druckkraftfeste und Anschluss der einzelnen Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"', 1"" an den Formkörper 6" erfolgt mittels eines stabförmigen Verbindungselemente 9 und eines Druckelements 20 und entspricht somit sinngemäß dem unter den Figuren 1, 2 und 3 beschriebenen Anschluss des ersten Stabtragglieds 1 an den Formkörper 6. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die dortigen Ausführungen verwiesen.
Gegenstand der Figuren 6 und 7 ist eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Knotenausbildung, die zeigt, dass auch räumlich komplexe Stabkonstruktionen mit der Erfindung realisierbar sind. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, dass im Anschlussbereich der Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"' an den Formkörper 6"' besonders gut Biegemomente übertragen werden können.
Der Formkörper 6"' besteht aus einem scheibenartigen, mehrfach gekrümmten Körper, an den aus unterschiedlichen Raumrichtungen 23, 23', 23", 23"', 23"" ankommende Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"' anschließen. Zu diesem Zweck besitzt der Formkörper 6"' Krafteinleitungsflächen 7, 7', 7", 7"' mit rechteckförmigem Grundriss, wobei jede Krafteinleitungsfläche 7, 7', 7", 7"' seitlich beabstandete achsparallele zylindrische Hohlräume 8 aufweist, die jeweils zur Aufnahme stabförmiger Verbindungselemente 19, 19' dienen.
Die Stabtragglieder 1, 1', 1 ", 1"' besitzen ebenfalls einen rechteckförmigen Querschnitt, der dem Umriss der Krafteinleitungsflächen 7, 7', 7", 7"' entspricht. In die Stirnseiten 16, 16', 16" 16"', 16"" der Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"' sind jeweils zwei Sacklochbohrungen eingebracht, deren Anordnung der der stabförmigen Verbindungselemente 19, 19' entspricht und die zur Aufnahme derselben dienen. Die Herstellung des in Figur 6 dargestellten fertigen Knotens geschieht durch Zusammenfügen der Stabtragglieder 1, 1', 1", 1"' mit dem Formkörper 6"', wobei die stabförmigen Verbindungselemente 19, 19' sowohl in den Hohlräumen 8 im Formkörper 6"' als auch in den Sacklochbohrungen der Stabtragglieder 1,1',1",1'" verankert sind.
Nicht dargestellt, aber im Rahmen der Erfindung liegend ist eine Ergänzung dieser Ausführungsform durch ein Druckelement, das, wie unter den Figuren 1 bis 5 beschrieben, die stabförmigen Verbindungselemente 19, 19' umgreifend zwischen der Stirnseite 16 und der Krafteinleitungsfläche 7 angeordnet ist. Das Druckelement kann dabei einteilig ausgebildet sein und von beiden Verbindungselementen 19, 19' durchsetzt sein oder aus zwei getrennten Teilen bestehen, von denen jeweils ein Teil einem Verbindungselement 19 oder 19' zugeordnet ist bzw. diese ringartig umgreift. Dabei kann das Druckelement in Vertiefungen in den Krafteinleitungsflächen angeordnet sein oder zwischen plan verlaufenden Krafteinleitungsflächen.
Die Figuren 8 bis 10 betreffen konstruktive Variationen des Anschlussbereichs zwischen einem ersten Stabtragglied 1 und Formkörper 6, die für alle der vorbeschriebenen Ausführungsformen gelten.
In Fig. 8 sieht man das knotenseitige Ende eines ersten Stabtragglieds 1, dessen Längsachse wiederum mit 3 bezeichnet ist. Das erste Stabtragglied 1 endet mit einer lotrecht zur Achse 3 verlaufenden Stirnseite 16, die eine koaxiale Ausnehmung 18 aufweist. Vom Grund der Ausnehmung 18 erstrecken sich achsparallel zur Achse 3 zwei Sacklochbohrungen 17, 17'.
Der Stirnseite 16 axial gegenüberliegend ist die Krafteinleitungsfläche 7 des Formkörpers 6 dargestellt. Die Krafteinleitungsfläche 7 ist ebenfalls senkrecht zur Achse 3 ausgerichtet und weist eine der Ausnehmung 18 axial gegenüberliegende Vertiefung 24 auf, von deren Grund aus zwei achsparallele zylindrische Hohlräume 8, 8' in den Formkörper 6 reichen. Die Hohlräume 8, 8' fluchten dabei axial mit den Sacklochbohrungen 17, 17'.
Stabförmige Verbindungselemente 19, 19' sind mit ihrem einen Ende in die Sacklochbohrungen 17, 17' und mit ihrem anderen Ende in die Hohlräume 8, 8' eingesetzt und dort verankert, beispielsweise verklebt oder verschraubt. Der von der Ausnehmung 18 und Vertiefung 24 gemeinsam gebildete Raum 25 dient der formschlüssigen Aufnahme eines Druckelements 20. Insofern unterscheidet sich diese Ausführungsform gegenüber der in den Figuren 1 bis 3 beschriebenen im Wesentlichen durch die Anordnung eines zweiten stabförmigen Verbindungselemente 19', was den Knoten besonders dazu befähigt, auch Biegemomente aufzunehmen, wobei das eine stabförmige Verbindungselement als Druckstab und das andere stabförmige Verbindungselement als Zugstab wirkt.
Aus der in Fig. 9 dargestellten Variante geht hervor, dass die Stirnseite 16 des ersten Stabtragglieds 1 und die Krafteinleitungsfläche 7 des Formkörpers 6 unter Kontakt flächig aneinander liegen und von einem stabförmigen Verbindungselement 19 zusammengehalten sind. Der von Ausnehmung 18 und Vertiefung 24 gebildete Raum 25 dient bei dieser Variante zur Aufnahme einer erhärtbaren Vergussmasse 26, die nachträglich in den Raum 25 injiziert wird. Zu diesem Zweck ist im Endbereich des ersten Stabtragglieds 1 ein schräg radial verlaufender Injektionskanal 27 angeordnet, der in der zylindrischen Ausnehmung 18 endet, sowie ein radial verlaufender Entlüftungskanal 28, der vom Raum 25 zum Außenumfang des ersten Stabtragglieds 1 führt. Nach ihrem Aushärten bildet die Vergussmasse 26 das Druckelement, mit der in der Anschlussfuge Querkräfte und in axialer Richtung Druckkräfte übertragen werden.
Die in Fig. 10 dargestellte Variante zeigt eine Kombination der Ausführungsform gemäß Fig. 9 mit einem Druckelement 20' zwischen erstem Stabtragglied 1 und Formkörper 6. Das Druckelement 20' besitzt ringförmige Gestalt und ist koaxial in radial lichtem Abstand zum stabförmigen Verbindungselement 19 angeordnet. Der für die Vergussmasse 26 bestimmte Raum 25 wird somit von der zylindrischen Ausnehmung 18, der Vertiefung 24 und dem Druckelement 20' gebildet, wozu der Innenumfang des Druckelements 20' mit den Umfangsflächen der Ausnehmung 18 und der Vertiefung 24 fluchtet. Im Bereich des Druckelements 20' erstreckt sich ein radialer Injektionskanal 27 in den Raum 25 hinein. Der dazugehörige Entlüftungskanal 28 erstreckt sich ebenfalls in radialer Richtung vom Raum 25 zum Außenumfang des ersten Stabtragglieds 1.
Die Erfindung ist nicht auf die in den einzelnen Ausführungsformen beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern umfasst ebenso Kombinationen von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen, soweit sich diese dem Fachmann ohne weiteres erschließen.

Claims

Stabkonstruktion aus Holz mit einem ersten Stabtragglied (1) und mit mindestens einem weiteren Stabtragglied (1', 1", 1"', 1"", 2), die in einem Knotenpunkt kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wozu im Bereich des Knotenpunkts ein Formkörper (6, 6', 6", 6"') angeordnet ist, der eine erste Krafteinleitungsfläche (7) zum Anschluss des ersten Stabtragglieds (1) und mindestens eine zweite Krafteinleitungsfläche (7', 7", 7"', 7"", 9) zum Anschluss des weiteren Stabtragglieds (1', 1 ", 1"', 1"", 2) aufweist, wobei
- die erste Krafteinleitungsfläche (7) senkrecht zur Längsachse (3) des ersten Stabtragglieds (1) verläuft,

- in dem Formkörper (6, 6', 6", 6'") ausgehend von der ersten Krafteinleitungsfläche (7) koaxial oder achsparallel zur Längsachse (3) des ersten Stabtragglieds (1) mindestens ein zylindrischer Hohlraum (8) angeordnet ist,

- in dem der ersten Krafteinleitungsfläche (7) zugewandten Ende des ersten Stabtragglieds (1) mindestens eine zur Längsachse (3) des ersten Stabtragglieds (1) koaxiale oder achsparallele Bohrung (17) angeordnet ist, und

- sowohl in dem mindestens einen zylindrischen Hohlraum (8) im Formkörper (6, 6', 6", 6"') als auch in der mindestens einen Bohrung (17) im ersten Stabtragglied (1) ein stabförmiges Verbindungselement (19) jeweils kraftschlüssig verankert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (6, 6', 6", 6"') aus Mineralguss, vorzugsweise aus Polymerbeton besteht.
Stabkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Krafteinleitungsfläche (7) und dem Ende des ersten Stabtragglieds (1) ein kraftübertragendes Druckelement (20) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Ende des ersten Stabtragglieds (1) eine sich axial erstreckende Ausnehmung (18) aufweist, in der das Druckelement (20) angeordnet ist.
Stabkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (20) aus einem starren Material oder einem Material mit elastischen oder duktilen Eigenschaften gebildet ist, vorzugsweise aus einem Elastomer.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckelement (20) an den kraftübertragenden Flächen eine Profilierung aufweist, wobei vorzugsweise das Druckelement (20) als Zylinder oder als Scheibe ausgebildet und axial von dem stabförmigen Verbindungselement (19) durchsetzt ist.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Verbindungselement (19) in eine oder beide Bohrungen (17, 17') eingeklebt, eingeschraubt oder eingegossen ist.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Krafteinleitungsfläche (7', 7", 7"', 7"") analog der ersten Krafteinleitungsfläche (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Krafteinleitungsfläche (9) parallel zur Längsachse (4) des zweiten Stabtragglieds (2) verläuft und am Umfang (5) des zweiten Stabtragglieds (2) angeordnet ist.
Stabkonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der von zweiter Krafteinleitungsfläche (9) und zweitem Stabtragglied (2) gebildeten Kontaktfläche Formschlussmittel zur gegenseitigen Zentrierung angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Formschlussmittel einen Zentrierdorn (15) am zweiten Stabtragglied (2) umfassen, der in eine Vertiefung (10) in der zweiten Krafteinleitungsfläche (9) eingreift.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 7 oder 8, gekennzeichnet durch Spannmittel, die den Formköper (6, 6') durchdringen und sich im Bereich der zweiten Krafteinleitungsfläche (9) in das zweite Stabtragglied (2) hinein erstrecken.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Stabtragglied (2) an seinem Umfang eine axial wirkende Anschlagfläche aufweist, die mit einer axial wirkenden Anschlagfläche am Formkörper (6, 6') zusammenwirkt.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (6, 6', 6", 6"') als monolithischer Gusskörper ausgebildet ist.
Stabkonstruktion nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (6, 6', 6", 6"') Bewehrungselemente aufweist, vorzugsweise Bewehrungsfasern.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stabtragglied (1) mit mehreren stabförmigen Verbindungselementen (19, 19') mit dem Formkörper (6, 6', 6", 6'") verbunden ist, vorzugsweise mit zwei oder drei Verbindungselementen (19, 19').
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (6) im Bereich der ersten Anschlussfläche (7) eine der stirnseitigen Ausnehmung (18) im ersten Stabtragglied (1) axial gegenüberliegende Ausnehmung (24) aufweist, wobei der durch die beiden Ausnehmungen (18, 24) gebildete Gesamthohlraum (25) mit einer erhärtbaren Vergussmasse (26) ausgefüllt ist.
Stabkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Anschlussfläche (7) und dem Ende des ersten Stabtragglieds (1) ein ringförmiges Druckelement (20') angeordnet ist und der Bereich radial innerhalb des Druckelements (20') mit einer erhärtbaren Vergussmasse (26) ausgefüllt ist, wobei vorzugsweise die Vergussmasse nach ihrem Erhärten starr ist oder elastische, elasto-plastische oder duktile Eigenschaften besitzt.