AT517545A1 - Vorgefertigte Elemente aus beplankten Stahlrahmen zum Bau eines Gebäudes - Google Patents

Vorgefertigte Elemente aus beplankten Stahlrahmen zum Bau eines Gebäudes Download PDF

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AT517545A1 ATA505/2015A AT5052015A AT517545A1 AT 517545 A1 AT517545 A1 AT 517545A1 AT 5052015 A AT5052015 A AT 5052015A AT 517545 A1 AT517545 A1 AT 517545A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft industriell vorgefertigte Elemente (1) zum Errichten von Bauwerken, welche aus einem Rahmen (2) aus Blechprofilen (3) und einer Beplankung (4) aus einem Holzwerkstoff bestehen, wobei die C-förmigen Profile (3) mit ihren langen Stegen (5) die Stirnseiten des Rahmens (2) bzw. des Elements (1) bilden. Diese Elemente (1) haben ein sehr gutes Verhältnis von niedrigem Gewicht und großer Tragfähigkeit und können daher trotz einer fertigteilähnlichen Größe von zwei Bauarbeitern von Hand getragen und montiert werden. Die Elemente (1) sind standardisiert und können industriell vorgefertigt werden, wobei durch den einfachen Aufbau ein hoher Automatisierungsgrad und damit ein sehr guter Preis erreicht werden kann, welcher unter dem der bekannten Holzriegelfertigteile liegt.

Description

Die Erfindung betrifft industriell vorgefertigte Bauelemente zum Errichten von Bauwerken, welche aus einem Rahmen aus Blechprofilen und einer Beplankung aus einem Holzwerkstoff bestehen.
Stand der Technik:
Gebäude aus Fertigteilen sind vielfach bekannt. Es gibt auch Gebäude, welche aus vorgefertigten Elementen hergestellt werden, wie sie z.B. aus der WO 2013 017 900 Al, der DE 10 2008 048 800 Al, der DE 198 32 410 Al, oder DE 101 29 984 Al bekannt sind. Alle diesen bekannten Lösungen haben den Nachteil, dass die vorgefertigten Elemente so groß und/oder so schwer sind, dass zu ihrer Montage große Kräne notwendig sind und für Ihren Transport spezielle Lastwagen. Teilweise haben die vorgefertigten Elemente die Größe einer gesamten Außenwand, oder einer halben Außenwand. Diese bekannten Lösungen haben also den Nachteil, dass sowohl der Transport, als auch die Montage der vorgefertigten Elemente teuer und umständlich ist und dass Eigenleistung beim Bauen unmöglich ist, wegen der Notwendigkeit eines Krans zur Montage. Außerdem werden diese Teile meistens speziell für ein bestimmtes geplantes Gebäude vorgefertigt, damit kann der Kostenvorteil von großen Stückzahlen nicht realisiert werden.
Aus dem Stand der Technik sind außerdem auch kleine standardisierte (oder modulare) vorgefertigte Elemente bekannt, wie z.B. aus der EP 744 507 Al oder der DE 102 55 717 Al. Zwar sind diese Elemente so leicht, dass sie von Bauarbeitern mit der Hand bewegt werden und montiert werden können und auch in Eigenleistung, z.B. mit einem Pritschenwagen, zur Baustelle transportiert werden können. Jedoch sind diese Elemente so klein, dass die Erstellung einer Wand sehr lange dauert und außerdem viele komplizierte Schritte erfordert, außerdem sind diese Elemente kompliziert aufgebaut und teuer, sodass es hier keine Vorteile zu einer modernen Ziegelmauer mehr gibt, weder bei den Kosten noch bei der Bauzeit, da moderne Hohllochziegel auch schon bis zu 50cm lang und bis zu 24 cm hoch sind.
Aus dem Stand der Technik ist außerdem noch der sogenannte Stahlleichtbau bekannt, wo beim Bauen zuerst eine Rahmenkonstruktion aus Stahlblechprofilen erstellt wird und dann das fertige Stahlskelett meistens beidseitig beplankt wird. Eine solche Bauweise ist z.B. in der Internetveröffentlichung http:// www.stahl-online.de/wp- content/uploads/2013/10/D560 Haeuser in Stahlleichtbauweisel.pdf offenbart, wobei es auch hier Überlegungen zur Vorfertigung gibt, siehe das entsprechende Kapitel, Seiten 20-22 des Artikels.
Aufgabe der Erfindung:
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, vorgefertigte Bauelemente anzugeben, welche so groß sind und so einfach zu verbinden, dass die Erstellung einer Wand ähnlich schnell möglich ist, wie bei einem Fertigteilbau, wobei jedoch die einzelnen Elemente so leicht und handlich sind, dass sie von
Hand von zwei Bauarbeitern getragen und montiert werden können, also auch in Eigenleistung, wobei die Elemente billiger sein sollen wie die bekannten Holzriegelfertigteile. Lösung der Aufgabe:
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Durch die neuartige Kombination eines Rahmens aus Blechprofilen mit einer leichten Beplankung aus einem Holzwerkstoff wird ein bisher nicht realisierbares Verhältnis von niedrigem Gewicht und großer Tragfähigkeit erreicht. Damit wird es möglich, vorgefertigte Elemente zu produzieren, die so leicht und handlich sind, dass sie von Hand von zwei Bauarbeitern getragen und montiert werden können, billiger sind als bekannte Holzriegelfertigteile und so groß sind und einfach und schnell zu verbinden sind, dass damit eine Wand oder ein ganzes Gebäude in kurzer Zeit erstellt werden kann, ähnlich wie beim Fertigteilbau.
Die Blechprofile, bzw. die aus ihnen hergestellten Rahmen sind langlebiger, also wertbeständiger als Holzriegel, leichter, wiederverwendbar oder aber auch recyclebar. Es wird also weniger Bauholz verbraucht, dessen Preise immer mehr steigen.
Die erfindungsgemäßen Bauteile gemäß den Ansprüchen 9 und 11 sind standardisiert, bzw. modular, also wie fixe Bausteine und nicht speziell auf das jeweilige geplante Gebäude abgestimmt wie im jetzigen Stand der Technik. Dadurch kann der Kostenvorteil von großen Stückzahlen realisiert werden, also auch der Kostenvorteil einer weitgehend automatisierten Fertigung. Auch der Kostenvorteil der Fertigung in einem Billiglohnland kann realisiert werden, weil der Kontakt zwischen Baustelle und Fertigung entfällt.
Eine Beplankung aus OSB-Platten, Sperrholz, odereinem Holzverbundwerkstoff gemäß Anspruch 3 ist leichter und steifer, insbesondere verwindungssteifer, als eine Beplankung z.B. aus Wellblech oder gar flachem Blech, wie aus dem Stand der Technik bekannt, was für die erfindungsgemäßen Elemente wesentlich ist. Denn gemäß Aufgabe der Erfindung soll ja ein möglichst gutes Verhältnis von niedrigem Gewicht und Tragfähigkeit erreicht werden, damit die Elemente bei einem Gewicht, welches eine Montage und Transport per Hand ermöglicht, möglichst groß sein können, sodass Aufstellzeiten wie beim Fertigteilbau erreicht werden können.
Zur Optimierung der Tragfähigkeit bei geringem Gewicht kann noch eine fachwerkliche Aussteifung der Stahlrahmen gemäß Anspruch 6 vorgesehen werden, was vor allem bei Überlagern wichtig ist. Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 7 und 8 können verschiedene Verbindungsmöglichkeiten der einzelnen Elemente bei der Montage angewendet werden. Je nach der Ausrüstung der Bauarbeiter auf der Baustelle und Anforderungen an die Festigkeit der Verbindungen der einzelnen Elemente und Anforderungen an die Schnelligkeit der Montage, können Blechschrauben, Nägel oder Nieten angewendet werden, wie sie aus dem Stahlleichtbau an sich bekannt sind. Es können alle Schrauben verwendet werden, die zur Verbindung von Blechen dieser Wandstärke geeignet sind, wie z.B. selbstbohrende Schrauben, „Blechtreiber", usw.
Zum Verbinden zweier Elemente sind auch noch Keil- oder Exzenterverschlüsse möglich, also ähnlich jenen Verschlüssen zum schnellen Verbinden der Wände von vorgefertigten Möbelstücken. Solche Verbindungen bieten sich bei beidseitig beplankten Elementen an.
Durch die Merkmale von Anspruch 10, den Zentriervorrichtungen, wird ein schnelles Aneinanderfügen der Elemente beim Verbinden erreicht, was die Geschwindigkeit des Bauens weiter steigert. Solche Zentriervorrichtungen können z.B. durch Einprägungen in die Blechprofile hergestellt werden.
Gemäß Anspruch 15 könne die C-Profile oder U-Profile aus verzinktem Stahlblech, korrosionsgeschütztem Stahlblech, Aluminiumblech oder Nirosta-Blechen hergestellt werden, je nach Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit, Preis und Verhältnis von Gewicht zu Tragfähigkeit.
Durch die Merkmale von Anspruch 16, der Herstellung von vereinfachten erfindungsgemäßen Elementen im Modellmaßstab, ergibt sich der große Vorteil, dass zu Planungszwecken und Präsentationszwecken mit wenig Aufwand ein Modell eines Bauwerks in kleinem Maßstab erstellt werden kann und solche Modelle auch leicht abgewandelt und geändert werden können.
Durch die standardisierten Elemente sind auch einfache Planungen am PC selbst durch Laien möglich, z.B. mittels zur Verfügung gestellter Komponenten in einem Freeware 3D-Programm.
Außerdem hat jedes standardisierte Element immer gleichbleibende statische Werte. Dadurch wird die Berechnung der Statik sehr vereinfacht und kann mit einem auf die Elemente abgestimmten Programm sehr leicht und billig durchgeführt werden.
Durch die Merkmale der Ansprüche 17 und 18 können Bauwerke schnell umgebaut, verändert oder zurückgebaut werden, wobei ausgebaute Elemente ohne Wertverlust wiederverwendet werden können und auch unbegrenzt lange gelagert werden können.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen
Beschreibung mit Hilfe der Zeichnungen
Fig.l Element in Ansicht, Seitenansicht und Schnitt
Fig.2 Verbindung Rahmen mit Beplankung im Schnitt
Fig.3 Blechschrauben
Fig.4 Element mit Mittelsteher
Fig.5 Element fachwerklich ausgesteift
Fig.6 Deckenelement
Fig.7 Element im Schrägriss
Fig.8 Detail Verbindung von Elementen
Fig.9 Keilspanner und Exzenterspanner Fig.10 Wand aus einzelnen Elementen
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Element(l) in einer Ansicht von innen, in einer Seitenansicht und im Schnitt. Aus C-förmigen Profilen (3) wird ein rechteckiger Rahmen(2) geformt, wobei die C-förmigen Profile(3) mit ihren langen Stegen(5) die Stirnseiten des Rahmens(2) bzw. des Elements(l) bilden. Die C-Profile(3) bestehen im Querschnitt betrachtet aus einem langen Steg(5), zwei Winkelstegen(6) und zwei kurzen Stegen(7), wie im Schnitt A-A der Fig. 1 und in Fig. 2 und Fig. 8 ersichtlich ist. Anstatt C-förmigen Profilen (3) sind auch U-förmige Profile möglich. Die U-förmigen Profile glichen den C-förmigen Profilen (3), jedoch fehlen die kurzen Stege(7) der C-förmigen Profile(3). Solche C-Profile (3) bzw. U-Profile sind aus dem sogenannten Stahlleichtbau bekannt und bewährt, werden jetzt schon in großer Stückzahl hergestellt und sind daher billig. Die einzelnen C-Profile(3) werden untereinander vorzugsweise durch Schweißen, z.B. durch Punktschweißen, verbunden, um den Rahmen(2) zu formen, was bei Serienfertigung in großer Stückzahl mit einem Industrieroboter sehr billig durchgeführt werden kann. Es sind aber auch andere Verbindungsarten möglich, lösbare und unlösbare, wie sie aus dem Maschinenbau oder Stahlbau bekannt sind, um aus den C-Profilen(3) einen Rahmen(2) zu formen. An dem fertigen Rahmen(2) wird dann die Beplankung(4) fest angebracht. Diese Beplankung(4) kann aus z.B. einer OSB-Platte, einer Spanplatte, einer Sperrholzplatte oder einem Holzverbundwerkstoff bestehen. Wichtig ist, dass durch das Zusammenwirken von Rahmen(2) und Beplankung(4) die Steifigkeit bzw. Festigkeit gegen Verwindung und Knickung stark erhöht wird. Dadurch wird ein bisher nicht realisierbares Verhältnis von niedrigem Gewicht und großer Tragfähigkeit erreicht. Dadurch können die Elemente(l) so leicht sein, dass sie von Hand bewegt und montiert werden können und trotzdem so groß, dass eine Montagegeschwindigkeit ähnlich einem Fertigteilbau erreicht wird.
Fig. 2 zeigt, dass die Beplankung(4) vorzugsweise mittels Schrauben(13) mit dem Rahmen(2) verbunden wird. Es können auch Nägel oder Nieten verwendet werden. Zusätzlich kann die Beplankung(4) noch mit dem Rahmen(2) verklebt werden. Es sind aber auch andere Verbindungsarten von Rahmen(2) und Beplankung(4) möglich, wie sie aus dem Maschinenbau, Stahlbau oder Fertigteilbau bekannt sind. Wichtig, dass Rahmen(2) und Beplankung(4) so fest verbunden sind, dass sie sich gegenseitig aussteifen, dass also die Schubspannungen von der Beplankung(4) gut auf den Rahmen(2) übertragen werden und umgekehrt, dass sich also Beplankung(4) und Rahmen(2) nicht gegeneinander verschieben können. In Fig. 2 wird eine Verbindung mittels Schrauben(13) dargestellt. Vorzugsweise wird die Beplankung(4) des Rahmens(2) nur auf einer Seite in der industriellen Vorfertigung durchgeführt, damit die Innenseiten der C-Profile(3) für die Montage frei bleiben. Nach dem Zusammenfügen auf der Baustelle können die verbundenen Elemente(l) dann z.B. mit Wärmedämmung gefüllt werden und dann auf der zweiten Seite beplankt werden.
Fig. 3 zeigt selbstbohrende Schrauben(13), welche verwendet werden, um den Rahmen(2) mit der Beplankung(4) zu verbinden. Dazu werden vorzugsweise Senkkopfschrauben verwendet. Für die Verbindung von zwei Elementen(l) werden vorzugsweise Schrauben mit flachem Kopf, z.B. Sechskantschrauben verwendet.
Fig. 4 zeigt ein Element(l) mit einem Mittelsteher(ll). Ein solcher Mittelsteher(ll) kann vorteilhaft sein, wenn das Element(l) eine größere Breite erreicht. Selbstverständlich kann die Beplankung(4) auch mit dem Mittelsteher(ll) verbunden werden.
Fig. 5 zeigt ein Element(l), welches mit schräg verlaufenden C-Profilen(12) fachwerklich ausgesteift ist. Solche Lösungen bieten sich z.B. bei Überlagern(UE) an, oder bei besonders großen Anforderungen an die Festigkeit. Eine weitere Steigerung der Festigkeit, insbesondere gegen Verwindung und Knickung kann erreicht werden, wenn die schräg verlaufenden C-Profile(12) mit der Beplankung(4) verbunden sind.
Fig. 6 zeigt ein Deckenelement(DE) mit den spezifischen erfindungsgemäßen Ausführungen.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Elements(l) im Schrägriss
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verbindung von zwei Elementen(l) im Detail in einer Schnittzeichnung. Zwei Elemente(l) werden miteinander so verbunden, dass die langen Stege(5) der C-Profile(3), welche die Stirnseiten der Elemente(l) bilden, aneinander anliegen und z.B. durch Blechschrauben(13) fest verbunden werden. Das Versetzen der Blechschrauben(13) kann mit Schraubmaschinen, welche mit einer großen Anzahl von Blechschrauben(13) geladen sind, auf der Baustelle sehr schnell und billig erfolgen. Vorzugsweise werden selbstbohrende Blechschrauben(13) verwendet, wie sie in Fig. 3 genauer dargestellt sind.
Anstatt einer Verbindung mittels Blechschrauben(13) sind auch Verbindungen mit Nägeln oder Nieten möglich. Mit Nagelmaschinen bzw. Bolzensetzgeräten oder modernen Nietmaschinen kann die Montage der Elemente(l) auf der Baustelle sehr schnell und billig erfolgen.
Fig. 9 zeigt schematisch Keilspanner und Exzenterspanner. Solche Verbindungen kommen dann zum Einsatz, wenn die Elemente(l) schon bei der industriellen Vorfertigung beidseitig beplankt sind und die Innenseiten der Blechprofile(3) dadurch nicht mehr zugänglich sind. Die Verbindung der Elemente(l) erfolgt in diesem Fall ähnlich wie das Verbinden der Wände von vorgefertigten Möbelstücken.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Wand, welche aus einzelnen erfindungsgemäßen Wandelementen(Al, A2, A3, Bl, B2, Cl, UE1, UE3, DE) aufgebaut ist. Es sind auch Deckenelemente(DE) dargestellt, welche in diesem Fall auf den Überlagern(UEl, UE3) aufliegen, wobei in dieser Ansicht nur die schmale Stirnseite der Deckenelemente(DE) sichtbar ist.

Claims (18)

  1. Vorgefertigte Elemente aus beplankten Stahlrahmen zum Errichten eines Bauwerks Patentansprüche:
    1. Elemente (1) zum Errichten eines Bauwerks, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Rahmen(2) aus Blechprofilen(3) und einer Beplankung(4) aus einem Holzwerkstoff bestehen, welche vorzugsweise industriell vorgefertigt werden, wobei die Größe der einzelnen Elemente(l) so gewählt wird, dass sie von zwei Mann getragen und aneinandergefügt werden können und dass mehrere Elemente(l) auf einer Palette gestapelt werden können.
  2. 2. Elemente(l) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechprofile(3) als C-förmige oder U-förmige Profile aus Blech ausgeführt werden, wie sie aus dem Stahlleichtbau an sich bekannt sind und dass die Blechprofile(3) zu einem rechteckigen Rahmen(2) verbunden werden, wobei die langen Stege(5) der Blechprofile(3) die äußeren Ränder, also die Stirnseiten, der Elemente(l) bilden und der Rahmen(2) auf mindestens einer Seite mit einem Holzwerkstoff beplankt wird.
  3. 3. Elemente(l) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankung(4) aus einer OSB-Platte, einer Spanplatte, einer Sperrholzplatte, oder einem Holzverbundwerkstoff besteht.
  4. 4. Elemente(l) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beplankung(4) mit dem Rahmen(2) mittels Blechschrauben(13), Nägeln, oder Nieten und/oder durch Kleben verbunden ist.
  5. 5. Elemente(l) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen(2) der einzelnen Elemente(l) bei größerer Breite zusätzlich einen Mittelsteher(ll) aus einem C-Profil(3) oder U-Profil haben.
  6. 6. Elemente(l) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen(2) der einzelnen Elemente(l) durch zusätzliche schräg verlaufende Profile(12) fachwerklich ausgesteift sind.
  7. 7. Elemente(l) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elemente(l) miteinander so verbunden werden, dass die langen Stege(5) der C-Profile(3) oder U-Profile, welche die Stirnseiten der Elemente(l) bilden, aneinander anliegen und durch Blechschrauben(13), Nägel, Nieten, Exzenterverschlüsse oder Keilverschlüsse fest verbunden werden.
  8. 8. Elemente (l)nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen zwei Elementen(l) eine lösbare Verbindung ist.
  9. 9. Elemente(l) nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass sie industriell vorgefertigt werden.
  10. 10. Elemente(l) nach Anspruch 7, dass die Blechprofile(3) zum leichteren Ausrichten zweier zu verbindender Elemente(l) Zentriervorrichtungen aufweisen.
  11. 11. Elemente(l) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine begrenzte Anzahl an grundsätzlich verschiedenen Elementen(l) erstellt wird, vorzugsweise Wandelemente(Al,A2,A3, usw.), Deckenelemente(DE) und Überlager(UEl,UE2,UE3, usw.).
  12. 12. Elemente(l) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es bei den Wandelementen(Al,A2,A3, usw.) eine Grundgröße und dazu Ausgleichselemente(Bl,B2,Cl,C2, usw.) verschiedener Größen gibt, um unterschiedliche Wandöffnungen für Fenster, Türen, oder Ähnliches, leicht realisieren zu können.
  13. 13. Elemente(l) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandelemente(Al,A2,A3, usw.) eine Höhe von ca. 240cm haben und mehrere mögliche Breiten von ca. 20cm, 31cm, 41cm, 62cm und 125cm und die Überlager(UE) eine Höhe von ca. 38cm und mehrere mögliche Breiten von ca. 31cm, 41cm, 62cm, 125cm, 178cm, 250cm und 312cm und die Ausgleichselemente(Bl,B2,usw.) eine Höhe von ca. 100 cm und Ausgleichselemente(Cl,C2, usw.) eine Höhe von ca.60cm haben.
  14. 14. Elemente(l) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die C-Profile(3) oder U-Profile(3), je nach statischen Anforderungen, im Querschnitt eine Höhe von 80-200mm, eine Breite von 45-60mm und eine Wandstärke von l-2mm haben.
  15. 15. Elemente (l)nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die C-Profile(3) oder U-Profile(3) aus verzinktem Stahlblech, korrosionsgeschütztem Stahlblech, Aluminiumblech oder Nirosta-Blechen hergestellt werden.
  16. 16. Elemente(l) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente(l) im verkleinerten Maßstab, bzw. Modellmaßstab, mit vereinfachten Verbindungen der Elemente(l), hergestellt werden, so dass zu Planungszwecken und Präsentationszwecken mit wenig Aufwand ein Modell eines Bauwerks erstellt werden kann.
  17. 17. Bauwerk aus vorgefertigten Elementen(l) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung(13) einzelner Elemente(l) lösbar ausgeführt wird, so dass ein bestehendes Bauwerk leicht erweitert, zurückgebaut oder demontiert werden kann.
  18. 18. Bauwerk aus vorgefertigten Elementen(l) nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere oder äußere Beplankung(4) der Elemente(l) und die Verbindungen(13) der Elemente(l) so entfernbar sind, dass die Elemente(l) selbst nicht zerstört werden, also beispielsweise Blechschrauben(13) lösen, oder Nieten oder Nägel aufbohren, so dass die Elemente(l) nach dem Abbau gelagert und ohne Wertverlust wiederverwendet werden können.
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