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Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem zum Erstellen von Gebäuden mit mehreren Geschossen, insbesondere zum Erstellen von Hochhäusern.
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Es sind begrünte Zwillingstürme eines Hochhauskomplexes bekannt, die einen positiven Einfluss auf das Stadtklima entfalten. Die Bäume und Pflanzen an der Fassade können das Mikroklima in den Wohnungen und auf den Balkonen verbessern, die Pflanzen sollen Lärm, Staub und Hitze mildern. Mit dem dadurch veränderten Mikroklima verbessert sich die Lebensqualität zumindest der Bewohner, und in einer an sich städtischen Umgebung wird ein Bezug zur Natur hergestellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzugeben, mit dem Hochbauten, deren Außenflächen klimaschonend ausgestaltet sind, einfacher und effizienter errichtet werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Baukastensystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Er betrifft ein Baukastensystem zum Erstellen von Gebäuden mit mehreren Geschossen, wobei ein Geschoss nach einer geläufigen Definition als die Gesamtheit aller Räume in einem Gebäude bezeichnet wird, die auf einer Zugangsebene liegen und horizontal miteinander verbunden sind. Nach Regelungen gängiger Bauordnungen umfasst ein Geschoss Räume mit einer Mindesthöhe von etwa 2,30 m.
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Das erfindungsgemäße Baukastensystem dient der Erstellung insbesondere mehrstöckiger Wohngebäude bzw. Hochhäuser. Es umfasst eine Mehrzahl an Grundelementen, die vertikal stapelbar sind bzw. sich bautechnisch vertikal übereinander stapeln lassen. Ein Grundelement kann bereits ein Gebäude bilden. Erfindungsgemäß werden aber in der Regel mehrere Grundelemente derart übereinander angeordnet, dass ein Gebäude mit zumindest geschosshohen Überständen entsteht. Das Gebäude erhält also planmäßig keine glatte Außenfassade, sondern ist in vertikaler Richtung durch Überstände und ihnen gegenüber zurückspringende Gebäudeabschnitte gegliedert. Die Überstände sind in vertikaler Richtung zumindest geschosshoch, können aber auch mehrere Geschosse umfassen. Sie unterscheiden sich also von Balkonen oder lediglich auskragenden Gebäudeabschnitten oder dergleichen dadurch, dass sie selbst Wohnraum in mindestens einer Geschosshöhe einschließen. Außerdem können sie den Wohnraum über die gesamte Breite einer oder mehrerer Fassadenseiten oder über die gesamte Grundfläche bzw. überbaute Fläche des Gebäudes hinweg bieten.
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Die Überstände bilden oberseitige Freiflächen, auf denen kein weiteres Grund- oder Teilelement angeordnet ist. Die Überstände und die oberseitigen Freiflächen entstehen erfindungsgemäß, indem jedes Grundelement mindestens zwei Teilelemente umfasst, wobei die Teilelemente jeweils zumindest ein Geschoss bilden und vertikal übereinanderliegen, also an einer Grund- bzw. Deckfläche aneinander anliegen, und wobei sich die Abmessungen der Teilelemente in zumindest einer horizontalen Raumrichtung unterscheiden.
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Die Abmessungen der Teilelemente eines Grundelements weichen also in zumindest einer horizontalen Raumrichtung voneinander ab. Jedes Grundelement besteht folglich aus unterschiedlich großen Teilelementen. Beispielsweise quaderförmige Teilelemente, die bei übereinstimmender Breite nur hinsichtlich ihrer Länge voneinander abweichen, können also einen beidseitigen und gleichgroßen Überstand oder Versatz ausbilden, wenn sie konzentrisch übereinander positioniert werden, ihre Längsseiten also in derselben Ebene liegen. Der Überstand des größeren gegenüber dem kleineren Teilelement entsteht dadurch, dass die zugehörigen vertikalen Außenwände der Teilelemente eben nicht in derselben Ebene, sondern in unterschiedlichen, im einfachsten Fall in zueinander parallelen Ebenen liegen. Sind die beiden abmessungsverschiedenen Teilelemente nicht konzentrisch angeordnet, sondern exzentrisch zueinander versetzt, können sie einen beidseitigen, aber unterschiedlich großen Überstand, nur einen einseitigen Überstand oder zwei einander gegenüberliegende, aber gegensinnig orientierte Überstände ausbilden, solange ihre Längsseiten in derselben Ebene bleiben. Diese Positionsmöglichkeiten ergeben sich gedanklich aus einem relativen Verschieben der Teilelemente zueinander in ihrer Längsrichtung. Zusätzlich können sie auch in ihrer Querrichtung verschoben werden, um zumindest einen Überstand auszubilden. Schließlich können sie alternativ oder zusätzlich dazu um eine Hochachse zueinander verdreht angeordnet sein.
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Weitere, sinngemäße Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn die Teilelemente nicht nur in einer horizontalen Raumrichtung, sondern in zwei dieser Raumrichtungen voneinander abweichen, sie sich also in den Abmessungen sowohl ihrer Breite als auch ihrer Länge unterscheiden. Dann lässt ein zwei- oder dreiseitiger und ein allseitiger Versatz ausbilden, im Fall des zwei- oder dreiseitigen Versatzes auch unter Ausbildung zumindest eines gegensinnigen Versatzes. Die in beiden horizontalen Raumrichtungen voneinander abweichenden Teilelemente lassen sich ebenfalls um eine Hochachse zueinander verdrehen. Wie im obigen Fall der nur in einer Raumrichtung voneinander abweichenden Teilelemente kann auch eine Verdrehung der vorliegenden Teilelemente einen vorhandenen Versatz lediglich geometrisch verändern, solange das kleinere Teilelement innerhalb der Grundfläche des größeren Teilelements bleibt. Ragt es darüber hinaus, kann die Verdrehung ebenfalls zu einem weiteren, dann gegensinnigen Versatz führen, indem das kleinere Teilelement über das größere Teilelement übersteht.
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Die Überstände der erfindungsgemäßen Grundelemente des Baukastensystems bilden also bereits Abstufungen der späteren Fassade. Dazu werden Teilelemente mit unterschiedlichen Abmessungen zu Grundelementen übereinandergestapelt. Mit einem größeren unteren Teilelement, auf dem ein kleineres oberes Teilelement angeordnet ist, lässt sich ein Überstand im Grundelement herstellen. Das Stapeln des so gebildeten Grundelements auf einem weiteren, gleichartigen Grundelement führt außerdem zu einem Überstand zwischen den beiden Grundelementen, nämlich in der Gestalt des größeren unteren Teilelements des oberen Grundelements gegenüber dem kleineren oberen Teilelement des unteren Grundelements.
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Sinngemäß verhält es sich bei einem kleineren unteren Teilelement und einem darauf angeordneten größeren oberen Teilelement als Grundelement. Selbst an sich gleichartige Grundelemente können darüber hinaus gegeneinander verdreht gestapelt werden, um abweichende Gestaltungen zu erzeugen.
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im Gegensatz zu Gebäuden mit einer geschlossenen Außenfassade, wie sie insbesondere bei sehr hohen Hochhäusern und bei Hochhäusern mit Büronutzung üblich ist, bietet ein Gebäude, das mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystem erstellt wurde, eine Vielzahl an Überständen. Die Überstände bieten sich zur Freiluftnutzung an und erlauben außerdem das Aufstellen von Aufstiegshilfen, wie Leitern und Gerüsten, die darüber liegende Flächen und Räume während der Bauzeit oder zur späteren Wartung und Pflege leichter erreichbar machen.
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Das erfindungsgemäße Baukastensystem stützt sich auf wenige standardisierte Typen von Grundelementen, die durch ihre Gestaltung selbst und durch ihre Anordnung zueinander vielfältige Nutzungen zulassen und vielgestaltige Gebäude ermöglichen. Das Baukastensystem nutzt folglich einen Gleichteileeffekt bzw. verfolgt eine Gleichteilestrategie, wonach ein Typ oder wenige Typen von Grundelementen unverändert, aber mehrmals in demselben Gebäude und auch für mehrere Gebäude verwendet werden. Damit lassen sich die Produktionskosten der Grundelemente infolge größerer möglicher Serien und die Lagerhaltungskosten für Vorprodukte und Ersatzteile reduzieren. Die Erstellung der Gebäude kann sich zudem dadurch vereinfachen, dass die Grundelemente werkseitig kostengünstiger hergestellt werden können als die entsprechenden Gebäudeabschnitte auf einer Baustelle. Zudem kann ggf. auch der Innenausbau der Grundelemente werkseitig weitgehend vorbereitet oder vollständig vorgenommen werden.
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Zusätzlich zu den oben bereits genannten Gestaltungsmöglichkeiten kann nicht zuletzt ein vereinzeltes gezieltes Abweichen von den standardisierten Grundelementen zu einer abwechslungsreichen Gestaltung eines Gebäudes führen, obwohl es vollständig oder weit überwiegend auf einer Verwendung von standardisierten Grundelementen des erfindungsgemäßen Baukastensystems beruht.
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Die Teilelemente umfassen zumindest ein Geschoss des zukünftigen Gebäudes, ein Grundelement umfasst folglich mindestens zwei Geschosse.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung haben die Teilelemente eines Grundelements eine Quaderform. Ein Quader ist ein geometrischer Körper, der von sechs Rechtecken begrenzt ist. Damit ergeben sich gleichmäßige, geometrisch einfache Grundelemente, die eine ruhige und nachvollziehbare Fassadengliederung des späteren Gebäudes hervorrufen. Sie lässt sich bereits durch ein gegeneinander exzentrisches Versetzen oder ein Verdrehen der Teilelemente eines Grundelements oder der Grundelemente zueinander variieren.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Teilelemente eine allgemein zylindrische Form aufweisen. Im Gegensatz zu einem Kreiszylinder entsteht ein allgemeiner Zylinder, indem eine ebene Kurve in einer Ebene entlang einer Geraden, die nicht in der Ebene enthalten ist, um eine feste Strecke verschoben wird. Je zwei sich entsprechenden Punkte der Kurven und der verschobenen Kurve werden durch eine Strecke verbunden. Die Gesamtheit der parallelen Strecken bildet die zugehörige Zylinder-Fläche bzw. Mantelfläche des allgemeinen Zylinders. Allgemein zylindrische Teilelemente umfassen also auch solche mit Grundflächen, die von einem Rechteck abweichen, deren Grundflächen beispielsweise mehr oder weniger als vier Ecken aufweisen. Die zugehörigen Teilelemente können also regelmäßig prismatisch geformt sein oder unregelmäßig prismatisch, beispielsweise auch mit einspringenden Ecken. Allgemeine Zylinder können auch Grundflächen mit abgerundeten Ecken, ovale oder elliptische oder unregelmäßig geformte Grundflächen aufweisen. Zudem können die vertikalen Mantelflächen des allgemeinen Zylinders geneigt sein, womit sich ein schiefer Zylinder ergibt.
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Schließlich können die Teilelemente auch auf einander zugeneigte Seitenwände aufweisen, wie bei Kegel- oder Pyramidenstümpfen. Für die Gestaltung der Teilelemente und damit der Grundelemente des erfindungsgemäßen Baukastensystems ergibt sich somit eine nahezu unübersehbare Vielzahl an Gestaltungsmöglichkeiten, um beispielsweise Nutzungsanforderungen oder klimatische Bedingungen bestmöglich zu berücksichtigen.
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Jeder Überstand führt zu einer oberseitigen Freifläche, auf der kein Grund- oder Teilelement ruht. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann zumindest eine oberseitige Freifläche eines Überstands für eine Nutzung als Terrasse ausgebildet sein. Als Terrasse ist eine offene größere Fläche bzw. eine Plattform an einem Haus zu verstehen, die für den Aufenthalt im Freien vorgesehen ist, z.B. eines über dem Überstand liegenden Geschosses oder als Dachterrasse. Die Ausbildung als Terrasse betrifft u.a. geeignete Abmessungen der Freifläche, eine Absturzsicherung, einen geeigneten Bodenbelag und dergleichen, um eine Benutzung durch mindestens einen Menschen zu ermöglichen. Als Terrasse ist also insbesondere kein Balkon anzusehen, der regelmäßig auf Konsolen, Trägern auf einer auskragenden Platte ruht, die aus dem Baukörper herausragen bzw. herausragt.
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Jeder Überstand verfügt außerdem über eine unterseitige Freifläche, mit der das überstehende Teilelement auf keinem weiteren Grund- oder Teilelement ruht. Der Überstand bewirkt dort eine Beschattung des darunterliegenden Bereichs, die unterseitige Freifläche wirkt wie ein Vordach oder Dachvorsprung. Die Beschattung kann ein Aufheizen der Fassadenfläche des überdachten Teilelements verhindern. Sie kann so zu einem besseren Mikroklima sowohl unmittelbar vor der Fassade als auch in den dahinterliegenden Räumen dienen, insbesondere, wenn auch Fensterflächen beschattet werden.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Terrassennutzung kann eine oberseitige Freifläche nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Flucht- oder Rettungsweg oder als Teil davon ausgebildet sein. Dafür sind u.a. eine auf eine Personenanzahl des Geschosses angepasste lichte Breite, eine Barrierefreiheit und eine entsprechende Kennzeichnung erforderlich. Die derart genutzte oberseitige Freifläche erleichtert oder ermöglicht eine Evakuierung, zumal da Rauchentwicklung im Brandfall ihre Nutzung wenig behindern dürfte und sie von einer Außenseite des Gebäudes aus zugänglich ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können mehrere als Flucht- oder Rettungswege ausgebildeten oberseitigen Freiflächen unterschiedlicher Geschosse über eine bauliche Verbindung mit einer Leiter, Treppe oder Rutsche verfügen. Sie können eine Evakuierung von Personen in vertikaler Richtung ermöglichen, insbesondere, wenn Fluchtwege innerhalb des Gebäudes fehlen oder unpassierbar sind oder Geschosse auch unter Einsatz von Rettungsgeräten durch Rettungskräfte nicht erreichbar sind.
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Alternativ oder zusätzlich zu einer Terrassennutzung oder Nutzung als Fluchtweg kann eine oberseitige Freifläche nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zur Anordnung einer dauerhaften Bepflanzung ausgebildet sein. Eine dauerhafte Bepflanzung erfordert neben Pflanzbehältern mit einem ausreichenden Wurzelraum Einrichtungen für einen Durchwurzelungsschutz, für Wasserhaltung, Bewässerung und Wasserablauf. Zusätzlich können Rankhilfen oder Stützen, aber auch Einrichtungen für die Pflege der Bepflanzung erforderlich sein, beispielweise Steighilfen für einen Zugang für gärtnerisches Personal von einer Außenseite des Gebäudes aus. Die Bepflanzung kann ebenfalls zur Beschattung der Fassade beitragen, also gegen Erhitzung schützen und einen Kühlungsbedarf im Sommer vermindern. Im Winter kann sie zu einer Reduzierung von Wärmeverlust insbesondere durch Wind beitragen. Die Verdunstung von Wasser sorgt zumindest für ein besseres Mikroklima. Damit lässt sich die Wohn- und Aufenthaltsqualität jedenfalls in und am Gebäude erheblich steigern. Mit einer Begrünung der oberseitigen Freiflächen und einer Dachfläche des Gebäudes entsteht eine begrünte Fläche, deren Abmessungen diejenigen der Gebäudegrundfläche regelmäßig weit übertrifft, je höher das Gebäude, umso mehr. Damit lässt sich ein relevanter ökologischer Nutzen von Hochbauten erzielen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Baukastensystems können die Grundelemente Vorrichtungen zur Energiegewinnung aus solarer Energieeinstrahlung umfassen. Sie können also über Sonnenkollektoren für Photovoltaik und/oder für Solarthermie verfügen. Dafür eignen sich insbesondere vertikalen Flächen der Grundelemente, soweit sie nicht für Fenster- oder Türflächen genutzt werden. Sie können also in die Fassadengestaltung wie Fenster- und Türöffnungen als Fassadenbestandteile integriert werden. Alternativ oder zusätzlich lassen sich die Sonnenkollektoren an anderen geeigneten vertikalen oder geneigten Flächen anbringen, insbesondere an Absturzsicherungen der Überstände. Mit der Anbringung von Sonnenkollektoren kann zumindest ein Teil des Energieverbrauchs des Gebäudes gedeckt werden, womit sich der Unterhalt des Gebäudes kostengünstiger gestalten und sein ökologischer Fußabdruck reduzieren lässt.
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Dazu kann die Anordnung von Einrichtungen zur Nutzung von Geothermie zumindest im Fundamentbereich des Gebäudes ebenfalls beitragen. Geothermische Energie wird regelmäßig in tieferen Bodenschichten erschlossen. Die Arbeiten für das Anlegen eines regelmäßig ebenfalls tiefgehenden Fundaments können somit einem weiteren Zweck dienen und sich damit schnell amortisieren. Die geothermisch gewonnene Energie kann zur Warmwasserbereitung und Heizung des Gebäudes im Winter, aber auch zur Kühlung des Gebäudes im Sommer genutzt werden.
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Ein Grundelement umfasst zwei oder mehr Geschosse. Je nach Abmessungen der Geschosse und nach gewähltem Baumaterial kann ein Grundelement schwer handzuhaben sein. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Grundelemente daher in transportable Teilstücke unterteilt sein, die bauseits zusammengefügt werden. Die Unterteilung kann ggf. den Teilelementen entsprechen. Die Bemessung der Teilstücke kann sich alternativ oder zusätzlich zum Beispiel an den Maximalabmessungen für einen Straßentransport orientieren. Eine andere Orientierung kann das Baumaterial liefern, wonach Teilstücke in Ziegel- oder Betonbauweise unter Berücksichtigung maximaler Traglasten von Hebezeugen kleiner ausfallen als solche in Holzbauweise. Mit der Unterteilung der Grundelemente in Teilstücke können sich jedenfalls deren Herstellung, Transport und bauseitige Verarbeitung vereinfachen.
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Jedes Grundelement besteht erfindungsgemäß aus mindestens zwei unterschiedlich großen Teilelementen, um zumindest einen Überstand auszubilden. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann ein Grundelement aus einem größeren unteren Teilelement und zwei darauf angeordneten kleineren oberen Teilelementen bestehen. Das Grundelement umfasst folglich drei Geschosse, von denen die beiden oberen Geschosse, nämlich in einem mittleren und in einem oberen Teilelement, identische Außenabmessungen aufweisen. Das untere, größere Teilelement steht über die oberen beiden Teilelemente über. Der Überstand des unteren Teilelements führt auf der Ebene der Grundfläche des mittleren Teilelements zur Ausbildung einer oberen Freifläche, die als Terrasse, Fluchtweg und /oder zur Begrünung nutzbar ist. Die Anordnung eines unteren, größeren Teilelements unter zwei gleichartigen kleineren Teilelementen führt insgesamt zu einem insofern günstigen Grundelement, als die oberseitige Freifläche zu einer Begrünung genutzt werden kann, die zwei von drei Geschossen des Grundelements eine Beschattung bietet und ein vorteilhaftes Mikroklima schafft. Die verbleibenden, nicht beschatteten Fassadenflächen des unteren Teilelements und die Absturzsicherung an der oberen Freifläche lassen sich zur Energiegewinnung nutzen. Die damit erreichte Flächenaufteilung für Begrünung und Beschattung einerseits und für Energiegewinnung andererseits führt zu einem günstigen Flächenverhältnis für Energieeinsparung durch natürliche Klimatisierung, einerseits, und für Energiegewinnung zum Decken eines verbleibenden Energiebedarfs bei einer Innenraumnutzung des Gebäudes für beispielsweise Wohn- oder Bürozwecke, andererseits. Es ergibt sich darüber hinaus ein optimales Verhältnis der Oberfläche des Grundelements zu seinem Volumen.
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Das Prinzip der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung beispielshalber noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Grundelement des erfindungsgemäßen Baukastensystems,
- 2 das Grundelement gemäß 1 mit einer beispielhaften Nutzung,
- 3 ein weiteres Grundelement des erfindungsgemäßen Baukastensystems,
- 4 zwei Grundelemente gemäß 3 zu einem Gebäude gestapelt,
- 5 ein drittes Grundelement des erfindungsgemäßen Baukastensystems,
- 6 bis 8 weitere zu einem Gebäude gestapelte Grundelemente.
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1 zeigt ein beispielhaftes Grundelement 1 eines erfindungsgemä-ßen Baukastensystems. Das Baukastensystem dient der Erstellung von Gebäuden für zum Beispiel eine Wohn- oder Büronutzung. Das Grundelement 1 setzt sich aus drei exzentrisch übereinander gestapelten Teilelementen 2, 3, 4 zusammen, die jeweils eine identische Höhe von beispielsweise 3 m aufweisen. Ihre Höhe ist so gewählt, dass jedes Teilelement 2, 3, 4 jeweils ein Geschoss eines Gebäudes umfassen kann. Denn es bietet neben der nutzbaren Raumhöhe noch Platz für einen geeigneten Bodenaufbau zum Beispiel für eine Fußbodenheizung und Installationen im Deckenbereich für zum Beispiel Kühlpaneele oder Belüftungs- und Beleuchtungseinrichtungen.
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Die Teilelemente 2, 3, 4 sind beispielhaft quaderförmig ausgebildet und haben einen rechteckigen Grundriss. Andere Grundrisse und Raumformen der Teilelemente 2, 3, 4 sind ebenfalls möglich, beispielsweise mehreckige, runde, abgerundete oder auch unregelmä-ßige Grundrisse mit entsprechenden und davon senkrecht oder geneigt aufsteigenden Seitenwänden. Entsprechend ihrem rechteckigen Grundriss sind die Seitenwände 5 der Teilelemente 2, 3, 4 ebenfalls rechteckig.
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Das untere Teilelement 2 hat mit einer Länge von 12 m und einer Breite von 10 m größere horizontale Abmessungen als das mittlere Teilelement 3 und das obere Teilelement 4. Sie weisen jeweils eine Länge von 9 m und eine Breite von 8 m auf, sind also identisch bemessen. Das untere Teilelement 2 bildet aufgrund seiner größeren horizontalen Abmessungen einen geschosshohen Überstand 6 gegenüber den Teilelementen 3, 4 aus. Dadurch entsteht außerdem eine obere, rahmenartige Freifläche 7, die durch die exzentrische Anordnung der Teilelemente 3, 4 auf dem unteren Teilelement 2 vier unterschiedlich breite Abschnitte 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 bildet. Der Abschnitt 7.4 ist in 1 weitgehend verdeckt.
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Das obere Teilelement 4 verfügt über eine Deckfläche 8, auf der ein weiteres Grundelement 1 aufgesetzt werden kann, um ein höheres Gebäude zu bilden. Aber auch das in 1 dargestellte Grundelement 1 kann bereits für sich allein ein eigenes, dreigeschossiges Gebäude darstellen. Dann bildet die obere Deckfläche 8 eine Dachfläche des Gebäudes, die bei Anbringen eines Geländers 9 als Absturzsicherung als Dachterrasse nutzbar ist. Durch Anbringen eines Geländers 9 kann die obere Freifläche 7 als Terrasse des mittleren Teilelements 3 nutzbar sein.
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Die Erfindung hat es sich zum Ziel gesetzt, ein Gebäude anzugeben, dessen Außenflächen zum Nutzen insbesondere seiner Benutzer, zum Beispiel seiner Bewohner, optimal genutzt werden. 2 zeigt das Grundelement gemäß 1 mit einer beispielhaften Nutzung der Gebäudeaußenflächen 5, 7, 8, 9 des Grundelements 1. Dazu zählen eine Nutzung in an sich bekannter Weise durch Fenster- und Türflächen FT, die der Belichtung, Belüftung und Erschließung der Räume eines Geschosses dienen, wobei vorliegend nicht zwischen Fensteröffnungen einerseits und Türöffnungen andererseits unterschieden ist. Eine weitere Art der Nutzung kann in der Anlage einer Begrünung G bestehen und schließlich im Anbringen von Kollektoren zur Energiegewinnung, beispielsweise von Fotovoltaik- oder Solarthermiekollektoren.
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Seine horizontalen Außenflächen, nämlich seine Dachfläche 8 und seine obere Freifläche 7, bieten sich zur Anlage einer Begrünung G an. Die Begrünung G kann zum Beispiel in einer Rasenfläche, in einer trockenheitsresistenten Sedumbepflanzung, in einer Bepflanzung mit Kleinsträuchern oder mit Bäumen bestehen. Zumindest Bäume können zusätzliche Pflanzbehälter erfordern, die auf den horizontalen Flächen 7, 8 abgestellt werden. Die Begrünung G schließt nicht aus, dass die horizontalen Flächen 7, 8 zusätzlich auch als Terrassenfläche für den Aufenthalt von Bewohnern nutzbar ist.
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In an sich bekannter Weise nehmen Fenster- und Türflächen FT einen Teil der Seitenflächen 5 ein, die sie durchbrechen. So können die Fenster- und Türflächen FT des Teilelements 3 sowohl dem Zugang zu den Räumen dieses Geschosses als auch zum Betreten der Terrasse auf der oberen Freifläche 7 aus seinen Räumen heraus dienen. Gleiches gilt für die Fenster- und Türflächen FT des unteren Teilelements 2, solange es das Erdgeschoss eines Gebäudes darstellt. Bei den Fenster- und Türflächen FT des oberen Teilelements 4 dagegen handelt es sich ausschließlich um Belichtungs- und Belüftungsflügel von Fenstern.
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Den durchbrechungsfreien Bereich der Seitenflächen 5 können Energiekollektoren E oder eine Begrünung G einnehmen. Neben einer an sich möglichen, aber pflegeaufwändigen vertikalen Bepflanzung können die vertikalen Seitenflächen 5 auch durch Rankhilfen, Spaliere oder dergleichen oder lediglich als freigehaltene Flächen eines Wuchsraums für davor platzierte Grünpflanzen oder für selbstrankende Kletterpflanzen als Begrünung G dienen.
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Die Energiekollektoren E können in einem einfachen Fall außenseitig auf den Seitenflächen 5 angebracht werden. Alternativ können sie im Sinne einer funktionellen Fassade in die Seitenflächen 5 integriert werden und damit einen Teil des Wandaufbaus der zugehörigen Seitenwände bilden. Das obere Teilelement 4 weist mehr Energiekollektoren E auf als das darunter liegende mittlere Teilelement 3, weil jenes durch die Begrünung G der oberen Freifläche 7 und der benachbarten vertikalen Begrünung G einer stärkeren Beschattung ausgesetzt sein kann als die Seitenflächen 5 des oberen Teilelements 4. Die Anordnung von Energiekollektoren E kann sich auch an der Ausrichtung des Gebäudes beziehungsweise der Seitenflächen 5 zur Sonne orientieren. Eine Anordnung von Energiekollektoren E empfiehlt sich daher an den Ost-, Süd- und Westseiten des Gebäudes, während an seiner Nordseite eher eine Begrünung G vorzusehen ist.
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Auch die Geländer 9 an der oberseitigen Freifläche 7 und an der Dachfläche 8 werden im obigen Sinne genutzt. Sie tragen Energiekollektoren E und Flächen für eine Begrünung G, jene beispielsweise durch Rank- bzw. Kletterpflanzen, z. B. auch aus optischen Gründen.
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3 zeigt ein weiteres beispielhaftes Grundelement 10 des erfindungsgemäßen Baukastensystems. Sein Aufbau folgt weitgehend dem Grundelement 1 gemäß 1 und 2, soweit es sich aus drei übereinander gestapelten Teilelementen 12, 13, 14 zusammensetzt, die jeweils eine identische Höhe aufweisen. Jedes Teilelement 12, 13, 14 bildet also ebenfalls jeweils ein Geschoss eines Gebäudes.
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Das untere Teilelement 12 hat ebenfalls größere horizontale Abmessungen als das mittlere Teilelement 13 und das obere Teilelement 14. Das mittlere Teilelement 13 und das obere Teilelement 14 sind ebenfalls identisch bemessen. Auch das untere Teilelement 12 bildet aufgrund seiner größeren horizontalen Abmessungen einen geschosshohen Überstand 16 gegenüber den Teilelementen 13, 14 aus. Die dadurch entstehende obere, rahmenartige Freifläche 17 setzt sich ebenfalls aus vier Abschnitten 17.1, 17.2, 17.3, 17.4 (letztere verdeckt) zusammen.
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Abweichend vom Grundelement 1 verfügt das Grundelement 10 über eine Grundfläche mit abgerundeten Ecken. Außerdem sind die Teilelemente 12, 13, 14 des Grundelements 10 konzentrisch übereinander angeordnet, so dass sich ein Überstand 16 ergibt, dessen einander paarweise gegenüberliegenden Abschnitte 17.1, 17.2 und 17.3, 17.4 seiner oberen Freifläche 17 jeweils eine gleiche Breite aufweisen. Die Nutzung seiner Seitenflächen 15, der oberen Freifläche 17, seiner Dachfläche 18 und seines Geländers 19 aber kann ebenfalls in der zur 2 beschriebenen Weise erfolgen.
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4 zeigt zwei zu einem Gebäude gestapelte Grundelemente, die einander ähnlich sind. Das untere Grundelement 10 entspricht demjenigen aus 3. Das obere Grundelement 10.1 ist prinzipiell identisch wie das untere Grundelement 10 aufgebaut, jedoch mit verringerten horizontalen Abmessungen bei identischen vertikalen Abmessungen bzw. Geschosshöhen. Das kleinere obere Grundelement 10.1 ruht auf der Dachfläche 18 des größeren unteren Grundelements 10, so dass sie teilweise verdeckt ist und von ihr nur noch eine rahmenförmige Fläche freibleibt. Daraus ergibt sich ein Gebäude, das insofern pyramidenförmig ausgebildet ist, als es sich nach oben hin verjüngt und kein Geschoss größere horizontale Abmessungen aufweist als das unter ihm liegende Geschoss. Diese Anordnung hat zur Folge, dass nicht nur die Dachfläche 18.1, sondern auch die Freiflächen 17, 17.1 und die teilweise freiliegende Dachfläche 18 einer natürlichen Bewitterung ausgesetzt sind, was eine Nutzung der Flächen 17, 17.1, 18, 18.1 durch Begrünung G (vgl. 2) begünstigt.
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5 zeigt ein drittes Gestaltungsprinzip eines Grundelements des erfindungsgemäßen Baukastensystems. Das Grundelement 20 setzt sich - wie die bisher gezeigten Grundelemente 1, 10, 10.1 - aus drei geschosshohen Teilelementen 22, 23, 24 zusammen. Das untere Teilelement 22 hat wiederum größere horizontale Abmessungen als das mittlere Teilelement 23 und das obere Teilelement 24. Jene sind ebenfalls identisch bemessen und mittig auf dem unteren Teilelement 22 angeordnet. Auch das untere Teilelement 22 bildet aufgrund seiner größeren horizontalen Abmessungen einen geschosshohen Überstand 26 gegenüber den Teilelementen 23, 24. Dadurch entsteht ebenfalls eine obere, rahmenartige Freifläche 27. Abweichend gegenüber den bisherigen Grundelementen entsprechen sich jedoch die Raumformen der Teilelemente 22, 23, 24 nicht. Denn das mittlere Teilelement 23 und das obere Teilelement 24 haben eine quaderförmige Raumform entsprechend den Teilelementen 3, 4, während das untere Teilelement 22 mit seinen im Grundriss abgerundeten Ecken den Teilelementen 12, 12.1 entspricht.
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Die Unterschiede zwischen den Grundelementen 1, 10, 10.1 einerseits und dem Grundelement 20 andererseits erschöpfen sich aber in optischen Aspekten, stellen also Beispiele für die Gestaltungsfreiheiten des erfindungsgemäßen Baukastensystems dar. Denn die jeweilige Nutzung der Grundelemente 1, 10, 10.1 und 20 kann prinzipiell in der anhand der 2 beschriebenen Weise erfolgen.
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Dies gilt auch für die Grundelemente 30, 40 der 6 und 7. Sie bieten weitere Gestaltungsbeispiele für gestapelte Grundelemente und für daraus zu bildende Gebäude oder Gebäudeabschnitte. Auch die Grundelemente 30, 40 bestehen aus geschosshohen Teilelementen 32, 33, 34, 42, 43, 44, nämlich aus in horizontaler Richtung größeren unteren Teilelementen 32, 42 und kleineren mittleren Teilelementen 33, 43 und oberen Teilelementen 34, 44 mit jeweils identischen Abmessungen. Das Teilelement 34 ist in 7 verdeckt. Jedes Grundelement 30, 40 verfügt daher auch über Überstände 36, 46, die oberseitige Freiflächen 37, 47 aufweisen. Die Teilelemente 32, 33, 34 und 42, 43, 44 sind innerhalb ihres jeweiligen Grundelements 30, 40 konzentrisch angeordnet, genauso wie die Grundelemente 30, 40 zueinander.
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Die unteren Teilelemente 32, 42 der Grundelemente 30, 40 haben zwar eine übereinstimmende quaderförmige Raumform und identische Abmessungen. Die Grundelemente 30, 40 unterscheiden sich aber dadurch, dass jeweils die kleineren mittleren Teilelemente 33, 43 und oberen Teilelemente 34, 44 unterschiedliche Raumformen aufweisen. Während die Teilelemente 33, 34 des Grundelements 30 ebenfalls quaderförmig ausgebildet sind, haben die Teilelemente 43, 44 des Grundelements 40 dagegen eine kreiszylindrische Form. Das Gebäude gemäß 6, 7 besteht folglich aus Grundelementen 30, 40 mit identischer Grundfläche, aber mit i.Ü. abweichenden Raumformen.
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Mehrere Grundelemente 1, 10, 10.1, 20, 30, 40 können übereinander angeordnet werden, um ein mehrgeschossiges Gebäude wie ein Hochhaus zu bilden. Die Anordnung identischer, ähnlicher oder unterschiedlicher Grundelemente und deren jeweilige Anordnung konzentrisch oder versetzt zueinander bietet eine Vielzahl an Gestaltungs- und Variationsmöglichkeiten, um abwechslungsreiche und architektonisch anspruchsvolle Fassaden zu gestalten. Grundsätzlich können die Grundelemente auch in anderen Kombinationen von in horizontaler Richtung größeren und kleineren Teilelementen ausgebildet sein, beispielsweise aus mehreren oder nur einem größeren und einem kleineren Teilelement, wobei - auch insoweit abweichend von den obigen Grundelementen 1, 10, 10.1, 20, 30, 40 - die größeren Teilelemente auch auf bzw. über kleineren Teilelementen angeordnet sein können.
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8 zeigt ein Gebäude aus Grundelementen gemäß den 1 und 2. Das Teilelement 2 für das Erdgeschoss des untersten Grundelements 1 misst an seinen Seiten 12 x 12 m. Darauf befinden sich die Teilelemente 3, 4 als ein erstes und ein zweites Obergeschoß mit 9 x 9 m Seitenlänge. Die jeweilige Geschosshöhe beträgt 3 m.
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Für ein optimales Verhältnis von möglichst geringer Oberfläche zu möglichst großem Inhalt ist vorliegend am besten ein Quader geeignet von z.B. 9 x 9 x 9 m oder ein Zylinder mit einem Durchmesser von 9 m und 9 m Höhe.
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Aus Nachhaltigkeitsgründen ist es besonders vorteilhaft, die Gebäude in einem Rastermaß zu konstruieren. Serienmäßige Herstellung von Gebäudeteilen erfordert einen Transport. Sowohl für den Straßen- als auch für den Schienentransport eignen sich die Abmessungen von 3 x 3 x 3 m als Rastermaß. Ausgehend vom Rastermaß 3 x 3 m ergibt sich das kleinste Gebäude mit 9 x 9 x 9 m bei Quaderform, bei einer Zylinderform ein Durchmesser und eine Höhe von 9 m und ein Radius von 4,50 m. Die optimalen Grundmaße sind also 3 x 3 m für gerade Teile und für gebogene Teile ein Radius von 4,50 m, unabhängig davon, ob es sich z.B. um ¼ -, ½ -, ¾ - Bögen oder um geschlossene Kreise handelt. Dadurch können Bauteile entsprechend serienmäßig vorgefertigt werden und als Module bei Neubauten, bei Änderungen an Bauten oder auch bei vorhandenen Bauten mitberücksichtigt werden.
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Geothermie wird in Zukunft vorwiegend zur Kühlung des Gebäudes benötigt und zur Wärmegewinnung eingesetzt. Dadurch kann das Gebäude selbst als Klimaspeicher fungieren, ggf. durch zusätzliches Anbringen einer Wärmedämmung. Um Wärmeenergie einzufangen, sind an den bestehenden Gebäuden möglichst große Oberflächen zu erstellen. Deswegen werden vorteilhaft bei 3geschossigen Bauten (vgl. 1) als kleinstes Grundelement 1 ein Teilelement 2 als Erdgeschoss mit 12 x 12 x 3 m und darauf zwei Geschosse mit Teilelementen 3, 4 zu je 9 x 9 x 3 m eingesetzt. Auf dem Teilelement 2 kann ein 12 x 12 m- Geländer 9 angebracht werden, in das Solarthermie oder Photovoltaik integriert ist. Auf dem Teilelement 4 kann ebenfalls ein Geländer inklusive Energiegewinnung vorgesehen sein. Weiterhin lässt sich auf dem Teilelement 2 als Erdgeschoss ein Vorsprung bzw. ein Gang mit z.B. 1,50 m Breite berücksichtigen. Er dient für die Aufstellung von Pflanzenkübeln. Die Fassadenflächen sind mit Fenstern und Türen versehen, welche viel Licht in die Wohnräume bringen.
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Die Dachfläche 8 auf dem Teilelement 4 kann ebenfalls für die Begrünung oder Energiegewinnung genutzt werden, so dass sich eine maximale Energieausbeute erreichen und der Natur das Mindeste an Grün zurückgeben werden kann, das wir ihr nehmen. Dieses gilt ebenfalls für die Fassade mit selbstverständlichem Beibehalt von Türen und Fenstern. Das gleiche gilt bei Bauten in Zylinderform oder mit abgerundeten Ecken.
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Mit diesem Wissen sollte bei Neubauten grundsätzlich eine Höhe von drei Geschossen als Auflage bestehen, um die vorgenannten optimalen drei Bedingungen (L = Licht über Türen und Fenster, E = Energie und G = Begrünung) zu erreichen.
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Die vorgenannten Maße zielen auch in Richtung Energieautarkie. Wenn Bauten beliebiger Größe diese Bedingungen einhalten (L+E+G), lässt sich die Energieautarkie von Kommunen erreichen, natürlich bei Umsetzung der vorgenannten Bedingungen auch bei der Sanierung von Bauten. Wenn diese Bedingungen auch größere Bauten berücksichtigen, lassen sich nicht nur energieautarke Gebäude erhalten, sondern sogar energiespendende Gebäude.
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Aus der Hochhausdarstellung gemäß 8 ist ersichtlich, dass dieses System des größeren unteren Teilelements 2 und der um einen Faktor in Länge und Breite kleineren Teilelemente 3, 4 im täglichen Gebrauch der maximalen Erfüllung von L, E und G nahe ist und es zusätzlich noch viele positive Effekte erreicht.
