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Die Erfindung betrifft eine Gerüststruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits kuppelartige Gebäude bekannt, deren Dachflächen oder Begrenzungen nach außen hin im Wesentlichen einer Halbkugel, Teilkugel oder allgemein einem sphärischen Gebilde nachempfunden sind. Die Kuppeln dieser Gebäude werden auch als geodätische Kuppeln bezeichnet. Solche Kuppeln sind im Wesentlichen sphärisch und durch eine netzartige Schale aus Streben gebildet. Einzelne Streben sind häufig zu einem Dreieck verbunden und bilden dessen Seiten.
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Diese Gebäude haben den Vorteil, dass deren Dachflächen bzw. Begrenzungen nach außen hin sehr geringe Oberflächen aufweisen, wobei durch diese geringen Oberflächen relativ große Innenvolumina bzw. Innenräume überdacht werden.
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Solche Gebäude werden üblicherweise errichtet, indem zunächst eine Gerüststruktur geschaffen wird, an welche dann Türen, Fenster, Dach- oder Wandplatten angebracht werden.
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Die Konstruktion einer solchen Gerüststruktur muss aufwendig geplant werden. Es müssen häufig eine Vielzahl von Streben zugeschnitten und in geeigneter Weise miteinander verbunden werden, um statische Probleme zu vermeiden.
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Insbesondere das Upscaling bzw. die Hochskalierung einer geplanten oder bereits in ihren Grundzügen bekannten kleineren Gerüststruktur, also die Vergrößerung Ihrer Oberfläche oder Ihres Volumens um einen bestimmten Faktor, ist einer Vielzahl von Schwierigkeiten unterworfen.
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Häufig können die geometrischen Verhältnisse der bei einer kleineren Gerüststruktur verwendeten Dreiecke nicht eins zu eins auf eine größere Gerüststruktur, also auf größere Dreiecke, übertragen werden.
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Vielmehr sind aufwendige Arbeiten und eine aufwendige Neuprüfung der Statik notwendig.
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Insbesondere müssen einige Streben verlängert oder weitere Dreiecke hinzugefügt werden, und die Geometrie von einzelnen Dreiecken muss individuell geändert und an andere Größenverhältnisse angepasst werden, um eine selbsttragende Gerüststruktur zu erzeugen, welche den Anforderungen an ihr statisches Verhalten stand hält.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gerüststruktur anzugeben, welche in einfacher Weise aufgebaut und skaliert, insbesondere hochskaliert, werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Schale aus mehreren vorgefertigten und separat vorliegenden einzelnen Segmenten aufgebaut werden muss, wobei jedes Segment mindestens ein durch Streben gebildetes Dreieck aufweist und wobei die Segmente zur Ausbildung der Schale aneinander fügbar sind. Die Streben bilden im Wesentlichen die Seiten eines Dreiecks.
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So können statisch stabile einzelne Segmente unterschiedlicher Größe vorgefertigt werden und vor Ort zu einer statisch stabilen Gerüststruktur mit gewünschten Dimensionen zusammengefügt werden. Eine Gerüststruktur bzw. ein Dom kann so in Modularbauweise errichtet werden. Es können in einfacher Weise Segmente einzeln hochskaliert werden.
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Eine Hochskalierung einer Gerüststruktur bzw. eines Segments könnte in einfacher Weise erfolgen, indem die Stärke bzw. der Durchmesser der verwendeten Streben erhöht und gegebenenfalls deren Länge erhöht wird, wobei allerdings die stärkeren bzw. längeren Streben zu einem Dreieck zusammengefügt werden, dessen Winkel- und Seitenverhältnisse im Vergleich mit einem kleineren Dreieck erhalten bleiben. Es kann quasi eine zentrische Streckung eines kleineren Dreiecks zu einem größeren hin erfolgen.
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Vor diesem Hintergrund könnte die Schale aus vier Segmenten bestehen, wobei jedes Segment eine Viertelschale ausbildet. Hierdurch kann ein Dom recht schnell errichtet werden, da nur vier vorgefertigte Segmente vor Ort zusammengefügt werden müssen. Das Zusammenfügen kann durch Verschrauben, Stecken, Verzapfen oder Verkleben erfolgen. Weitere Methoden des Zusammenfügens sind denkbar.
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Ein Segment oder jedes verwendete Segment könnte gleiche oder kongruente Dreiecke aufweisen. Hierdurch ist die Planung eines Segments besonders einfach. Es können identische Dreiecke hergestellt und zur Bildung eines oder mehrerer Segmente zusammengefügt werden.
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Vor diesem Hintergrund könnte ein Segment nur bzw. ausschließlich durch an einander liegende Dreiecke gebildet sein. Hierdurch sind keine weiteren geometrische Strukturen erforderlich, um ein Segment zu bilden. Ein Segment könnte nur aus gleichen oder kongruenten Dreiecken gebildet sein. So müssen nur identische Dreiecke erzeugt und zur Bildung eines Segments aneinander gereiht werden.
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Ein Segment könnte aus drei identischen Modulen aufgebaut sein. Hierdurch wird die Lagerhaltung vereinfacht. Des Weiteren können besonders große und schwer transportierbare Segmente vor Ort aus kleineren Modulen zusammengefügt werden. Kleinere Module lassen sich gut stapeln.
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Ein Segment könnte aus mehreren Modulen aufgebaut sein, wobei jedes Modul fünf kongruente Dreiecke aufweist, wobei vier Dreiecke zwei Drachen bilden, die mit dem fünften Dreieck verbunden sind. So können Module verwendet werden, die nur durch fünf identische und kongruente Dreiecke aufgespannt werden. Solche Module können besonders gut übereinander gestapelt und wie Schalen- oder Scherbenstücke ineinander gelegt werden.
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In der Schale, in einem Segment oder in einem Modul könnten mindestens zwei Dreiecksflächen nicht gegeneinander geneigt sein. Hierdurch können Innenräume erzeugt werden, die nur eine geringe Wandneigung zeigen. Das aufrechte Stehen von Personen in einem solchen Innenraum wird erleichtert.
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In der Schale, in einem Segment oder in einem Modul könnten mindestens zwei aneinander liegende Dreiecke einen Drachen ausbilden, wobei die Dreiecksflächen nicht gegeneinander geneigt sind, sondern in einer Ebene liegen. Hierdurch können Innenräume erzeugt werden, die nur eine geringe Wandneigung und große gerade Innenflächen zeigen. Das Aufstellen von Gegenständen an solchen Innenflächen wird erleichtert.
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Jedes Dreieck könnte als spitzwinkliges unregelmäßiges Dreieck ausgebildet sein, dessen Winkel alle kleiner als 90° und voneinander verschieden sind und dessen Seiten unterschiedlich lang sind. Ein solches Dreieck kann in allen denkbaren Größen vorgefertigt werden und zusammen mit zu ihm kongruenten und identischen Dreiecken verbunden werden, um die vorgenannten Module oder Segmente in allen möglichen Größen zu erzeugen.
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Die längste Strebe eines solchen Dreiecks könnte von den beiden kürzeren Streben aufgenommen sein, nämlich mit seinen Enden jeweils an den beiden kürzeren Streben inseitig anliegen. Hierdurch wird die längste Strebe beidseitig von den anderen beiden Streben abgestützt. Ein Verkleben der längsten Strebe mit den beiden kürzeren wird erleichtert. Die Streben könnten auch oder zusätzlich miteinander verschraubt, verzapft oder in anderer Weise verbunden sein.
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Die beiden kürzeren Streben könnten auf Gehrung aneinander liegen. Hierdurch wird ein großer Kontaktflächenbereich geschaffen, an dem die beiden kürzeren Streben an einander liegen.
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Ein Gebäude könnte eine Gerüststruktur der hier beschriebenen Art aufweisen. Ein solches Gebäude kann als Wohnhaus, als sogenanntes Tiny-House, als Wirtschaftsgebäude, als fliegender Bau oder im Messebau verwendet werden.
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An die Gerüststruktur können Solarzellen, Fenster und Türen angebracht werden.
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Die Fenster oder Türen können dreieckig ausgebildet sein.
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In der Schale bzw. in einem Segment können Aussparungen vorgesehen sein, welche die regelmäßige Netzstruktur der Dreiecke und Streben unterbrechen. In solche Aussparungen können Fenster oder Türen eingesetzt werden.
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In der Zeichnung zeigen
- 1 eine teilweise perspektivische Seitenansicht einer domartigen Gerüststruktur, die nur aus kongruenten Dreiecken aufgebaut ist,
- 2 oben links eine Draufsicht auf die Gerüststruktur gemäß 1, oben rechts die Ansicht aus 1 und unten links eine weitere Seitenansicht der Gerüststruktur von einer weiteren Seite aus betrachtet,
- 3 eine Ansicht auf ein vorgefertigtes Segment, nämlich ein Viertel der Gerüststruktur gemäß 1,
- 4 eine weitere Ansicht auf ein vorgefertigtes Segment der Gerüststruktur gemäß 1,
- 5 ein Modul zur Fertigung eines Segments nach 3 oder 4, wobei das Modul fünf kongruente spitzwinklige Dreiecke aufweist,
- 6 ein Drachen, der aus zwei kongruenten Dreiecken gebildet und als Modularkombination Teil des Moduls gemäß 5 ist,
- 7 ein spitzwinkliges und unregelmäßiges Dreieck, das ein weiterer Teil des Moduls gemäß 5 ist, und
- 8 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Herstellung des Moduls gemäß 5, welches zwei Drachen und ein weiteres einzelnes Dreieck aufweist, wobei alle Dreiecke des Moduls kongruent sind.
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1 und 2 zeigen eine Gerüststruktur zur Errichtung eines Gebäudes, umfassend eine Kuppel 1, die durch eine netzartig aufgebaute Schale 2 gebildet ist, wobei die Schale 2 zumindest teilweise durch Streben 3a, 3b, 3c aufgespannt und/ oder gebildet ist, welche Dreiecke 4 ausbilden. Die Streben 3a, 3b, 3c bilden dabei die Seiten eines Dreiecks 4.
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Die Streben 3a, 3b, 3c sind aus Holz gefertigt. Konkret wird Brettschichtholz (BSH) oder Konstruktionsvollholz (KVH) verwendet. Die Streben 3a, 3b, 3c können jedoch auch aus einem anderen geeigneten Material gefertigt sein.
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Die netzartige Schale 2 ist aus mehreren vorgefertigten Segmenten 5 aufgebaut, wobei jedes Segment 5 mindestens ein durch Streben 3a, 3b, 3c gebildetes Dreieck 4 aufweist und wobei die Segmente 5 zur Ausbildung der Schale 2 aneinander gefügt sind. Die Segmente 5 sind an den aneinander liegenden Streben miteinander verbunden.
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Ohne Beschränkung auf eine bestimmte Befestigungsart könnten die Segmente 5 neben festen Verschraubungen, Zapfen, Dübeln oder ähnlichen Mitteln auch lösbare Verbindungen enthalten. Im Vordergrund steht der Modularitätsgedanke, nämlich dass die Segmente 5 modular miteinander verbindbar und auch wieder voneinander lösbar sind.
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3 und 4 zeigen solche Segmente 5 in verschiedenen Ansichten. Die Schale 2 besteht aus vier Segmenten 5, wobei jedes Segment 5 eine Viertelschale ausbildet. Jedes Segment 5 weist gleiche oder kongruente Dreiecke 4 auf. Konkret ist jedes Segment 5 nur durch an einander liegende Dreiecke 4 gebildet, wobei alle Dreiecke 4 eines Segments 5 gleich oder kongruent sind.
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5 zeigt ein vorgefertigtes Modul 6 zur modularen Fertigung eines vorgefertigten Segments 5 gemäß 3 oder 4. Ein Segment 5 gemäß 3 oder 4 ist aus drei identischen Modulen 6 aufgebaut. Ein Segment 5 ist aus mehreren Modulen 6 gemäß 5 aufgebaut, welches fünf kongruente Dreiecke 4, 4E aufweist, wobei vier Dreiecke 4 zwei Drachen 7 bilden, die mit dem fünften Dreieck 4E verbunden sind.
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6 zeigt einen solchen Drachen 7 in Einzelstellung, bei welchem zwei Dreiecke 4 zusammengefügt sind, deren Dreiecksflächen nicht geneigt zueinander angeordnet sind, sondern in einer gedachten Ebene liegen. Die Höhe des Drachen 7 bildet eine Symmetrie- und Spiegelachse für die beiden zusammengefügten kongruenten Dreiecke 4 aus. Der Drachen 7 bildet ein flächiges Polygon aus.
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Daher sind in der netzartigen Schale 2 mindestens zwei Dreiecksflächen nicht gegeneinander geneigt und mindestens zwei aneinander liegende Dreiecke 4 bilden einen Drachen 7 als Unterkombination aus, in welcher Dreiecksflächen nicht gegeneinander geneigt sind, sondern in einer Ebene liegen.
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An einem Bodenring kann der Fall auftreten, dass kein Drachen 7 gebildet ist. Dort kann ein Dreieck 4E vorliegen, das in keiner Kombination einen Drachen 7 formt oder auch mit keinem anliegenden Dreieck 4 in einer Ebene liegt. Dieses Dreieck 4E ist in 3 und 5 gekennzeichnet.
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7 zeigt, dass jedes Dreieck 4 als spitzwinkliges unregelmäßiges Dreieck ausgebildet ist, dessen Winkel alle kleiner als 90° und voneinander verschieden sind und dessen Seiten unterschiedlich lang sind. Die längste Strebe 3c des Dreiecks 4 ist von den beiden kürzeren Streben 3a, 3b aufgenommen, liegt nämlich mit seinen Enden jeweils an den beiden kürzeren Streben 3a, 3b inseitig an. Die beiden kürzeren Streben 3a, 3b liegen auf Gehrung aneinander. Beide vorgenannten technischen Merkmale sind durch Pfeile gekennzeichnet.
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1 zeigt den Rohbau eines Gebäudes, welches eine Gerüststruktur der hier beschriebenen Art umfasst. Die geodätische Kuppel 1 des Gebäudes weist eine Art Äquator auf, der auf dem Boden 8 aufliegt bzw. mit diesem fluchtet.
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Als Äquator wird die geschlossene Schnittebene durch die Gerüststruktur begriffen, die den größten Umfang aufweist. Die hier beschriebene Gerüststruktur weist keine Einschnürung in Bodennähe auf, vielmehr liegt der Äquator auf dem Boden auf.
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Für die Gerüststruktur ist weiter charakteristisch, dass eine horizontal orientierte Bodenteilfläche 9 kongruent zu einer vertikal orientierten Wandteilfläche 10 ist. Dies hängt mit der Symmetrie der Gerüststruktur zusammen.
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Die gesamte horizontale Bodenfläche der Gerüststruktur kann durch die Draufsicht in der linken Ansicht in 2 gesehen werden. Eine Bodenteilfläche 9 ist kongruent zu einer vertikal orientierten Wandteilfläche 10, die der Ansicht oben rechts in 2 entnommen werden kann.
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Daher kann in einem Gebäude mit einer solchen Gerüststruktur eine Bodenplatte zugleich als Wandplatte verwendet werden.
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Die Geometrie der Gerüststruktur ermöglicht es, diese in vier Viertelschalen, nämlich in vier Segmente 5 zu zerlegen. In der Gerüststruktur werden nur Dreiecke 4 verwendet, welche in ihrer Bauweise, in ihren Längenverhältnissen und Winkeln identisch und daher flächengleich sind.
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Die hier beschriebene Gerüststruktur wird bevorzugt verwendet, um geodätische Kuppeln 1 oder geodätische Dome und/ oder geodätische Gebäude zu errichten. Andere Anwendungen für die Gerüststruktur sind ebenfalls denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kuppel
- 2
- netzartige Schale
- 3a, b
- kürzere Strebe
- 3c
- längste Strebe
- 4
- Dreieck
- 4E
- Dreieck, nicht Teil von 7
- 5
- Segment von 2
- 6
- Modul von 5
- 7
- Drachen von 6
- 8
- Boden
- 9
- Bodenteilfläche
- 10
- Wandteilfläche
