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Schalendach in Stahlbeton Die Erfindung bezieht sich auf ein Schalendach
in Stahlbeton aus isotropen oder anisotropen Schalen von teilzylindrischem Querschnitt
und in beistimmten Abständen angeordneten quer stehenden Binderscheiben.
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Anisotrope und isotrope Schalendächer von zylindrischer Bauart wirken
wie Träger, wenn sie. an den Enden mit Aussteifungen in Querrichtung, z. B. Bindern,
versehen sind. Da die Randbedingungen für den Membranzustand der Schale im allgemeinen
nicht erfüllbar sind, treten Störungen dieses Spannungszustandes auf, die sich mit
der Methoden für den reinen Biegezustand erfassen lassen.
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Derartige Schalendächer wurden bisher in Ortbeton auf Lehrgerüsten
hergestellt oder als Fertigteile im ganzen versetzt. Bekannt ist beispielsweise
ein Hallendach. das aus mehreren nebeneinanderliegenden Schalen besteht, die auf
im Bauwerk verbleibenden Unterstützungen, z. B. Trägern, ruhen und mit diesen aal
den Längsrändern monolithisch verbunden sind, wobei die Schalen als Fertigteile
versetzt werden. Während das erwähnte bekannte Hallendach aus mehrerer Schalen besteht,
ist bei dein Dach gemäß der Erfindung der Vorteil gegeben, daß es eine aus einzelnen
Schalenteilen zusammengesetzte Überdachung darstellt, die die Tragwirkung einer
Schale besitzt. Die Schalenteile in ihrer Gesamtheit wirken als Schalendach.
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Im übrigen sind die Abmessungen derartiger Schalen als im ganzen zu
versetzende Fertigteile im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit begrenzt., da hierbei
die Hebezeuge eine große Rolle spielen.
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Das Schalendach gemäß der Erfindung besitzt jedoch sowohl die Vorteile
der Fertigbetonbauweise als auch die den Schalendächern eigentümliche günstige Tragwirkung.
Gegenüber den bisher aus Fertigschalen zusammengesetzten Dächern, die aber als Gesamtheit
nicht als Schalendach anzusehen sind, besteht der große Vorteil in bezug auf die
Wirtschaftlichkeit, da.ß durch Wegfall der im Bauwerk verbleibenden Zwischenunterstützungen
für die Auflagerung der einzelnen Teilschalen eine wesentliche Materialersparnis
eintritt.
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Das neue Schalendach in Stahlbeton wird aus isotropen oder anisotropen
Schalen von teilzylindrischem Querschnitt und aus in bestimmten Abständen angeordneten
quer stehenden Binderscheiben hergestellt, und zwar bestehen die zwischen zwei Binderscheihen
liegenden Schalen jeweils aus vorgefertigten streifenartigen Bogenelementen, die
zweckmäßigerweise auf einem Hilfsgerüst montiert werden. Dabei werden die einzelnen
Elemente durch nach der Montage leergestellte, entlang den Kämpferlinien verlaufende
bewehrte Betonstreifen monolithisch verbunden. Gleichzeitig werden auch die streifenartigen
Bogenelemente untereinander und mit den Binderscheibzn durch in der Gewölberichtung
verlaufende Mörtelfugen monolithisch verbunden.. Das Hilfsgerüst unter den Kämpfern
der Bogenelemente trägt außerdem die Schalung für die Betonstreifen entlang den
Kämpferlinien und, falls es erforderlich ist, das Spannbett für eine Randvorspannung.
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Zur möglichst weitgehenden Erhaltung des Membranzustandes eines dünnwandigen
Schalengewölbes sind die an den Rändern. auftretenden Schubkräfte wesentlich. Während
an den Binderscheiben die auftretenden Schubkräfte ohne Schwierigkeiten aufgenommen
werden können, ist dies an den Rändern längs der Erzeugenden nicht ohne weiteres
möglich. Man hilft sich gewöhnlich durch Anordnung von sogenannten Randgliedern.
Will man nun aus besonderen Gründen auf diese Randglieder verzichten oder sie sehr
klein halten, so werden die im Membranzustand auftretenden Randschubkräfte nicht
mehr aufgenommen. Dadurch wird die Tragwirkung des Schalengewölbes wesentlich herabgesetzt.
Die dabei auftretenden Biegemomente in Gewölberichtung wachsen sehr rasch an und
können von der dünnen Schale nicht mehr aufgenommen werden. Es müssen zur Erhöhung
des Trägheitsmoments Rippen in der Gewölberichtung angeordnet werden.
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Ordnet man nun. an den freien Rändern der Schale längs der Kämpferlinien
Betonstreifen mit vorgespannter Bewehrung an, so kann man auf den Schalenrand äußere
Randschubkräfte ausüben, die den Mernbranzustand der Schale im wesentlichen erhalten.
Werden diese Vorspannglieder zum Schalenrand gekrümmt angeordnet, so übt nian damit
neben der Schuhkraft eine :Normalkraft tangential zur Schale auf den Rand (#o =
const.) aus und erhöht die Trag-"rl;ung der Schale wesentlich. Die Vorspannbewehrungr
in den Betonstreifen längs der Kämpferlinien dient also einmal zur Sicherstellung
des monolithisehen
Verbundes der Einzelelemente und zum anderen
zur Erhöhung der Tragfähigkeit des Schalengewölbes. Durch den Wegfall des aufwendigen
Lehrgerüstes mit der gekrümmten Schalung für die dünne Schale aus Ortbeton und den
Wegfall der großen Randglieder werden die Baukosten gegenüber der Herstellung des
Schalendaches in Ortbeton verringert.
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Das Vorspannen der Betonstreifen längs der Kämpferlinien erfolgt in
bekannter Art, z. B. durch Vorspannen mit nachträglichem Verbund oder durch Vorspannen
im Verbund, indem die Vorspannglieder, die im Spannbett in. Spannung versetzt werden,
ihre Vorspannkraft nach dem Erhärten des Betons mittels Haftspannung auf den Beton
übertragen. Infolge der Einleitung der Vorspannkra.ft in den Schalenrand wirken
die streifenartigen Bogenelemente im Verbund als vorgespanntes Schalengewölbe.
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Bei mehreren nebeneinander angeordneten Schalengewölben wird die Vorspan.nbewehrung
in die Kehle verlegt, die von den Kämpfern zweier benachbarter Gewölbe gebildet
wird, und einbetoniert.
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In, den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt; es zeigt Fig. 1 den Querschnitt eines vorgefertigten., streifenartigen
Bogenelements für eine Schale von teilzylindrischem Querschnitt, Fig. 2 den Grundriß
eines Bogenelements nach Fig. 1, Fig. 3 den Querschnitt eines Bogenelements für
ein Shed-Dach, Fig. 4 die Skizze der Montage einer Hallenüberdachung, Fig. 5 den
Grundriß nach Fig. 4, Fig.6 den Querschnitt des endgültigen Schalengewölbes nach
der Vorspannung und Ausrüstung, Fig. 7 dein Querschnitt der endgültigen Überdachung
nach Fig. 6 für mehrere nebeneinanderliegende Schalen.
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Ein Schalendach gemäß der Erfindung wird von vorgefertigten., streifenartigen
Bogenelementen 1 zwischen zwei quer stehenden Binderscheiben 2 gebildet, die in
bestimmten Abständen angeordnet sind. Die gekrümmten, streifenartigen Bogenelemente
l werden am Boden in besonderer Schalung hergestellt, auf einem Hilfsgerüst 10 montiert
und untereinander und mit den Bin.dersch.eiben 2 durch in der Gewölberichtung verlaufende
Mörtelfugen 5, 6 monolithisch verbunden. Die Betonstreifen 7 längs der Kämpferlinien
sind mit Vorspanndrähten.3 aus hochwertigem Stahl bewehrt, die eine Schubkraft auf
die Schale ausüben. Dadurch. werden normalerweise in der Randzone auftretende: hohe
Betonzugspannungen beseitigt oder zumindest stark abgemindert. Während der Montage
werden die Bogenelemente 1 mit einem Hilfszugband 9 versehen, um die Biegemomente
in Gewölberichtung klein zu halten. Die Biegemomente können auch durch. zusätzlich
angeordnete Verstärkungsrippeai 4 aufgenommen werden. Das Hilfszugband 9 kann nach
der Ausrüstung entfernt oder auch als Konstruktionselement belassen werden.
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Fig. 7 zeigt die Überdachung einer mehrschiffigen Halle mit einem
erfindungsgemäßen Schalendach. Die Einzelschalen können hierbei durch einen bewehrten
Betonstreifen in der Kehle8, die von den Kämpfern zweier nebeneinanderliegender
Schalen gebildet wird, monolithisch verbunden, oder durch eine Dehnfuge getrennt
werden.. Die Vorspannkraft wirkt im ersten Fall auf be:de Schalen gleichzeitig.