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Kurzfassung

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von komplexen räumlichen Knoten aus prismierten Querschnitten zur Herstellung räumlicher Stabkonstruktionen. Dabei werden die Knotenpunkte aus Polymerbeton, die sowohl als Krafteinleitungspunkte als auch als Verbindungsmittel dienen, mittels eingeleimter und eingegossener Stäbe an die Holzstabquerschnitte angeschlossen. Somit sind sie in der Lage Druck, Zug- und Biegemomente aus dem Gesamtsystem aufzunehmen. Die hochpräzise und montagefreundliche Konstruktion wird durch das nachträgliche Vergießen mit Polymerbeton sehr steif und entsprechend auch belastungsfähig.

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Hintergrund

Im Rahmen immer wichtiger werdender ökonomischer und ökologischer Gesamtbilanzierungen, gewinnt die Holzbauweise als Leichtbausystem immer mehr an Bedeutung. Insbesondere Wand-, Dach- und Deckenkonstruktionen in Holzbauweise sind bevorzugte Leichtbausysteme. Die Konstruktion und die Fügung von Bauteilen in Holzbauweise ist relativ einfach, ihr Trage- und Funktionsverhalten und die Relation bei statischer, dynamischer und klimatischer Beanspruchung allerdings sehr komplex. Verbindungsstöße im Holzbau übernehmen die Kraftweiterleitung von Druck-, Zug-, Schub- und Scherkräften, sowie Biegemomenten. Dabei werden in Bereichen kombinierter Beanspruchungen und Kraftumlenkungen bislang meist aufwändig hergestellte Stahl- oder Schweißformteile verwendet. Die Verbindung zwischen Holz und Stahlformteilen (Schlitzblechen) erfolgt dabei mit stiftförmigen Verbindungsmitteln (Stabdübeln, Passbolzen), welche große Lochleibungsspannungen im Holz hervorrufen. Verguss-Knotenlösungen im Ingenieurholzbau sind eine konsequente Weiterentwicklung der Technologie des Einklebens von Stahl (Stäbe oder Bleche) oder leistungsfähiger Schraubverbindungen in tragenden Holzkonstruktionen und können bisherige Fügelösungen mit Stahlformteilen ersetzen.

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Bilder & Videos

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Problemstellung

Es ist bekannt, dass faserparallel eingeklebte Stahlstäbe zwischen Holz-Holz-Verbindungen eine Kraftübertragung in voller Höhe der verfügbaren Querschnittsfestigkeit gewährleisten können. Bei zwei- und dreidimensionalen Knotenlösungen kommen bislang jedoch aufwändige und daher kostspielige Stahlverbindungen zum Einsatz, deren Übertragungskräfte wesentlich unter der Leistungsfähigkeit angeschlossener Holzquerschnitte liegen. Damit wird die Leistungsfähigkeit der Verbindung zum limitierenden Faktor der statischen Berechnung und Konstruktion. Des Weiteren sind sie entweder sehr weich (hoher Schlupf) oder in der ihrer Geometrie sehr eingeschränkt und somit sehr aufwendig in der Produktion.

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Lösung

Mit der hier beschriebenen neuartigen Knotenlösung, kann eine form- und spannungsoptimierte Kraftübertragung in komplexen Verbindungen gewährleistet werden. Als Ausgangsmaterial wird ein Werkstoffverbund aus vergußfähigem, unbewehrten Beton, Stabstahl, oder Lochblech verwendet. Dadurch entsteht ein hochbelastbarer Verbundknoten, welche in der Lage ist Druck-, Zug- und Scherkräfte, sowie Biegemomente zu übertragen. Dabei werden die Anschlüsse im Holz über leistungsfähige, eingeklebte Stahlstäbe, deren Anwendung im EC 5 normativ geregelt ist, ausgeführt. Ebenso werden bewährte Lochblechlösungen gewählt. Die Lösungen erlauben damit eine Verlagerung komplexer Kraftflüsse aus dem anisotropen Material Holz in ein quasiisotropes Knotenbauteil, dessen Festigkeitseigenschaften mittels FEM verifizierbar sind.

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Vorteile

• hochbelastbarer Verbundknoten zur Übertragung von Zug-, Druck- und Scherkräften sowie Biegemomenten
• Verlagerung komplexer Kraftflüsse aus dem anisotropen Material Holz in ein quasiisotropes Knotenbauteil
• wirtschaftliche und effizienten Lösung zur Herstellung komplexer und äathetischer Holz-Holz-Verbindungen
• keine aufwändigen Schweissprozesse erfoderlich
• hohe Präzision des Knotensystems, verbunden mit einer einfacherern Montage durch nachträglichen Verguss

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Anwendungsbereiche

Entwicklung von statisch wirksamen Knotenpunkten für räumliche Stabkonstruktionen
aus prismierten Stäben.

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Service

Angeboten wird eine Lizenz für Herstellung und Vertrieb, exklusiv oder nicht-exklusiv.