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Hallenkonstruktion und Verfahren zur Errichtung derselben
Hallen oder ähnliche Bauten grösserer Ausmasse werden meist in Skelettbauweise ausgeführt, d. h., es wird zunächst eine tragende Konstruktion aufgestellt und diese dann entsprechend verkleidet. Dabei han- delt es sich in der Regel um Einzelanfertigungen, und es ist nicht möglich, mit vorgefertigten gleichen
Teilen Hallenbauten verschiedener Höhe und verschiedener Grundrissmasse herzustellen. Es sind aber auch schon Bauwerke bekannt, die aus gleichartigen, unmittelbar zusammengesetzten, selbsttragenden Bau- elementen bestehen. Bei einer solchen Ausführung werden Stäbe in Form von gleichseitigen ebenen oder sphärischen Dreiecken zusammengesetzt und diese bienenwabenartig zu einem Gesamttragwerk verbun- den, womit sich aber nur kugelförmige bzw. kuppelartige Bauten erreichen lassen.
Ausserdem sind verhältnismässig komplizierte Konstruktionen zur Stabverbindung in den Knotenpunkten erforderlich, und das
Aufstellen des Bauwerkes ist schwierig und setzt besondere Gerüste voraus. Ähnliche Nachteile weist eine andere bekannte Ausbildung auf, bei der die Bauelemente aus je zwei sich zu einem Rhombus ergänzenden Dreiecksblechen mit abgewinkelten Seitenkanten bestehen, wobei zwei einander gegenüberliegende Eckpunkte des Rhombus aufgebogen und durch einen die Kräfte aufnehmenden Stab verbunden sind. Die so gewölbt ausgebildeten Blechrhomben werden derart aneinandergefügt, dass sich die Stäbe nach Bienenwabenart zu regelmässigen Sechsecken ergänzen, die ebenfalls eine kugelige Gesamtkrümmung ergeben.
Ferner sind Bauelemente aus Blech od. dgl. bekannt, die den Umriss eines unregelmässigen Viereckes aufweisen, von dem aber nur je zwei aneinanderstossende Seitenkanten in einer Ebene liegen. Diese Elemente sind demnach entsprechend gekrümmt und können stets nur so zusammengesetzt werden, dass sie in ihrer Vielzahl ein zwar höckriges, mit den Eckpunkten oder Randkanten aber doch in einer Ebene liegendes Gebilde ergeben, so dass sie sich zwar zur Bildung eines Daches bzw. einer Abdeckung, nicht aber eines gewölbten bzw. stntzenlosen Hallenbauwerkes eignen. Schliesslich ist es bekannt, Schalentragwerke aus plattenartigen Einzelelementen zusammenzusetzen, die einer geometrischen Figur gleichen und eine geringe sphärische Krümmung aufweisen, wobei sie an ihren aneinanderliegenden abgewinkelten Randrippen miteinander verbunden werden.
Die Herstellung einer Halle aus solchen plattenförmigen Elementen ist gleichfalls ausgeschlossen.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung aller dieser Nachteile und die Schaffung einer Hallenkonstruktion, die aus lauter einfach herzustellenden, für sich leichten und ohne Schwierigkeit zusammensetzbaren Bauelementen besteht, wobei die Möglichkeit gegeben sein soll, ohne Abänderung der Bauelemente die Höhe, Spannweite und Länge der Halle beliebig zu verändern.
Die Erfindung geht von einer Hallenkonstruktion aus gleichartigen, unmittelbar zusammengesetzten selbsttragendenBauelementen aus und besteht im wesentlichen darin, dass jedes Bauelement als dünnwan- diger Mantel einer geraden, rhombischen Pyramide ausgebildet ist, wobei von den Endpunkten der Mantelseitenkanten zwei einander diametral gegenüberliegende in der Basisebene der Pyramide und die beiden andern Endpunkte mit gleichem Abstand über der Basisebene angeordnet sind und der Mantel an den die Endpunkte verbindenden Grundkanten in an sich bekannter Weise abgewinkelte Randstege zur gegenseitigen Verbindung der Bauelemente aufweist. Solche Bauelemente, die beispielsweise aus Blech oder auch aus Kunststoff hergestellt werden können, weisen eine hohe Festigkeit bzw.
Steifigkeit auf, da jede Man- tel-Dreiecksfläche an allen drei Seiten durch eine Abwinkelung begrenzt ist und sich somit trotz der dünn- wandigen Ausbildung insgesamt ein verhältnismässig steifes Gebilde ergibt. Dadurch, dass die Grundkanten des Bauelementes nicht in einer Ebene, sondern in zwei miteinander einen stumpfen Winkel einschliessenden
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Ebenen liegen, deren Schnittlinie im Grundriss mit der kürzeren Rhombusdiagonale zusammenfällt, lassen sich dieBauelemente zu Bögen zusammenschliessen, wobei jeweils die Pyramidenspitzen der Bauelemente auf einem Kreisbogen liegen und die Grundkanten im Aufriss die Sehnen eines kleineren Kreisbogens bilden.
Handelt es sich um Blechelemente, kann deren Oberfläche verzinkt, gestrichen oder mit einer Kunst-
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bestehenden Bögen können durch seitliches Anfügen weiterer Bauelemente beliebig erweitert werden, so dass sich Hallen verschiedener Länge ergeben. Ebenso lässt sich die Höhe bzw. Spannweite dadurch be- liebig verändern, dass eine verschiedene Anzahl von Bauelementen zu einem flacheren oder stärker ge- krilmmten Bogen zusammengesetzt werden. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht darin, den Win- kel, den die beiden Ebenen, in denen die Grundkanten liegen, miteinander einschliessen, stumpfer oder spitzer auszuführen, wodurch sich auch die Aussenwinkel des beim Zusammensetzen der Bauelemente sich bildenden Polygons ändern und der Radius des ein-bzw. umgeschriebenen Kreisbogens grösser oder kleiner wird.
Jedenfalls wird durch die besondere Form der Bauelemente die Bildung von Hallen ermöglicht, und man ist nicht mehr bloss an Kuppelbauten gebunden.
In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Bauelemente durch mindestens eine zwei gegenüberlie- gende Mantelseitenkanten, vorzugsweise die kürzeren Seitenkanten verbindende Zwischenwand versteift, in welchem Fall die Bauelemente auch grösseren Belastungen standhalten. Zur Erzielung einer weiteren
Versteifung bzw. einer Verringerung der Wandstärke bei gleicher Tragfähigkeit ist es auch möglich, den dreieckigen Mantelseitenwänden der Bauelemente bei jeweils in einer Ebene liegenden Seiten- bzw.
Grundkanten eine geringe Wölbung zu geben, was zu keinen besonderen Herstellungsschwierigkeiten führt, da es sich eben nur um eine Wölbung mit im Vergleich zur Kantenlänge ganz geringer Scheitelhöhe handelt.
Um Lichteinfall zu ermöglichen, können mindestens einige der Bauelemente aus die Kanten bilden- den, starr verbundenen Profilstäben und in diesen gefassten, durchsichtigen bzw. lichtdurchlässigen Schei- ben bestehen.
DieBauelemente werden mit ihren Randstegen zusammengeschraubt, vernietet oder verschweisst. Um dabei das Eindringen von Regenwasser bzw. sonstiger Feuchtigkeit zu verhindern, können zwischen den
Randstegen benachbarter Bauelemente in an sich bekannter Weise Dichtungsstreifen bzw. -profile einge- setzt und/oder die Stossfugen verkittet sein. Da die Pyramidenhöhe im Verhältnis zu den Grundrissab- messungen klein ist, ergibt sich beim Zusammensetzen der Bauelemente ein von aussen gesehen höckriger
Teilzylinder, wobei alle Verschneidungslinien und Flächen gegen die Waagrechte geneigt sind, so dass das Ansammeln von Wasser in Oberflächenmulden, das besondere Dichtheit voraussetzen würde, nicht auf- treten kann ; das Regenwasser od. dgl. läuft vielmehr auf jeden Fall rasch ab.
Auf Grund der besonderen Form der Bauelemente und der Möglichkeit ihres Zusammenschlusses ergibt sich auch ein neues und sehr einfaches Verfahren zur Errichtung einer entsprechenden Hallenkonstruktion, das erfindungsgemäss darin besteht, dass zunächst drei Bauelemente miteinander verbunden werden, indem an den Randstegen zweier einen spitzen Winkel miteinander einschliessenden Grundkanten des einen Bau- elementes die andern zwei Bauelemente mit den Randstegen an ihren Grundkanten angeschlossen werden, wobei der Scheitel des spitzen Grundkantenwinkels des einen Elementes mit Scheiteln von stumpfenGrund- kantenwinkeln der angeschlossenen Elemente zusammenfällt, so dass ein flacher, in drei Punkten am Bo- den aufruhender Bogen entsteht,
der hierauf nachschwenkbarer Verankerung der beiden nebeneinanderlie- genden Auflagepunkte der angeschlossenen Bauelemente an der Seite des dritten Auflagepunktes angehoben wird, worauf an die beiden freien Randstege des angehobenen Bauelementes zwei weitere Bauelemente in gleicher Weise angeschlossen werden, gegebenenfalls ein neuerliches Anheben erfolgt, zwischen den letzteren Bauelementen ein nächstes Element eingesetzt und der Vorgang so oft wiederholt wird, bis ein
Bogen gewünschter Gesamtabmessung erreicht ist, der dann durch jeweils vom Boden ausgehendes seitli- ches Anschliessen zusätzlicher Bauelemente zu einer Halle erweitert wird.
Es ist also kein besonderes Ge- rüst zur Errichtung des Grundbogens erforderlich, und es genügt jeweils, den fertigen Bogenteil nur so weit anzuheben, dass ein bzw. zwei weitere Bauelemente angeschlossen werden können. Da die Bauelemente auf Grund ihrer Dünnwandigkeit verhältnismässig leicht sind, bereitet-die Montage keine Schwierigkeiten, und es sind auch keine Hebezeuge besonderer Tragfähigkeit notwendig.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zei- gen die Fig. 1-4 ein Bauelement für sich allein in den beiden Ansichten, in Draufsicht und im Schaubild, die Fig. 5,6, 7 und 8 eine aus solchen Bauelementen zusammengesetzte Hallenkonstruktion in Stirnan- sicht, Draufsicht, im Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6 und im Schaubild, die Fig. 9-13 andere mögliche Hallenausführungen in Stirnansicht und Fig. 14 das Schema des Verfahrens zur Errichtung sol- cher Hallen.
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Jedes beispielsweise aus Blech hergestellte Bauelement 1 weist die Form des Mantels einer geraden rhombischen Pyramide auf, wobei aber nicht alle vier Endpunkte der Mantelseitenkanten in der Basisebe- ne E (Fig. l und 2) liegen, sondern die Endpunkte 2,3 mit gleichem Abstand über der Basisebene ange- ordnet sind. Die beiden Grundkanten 4 einerseits und 5 anderseits liegen daher nicht in der Basisebene E, sondern in zwei einen stumpfen Winkel a. einschliessenden Ebenen, deren Schnittlinie im Grundriss mit der kürzeren Rhombusdiagonale zusammenfällt. An den Grundkanten 4, 5 sind abgewinkelte Randstege 6, die mit Schraubenlöchern versehen sein können, zur gegenseitigen Verbindung der Bauelemente vorgesehen.
Die Bauelemente können durch eine zwei gegenüberliegende Mantelseitenkanten, vorzugsweise die kürze- ren Seitenkanten 7 verbindende Zwischenwand 8 versteift sein. Die dreieckigen Mantelseitenwände brau- chen nicht, wie dargestellt, ebenflächig zu sein, es ist vielmehr auch möglich, ihnen bei jeweils in einer
Ebene liegenden Seiten- bzw. Grundkanten eine geringe Wölbung zu geben.
Die Fig. 5-8 zeigen, wie sich die Bauelemente zu einer Hallenkonstruktion zusammensetzen lassen, wobei die Pyramidenspitzen der Bauelemente auf einem Zylindermantel liegen und die Grundkanten 4,5 die Sehnen eines kleineren Bogens bzw. Zylinders bilden. Alle Flächen der Bauelemente und Verschnei- dungslinien bzw. Kanten sind gegenüber der Horizontalen so geneigt, dass nirgendwo eine Mulde entsteht, in der sich Wasser ansammeln könnte. Es ist ohne weiteres möglich, jeweils Bauelemente, die weder mit einer Grundkante noch mit einem Eckpunkt aneinanderstossen, also beispielsweise die Elemente la gemäss
Fig. 6, auszulassen, ohne dass dadurch der Zusammenhalt der Gesamtkonstruktion verloren gehen würde.
Dieses Auslassen kann zweckmässig sein, um Öffnungen für den Lichteinfall oder zur Be-bzw. Entlüftung zu erhalten. Die dreieckigen Bodenfelder 9 können beispielsweise zur Bildung von Ein- bzw. Ausgängen offenbleiben, es ist aber auch möglich, dort Halbelemente einzusetzen oder eine sonstige Abdeckung vor- zusehen. Es hat sich gezeigt, dass günstige Verhältnisse erzielt werden, wenn die eine Diagonale des rhombischen Grundrisses doppelt so lang wie die andere ist, wobei beispielsweise Abmessungen von 6 und 3m gewählt werden und die Gesamthöhe eines Bauelementes etwa 1-2m beträgt.
Die Fig. 9-13 lassen die Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Bogenhöhe und Spannweite erkennen. So ergibt sich nach Fig. 9 ein flacherer Bogen, wenn dieser nur aus fünfBauelementen zusammengesetzt wird. Gemäss Fig. 10 wird mit sechs Elementen sin sich mehr als über einen Halbkreis erstreckender Bogen erreicht, wenn der Winkel (x etwas spitzer gewählt wird. Die Fig. 11 zeigt eine Konstruktion mit einem Bogen aus fünf Bauelementen, bei denen der Winkel a ein mittleres Mass aufweist. Nach Fig. 12 lässt sich ein Bogen bereits aus drei Bauelementen zusammensetzen. Schliesslich zeigt Fig. 13 einen Bogen aus vier Bauelementen, deren Winkel ex den Elementen nach Fig. 10 entspricht.
Das Errichten einer Halle geht unter Bezugnahme auf die Fig. 6-8 und 14 wie folgt vor sich :
Zunächst werden zwei nebeneinander angeordnete Elemente 10 mit einem mit seinem spitzen Grundkantenwinkel zwischen sie greifenden dritten Element 11 verbunden, so dass ein flacher Bogen entsteht, der in drei Punkten am Boden aufliegt. Der Bogen wird an den beiden nebeneinanderliegenden Auflagepunkten in nicht näher dargestellter Weise schwenkbar verankert und an der Seite des dritten Auflagepunktes so weit angehoben, dass an die freien Randstege 6 des Bauelementes 11 zwei weitere Elemente 12 angeschlossen werden können. Der nun gebildete Bogen ruht in vier Punkten am Boden auf. Soll der Bogen weiter verlängert werden, wird er am Ende der Bauelemente 12 neuerlich angehoben und ein Mittelelement 13 eingesetzt, so dass nunmehr wieder ein Bogen mit drei Fusspunkten entsteht.
Durch weiteres Anheben und Anfügen von Bauelementen kann der Vorgang so lange fortgesetzt werden, bis ein Gesamtbogen gewünschter Abmessungen erzielt ist. Dabei braucht vom Boden aus niemals die Gesamtscheitelhöhe erreicht zu werden, es genügt vielmehr, die Teilbögen an der Seite der neu anzuschliessenden Bauelemente so weit anzuheben, dass dieser Anschluss ermöglicht wird. Der Hub beträgt also höchstens die Länge eines Bauelementes. Ist ein Grundbogen fertig, können dann, jeweils vom Boden ausgehend, beliebig viele zusätzlicbe Bauelemente seitlich bis zur gewünschten Hallenlänge angeschlossen werden, so dass sich insgesamt eine sehr einfache Montage ergibt.
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