DE19730776A1 - Fachwerkstab und hiermit zusammengesetztes Fachwerk - Google Patents
Fachwerkstab und hiermit zusammengesetztes FachwerkInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fachwerkstab und ein
aus diesem Fachwerkstab zusammengesetztes Fachwerk, insbesondere
ein räumliches Fachwerk.
Es gibt viele Vorschläge, aus vorgefertigten Stäben mit ver
schiedenen Querschnitten oder Profilformen Fachwerke zu bilden.
Beispielsweise können, wie das von Mengeringhausen entwickelte
MERO-System (Fa. MERO, Würzburg), die bekannten Fachwerke aus
Stäben und Knotenteilen bestehen, die durch Schrauben verbunden
werden.
Die Weiterentwicklung der nur in einer Ebene wirksamen Trag
systeme stellen die Raumtragwerke dar. In ihrem räumlichen Fach
werkgefüge entstehen in sich steife Bauteilsysteme, die keiner
horizontalen Wind- bzw. Stabilisierungsverbände bedürfen. Sie
können auf Stützen aus Stahl, BS-Holz oder Stahlbeton oder
direkt auf die Gründungspunkte aufgesetzt werden.
Vorgefertigte Systeme erlauben die rationelle Herstellung der
vielfältigsten Bauformen von Tragwerken aufgrund verschiedener
geometrischer Systeme. Die mit Hilfe von Computerprogrammen
berechneten Fachwerke bestehen aus typisierten Stäben, die
untereinander z. B. mit kugelartigen Knotenstücken verschraubt
werden (z. B. MERO).
Raumtragwerke ermöglichen eine mehrachsige Lastabtragung, die
zur Reduzierung der Stabkräfte und somit leichteren und fili
granen Konstruktionen führt. Durch das geringe Eigengewicht
eignen sich Raumkonstruktionen daher auch besonders für weitge
spannte Konstruktionen. Es sind sowohl ebene, einfach oder
mehrfach gekrümmte Strukturen möglich. Raumtragwerke können
zwei- oder mehrlagig ausgebildet werden.
Infolge der hochgradig statischen Unbestimmtheit führt der Aus
fall einiger Stäbe, z. B. im Brandfall, nicht zum Versagen des
Tragwerkes.
In der Regel werden Freivorbau, Abschnittsmontage oder Platten
hubverfahren für die Endmontage angewandt.
Raumtragwerke eignen sich für Bauten mit großen stützenfreien
Räumen mit gekrümmten oder geraden Dachflächen, wie Ausstel
lungs- und Sporthallen, Mehrzweckhallen usw. mit rechteckigem,
rundem oder dreieckigem Planungssystem.
Als besonders günstig erweisen sich Raumfachwerke wegen der
schnellen Montage und Demontierbarkeit für temporäre oder ver
setzbare Bauten oder verschiebliche Arbeitsbühnen. Die einfache
Grundidee läßt vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten zu.
Die schweizerische Patentschrift 552 723 und die DE 35 38 479 A1
beschreiben metallische Raumfachwerkstrukturen. Dieser Stand der
Technik offenbart, wie viele Einzelteile und Profilformen oft
eingesetzt werden. Es gilt, demgegenüber zu vereinfachen.
Diese Raumfachwerke werden auch in der Raumfahrt eingesetzt. So
beschreibt die EP 0 097 062 A1 ein räumliches Tragwerk aus offe
nen Leichtmetall-Winkelprofilen, deren Knoten Gelenke aufweisen,
damit das Fachwerk später entfaltet werden kann.
Allen bekannten Fachwerken ist gemeinsam, daß Stäbe in Knoten
verbunden werden, die als besondere Teile ausgebildet sind. Die
Achsen der Stäbe schneiden sich beim Stand der Technik in dem
als besonderes Teil ausgebildeten Knoten möglichst in einem
Punkt.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung, ein möglichst
einfaches System aus wenigen, möglichst nur einem vorgefertigten
Teil bzw. Teilen verfügbar zu machen, welches eine große Viel
falt von Gestaltungsmöglichkeiten eröffnet.
Die Lösung besteht allgemein darin, daß jeder Stab einen gleich
seitigen Dreiecksquerschnitt aufweist, dessen Enden eine zur
Stabachse schräg verlaufende, in einer Ebene befindliche Auflage
bilden, die im Knoten am Ende eines weiteren Stabes auf einer
Seitenfläche des weiteren Stabes aufliegt und mit diesem direkt
verbunden ist, wodurch im Knoten die Achsen mehrerer verbundener
Stäbe gegeneinander versetzt verlaufen.
Der Stab kann aus beliebigem Material, wie Holz, Metall oder
Kunststoff, bestehen. Ferner kann der Stab ein Vollprofil, bei
spielsweise ein Vollholzprofil oder ein Vollkunststoffprofil,
oder ein Hohlprofil, beispielsweise ein Metallprofil aus Blech
oder Aluminium, oder ein stranggegossenes Kunststoffhohlprofil
sein. Die Enden bilden bei Vollprofilen eine durchgehende Auf
lagefläche. Hohlprofile können eine Verschlußfläche erhalten
oder an den Enden offen bleiben. Wichtig ist in jedem Fall, daß
die Enden eine Auflage bilden, deren Ebene zur Achse des Stabes
um einen Winkel geneigt ist, der kleiner als 90°, und vorzugs
weise 60°, ist.
Je nach Gestaltung des Fachwerks kann der Winkel variieren. Bei
einem Fachwerk aus gleichlangen Stäben beträgt der Winkel norma
lerweise 60°. Andere Abstände im Fachwerk bestimmen andere Win
kel.
Die Knoten werden vorteilhafterweise nicht durch besondere Ver
bindungselemente gebildet, sondern durch direktes Verbinden der
Stäbe untereinander, und zwar an ihren Enden. So können Stäbe
aus Vollholz genagelt oder verschraubt oder verklebt werden.
Andere Profile aus Metall oder Kunststoff lassen sich ebenfalls
verkleben oder verschweißen oder in anderer geeigneter Weise
lösbar oder unlösbar miteinander verbinden.
Räumliche Fachwerke werden am vollkommensten aus gleichseitigen
und/oder gleichschenkligen Dreiecken so zusammengesetzt, daß
regelmäßige Vielfache (Polyeder) entstehen. Bei ebenen unend
lichen Netzen gibt es genau drei geometrische Strukturen, bei
den sphärischen endlichen genau fünf reguläre Polyedernetze,
welche sich jeweils aus nur einem Typ Knoten, Stäben und somit
auch Flächen zusammensetzen. Regelmäßige ebene Netze sind Drei
eck-, Quadrat- und Sechsecknetze. Auf die fünf platonischen
Körper angewendet, ergibt sich aus der Fachwerkformel, daß nur
diejenigen dreidimensionalen Knoten-Stab-Tragwerke kinematisch
stabil sind, deren Stäbe ein geschlossenes Dreiecksnetz bilden,
also Tetra-, Okta- und Ikosaeder.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten Aus
führungsbeispielen.
Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer, perspektivischer Darstellung
einen Einzelstab,
Fig. 2 eine Abwicklung der Wände eines hohlen Einzel
stabes in eine Ebene,
Fig. 3 und 4 einfache Knotenausbildungen,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines einfachen
Raumknotens aus vollen Holzprofilen,
Fig. 6a-6c in schematischen Darstellungen die Fortbil
dung eines Knotens gemäß Fig. 4,
Fig. 7 die Einfügung eines kürzeren Abschlußstabes,
Fig. 8 einen erweiterten räumlichen Knoten,
Fig. 9 ein abgewandeltes Raumfachwerk in schematischer
Darstellung und
Fig. 10 eine Abwandlung von Fig. 2.
Ein Stab 10 besteht gemäß Fig. 1 und 2 aus drei Seitenflächen
12, 18 und 20. Die Enden des Stabes 10 sind gegenüber einer
Mittelachse 25 um einen Winkel α abgeschrägt. Die Neigungen
dieser Schräge verlaufen an den beiden Enden zueinander ent
gegengesetzt, da der Stab zwischen Knoten eingefügt wird. Gemäß
Fig. 2 beträgt der Winkel α = 60°.
Die Enden 14, 16 oder das Profil des Stabes 10 bilden ein
gleichseitiges Dreieck. Die dadurch bei einer Schräge von α =
60° sich ergebenden übrigen Winkel zwischen den Kanten, wenn
die Seitenflächen in 12, 18, 20 in die Zeichenebene abgewinkelt
sind, sind in Fig. 2 eingetragen.
In Fig. 3 ist ein einfacher Knoten 30 zwischen zwei Stäben 10₁
und 10₂, die in einer Ebene liegen, dargestellt. Eine Endfläche
14 des Stabes 10₂ liegt hierbei auf einer Seitenfläche des
Stabes 10₁ auf und beide Stäbe 10₁ und 10₂ werden direkt ohne
zusätzliches Knotenelement miteinander verbunden.
Die Fig. 4 zeigt, wie ein dritter Stab 10₃ in den Knoten 30 ein
gefügt ist, der in einer zweiten Ebene verläuft, wodurch ein
räumlicher Knoten 30 entsteht.
In Fig. 5 ist ein räumlicher Knoten 30 aus Holz-Vollprofilen im
Detail dargestellt. Drei abgeschrägte Endflächen der drei Pro
file aus gleichseitigen Dreiecken, die in dieser Darstellungs
weise nicht sichtbar sind, liegen im Knoten 30 auf den jeweili
gen Seitenflächen der Stäbe 10₁, 10₂, 10₃ auf. Die Verbindung ist
durch drei Schraubbolzen 34 gesichert. Es entsteht in einfacher
Weise ein Raumknoten 30, aus dem die drei beteiligten Stäbe
untereinander jeweils unter einem Winkel von 120° voneinander
wegragen.
Die Fig. 6a-6c zeigen schematisch Erweiterungen des Knotens 30
zur Verbindung von vier Stäben 10₁, 10₂, 10₃ und 10₄ (Fig. 6a),
von fünf Stäben 10₁, 10₂, 10₃, 10₄ und 10₅ (Fig. 6b) und von
sechs Stäben 10₁, 10₂, 10₃, 10₄, 10₅ und 10₆ (Fig. 6c)
In Fig. 7 ist dargestellt, wie in einem Flächenfachwerk be stimmter Form durch einen zusätzlichen Stab 22 kürzerer Länge ein erweiterter Knoten 32 gebildet werden kann oder wie sich Randecken ausgleichen lassen.
In Fig. 7 ist dargestellt, wie in einem Flächenfachwerk be stimmter Form durch einen zusätzlichen Stab 22 kürzerer Länge ein erweiterter Knoten 32 gebildet werden kann oder wie sich Randecken ausgleichen lassen.
Dasselbe ist selbstverständlich auch in einem erweiterten räum
lichen Knoten möglich, wie eine Darstellung gemäß Fig. 8 ohne
Bezugszeichen zeigt. Auch die Fig. 9 ist eine Darstellung eines
weiteren Raumfachwerks gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ver
deutlichung der Gestaltungsmöglichkeiten, in der der Übersicht
lichkeit halber die Bezugszeichen weggelassen sind.
Bei diesen Abwandlungen weisen Randstäbe, beispielsweise in
einem räumlichen Stabtragwerk aus Halb-Oktaedern und Tetraedern,
abweichende Abschrägungen der Endflächen auf, wie sie in Fig. 10
als beispielhafte Abwandlung von Fig. 2 in ihrer flächigen Ab
wicklung gezeichnet ist.
Claims (6)
1. Fachwerkstab (10) und hiermit zusammengesetztes Fachwerk,
insbesondere räumliches Fachwerk,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Stab (10) einen gleichseitigen Dreiecksquer
schnitt aufweist, dessen Enden eine zur Stabachse (25)
schräg verlaufende, in einer Ebene befindliche Auflage (14,
16) bilden, die im Knoten (30, 32) am Ende eines weiteren
Stabes (10 n) auf einer Seitenfläche des weiteren Stabes
(10 n) aufliegt und mit diesem direkt verbunden ist, wodurch
im Knoten (30, 32) die Achsen (25) mehrerer verbundener
Stäbe (10 n) gegeneinander versetzt verlaufen.
2. Fachwerkstab gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er aus Holz, Metall oder Kunststoff besteht.
3. Fachwerkstab nach Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stab (10) ein Vollprofil aufweist.
4. Fachwerkstab nach Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stab (10) ein Hohlprofil aufweist.
5. Fachwerkstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden eine Auflage (14, 16) bilden, die zur Achse
(25) des Stabes um einen Winkel (α) geneigt ist, der klei
ner als 90° ist, vorzugsweise 60° beträgt.
6. Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk, gebildet aus
Stäben gemäß den vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stäbe (10 n) an ihren Enden (14, 16) direkt mitein
ander vernagelt, verschraubt, verklebt oder verschweißt
sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19730776A DE19730776C2 (de) | 1996-07-26 | 1997-07-17 | Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk |
Applications Claiming Priority (2)
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DE19630358 | 1996-07-26 | ||
DE19730776A DE19730776C2 (de) | 1996-07-26 | 1997-07-17 | Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE19730776C2 DE19730776C2 (de) | 1999-03-25 |
Family
ID=7801034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19730776A Expired - Fee Related DE19730776C2 (de) | 1996-07-26 | 1997-07-17 | Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19730776C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102011119271A1 (de) | 2011-11-24 | 2013-05-29 | Maria-Natascha Jost | Verbindungselement und Raumgitter |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29911796U1 (de) | 1999-07-07 | 1999-12-09 | Renker, Franz, Dipl.-Bau.-Ing. (FH), 91353 Hausen | Fachwerk, insbesondere räumliches Fachwerk |
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---|---|---|---|---|
US4227358A (en) * | 1978-08-21 | 1980-10-14 | Technion Research & Development Foundation | Building element for construction of interlocking grids |
EP0097062A1 (de) * | 1982-06-16 | 1983-12-28 | Grumman Aerospace Corporation | Verbindungsverfahren für grosse Bauwerke |
-
1997
- 1997-07-17 DE DE19730776A patent/DE19730776C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE LIT.: K. STADÖR, Statisches Tagebuch, S.77-85 * |
DE LIT.: W. GRAUBNER, Holzverbindungen S.133 u. 134 * |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE19730776C2 (de) | 1999-03-25 |
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