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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine momentwiderstehende
Bandverbindung mit einer scherkraftwiderstehenden Anordnung, bei
der ein momentwiderstehendes Band an einem länglichen strukturellen Teil
befestigt ist, welches Moment- und Scherkräften unterworfen ist. Eine
typische Anwendung für
das Band wäre
in einer scherkraftwiderstehenden Anordnung wie etwa einem Ständer, der
an einem Fundament befestigt ist, oder in einer scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit, die in einer Gebäudewand verwendet wird, die
an einem Fundament befestigt ist, oder es könnte einfach zur Befestigung
von einem anderen strukturellen Holzteil an einer relativ unbeweglichen
Struktur verwendet werden.
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Eine
neuere Entwicklung in der Gebäudeindustrie,
insbesondere für
mit Rahmen versehene Häuser
entweder aus Holz oder Metall, oder für leichte Geschäfts- oder
Appartementgebäude,
besteht in der Verwendung von vorgefertigten, scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheiten in Wänden
zum Widerstehen von seitlichen Kräften, die auf das Gebäude wirken.
Ein Beispiel für
eine solche scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit, die in
Wänden verwendet
wird, ist in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/975,940,
eingereicht am 21. November 1997, beschrieben. Eine kommerzielle Ausführungsform
einer ähnlichen
scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit, die in Wänden verwendet
wird, ist in einer Zeitschrift erläutert, die von der Simpson
Strong-Tie Company, Inc. veröffentlicht
worden ist und den Titel „Strong-Wall® Shearwall" trägt und die
Bezeichnung F-SW16HD 5/99 exp. 6/00 hat und eine Copyright Notiz
aus dem Jahre 1999 trägt. Diese
scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheiten, die als vorgefertigte
Komponenten für
Wände verwendet
werden, haben einen erheblichen Schritt nach vorn in der Bereitstellung eines
konsistenten seitlichen Widerstandsvermögen in Gebäuden in der Leichtrahmenindustrie
gebracht.
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Die
Anmelderin hat allerdings herausgefunden, daß solche scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheiten bei einer geringen Erhöhung der Kosten, des Gewichts
und der Einbauzeit erheblich verstärkt werden können, indem
ein momentwiderstehendes Band an einer entscheidenden Stelle in
der Struktur eingebaut wird, in Kombination mit einem Halteteil-Verbinder,
und verbunden durch Klebstoff oder durch Befestigungselemente wie
etwa Holzschrauben.
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Die
verstärkte
Konstruktionseinheit ergibt sich aus einem zusammengesetzten Effekt,
bei dem das momentwiderstehende Band in Kombination mit anderen
Elementen wirkt, um einen erheblich größeren Widerstand gegenüber Scherung
und Momentkräften
zu bieten, als dies möglich
gewesen wäre, wenn
die Elemente allein statt in zusammengesetzter Weise gemeinsam wirken
würden.
Die Theorie der Wirkungsweise dieser Elemente ist weiter beschrieben
in der Beschreibung unter den Überschriften „Arbeitsweise
des momentwiderstehenden länglichen Bandes
in der ersten scherkraftwiderstehenden Anordnung"; „Arbeitsweise
der ersten und zweiten momentwiderstehenden länglichen Bänder in der scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit" und „Zusammengesetzte
Wirkung".
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Eine
weitere Verbesserungswirkung tritt auf, wenn die Schrauben in einer
ausreichenden Anzahl und in einem ausreichend engen gegenseitigen
Abstand verwendet werden, um die gesamte Rückseite des Halteteils praktisch
buchstäblich
an das momentwiderstehende Band und an einen wesentlichen Teil der
Holzstruktur anzuheften, so daß eine
scherkraftwiderstehende Anordnung von wesentlicher Länge versteift
wird und als eine versteifte Einheit wirkt, um Biegemomente von
der länglichen
Holzstruktur an das Fundament zu übertragen. Eine solche Einheit
ist extrem wirksam, um das vorzeitige Versagen in dem hölzernen
strukturellen Teil aufgrund einer Durchbiegung zu reduzieren.
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Das
momentwiderstehende längliche
Band erstreckt sich bis zu dem unteren Endabschnitt des Halteteils
oder geringfügig
darüber
hinaus. Die heftende Wirkung der Anzahl von Schrauben hat zur Folge,
daß das
Halteteil, ein wesentlicher Abschnitt des momentwiderstehenden länglichen
Bandes und ein wesentlicher Abschnitt der länglichen Holzstruktur als eine
versteifte Einheit wirken, um einer Durchbiegung zu widerstehen.
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In
der WO-A-98/46839 ist eine momentwiderstehende Bandverbindung beschrieben,
in der ein längliches
strukturelles Holzteil an einem Fundament befestigt wird, durch
eine Anordnung, die ein metallisches Halteteil umfaßt, das
an dem strukturellen Teil befestigt ist und an dem Fundament verankert
ist. Eine Verstärkungsplatte
ist sandwichartig zwischen dem Halteteil und dem strukturellen Holzteil
aufgenommen. Die Verstärkungsplatte
ist mit einer Anzahl von Zähnen
versehen, die auf dem Umfang auf der Platte angeordnet sind. Keiner
der Zähne
erstreckt sich in einem großen
Maße in
das strukturelle Holzteil hinein. Das Halteteil ist an dem strukturellen
Holzteil durch Bolzen befestigt, die sich durch das strukturelle Teil
hindurch erstrecken. Die Verstärkungsplatte
ist so bemessen, daß sie
in der Fläche
größer ist
als das Halteteil.
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Aus
der WO-A-98/46839 ist ein momentwiderstehendes Band, das mit einer
scherkraftwiderstehenden Anordnung verbunden ist, bekannt, welches
alle Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung stellt bereit:
eine momentwiderstehende
Bandverbindung mit einer scherkraftwiderstehenden Anordnung, die
ein erstes längliches
strukturelles Holzteil, das Moment- und Scherkräften unterworfen ist, und das
wirkungsmäßig mit
einem relativ dazu unbeweglichen Teil verbunden ist, aufweist, mit:
- a. einem aus Metall bestehenden, länglichen
momentwiderstehenden Band, das in Lageüberdeckung mit dem genannten
länglichen
strukturellen Holzteil angeordnet ist und mit einem ersten Befestigungsmittel
an einer ausreichenden Anzahl von Stellen befestigt ist, und zwar
auf eine solche Weise, daß das
genannte Band und das strukturelle Holzteil gemeinsam und im Verbund
wirken, und daß erhebliche
Scherungs- und Momentkräfte
wirkungsmäßig von
einem erheblichen Längenabschnitt
und einem Querschnitt des genannten länglichen strukturellen Teils
zu dem genannten relativ dazu unbeweglichen Teil übertragen
werden;
- b. einem aus Metall bestehenden Halteteil, das mit einem in
Längsrichtung
verlaufenden Versteifungsmittel versehen ist und ein Planflächenteil aufweist,
das in einer gegen das genannte längliche, momentwiderstehende
Band anstoßenden Beziehung
angeordnet ist und mit dem genannten relativ dazu unbeweglichen
Teil exzentrisch bezüglich
des ersten länglichen
strukturellen Holzteils verbunden ist; und
- c. einer Anzahl von zweiten Befestigungsmitteln, die einen wesentlichen
Teil des genannten Planflächenteils
des genannten Halteteils an das genannte längliche momentwiderstehende
Band und das genannte erste längliche
strukturelle Holzteil heften, um die genannte scherkraftwiderstehende
Anordnung zu versteifen und größere Moment-
und Scherkräfte
von dem ersten genannten länglichen
strukturellen Teil zu dem genannten relativ dazu unbeweglichen Teil
zu übertragen;
und
wobei die ersten und zweiten Befestigungsmittel Holzschrauben
sind; und daß das
genannte Versteifungsmittel zumindest ein Flansch ist, der mit einem wesentlichen
Teil des genannten Planflächenteils des
genannten Halteteils verbunden ist.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend lediglich beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht des momentwiderstehenden Bands nach der
vorliegenden Erfindung zeigt, das in einer ersten scherkraftwiderstehenden
Anordnung und einer scherkraftwiderstehenden Anordnung einer Konstruktionseinheit
eingebaut ist, die unter wind- oder seismischen Bedingungen Moment-
und Scherkräfte
in den seitlichen strukturellen Teilen entwickelt, die durch ein
Halteteil, das mit einem Ankerteil verbunden ist, welches seinerseits
mit einem Betonfundament verbunden ist, übertragen werden müssen;
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2 einen
vergrößerten Teil
der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit zeigt, die in 1 dargestellt
ist, wobei das momentwiderstehende Band nach der vorliegenden Erfindung
in Beziehung zu dem Halteteil deutlicher dargestellt ist;
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3 eine
vergrößerte Querschnittsansicht des
Halteteils zeigt, das in 2 dargestellt ist. Das Band
nach der vorliegenden Erfindung, der endseitige Ständer und
die Schlammschwelle sind dargestellt, sind allerdings aus Gründen der
Klarheit nicht im Querschnitt dargestellt;
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4 eine
vergrößerte Draufsicht
auf das momentwiderstehende Band nach der vorliegenden Erfindung
zeigt, wobei die Positionierung der Öffnungen für die Befestigungselemente
in einem typischen momentwiderstehenden Band dargestellt ist;
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5 eine
Kantenansicht des momentwiderstehenden Bandes zeigt, das in 4 dargestellt
ist; und
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6 eine
endseitige Ansicht des momentwiderstehenden Bandes zeigt, das in 4 und 5 dargestellt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung besteht aus einer momentwiderstehenden Bandverbindung
in einer ersten scherkraftwiderstehenden Anordnung 2. In
einer breiten Ausführung
der Erfindung umfaßt
die scherkraftwiderstehende Anordnung ein relativ unbewegliches
Teil 3 und ein längliches
strukturelles Teil 4, welches seitlichen und Scherkräften 5 und 6 unterworfen
ist.
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Die
momentwiderstehende Bandverbindung weist ein längliches momentwiderstehendes
Band 1 auf, das in Positionsübereinstimmung mit einem länglichen
strukturellen Teil 4 positioniert ist und mit ersten Befestigungsmitteln 7,
bei denen es sich um Holzschrauben handelt, an ausreichend zahlreichen Stellen
und auf eine solche Weise befestigt ist, daß erhebliche Scher- und Momentkräfte von
einer wesentlichen Länge
und einem Querschnitt des strukturellen Teils 4 an das
relativ unbewegbare Teil 3 übertragen werden; ein Halteteil 8,
das mit oder ohne in Längsrichtung
verlaufende Versteifungsmittel 9 ausgebildet ist und ein
Planflächenteil 10 aufweist,
das in einer gegen das längliche
momentwiderstehende Band 1 anstoßenden Beziehung positioniert
ist und exzentrisch wirkungsmäßig mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 verbunden ist; und eine
Anzahl von zweiten Befestigungsmitteln 11, die einen wesentlichen Teil
des Planflächenteils 10 des
Halteteils 8 mit dem länglichen
momentwiderstehenden Band 1 und dem länglichen strukturellen Teil 4 verbinden,
so daß Moment-
und Scherkräfte
von dem strukturellen Teil 4 an das relativ unbewegliche
Teil 3 übertragen
werden.
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Die
zweiten Befestigungsmittel 11, bei denen es sich um Holzschrauben
handelt, müssen
ausreichend zahlreich vorhanden sein und in einer ausreichend nahen
Beziehung beabstandet sein, um das Halte-Planflächenteil 10, das momentwiderstehende längliche
Band 1 und das längliche
strukturelle Teil 4 dazu zu veranlassen, als eine einheitliche
Anordnung zum Widerstehen eines Biegemoments zu wirken.
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Zum
Zwecke einer verbesserten Versteifung sollte das Halteteil ein in
Längsrichtung
verlaufendes Versteifungsmittel wie etwa Flansche 9 aufweisen.
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In
einer breiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung, die unter der Überschrift „Bevorzugte Ausführungsform" beschrieben ist,
weist die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ein
Paar von Halteteilen 8 und 8', erste und zweite Gurthölzer 28 und 29,
ein ebenes, scherkraftwiderstehendes Element 19 und auch
andere Elemente auf.
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Bei
dem relativ unbeweglichen Teil 3 kann es sich um ein Fundament
aus Beton handeln; die ersten Befestigungsmittel 7 sind
Holzschrauben; das Versteifungsmittel 9 ist zumindest ein
Flansch, der mit einem wesentlichen Abschnitt des Planflächenteils 10 des
Halteteils verbunden ist. Die exzentrische Verbindung umfaßt einen
Anker 12, der in das relativ unbewegliche Teil 3 eingebettet
ist und mit einem Träger 13 auf
dem Halteteil 8 verbunden ist, der einstückig mit
dem Planflächenteil 10 des
Halteteils verbunden ist. Das zweite Befestigungsmittel 11 kann eine
Anzahl von Befestigungselementen in Form von Holzschrauben sein.
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Bei
der momentwiderstehenden Bandverbindung ist ein wesentlicher Abschnitt
des Planflächenteils 10 des
Halteteils 8 einschließlich
des unteren Endes 14 in einer an das längliche, momentwiderstehende
Band 1 anstoßenden
Beziehung positioniert. In 3 sei darauf
verwiesen, daß das
Ende 15 des länglichen
Bandes 1 sich bis zu einem Punkt unmittelbar über das
untere Ende 14 des Halteteils 8 hinaus erstrecken
sollte, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
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3 erläutert einen
Abschnitt der ersten scherkraftwiderstehenden Anordnung 2 und
der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200, die
in 1 dargestellt sind. Bei dem länglichen strukturellen Teil 4 kann
es sich um ein Doppelzapfenteil handeln. Wenn das Doppelzapfenteil lediglich
ein freistehender Ständer
wäre, der
auf einer Betonscheibe verankert wäre, wie in der Darstellung abgebildet
ist, sollte die momentwiderstehende Bandverbindung nach der vorliegenden
Erfindung in gleicher Weise erfolgreich funktionieren, und auf die gleiche
Weise, wie es für
die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben ist.
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Eine
weitere Anwendung für
die momentwiderstehende Bandverbindung wäre innerhalb einer Gebäudestruktur,
in der die Halteteile mit einem hölzernen Abschnitt der Struktur
verbunden sind, anstelle mit einem Fundament aus Beton. Wiederum
wäre die
momentwiderstehende Bandverbindung in gleicher Weise wirksam.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird die momentwiderstehende Bandverbindung in einer scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit 200 verwendet, die in Gebäuden mit
leichtem Rahmen als eine Unterbaugruppe eingesetzt wird, die speziell
dafür ausgelegt
ist, um seitlichen Kräften
zu widerstehen, die auf das Gebäude
einwirken, wie etwa solche, die durch ein Erdbeben oder durch Windlasten hervorgerufen
werden. Die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist,
wie vorstehend ausgeführt,
vollständig
in der US-Patentanmeldung
mit der Seriennummer 08/975,940 beschrieben und wird in großem Umfang
durch die Simpson Strong-Tie Company, Inc. unter der Handelsmarke
Strong-Wall® vertrieben.
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Wie
vorstehend ausgeführt
ist, und wie in 1 dargestellt ist, kann es sich
bei dem relativ unbeweglichen Teil 3 um ein Fundament aus
Beton handeln. Häufig
ruht die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 nicht
unmittelbar auf dem Fundament auf, sondern statt dessen auf einer
Bodenmembran, die auf dem Fundament ruht. In diesem Falle wird das
darunter liegende, relativ unbewegliche Teil 3 die Bodenmembran
und das Fundament. Wenn die scherkraftwiderstehende Gebäudeeinheit 200 in
der zweiten oder dritten Ebene des Gebäudes auftritt, ist das relativ
unbewegliche Teil 3 die tragenden Bodenmembranen, die unteren
Ebenen und das Fundament des Gebäudes.
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Die
scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist mit
einer Bodenplatte 16 ausgebildet, die auf dem darunter
liegenden, relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes aufliegt.
Die Bodenplatte 16 ist mit dem relativ unbeweglichen Teil 3 durch
ein Verankerungsmittel 17 verbunden, um die Bodenplatte 16 mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes zu
verbinden. Bei einer standardmäßigen Rahmenkonstruktion
sind eine Anzahl von vertikal angeordneten Zapfen oder Ständern auf
der Oberseite der Bodenplatte angeordnet. Diese Zapfen sind durch
Befestigungsmittel, wie beispielsweise Nägel, mit der Bodenplatte verbunden,
um die Anzahl von vertikal angeordneten Zapfen mit der Bodenplatte
zu verbinden. Eine obere Platte ist durch die vertikal angeordneten
Zapfen abgestützt
und ruht auf diesen auf. Die obere Platte ist mit den vertikal angeordneten
Zapfen durch Mittel zum Verbinden der oberen Platte mit den vertikal
angeordneten Zapfen verbunden.
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In
der Wand ist die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 2 eingebaut,
die mit der oberen Platte der Wand verbunden ist und auch mit dem
relativ unbeweglichen Teil 3 verbunden ist. Diese Verbindungen
ermöglichen
es, daß seitliche
Kräfte,
die auf die obere Platte der Wand und auf das relativ unbewegliche
Teil 3 einwirken, an die scherkrafwiderstehende Konstruktionseinheit 200 übertragen
werden. Die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist
zwischen der oberen Platte und dem relativ unbeweglichen Teil 3 angeordnet.
Die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist
mit einem ebenen, scherkraftwiderstehenden Element 19 versehen.
Das ebene, scherkraftwiderstehende Element 19 weist eine
proximale Seite 20, eine distale Seite 21, einen
oberen Rand 22, einen unteren Rand 23 und erste
und zweite seitliche Ränder 24 und 25 auf.
Die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 weist
eine obere Strebe 26 auf, die mit der proximalen Seite 20 in
der Nähe
des oberen Randes 22 des scherkraftwiderstehenden Elements 19 verbunden
ist. Die obere Strebe 26 ist im wesentlichen parallel zu
der oberen Platte der Wand angeordnet. Die scherkraftwiderstehende
Konstruktionseinheit 200 weist eine untere Strebe 27 auf,
die mit der proximalen Seite 20 in der Nähe des unteren
Randes 23 des scherkraftwiderstehenden Elements 19 verbunden
ist. Ein erstes Gurtholz 28 ist mit der proximalen Seite 20 in
der Nähe
des ersten seitlichen Randes 24 des scherkraftwiderstehenden
Elements 19 verbunden. Ein zweites Gurtholz 29 ist
ebenfalls mit der proximalen Seite 20 in der Nähe des zweiten
seitlichen Randes 25 des scherkraftwiderstehenden Elements 19 verbunden.
Die oberen und unteren Streben 26 und 27 und die
ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 sind
mit dem scherkraftwiderstehenden Element 19 durch Mittel
wie etwa Nägel
oder Schrauben verbunden, um die obere Strebe 26, die untere
Strebe 27, das erste Gurtholz 28 und das zweite
Gurtholz 29 mit dem scherkraftwiderstehenden Element 19 zu verbinden.
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Die
scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist mit
der oberen Platte der Wand durch Mittel wie etwa Schrauben verbunden,
und ist mit dem Fundament 3 des Gebäudes durch Mittel 30 verbunden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die untere Platte 16 der Wand,
die Anzahl von vertikal angeordneten Zapfen, die auf der Bodenplatte 16 aufliegen,
die obere Platte der Wand, das scherkraftwiderstehende Element 19 der
scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200, die
oberen und unteren Streben 26 und 27 der scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit 200, und die ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 der scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit 200 sämtlich aus Holz oder aus Holzverbundmaterialien hergestellt.
Die genannten Teile können
auch aus Stahl oder aus künstlichen
Gebäudematerialien
hergestellt sein.
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Wie
in 1 dargestellt ist, sind in der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn das relativ unbewegliche Teil 3 das
Fundament des Gebäudes
ist, die Mittel 17 zum Verbinden der unteren Platte 16 mit
dem Fundament 3 des Gebäudes
Fundamentanker in der Form von Bolzen, die abgewinkelt sind, um
eine mechanische Verriegelung mit dem Fundament zu bilden. Der Erfinder
hat herausgefunden, daß Fundamentanker
ASTM A307 oder A36 mit einem Durchmesser von 5/8 Zoll, die in einer
geeigneten Tiefe eingebettet sind, für die meisten Fundamente ausreichend
sind. Die Länge
der Fundamentanker, der Abstand zwischen den Fundamentankern und
die Anordnung der Fundamentanker in dem Fundament werden entsprechend
den Kräften
bestimmt, die auf die Wand einwirken, und entsprechend der Festigkeit
des Fundaments. Die Mittel 17 zum Verbinden der unteren
Platte 16 mit dem Fundament 3 des Gebäudes können auch
Bandanker, Schlammschwellenanker, Bolzen, Nachrüstbolzen, Halteteile für Fundamentplatten,
Bänder,
Zugelemente oder eine Kombination daraus sein. Wenn das relativ
unbewegliche Teil 3 aus einer Bodenmembran und aus dem
Fundament des Gebäudes
besteht, können
die Mittel 30 zum Verbinden der unteren Platte 16 mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes Nägel, Schrauben,
Bolzen, Nachrüstbolzen, Rahmenanker,
Winkel, Zugelemente, Platten, Bänder
oder eine Kombination daraus sein. Wenn das relativ unbewegliche
Teil 3 aus einer Bodenmembran, einer tragenden Wand und
dem Fundament besteht, können
die Mittel 17 zum Verbinden der unteren Platte 16 mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes Nägel, Schrauben,
Bolzen, Fundamentbolzen, Nachrüstbolzen,
Rahmenanker, Winkel, Zugelemente, Platten, Klappen oder eine Kombination
daraus sein. Wenn das relativ unbewegbare Teil 3 aus einer
Anzahl von Bodenmembranen, einer Anzahl von tragenden Wänden und
dem Fundament besteht, können
die Mittel 17 zum Verbinden der Bodenplatte 16 mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes Nägel, Schrauben,
Bolzen, Nachrüstbolzen,
Rahmenanker, Winkel, Zugelemente, Platten, Bänder oder eine Kombination
daraus sein.
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Das
bevorzugte Mittel zum Verbinden der oberen Strebe 26, der
unteren Strebe 27, des ersten Gurtholzes 28 und
des zweiten Gurtholzes 29 mit dem scherkraftwiderstehenden
Element 19 sind 10d übliche
0,148''(3,7592 mm) × 3''(76,2 mm) Nägel, wobei allerdings auch
Schrauben, Schweißnähte, Klemmelemente,
Zugelemente, Träger,
abgewinkelte Klammern, Klebstoffe oder eine Kombination daraus ebenfalls
verwendet werden können.
Wie in 1 dargestellt ist, sollten Nägel üblicherweise einen gegenseitigen
Abstand von 2''(50,8 mm) um das
scherkraftwiderstehende Element 19 herum in der Nähe der oberen
und unteren Ränder 22 und 23 und
der ersten und zweiten seitlichen Ränder 24 und 25 aufweisen,
um einen maximalen Scherwiderstand zu erzielen, ohne daß ein Splittern
oder Auftrennen des schwerkraft-widerstehenden Elements 19 die
Folge ist.
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Das
bevorzugte Mittel zum Verbinden der schwerkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 mit
der oberen Platte der Wand sind Befestigungselemente für die obere
Platte, die einen mit Gewinde versehenen Schaftabschnitt aufweisen,
wobei allerdings Nägel,
Schweißnähte, Bolzen,
Bänder, Träger, Zugelemente,
Winkel, Ankerplatten, Klemmelemente, Rahmenanker oder eine Kombination
davon ebenfalls eingesetzt werden können. Die bevorzugten Befestigungselemente
für die
obere Platte sind 1/4''(6,35 mm) × 6''(152,4 mm) Simpson Strong Drive® Schrauben.
Die Befestigungselemente für
die obere Platte werden durch die obere Strebe 26 der scherkraftwiderstehenden
Konstruktionseinheit 200 und in die obere Platte der Wand
eingeführt.
Die Anzahl von Befestigungselementen für die obere Platte hängt von
den seitlichen Lasten ab, die die schwerwiderstehende Konstruktionseinheit 200 gemäß den Erwartungen
tragen muß,
und von der Festigkeit der Befestigungselemente für die obere
Platte.
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Die
Mittel 30 zum Verbinden der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 mit
dem Fundament 3 des Gebäudes
können
ebenfalls Bandanker, Schmutzschwellenanker, Bolzen, Nachrüstbolzen,
Halteteile für
eine Fundamentplatte, Bänder
oder Zugelemente oder eine Kombination davon sein. Wenn das relativ
unbewegliche Teil 3 aus einer Bodenmembran und dem Fundament
des Gebäudes besteht,
können
die Mittel zum Verbinden der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 mit dem
relativ unbeweglichen Teil 3 des Gebäudes Nägel, Schrauben, Bolzen, Nachrüstbolzen,
Rahmenanker, Winkel, Zugelemente, Platten, Bänder oder eine Kombination
davon sein. Wenn das relativ unbewegliche Teil 3 aus einer
Bodenmembran, einer tragenden Wand und dem Fundament besteht, können die
Mittel 30 zum Verbinden der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 mit
dem darunter liegenden, relativ unbeweglichen Teil 3 des
Gebäudes
Nägel,
Schrauben, Bolzen, Nachrüstbolzen, Rahmenanker,
Winkel, Zugelemente, Platten, Bänder
oder eine Kombination davon sein.
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Wie
in 1 dargestellt ist, liegt die scherkraftwiderstehende
Konstruktionseinheit 200 unmittelbar auf dem relativ unbeweglichen
Teil 3 auf.
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Die
ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 der
scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 können unmittelbar
auf dem Fundament 3 aufliegen. Dies verhindert, daß die Platte 16 zerdrückt wird,
wenn Momentreaktionen Druckkräfte
auf die ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 ausüben.
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Das
Mittel 30 zum Verbinden der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 mit
dem relativ unbeweglichen Teil 3 ist ein Fundamentanker, der
an dem relativ unbeweglichen Teil 3 verankert ist. Der
Fundamentanker ist dafür
ausgelegt, seitliche Kräfte,
die auf das relativ unbewegliche Teil 3 aufgebracht werden,
an die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 zu übertragen.
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Eine
Scheibe 31 und eine Mutter 32 können hinzugefügt werden,
um die Verbindung zu verbessern und um ein Widerstandsvermögen gegenüber nach
oben gerichteten Kräften
auf die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 bereitzustellen.
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Die
scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ist ferner
mit ersten und zweiten Ankerbolzen 17 und 17' versehen, die
an dem relativ unbeweglichen Teil 3 verankert sind und
die in der Nähe der
ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 angeordnet
sind. Die ersten und zweiten Ankerbolzen 17 und 17' sind durch
erste und zweite Halteteile 8 und 8' aufgenommen. Muttern 33,
die auf den ersten und zweiten Ankerbolzen 17 und 17' aufgesetzt
sind, wirken mit den ersten und zweiten Halteteilen 8 und 8' zusammen. Die
ersten und zweiten Halteteile 8 und 8' sind mit den
ersten und zweiten Gurthölzern 28 und 29 mittels
Holzschrauben verbunden.
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Wenn
die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 ausreichend
breit ist, wird die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 in bevorzugter
Weise mit mittleren Trägern 34 hergestellt,
die zwischen den oberen und unteren Streben 26 und 27 angeordnet
sind. Abstandsblöcke 71 und 72 sind
in der vorliegenden Anmeldung wahlweise vorhanden.
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Wie
in 1 dargestellt ist, sind die ersten und zweiten
Gurthölzer 28 und 29 der
scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 in bevorzugter
Weise aus zwei länglichen
Holzteilen 35 hergestellt, die durch Laminieren miteinander
verbunden sind.
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Als
ein Beispiel kann die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 wie
folgt aufgebaut sein: die ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 können jeweils
aus einem 2¾''(69,85 mm) × 3''(76,2 mm) × 90½''(2298,7 mm) SYP Glulam aufgebaut sein.
Die obere Strebe 26 kann aus einem 2¾''(69,85 mm) × 3''(76,2 mm) × 42''(1066,8
mm) SYP Glulam aufgebaut sein, mit zwei 1''(25,4
mm) × 1
7/8''(47,625 mm) Schlitzen 36,
1 1/8''(28,575 mm) von dem
Ende der unteren Strebe und zwei 21/32''(16,67
mm) × 1 5/8''(41,275 mm) Schiltzen 37, 6¼''(158,75 mm) von dem Ende der unteren
Strebe, und ein 1 21/32''(42,07 mm) × 1 5/8''(41,275 mm) Schlitz 38, zentriert
in dem unteren Gurtholz. Zwischenliegende Pfosten 34 können 1½''(38,1 mm) × 3''(76,2
mm) × 87¾''(2,228,85 mm) sein und jeweils mit zwei
19d × 3''(76,2 mm) Nägeln von der Oberseite und
Unterseite eingebaut sein. Das ebene scherkraftwiderstehende Element 19 kann
eine einzelne OSB (Strukturteil 1) 47¾''(1212,85
mm) × 92½'(2349,5 mm) × 15/32''(11,9 mm) sein, die an die Streben 26 und 27 genagelt
ist, und Gurthölzer 28 und 29.
Kantenstreifen aus Metall, die in den Zeichnungen nicht dargestellt
sind, sind auf die Kanten der Streben 26 und 27 und
der Gurthölzer 28 und 29 genagelt.
Metallische Platten 29 verbinden die unteren Enden der
Gurthölzer 28 und 29 mit
der unteren Strebe 27. Halteteile 8 und 8' sind an den
Gurthölzern 28 und 29 befestigt, wie
in 1 und 2 dargestellt ist.
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Die
momentwiderstehenden länglichen
Bänder 1,
die auf den ersten und zweiten Gurthölzern 28 und 29 befestigt
sind, sollten eine Breite haben, die gleich wie oder etwas geringer
als die Breite der Gurthölzer
ist, und weisen eine Länge
auf, die sich über einen
wesentlichen Abschnitt der Länge
der Gurtbänder
erstreckt, und weisen eine Dicke und sonstige Ausführung auf,
die für
die speziellen Kräfte
berechnet ist, wie sie durch den Auslegungsingenieur und/oder für gesetzliche
Anforderungen benötigt werden.
Die momentwiderstehenden länglichen
Bänder 1 sollten
an einem Punkt unmittelbar jenseits des unteren Endes der ersten
und zweiten Halteteile 8 und 8' enden. Ein Muster von Befestigungselementen
ist in 4 dargestellt und sollte durch den Auslegungsingenieur
und/oder gesetzliche Anforderungen bereitgestellt werden. Die verwendeten
Befestigungselemente sollten ¼'' × 6''(6,35 mm × 152,4 mm) Schrauben sein,
spezifiziert durch den Ingenieur oder durch das anwendbare Baugesetz.
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Die
Wirkungsweise des ersten momentwiderstehenden länglichen Bands in der ersten
scherkraftwiderstehenden Anordnung 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann am besten verstanden werden, indem auf 1 und 3 Bezug
genommen wird. Wenn eine Scherkraft 6 auftritt, die auf
ein längliches
strukturelles Teil 4 wirkt, wie etwa bei einem seismischen
Ereignis, werden nach oben gerichtete Kräfte über das strukturelle Teil 4 an
die scherkraftwiderstehende Anordnung 2 übertragen.
Einer Bewegung des strukturellen Teils 4 nach oben wird
durch eine Widerstandskraft 42 entgegengewirkt, die durch das
Fundament oder durch ein anderes relativ unbewegbares Teil 3 ausgeübt wird.
Die Scherkräfte
werden über
zwei Wege an das erste Halteteil 8 übertragen. Auf dem ersten Weg
wird eine Scherkaft 6 über das
längliche
strukturelle Teil 4 an das erste Halteteil 8 übertragen,
und zwar unmittelbar über
Schrauben als Befestigungselemente 11 an das erste Halteteil 8. Auf
einem zweiten Weg wird die Scherkraft 6 über das
strukturelle Teil 4 an das erste Halteteil 8 über Schrauben
als Befestigungselemente 7 an das erste momentwiderstehende
Band 1 übertragen
und von dort über
Schrauben als Befestigungselemente 11. Die Scherkräfte 6 werden
dann über
den Sitzträger 13 des
ersten Halteteils 8 an den mit Gewinde versehenen Ankerbolzen 12 und
von dort an das Fundament 3 übertragen.
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Scherwiderstandskräfte 42 und 42', die nach unten
entlang der Achse 43 des Verankerungsbolzens wirken, haben
zur Folge, daß Momentkräfte 44 aufgebracht
werden, mit Momentarmlängen 45,
die gleich dem Abstand zwischen der hinteren Fläche 46 der Halteteile 8 und 8' und der Mittellinie 43 des
Ankerbolzens 12 sind. Die Scherkräfte 6' veranlassen auf diese Weise die
Momentwiderstandskräfte 42 dazu,
die Sitzträger 13 der
Halteteile 8 und 8' in
Richtungen im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn zu drehen,
wie bspw. durch den Pfeil 44 dargestellt ist; auf diese
Weise werden die Holzfasern 47 und 47' unmittelbar
benachbart zu den Sitzträgern 13 der Halteteile 8 und 8' tendenziell
zusammengedrückt. Die
Momentkräfte
wie etwa die Momentkraft 44 versuchen ferner, die unteren
Abschnitte der Gurthölzer 28 und 29 in
Richtungen im Uhrzeigersinn bzw. im Gegenuhrzeigersinn durchzubiegen.
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Da
die Heftwirkung der Anzahl von Schrauben 11, die die Halteteile 8 und 8' mit den ersten
und zweiten momentwiderstehenden länglichen Bändern 1 und 1' verbinden,
zur Folge hat, daß die
ersten und zweiten scherkraftwiderstehenden Anordnungen 2 und 2', einschließlich der
Halteteile 8 und 8' und
eines Abschnitts der ersten und zweiten momentwiderstehenden länglichen
Bänder 1 und 1' in lagenmäßiger Übereinstimmung
mit dem Halteteilen 8 und 8' und der Abschnitte der Gurthölzer 27 und 28,
die durch Schrauben 11 gehalten sind, als versteifende Einheiten
zu wirken, wird die Durchbiegung in den Gurthölzern 28 und 29 benachbart
zu den Halteteilen 8 und 8' reduziert, und auf diese Weise
wird verhindert, daß die
Momentkräfte 44 zur
Folge haben, daß die
Gurthölzer 28 und 29 vorzeitig
versagen.
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Die
Wirkungsweise der ersten und zweiten momentwiderstehenden länglichen
Bänder
in der scherkraftwiderstehenden Konstruktionseinheit 200 nach
der vorliegenden Erfindung kann am besten verstanden werden, indem
auf 1 und 3 Bezug genommen wird. Wenn
eine Scherkraft 6' auftritt, die
auf die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 einwirkt,
wie etwa bei einem seismischen Ereignis, werden nach oben gerichtete
Kräfte
durch die ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 an
die scherkraftwiderstehenden Anordnungen 2 und 2' übertragen. Einer nach oben gerichteten Bewegung der
ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 wird durch
die Widerstandskräfte 42 und 42' entgegengewirkt,
die durch das Fundament 3 oder durch ein anderes relativ
unbewegliches Teil ausgeübt
werden. Die Scherkräfte 6' werden entlang
von zwei Wegen an die ersten und zweiten Halteteile 8 und 8' übertragen.
Auf dem ersten Weg wird die Scherkraft 6' über die ersten und zweiten
Gurthölzer 28 und 29 an
die ersten und zweiten Halteteile 8 und 8' übertragen, und
zwar unmittelbar über
Schrauben als Befestigungselemente 11 an die ersten und
zweiten Halteteile 8 und 8'.
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Auf
einem zweiten Weg wird die Scherkraft 6' durch die ersten und zweiten Gurthölzer 28 und 29 an die
ersten und zweiten Halteteile 8 und 8' übertragen, und
zwar über
Schrauben als Befestigungselemente 7 an die ersten und
zweiten momentwiderstehenden Bänder 1 und 1', und von dort über Schrauben
als Befestigungselemente 11.
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Die
Scherkräfte 6' werden dann über die Sitzträger 13 der
ersten und zweiten Halteteile 8 und 8' an die mit
Gewinde versehenen Ankerbolzen 12 und 12' und von dort
an das Fundament 3 übertragen.
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Die
Scherwiderstandskraft 42, die nach unten entlang der Achse 43 des
Ankerbolzens wirkt, hat eine Momentkraft 44 zur Folge,
die mit einer Momentarmlänge 45 gebildet
werden muß,
die gleich dem Abstand zwischen der Rückseite 46 des Halteteils 8 und
der Mittellinie 43 des Ankerbolzens 12 ist. Die Momentkraft 6' hat auf diese
Weise eine Momentwiderstandskraft 42 zur Folge, um den
Sitzträger 13 des
Halteteils 8 in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen,
wie durch den Pfeil 44 verdeutlicht ist; auf diese Weise
besteht die Tendenz, die Holzfasern 47 unmittelbar benachbart
zu dem Sitzträger 13 des
Halteteils 8 zusammenzudrücken. Die Momentkraft 44 hat
ferner die Tendenz, den unteren Abschnitt des strukturellen Teils 4 in
einer Richtung im Uhrzeigersinn durchzubiegen, wie in 3 dargestellt
ist.
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Da
die Heftwirkung der Anzahl von Schrauben 11, die das Halteteil 8 mit
dem ersten momentwiderstehenden länglichen Band 1 verbinden,
zur Folge hat, daß die
erste scherkraftwiderstehende Anordnung 2, einschließlich des
Halteteils 8, eines wesentlichen Teils des ersten momentwiderstehenden
länglichen
Bands 1 in lagemäßiger Übereinstimmung
mit dem Halteteil 8 und eines wesentlichen Abschnitts des
länglichen
strukturellen Teils 4, das durch die Schrauben 11 gehalten
ist, als eine Versteifungseinheit mit erheblicher Länge wirkt,
wird eine Durchbiegung in dem länglichen
strukturellen Teil 4 benachbart zu dem Halteteil 8 reduziert,
und auf diese Weise wird verhindert, daß die Momentkraft 44 zur
Folge hat, daß das
strukturelle Teil 4 vorzeitig versagt.
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Scherkräfte können auch
durch seitliche Kräfte 5 verursacht
werden, die auf die scherkraftwiderstehende Konstruktionseinheit 200 wirken.
Eine solche seitliche Kraft 5 wandelt sich in eine nach oben
gerichtete Kraftkomponente um, die auf das zweite Gurtholz 29 wirkt
und der die gleichen Elemente auf die gleiche Art und Weise entgegenwirken, wie
es unmittelbar zuvor erläutert
worden ist.
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Die
seitliche Kraft 5, die auf die scherkraftwiderstehende
Konstruktionseinheit 200 wirkt, hat zu einer Beschränkung der
Struktur geführt,
um höhere Momentkräfte bewältigen zu
können,
die von speziellen seismischen und Windereignissen herrühren.
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Insbesondere
kann man erkennen, wobei auf 3 Bezug
genommen wird, daß einer
Scherkraft 6, die entlang der Achse 41 des zweiten
Gurtholzes 29 wirkt, durch eine Widerstandskraft 42 entgegengewirkt
wird, die nach unten entlang der Achse 43 des mit Gewinde
versehenen Ankers 12 wirkt. Diese beiden gleichen und einander
entgegengesetzten Scherkräfte
resultieren in einer Momentkraft, die durch den Pfeil 44 in 3 angedeutet
ist und die einen Momentenarm 45 aufweist, der gleich dem
Abstand zwischen der Achse 42 des mit Gewinde versehenen
Bolzens 12 und der Achse 41 des zweiten Gurtholzes 29 ist.
Die Momentkraft 44 hatte vor der Anordnung des momentwiderstehenden
länglichen Bandes 1 zur
Folge, daß sich
das untere Ende 14 des Halteteils gebogen hatte und in
der gleichen Richtung wie die Momentkraft 44 gedreht hatte,
wie dies durch den Pfeil angezeigt ist. Diese Biegung des Endes
des Halteteils hatte zwei Probleme zur Folge. Als erstes hatte eine
Biegung des Endes 14 des Halteteils 8 ein lokalisiertes
Zerdrücken
der Holzfasern benachbart zu dem Ende 14 des Halteteils 8 zur
Folge. Dieses Zerdrücken
der Holzfasern 47 hatte eine Schwächung des zweiten Gurtholzes 29 in
Druckrichtung zur Folge. Als zweites führt die Biegung des Endes 14 des
Halteteils 8' zu
einer drehenden Kraft in dem zweiten Gurtholz 29 in der
gleichen Richtung wie der Pfeil 44. Unter bestimmten heftigen
Bedingungen wurde der Beginn des Versagens des zweiten Gurtholzes 29 erfaßt, welches
zu einem vorzeitigen Versagen der gesamten scherkraftwiderstehenden
Anordnung 2 führen
konnte. Nach der Erfassung der Ergebnisse der gewaltigen Momentkräfte in der
Struktur wurden Anstrengungen unternommen, um die Exzentrizität und die
sich daraus ergebenden Momentkräfte
zu reduzieren, die sich aus dem Abstand 45 zwischen der
Achse 43 des mit Gewinde versehenen Bolzens und der Achse 41 des
zweiten Gurtholzes ergeben. Unterschiedliche Formen von Halteteilen wurden
mit begrenzten Ergebnissen untersucht. Da es gegenwärtig nicht
bekannt ist, wie die gesamte Exzentrizität eliminiert werden könnte, wurde
die vorliegende Lösung
mit der Bereitstellung eines momentwiderstehenden länglichen
Bandteils 1 vorgeschlagen. Da ein dünnes metallisches Band einen vernachlässigbaren
Widerstand gegenüber
Biegung aufweist, und da Halteteile Bolzen zur Befestigung des Halteteils
an dem Gurtholz 29 verwendeten, wurde eine gewisse, allerdings
keine bedeutsame Verbesserung festgestellt. Der Durchbruch trat
auf, als das Halteteil 8 an dem ersten momentwiderstehenden
länglichen
Band 1 und an dem zweiten Gurtholzteil mittels Befestigungsmitteln
befestigt wurde, die über
einen erheblichen Teil der Länge
des Halteteils 8 angewendet wurden.
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Das
Befestigungsmittel besteht aus Holzschrauben. Ein Spiel oder ein
Rutschen zwischen der Holzstruktur und dem momentwiderstehenden
länglichen
Band ist minimiert.
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Ein
momentwiderstehendes längliches
Band 1 nach einer bevorzugten besten Ausführungsform ist
in 4, 5 und 6 dargestellt.
Als Beispiel kann das Band 1 aus 12 Maß Stahl mit einer Länge von
51¼''(1301,75 mm) und einer Breite von 2¾''(69,85 mm) bestehen. Wenn Befestigungselemente
in Form von Schrauben verwendet werden, sollten Öffnungen in dem Metall wie
folgt ausgebildet sein: In dem oberen Abschnitt des Bands 1 sollten
die Öffnungen 70 mit
Abständen
von etwa 5''(127 mm) ausgebildet
und beabstandet sein, mit einem endseitigen Randabstand von etwa
3¼''(95,25 mm). Die Öffnungen sollten mit einem
seitlichen Randabstand von etwa 27/32''(21,43
mm) versetzt angeordnet sein.
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Die Öffnungen 110 in
dem Band 1 zur deckungsgleichen Anordnung mit den Öffnungen
in dem Halteteil müssen
allerdings einen wesentlich engeren gegenseitigen Abstand aufweisen.
Beispielsweise 20 Schrauben mit ¼''(6,35
mm) werden benötigt,
um die Lasten zu halten, die einwirken und die von dem länglichen
strukturellen Holzteil 4 bspw. an die Halteteile 8 und 8' übertragen
werden müssen.
In typischer Weise sind die Öffnungen 110 in
drei Reihen angeordnet, wobei der gegenseitige Abstand in jeder
Reihe versetzt ist, wie dies typischerweise erforderlich ist, um
zu verhindern, daß das
Holz splittert. In typischer Weise sollte der gegenseitige Abstand
in Längsrichtung
zwischen einer beliebigen Öffnung
von einer der drei Reihen ein Minimum von 5/8''(15,875
mm) betragen, mit einem Randabstand von zwischen 5/8''(15,875 mm) bis ¾''(19,05
mm). Die mittlere Reihe von versetzten Schrauben sollte einen Randabstand
von 1¼''(31,75 mm) aufweisen. Der Abstand der
untersten Öffnungen 110 sollte
etwa 6''(152,4 mm) von dem
unteren Rand des Bands 1 betragen.
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Die
Wahl eines länglichen
Streifens 1, der zwischen dem metallischen Halteteil 8 und
dem strukturellen Holzteil angeordnet wurde, hatte drei unterschiedliche
Vorteile zur Folge, die gemeinsam zu der Fähigkeit der Verbindung führen, sicher
größeren Scher-
und Momentkräften
zu widerstehen.
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Die
ersten Aufgabenstellung beim Übertragen
von großen
Scherkräften
von dem hölzernen Rahmen
zu dem Fundament ist relativ klar. Dadurch, daß ein langes Band 1 bereitgestellt
wird, werden Scherlasten über
die beabstandeten Befestigungselemente 7 über einen
relativ langen Abstand übertragen.
Anstelle daß die Übertragung
der Last von dem hölzernen
Teil 4 lediglich an dicht beabstandeten Schrauben 11 an
dem Halteteil 8 konzentriert wird. Dadurch, daß die Scherbelastung
aus dem hölzernen
Teil 4 herausgenommen wird, beginnend an der Oberseite
des Bandes, und daß diese
an das metallische Band 1 übertragen wird, ist bis zu
der Zeit, zu der die Scherkräfte
in dem hölzernen
Teil 4 sich dem Halteteil annähern, ein großer Teil
der Spannung bereits an das metallische Band 1 übertragen
worden. Diese Anordnung bringt die Möglichkeit mit sich, das Halteteil
zu kürzen
und auf diese Weise das Gewicht und die Länge des Halteteils 4 zu
reduzieren.
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Während das
längliche
Band 1 Scherkräfte
in effektiver Weise übertragen
hat, ist eine wesentlich wichtigere Lösung für die Momentkräfte 44,
die ihren Ursprung in dem Halteteil 8 haben, aufgetreten.
Vorzeitige Versagensereignisse in den Gurthölzern 28 und 29 aufgrund
von seitlichen Scherkräften 5,
die auf die Scherkraft widerstehende Konstruktionseinheit 200 aufgebracht
wurden, wurden abgebogen. Die Gründe
für dieses
plötzliche
erfolgreiche Ergebnis sind nicht ohne weiteres einsichtig.
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Zusammengesetzte
Wirkung
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Zwei
Analogien werden dargelegt, um den Erfolg des länglichen Bands 1,
welches vorliegend vorgeschlagen wird, zu erklären.
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Als
erstes sei die Wirkung einer stählernen Zugstange
in einem Balken aus Beton betrachtet. Es ist gut bekannt, daß die Anordnung
einer stählernen Zugstange
für hohe
Spannungen in dem unteren Bereich des aus Beton bestehenden Trägers den
Biegemomenten entgegenwirkt und den Träger in die Lage versetzt, wesentlich
größere Lasten
zu tragen. Der Schlüssel
für den
Erfolg des Zugstangenelements liegt in seiner Fähigkeit, innerhalb und in einem
verriegelten Kontakt mit dem Beton über einen relativ langen Weg
zu verbleiben, ohne zu rutschen. Mit anderen Worten werden die Kräfte in dem
unteren Bereich des Betons nur dann an die Zugstange übertragen,
um diese unter Spannung zu setzen, wenn die Kräfte entlang eines wesentlichen
Längenabschnitts der
Zugstange verteilt sind, ohne in Bezug auf den Beton zu rutschen.
In einer ähnlichen
Weise müssen die
Scherkräfte
entlang eines wesentlichen Teils des länglichen Bands 1 nach
der vorliegenden Erfindung ohne Durchrutschen verteilt werden. Dies
wird dadurch erreicht, daß das
stählerne
Band 1 entweder kontinuierlich durch Klebstoffe oder mit
engen Zwischenräumen
durch Befestigungselemente wie etwa durch Holzschrauben befestigt
wird. Diese Verbindung von Elementen hat zur Folge, daß die Elemente gemeinsam
wirken, was zu einer zusammengesetzten oder Verbundwirkung führt.
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Eine
zweite Analogie ist ebenfalls lehrreich, um das Ergebnis zu verstehen,
das durch die Verwendung eines länglichen
Bands 1 erzielt wird. Es sei als Beispiel die Notwendigkeit
betrachtet, einen relativ langen Abstand beim Bau von Gebäuden zu überspannen.
Wenn drei Elemente verwendet werden sollten, und diese in der Form
eines „I" angeordnet werden sollten,
nämlich
ein hölzerner
Träger
auf einer Schmalseite als Steg und zwei Platten, von denen eine
auf ihrer Seite an der Oberseite der Stegplatte angeordnet wird
und eine zweite Platte auf ihrer Seite an der Unterseite der Stegplatte,
hätte dieser
Träger
aus drei Elementen, wenn keine der Platten verbunden wäre, eine
relativ niedrige Schwelle in der Fähigkeit, Lasten zu tragen.
Auf der anderen Seite hat man dann, wenn alle drei Platten kontinuierlich oder
nahezu kontinuierlich miteinander verbunden sind, das, was in üblicher
Weise als ein „I"-Träger bekannt
ist, der bekannte Eigenschaften zum Tragen von großen Lasten über relativ
lange Spannweiten besitzt.
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Wiederum
sei die vorstehend genannte Analogie auf die vorliegende Erfindung
angewendet. Das kombinierte hölzerne
Rahmenteil 4 und das längliche Band 1,
wenn sie nicht miteinander verbunden sind, weisen eine geringe zusätzliche
Fähigkeit
auf, um Momentkräften
zu widerstehen. Auf der anderen Seite, wenn sie kontinuierlich oder
in relativ kurzen Intervallen miteinander verbunden sind, kann die
kombinierte oder verbundartige Anordnung wesentlichen größeren Momentkräften widerstehen,
wenn die Teile nicht die Möglichkeit
haben, relativ zueinander über einen
wesentlichen Teil ihrer Länge
zu verrutschen.
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Zusätzlich zu
der vergrößerten Widerstandsfähigkeit
gegen Momente und Scherkräfte
aufgrund der Verwendung eines Bands 1 wird eine weiterhin vergrößerte Widerstandsfähigkeit
gegen Momente durch die Verwendung eines Halteteils mit einem longitudinalen
Versteifungsmittel erzielt, wie dies durch zumindest einen und vorzugsweise
zwei Flansche 9 bereitgestellt wird. Auf diese Weise stellt
die gesamte Anordnung, die zusammenwirkend als eine sandwichartige
Anordnung wirkt, durch die Heftwirkung der Anzahl von Befestigungselementen,
die die gesamte Anordnung zusammenheften, die aus dem Flansch 9,
der Rückseite 46 des
Halteteils 8, dem momentwiderstehenden länglichen
Band 1 und dem zweiten hölzernen Gurtteil 29 besteht,
eine momentwiderstehende Struktur bereit, um der Biegung des Endes 14 des
Halteteils 8 zu widerstehen. Die Wirkung dieser versteifenden
Struktur ist die vergrößerte Fähigkeit
der scherkraftwiderstehenden Anordnung 2, größeren Kräften zu
widerstehen, die durch seismische Ereignisse und Wind hervorgerufen
werden. Während
eine detaillierte Wirkungsweise der Kräfte auf dem zweiten Gurtelement 29 und
dem ersten Halteteil 8 beschrieben worden ist. Eine ähnliche
Wirkungsweise der Scher- und
Momentkräfte
tritt auf dem Halteteil 8' und
dem ersten Gurt 28 auf, wenn eine Umkehr der seitlichen
Kräfte 5 auftritt,
und wird aus Gründen
der Kürze
der Darstellung nicht wiederholt. Auf diese Weise ist für einen
relativ geringen finanziellen Aufwand bei der Ersetzung von Bolzen durch
Schrauben und der Hinzufügung
eines momentwiderstehenden länglichen
Bands inform eines relativ dünnen
metallischen Bands eine erheblich verbesserte strukturelle Verstärkung erhalten
worden.
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Es
wird empfohlen, daß die
Schrauben 7 und 11 spezielle, gegen Scherung widerstandsfähige Holzschrauben
sind, die von der Simpson Strong-Tie Company Inc. hergestellt werden
und unter der Bezeichnung SDS® 1/4 × 3 oder SDS® 1/4/ × 6 vertrieben
werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Diese Schrauben sind
vollständig
in dem US-Patent 6,109,850 beschrieben, das am 29. August 2000 erteilt
worden ist.