Doppeltgekrümmte Schale aus Stahlbeton, insbesondere Dachschale Bekannte
doppeltgekrümmte Schalen aus Stahlbeton, die insbesondere als Dachschalen von Hallenbauwerken
Verwendung finden, sind entweder im Sinne der Statik gekrümmte Plattenbalken und
dazu an einen im wesentlichen mittig verlaufenden der Krümmung folgenden Balken,
von dem die Schale beidseits auskragt, angeschlossen, d. h., sie sind mit
einem Mittelsteg versehen, oder sie werden statisch in erster Näherung als Membranen
aufgefaßt und sind dann zur Aufnahme von an den Rändern auftretenden Schubspannungen
durch balkenartige Randstege verstärkt. Ihre geometrische Gestalt stellt bei mehr
oder weniger rechteckigem Grundriß zumeist Ausschnitte aus Hyberboloiden und Paraboloiden
dar. Die Unterstützung der Schale durch Auflager erfolgt im Bereich zweier gegenüberliegender
Ränder des im wesentlichen rechteckigen Grundrisses, wobei die Mittelstege bzw.
Randstege der Schale von Auflager zu Auflager verlaufen.Double-curved shell made of reinforced concrete, in particular roof shell Well-known double-curved shells made of reinforced concrete, which are used in particular as roof shells for hall structures, are either curved T-beams in the sense of statics and, in addition, on a beam that runs essentially in the middle and follows the curvature, from which the shell protrudes on both sides, connected, d. That is, they are provided with a central web, or they are statically interpreted in a first approximation as membranes and are then reinforced by bar-like edge webs to absorb the shear stresses occurring at the edges. In a more or less rectangular plan, their geometrical shape mostly represents sections of hyberboloids and paraboloids. The shell is supported by supports in the area of two opposite edges of the essentially rectangular plan, with the central webs or edge webs of the shell running from support to support.
Die Ausbildung als gekrümmter Plattenbalken oder die Anordnung von
balkenartigen Randstegen wird aus statischen Gründen für notwendig erachtet, um
einerseits die aus dem Schaleneigengewicht, andererseits die aus Fremdlasten, wie
Dachlasten, resultierenden Kräfte aufzunehmen, und um drittens die durch das Problem
gegebenen Randbedingungen zu erfüllen. Diese nach dem Stand der Technik für erforderlich
erachteten, an der Ober- oder Unterseite der Schalen als Randstege angeordneten
oder mittig verlaufenden gekrümmten Balken sind in mancher Beziehung, z. B. beim
Betonieren sowie hinsichtlich der Bewehrung und aus architektonischen Gesichtspunkten
heraus, nachteilig, so daß die bekannten doppeltgekrümmten Schalen aus Stahlbeton
schon dadurch in ihrer Anwendung beschränkt sind. Bei den bekannten Schalen aus
Stahlbeton ergibt sich ferner aus fertigungstechnischen Gründen außerhalb der verstärkten
Randzonen eine Betonstärke, die beachtlich stärker ist, als zumeist sogar doppelt
so stark ist wie dies aus statisehen Gründen erforderlich ist. Die bekannten doppeltgekrümmten
Betonschalen sind daher nachteilig schwer. Letzteres gilt insbesondere für eine
weitere bekannte Ausführungsform, bei der zur Aufnahme der erwähnten Schubkräfte
der Schalen vorgespannte Zugbänder mit entsprechender Ausrundung oder polygonalföriiiig
züi-. sätzlich in die Schale selbst eingelegt sind.The formation as a curved T-beam or the arrangement of
Bar-like edge webs are considered necessary for structural reasons
on the one hand from the shell's own weight, on the other hand from external loads, such as
Roof loads, resulting forces, and thirdly, those caused by the problem
to meet the given boundary conditions. This is necessary according to the state of the art
considered, arranged on the top or bottom of the bowls as edge bars
or centrally extending curved beams are in some relation, e.g. B. at
Concreting as well as with regard to reinforcement and from an architectural point of view
out, disadvantageous, so that the known double-curved shells made of reinforced concrete
are already limited in their application. With the well-known bowls from
Reinforced concrete also results from manufacturing reasons outside of the reinforced
Edge zones have a concrete thickness that is considerably stronger than usually twice
is as strong as required for statistical reasons. The well-known double-curved ones
Concrete trays are therefore disadvantageously heavy. The latter is especially true for one
further known embodiment in which to absorb the aforementioned thrust forces
of the shells pre-tensioned tension straps with a corresponding fillet or polygonal shape
züi-. are also inserted into the shell itself.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, doppeltgekrümmte Schalen
aus Stahlbeton gewichtsmäßig leichter auszubilden sowie ihre Fertigung zu vereinfachen.The invention has set itself the task of double-curved shells
made of reinforced concrete to be made lighter in weight and to simplify their manufacture.
Die Erfindung betrifft eine doppeltgekrümmte Schale aus Stahlbeton,
insbesondere eine Dachschale, mit im wesentlichen rechteckigen Grundriß, die an
zwei Rändern, vorzugsweise an den beiden Schmalseiten, aufgelagert ist, und besteht
darin, die Schale randsteglos oder randträgerlos auszubilden und von einem der unterstützten
Ränder zum anderen Rand ein Zugband oder mehrere Zugbänder anzuordnen, deren Kräfte
in an sich bekannter Weise über stirnseitig angeordnete Verteilerstäbe in die Schale
eingeleitet "verden. Es empfiehlt sich, die Bewehrungsstäbe der Schale oberhalb
und unterhalb der Mitte des Schalenquerschnitts anzuordnen, wobei vorteilhaft die
tragenden Bewehrungsstäbe quer zur Richtung der Zugbänder verlaufen. Im allgemeinen
wird man als Bewehrung Baustahlmatten einlegen.The invention relates to a double-curved shell made of reinforced concrete,
in particular a roof shell, with a substantially rectangular plan, which at
two edges, preferably on the two narrow sides, is superimposed, and consists
therein to form the shell without a border or border support and from one of the supported
Edges to the other edge to arrange a drawstring or several drawstrings, their forces
in a manner known per se into the shell via distributor rods arranged at the end
initiated "verden. It is recommended that the reinforcing bars of the shell above
and to be arranged below the center of the shell cross-section, advantageously the
supporting reinforcing bars run transversely to the direction of the tension bands. In general
welded wire mesh will be used as reinforcement.
Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
Bei doppeltgekrümmten Schalen, die nach oben konkav gekrümmt sind, empfiehlt die
Erfindung, unterhalb der Mitte des Schalenquerschnitts eine stärkere Bewehrung anzuordnen
als oberhalb der Mitte. Außerdem empfiehlt es sich, die Mittelzone der Schale, insbesondere
die in Richtung der Zugbävder sich erstreckende Mittelzone, zu verstärken und/oder
stärk-er zu bewehren als die Randzonen.In detail, the invention can be implemented in various ways.
For double-curved shells that are concave upwards, the recommends
Invention to arrange a stronger reinforcement below the center of the shell cross-section
than above the middle. It is also best to use the central zone of the shell, in particular
to reinforce and / or reinforce the central zone extending in the direction of the drawbars
stronger than the peripheral zones.
Soweit die erfindun-sgemäß ausgebildeten doppeltgekrümmten Schalen
in ihrer Geometrie als Hyberboloidschalen oder ähnliche Schalen mit geraden oder
annähernd geraden Erzeugenden ausgeführt werden, empfiehlt die Erfindun
' -, die Zugbänder als Spannstähle in die Schale einzulegen und im wesentlichen
in Richtung der diagonal verlaufenden Erzeugenden anzuordnen. Die tragenden Bewehrungsstäbe
können ebenfalls diagonal verlaufen.As far as the erfindun-convention under formed doubly curved shells are executed in their geometry as Hyberboloidschalen or similar shells with straight or approximately straight generatrix, recommends Erfindun '- insert the drawstrings as prestressing steel in the shell and arranged substantially in the direction of the diagonal generatrix. The load-bearing reinforcing bars can also run diagonally.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß erfindungsgemäß auf Randstege oder Randbalken oder mittig durchlaufende
Balken, von denen aus die eigentliche Schale auskragt,
verzichtet
werden kann. Die Kräfte, die bei den bekannten doppeltgekrümmten Schalen aus Stahlbeton
durch die erwähnten Randelemente aufgenommen werden, werden erfindungsgemäß von
der Schale selbst und durch die Zuganker aufgenommen, wobei die Erfindung erkannt
hat, daß die auch bei den bekannten Schalen aus fertilgungsmäßigen Gründen erforderliche
Betonstärke ausreicht, um diese Kräfte aufzunehmen. Im ganzen werden dadurch die
Stahlbetonschalen gewichtsmäßig wesentlich leichter und fertigungsmäßig wesentlich
vereinfacht. Von besonderem Vorteil ist die Ausführungsform, bei der die vorgesehenen
Zuganker in der Schale selbst liegen. Auf diese Weise ist es möglich, ohne besondere
und komplizierte Vorspannmaßnahmen doppeltgekrümmte Hyberboloidschalen oder Schalen
ähnlichen geometrischen Querschnitts oder solche, deren Erzeugende durch Gerade
approxiinierbar sind, herzustellen, wobei infolge der Vorspannung diese Schalen
in erheblich stärkerem Maße als bisher belastbar sind, so daß bei geringem Gewicht
große Tragfähigkeit gewährleistet ist und außerdem sichtbare Zugbänder oder die
erwähnten Randstege oder Balken ivegfallen. Im ganzen können so doppeltgekrümmte
Betonschalen großer Tragfähigkeit aber leichten Gewichts bei geringem Armierungs-
und Fertiguh 'gsaufwand hergestellt werden. Selbstverständlich besteht im übrigen
die Möglichkeit, die erwähnten Zugbandkräfte durch äquivalente äußere Kräfte zu
ersetzen, welche geeignet und in der Lage sind, eine solche Beanspruchung der doppeltgekrümmten
Schalen herbeizuführen, daß die Eigengewichtsbiegespannun-"en er sowie die Biegespannunen
aus zu erwartenden Kräften möglichst ausgeglichen werden. Tatsächlich wird man im
allgemeinen auch die Zugbänder so anspannen, daß die Kompensation der Eigengewichtsbiegespannungen
sowie der Fremdkräfte eintritt. Das bedeutet, daß das statische Problem, welches
durch eine spezielle Aufgabe bestimmt ist, erfindungsgemäß durch Annäherung an die
triviale Stützgewölbelösung approximiert ist, wobei unter den Fremdkräften, welche
die Schale aufzunehmen hat, beispielweise den variabeln Dachlasten auch Kräfte durch
unterhalb an die Schale angehängtes Gut in der Schale Zustände erzeugt werden, die
von dieser trivialen Stützgewölbelösung nur wenig abweichen. Der Begriff triviale
Lösung bezeichnet dabei eine Lösung, die sich mathematisch als besonders einfacher
Sonderfall ergibt. Die Erfindung hat erkannt, daß dieser Sonderfall in der Praxis
approximierbar ist und das dadurch doppeltgekrümmte Betonschalen großer Tragfähigkeit
aber leichten Gewichtes bei geringem Armieruno 2 Sstahlaufwand
je
Quadratmeter hergestellt werden können.The advantages achieved by the invention are primarily to be seen in the fact that, according to the invention, edge webs or edge bars or bars running through the center, from which the actual shell protrudes, can be dispensed with. The forces that are absorbed by the mentioned edge elements in the known double-curved shells made of reinforced concrete are, according to the invention, absorbed by the shell itself and by the tie rods, the invention recognizing that the concrete strength required for the known shells for reasons of fertilization is sufficient, to absorb these forces. On the whole, the reinforced concrete shells are significantly lighter in weight and considerably simplified in terms of production. The embodiment in which the tie rods provided are located in the shell itself is particularly advantageous. In this way, it is possible to produce double-curved hyberboloid shells or shells with a similar geometric cross-section or those whose generators can be approximated by straight lines without special and complicated pretensioning measures, with these shells being able to withstand much greater stress than before, so that with little Weight high load-bearing capacity is guaranteed and also visible drawstrings or the mentioned edge webs or beams ivegappen. On the whole, double-curved concrete shells with a large load-bearing capacity but light weight can be produced with little reinforcement and finishing work. Of course, there is also the possibility of replacing the aforementioned tension band forces with equivalent external forces which are suitable and capable of bringing about such a load on the double-curved shells that the dead weight bending stresses and the bending stresses from the expected forces are compensated as far as possible In fact, one will generally also tighten the tension straps in such a way that the self-weight bending stresses and the external forces are compensated The external forces that the shell has to absorb, for example the variable roof loads, also forces are generated in the shell by goods attached to the shell below, which differ only slightly from this trivial supporting vault solution thereby a solution which mathematically results as a particularly simple special case. The invention has recognized that this special case can be approximated in practice and that the double-curved concrete shells with a large load-bearing capacity but light weight with little reinforcement can be made of 2 steel per square meter.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnun- erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch
eine doppeltgekrümmte Schale nach der Erfindung mit außen liegendem Zugband, Fig.
2 eine Aufsicht auf die Schale nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt
durch eine doppeltgekrümmte Schale nach der Erfindung mit im Innern des Schalenkörpers
verlaufenden Zugbändern und Fig. 4 eine Aufsicht auf die Schale nach Fig.
3. In the following, the invention is explained with reference to a drawing showing only one embodiment. It shows Fig. 1 shows a cross section through a double-curved shell according to the invention with external drawstring, Fig. 2 is a plan view of the shell according to Fig. 1, Fig. 3 shows a cross section through a double-curved shell according to the invention extending in the interior of the shell body Drawstrings and FIG. 4 shows a plan view of the shell according to FIG. 3.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schale 1 aus Stahlbeton
ist eine doppeltgekrümmte Schale, die insbesondere als Dach-chale -#7erwendting
findet. Die Schale 1 hat einen recht,2cMgen Grundriß. Die Erfindung ist jedoch
nicht beschränkt auf derartige Schalen mit rechteckigem Griind, vielmehr genügt
es, wenn der Grundriß im wesentlichen rechteckig, z. B. leicht trapezförmig oder
ähnlich ist. Die Schale 1 ist so eingerichtet, daß an den beiden schmalen
Rändern 2 die Unterstützung der Schale, beispielsweise durch Aufsetzen auf nicht
gezeichnete Mauern, Pfeiler od. dgl. durchgeführt wird, wenn beispielsweise die
Schale als Dachschale Verwendung findet. Nach der Erfindung sind die Bewehrungsstäbe
3 a" 3 b der Schale beidseits der durch eine strichpunktierte
Linie markierten Mitte 4 des Querschnitts angeordnet. Von einem der unterstützten
Ränder 2 zum andern verläuft ein Zu,-band 5. In dem dargestellten Beispiel
besteht die Bewehrung aus Matten aus Baustahlgeflecht, deren Haupttragerichtung
quer zur Richtung der Zugbänder verläuft. Es ist j edoch auch möglich, an
Stelle der Matten aus Baustahlgeflecht übliche Bewehrtingsstäbe zu verwenden, deren
Haupttragerichtung quer zur Richtung der Zugbänder verläuft und in Längsrichtung
der Schale lediglich Verteilerstäbe laufen zu lassen. Die im unteren Schalenteil
angeordneten Bewehrungsstäbe3a sind etwas stärker ausgebildet als die Bewehrungsstäbe3b
im oberen Schalenteil. Die Mittelzone der Schale, die in Richtung des Zugbandes
5 verläuft, ist leicht verstärkt ausgebildet und auch stärker bewehrt als
die Randzonen. Das Zugband 5 selbst ist anspannbar, was in den Figuren im
einzelnen jedoch nicht dargestellt ist, wobei die Kräfte des Zugbandes durch am
Rande angeordnete Verteilerstäbe 6 in die Schale eingeleitet werden. The shell 1 made of reinforced concrete shown in FIGS. 1 and 2 is a double-curved shell, which is used in particular as a roof shell - # 7erwendting. The shell 1 has a right, 2-inch plan. However, the invention is not limited to such bowls with a rectangular base, rather it is sufficient if the plan is substantially rectangular, e.g. B. is slightly trapezoidal or similar. The shell 1 is set up so that the support of the shell, for example by placing it on not shown walls, pillars or the like, is carried out at the two narrow edges 2, for example when the shell is used as a roof shell. Proceeds according to the invention are the reinforcing rods 3 a "3 b of the shell on either side of the area marked by a dot-dash line center 4 of the cross-section arranged. From any of the supported edges 2 to the other one to, ribbon 5. In the example shown, the reinforcement of mats of steel mesh, whose main carrying direction transverse to the direction of the tension bands. It is j also possible edoch to let usual in place of the mats of steel braid Bewehrtingsstäbe to use, the main carrying direction transverse to the direction of the tension bands and run in the longitudinal direction of the shell only cross bars. The reinforcing bars 3a arranged in the lower shell part are slightly stronger than the reinforcing bars 3b in the upper shell part. The middle zone of the shell, which runs in the direction of the tension band 5 , is slightly reinforced and also more reinforced than the edge zones. The tension band 5 itself can be tensioned, which in the figures, however, not in detail t is shown, the forces of the tension band being introduced into the shell by distributor rods 6 arranged on the edge.
Von besonderer Bedeutung ist die Ausführungsforrn nach den Fig.
3 und 4, in denen doppeltgekrümmte Hyperboloidschalen dargestellt sind. Derartige
Schalen besitzen bekanntlich Gerade als Erzeugende. Gemäß der Erfindung sind diagonal
im Schalengrundriß in Richtung der möglichen geraden Erzeugenden verlaufende Zugbänder
als Spannstähle 7 angeordnet, welche die Aufgabe der Zugbänder nach den Fig.
1 und 2 übernehmen, aber innerhalb der Schale verlaufen und nach außen folglich
nicht sichtbar sind.The embodiment according to FIGS. 3 and 4, in which double-curved hyperboloid shells are shown, is of particular importance. Such shells are known to have straight lines as generators. According to the invention, tension straps are arranged diagonally in the shell plan in the direction of the possible straight generators as tensioning steels 7 , which take on the task of the tension straps according to FIGS. 1 and 2, but run inside the shell and consequently are not visible to the outside.