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Dachkonstruktion aus gekrümmten Schalen, insbesondere aus doppeltgekrümmten
Stahlbetonschalen Dachkonstruktionen aus gekrümmten Schalen, insbesondere aus doppeltgekrümmten
Stahlbetonschalen, sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Ihre Herstellung
ist bisher, insbesondere bei großen Spannweiten, verhältnismäßig schwierig, da neben
den Schalen bzw. Stahlbetonschalen besondere Binder erforderlich sind. Üblicherweise
wird dabei eine Binderkonstruktion erstellt, die zur Aufnahme der Betonschalen und
zur Auflagerung derselben bestimmt und geeignet ist und die Spannweite überbrückt.
An diese Binderkonstruktion werden die- Schalen angeschlossen. Die Gesamtkonstruktion
ist daher verhältnismäßig aufwendig. Es sind allerdings auch Dachkonstruktionen
aus gekrümmten Schalen bekannt, die an den Stirnseiten angeordnete Scheiben aufweisen.
Zumeist handelt es sich dabei um Einzelschalen, bei denen die stirnseitigen Scheiben
die Funktion der Binder übernehmen. Dachkonstruktionen großer Spannweiten lassen
sich mit derartigen Schalen nicht herstellen. Bei diesen hat man vielmehr stets
in der beschriebenen Weise zunächst eine Binderkonstruktion verwirklicht und daran
die Dachschalen angeschlossen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Dachkonstruktionen aus
gekrümmten Schalen, insbesondere aus doppeltgekrümmten Stahlbetonschalen, zu vereinfachen
und die besonderen statischen Eigenschaften, die insbesondere die doppeltgekrümmten
und daher selbsttragenden Schalen besitzen, auszunutzen, um auf einfachste Weise
große und verschiedene Spannweiten überbrücken zu können. Die Erfindung geht bei
einer Dachkonstruktion aus gekrümmten Schalen, insbesondere aus doppeltgekrümmten
Stahlbetonschalen, aus von Schalen mit an den Stirnseiten angeordneten Scheiben.
Die Erfindung besteht darin, die Scheiben untereinander zu die Spannweite überbrückenden
Bindern zu vereinigen und diese an den Enden auf Stützen aufzulegen. Die Binder
können ihrerseits gekrümmt, z. B. als Bogenträger mit Zugband ausgebildet sein.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß nicht mehr, wie bisher, besondere Binderkonstruktionen erforderlich sind,
an welche die Schalen angeschlossen sind, daß es vielmehr möglich ist. an sich aus
statischen Gesichtspunkten heraus bei den Betonschalen selbst vorteilhafte Maßnahmen,
nämlich die Anordnung von stirnseitigen Scheiben, zu ergreifen, die es ermöglichen,
die Betonschalen in besonders idealer und statisch günstiger Weise mit geringem
Materialaufwand zu gestalten, so daß sie die Binder gleichsam in sich tragen, und
besondere Binderkonstruktionen nicht mehr erforderlich sind. Bei der erfindungsgemäß
ausgebildeten Konstruktion ist so die Schale selbst gleichsam nicht mehr ein von
den Bindern getragenes Element, sondern Schale und stirnseitige Endscheibe, und
die dadurch gebildeten Binder stellen eine Verbundkonstruktion dar, die in überraschend
einfacher Weise und ohne besondere Binderkonstruktionen durchgeführt werden kann,
die nichtsdestoweniger durch eine überraschende Tragfähigkeit ausgezeichnet ist.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, zwischen den nebeneinanderliegenden Schalen
einen Zwischenraum freizulassen, der entweder durch lichtdurchlässige Platten, z.
B. Glastafeln, abgedeckt ist oder in die Entlüftungsrohre ein-_gelegt sind. Die
nebeneinander angeordneten Schalen können aber auch mit gegenseitiger Überdeckung
verlegt sein. wobei in die Fugen vorteilhaft Dichtungsstränge eingelegt sind; im
übrigen empfiehlt es sich, die zu einem Binder vereinigten Scheiben der Schalen
zur Übertragung der Querkräfte gegenseitig abzustützen, beispielsweise zu überblatten,
und zur Aufnahme der Zugspannungen auf der Unterseite des Binders Zugglieder, vorzugsweise
durch Bolzen verbundene Stahlbänder, anzuordnen. Ein anderer Vorschlag der Erfindung
geht dahin, auf die Längskanten zweier nebeneinander liegender Schalen lastverteilende
Tragschienen aufzulegen oder in die Längskanten einzubetonieren und an die Tragschienen
einen Traggurt, vorzugsweise an je zwei Tragschienen einen gemeinsamen Traggurt,
zur Aufnahme von Lasten und insbesondere von Einzellasten anzuhängen. Tatsächlich
ist die erfindungsgemäß ausgebildete Dachkonstruktion im ganzen von so hoher Tragfähigkeit,
daß sich auf einfache Weise die beschriebenen Maßnahmen verwirklichen lassen. Im
übrigen kann man in weiterer Ausbildung der Dachkonstruktion als Tragwerk für fabrikeigene
Belange, wenn es sich beispielsweise um Fabrikanlagen
handelt,
die mit Krananlagen, Hebezeugen u. dgl. versehen sind, an der Unterseite der Schalen
streifenförmigeBlechträger anordnen, die entsprechend der Schalenkrümmung geformt
und durch radial gerichtete Stege in der Schale verankert sind, wobei die Blechträger
zum Tragen von Lasten, insbesondere Einzellasten, herangezogen werden können.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Dachkonstruktion läßt sich in Ortbeton
verwirklichen, aber auch aus Fertigbetonteilen aufbauen. Im letzteren Falle geht
ein Vorschlag der Erfindung dahin, die einzelnen Schalen aus mehreren gleichartigen
Fertigteilen zusammenzusetzen, vorzugsweise derart. daß zwei gleichartige Fertigteile
nach dem Dreigelenkbogenprinzip aneinandergesetzt sind und durch Arretierung, z.
B. Ausfüllen oder Ausgießen des mittleren Gelenks, ein Zweigelenkbogen in Form einer
doppeltgekrümmten Schale gebildet ist.
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Bezüglich der geometrischen Form bestehen im Rahmen der erfindungsgemäß
gestalteten Ausführungsform einer Dachkonstruktion ebenfalls mehrere Möglichkeiten.
So kann sie auch als Hängedach mit nach dem Stützlinienprinzip gekrümmten Bindern
ausgeführt sein. Die Schalen selbst bestehen nicht notwendig aus Stahlbeton; so
ist es möglich, die doppeltgekrümmten Schalen aus orthotropen, miteinander verleimten
Hölzern, z. B. Brettern, zu bilden und in die Leimfugen Zackenbänder zur Aufnahme
der Schubkräfte einzulegen.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigt Fig. 1 Schalen zur Bildung
einer Dachkonstruktion nach der Erfindung, Fig.2 einen Ausschnitt aus einer fertigen
Dachkonstruktion Fig. 3, 4 und 5 Ausführungsformen des kraftschlüssigen Verbundes
zwischen den zu Qerträgern zu vereinigenden, queraussteifenden Bindern von Schalen,
Fig. 6 im Ausschnitt eine Anordnung von Schalen mit Abstandszwischenraum zur Bildung
von Fenstern, Fig. 7 im Ausschnitt eine Anordnung von Schalen mit Abstandszwischenraum
zur Aufnahme eines Entlüftungsrohres, Fig. 8 im Ausschnitt die Anordnung von Dichtungen
zwischen nebeneinander verlegten und an den Stößen überdeckt ausgebildeten Schalen,
Fig. 9, 10 und 11 nebeneinanderliegende Schalen mit Vorrichtungen zur Aufnahme von
Einzellasten, Fig.12,13 eine andere Ausführungsform der Gegenstände nach den Fig.
9, 10 und 11, Fig. 14 eine aus mehreren gleichartigen Fertigteilen zusammensetzbare
Schale, Fig. 15, 16 und 17 die Verbindung von in Längsrichtung aneinanderliegenden
Schalen, Fig. 18 eine Ausführungsform als Hängedach, Fig. 19 eine Ausführungsform
mit Entwässerungsvorrichtung und Fig. 20 eine Ausführungsform der erfindungsgemäß
ausgebildeten Dachkonstruktion, die zugleich als Brückenkonstruktion Verwendung
finden kann.
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Die in Fig. 1 dargestellten Schalen 1 sind doppelt gekrümmte Betonschalen,
die geometrisch dadurch entstehen, daß auf einer Raumkurve, z. B. einem Kreisbogen
oder einer Parabel, einer Hyperbel oder Ellipse, ein Ausschnitt aus einer derartigen
geometrischen Figur bewegt wird. Die Schalen sind dadurch doppelt gekrümmt und folglich
selbsttragend ausgebildet. Sie sind außerdem mit queraussteifenden Bindern versehen,
die in der Fig. 1 als Binderscheiben 2 dargestellt sind und einerseits in der konkaven
Wölbung der Schalen Schotten, andererseits unter der konkaven Wölbung derselben
Unterzüge bilden. Die einzelnen Binderscheiben 2 werden an den Stoßstellen 3 kraftschlüssig
miteinander verbunden, so daß aus ihnen der in Fig. 2 deutlich erkennbare Binder
4 entsteht, der die gesamte Weite einer Halle oder sonstiger Gebäudekonstruktion
überspannt und in der Fig. 2 als Balken auf zwei Stützen 5 auf diese aufgesetzt
ist. Der aus den Binderscheiben 2 gebildete Binder 4 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel
gekrümmt und ist zur Aussteifung mit einem Zugband 6 versehen. An Stelle der dargestellten
Schalenform kann in der gleichen Weise die Dachkonstruktion unter Verwendung von
andersartigen, doppelt gekrümmten Schalen ausgeführt werden.
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Ausführungsformen der kraftschlüssigen Verbindung der queraussteifenden
Scheiben der Einzelschälen zu Bindern sind in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt. Fig.
3 zeigt die kraftschlüssige Verbindung bei einer Betonkonstruktion durch Auflagerausbildung
7, wobei die Bewehrungsstäbe in an sich bekannter Weise Auflagerkörbe 8 bilden.
Die Auflagerausbildung dient zur Aufnahme der Querkräfte; zur Aufnahme der in den
Querträgern auftretenden Längskräfte können an der Unterseite der Binder bzw. Querträger
verlaufende Zugglieder 9 dienen, wie sie in Fig. 4 in Untersicht, in Fig.5 in Seitenansicht
dargestellt sind. Bei Ausführung in Beton sind die Zugglieder mit Verbundmitteln
versehen, die zur Verankerung im Beton dienen. Die Zugglieder 9 selbst können beispielsweise
mittels Bolzen 10 miteinander verbunden sein.
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Je nach dem Verwendungszweck der Bauwerke, für die die Dachkonstruktion
bestimmt ist, wird man nicht die Ausführungsform gemäß Fig. 2 wählen, sondern die
nebeneinanderliegenden Schalen 1 durch entsprechende Ausbildung der queraussteifenden
Binder mit Abstand voneinander anordnen und die Abstände zwischen den Schalen 1,
wie Fig. 6 darstellt, die nur einen Ausschnitt aus der erfindungsgemäßen Dachkonstruktion
zeigt, mittels lichtdurchlässiger Werkstoffe, z. B. Glastafeln 11 oder Kunststoffe,
zur Bildung von Fenstern abdecken. Man kann aber auch gemäß der ebenfalls nur einen
Ausschnitt darstellenden Fig.7 entsprechend der Krümmung der Schalen 1 gekrümmte
Entlüftungsrohre 12 in den Abständen zwischen den einzelnen Schalen anordnen und
die Schalen selbst als Träger für diese Rohre heranziehen, so daß besondere Tragkonstruktionen
für die Rohre überflüssig sind. In allen Fällen wird man zweckmäßigerweise an den
Stößen zwischen aneinander angeordneten Schalen 1 bzw. zwischen Schalen 1 und Glastafeln
11 oder zwischen Schalen 1 und Lüftungsrohren 12 Überstände 13 vorsehen und zwischen
diese Dichtungsstränge 14 einlegen, wie es schematisch im Querschnitt an einem Beispiel
in Fig. 8 dargestellt ist.
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Insbesondere bei Fabrikhallen ist es erforderlich, beispielsweise
Laufkatzen von Krananlagen auf hängenden Schienen längs der Halle zu verlegen oder
andere Lasten aufzuhängen. Auch in diesem Falle werden die selbsttragend ausgebildeten
Schalen in vorteilhafter Weise zur Aufnahme der genannten Beanspruchungen unmittelbar
mit herangezogen. Die Fig. 9, 10 und 11 veranschaulichen schematisch, auf welche
Weise, beispielsweise durch Einbetonieren von Verteilerschienen, in geeigneter Weise
eine Lastaufnahme für Einzellasten erreicht werden kann. Fig. 9 zeigt eine Übersieht
von nebeneinander angeordneten Schalen 1, die beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt,
verlegt sind. Fig. 10 zeigt einen Schnitt in Richtung a-a der Fig. 9,
Fig.
11 einen Schnitt in Richtung b-b durch den Gegenstand der Fig.9. Nach diesen Figuren
sind auf die Längskanten 15 der nebeneinanderliegenden Schalen 1 Tragschienen 16
über eine entsprechend der aufzunehmengen Last eingerichteten Länge aufgelegt oder
einbetoniert, und die Tragschienen 16 sind durch daran angebrachte Träger oder Traggurte
17 zur Aufnahme der Lasten eingerichtet.
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Die gleiche Aufgabe läßt sich, wie die Fig. 12 und 13 im Querschnitt
und der Aufsicht verdeutlichen, auch dadurch lösen, daß mit der Einzelschale 1 deren
Wölbungen angepaßte Blechträger 18 mittels orthogonal in den Werkstoff hineinragender
Stege 19 verbunden und die Blechträger 18 zur Aufnahme von Lasten, insbesondere
Einzellasten, eingerichtet sind. In den Schalenkörper werden durch diese Ausbildung
beim Anhängen von Lasten an die Blechträger lediglich Schubkräfte eingeleitet, so
daß große Kräfte aufgenommen werden können.
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Es empfiehlt sich, zur Montage der neuen Dachkonstruktion Einzelschalen
beliebiger Länge aus gleichartigen Fertigteilen zusammenzusetzen. Vorzugsweise verfährt
man dabei so, wie es die Fig. 14 andeutet, wonach zuerst zwei untereinander gleichartige
Fertigteile 1 d nach dem Dreigelenkbogenprinzip aneinandergesetzt und durch Arretierung,
z. B. Ausfüllen oder Ausgießen des mittleren Gelenks 20, ein Zweigelenkbogen mit
Gelenken 21 und 22 an der Auflagestelle in Form einer doppelt gekrümmten Schale
erzeugt wird. Die Anordnung eines Zugbandes 6 empfiehlt sich. Selbstverständlich
kann man in der gleichen Weise verfahren, wenn man die einzelnen Schalen aus mehr
als zwei gleichartigen Fertigteilen zusammensetzt.
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Es lassen sich die einzelnen Schalen mit den O_uerträgern ihrerseits
wie Balken auf zwei Stützen verlegen. Hierbei empfiehlt sich ein nachträglicher
Verbund der Stoßfugen der in Längsrichtung aneinandergelegten Schalen. Die Fig.
15, 16, 17 veranschaulichen, wie ein derartiger Verbund in einfacher Weise durchzuführen
ist. Fig. 15 zeigt eine Anordnung von zwei hintereinanderliegenden Schalenteilen
an der Stoßstelle. Fig. 16 zeigt einen Schnitt in Richtung c-c durch den Gegenstand
der Fig. 15 und Fig. 17 den Gegenstand der Fig. 15 nach kraftschlüssigem Verbund
der Schalenteile. Nach den genannten Figuren sind die Schalen 1 und 1 a an der Stoßstelle
mit queraussteifenden Schotten 23 versehen, und der kraftschlüssige Verbund wird
durchVerbolzen der Schotten23 hergestellt.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Fig. 1 und 2 bzw, den Fig.
6 und 7 dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Es kann vielmehr gemäß Fig.
18 auch eine Ausführungsform als Hängedach 24 gewählt werden, wobei das Hängedach
24 selbst nach dem Stützlinienprinzip, beispielsweise aus bewehrtem Leichtbeton
oder aus Sperrholz hergestellt werden kann.
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Eine besondere Ausführungsform, die sich für Schalen eignet, die nach
oben konkav geöffnet sind, zeigt Fig. 19, bei der durch eine Schottenabtrennung
Regenwasser in den Schalen 1 gesammelt und einem Fallrohr 25 zugeleitet wird.
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Endlich verdeutlicht Fig. 20, daß die für die Herstellung der erfindungsgemäßen
Dachkonstruktion ausgebildete Schale 1 mit queraussteifenden Bindern 26 auch als
Brückenkonstruktion Verwendung finden kann.
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Die Schalen der erfindungsgemäß ausgebildeten Dachkonstruktion können
aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden. Besonders geeignet ist die Ausführung
in Stahlbeton, auch bewehrter Leichtbeton oder sogar Sperrholz, gegebenenfalls auch
Kunststoffe, insbesondere solche mit eingebetteten Bewehrungsglasfasern, lassen
sich verwenden. Ein besonderer Vorschlag der Erfindung geht dahin, die Schalen in
Holz auszuführen, wobei es z. B. bei hyperbolisch gekrümmter Schalenform möglich
ist, die doppelt gekrümmten Schalen aus ebenen Hölzern durch orthotrope Anordnung
der Hölzer herzustellen, vorzugsweise derartig, daß die Leimfugen lediglich Schubkräfte
aufzunehmen haben und zu diesem Zweck durch eingelegte metallische Zackenbänder
od. dgl. verstärkt sind. Bei dieser Ausführungsform empfiehlt es sich, die Schalen
durch Holzquerbinder, vorzugsweise aus Sperrholz, auszusteifen.
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Ein besonderer Vorteil wird erreicht, wenn die Schalen bzw. die zu
den Schalen zusammengesetzten Fertigteile so ausgebildet sind, daß sie zugleich
als Chassis eines Transportwagens dienen können, so daß der Transport der Fertigteile
auf einem Motorwagen und einem Nachläufer vorweggenommen werden kann, wobei beispielsweise
ein Zugband zwischen den Schalenauflagern überflüssig wird, wenn diese Funktion
durch eine Rohrverbindung zwischen Motorwagen und Nachläufer übernommen wird.