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Unter-Züge
Ein Balken lässt sich auf einfache Weise mit einem Unter-Zug verstärken. Man spannt zwischen seinen Enden ein Seil oder einen Stab, sodass zusammen mit dem Balken im einfachsten Fall ein Dreieck entsteht. Dessen Spitze ragt nach unten vor. Zwischen ihr und dem Balken befindet sich ein Druckstab mit einer Länge, die man Pfeilhöhe nennt.
Der Balken wird bei Querlast auf diese Weise stärker gedrückt als gezogen. Das kommt vor allem dem Wekstoff Holz entgegen. Als Zugelement ist Stahl geeignet. Stahl-Konstruktionen sind ohnehin die Domäne für Unterzug-Elemente. Ein altbekanntes Beispiel ist der Fischbauch-Träger bei Brücken. Solche grossen Träger müssen vor allem ihr Eigengewicht tragen. Sie lassen sich umso leichter gestalten, je grösser die Pfeilhöhe gewählt wird.
Inhalt1. Balkon-Holz-Balken
2. Glasdach-Stahl-Balken
3. Treppen-Balken und Treppen-Geländer
4. Vordach-Unterbau
1. Balkon-Holz-Balken ↑ Anfang
Der Balkon hat eine Spann-Länge von etwa 5 m. Die Balken wären ohne Verstärkung mit einem Unterzug möglicherweise doppelt so dick (hoch) wie die gewählten: 63x160 mm2. Einer von drei Balken liegt in ganzer Länge auf einem gemauerten Sims. Die beiden anderen sind nur an ihren Enden aufliegend. Der äussere Balken ist mit einem Unterzug versehen (1. Bild). Die freie Länge des mittleren Balkens ist durch sein Aufliegen auf einem Querbalken halbiert. Dieser Querbalken hat auch die Funktion des vom Unterzug gedrückten Stabes (Pfeilhöhe = Höhe des Querbalkens = 160 mm).
Der mittlere Balken hat primär die Funktion, die freie Länge der etwa 1,5 m langen Bodenbretter zu halbieren. Sein Anteil an der Gesamt-Festigkeit der Konstruktion ist klein. Man liegt auf der sicheren Seite, wenn man diesen Anteil vernachlässigt und den Festigkeitsnachweis nur auf den vorderen Balken inklusive seinem Unterzug stützt.
Material des Unterzugs ist Baustahl (Bewehrungs-Eisen) mit einem Durchmesser von 12 mm. Die Stange befindet sich an beiden Enden über eine Länge von etwa je 0,9 m im Balken. Die Löcher dafür wurden mit einem auf etwa 1 m verlängertem Bohrer hergestellt (2. Bild). Zum Spannen wurde Gewinde auf die Enden der Stange geschnitten. Die Druck-Einleitung in die Stirnflächen des Balkens geschieht über metallene Unterlagen grossflächig (3. Bild). Die Stange wurde mit Rostschutzfarbe angestrichen.
2. Glasdach-Stahl-Balken ↑ Anfang
Ein dreieckiges Glasdach ist mit zwei Kanten an tragenden Gebäudeteilen angeschlossen. Die freie Vorderkante ist etwa 4,5 m lang und wird von einem Metallbalken mit Unterzug gebildet. Damit die zu tragende Dachfläche beidseits gleich gross ist, stützt der Unterzug den Balken im Längen-Verhältnis 1 : 2 (Schwerpunkt im Dreieck bei 1/3 der Kanten-Längen, 1. und 2. Bild)).
Er besteht aus einem Vierkant-Stahl-Rohr mit 50·50 mm2 Querschnit und 3 mm Wanstärke. Er ist neben der Unterzug-Stütze aus zwei Teilen zusammengesteckt. Als Unterzug dient ein Stab mit 10 mm Durchmesser aus nichtrostendem Stahl. Zum Spannen gegen den Balken ist er an den Enden mit Gewinde versehen (3. Bild: Anschluss bei der Spitze des Daches).
Der über der Unterzug-Stütze des vorderen Balkens aufsitzende Querbalken (Fall-Linie des Daches) ist ebenfalls durch einen Unterzug verstärkt (1. und 2. Bild).
3. Treppen-Balken und Treppen-Geländer ↑ Anfang
Bei der Umwandlung eines kleinen Bauernhauses zum Ferienhaus wurden die beiden kleinen Zimmer über der Wohnküche zu einem Mezzanine umgewandelt und beides mit einer neuen Treppe verbunden. Die Treppe stösst an zwei Seiten an die Aussenmauern des Hauses, die aber zum tragenden Anschluss der Tritte schlecht geeignet sind. Die unteren Tritte sind gewendelt. Sie werden innen von einer Metall-Säule getragen. Aussen sind Tritt-Konsolen vorgemauert. Die oberen Tritte werden aussen von einem Balken mit Unterzug, innen vom Geländer getragen.Treppen-Balken
Der Balken mit Unterzug (1. Bild) liegt mit seiner unteren Spitze unter dem obersten Wendel-Tritt (6. Tritt von unten) auf einem weiteren Stück Vormauer (Beton). Seine obere Spitze ist in den wandseitigen Balken des Mezzanines, der ein wenig über den Haupt-Querbalken (nicht sichtbar) vorragt, eingelassen. Das Zugelement ist aus nichtrostendem Eisen mit 10 mm Durchmesser, die fünf Distanz-Stäbe sind aus Vierkant-Eisenrohr (20·20 mm2). Der waagerechte untere Abschluss gehört zum Zug-Element, der obere zum Druck-Element (Balken, Vierkant-Rohr 25·40 mm2). Der Balken hat etwa 7 cm Abstand von der Wand.
Der 7. Tritt von unten stützt sich an der Wandseite noch zur Hälfte auf den 6. Tritt. Alle weitern Tritte einschliesslich des Zugangs zum Mezzanine werden wandseitig ganz vom Balken getragen. Dabei stützt sich die Tritt-Vorderkante über ein Zwischenstück auf die Hinterkante des darunter liegenden Trittes, der dort an den Balken geschraubt ist. Die Holz-Trittplatten berühren die Wand nicht. Die Stufenhöhe ist 19,5 cm.Treppen-Geländer
Das Treppen-Geländer mit Handlauf (2. Bild) ist der Abschlusss der Treppe in den freien Raum. An ihm sind zusätzlich die Tritte an ihrem linken Ende aufgehängt. Es bildet als tragende Struktur ein Dreieck mit Zugbalken (Vierkant-Rohr 25·40 mm2) als horizontale Hypotenuse. Seine linke Ecke ist am Haupt-Querbalken (nicht sichtbar) angeschraubt, seine rechte Ecke stösst an den Handlauf (Rund-Rohr 42 mm Durchmesser), der (verstärkt) noch eine kurze Distanz bis zum oberen Ende der Treppen-Säule überbrückt, um sich dort abzustützen. Die Tritte sind mit Stäben aus nichtrostendem Stahl (Durchmesser 10 mm) an den druckbelasteten Katheden der Struktur aufgehängt. Die Stäbe für die Tritte 7 bis 12 durchdringen den Zugbalken. Jeder Stab trägt einen unteren Tritt an dessen hinterer Kante und einen oberen Tritt an dessen vorderer Kante. Der Abstand zwischen beiden Tritten wird mittels Zwischenstücken - wie hinten - eingehalten. Die Trage-Stäbe bilden zudem ein die Treppe abschliessendes Gitter.
4. Vordach-Unterbau ↑ Anfang
Hier sind die Verhältnisse umgekehrt. Beim vorliegenden dreieckigen Kragt-Arm ist der untere Balken gedrückt, der obere gezogen. Solche Vordächer sind oftmals mit relativ steilen Seilen, die deutlich sichtbar sind, aufgehängt. Ältere Konstruktionen haben einen massiven Unterbau (2. Bild).
Bei meiner Lösung beschränkt sich der Unterbau auf einen einzigen Druck-Balken (andere Seite an der Hausmauer befestigt, 1. Bild). Der Zugstab befindet sich unter dem Vordach. Der darauf liegende dünne Balken ist Teil des Dachlatten-Rostes. Er ist mit einer Nut versehen, die den Zugstab dreiseitig umschliesst (3. Bild).
Der Zugstab (Eisen, 10 mm Durchmesser) ist an beiden Enden mit Gewinde versehen. In die Hauswand ist von rechts aussen ein Loch gebohrt. Darin steckt ein Stück Rundeisen mit einem quer verlaufenden Gewindeloch, in das der Zugstab eingeschraubt ist. Der aufgelegte Balken wird über Muttern und einem Krafteinleitungs-Blech mit dem Zugstab gegen die Wand vorgespannt.
Siegfried Wetzel, CH 3400 Burgdorf, Juli 2009 (Sept.09)
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