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Die Erfindung bezieht sich auf schub- und zugbelastbare Trag- bzw. Stützkonstruktionen für Hochbauwerke, mit schubfesten hohlprofilförmigen Schubelementen sowie darin in Längskanälen mit Zugspannung angeordneten bzw. montierbaren Zugsträngen.
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Bei der Erstellung von Trag- und Stützkonstruktionen ist es regelmäßig erwünscht, die Höhe von Stützen bzw. die Spannweite von Träger weitestgehend beliebig wählen zu können, um keinerlei Einschränkungen bei der architektonischen Gestaltung hinnehmen zu müssen.
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In diesem Zusammenhang befasst sich die Erfindung mit dem Problem, derartige Konstruktionen weitestgehend aus Standardteilen mit produktionstechnisch vorgegebenen Maximalmaßen zu erstellen.
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Aus der
WO 2009/068 687 A1 sind zur Herstellung von Hochbauten Module bekannt, bei denen zwischen den Rahmen von Boden- und Deckenplatten Stützen bzw. Pfosten angeordnet sind, die aus miteinander verstifteten bzw. verschraubten Kanthölzern bestehen und einen zentralen Längskanal aufweisen, der eine mit den Rahmen der Boden- und Deckenplatten auf Zug bzw. Vorspannung verbundene Gewindestange aufnimmt. Damit lässt sich ein sehr stabiler Verbund zwischen den Boden- und Deckenplatten herstellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine besonders leicht variierbare und bei Bedarf rückbaubare und wieder verwendbare multifunktionale Struktur bzw. Trag- bzw. Stützkonstruktion zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Zugstränge über mehrere gleichachsig aneinanderstoßende Schubelemente durchlaufend angeordnet oder montierbar sind, und dass zwischen aneinanderstoßenden Schubelementen sowie an den freien Enden der aneinanderstoßenden Schubelemente quer zu deren Längsachsen erstreckte Metallprofile vorgesehen sind, wobei in den Metallprofilen Bohrungen zur radial im Wesentlichen spielfreien Aufnahme der durchlaufenden Zugstränge angeordnet und die durchlaufenden Zugstränge an den freien Enden der aneinanderstoßenden Schubelemente an den dort angeordneten Metallprofilen mit Vorspannung verankert oder fixierbar sind, wobei dann diese Metallprofile die Funktion von Zugankern für die Zugstränge übernehmen.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, schub- und zugbelastbare Trag- bzw. Stützkonstruktionen beliebiger Länge bzw. Höhe dadurch herzustellen, dass Schubelemente gleichachsig aneinander gesetzt und durch in ihnen angeordnete Zugstränge zugbelastbar zusammengehalten werden, wobei die Metallprofile als Zuganker der Zugstränge nutzbar sind.
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Durch die zwischen den aneinanderstoßenden Schubelementen und an deren freien Enden angeordneten Metallprofile wird einerseits eine sichere Verankerung und andererseits eine gute Zentrierung der Zugstränge an bzw. in den Schubelementen gewährleistet. Darüber hinaus können die Metallprofile prinzipiell eine beliebige, den Querschnitt Schubelemente deutlich überragende Größe haben und zur Anbindung prinzipiell beliebiger Bauwerksteile dienen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an den Endbereichen der Längskanäle der Schubelemente jeweils in die Längskanäle eingeschobene Zapfen oder dergleichen vorgesehen, der Querschnitt so bemessen ist, dass die Zapfen in den Längskanälen radial spielfrei festgehalten werden. Außerdem besitzen diese Zapfen dem Querschnitt der Zugstränge angepasste Längskanäle, so dass die Zugstränge in den Zapfen ebenfalls radial spielfrei und damit in den Längskanälen der Schubelemente zentriert festgehalten werden. Wenn nun in den Metallprofilen von den Zugsträngen durchsetzte Bohrungen, deren Durchmesser dem Durchmesser der Zugstränge entspricht, vorgesehen sind, wird durch die Zapfen in Verbindung mit den Zugsträngen eine quer zu den Zugsträngen fixierte Lage der Metallprofile gewährleistet, so dass diese immer eine reproduzierbare Lage einnehmen.
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Ein besonderer Vorzug der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Schubelemente zwischen den Metallprofilen in Mehrfach-Parallelanordnung montiert werden können, wobei dann die Zugstränge gegebenenfalls nur in solchen Schubelementen angeordnet werden, an denen nennenswerte Zugbelastungen zu erwarten sind. Bei dieser Bauweise können die zugstrangfreien Schubelemente an den Metallprofilen gegebenenfalls dadurch in Querrichtung fixiert werden, dass in die metallprofilseitigen Enden der Längskanäle dieser Schubelemente eingeschobene Zapfen an den Metallprofilen fixiert sind bzw. werden.
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Die Zugstränge können gegebenenfalls aus Segmenten in beliebiger Länge zusammengesetzt sein, wobei die Verbindungselemente zwischen den Segmenten vorzugsweise so ausgebildet sind, dass sie in dem jeweiligen Längskanal eines vom Zugstrang durchsetzten Schubelementes radial spielfrei untergebracht werden können.
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Falls beispielsweise die Zugstränge als Gewindestangen ausgebildet sind, können Gewindestangensegmente durch Gewindehülsen (mit Rechts- und Linksgewinden) miteinander verbunden werden, wobei diese Gewindehülsen einen für eine radial spielfreie Aufnahme in den Kanälen bemessenen Außendurchmesser besitzen.
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Ein ganz besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Konstruktion liegt darin, dass grundsätzlich jederzeit ein Rückbau möglich ist und die bisher verbauten Elemente zur Erstellung eines neuen Bauwerkes benutzt werden können.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Schubelemente als Holzteile ausgebildet, wobei gebaute Holzteile, die aus Kanthölzern zusammengesetzt sind, besonders bevorzugt sind. Dabei können die Kanthölzer miteinander verstiftet bzw. (vorzugsweise mit selbstschneidenden Schrauben) verschraubt sein, so dass auch hier im Falle eines Rückbaus Standardbauelemente zur beliebigen Verwendung verfügbar werden.
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Im Übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Ansprüche und die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher beschrieben werden. Schutz wird nicht nur für angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen, sondern auch für prinzipiell beliebige Kombinationen der angegebenen oder dargestellten Einzelmerkmale beansprucht.
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Es zeigen jeweils schematisch,
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1 einen Querschnitt eines aus Kanthölzern gebauten Schubelementes,
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2 einen der 1 entsprechenden Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform,
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3 eine Explosionsdarstellung eines Schubelements,
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4 mehrere hintereinander angeordnete Schubelemente,
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5 eine Parallelanordnung mehrerer Schubelemente,
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6 ein weiteres Beispiel für eine Parallelanordnung der Schubelemente,
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7 durch Parallelanordnung von Schubelementen erstellbare Platten für Turmkonstruktionen und
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8 eine mit der Erfindung mögliche Turmkonstruktion.
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1 zeigt nun einen beispielhaften Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der Schubelemente, die für die erfindungsgemäße Trag- bzw. Stützkonstruktion vorgesehen sind. Vorzugsweise wird jedes Schubelement 1 unter Verwendung von Kanthölzern 2 zusammengesetzt, die miteinander in der aus 1 ersichtlichen Weise verstiftet sind, wobei zur Verstiftung vorzugsweise selbstschneidende Schrauben 3 eingesetzt werden. Die Kanthölzer 2 besitzen vorzugsweise einen Querschnitt, bei dem sich die Maße der Seiten des Querschnittes wie 2:1 verhalten. Insbesondere kann die Schmalseite eine Breite von 4 cm und die Breitseite eine Breite von 8 cm haben. Die Anordnung der Schrauben 3 ist nur beispielhaft, grundsätzlich ist es auch möglich, die Schrauben 3 anders einzusetzen, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist. Auf diese Weise lässt sich ein Schubelement 1 mit einer schraubenfreien Sichtseite 1’ herstellen.
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Um eine Kollision der Schrauben 3 zu vermeiden, werden diese in unterschiedlichen Querebenen des Schubelementes eingesetzt.
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Innerhalb des das Schubelement 1 in Längsrichtung durchsetzenden Längskanals 4 ist ein Zugstrang 5 angeordnet, vorzugsweise in Form einer Gewindestange. Stattdessen sind auch Zugseile oder dergleichen möglich. Gemäß 3 sind an den Stirnseiten des Schubelementes 1 jeweils Metallprofile angeordnet, die bspw. als Flanschplatten 7 ausgebildet sein können und vorzugsweise den gesamten Querschnitt des jeweiligen Schubelementes überdecken und eine mittige Öffnung 8 aufweisen, die vom jeweiligen Zugstrang 5, im dargestellten Beispiel eine Gewindestange, durchsetzt werden kann. Damit lassen sich der Zugstrang 5 bzw. die Gewindestange an der jeweiligen Flanschplatte 7 verspannen, indem beispielsweise im Falle einer Gewindestange eine Mutter 9 aufgeschraubt und gegen die Flanschplatte gespannt wird.
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Um eine zentrische Anordnung des Zugstranges 5 bzw. der Gewindestange innerhalb des Längskanals 4 zu gewährleisten, sind an den Enden des Schubelementes 1, das heißt in unmittelbarer Nähe der jeweiligen Flanschplatte 7 zapfenartige Einschubteile 10 angeordnet, deren Querschnitt dem Querschnitt des Längskanals 4 angepasst ist, so dass das Einschubteil 10 innerhalb des Längskanals radial spielfrei aufgenommen wird. Dabei kann der Querschnitt des Einschubteiles 10 vorzugsweise so bemessen sein, dass das Einschubteil 10 innerhalb des Längskanals 4 mit Selbsthemmung festgehalten wird. Das Einschubteil 10 besitzt eine zentrische Bohrung, die vom Zugstrang 5 bzw. der Gewindestange radial spielfrei durchsetzt wird.
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Im Ergebnis wird damit der Zugstrang 5 bzw. die Gewindestange innerhalb des Längskanals 4 des Schubelementes 1 zentrisch gehaltert, wobei dann der Zugstrang seinerseits im Zusammenwirken mit der Öffnung 8 in der Flanschplatte 7 die Flanschplatte 7 quer zur Längsrichtung des Schubelementes 1 fixiert.
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Gemäß 4 können mehrere Schubelemente 1 in Längsrichtung aufeinanderfolgend hintereinander angeordnet sein, wobei jeweils zwischen zwei Schubelementen 1 eine Flanschplatte und an den freien Enden der hintereinander angeordneten Schubelemente 1 Flanschplatten 7’ und 7’’ angeordnet sind, wobei nur die letzteren über den durchlaufend angeordneten Zugstrang 5 bzw. die als Zugstrang eingesetzte Gewindestange unter Zugvorspannung des Zugstranges 5 gegeneinander verspannt sind. Durch den zu der Vorspannung stehenden Zugstrang 5 wird auch bei näheren hintereinander angeordneten Schubelementen eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit der Schubelementekombination erreicht.
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Im Übrigen können gemäß 5 jeweils mehrere Schubelemente 1 parallel nebeneinander angeordnet sein, wobei dann die Flanschplatten 7 zwischen in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Schubelementen 1 jeweils die Querschnitte mehrerer Schubelemente 1 überdecken. Bei einer solchen Parallelanordnung von Schubelementen 1 können die Zugstränge 5 in „inneren“ Schubelementen 1 gegebenenfalls entfallen, das heißt die Zugstränge 5 werden bei einer solchen Bauweise vornehmlich dort vorgesehen, wo tatsächlich hohe Zugbeanspruchungen auftreten können. An den zugstrangfreien Schubelementen 1 sind dabei vorzugsweise an den Flanschplatten 7 jeweils fest angeordnete Einschubteile 10’ vorgesehen, wobei die Befestigung der Einschubteile an den Flanschplatten beispielsweise mit kurzen Gewindestangenteilen erfolgen kann, die einerseits die eine Öffnung 8 der Flanschplatte und andererseits die Längsbohrungen der Einschubteile durchsetzen, wobei dann die Einschubteile mit auf die freien Enden des Gewindestangenteiles aufgedrehten Muttern gegen die Flanschplatte 7 gespannt werden.
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Die 6 zeigt nun ein Beispiel für eine Konstruktion mit parallel zueinander angeordneten Schubelementen 1. Insbesondere wird aus 6 ersichtlich, dass die Schubelemente 1 in grundsätzlicher beliebiger Konfiguration parallel nebeneinander angeordnet sein können. Außerdem zeigt 6, dass an den Flanschplatten 7 anstelle der dem Querschnitt der Zugstränge 5 angepassten Öffnungen 8 auch Durchbrüche 11 vorgesehen sein können, die dem Querschnitt der Einschubteile 10 angepasst sind, so dass jedes Einschubteil etwa hälftig in die Längskanäle beider an der Flanschplatte 7 aneinander anstoßend angeordneten Schubelemente 1 eingeschoben werden kann. Gegebenenfalls können bei dieser Ausführungsform die Einschubteile auch mit der Flanschplatte 7 verschweißt oder in sonstiger Weise fest verbunden sein. Des Weiteren kann der 5 entnommen werden, dass die Flanschplatte 7 in prinzipiell beliebiger Ausgestaltung die Querschnitte der Schubelemente 1 überragen kann, so dass die Flanschplatten 7 die Möglichkeit bieten, dort prinzipiell beliebige Bauwerksteile oder Installationen zu halten.
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7 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Konstruktion mit parallel nebeneinander angeordneten Schubelementen 1. Die Flanschplatten 7 bilden jeweils eine rechteckförmige Rahmenplatte. Die Schubelemente sind jeweils an den langen Seiten der Rahmenplatte angeordnet, so dass zwischen den Schubelementen 1 ein Freiraum 12 verbleibt.
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In der Regel ist es zwar zweckmäßig zwischen in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Schubelementen 1 jeweils eine Flanschplatte 7 anzuordnen. Jedoch ist dies nicht immer zwingend notwendig. Vielmehr besteht auch die Möglichkeit, zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgende Schubelemente 1 unmittelbar aneinander stoßen zu lassen und die Stoßverbindung durch die Zugvorspannung des die Längskanäle der beiden Schubelemente durchsetzenden Zugstranges zu sichern.
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8 zeigt beispielhaft, dass zwischen ringförmig miteinander verbundenen Metallprofilen 70 mehrlagig parallel zueinander angeordnete Schubelemente 1 jeweils schub- und zugbelastbare Platten 100 bilden, die sich zu Turmkonstruktionen kombinieren lassen, z. B. für Türme von Windkraftgeneratoren oder für sonstige Energietürme. Die Metallprofile 70 können als U-Profile mit horizontalen Schenkeln ausgebildet sein, wobei die Zugstränge der jeweils oberen Platten 100 am oberen Schenkel und die Zugstränge der jeweils unteren Platten am unteren Schenkel des U-Profils verankert sind bzw. werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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