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Gegenstand der Erfindung ist primär ein dreieckförmiges Bauelement zur Herstellung von Turmbauwerken räumlicher Fachwerkkonstruktion. Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Möglichkeit zur billigen Massenfertigung verhältnismässig kleiner, leichter dreieckförmiger Bauelemente, die wirtschaftlich verpackbar und transportierbar sowie ohne Schweissen, Nieten, Verschrauben und ohne Zuhilfenahme eines Gerüstes auf der Baustelle montierbar sind.
Besonders bei turmförmigen Bauwerken besteht ein ständig wachsender Bedarf nach schlanken, einfach transportierbaren, ohne Gerüst und Hebezeuge herzustellenden, billigen und leichten Konstruktionen. Meist wird gefordert, dass die Turmbauwerke dem Angriff des Windes nur kleine Flächen darbieten, dennoch ausreichende Steifigkeit aufweisen und sich in ihrer architektonisch-ästhetischen Gestaltung gut in die jeweilige Umgebung einfügen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einer Verkürzung der Bauzeit, in der weitestgehenden Verringerung des für die Bauarbeiten erforderlichen Aufwandes an Baumaschinen und Arbeitskräften und in der Verwendung von Bauelementen, die sich unter günstigen betrieblichen Bedingungen in gut organisierbarer Fertigung montieren lassen.
Grössere Turmbauwerke in räumlicher Fachwerkkonstrukion wurden bisher meist durch Schweissen oder Vernieten der Bauelemente hergestellt. Dabei handelt es sich meistens um Stahl-Türme, bei denen sich das Schweissen im Freien infolge der schwankenden Witterungsverhältnisse auf die Güte der Schweissverbindungen ungünstig auswirken kann. Davon abgesehen ist die Herstellung zahlreicher Schweissverbindungen zeitaufwendig und unwirtschaftlich.
Man hat deshalb schon zwecks Verringerung der auf der Baustelle anfallenden Arbeiten fabriksmässig aus Aluminium-Elementen grössere, aber noch transportierbare Fachwerkelemente zusammengeschweisst oder genietet, die auf der Baustelle mittels hiezu geeigneter Hebezeuge versetzt und zusammengebaut wurden. In diesem Fall kann aber selbst bei besonders sorgfältigem-und dementsprechend teuerem-Transport eine Beschädigung der Konstruktionsteile nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden ; ausserdem ist der erforderliche Gerüstbau und der Einsatz der Hebezeuge für die Montage der Konstruktionsteile mit hohen Kosten verknüpft.
Oft ist auch der Transport der vormontierten grossen Einheiten fast unmöglich, beispielsweise beim Bau von Fernleitungen in waldigem Gelände.
Vorbekannt sind auch schon zerlegbare Turmbauwerke. Die Einheiten einer solchen vorbekannten Konstruktion, die allerdings einen dreieckförmigen Grundriss aufweisen muss, bestehen aus drei gleichförmigen Sektionen ; je eine solche Sektion ist ein ebenes Fachwerk, das mit zwei parallelen Gurtprofilen und vier Diagonalen versehen ist. Jedes der parallelen Gurtprofile besteht aus einem in seiner Längsrichtung aufgeschlitzten Rohrstück, wobei die Diagonalen aus Stäben oder Rohren gebildet sind. Die Schlitze der Rohre schliessen einen Winkel von 600 mit der Ebene der Fachwerkträger ein. So kann aus drei Sektionen ein prismatischer Turmabschnitt mit dreieckförmigem Grundriss erstellt werden, wobei die Diagonalen in die aufgeschlitzten Rohre axial hineingeschoben werden.
Abgesehen davon, dass-wie schon erwähnt-in dieser Bauweise nur Turmbauwerke mit dreieckförmigem Grundriss herstellbar sind, ist auch die Montage dieser Elemente verhältnismässig aufwendig und schwierig.
Zur Behebung dieser Nachteile und um auch Turmbauwerke mit andern Grundrissen herstellen zu können, ist nach dem wesentlichsten Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass das aus Stäben, vorzugsweise aus Rohren, bestehende dreieckförmige Bauelement zum formschlüssigen Anschluss an benachbarte Bauelemente an zwei seiner Ecken vorzugsweise halbmuffenförmige Knotenpunktelemente aufweist und dass ein Knotenpunktelement der dritten Ecke mit Bolzen od. dgl. Kupplungsorganen formschlüssig in die Knotenpunktelemente benachbarter Bauelemente passt, wobei die Achsen der beiden Bolzen od. dgl. Kupplungsorgane miteinander einen Winkel einschliessen, der kleiner als 1800 ist.
Die Knotenpunktelemente können nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bajonettverschluss ausgebildet sein.
Die als regelmässige Dreiecke gestalteten Fachwerkteile werden aus Metallrohr, zweckmässig aus Aluminiumrohr, hergestellt und können durch selbsttätige Maschinenschweissung oder Metallverklebung an die in Massenfertigung herstellbaren, im Pressgut gegossenen, im Gesenk geschmiedeten oder in ähnlicher Massenfertigung hergestellten Knotenpunktelemente angeschlossen werden.
In jedem einzelnen Knotenpunkt der räumlichen Fachwerkkonstruktion sind die Spitzen dreier dreieckförmiger Bauelemente gelenkig miteinander verbunden. An der oberen Spitze dieser Bauelemente befindet sich der mit einem Bolzen versehene Knotenpunkt-Teil, während die Teile der unteren Ecken halbmuffenförmig gestaltet sind.
Die Erfindung bezieht sich des weiteren auf ein Verfahren zur Herstellung eines Turmbauwerkes aus den vorgenannten Bauelementen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zuerst auf mindestens einem, z. B. aus Beton gefertigtem Fundament eine unterste Schar von Bauelementen in einer der Seitenanzahl des Turmbauwerkes entsprechenden Anzahl mittels an ihren unteren Ecken angeordneter halbmuffenförmiger Knotenpunktelemente in im wesentlichen waagrechter Lage auf im Fundament eingebettete Bolzen oder auf mit solchen Bolzen versehene Knotenpunktelemente aufgesetzt wird, dass sodann jedes dieser Bauelemente um die
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Achse des die unteren Ecken verbindenden Stabes in eine zumindest annähernd lotrechte Ebene hochgeklappt wird,
dass ferner eine nächste Schar bildende Bauelemente auf die Bolzen der Knotenpunktelemente der unteren Schar in im wesentlichen waagrechter Ebene aufgesetzt und um die die unteren Knotenpunktelemente verbindenden Achsen in eine zumindest annähernd lotrechte Ebene hochgeklappt werden, wobei dieses Verfahren bis zur Erreichung der vollen Höhe des Turmbauwerkes fortgesetzt und schliesslich zwischen die oberen Knotenpunktelemente der obersten Schar ein Abschlussstück eingebaut wird.
In einem erfindungsgemässen Turmbauwerk bilden die theoretischen Seitenlängen der in aufeinanderfolgenden Scharen versetzten Bauelemente eine geometrische Reihe.
Die Passflächen der Knotenpunktverbindungen können bei der Montage mit einem Fugenverguss-Metallkleber behandelt werden, um das aus allfälligen Massabweichungen herrührende Spiel zu verhindern.
An Hand der Zeichnungen, die einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulichen, wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In diesen Zeichnungen zeigt die Fig. l eine Fachwerkkonstruktion eines Lichtmastes mit regelmässigem Sechseckgrundriss, die Fig. 2 die Gestaltung eines Installations-Mastes mit regelmässigem Dreieckgrundriss, axonometrisch dargestellt, die Fig. 3 zwei Reihen des in Fig. l dargestellten Turmbauwerkes in axonometrischer Darstellung. Die Fig. 4 zeigt ein einzelnes dreieckförmiges Bauelement, die Fig. 5 dessen Seitenansicht und die Fig. 6 dessen Draufsicht.
Die Fig. 7 zeigt die Montage der dreieckförmigen Bauelemente, ihre Drehung in die richtige Lage, in axonometrischer Darstellung, die Fig. 8 zeigt das beim Transport und bei der Lagerung zweckmässige Ineinanderfügen der dreieckförmigen Bauelemente, die Fig. 9 zeigt die spitzwinkelige steife Verbindung der oktaedrischen Maste mit Dreieckgrundriss in axonometrischer Darstellung und die Fig. 10 zeigt eine aus Bauelementen gemäss Fig. 2 mit Gelenkverbindungen herstellbare, mehrteilige Fachwerkkonstruktion gleichfalls axonometrisch. Diese Konstruktion ist als besonders leichte und steife Gerüstkonstruktion bei der Ausführung turmförmiger Bauwerke vorteilhaft anwendbar.
Unter den obigen Darstellungen zeigen die Fig. l und 3 die Variante mit Sechseck-Grundriss, die Fig. 2, 7 und 9 sowie 10 die Variante mit Dreieckgrundriss.
Aus den erfindungsgemässen dreieckförmigen Bauelementen lassen sich Turmbauten verschiedener Form und Bestimmung herstellen. Die Form der Knotenpunktelemente ist entsprechend der Seitenzahl des Fundamentpolygons und entsprechend dem von den Polygonseiten eingeschlossenen Winkels zu wählen (Fig. 6).
Den Hauptkonstruktionsteil bildet-falls sich der Turmquerschnitt nach oben hin verjüngt-das zweckmässigerweise gleichseitige dreieckförmige Bauelement stetig variierender Grösse, dessen Seitenteile--l-- mit den oberen Knotenpunktelementen--2--sowie mit den unteren Knotenpunktelementen--3 und 4---vorzugsweise durch Schweissung oder Metallverklebung-unter Verwendung eines entsprechend verstellbaren Gerätes in Massenfertigung verbunden werden können. Falls der Turmquerschnitt in Höhenrichtung konstant ist, d. h. die zugeordneten Knotenpunkte parallel zur Turmachse liegen, sind sämtliche dreieckförmigen Bauelemente gleiche (kongruente) Dreiecke.
Die Seitenteile--l--jedes dreieckförmigen Bauelementes sind zweckmässigerweise kreisrund profilierte Rohre, die Knotenpunktelemente--2, 3 und 4--sind bei sämtlichen Bauelementen gleich, lassen sich also besonders wirtschaftlich, mit grosser Massgenauigkeit und aus hochfesten Werkstoffen serienmässig herstellen.
Grundsätzlich lassen sich aus den erfindungsgemässen dreieckförmigen Bauelementen Turmkonstruktionen von beliebigem regelmässigem Polygongrundriss herstellen, wobei die Meridian-Kurve ihrer Hüllfläche geradlinig (Zylinder, Stumpfkegel, Doppelstumpfkegel usw. ) oder gekrümmt (Rotationshyperboloid usw. ) sein kann. Der ohne Aussteifungssockel, als räumliche Fachwerkkonstruktion hergestellte Turm hat eine minimale Grundfläche und zeichnet sich ausserdem durch besonders günstige statische Parameter aus.
Sämtliche Knotenpunkte der mit zylindrischer oder kegeliger Meridiankurve ausgeführten Turmbauwerke sind gleich, im erstgenannten Fall sind die dreieckförmigen Bauelemente kongruent, im letztgenannten Fall sind die dreieckförmigen Bauelemente ähnlich und die theoretischen Seitenlängen der in den aufeinanderfolgenden Scharen befindlichen Bauelemente bzw. die Höhen dieser Scharen bilden jeweils eine geometrische Reihe. Die Seitenlänge--an--des in der n-ten Reihe befindlichen gleichseitigen dreieckförmigen Bauelementes lässt sich, wenn man die Seite des in der ersten Reihe befindlichen Bauelementes mit--al--bzeichnet, mit der Formel an = al qn-1 errechnen, wobei die Grösse des Quotienten q ausschliesslich von der Konizität des Turmbauwerkes abhängt.
Die
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--h,-- beträgt, mit dem bekannten Zusammenhang
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errechnen.
Gemäss der Erfindung wird jedes einzelne Bauelement wirtschaftlich optimal gestaltet. Die unteren Stäbe, die grössere Lasten aufzunehmen haben, werden aus Rohren grösserer Wandstärke, aber zweckmässigerweise
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einheitlichen Aussendurchmessers hergestellt, wodurch zur Aufnahme von Druckbeanspruchungen (Knicklast) und Zugbeanspruchungen gleicherweise geeignete Bauelemente erhalten werden.
Die erfindungsgemässe Turmkonstruktion kann als Lichtmast mit grosser Lichtquellen-Höhe gut zur Platzbeleuchtung benutzt werden. Sie eignet sich vor allem zur Beleuchtung von Plätzen mit regem Verkehr in Städten, weil die Fachwerkkonstruktion schlank und-einem Spitzengewebe gleich-durchsichtig ist und sich nicht störend auf das Stadtbild auswirkt, indem sie keine wichtigen Details des Hintergrundes verdeckt.
Ein erfindungsgemässes Turmbauwerk ist auch als Antennenturm und als Fernleitungsmast grossen Durchmessers gut anwendbar, in welchem Fall ausser dem Winddruck auch bedeutende horizontale Nutzlasten aufzunehmen sind. Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit erfindungsgemässer Turmbauwerke ergibt sich als provisorisches Bauwerk zur Montage von Anlagen grosser Höhe, wobei sich die erfindungsgemässe Konstruktion als demontierbares Arbeitsgerüst vorzüglich anwenden lässt. In diesem Fall werden keine Klebeverbindungen angewendet, um die Demontage der Turmkonstruktion zu ermöglichen.
Die erfindungsgemässe Konstruktion entspricht in jeder Hinsicht den modernen Projektierungs- und Berechnungsverfahren, sowie den modernen Bauweisen. So ist beispielsweise bei Anwendung als Lichtmast die Berechnung-unter Berücksichtigung der Grösse der zu beleuchtenden Fläche und der erforderlichen Beleuchtungsstärke als Ausgangsdaten-komplex programmierbar, d. h. die geometrische und statische Bemessung des Turmbauwerkes, sowie die Berechnung der elastischen Verformung ist-z. B. mittels Komputern-in wenigen Minuten durchführbar. Das Maschinenprogramm ist derart aufstellbar, dass der Komputer unter Berücksichtigung der an die Wirtschaftlichkeit gestellten Anforderungen die geometrischen Daten optimiert errechnet und daraus die zur Fertigung benötigten Masstabellen oder auch die Konstruktionszeichnungen herstellt.
Somit trägt die Erfindung zur guten Organisation der Projetierung und betriebsmässigen Vorfertigung bei.
Die Fertigung ist mit der in metallverarbeitenden Betrieben zur Verfügung stehenden Ausrüstung einfach durchführbar. Für die Fachwerkkonstruktion wird eine grosse Serie gleicher bzw. ähnlicher Elemente hergestellt. Die ineinandergefügten Bauelemente können auf wirtschaftliche Weise transportiert und gelagert werden. Die Montage auf der Baustelle geht schnell und einfach vor sich. Die Bauelemente sind auch von Hand aus versetzbar. Die Bauausführung beginnt mit der Herstellung des Betonfundamentes, das den untersten Gelenkpunkten der Turmkonstruktion entsprechend ausgebildet wird. Auf dieses Fundament werden die dreieckförmigen Bauelemente der ersten Schar des Turmbauwerkes verlegt und in ihre endgültige Lage geschwenkt, auf die Spitzen dieser ersten Schar versetzt man dann die Elemente der nächsten Schar usw.
Als Abschluss einer jeden Schar kann an die Gelenkpunkte (Knotenpunkte) der polygonen Ebene je ein gelenkig öffnendes Installationsgitter befestigt werden, woraus je ein Segment nach Bedarf auch endgültig im Turmbauwerk verbleiben und zur Ausbildung eines wendeltreppenförmigen Innenaufganges verwendet werden kann.
Sollten im Turmbauwerk, beispielsweise zwecks Austausches von Glühlampen, sonstige Hebe- und Fördermittel, z. B. mit Drahtseil betätigbare oder hydraulische oder pneumatische Hebezeuge und Aufzüge, eingesetzt werden, so können die Arbeitsbühne nach Beendigung der Turm-Bauarbeiten in der Reihenfolge von oben nach unten entfernt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dreieckförmiges Bauelement zur Herstellung von Turmbauwerken räumlicher Fachwerkkonstruktion,
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zum formschlüssigen Anschluss an benachbarte Bauelemente an zwei seinei Ecken vorzugsweise halbmuffenförmige Knotenpunktelemente (3,4) aufweist und dass ein Knotenpunktelement (2) der dritten Ecke mit Bolzen od. dgl. Kupplungsorganen formschlüssig in die Knotenpunktelemente 13, 4) benachbarter Bauelemente passt, wobei die Achsen der beiden Bolzen od. dgl. Kupplungsorgane miteinander einen Winkel einschliessen, der kleiner als 1800 ist.
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