Dach-Assistent (automatisches Dach)
Dieser Artikel beschreibt, wie der Dach-Assistent (automatisches Dach) in StatiCAD aus einem Dachpolygon in einem Schritt ein vollständiges Walm-, Sattel- oder gemischtes Holzdach aufbaut. Zum Einfügen einzelner Binder und Pfetten siehe Dachbinder-Assistent und Automatische Pfetten zwischen den Bindern.
Abbildung 1 – Walmdach auf einem dreigeschossigen Stahlbetongebäude (3D-Vorschau)
1. Zu diesem Artikel
Aus einem Dachpolygon und den Kantenneigungen baut der Assistent die Geometrie eines Walm-, Sattel- oder gemischten Daches auf und fügt das vollständige Holztragwerk in einem Schritt dem Analysemodell hinzu: Sparren, Pfetten, Firstbalken, Grat- und Kehlsparren, Flugsparren, Pfosten, Kopfbänder und Stirnbretter. Die Beplankungslast wird als Linienlast auf die Sparren aufgebracht, oder eine Polygondecke wird auf die Dachfläche vernetzt.
In welchen Editionen? Der Dach-Assistent ist in allen Editionen von StatiCAD verfügbar (wie der Binder- und der Pfetten-Assistent).
Die Beispiele beruhen auf einem dreigeschossigen Stahlbetongebäude von 20 × 10 m: Die Trägerachsen des obersten Geschosses werden als Dachpolygon übernommen, und es wird ein Walmdach mit 33 % Neigung aufgebaut.
2. Wie funktioniert es?
2.1. Dachgeometrie
Das Dachpolygon ist die Auflagerlinie: die Wand- oder Trägerachse, auf der die Sparrenfüße aufliegen. Jede Kante erhält eine Neigung (in Prozent); bei einer als Giebel markierten Kante ist die Dachfläche senkrecht (die Giebelwand eines Satteldachs). Der Assistent versetzt die Kanten um den Traufüberstand nach außen, um die Trauflinie zu erhalten, und baut das Dach nach dem Verfahren des gewichteten geraden Skeletts (weighted straight skeleton) auf: Die Fläche jeder Kante steigt mit ihrer eigenen Neigung an, und die Linien, in denen sich die Flächen schneiden, werden zu First (waagerecht), Graten (konvexe Ecken) und Kehlen (konkave Ecken). Das Verfahren liefert auch bei nicht rechteckigen Grundrissen das richtige Dach (L, T, U und Polygone mit schrägen Kanten); unterschiedliche Kantenneigungen und Giebel lassen sich kombinieren.
Der Traufüberstand ist ein horizontales Maß und gilt für Kanten mit der Standardneigung; bei Kanten mit abweichender Neigung wird der Überstand so angepasst, dass die Traufe auf allen Dachflächen auf derselben Höhe bleibt (durchgehende Rinnenlinie). Giebelkanten werden zusätzlich um den „Giebelüberstand“ verlängert; First und Pfetten kragen über die Giebelwand hinaus, und ihre Enden werden durch den Flugsparren verbunden.
2.2. Elemente
| Element | Anordnung | Anschluss |
|---|---|---|
| Sparren | Auf jeder Dachfläche rechtwinklig zur Traufe, im angegebenen Abstand, symmetrisch zur Mitte der Dachfläche. Neben Graten und Kehlen verkürzt (Schifter). | An der Auflagerlinie und an den Kreuzungen mit Pfetten geteilt (Durchlaufträger). Am First-, Grat- bzw. Kehlende gelenkig. Das Traufende ist ein Kragarm. |
| Pfette | Höhenlinien: auf allen Dachflächen auf denselben Höhen, als umlaufender Kranz, dessen Abschnitte sich an Graten und Kehlen treffen. Eine Pfette sehr nahe am oberen Rand einer Dachfläche entfällt (der Firstbalken genügt). | In der Ebene der Sparrenachsen (zentrisch). Enden gelenkig. An Pfosten- und Kopfbandpunkten geteilt. |
| Firstbalken, Grat- und Kehlsparren | Skelettlinien. Auf einer Geraden liegende Abschnitte bilden ein einziges Element. | An der Auflagerlinie, an den Pfettenenden und an Pfostenpunkten geteilt. |
| Flugsparren | Entlang der Außenlinie des Giebelüberstands. | Sparrenquerschnitt. |
| Pfosten | Unter Pfetten und Firstbalken; unteres Ende auf der Geschossoberkante (Abschnitt 6). | Unten gelenkig, oben durchlaufend; StatiCAD-Typ „Binderpfosten“ (erhält kein automatisches Auflager). |
| Kopfband | Von jedem Pfosten nach beiden Seiten, entlang der getragenen Pfette bzw. des Firstbalkens; im angegebenen Winkel zum Pfosten. | Beide Enden gelenkig (nur Normalkraft). Passt das Kopfband nicht an den Pfosten, wird es unter demselben Winkel gekürzt. |
| Stirnbrett | Entlang der Trauflinie; verbindet die Sparrenenden. | Durchlaufend. |
| Fußpfette | Entlang der Auflagerlinie (optional, standardmäßig aus). | Fällt mit einem Stahlbetonträger zusammen, falls auf der Auflagerlinie einer liegt. |
| Holzstütze (eigenständiges Dach) | Unter jedem Sparren-, Grat-/Kehl- und Giebelknoten auf der Auflagerlinie, ab der Geschossunterkante (Abschnitt 4.3). | Typ Holzstütze/-pfosten: Der Fuß erhält ein automatisches Auflager, das obere Ende ist durchlaufend. |
2.3. Anschluss an das Analysemodell
Im Finite-Elemente-Modell sind zwei Elemente nur dann miteinander verbunden, wenn das Ende des einen auf dem anderen liegt. Der Assistent erzeugt deshalb jeden Anschlusspunkt ausdrücklich:
- Ausrichten der Kanten: Die Finite-Elemente-Knotenlinie eines Randträgers liegt auf seiner definierten Achse, nicht in der Trägermitte (im Beispiel 12,5 cm außerhalb der Mitte). Ist „Kanten an FEM-Linien der Träger ausrichten“ eingeschaltet (Standard), werden die Polygonkanten auf die Knotenlinie eines parallelen Trägers innerhalb von 30 cm verschoben; Sparrenfüße und Gratenden werden dadurch an den Träger angeschlossen.
- Teilen: Sparren werden an den Kreuzungen mit Pfetten geteilt, Pfetten und Firstbalken an den Enden von Pfosten und Kopfbändern, Grat- und Kehlsparren an den Pfettenenden.
- Zusammenführen: Enden, die weniger als 6 cm voneinander entfernt sind, werden zusammengeführt (damit Träger, die innerhalb der Knotentoleranz des Programms von 5 cm verschoben sind, keinen Anschluss verfehlen).
- Grundrissfläche der Stütze: Das Programm verbindet ein Trägerende, das in die Grundrissfläche einer Stütze fällt, über einen fiktiven Träger mit der Stützenachse. Diese Verbindung wird nur hergestellt, wenn das Trägerende innerhalb des Höhenbereichs der Stütze liegt; Sparren-, First- und Pfettenenden hoch über einem Stützenkopf werden nicht an die Stütze angeschlossen. Deshalb behalten die Sparren auch über den Stützenreihen ihre volle Länge und ihren regelmäßigen Abstand.
3. Öffnen des Assistenten und Dachpolygon
Der Assistent wird an drei Stellen geöffnet: über die Schaltfläche Dach in der linken Symbolleiste (unter den Schaltflächen Binder und Pfette), über Zeichnen › Dach (automatischer Dach-Assistent)... und über Makros › Dach-Assistent (automatisches Dach).... Das Dach wird im aktiven Geschoss aufgebaut; im Fundamentgeschoss öffnet sich der Assistent nicht.
Das Dachpolygon wird auf eine von zwei Arten vorgegeben:
- Ausgewählte Polygondecke: Ist beim Öffnen des Assistenten im Grundriss eine Polygondecke ausgewählt, werden ihre Ecken zum Dachpolygon. Bei geöffnetem Fenster kann auch die Schaltfläche „Aus gewählter Polygondecke übernehmen“ verwendet werden. Die Beplankungsoption wechselt dann automatisch auf „Ausgangs-Polygondecke auf das Dach vernetzen“.
- Zeichnen im Grundriss: Die Schaltfläche „Im Grundriss zeichnen“ schließt das Fenster; klicken Sie die Ecken der Auflagerlinie im Grundriss der Reihe nach an (Shift: rechtwinklig). Ein Klick auf den ersten Punkt oder ein Rechtsklick schließt das Polygon (mindestens 3 Punkte), und der Assistent öffnet sich erneut. Zwischenpunkte auf einer Geraden werden zusammengeführt.
Abbildung 2 – Dach-Assistent: links die Grundrissvorschau (Dachflächen, Elemente, Kantennummern), rechts die Registerkarte Dach
4. Registerkarte Dach
4.1. Neigung und Giebel
Standardneigung (in Prozent; daneben wird der Winkel in Grad angezeigt) ist die Neigung neuer Kanten; „Auf alle Kanten anwenden (entfernt Giebel)“ setzt alle Kanten auf diese Neigung und entfernt die Giebel. Die Kantentabelle führt für jede Kante Länge, Neigung und Giebelstatus auf. Die Neigungszelle kann bearbeitet werden; der neue Wert wird mit Enter oder beim Wechsel in eine andere Zelle übernommen. Das Anhaken des Kästchens Giebel oder ein Klick auf eine Kante in der Vorschau schaltet den Giebel ein bzw. aus (mindestens eine Kante muss geneigt bleiben). Die Kantennummern werden in der Vorschau in Kreisen angezeigt; Giebelkanten sind violett.
Abbildung 3 – L-förmiges Dach: Zwei Flügelenden sind Giebel, an der Innenecke liegt eine Kehle; die 3D-Vorschau wird durch Ziehen mit der Maus gedreht
4.2. Traufe und Höhenlage
| Einstellung | Erläuterung |
|---|---|
| Traufüberstand (horizontal) | Überstand der Sparrenenden über die Auflagerlinie hinaus (Standard 50 cm). |
| Giebelüberstand | Überstand von Firstbalken und Pfetten über die Giebelkanten hinaus (Standard 30 cm). |
| Auflagerebene | Oberkante des aktiven Geschosses (Standard): Das Dach liegt auf der Decken-/Trägerebene des obersten Geschosses auf. Unterkante des aktiven Geschosses (Dachgeschoss): In einem eigenen Dachgeschoss liegt das Dach auf der Geschossunterkante auf (auf den Trägern des darunterliegenden Geschosses); bei einem Geschoss ohne Decken wählt der Assistent diese Option selbst. |
| Höhenversatz der Auflagerlinie | Höhe der Sparrenfüße über der Auflagerebene (z. B. Kniestock). |
| Kanten an FEM-Linien der Träger ausrichten (≤ 30 cm) | Abschnitt 2.3. |
| Holzmaterial | Material aller Dachelemente (Holzklassen aus Projekt und Bibliothek). |
Eigenes Dachgeschoss und Modalanalyse: Bei einer Modalanalyse mit starrer Scheibe ist kein Knoten an den Masterknoten der Scheibe eines Dachgeschosses ohne Decken gekoppelt; daher konvergiert die modale Lösung möglicherweise nicht. Wird das Dach zusammen mit dem Gebäude berechnet, setzen Sie es auf die Oberkante des obersten Geschosses (Standard).
4.3. Eigenständige Dachanalyse
Um das Dach für sich allein, unabhängig von einem Gebäude zu berechnen (zum Beispiel in einem leeren Projekt), haken Sie Eigenständige Dachanalyse (ohne Gebäude) an. Dann werden ab der Geschossunterkante Elemente vom Typ Holzstütze/-pfosten unter die Knoten gesetzt, die sonst auf Trägern aufliegen würden: die Sparrenfüße hinter der Traufe, die Grat- und Kehlecken sowie die Pfetten- und Firstknoten auf den Giebellinien. Sie werden als Holzstützen und nicht als Binderpfosten eingefügt; ihre Füße erhalten daher automatische Auflager. Der Stützenquerschnitt wird mit „Holzstütze b × h“ festgelegt (Standard 12 × 12 cm).
Auch die Pfosten unter Pfetten und Firstbalken reichen bis zur Geschossunterkante hinab und werden zu Holzstützen; beim Anhaken der Option wechselt die Pfostenanordnung auf „Gleichmäßiger Abstand“. Das Dach liegt auf der Oberkante des aktiven Geschosses auf; Auflagerebene und Ausrichten an den Trägern werden nicht verwendet (sie sind ausgegraut).
Abbildung 4 – Eigenständige Dachanalyse: Holzstützen ab der Geschossunterkante unter den Sparrenfüßen, bis zur Geschossunterkante reichende Pfosten; rechts die Option auf der Registerkarte Dach
Anzahl der Stützen und Analyse: Unter jeden Sparrenfuß wird eine Stütze gesetzt; der Stützenabstand entspricht daher dem Sparrenabstand (80 Stützen beim Beispiel mit 12 × 8 m). In einem leeren Projekt wurde die Analyse von Walmdächern mit 10 × 6 m und 45 × 24 m ohne Warnungen zu frei schwebenden Elementen oder singulärer Matrix abgeschlossen; die Stützenfüße erhielten eingespannte Auflager.
5. Registerkarte Elemente
Auf dieser Registerkarte werden Sparrenabstand und -querschnitt eingegeben; Pfetten (ein/aus, horizontaler Abstand bei Standardneigung, Querschnitt), Firstbalken, Grat-/Kehlsparren, Flugsparren, Stirnbrett und Fußpfette werden einzeln ein- oder ausgeschaltet, und ihre Querschnitte (b × h, cm) werden eingegeben. Standardquerschnitte: Sparren 5 × 10 (Abstand 50 cm), Pfette 10 × 12, Firstbalken 12 × 16, Grat-/Kehlsparren 10 × 16, Pfosten 10 × 10, Kopfband 8 × 10, Stirnbrett 3 × 15.
Die Pfettenhöhen ergeben sich durch gleichmäßige Teilung der Höhe des höchsten Dachpunkts: Der Abstand ist der horizontale Abstand bei Standardneigung (z. B. 200 cm × 33 % → Höhenschritt von höchstens 66 cm). Die Zusammenfassungszeile zeigt den tatsächlichen Höhenschritt.
Abbildung 5 – Registerkarten Elemente, Pfosten und Last / Beplankung
6. Pfosten und Kopfbänder
Pfosten werden unter die Pfetten und den Firstbalken gesetzt. Es gibt zwei Anordnungen:
| Anordnung | Erläuterung |
|---|---|
| Über tragenden Trägerlinien (Standard) | Ein Pfosten wird dort gesetzt, wo eine Pfette bzw. der Firstbalken im Grundriss einen Träger auf der Geschossoberkante kreuzt; sein unteres Ende liegt auf der Knotenlinie des Trägers auf und wird in der Analyse an den Träger angeschlossen. Für eine Pfette bzw. einen Firstbalken ohne Träger darunter zeigt die Zusammenfassung eine Warnung. |
| Gleichmäßiger Abstand | Die Pfosten werden gleichmäßig verteilt, ohne den angegebenen Abstand zu überschreiten. Liegt unter ihren unteren Enden kein Träger, schweben sie in der Analyse frei (eine Deckenschale erhält keinen inneren Knoten); das Programm gibt eine Warnung aus. |
Kopfbänder werden von jedem Pfosten nach beiden Seiten des getragenen Elements gesetzt, im angegebenen Winkel zum Pfosten (Standard 45°) und mit der angegebenen horizontalen Länge (Standard 60 cm). Passt die vertikale Länge nicht an den Pfosten, wird das Kopfband unter demselben Winkel gekürzt; eine Seite, die zu nahe am benachbarten Pfosten liegt, wird übersprungen.
Pfettenspannweite: Werden Pfosten nur auf den tragenden Linien gesetzt, kann die Spannweite der Pfetten so groß wie der Trägerabstand sein (im Beispiel 6,5 m). Wählen Sie nach den Bauteilnachweisen bei Bedarf den gleichmäßigen Abstand und ergänzen Sie Träger unter den Pfosten, oder vergrößern Sie den Pfettenquerschnitt.
7. Registerkarte Last / Beplankung
| Option | Erläuterung |
|---|---|
| Als Linienlast auf die Sparren | Jeder Sparren erhält über eine Breite, die seinem Abstand entspricht, die Beplankungslast G (bezogen auf die Dachfläche, kg/m²) und die Schneelast (bezogen auf die Grundrissprojektion, kg/m² × cos α) als Linienlasten (die zusätzlichen G- und Q-Lasten des Trägers, kg/m). Standardwerte: G = 50, Schnee = 75 kg/m². |
| Ausgangs-Polygondecke auf das Dach vernetzen | Wurde das Dachpolygon aus einer Polygondecke übernommen, wird die Decke mit einem Dreiecksnetz nach den Höhenlagen der Trägerenden an die Dachfläche angepasst (wie Makros › Polygondecke nach den Höhenlagen der Trägerenden vernetzen (TIN – Dachbeplankung); siehe Automatische Anpassung von Dachbeplankung und Pfostenhöhenlagen). Als Lasten gelten die eigenen G-/Q-Werte der Decke; verwenden Sie für die Beplankung eine dünne, leichte Decke (z. B. OSB). Knoten unterhalb der Dachfläche (Pfostenfüße, Kopfbänder, Binderuntergurte, Geschossträger unter dem Dach) werden nicht in das Netz einbezogen; ihre Anzahl wird in der Zusammenfassung angegeben. |
| Keine Last | Den Dachelementen wird keine zusätzliche Last zugewiesen (nur Eigengewicht). |
Auswahlgruppe: Alle Elemente werden in einer einzigen Auswahlgruppe zusammengefasst (ROOF-01, ROOF-02 …; das Präfix kann geändert werden); die Gruppe kann ausgewählt und gelöscht werden. Ist „Vorheriges Dach auf diesem Polygon löschen“ angehakt, entfernt ein erneuter Aufruf des Assistenten mit demselben Polygon das vorherige Dach und baut das neue auf (innerhalb der Sitzung).
8. Erstellen des Daches und Ergebnis
„Dach erstellen“ fügt die Elemente dem Modell hinzu; das Ergebnisfenster zeigt den Gruppennamen, die Anzahl der Träger und Pfosten, die Elementliste und die Warnungen. Vor und nach dem Vorgang wird eine Rückgängig-Sicherung angelegt: Rückgängig entfernt das Dach in einem Schritt.
Abbildung 6 – Beispiel-Walmdach (3D-Vorschau): Pfettenkranz, First, Grate, Pfosten auf den Trägerlinien und Kopfbänder
9. Hinweise zur Analyse
- Bei den Beispiel-Walm- und -Satteldächern wurde die Analyse ohne Warnungen abgeschlossen: keine Gruppe frei schwebender Elemente, keine singuläre Steifigkeitsmatrix, normale Modalanalyse.
- Die Rate der Meldung „Teilfehler bei der Lastübertragung aufgetreten“ kann sich durch das Dach ändern: Dies ist eine Summenkontrolle im klassischen Lastpfad (Gesamtlast der Geschosse im Vergleich zur Last, die an den vertikalen Elementen des Erdgeschosses ankommt). Da die Pfosten auf Trägern aufliegen, wird die Dachlast im klassischen Pfad nicht verfolgt; die Finite-Elemente-Lösung ist davon nicht betroffen.
- Der Hinweis „Berechnungsachsen mit Holzraster, aber ohne Schwingungsdefinition“ stammt von den Holzträgern über den Decken des obersten Geschosses; für das Dach ist kein Schwingungsnachweis erforderlich.
- Sparren, Pfetten und die übrigen Elemente werden mit der Bemessung von Holzträgern und Holzstützen nachgewiesen; passen Sie die Querschnitte entsprechend den Ergebnissen an.
10. Grenzen
- Die Parameter werden nicht mit dem Projekt gespeichert; die Elemente werden als normale Träger und Pfosten gespeichert. Um das Dach zu ändern, führen Sie den Assistenten mit demselben Polygon erneut aus („Vorheriges Dach löschen“ gilt innerhalb der Sitzung), oder löschen Sie die Gruppe und bauen Sie das Dach neu auf.
- Dachöffnungen, Gauben, Lattung, Kehlbalken (pfettenloses Dach) und Aussteifungen der Pfosten sind noch nicht verfügbar.
- Beim eigenständigen Dach wird unter jeden Sparrenfuß eine Stütze gesetzt; weiter auseinanderliegende Stützen, die einen Rähm tragen, sind noch nicht verfügbar.
- Gekrümmte Polygonkanten werden nicht unterstützt; führt eine sehr kurze Kante zusammen mit einem großen Traufüberstand dazu, dass sich die Trauflinie selbst schneidet, gibt der Assistent eine Warnung aus.