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Freitragendes Tragwerk, vorzugsweise für Dachkonstruktionen
Es ist schon seit langem bekannt, Seile als tragende Konstruktionselemente für Brücken u. dgl. zu verwenden. In letzter Zeit sind solche Seilkonstruktionen auch als Tragwerk von Dachkonstruktionen verwendet worden. So sind Konstruktionen bekannt, die zwei Primärseile und ein dazwischen verlaufendes Spannseil verwenden und die nach Spannen des Spannseiles ein Tragwerk ergeben, das aus einem konkav und einem konvex verlaufenden Primärseil und einem ein Fachwerk ergebenden dazwischen verlaufenden Spannseil besteht. Auch sind Konstruktionen bekannt, die ein oberes konkaves Seil und ein unteres horizontales Seil in Kombination mit einer steifen Fahrbahn verwenden.
Alle bisher bekannten Tragwerke dieser Art, mögen sie mit oder ohne steifer Fahrbahn ausgerüstet sein, haben alle den Nachteil, dass sie nicht in bemerkenswertem Masse vorgespannt werden können, oder falls eine Vorspannung möglich ist, wie bei z. B. Hängebrücken, die Vorspannung nicht einen grösseren Wert hat als das Eigengewicht der Brücke.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Konstruktion zu schaffen, die man weit über das zur Aufnahme des Eigengewichtes erforderliche Mass hinausgehend vorspannen kann ; es beträgt die Vorspannung in der Regel zirka 10 - 15 % der Bruchgrenze der eingehenden Stahlseile. Der Vorteil, der sich aus einer vorgespannten Konstruktion von Seilen im Vergleich zu bekannten Systemen herleitet, besteht darin, dass die vorgespannte Konstruktion einen sehr hohen sogenannten r-Effekt besitzt, was bedeutet, dass die nicht erwünschte Horizontalwanderung der Seile grösstenteils vermieden wird.
Zur Erreichung dieser Vorteile geht die Erfindung von jenem bekannten freitragenden Tragwerk aus, welches aus zwei zunächst frei aufgehängten, mit verriegelbaren Blöcken versehenen Primärseilen oder andern im wesentlichen auf Zug beanspruchten Elementen, die durch mindestens ein über die Blöcke geführtes Spannseil od. dgl. miteinander verbunden sind, wobei die Primärseile, nachdem das Spannseil oder die Spannseile gespannt ist bzw. sind, einen konkaven bzw. konvexen Verlauf aufweisen, besteht. Bei diesem Stand der Technik kennzeichnet sich das erfindungsgemässe Tragwerk dadurch, dass die Primärseile zusammen mit dem Spannseil oder den Spannseilen einen Dreiecksverband bilden, der durch Verriegelung der Verbindungspunkte des Spannseiles mit den Primärseilen ein vorgespanntes Tragwerk ergibt.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung noch näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Stützkonstruktion nach der Erfindung aus zwei Hauptseilen und einem zu diner Fachwerkkonstruktion ausgebildeten Sekundärseil, in Längsansicht gesehen. Fig. la eine doppelte Fachwerkkonstruktion. Fig. 2 eine Ausführungsform der Versteifung, in seitlicher Richtung gesehen, von Stützsektionen in der Ebene und von oben veranschaulicht ; Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Versteifung. Fig. 4 eine Seilradkonstruktion mit zugehörigem Sperrorgan in Form eines Keiles, die eine Vergrösserung der Position 5 in Fig. 1 darstellt, Fig. 5 eine Ausführung der Seilradkonstruktion laut Fig. 3, um 90 Grad gedreht.
In Fig. l stellen die Ziffern 1 und la zwei Pfähle oder Wände aus Beton, U-Balken od. dgl. dar, die je zwei vorgespannte Primärseile 2,3, die ursprünglich parallel sind, tragen ; die Buchstaben F-l, F-2, F-3, F-4 bedeuten die Befestigungsstellen der Seile 2,3 an den Stützen 1, la. Die Befestigung kann mit Hilfe eines Keilverbandes üblicher Konstruktibn oben an den genannten Stellen F-l - F-4 ausgeführt werden. Die Seile 2, 3 können auch bis zum Boden M geführt und dort auf einfache Weise befestigt werden.
Falls die Seile 2, 3 am Boden M verankert werden, muss die Durchführung jedes Seiles durch die Stützen 1, la abgerundet werden, damit die Seile bei der Anspannung nicht beschädigt werden. Die Ziffer 4 stellt
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ein Sekundärseil als Anspann- oder Stagseil dar, das in der Regel schwächer als die übrigen Seile 2, 3 ist und bei der Konstruktion nach der Erfindung als Fachwerkkonstruktion wirkt und ausgebildet ist. Das Seil 4 läuft ununterbrochen von seiner Befestigungsstelle, die mit dem Primärseil 2 oder 3 gemeinsam sein kann, und passiert dabei eine Anzahl Befestigungsstellen 5, die als Laufräder ausgebildet sind, (s. Fig. 4).
Mit 6 ist ein fester Punkt bezeichnet, an dem das Seil 4 an dem einen Primärseil 2 oder 3 verankert werden kann, was bei grösseren Spannweiten zwischen den Stutzkonstruktionen 1, la vorkommt und vorteilhaft sein kann.
In Fig. la sind mit 2 bzw. 3 die beiden Primärtragseile angegeben, welche dieselben sind wie in Fig. l dargestellt. Die Ziffer 4 bzw. 4a bedeuten ein doppeltes, beispielsweise ein symmetrisch angeordnetes Fachwerk aus Seilen und (oder) aus steifen Streben. Mit 5 sind diejenigen Stellen angedeutet, an denen beim Gebrauch von Seilen, diese durch Blöcke geführt werden.
In Fig. 2 bezeichnen die Ziffern l, la die Stützen, die die fertigen Stützsektionen laut Fig. l tragen.
Man muss sich vorstellen, dass das Tragseil 2 und das das Fachwerk bildende Seil 4 (s. Fig. l) weggelassen ist, in dem Falle, dass die Versteifung (oder Verspannung) in dem unteren Tragseil stattfindet. Die Ziffer 3 stellt dann das untere der beiden vorgespannten Tragseile dar. Um eine gute Versteifung (Verspannung) gegen Verschiebung zu erhalten, werden zweckmässig die Mittelpunkte C der unteren Tragseile 3 unbeweglich mit einem Versteifungsseil L verbunden, das am Boden mit Hilfe eines Fundamentes und einer Befestigungsvorrichtung oder an den äussersten gegenüberliegenden Ecken der Stützen l, la durch Seile L-l und L-2 verankert werden kann.
Es bedeuten in Fig. 3 die Ziffern l, la Wände oder Pfähle, welche die fertigmontierten Stützsektionen tragen. Die Ziffern 2 und 3 stellen das obere bzw. untere Tragseil in dieser Sektion dar ; mit der Ziffer 4 ist das gespannte Seil, das die Fachwerkkonstruktion bildet, bezeichnet. F-l und F-3 bedeuten Befestigungspunkte für die Seile 2.
Mit den Buchstaben A, Bunde und A-l, B-1 und C-l sind sechs Stützkonstruk- tionen angegeben, welche zwischen den Stützen l, la eingespannt sind, wobei die Stützsektionen A, B und C in einer Richtung schräg angeordnet sind, während die übrigen A -1, B -1 und C-l ebensoviel in der entgegengesetzten Richtung schräg angeordnet sind ; dadurch erzielt man teils eine Versteifung des ganzen Systems gegen Beanspruchungen in vertikaler und in horizontaler Richtung, teils wird auf diese Weise erreicht, dass die Kräfte innerhalb des Systems infolge dessen symmetrischen Aufbaues sich ausgleichen.
Die beiden äussersten Stützsektionen, die mit der Ziffer 2 angegeben sind, können zweckmässig aus vertikal angeordneten Sektionen bestehen.
Die Fig. 4 veranschaulicht die Position 5 in Fig. l in grösserem Massstab. Mit 2 oder 3 sind, je nach dem sich die Seilradkonstruktion auf dem oberen oder unteren Primärseil befindet, diese Seile bezeichnet. Das in der Regel schwächere Seil, das die Fachwerkkonstruktion bildet, ist mit 4 bezeichnet. 7 stellt einen U-förmigen Bügel dar, der in seinem umgebogenen Teil an sich die Seile 2 oder 3 aufnimmt.
Ein Keil 8 kann die Seile 2,3 und 4 sperren, so dass eine Verschiebung untereinander unmöglich ist. Die Ziffer 9 gibt einen Bolzen an, 10 zwei Muttern, 11 zwei Lagerbüchsen auf dem Bolzen 9, welcher ein Seilrad 12 trägt, in dessen Rinnen 13 das Seil 4 läuft und geführt wird.
In Fig. 5 ist wieder der U-förmige Bügel 7, die Primärseile 2 und 3, ein Keil 8, das schwächere Seil 4, das die Fachwerkkonstruktion bildet, ein Bolzen 9, der das mit unterbrochenen Linien angegebene Seilrad 12 trägt, gezeigt.
Die Konstruktion nach der Erfindung wird in folgender Weise ausgeführt : Für jede Sektion laut Fig. 1 sind zwei in passendem Abstand voneinander angeordnete Stützen, entweder vom Baukörper selbst völlig freistehend oder in demselben eingebaut, beispielsweise in Form eines Balkens vorgesehen, wobei die Stützen die auftretenden Zug-Beanspruchungen aufnehmen. Falls der Baukörper in Form einer Ellipse ausgebildet wird, kann er auf Grund seines symmetrischen Aufbaues die auftretenden Zugbeanspruchungen aufnehmen, wobei man jedoch oben und rings um die Wand des elliptischen Baukörpers einen Ring aus arrniertembeton oder zusammengefügten Stahl-Skeletteilen anordnen kann.
Von zwei entgegengesetzten Stützen oder Stellen am Baukörper aus werden nun mindestens zwei Tragseile gespannt, die anfangs zweckmässig zueinander paralleL sind und abgesteift und befestigt werden, entweder am Baukörper selbst an den oberen Teilen der betreffenden Stütze oder im Boden in einem dort angeordneten Keilverband mit zugehörigem Fundament. Die beiden vorgespannten Tragseile werden in der Regel das untere senkrecht unter dem oberen angeordnet, dies ist jedoch keineswegs eine unumgängliche Bedingung.
Um die gewünschte Fachwerkkonstruktion zwischen diesen beiden Tragseilen zu erhalten, werden die Seile, bevor sie verankert werden, mit einer passenden Anzahl Blöcken mit Laufrollen nach Fig. 4 versehen. Über die Seilrolle dieser Blöcke wird nun in der Regel ein ununterbrochenes Seil 4, das die Fachwerkkonstruktion bildet, geführt, welches wechselweise über die Seilrolle des oberen und unteren Blockes geleitet wird, bis sämtliche Blöcke passiert sind. Bei kleinerer Spannweite zwischen den Stützen od. dgl.
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kann das (Spann-) Seil 4 an dem einen Ende befestigt und verankert werden, während das andere Ende in einer Winde befestigt und festgezogen wird. Dabei ist die Ausbiegung der beiden vorgespannten Seile in der Mitte am grössten und nimmt allmählich zu den Befestigungsstellen F-1 und F-4 der Tragseile ab.
Theoretisch müssten dabei bei einer unendlichen Anzahl von Blöcken nach Fig. 4 und bei vollständig symmetrischer Anspannung des Seiles 4 die beiden Tragseile 2 und 3 die Kontur einer Kettenlinie annehmen und man erhielte somit eine doppelkonkave Kontur der beiden Tragseile mit einer beispielsweise symmetrischen Fachwerkkonstruktion. Nachdem die obige Arbeit beendet ist, werden die Keile in den auf den Tragseilen 2 und 3 angebrachten Blöcken angezogen, so dass eine Bewegung der Seile 2,3 und 4 relativ zueinander nicht mehr möglich ist, sondern dass sämtliche in Fig. l mit 5 bezeichneten Stellen nach dem Eintreiben der Keile fest sind.
Es wird somit eine aus vorgespannten Seilen und einer dazwischen befindlichen Fachwerkkonstruktion bestehende Konstruktion erreicht, die in der vertikalen Richtung ein beträchtliches Trägheitsmoment oder gute Steifheit besitzt, was beim Zusammenbauen einer freitragenden Dachkonstruktion ausgenützt werden kann. Bei grösseren Spannabständen zwischen den Tragpfählen od. dgl. ist es zweckmässig, das Seil 4, das die Fachwerkkonstruktion bildet, in zwei beispielsweise gleich lange Teile zu teilen, wobei jedes halbe Seil in der Mitte des beispielsweise unteren Tragseiles fest verankert wird. Die Anspannung des Seiles 4 erfolgt dabei von zwei Seiten und in solcher Weise, dass eine vollständige Symmetrie in der Kontur der beiden Tragseile 2 und 3, nachdem diese die gewünschte Konkavität eingenommen haben, erreicht wird.
Eine Versteifung dieser Stützkonstruktion gegen Beanspruchung horizontaler Kraftkomponenten in seitlicher Richtung ist notwendig. Dies wird einfach und wirksam beispielsweise nach Fig. 2 entweder so erreicht, dass man den Mittelpunkt C in diesem Falle auf dem unteren Tragseil mit demselben Punkt des nächstliegenden und so weiter längs sämtlichen Sektionen mit einem zweckmässig senkrecht gegen sämtliche Sektionen gerichteten Stagseil vereinigt, dessen beide freien Enden im Boden in einem dort angebrachten Keilverband mit zugehörigem Fundament oder auf andere Weise verankert sind.
Eine andere Ausführungsform der Versteifung der Sektion ist in Fig. 3 veranschaulicht ; sie gelangt dort zur Verwendung, wo mindestens zwei Sektionen oder ein Vielfaches davon
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die in Fig. 3 angegebenen Sektionen A, B und C dabei beispielsweise in einer Richtung, die andern mit den Buchstaben A-l, B-1 und C-l in der entgegengesetzten Richtung schräg gerichtet sind, wodurch die auftretenden Kraftkomponenten sich ausgleichen und gleichzeitig die ganze Konstruktion sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung versteift wird. Die beiden äussersten, in eine Konstruktion nach dieser A usführungsform fmgehenden Sektionenkönnen vertikal angeordnet sein, d. h. sie können ganz wie es in der Fig. l dargestellt ist, ausgebildet oder ausgeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE
1. Freittagendes Tragwerk, vorzugsweise für Dachkonstruktionen, bestehend aus zwei zunächst frei aufgehängten, mit verriegelbaren Blöcken versehenen Primärseilen oder andern im wesentlichen auf Zug beanspruchten Elementen, die durch mindestens ein über die Blöcke geführtes Spannseil od. dgl. miteinander verbunden sind, wobei die Primärseile, nachdem das Spannseil oder die Spannseile gespannt ist bzw. sind, einen konkaven bzw. konvexen Verlauf aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die primär- seile (2, 3) zusammen mit dem Spannseil oder denSpannseilen (4) einen Dreiecksverband bilden, derdurch Verriegelung der Verbindungspunkte (5) des Spannseiles (4) mit den Primärseilen ein vorgespanntes Tragwerk ergibt.