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Dokumentenidentifikation DE102005017377A1 01.12.2005
Titel Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Schneelastannahme
Anmelder Leipold, Andreas, 99867 Gotha, DE
Erfinder Leipold, Andreas, 99867 Gotha, DE
Vertreter Patentanwälte Liedtke & Partner, 99096 Erfurt
DE-Anmeldedatum 14.04.2005
DE-Aktenzeichen 102005017377
Offenlegungstag 01.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.12.2005
IPC-Hauptklasse G06F 17/10
Zusammenfassung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen Schneelastannahmen insbesondere für komplexe Dachformen an beliebigen Standorten genau sowie kostengünstig und schnell ermittelt werden können.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Schneelastannahme S zu statischen Berechnungen eines Daches, wobei
- aus einem ersten Datenspeicher D1 mit Datensätzen für verschiedene Dachformen in Abhängigkeit von einer eingegebenen Geometrie des zu berechnenden Daches ein zugehöriger erster Datensatz für einen Formbeiwert µi automatisch ausgewählt wird, wobei die eingegebenen Daten mit zugehörigen im ersten Datenspeicher D1 hinterlegten Daten zu Formbeiwerten µi verknüpft werden,
- aus einem zweiten Datenspeicher D2 mit Datensätzen für charakteristische Schneelasten Sk in Abhängigkeit von der eingegebenen geographischen Lage des Ortes X, an dem das zu berechnende Dach errichtet ist oder errichtet werden soll, ein zugehöriger zweiter Datensatz für eine Grundschneelast charakteristische Schneelast Sk automatisch ausgewählt wird, wobei die eingegebenen Daten mit zugehörigen im zweiten Datenspeicher D2 hinterlegten Daten zu charakteristischen Schneelasten Sk verknüpft werden und
- die Schneelastannahme S aus dem ersten Datensatz für den Schneelastbeiwert Formbeiwert µi und dem zweiten Datensatz für die Grundschneelast charakteristische Schneelast ...

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Schneelastannahme.

Die Erfindung ist besonders geeignet zur Durchführung statischer Berechnungen von komplexen Dachformen von Gebäuden.

Bekannter Stand der Technik ist es, für statische Berechnungen Schneelastannahmen nach einem gleichmäßigen Ansatz zu treffen, indem zunächst eine Regelschneelast in Abhängigkeit einer Geländehöhe und einer geografischen Schneelastzone aus Tabellen abgelesen wird. Diese Regelschneelast wird mit ebenfalls tabellarisch erfassten Abminderungswerten in Abhängigkeit von Dachneigungen und Dachgeometrien korrigiert. Die Bildung von Schneesäcken wird dabei zum Teil berücksichtigt.

Nachteil bei diesem Verfahren ist die Ungenauigkeit der getroffenen Schneelastannahmen aufgrund grober Schneelastzonen- und Höhenunterteilung. Die Berücksichtigung komplexer Dachformen ist dabei rechnerisch aufwändig. Besonders nachteilig ist, dass zur Durchführung statischer Berechnungen für Dachkonstruktionen verschiedene Karten und Tabellen vom Statiker verwendet werden müssen und dass bei bekanntem Bauort des geplanten Daches zunächst in üblichen Karten für Schneelastzonen abgelesen werden muss, welcher Schneelastzone der Bauort zuzurechnen ist. Insbesondere für Bauorte an Grenzen verschiedener Schneelastzonen wird für die Berechnung auf der sicheren Seite liegend regelmäßig die höhere Schneelastzone ausgewählt. Folglich werden Dachkonstruktionen regelmäßig überdimensioniert, wodurch Dachkonstruktionen in ihrer Ausführung teurer als statisch erforderlich werden. Es ist auch möglich, dass Schneelastzonen ausgewählt oder tabellierte werte verwendet werden, die im Ergebnis zu zu geringen Schneelastannahmen führen, wodurch Dachkonstruktionen in ihrer Ausführung unterdimensioniert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen Schneelastannahmen insbesondere für komplexe Dachformen an beliebigen Standorten genau sowie kostengünstig und schnell ermittelt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die in die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Ermittlung einer Schneelastannahme automatisch erfolgt, wobei unterschiedliche Dachgeometrien und die genaue jeweilige geografische Lage unmittelbar einbezogen werden. Die Berechnung erfolgt dabei durch Zugriff auf zwei aufbereitete Datenspeicher schnell und zuverlässig. Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr einfach anwendbar und außerdem kostengünstig, da übliche Computerhardware zur Durchführung verwendet werden kann.

Das Verknüpfen von ersten eingegebenen Daten DE1 zu Dachgeometrie wie Daten zu Dachform, Dachabmessungen, Höhensprüngen, Traufformen und/oder Dachneigung mit zugehörigen, in einem ersten Datenspeicher D1 hinterlegten Daten zu Formbeiwerten &mgr;; erlaubt die genaue Berücksichtigung der Dachgeometrie. Im weiteren Verfahren kann daher eine hohe Genauigkeit der ermittelten Schneelastannahme S für diese spezielle Dachgeometrie erreicht werden.

Werden zweite eingegebene Daten DE2 zu Längen- und Breitengrad LG, BG und/oder Postleitzahlen PLZ des Ortes, an dem das zu berechnende Dach errichtet ist oder errichtet werden soll und/oder zum Namen dieses Ortes mit zugehörigen, im zweiten Datenspeicher D2 hinterlegten Daten zu Höhenlage und/oder zur Schneelastzone dieses Ortes verknüpft, wird eine hohe Genauigkeit der Höhen- und Zonendaten erreicht. Im weiteren Verfahren kann daher eine hohe Genauigkeit der ermittelten Schneelastannahme S für den speziellen Ort erreicht werden.

Durch die Verknüpfung der zweiten eingegebenen Daten DE2 mit zugehörigen im zweiten Datenspeicher hinterlegten Daten eines dreidimensionalen Höhenprofils H3D eines Gebietes ist – abhängig von der Auflösung des Höhenprofils – eine noch genauere Ermittlung der Höhenlage des jeweiligen Ortes möglich, wodurch die ermittelten Schneelastannahmen S eine entsprechend höhere Genauigkeit aufweisen. Für das Höhenprofil können dabei aus üblichen Datenbanken bereits verfügbare Datenmengen verwendet werden.

Indem der erste Datenspeicher D1 Daten von Aneinanderreihungen mehrerer Dachformen enthält, kann die die Ermittlung der Schneelastannahmen S bei komplexen, aus mehreren Formen zusammengesetzten Dächern sehr schnell und genau erfolgen. Eine separate Berechnung für jede Dachform ist nicht erforderlich.

Durch Verwenden einer einzigen Vorrichtung, die den ersten Datenspeicher D1 und den zweiten Datenspeicher D2 enthält, kann der Aufwand zur Verwaltung der Datenspeicher D1, D2 deutlich reduziert werden. Weiterhin ist sowohl weniger Rechenleistung als auch weniger Speicherplatz notwendig.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Das Beispiel beschreibt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die statische Berechnung der Dachkonstruktion bei einem zu planenden Haus.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Inhalte der Datenspeicher D1, D2 und

2 einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens

1 zeigt einen ersten Datenspeicher D1 und einen zweiten Datenspeicher D2. Der erste Datenspeicher D1 enthält Formbeiwerte &mgr;i, die jeweils in einem Datensatz zusammen mit den Dach- und zusätzlichen Geometrien abgelegt sind, denen sie zugeordnet sind.

D1.1 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Pultdachgeometrien, wobei jeweils einem Geometriewert ein Formbeiwerte &mgr;1 zugeordnet ist; D1.2 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Satteldachgeometrien, wobei jeweils einem Geometriewert ein Formbeiwerte &mgr;2 zugeordnet ist;

D1.3 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Tonnendachgeometrien, wobei jeweils einem Geometriewert ein Formbeiwerte &mgr;3 zugeordnet ist;

D1.4 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Höhensprünge, wobei jeweils einem Höhensprung ein Formbeiwerte &mgr;4 zugeordnet ist;

D1.5 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Schneeverwehungsformen, wobei jeweils einer Schneeverwehungsform ein Formbeiwerte &mgr;5 zugeordnet ist;

D1.6 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Schneeansammlungsformen, wobei jeweils einer Schneeansammlungsform ein Formbeiwerte &mgr;6 zugeordnet ist;

D1.7 zeigt einen Unterdatensatz für verschiedene Schneeüberhangsformen, wobei jeweils einer Schneeüberhangsform ein Formbeiwerte &mgr;7 zugeordnet ist;

Bei geneigten Dächern enthalten die Tupel auch – hier nicht dargestellt – einen Neigungswinkel, bei gekrümmten Dächern kann ein Krümmungsradius enthalten sein. Über eine bekannte Dach- oder zusätzliche Geometrie lassen sich somit der zugehörige Formbeiwert &mgr;i beziehungsweise je nach Geometrie mehrere zugehörige Formbeiwerte &mgr;i aus dem ersten Datenspeicher D1 auslesen. Bei den Daten für die Dachgeometrien kann es sich beispielsweise um Daten handeln, die ein Pult-, Sattel- und Tonnendach beschreiben, die sonstigen Geometrien können beispielsweise Höhensprünge an Dächern, Schneeansammlungen und Schneeverwehungen an Wänden, Ausbauten und aneinander gereihten Dächern sowie Schneeüberhänge an der Traufe sein. Auch Kombinationen der Dachgeometrien miteinander und/oder mit sonstigen Geometrien sind möglich.

Der erste Datenspeicher D1 enthält für jeden Geometrie-Fall jeweils die statisch ungünstigste Variante mit der größten Annahme einer Lasteinwirkung, um im erfindungsgemäßen Verfahren Schneelastannahmen S für eine sichere statische Bemessung zu ermitteln.

Der zweite, in 1 unten gezeigte Datenspeicher D2 enthält einen ersten Unterdatensatz D2.1, in dem Postleitzahlen PLZ, Ortsnamen X,, Breitengrade BG, Längengrade LG, Höhen H, sowie hier nicht dargestellte Schneelastzonen SLZ jeweils als Tupel korrespondierend abgelegt sind. Weiterhin enthält der zweite Datenspeicher D2 in diesem Ausführungsbeispiel als zweiten Unterdatensatz D2.2 ein dreidimensionales Profil S3D der charakteristischen Schneelast sk in Abhängigkeit von Längen- und Breitengrad. Der zweite Datenspeicher D2 dient zur Ermittlung einer charakteristischen Schneelast sk für bestimmte Orte. Dazu müssen Längen- und Breitengrad LG, BG bekannt sein; alternativ können diese Werte aus dem zweiten Datenspeicher D2 anhand der Postleitzahl PLZ und/oder des Namens des Ortes indirekt ermittelt werden. Der zweite Datenspeicher D2 enthält als dritten Unterdatensatz Das ein dreidimensionales stetiges Höhenprofil H3D, aus dem in analoger Weise wie bei dem Schneelastprofil S3D anhand von Längen- und Breitengrad LG, BG die Höhe H des jeweiligen Ortes automatisch ausgelesen werden kann.

Die Inhalte des zweiten Datenspeichers D2 können regional, insbesondere national beschränkt sein, um den Speicherplatzbedarf zu begrenzen. Prinzipiell ist auch ein kontinentaler oder globaler Umfang denkbar.

Es ist möglich, den ersten Datenspeicher D1 und den zweiten Datenspeicher D2 zu einer einzigen Vorrichtung, insbesondere zu einem einzigen Datenspeicher zusammenzufassen, beispielsweise einer einzigen Datei auf einem Datenträger wie einer CD oder DVD. Der Einsatz einer Datenbank als ersten Datenspeicher D1 und zweiten Datenspeicher D2 beziehungsweise eines einzigen Datenspeichers ist aufgrund des schnelleren Zugriffs noch zweckmäßiger.

Am Ort X soll ein Gebäude geplant werden. Zur Planung des Gebäudedachs müssen die relevanten Schneelastfallkombinationen berechnet werden. Dies geschieht mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Verfahren kann nach dem in 2 dargestellten Flussdiagramm durchgeführt werden.

In einem ersten Schritt wird zunächst die Dachgeometrie einschließlich eventueller zusätzlicher Geometrien in Form erster eingegebener Daten DE1 eingelesen und dem ersten Datenspeicher D1übergeben. Es ist auch möglich, die ersten eingegebenen Daten DE1 direkt in den ersten Datenspeicher D1 einzulesen. Die Dachgeometrie beinhaltet Art, Länge, Breite, Neigungswinkel und/oder Krümmungsradien des Daches beziehungsweise von Dachabschnitten. Das Einlesen kann insbesondere als manuelle Eingabe gestaltet sein, aber auch aus einer vorliegenden Liste maschinell erfolgen. Der erste Datenspeicher D1 ermittelt daraus automatisch wenigstens einen Formbeiwert &mgr;i.

In einem anderen Schritt werden Breiten- und Längengrad BG und LG des Ortes X als zweite eingegebene Daten DE2 in den zweiten Datenspeicher D2 eingelesen. Alternativ werden als zweite eingegebene Daten DE2 die Postleitzahl PLZ und/oder Name des Ortes X in den zweiten Datenspeicher D2 eingegeben. Der zweite Datenspeicher D2 ermittelt anhand von Breiten- und Längengrad BG, LG automatisch eine charakteristische Schneelast sk aus dem dreidimensionalen Schneelastprofil S3D.

Optional kann bei vorhandenem Höhenprofil H3D aus diesem noch die Höhe H des Ortes X ermittelt werden. Liegen eingegebene Längen- und/oder Breitengrade LG, BG zwischen wertmäßig benachbarten Punkten des Schneelast- und/oder des Höhenprofils S3D, H3D, so wird zwischen diesen Punkten automatisch interpoliert oder der Punkt mit dem jeweils ungünstigsten Wert wird als Ergebnis gewählt.

Aus dem ersten Datenspeicher D1 werden wie oben beschrieben anhand der eingelesenen Dachgeometrie und eventueller zusätzlicher Geometrien bereichsweise Formbeiwerte &mgr;i ermittelt. Liegt ein bekannter Neigungswinkel oder Krümmungsradius zwischen den jeweiligen Werten zweier wertmäßig benachbarter Datensätze, so kann zwischen diesen interpoliert werden oder der ungünstigere Datensatz gewählt werden. Für die Ermittlung der Formbeiwerte &mgr;i werden bestimmte Spezialfälle berücksichtigt. Bei Satteldächern sind Bereiche von vier Dachneigungswinkeln mit zugehörigen Formbeiwerten &mgr;i und eine eventuelle unsymmetrische Lastanordnung zu berücksichtigen. Schneefanggitter werden mit einem resultierenden Formbeiwert &mgr;i von mindestens 0,8 für den jeweiligen Dachabschnitt berücksichtigt. Bei Pultdächern wird die jeweils statisch ungünstigere Variante entweder einer gleichmäßig verteilten Volllast oder einer 0,5-fache Schneelast auf der ungünstigeren Hälfte des Daches verwendet. Auch hier gilt bei Vorhandensein von Schneefanggittern eine Untergrenze von 0,8 für den resultierenden Formbeiwert &mgr;i Werden die schneegitterbedingten Untergrenzen unterschritten, so wird der jeweilige Formbeiwert &mgr;i automatisch auf die Untergrenze festgesetzt. Bei Tonnendächern wird die lastmäßig ungünstigere Variante entweder einer gleichmäßig verteilten Schneelast oder einer unsymmetrischen Schneelast verwendet. Bei Höhensprüngen an Dächern wird in den resultierenden Formbeiwert &mgr;i des jeweiligen Abschnittes ein Formbeiwert &mgr;5 für das Herabrutschen von Schnee von einem oberen Dach miteinbezogen. Für das Herabwehen und/oder Heranwehen wird ein Formbeiwert &mgr;w miteinbezogen. Ein weiterer Formbeiwert wird für den Fall gleich großer Verteilungsbreiten beider Fälle ermittelt. Ist einer der Fälle statisch ungünstiger, wird dieser für die Berechnung der Schneelast verwendet. Für den Schneeüberhang entlang der Traufe wird die Linienlast entlang der Traufe ermittelt gemäß

worin se Schneelast des Überhanges ist, &mgr;i der Formbeiwert des Daches, sk die charakteristische Schneelast und &ggr; das jeweilige Raumgewicht des Schnees ist.

Anhand der charakteristischen Schneelast sk und des ermittelten Formbeiwertes &mgr;i wird anschließend im CPU für jeden Dachabschnitt die Schneelastannahme S gemäß s = &mgr;i·C0·CT·sk berechnet, worin C0 ein Expositionsbeiwert und CT ein Temperaturbeiwert ist, die in der Regel jeweils 1,0 betragen. Nur bei Abweichung dieser Werte von 1,0 ist die in 2 gezeigte zusätzliche Eingabe dieser Werte erforderlich.

Die derart im CPU ermittelten Schneelasten werden anschließend ausgegeben. Die Ausgabe kann beispielsweise interaktiv an einem Bildschirm oder automatisiert in eine Ausgabedatei oder auf einen Drucker erfolgen.

Prinzipiell können sowohl in den Datenspeichern als auch während des gesamten Verfahrens anstelle von Längen- und Breitengraden LG, BG auch beliebige andere Koordinatendarstellungen für die Positionsbeschreibung verwendet werden.

Bei der gesamten Prozedur zur Ermittlung der Schneelastannahmen S muss der jeweilige Statiker weder auf zusätzliche Tabellen für noch auf zusätzliche Karten zurückgreifen.

SSchneelastannahme D1erster Datenspeicher D2zweiter Datenspeicher DE1erste eingegebene Daten DE2zweite eingegebene Daten &mgr;iFormbeiwert skcharakteristische Schneelast C0Expositionsbeiwert CTTemperaturbeiwert LGLängengrad BGBreitengrad HHöhe SLZSchneelastzone H3Ddreidimensionales Höhenprofil S3Ddreidimensionales Schneelastenprofil

Anspruch[de]
  1. Verfahren zur automatischen Ermittlung einer Schneelastannahme S zur statischen Berechnungen eines Daches, wobei

    – aus einem ersten Datenspeicher D1 mit Datensätzen für verschiedene Dachformen in Abhängigkeit von einer eingegebenen Geometrie des zu berechnenden Daches ein zugehöriger erster Datensatz für einen Formbeiwert &mgr;i automatisch ausgewählt wird, wobei die eingegebenen Daten mit zugehörigen im ersten Datenspeicher D1 hinterlegten Daten zu Formbeiwerten &mgr;i verknüpft werden,

    – aus einem zweiten Datenspeicher D2 mit Datensätzen für charakteristische Schneelasten sk in Abhängigkeit von der eingegebenen geografischen Lage des Ortes X, an dem das zu berechnende Dach errichtet ist oder errichtet werden soll, ein zugehöriger zweiter Datensatz für eine Grundschneelast charakteristische Schneelast sk automatisch ausgewählt wird, wobei die eingegebenen Daten mit zugehörigen im zweiten Datenspeicher D2 hinterlegten Daten zu charakteristischen Schneelasten sk verknüpft werden und

    – die Schneelastannahme S aus dem ersten Datensatz für den Schneelastbeiwert Formbeiwert &mgr;i und dem zweiten Datensatz für die Grundschneelast charakteristische Schneelast sk automatisch ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schneelastannahme S unter Berücksichtigung eines Expositionsbeiwertes Co automatisch ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schneelastannahme S unter Berücksichtigung eines Temperaturbeiwertes CT automatisch ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei erste eingegebene Daten zu Dachform und/oder Dachabmessungen und/oder Höhensprüngen und/oder Traufformen und/oder Dachneigung mit zugehörigen im ersten Datenspeicher D1 hinterlegten Daten &mgr;i verknüpft werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zweite eingegebene Daten zu Längen- und Breitengrad LG, BG und/oder Postleitzahl PLZ des Ortes X, an dem das zu berechnende Dach errichtet ist oder errichtet werden soll und/oder diesem Ort X mit zugehörigen im zweiten Datenspeicher D2 hinterlegten Daten zu Höhenlage H und/oder zur Schneelastzone SLZ dieses Ortes X verknüpft werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweiten eingegebenen Daten mit zugehörigen im zweiten Datenspeicher D2 hinterlegten Daten eines dreidimensionalen Höhenprofils H3D oder eines dreidimensionalen Schneelastenprofils S3D eines Gebietes verknüpft werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Datenspeicher D1 Daten von Aneinanderreihungen mehrerer Dachformen enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, die den ersten Datenspeicher D1 und den zweiten Datenspeicher D2 umfasst.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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