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Die Erfindung betrifft eine nach dem Baukastenprinzip zusammenstellbare bzw. erweiterbare Kläranlage mit einer Anzahl durch Zellen gebildeter, einander zugeordneter und einander benachbarter Funktionsräume, wie Vor- und Nachklärkammern, Schlammbehandlungsräumen, Belüftungskammern, Reaktions- und Speicherbecken, Pumpenkammern, Verteilerkammern u. dgl.
Die bisher bekannten Kläranlagen waren entweder-in älterer Bauweise-aus einer Anzahl von Kammern, Becken u. dgl. Einrichtungen zusammengesetzt, die in weitflächig und raumaufwendig verteilter und gegliederter Hintereinander- und Nebeneinanderanordnung von dem zu reinigenden Abwasser durchflossen wurden, oder-gemäss jüngerer Bauweisen-waren diese Kammern und sonstigen Einrichtungen der Kläranlagen zu kompakten umfanggeschlossenen Blöcken zusammengefügt, beispielsweise innerhalb einer zylindrischen Umfassungswand eingeschlossen, welche den Umfang der Anlage und damit auch deren Leistung ein für allemal begrenzte und fixierte.
Beide Bauweisen zeitigen erhebliche Nachteile ; insbesondere ist eine nachträgliche Erweiterung solcher vorbekannter Anlagen und eine bedarfsweise spätere Vergrösserung ihrer Leistung kaum bzw. nur mit grossem Kostenaufwand möglich. Bei den Blockbauweisen ergibt sich ferner oft der Nachteil, dass einzelne Kammern bzw. Einrichtungen der Anlage innerhalb des geschlossenen Verbandes nur schwer zugänglich waren. Schwierig ist es überdies schon bei der Planung und Fertigung solcher Anlagen, ihre Dimensionen und ihre Leistung den Kennwerten des örtlich und zeitlich wechselnden Bedarfes, insbesondere einem Wechsel ihres Schmutzanteiles und der zu reinigenden Wassermengen vorausschauend anzupassen ; die Planung bzw.
Typisierung solcher Anlagen erwies sich deshalb als schwierig und zeitraubend, desgleichen wurde die Herstellung durch die Notwendigkeit einer von Fall zu Fall variierenden, immer wieder neu zu berechnenden Dimensionierung und durch die ständig neu anzufertigenden Gesamtkonzepte erheblich verteuert.
Ziel der Erfindung ist es, eine Bauweise für Kläranlagen der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, bei welcher diese Nachteile vermieden werden, d. h. eine gute Zugänglichkeit aller Funktionsräume und Einrichtungen bewahrt ist, dennoch aber der zur Verfügung stehende Raum bestmöglich ausgenutzt wird.
Ausserdem ist es ein Ziel der Erfindung, die Erweiterungsfähigkeit und Anpassungsfähigkeit der Anlage bei einem doch stets gleichbleibenden Grundkonzept in einem optimalen Ausmass sicherzustellen und dabei die aus Zellen zusammengesetzte Anlage so auszubilden, dass ihre Bestandteile weitgehend typisierbar sind und die jeweiligen Bestandteil-Typen möglichst variabel und vielfältig einander zugeordnet werden können, um in verschiedenen Variationen den jeweils an die zu errichtende Anlage gestellten Erfordernissen individuell entsprechen zu können.
Mit einer solchen Typisierung der Bestandteile der Anlage ergibt sich dann der wertvolle praktische Vorteil, dass bei der Planung und konstruktiven Gestaltung solcher Anlagen und bei der Bemessung ihrer Bestandteile nicht nur auf die jeweils im Zeitpunkt der Errichtung geforderte Leistung, sondern auch auf den späteren, voraussichtlichen Zuwachs des Leistungsbedarfes verhältnismässig einfach Bedacht genommen werden kann, weil die Leistung der einzelnen, typisierten und sinnvoll zu einem Verband zusammenfügbaren Bestandteile der Anlage bereits vorberechnet und bekannt sind und demnach zur Feststellung der Leistung der Gesamtanlage bei der Planung bloss summiert werden braucht, wobei bloss noch die weitgehend typisierbaren Anlage-Bestandteile ihrer Gattung und Dimension nach unter Berücksichtigung der jeweiligen Beschaffenheit des zu reinigenden Wassers (Verschmutzungsgrad,
Schmutzgattung usw. ) bei der Planung zweckentsprechend auszuwählen und als Ergebnis der Planung aneinanderzufügen sein werden.
Durch diese Möglichkeiten wird nicht nur die konstruktive Planung, Gestaltung und Herstellung der Kläranlage, so etwa auch deren besonders rationelle Unterbringung auf einem begrenzten Raum, sehr vereinfacht und wirtschaftlich durchführbar, sondern es kann darüber hinaus auch schon die voraussichtliche Notwendigkeit eine späteren Erweiterung und Leistungsvergrösserung der Anlage voll Berücksichtigung finden. Eine solche spätere Erweiterung der Anlage kann sogar ohne Stillsetzung des Betriebes der Anlage und ohne Demontage der bereits vorhandenen Einheiten durchgeführt werden.
Die Erfindung ist ihrem wesentlichsten Merkmal gemäss gekennzeichnet durch eine, vorzugsweise als Schlammbehandlungskammer ausgebildete, Grundzelle, um welche herum bereichsweise zugeordnete Zellen angeordnet sind, die jeweils eine Begrenzungswand mit einem Teil einer Begrenzungswand der Grundzelle gemeinsam haben und die in einer jeweils nach Bedarf wählbaren Grösse, Anzahl, Anordnung und/oder Ausbildung ihrer Funktion entsprechend angeordnet bzw. an die Grundzelle anfügbar sind.
Hiebei stehen im Rahmen der Erfindung ausserordentlich vielerlei Möglichkeiten offen, die jedoch der besseren übersichtlichkeit an Hand der Zeichnungen dargelegt und erläutert werden, welche Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes zeigen und an Hand dieser Ausführungsbeispiele zahlreiche weitere Erfindungsmerkmale erläutern helfen.
Die Fig. 1 bis 8 dieser Zeichnungen zeigen-bloss schematisch-verschiedene Kläranlagen in Grundrissen, die Fig. 9 bis 13 zeigen die Bodenausbildungen solcher Anlagen, gleichfalls bloss schematisch, und die Fig. 14 bis 20 stellen schematisch teils Querschnitte, teils Grundrisse solcher Anlagen und der ihnen zugehörigen wesentlichsten Einrichtungen dar, wobei die Fig. 19 einen Schnitt nach XIX-XIX der Fig. 20 darstellt.
Die Fig. 1 und 2 lehren, dass an die Peripherie einer mit rundem (Fig. l) oder polygonalem (Fig. 2) Grundriss ausgebildeten, zentral angeordneten, gegebenenfalls noch durch eine Zwischenwand--2-- (Fig. 2) unterteilten
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Grund-Zelle-l-ringsektorförmige oder polygonale Zellen-3-als Ringkammern zu einem oder mehreren Ring-Teilen (Oder vollständigen Ringen) anfügbar sein können, wobei Grundzellen-l-und die hinzugefügten Zellen --3-- zumeist gemeinsame Begrenzungswände-4-aufweisen, die stets einen Teil der Peripherie der Grund-Zelle--l--verkörpern.
Die gemäss Fig. 1 beispielsweise ringsektorförmigen, der Grund-Zelle-l-angefügten Zellen-3-- können auf Grund individueller, vorausschauender Planung in völlig beliebiger Grösse, Anzahl, Anordnung und/oder Ausbildung sowie verschiedenen Bestimmungen dienend und verschiedenartig ausgebaut, der Grund-Zelle--l--angefügt werden und es steht auch die Wahl des Zeitpunktes und der Reihenfolge dieser Hinzufügung zur Grund-Zelle-l-frei ; gleichwohl natürlich die zugeordneten Zellen --3-- zumeist gleichzeitig mit der Grund-Zelle--l--hergestellt werden, so ist doch eine erfmdungsgemässe Kläranlage dank ihres Aufbaues in ihrer Leistung besonders weitgehend ergänzungsfähig.
Der Zeitpunkt der Hinzufügung weiterer zugeordneter Zellen --3-- wird also nötigenfalls dem späteren Zeitpunkt des Auftretens eines Bedarfes entsprechen können, d. h. eine Kläranlage wird phasenweise allmählich in jenem Ausmass vergrössert und erweitert werden können, in dem der Bedarf nach grösserer Leistung zunimmt oder auch eine Qualitätsverbesserung der Klärung gewünscht wird und die Notwendigkeit einer Vergrösserung der Leistung oder einer qualitativen Verbesserung der Reinigung akut wird. Diese Erweiterungsmöglichkeit der Anlage ist besonders bei einem Übergang von einer mechanischen zu einer biologischen Reinigung oder bei einer späteren Erweiterung zu einer chemischen Reinigung (Phosphatfällung usw. ) vorteilhaft und kostensparend.
In einer ersten Bauphase wäre demnach beispielsweise nur eine Grundzelle--l--und eine zugeordnete Zelle-3-zu errichten. Die Grundzelle-l-wird dabei-in einer derart einfachen Ausführungsform der Anlage-vorzugsweise als Schlammbehandlungsraum etwa für eine anaerobe Schlammausfaulung verwendet werden und eine von einer Zelle--3--gebildete zugeordnete Ringkammer für die mechanische Vorreinigung.
Diese Bauphase --1--, die in den Zeichnungen beispielsweise mit dickeren Linien angedeutet ist, verkörpert demnach den Typ einer einfachen mechanischen Kläranlage mit Schlammausfaulung, wobei die Wasser-Zu-und Abführung innerhalb einer der Zellen--3--erfolgt und von dieser Ringkammer der Schlamm mittels irgend welcher an sich bekannter Verfahren und Vorrichtungen aus dem Bodenbereich in die benachbarte, der Schlammausfaulung dienende Grund-Zelle--l--überführt wird.
Die Schlammabfuhr aus dem Bodenbereich einer zugeordneten Zelle--3--kann mittels Längsräumern erfolgen, die den Schlamm beispielsweise in eine Ecke schieben, von wo er in die Grund-Zelle-l-hinübergepumpt wird, oder es kann der Boden als Trichter ausgebildet oder in Trichter zergliedert werden, wobei dann die Absaugung des Schlammes mittels Hebern oder Pumpen erfolgt.
Wie schon erwähnt, werden ringsektorförmige, der Grund-Zelle--1--angefügte Zellen-3-- (Ringkammern) vorteilhafterweise keine geschlossenen Ringe bilden, sondern es ist der Zugänglichkeit der einzelnen Einrichtungen der Kläranlage sehr förderlich, wenn die Zellenringe nach einer oder mehreren Seiten hin offenbleiben. Einer der Hauptvorteile der erfindungsgemässen Lösung besteht nämlich darin, dass sie jedwede baulich und funktionsmässig vorteilhafte, z. B. die Wartung, Bedienung und den Betrieb erleichternde Variante der Grundrissgestaltung und Bemessung der Anlage zulässt, ohne jedoch dabei auf die Anwendung typisierter Bestandteile verzichten zu müssen.
Jede Zelle der Anlage kann unter Beibehaltung ihres Typs individuell, der ihr zugedachten Aufgabe entsprechend bemessen werden, ohne die konstruktive Grundform der Anlage dadurch zu ändern oder zu stören.
Wie die Fig. 3 zeigt, müssen demnach die innerhalb desselben Ringes angeordneten Zellen--3--nicht unbedingt gleich breit ausgebildet sein, d. h. dem gleichen Ringdurchmesser entsprechen, sondern sie können verschiedenerlei Durchmesser aufweisen. In manchen Fällen ist nämlich bei der Abwasserreinigung ein bestimmtes Verhältnis der Zellenabmessungen (Breite, Länge und Tiefe) als Optimum anzusehen und
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aber die Zellenbauweise dadurch grundsätzlich zu komplizieren bzw. davon abzuweichen.
Wie die Darstellungen nach den Fig. 2 und 3 lehren, kann die Grund-Zelle-l-durch eine (oder auch
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Tropfkörpers, herangezogen werden.
Ein schrittweiser Ausbau einer auf einer Grund-Zelle--l--aufbauenden Anlage ist auch dann vorteilhaft durchführbar, wenn man hiezu von einer mit beispielsweise ringsektorförmigem Grundriss ausgebildeten Grund-Zelle--l--ausgeht, an deren konkave Begrenzungswand --4-- eine runde zugeordnete Zelle--7-- und/oder an deren Stirnbegrenzungswände --4'-- und/oder konvexe Seitenbegrenzungswand--4"--weitere ringsektorförmige zugeordnete Zellen --3-- anfügbar sind. Bei dieser Lösung, die in der Fig. 4 veranschaulicht ist, ergibt sich demnach eine beispielsweise mit rundem Grundriss ausgebildete, zentral oder exzentrisch angeordnete Kammer als Zelle --7-- allenfalls erst zu einem späteren Zeitpunkt des Ausbaues.
Ausgehend von einer beispielsweise kreisförmigen Grund-Zelle--l--können die ihr anzufügenden zugeordneten Zellen --3-- auch innenseitig an die Peripherie der Grund-Zelle-l-angefügt werden, so wie
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dies die Fig. 5 und 6 zeigen. Gleichwohl diese Lösung weniger bevorzugenswert erscheint, mag ihr in gewissen Sonderfällen-beispielsweise bei Vorhandensein eines bestimmten, begrenzten, für die Verbauung zur Verfügung stehenden Areals, das erst im Zuge eines allmählichen schrittweisen Ausbaues einer gegliederten Anlage auf deren maximale Leistung bzw. auf ein Qualitätsoptimum ausgenutzt werden soll-der Vorzug zu geben sein.
Gleichwohl die runde, vorzugsweise kreisrunde, Form der Anlage im Rahmen der Erfindung in statischer Hinsicht am zweckmässigsten erscheint, steht im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch die Möglichkeit offen, an irgend eine unregelmässige, polygonal gestaltete Grund-Zelle--l--oder an eine mit rechteckigem Grundriss (Fig. 7, 8) gestaltete Grund-Zelle, u. zw. an deren einzelne oder alle Begrenzungswände --4-- weitere rechteckige oder polygonale zugeordnete Zellen-3-anzufügen. Die Anordnung ebener Begrenzungswände --4-- wird sich aber erst bei grösseren Anlagen empfehlen.
Rechteckige Zellen sind-wie Fig. 7 zeigt-derart zusammensetzbar, dass die Aneinanderfügung von einer zentral angeordneten Grund-Zelle--l--ausgeht oder es kann-wie die Fig. 8 zeigt-von einer Grund-Zelle--l--ausgehend eine Hintereinander- und Nebeneinanderreihung von zugrodneten Zellen --3-- erfolgen.
Die Bodenausbildung von erfindungsgemässen Anlagen kann gemäss der Darstellungen der Fig. 9 bis 13
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ebenen Boden --8-- ausgebildet sein, wie dies die Fig. 9 und 10 zeigen, u. zw. entweder mit einem solchen gemeinsamen, in derselben Ebene über die ganze Anlage durchlaufenden Boden --8-- oder mit solchen horizontalen Böden--8--in verschiedenerlei Ebenen (Fig. 10). Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung die Gestaltung der Anlage mit einer ebenen Sohle (Fig. 9 und 13), um dadurch ein möglichst flaches Bauwerk zu erhalten und die Baukosten zu verringern.
Zellen mit ebenen Böden können im Falle der Verwendung als Absetzkammern mittels eines im Bodenbereich verschiebbaren Räumers geräumt werden. Zellen mit einem zumindest teilweise schrägverlaufenden, z. B. trichterförmigen Boden--9--hingegen, wie sie in den Fig. 11 bis 14 dargestellt sind, werden vorteilhaft mit Saugleitungen, Pumpen oder Heberleitungen ausgestattet, mittels derer der abgesetzte Schlamm abgesaugt wird.
Die schrägverlaufenden Böden --9-- der als Absetzkammern benutzten Zellen--3 oder l--können Pyramiden- oder Kegelflächen sein, u. zw. kann der Boden --9-- zumindest einzelner Zellen für sich einen Kegel oder eine Pyramide bilden (Fig. 12) oder es können die Böden gemäss Fig. 13 in einzelne Kegel oder Pyramiden unterteilt sein oder es kann ein für mehrere Kammern gemeinsamer Boden--9--als Pyramideoder Kegelfläche ausgebildet sein, wie dies in der Fig. 11 dargestellt ist.
Die Fig. 14 soll veranschaulichen, wie für eine oder mehrere Zellen gemeinsam eine Abdeckung--10-vorgesehen werden kann, die als Träger einer der Anlage zugehörigen Vorrichtung, z. B. eines biologischen Tropfkörpers --11--, einer Bedienungskoje--12--, eines Antriebsaggregates--13--usw. verwendbar ist.
Der besseren Verständlichkeit des Erfindungsgegenstandes halber sind nachstehend noch einige nach der erfindungsgemässen Bauweise ausgebildete Kläranlagen veranschaulicht und in ihrer Funktion erläutert.
Die Fig. 15 zeigt, dass die einfachste Bauweise für eine erfindungsgemässe Kläranlage eine mechanische Absetzanlage mit einem von den übrigen Funktionsräumen gesonderten Schlammfaulraum ist. Die Grund-Zelle --l-- dieser Kläranlage wird also in diesem Fall als anaerober Schlammfaulraum benutzt und durch eine Zwischenwand --2-- dieser Grund-Zelle --1-- wird ein zweistufiger Schlammfaulraum mit den beiden Kammern--20 und 21--geschaffen, wobei noch ein Vorpumpwerk--14--vorgeschaltet werden kann, welches das ankommende Abwasser (Rohwasser) über den Zulauf--15--erhält und über die Leitung --16-- in den danebenliegenden Absetzraum--17--hebt. Der Bodenbereich dieses Absetzraumes--17- ist in einzelne Absetztrichter unterteilt,
wobei in jeden einzelnen Absetztrichter Schlammhebevorrichtungen
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einem Schlamm-Trockenplatz befördert oder zu einem Behälter geleitet, von wo er nass abgeführt wird. Der Ablauf für das gereinigte Abwasser, der aus dem Absetzraum --17-- mündet, ist mit--26--bezeichnet.
Die Fig. 16 veranschaulicht den Ausbau einer solchen einfachen Kläranlage zu einer Belebungsanlage. Die zentrale, zylindrische, durch eine Zwischenwand--2--in die Kammern--20 und 21--unterteilte, als Schlammfaulraum benutzte Grund-Zelle--l--wird wieder über einen Teil ihrer Peripherie von ringsektorförmigen Zellen--3--umgeben, die folgenden Zwecken dienen :
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Kammer --20-- dieses Schlammfaulraumes befördert wird.
Da der Absetzraum-17-in diesem Beispiel eine ebene Sohle aufweist, erfolgt die Schlammförderung mittels eines Längsräumers--14--in einen
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-19-- in dieausgestaltete Kammer--28--, wo durch Lufteinblasen eine Kleinlebewelt im Wasser erzeugt wird, welche sich von den Schmutzstoffen ernährt und das Wasser dadurch biologisch reinigt. Der Luft- bzw. Sauerstoff-Eintrag für diese biologische Reinigung kann bei Ringkammerbecken vorteilhaft mittels Druckluft bewerkstelligt werden. Der Ablauf dieser biologischen Stufe aus der Kammer --28-- gelangt nun über eine Leitung --28'-- in ein Nachklärbecken--29--, wobei sich dort der biologische Schlamm einführt und absetzt.
Das Nachklärbecken --29-- kann beispielsweise im Bodenbereich als Längstrichter ausgebildet werden, in dem eine fahrbare Hebeoder Pumpenanlage--30--untergebracht ist, die den Schlamm laufend oder in programmgesteuerten Intervallen abpumpt und einer Schlammverteilkammer --31-- zuführt. Von dieser Kammer --31-- gelangt ein Teil des Schlammes zurück zu der die Belebungsstufe bildenden Kammer --28-- und ein Teil-der
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Dieses Anwendungsbeispiel stellt eine raummässig sehr wirtschaftliche und zweckmässige Gestaltung einer sogenannten Belebungsanlage dar.
In den Beispielen nach Fig. 17 und 18 wird gezeigt, dass dieses System genau so wirtschaftlich und richtungsweisend für Schlammstabilisierungsanlagen anwendbar ist, u. zw. ist gemäss Fig. 17 die zentrale zylindrische Grund-Zelle--l--als Nachklärbecken und nach Fig. 18 als Stabilisierungsbecken mit Kreiselbelüftung benutzbar. Die aussenliegenden ringkammerförmigen Funktionsräume der Zellen --3-- werden entweder für die Schlamm-Kontaktbelüftung (Schlamm-Belebungsbelüftung) z.
B. mittels Bürsten --33-- in der Kammer --35-- oder wie die Kammern-34 und 36-als Nachklärbecken benutzt und sind untereinander über Leitungen --27-- verbunden ; in richtiger Reihenfolge dient die Kammer --34-- als Schlamm-Kontaktzone, die Kammer--35--mit den Bürsten--33--als Belebungsstufe und die Kammer --36-- der Schlammstabilisierung. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 18 nimmt die mit dem Zulauf-15-
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--27-- gelangtKammer--38--, in welcher ein fahrbarer Längsräumer--14--untergebracht ist.
Die Kammer--24-- enthält ein Schlammrückführungs-Pumpwerk, die Grund-Zelle-l-dient-wie schon erwähnt-der Schlammbelebung und bildet ein Stabilisierungsbecken mit Kreiselbelüftung.
Schliesslich zeigen die Fig. 19 und 20, dass die erfindungsgemässe Kläranlage mit Vorteil auch für eines der wirtschaftlichsten mechanisch-biologisch arbeitenden Kläranlagen-Systeme verwendet werden kann, nämlich für die mechanisch-biologische Abwasserreinigung mittels Tropfkörpern. Dabei wird der von der der zentralen zylindrischen Grund-Zelle --1-- gebildete Raum - wie beim Beispiel nach Fig. 14-mit einer Abdeckung --10-- versehen und auf dieser Abdeckung ein Tropfkörper--11--aufgebaut. Eine mittig verlaufende Trennwand --2-- der Grund-Zelle unterteilt diese zwecks Ausbildung einer zweistufigen anaeroben Anlage in zwei Kammern.
Die ringsektorförmigen aussenliegenden Kammern--3--, welche die Funktionsräume bilden, umfassen im
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--15-- versehenes Vorpumpwerk --14--,Schlammpumpwerk--41--benötigt, das den ausgefaulten Schlamm aus dem anaeroben Schlammfaulraum der Grund-Zelle-l-abpumpt und auf Schlammtrockenplätze befördert. In diesem Schlamm-Pumpwerk können auch noch überführungsleitungen für das Verbringen des Faulschlammes von der einen in die andere Kammer der durch die Trennwand --2-- unterteilten Grund-Zelle --1-- untergebracht sein. Mit--42--ist in dieser Anlage ein Nachklärbecken bezeichnet, das den Ablauf--25--aufweist.
Aus der Fig. 19 ist noch ein weiteres, sehr wesentliches und allenfalls unabhängig von der oben erläuterten Bauweise anwendbares Erfindungsmerkmal ersichtlich. Der oberhalb des Schlammfaulraumes angeordnete biologische Tropfkörper--11--weist vorteilhafterweise denselben Grundriss auf wie der unterhalb dieses Tropfkörpers befindliche, durch die Grund-Zelle--l--verkörperte Schlammfaulraum, so dass die diese Grund-Zelle begrenzenden Wandungen --4-- vertikal aufwärts verlängert selbst den Tropfkörper--11-- bilden können. Dies stellt eine erhebliche bauliche Vereinfachung und eine statisch besonders vorteilhafte Lösung dar.