Flächentragwerk und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein Flächentragwerk, insbe sondere für Gebäudeüberdeckungen sowie ein Verfah ren zur Herstellung eines aus einer Vielzahl von Teil elementen gebildetes Flächentragwerkes, welches Trag werk zur Oberdeckung eines Gebäudes vorgesehen ist.
Bei der bekannten Anwendung von Gewölben tritt an den Kämpfern ein nach aussen drückender Hori zontalschub auf. Er muss durch besondere konstruk tive Elemente aufgenommen (z. B. Zugstangen) oder in den Baugrund abgeleitet werden (Strebepfeiler u. ä.).
Auch bei den in letzter Zeit immer häufiger ange wendeten seilförmig hängenden Schalenkonstruktionen tritt an deren Verankerungspunkten e!in Horizontal schub auf, der hier nach dem Gebäudeinneren gerichtet ist. Die Aufnahme dieser Horizontalkräfte ist noch schwieriger als bei den Gewölben; man benötigt platz raubende und kostspielige zusätzliche Konstruktions elemente (wie z. B. Abspannungen, Aussteifungsschei- ben).
Diesem Umstand ist es zuzuschreiben, dass die überaus wirtschaftlichen Hängekonstruktionen noch relativ wenig angewendet werden können.
Nur im Fall von Gebäuden mit rundem Grundriss können durch Druck- und Zugringe die Horizontalkräfte günstig aufgenommen werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, insbesondere rechteckige Grundrisse durch eine dünne Schalenkonstruktion zu überdecken, jedoch derart, dass die obenerwähnten speziellen und zusätzli chen Konstruktionselemente überflüssig werden, weil die horizontalen Auflagerkräfte nach aussen verschwin den.
Das als Gegenstand der Erfindung beschriebene Tragwerk stellt eine Übertragung des Fachwerkprinzi- pes auf Flächentragwerke dar, indem Ober- und Unter gurt je als Flächentragwerke nebeneinander zu liegen kommen - statt, wie beim Fachwerk, in linearer Aus bildung untereinander. Die Ausfachung wird hierbei reduziert auf die Bauelemente, die in den vertikalen Ebenen zwischen aufeinanderfolgenden Hänge- und Gewölbeelementen angeordnet werden, und kann für spezielle Aufgaben ganz wegfallen.
Dieselbe Analogie besteht auch zum Biegeträger, der ebenfalls durch das Untereinander von Zug- und Druckzone charakterisiert ist.
Erfindungsgemäss zeichnet sich das Flächentrag werk dadurch aus, dass es aus wenigstens zwei neben einander angeordneten, zwischen ihren Auflagerenden abwechselnd gegensinnig gewölbten Teilelementen be steht, deren Enden durch je einen gemeinsamen Hori zontalträger kraftübertragend miteinander verbunden sind.
Die Teilelemente können gekrümmt oder polygonal geformt sein, ihre Struktur kann schalenförmig, genippt oder skelettartig sein. Die Rippen oder Skelettstruktur werden in diesem Fall mit einer Haut überzogen.
Zwischen jedem Teilelement kann eine vertikale Zwischenwand angebracht werden. Die Zwischenwand kann Durchbrüche aufweisen, die beispielsweise mit Fenstern versehen sein können.
Die Horizontalträger sind zweckmässig gleichzeitig als Verankerungselemente für die Teilelemente ausge bildet.
Ein Flächentragwerk kann aus mehreren Tragele menten bestehen, die durch je einen gemeinsamen Horizontalträger kraftübertragend miteinander verbun den sind.
Das ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hori zontalträger auf oberen Randträgern der Gebäudesei- tenwände angeordnet werden, dass zwischen diesen beiden Trägern wenigstens zwei gegensinnig gewölbte Teilelemente längsseits nebeneinander eingesetzt und die Enden dieser Elemente mit den Horizontalträgern kraftübertragend zu einem im Gleichgewicht befindli- chen Tragelement verbunden werden, dass anschlies- send das so gebildete Tragelement um die Breite des nächstfolgenden Tragelementes auf den Randträgern vorverschoben wird,
und dann auf die gleiche Weise am freigewordenen Platz nacheinander weitere Trag- elemente hergestellt werden, wobei jeweils nach Bil dung eines Tragelementes die bereits fertigen, längs seits nebeneinanderliegenden Elemente zusammen um die Breite des nachfolgenden Elementes vorverschoben werden.
Dieses Verfahren ermöglicht die Bauzeit wesentlich herabzusetzen, gestattet, für den Fall der Herstellung der Einzelelemente am Ort Giessformen, Hebevorrich tungen usw. während der ganzen Montage am selben Platz zu belassen und nach Montage der ersten Trag elemente entsteht ein überdeckter Arbeitsplatz.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 isometrisch einen Teil eines Flächentragwer kes mit zwei Tragelementen als Shed-Dach; Fig. 2 einen Shed als Anwendungsbeispiel einer Skelettkonstruktion mit überzogener Haut; Fig. 3 ein Flächentragwerk mit massiven Zwischen wänden ausgestaltet, wie es sich z.
B. zur Aufnahme von Füllstoff eignet; Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Horizon talträger eines Tragelementes sowie dessen Veranke rung, und Fig. 5 rein schematisch, den Arbeitsablauf bei der Montage, bzw. Herstellung eines Flächentragwerkes auf einem Gebäude.
Bei dem in Fig.l dargestellten Flächentragwerk setzt sich ein Tragelement 1 aus einem Hängeelement 2, einem Gewölbeelement 3 und zwei Horizontalträgern 4 und 5 zusammen. Wenigstens ein Tragelement 1 liegt mit seinen Horizontalträgern auf den Randträgern 6 und 7 auf. Letztere liegen auf Stützen, z. B. vertikalen Pendelstützen 8 und 9.
Das Hängeelement 2 ist ähnlich wie der Untergurt eines Fachwerkes auf Zug beansprucht. Aus diesem Grunde wird es vorteilhafterweise aus vorgespanntem Beton hergestellt. Sein Grundriss ist im allgemeinen rechteckig und es ist in seiner Längsrichtung nach un ten durchhängend. An seiner tiefsten Stelle können Mittel für die Regenwasserableitung vorgesehen wer den. An eine Längsseite des Hängeelementes 2 schliesst sich direkt das Gewölbeelement 3 mit einer Längsseite an. Dieses ist ähnlich wie der Obergurt eines Fachwerkes auf Druck beansprucht.
Sein Grund- riss ist ebenfalls im allgemeinen rechteckig und es ist in seiner Längsrichtung nach oben gewölbt. Beide Ele mente 2, 3 können gekrümmte oder polygonale Wöl bungen aufweisen. Sie können Schalen-, Rippen- oder Skelettstruktur aufweisen, wobei die Rippen oder das Skelett mit einer dünnen Deckschicht (Haut) überzo gen sind.
Das Hängeelement 2 und das Gewölbeelement 3 sind an ihren beiden, nicht gekrümmten Enden durch je einen Horizontalträger 4 und 5 kraftschlüssig mit einander verbunden. Die Horizontalträger 4 und 5 meh rerer Tragelemente können zusammen jeweils ein Gan zes bilden oder einzelne Horizontalträger können wäh rend der Montage der Tragelemente miteinander ver- bunden:werden (z. B. durch Anbetonieren).
Zwischen jedem Hängeelement 2 und Gewölbeele- ment 3 kann eine Zwischenwand 10 angebracht sein. Diese ist für symmetrische Lastfälle unnötig, sie kann jedoch zur Übertragung von Kräften aus unsymmetri schen Lastfällen herangezogen werden. Z. B. kann in den Zwischenwänden 10 ein System von vertikalen Pendelstützen 11 angebracht sein, die auch die Knick gefahr der Gewölbeelemente 3 bedeutend reduzieren. Die Zwischenwände 10 eröffnen dem Flächentragwerk wesentliche Anwendungsmöglichkeiten, z. B. im Shed- Bau, wo bestimmte Zwischenwände 10 Durchbrüche 12 aufweisen die mit Fenstern versehen sind.
Die Zwi schenwände 10 können voll sein, wie die später erläu terte Fig. 3 zeigt. Der Konstrukteur ist in der Gestal tung der Tragelemente weitgehend frei, er muss jedoch beachten, dass bei geringer Durchbiegung von Hängee lement 2 und/oder Gewölbeelement 3, sowie bei gros- ser Länge und/oder grosser Breite dieser Elemente die auf die Horizontalträger 4, 5 ausgeübten Biege- und Scherkräfte beträchtliche Werte annehmen können.
Bei dem in Fig.2 dargestellten Flächentragwerk, z. B. für Shed-überdachung, sind Hängeelement 2 und Gewölbeelement 3 in Skelettbauweise konstruiert. Die einzelnen Elemente 2, 3 sind mit einer Haut 13 über zogen. Diese Haut wird sehr dünnwandig ausgebildet. Es ist z. B. aus ästhetischen Überlegungen möglich, die Elemente 2, 3 sowohl auf ihrer oberen wie auch auf ihrer unteren Fläche mit einer Haut zu überziehen.
Die Hängeelemente 2 und Gewölbeelemente 3 sind wie in Fig. 1 beschrieben durch Horizontalträger 4, 5 verbun den, ihre möglichen Zwischenwände 10 sind ebenfalls in Fig. 1 beschrieben.
Bei den in Fig.3 dargestellten Flächentragwerk, z. B. für Zwischenböden, sind die Zwischenwände 10 in Massivbauweise hergestellt und die Horizontalträger 4, 5 sowie .die Abschlusswände 14, 15 so ausgeführt, dass ihre oberen Abschlussflächen 16 wenigstens so hoch liegen wie die höchsten Punkte der Gewölbeele- mente 3. Auf diese Weise bilden sich zwischen den Hängeelementen 2, den Zwischenelementen 10, den Gewölbeelementen 3, den Horizontalträgern 4, 5 und den Abschlusswänden 14, 15 Hohlräume, die mit Füll gut 17 (Isoliermaterial) gefüllt werden können. Das ganze, so gebildete Flächentragwerk wird mit einem Boden 18 überdeckt.
Bei dem in Fig.4 dargestellten Vertikalschnitt durch einen Horizontalträger 4 sind Verankerungen und Gleitorgane dargestellt. Als eine logische Folge des weiter oben aufgezeigten Belastungsfalles abwechselnd horizontaler Zug- und Druckkräfte ist die statisch gün stigste Form des Horizontalträgers 4 ein flachkant lie gender Balken.
Am Horizontalträger 4 sind Verankerungsflächen 19 zur Abstützung der Vorspanndrähte 20 der Hän geelemente 2 vorgesehen. Auf den Verankerungsflä- chen 19 stützen sich die Spannorgane 20 a ab.
Für die Durchführung der Vorspanndrähte 20 durch den Horizontalträger 4 sind Hüllrohre 21 in letzterem eingegossen. In einer Vertikalebene durch den Randträger 6 sind Spannorgane 22 (z. B. Dübel) mit ihren Hüllrohren 23 so angebracht, dass sie den Horizontalträger 4 auf dem Randträger 6 verankern.
Zwischen dem Horizontalträger 4 und dem Rand träger 6 sind Gleitorgane 24 angebracht, die von dem in der Fläche 25 angebrachten Coulisseneisen 26 ge führt werden und auf dem in der Fläche 27 angebrach ten Eisen 28 gleiten.
Die Fuge 29 zwischen den Flächen 25 und 27 wird nach vollzogener Verankerung mit Mörtel vergossen. Eine weitere nicht gezeichnete Anwendungsmög lichkeit des Flächentragwerkes aus wenigstens einem Tragelement liegt im Brückenbau. Zweckmässigerweise würde hier z. B. das Hängeelement in zwei Schalen halber Breite aufgeteilt und beidseits des Gewölbeele- mentes je eine Halbschale angeordnet.
Bei dem in Fig.5 schematisch dargestellten Arbeitsablauf bei der Erstellung bzw. Montage eines Flächentragwerkes auf einem Gebäude wird folgender- massen vorgegangen: Im Sektor 30 werden zwei Horizontalträger 4', 5' auf den Randträgern 6, 7 hergestellt und mit Hilfe von Pressen 33, 34 die sich auf den Schultern 35, 36 ab stützen, auf den Randträgern 6, 7 in den Sektor 31 geschoben. In diesem Sektor werden je ein Hängeele ment 2 und ein Gewölbeelement 3 mit den Horizon talträgern 4', 5' kraftübertragend verbunden. Zwei wei tere Horizontalträger 4", 5" werden im Sektor 30 auf den Randträgern 6, 7 hergestellt und im Beispiel mit den Horizontalträgern 4', 5' monolithisch verbunden.
Das solcherart gebildete Element wird um die Breite des nächstfolgenden Tragelementes auf den Randträ gern 6, 7 vorverschoben, und dann wieder ein Hänge- und Gewölbeelement mit den Trägern 4", 5" verbun den. Anschliessend werden wie beschrieben, weiter Horizontalträger, Hängeelemente und Gewölbeele- mente montiert.
Ein immer grösser werdender Sektor 32, der als Arbeitsplatz dienen kann, wird solchermassen von Anfang an bleibend überdeckt.
Die vertikalen Stützen 8 und 9 sowie die Randträ ger 6 und 7 können der überdeckung vorangehend oder laufend erstellt werden.
Selbstverständlich könnte am anderen Ende des Gebäudes gleichzeitig mit dem Aufsetzen eines Teiles der Gebäudeecke begonnen werden.
The planar structure and method for its production The invention relates to a planar structure, in particular special for building coverings and a procedural Ren for producing a surface structure formed from a plurality of sub-elements, which structure is provided for covering a building.
In the known use of vaults occurs on the fighters an outwardly pressing Hori zontalschub. It must be absorbed by special constructive elements (e.g. tie rods) or diverted into the subsoil (buttresses, etc.).
Even with the rope-shaped hanging shell structures that have been used more and more recently, horizontal thrust occurs at their anchoring points, which here is directed towards the interior of the building. The absorption of these horizontal forces is even more difficult than with the vaults; Space-consuming and expensive additional construction elements are required (such as bracing, reinforcement washers).
It is due to this fact that the extremely economical hanging constructions can still be used relatively little.
Only in the case of buildings with a round floor plan can pressure and pull rings be used to absorb the horizontal forces.
The present invention is based on the object of covering in particular rectangular floor plans with a thin shell construction, but in such a way that the above-mentioned special and additional construction elements are superfluous because the horizontal bearing forces to the outside disappear.
The structure described as the subject of the invention represents a transfer of the framework principle to surface structures, in that the upper and lower chords each come to lie next to one another as surface structures - instead of, as in the case of the framework, in linear formation with one another. The infill is reduced to the structural elements that are arranged in the vertical planes between successive hanging and vaulted elements, and can be omitted entirely for special tasks.
The same analogy also applies to the bending beam, which is also characterized by the interlocking of tension and compression zones.
According to the invention, the surface support system is characterized in that it consists of at least two sub-elements arranged next to one another, alternately curved in opposite directions between their support ends, the ends of which are connected to one another in a force-transmitting manner by a common horizontal carrier.
The sub-elements can be curved or polygonal in shape, their structure can be bowl-shaped, nippled or skeletal. The ribs or skeletal structure are covered with a skin in this case.
A vertical partition can be attached between each sub-element. The partition wall can have openings that can be provided with windows, for example.
The horizontal girders are expediently formed at the same time as anchoring elements for the sub-elements.
A planar structure can consist of several Tragele elements, which are verbun force-transmitting each other by a common horizontal beam.
The method, which is also the subject of the invention, is characterized in that two horizontal girders are arranged on the upper edge girders of the building side walls, that between these two girders at least two oppositely curved sub-elements are inserted alongside one another and the ends of these elements with the horizontal girders transmit force to an im The supporting element located in equilibrium is connected so that the supporting element thus formed is then pushed forward by the width of the next following supporting element on the edge girders,
and then, in the same way, further support elements are produced one after the other at the vacated space, the already finished elements lying alongside one another being pushed forward together by the width of the subsequent element after a support element has been formed.
This method enables the construction time to be reduced significantly, allows casting molds, lifting devices, etc. to be left in the same place during the entire assembly process in the event that the individual elements are produced on site, and after the first supporting elements have been installed, a covered workplace is created.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows: Fig. 1 isometrically a part of a Flächentragwer kes with two support elements as a shed roof; 2 shows a shed as an application example of a skeletal structure with a covered skin; Fig. 3 is a planar structure with massive intermediate walls designed as it is z.
B. suitable for taking up filler; Fig. 4 is a vertical section through a Horizon talträger a support element and its anchoring tion, and Fig. 5 purely schematically, the work flow during assembly or production of a planar structure on a building.
In the planar structure shown in Fig.l, a support element 1 is composed of a suspension element 2, a vault element 3 and two horizontal beams 4 and 5. At least one support element 1 rests with its horizontal supports on the edge supports 6 and 7. The latter lie on supports, e.g. B. vertical pendulum supports 8 and 9.
The hanging element 2 is subjected to tension in a similar way to the lower chord of a framework. For this reason it is advantageously made from prestressed concrete. Its floor plan is generally rectangular and it sags in its longitudinal direction downwards. At its deepest point, funds for rainwater drainage can be provided. The vault element 3 directly adjoins a long side of the hanging element 2 with a long side. This is subjected to pressure in a similar way to the top flange of a framework.
Its ground plan is also generally rectangular and it is curved upwards in its longitudinal direction. Both ele ments 2, 3 can have curved or polygonal bulges. They can have a shell, rib or skeletal structure, the ribs or the skeleton being covered with a thin cover layer (skin).
The hanging element 2 and the vault element 3 are frictionally connected to each other at their two non-curved ends by a horizontal support 4 and 5 each. The horizontal girders 4 and 5 of a plurality of supporting elements can together form a whole or individual horizontal girders can be connected to one another during the assembly of the supporting elements (e.g. by setting in concrete).
An intermediate wall 10 can be attached between each hanging element 2 and vault element 3. This is unnecessary for symmetrical load cases, but it can be used to transfer forces from unsymmetrical load cases. For example, a system of vertical pendulum supports 11 can be attached in the partition walls 10, which also significantly reduce the risk of buckling of the vault elements 3. The partition walls 10 open up the planar structure essential application possibilities, for. B. in shed construction, where certain partitions 10 have openings 12 which are provided with windows.
The intermediate walls 10 can be full, as the later erläu ended Fig. 3 shows. The designer is largely free in the design of the support elements, but he must ensure that if the suspension element 2 and / or arch element 3 deflects slightly, and if these elements are large in length and / or width, the horizontal beams 4, 5 exerted bending and shear forces can assume considerable values.
In the planar structure shown in Figure 2, for. B. for shed roofing, hanging element 2 and vault element 3 are constructed in a skeleton construction. The individual elements 2, 3 are covered with a skin 13. This skin is very thin-walled. It is Z. B. for aesthetic considerations possible to cover the elements 2, 3 both on their upper and on their lower surface with a skin.
The hanging elements 2 and vault elements 3 are as described in Fig. 1 verbun by horizontal beams 4, 5, their possible partitions 10 are also described in FIG.
In the planar structure shown in Figure 3, for. B. for intermediate floors, the partition walls 10 are made of solid construction and the horizontal beams 4, 5 and .die end walls 14, 15 designed so that their upper end surfaces 16 are at least as high as the highest points of the vault elements 3. In this way form between the hanging elements 2, the intermediate elements 10, the vault elements 3, the horizontal beams 4, 5 and the end walls 14, 15 cavities that can be filled with filling well 17 (insulating material). The entire surface structure formed in this way is covered with a floor 18.
In the vertical section through a horizontal beam 4 shown in FIG. 4, anchorages and sliding elements are shown. As a logical consequence of the load case shown above, alternating horizontal tensile and compressive forces, the statically most favorable shape of the horizontal beam 4 is a flat-edge lying gender bar.
On the horizontal support 4 anchoring surfaces 19 for supporting the prestressing wires 20 of the Hän geelemente 2 are provided. The clamping members 20 a are supported on the anchoring surfaces 19.
For the implementation of the prestressing wires 20 through the horizontal beam 4, ducts 21 are cast in the latter. In a vertical plane through the edge support 6, clamping elements 22 (e.g. dowels) with their cladding tubes 23 are attached in such a way that they anchor the horizontal support 4 on the edge support 6.
Between the horizontal support 4 and the edge support 6 sliding members 24 are attached, which are guided by the Coulisse iron 26 attached in the surface 25 and slide on the iron 28 attached in the surface 27 th.
The joint 29 between the surfaces 25 and 27 is filled with mortar after anchoring has been completed. Another possible application, not shown, of the planar structure consisting of at least one support element is in bridge construction. Appropriately here z. For example, the hanging element is divided into two half-width shells and a half-shell is arranged on each side of the vault element.
In the workflow shown schematically in FIG. 5 during the creation or assembly of a planar structure on a building, the following procedure is followed: In sector 30, two horizontal beams 4 ', 5' are produced on edge beams 6, 7 and with the help of presses 33 , 34 which are based on the shoulders 35, 36, pushed onto the edge beams 6, 7 in the sector 31. In this sector, a hanging element 2 and a vault element 3 are connected to the Horizon talträgern 4 ', 5' in a force-transmitting manner. Two white direct horizontal girders 4 ", 5" are made in sector 30 on the edge girders 6, 7 and, in the example, are monolithically connected to the horizontal girders 4 ', 5'.
The element formed in this way is pushed forward by the width of the next following support element on the Randträ like 6, 7, and then again a hanging and vault element with the supports 4 ", 5" verbun the. Then, as described, further horizontal girders, suspension elements and vault elements are installed.
An ever-growing sector 32, which can serve as a workplace, is thus permanently covered from the start.
The vertical supports 8 and 9 and the Randträ ger 6 and 7 can be created before the overlap or continuously.
Of course, at the other end of the building, part of the building corner could be set up at the same time.