DE1434024A1

DE1434024A1 - Reinforced concrete shell curved like a hyperbola

Info

Publication number: DE1434024A1
Application number: DE19621434024
Authority: DE
Inventors: Haeussler Dr-Ing Ernst; Silberkuhl Dipl-Ing W Johannes; Uwe Kastl
Original assignee: SILBERKUHL DIPL ING WILHELM JO
Current assignee: SILBERKUHL DIPL ING WILHELM JO
Priority date: 1962-11-28
Filing date: 1962-11-28
Publication date: 1968-10-17
Also published as: US3296754A; JPS4924408B1; AT246391B; GB1002294A; DK114651B; CH429087A

Description

1.) Dipl.-Ing. Wilhelm Johannes Silberkuhl,1.) Dipl.-Ing. Wilhelm Johannes Silberkuhl,

2.) Ingenieur Uwe Kastl,2.) Engineer Uwe Kastl,

3.) Ingenieur Dr. Ernst Haeussler3.) Engineer Dr. Ernst Haeussler

Essen, Noorenstrasse 24Essen, Noorenstrasse 24

Hyperbelartig gekrümmte Stahlbetonsohale (II)Hyperbolic curved reinforced concrete soal (II)

In neuerer Zeit ist eine hyperbolisch gekrümmte Stahlbetonschale rechteckigen Grundrisse bekannt geworden, die geometrisch einen Ausschnitt aus einem Rotationshyperboloid mit geraden Erzeugenden Darstellt, wobei die geraden Erzeugenden im rechteckigen Schalengrundriss im wesentlichen von Ecke zu Ecke verlaufen. Dabei besteht die Armierung aus Baustahlmatten, die sich über die gesamte Schalenfläche erstrecken, während etwa in Richtung der geraden Erzeugenden eine Vorspannbewehrung verläuft, die gleichsam als Zuganker wirkt. Diese bekannten hyperbolisch gekrümmten Stahlbetonschalen besitzen über ihre gesamte Erstreckung im wesentlichen gleiche Dicke von etwa 5 bis 7 cm. Sie habenRecently, a hyperbolically curved reinforced concrete shell with a rectangular outline has become known, which geometrically represents a section of a rotational hyperboloid with straight generators, the straight generators in the rectangular shell outline essentially running from corner to corner. The reinforcement consists of welded wire mesh that extends over the entire surface of the shell, while a prestressing reinforcement runs roughly in the direction of the straight generating line, which acts as a tie rod. These known hyperbolically curved reinforced concrete shells have essentially the same thickness of about 5 to 7 cm over their entire extent. They have

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sich an sich beivährt.has proven itself.

Die Praxis stellte die Aufgabe, die Stabilität derartiger Stahlbetonschalen wie auch die Tragfähigkeit gegenüber von Quer- und Torsionsbeanspruchungen ohne Vergrösserung der Querschnittsbreite zu erhöhen. Um die Tragfähigkeit der bekannten hyperbolisch gekrümmten Schalen in diesem Sinne zu vergrössern, könnte man daran denken, die Querkrümmung der Schalen zu verändern, doch setzt die Praxis hier Grenzen, weil eine den Winkel von jk>^O überschreitende Steilheit der Schalenseitenwände sich fertigungsmässig kaum noch verwirkliehen lässt. Auch eine gleichmässige Erhöhung der Schalenstärke über den gesamten Querschnitt würde sowohl die Stabilität, als !auch die Tragfähigkeit gegenüber Quer- und Torsionsbeanspruchungen erhöhen, doch wäre dies kein Gewinn, da dadurch das Gewicht der Sehale sich beträchtlich erhöhen und die Tragfähigkeit in Bezug auf die Einhaltung der zulässigen Zug-» und Druckspannungen vermindern würde. Zwar könnte man die Schalen breiter machen, doch verbietet sich dieses, zumindest soweit es sich um vorgefertigte Schalen handelt ₉ aus Transportgründen^, auch stehen einer Verbreiterung häufig architektonische Bedenken entgegen.In practice, the task was to increase the stability of such reinforced concrete shells as well as the load-bearing capacity against transverse and torsional loads without increasing the cross-sectional width. In order to increase the load-bearing capacity of the known hyperbolically curved shells in this sense, one could think of changing the transverse curvature of the shells, but practice sets limits because a steepness of the shell side walls that exceeds ^{the angle of jk> O can hardly be realized in production} leaves. Even an even increase in the shell thickness over the entire cross-section would increase both the stability and the load-bearing capacity against transverse and torsional loads, but this would not be a gain, as this would considerably increase the weight of the shell and the load-bearing capacity in terms of compliance which would reduce the permissible tensile »and compressive stresses. It is true that the shells could be made wider, but this is forbidden, at least as far as prefabricated shells are concerned, ₉ for reasons of transport, ^ and architectural concerns often stand in the way of widening them.

Die Erfindung hat sieh die Aufgabe gestellt, die Tragfähigkeit einer hyperbelartig gekrümmten Stahlbetonschale- inThe invention has set the task of the load capacity a hyperbola-like curved reinforced concrete shell in

Bezug auf die Aufnahme von Quer- und/oder Torsionsbeanuffä. Regarding the inclusion of transverse and / or torsion bean uffä.

sprudrangen, «teS» die Stabilität, ohne Vergrösserung des Grundrisses zu verbessern.bubbled, «teS» the stability, without enlarging the Improve the floor plan.

Die Erfindung betrifft eine hyperbelartig gekrümmte Stahlbetonschale und besteht darin, den Schalenquersohnitt vom Rand zur Mitte hin allmählich zu verstärken und dadurch die Schwerpunkthöhe zu verkleinern. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass bei hyperbelartig gekrümten Stahlbetonschalen eine Verringerung der Querschnittshöhe die Tragfähigkeit der Schale erhöht, wenn es um ihre Stabilität oder um Quer- oder Torsionsbeanspruchungen sich handelt. - Hyperbelartig bezeichnet die Tatsache, dass die erfindungsgemässen Schalen nicht mehr in strenge Ausschnitte aus einem Rotationshyperboloid sind, wenn auch die Querschnitte im wesentlichen hyperbelartig verlaufen und die Krümmung in der anderen Richutng bogenförmig verläuft.The invention relates to a hyperbola-like curved reinforced concrete shell and consists in the shell cross-section gradually strengthening from the edge to the center and thereby reducing the height of the center of gravity. the The invention is based on the knowledge that a reduction in reinforced concrete shells curved like a hyperbola the cross-section height increases the load-bearing capacity of the shell, when it comes to its stability or transverse or Torsional loads are. - Hyperbolic refers to the fact that the inventive Shells are no longer in strict sections from a rotational hyperboloid, albeit the cross-sections run essentially hyperbolic and the curvature in the other direction runs arcuately.

Im einzelnen lässt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen. So besteht die Möglichkeit, die Verstärkung der Schalenmitte vom Bereich der Mitte zu den Auflagerrändern hin allmählich zunehmen zu lassen, was aus folgenden Gründen vorteilhaft ist:In detail, the invention can be implemented in various ways. So there is the possibility that the To gradually increase the reinforcement of the center of the shell from the area of the center to the support edges, which is advantageous for the following reasons:

1. Die Auflagerkraft konzentriert sich, wie die Erfindung erkannt hat, wegen der Randstegloslgkelt der Schale mehr im Schalentiefpunkt als an den oberen Schalenrändern. Die Schubkräfte, die am Rand austreten und vom Mörtelbett, in dem die Schale liegt, nicht übernommen werden können, stützen sich gegen den Schalentiefpunkt ab und gelangen hier ins Auflager. Eine Verstärkung dieser Stelle erhöht somit die Aufnahmefähigkeit der Auflagerkraft. 1. As the invention has recognized, the bearing force is concentrated because of the seamless edge of the shell more at the bottom of the shell than at the top of the shell. The shear forces that emerge at the edge and are not taken over by the mortar bed in which the shell lies can, support themselves against the low point of the shell and reach the support here. A reinforcement of this Place thus increases the capacity to absorb the bearing force.

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2. Die Quermoinenttoe&iispruohung am Auflager ist wesentlich grosser als in Schalenmitte, da die Einleitung der Spannkräfte ein© Wirkung hat, die der Flaehdrückung der Hyperbel ara Auflager entspricht«. Eine Verstärkung des Schalentiefpunktes stellt sich, wo die Erfindung erkannt hat* dieser Wirkung entgegen.2. The quermointoe & iispruohung on the support is essential larger than in the middle of the shell, since the introduction of the Tension forces have an effect that corresponds to the surface pressure of the hyperbola ara support «. Reinforcement the bottom of the bowl is where the invention * has recognized this effect.

J5. Ss wird dadurch möglich, ein teilweise oder auf ganze Schalenbreite ebenes Auflager zu schaffen.J5. This makes it possible for a partial or a whole To create shell width level support.

In allen Fällen sollen die Verstärkungen der Schale, gemessen && den düoasfcen. Stellen* etwa ά®η Faktor zwei ausmachen» Ba die Schale üblicherweise ©ine Dicke von 5 - 7 om feeslfcats sollen die Verstärkungen also die Dicke Io - 15 eai aufweisen« - ·In all cases the reinforcements of the shell, measured && the düoasfcen. Places * make up about a factor of two »If the shell is usually 5 - 7 in thickness, the reinforcements should therefore have a thickness of Io - 15 eai" - ·

Durch die beschriebene gestaltung von hyperbelartig gekrUismten Stahlfeetsüsehalen gelingt es, deren Tragfähigkeit in Bezug auf stabil!tätsaiäeeige Beanspruchungen sowie Quer»* und To^sionsbeanspruchungen so sehr zu verbessern, dass m&Qir die Mögliehkeit besteht, die QuerkrHrniaung der· Söh&i« v©ia Bep%i&h ihr«? Mitte zu den Aufl&gerrÄndern hin «.XiMMhlieh absii5h-?.@n zu 1&·ββη und an den Auflagerkanten li&rlsoiit&Xe Qjmwmhn±bk®vaiterflä@hQ zu vesrwlrklichen. let Tortailhfiiit, weil auf diene Weise der Anschluss $ofo»l$ß in dia Auflager wesentlich einfacher ist« als «er öekÄYinten hy'^^olisoii gekrüeunten AusführungenThe described design of hyperbolic gekrUismten Stahlfeetsüsehalen succeeds whose viability sion stresses to so much better in terms of stable! Tätsaiäeeige stresses and cross "* and To ^ that m & Qir the Mögliehkeit is that QuerkrHrniaung the · daily set menu compo & i« v © ia Bep% i & h you «? Center to the Ed & gerrÄndern down, ".XiMMhlieh absii5h -?. @ N to 1 · ββη and the Auflagerkanten li & rlsoiit & Xe Qjmwmhn ± bk®vaiterflä @ hQ to vesrwlrklichen. let Tortailhfiiit, because in this way the connection $ ofo "l $ ß in the support is much easier" than "er öekÄYinten hy '^^ olisoii curved designs

slelelier Quti^.li^itteatlrke, wo besondere gekrümmte Bftten IUk den Auflagtrn verwirklicht werden etiisen, inslelelier Quti ^ .li ^ itteatlrke, where special curved Bftten IUk the conditions can be realized in

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die die Schalen eingelegt werden. Die erwähnte Möglichkeit des Anschlusses an ebene Auflager kann auch dadurch erreicht werden, dass die Ränder vom Bereich der Schalenmitte zu den Auflagerrändern hin gleichsam horizontal abgeschnitten werden, während gleichzeitig der Querschnitt verdickt wird.which the shells are inserted. The mentioned possibility the connection to level supports can also be achieved by removing the edges from the area of the shell center cut horizontally, as it were, towards the support edges while at the same time the cross-section is thickened.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen vor allem in der bei gleichem Grundriss erreichbaren Verbesserung der Trägfähigkeit der hyperbelartig gekrümten Schalen in Bezug auf stabilitätsmässige Beanspruchungen sowie Quer- und Torsionsbeanspruchungen. Einzelheiten der erfindungsgemässen Stahlbetonschale sowie der durch die Erfindung erreichten Vorteile werden im folgenden anhand der Figuren ausführlicher erläutert; es zeigen:The advantages achieved by the invention exist especially in the improvement in the load-bearing capacity of the hyperbola-like curved ones that can be achieved with the same floor plan Shells with regard to stability-related loads as well as transverse and torsional loads. Details of the Reinforced concrete shell according to the invention and the advantages achieved by the invention are described below with reference to the figures explained in more detail; show it:

Fig. 1 und 2 Querschnitte in Richtung 1-1 bzw. 2-2 durch den Gegenstand nach den Fig. 3 und 4, dieFig. 1 and 2 cross sections in the direction 1-1 and 2-2 through the object of FIGS. 3 and 4, the

Fig. 3 und 4 Längsschnitte in Richtung 3-3 bzw. 4-4 durch den Gegenstand nach Fig. 1,3 and 4 are longitudinal sections in the direction 3-3 and 4-4 through the object according to FIG. 1,

Fig. 5 in perspektivischer Darstellung eine Ansicht der hyperbelartig gekrümmten Stahlbetonschale nach den Fig. ο 1 bis 4,Fig. 5 is a perspective view of the hyperbolic curved reinforced concrete shell according to Fig. ο 1 to 4,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 5»6 shows another embodiment of the object according to Fig. 5 »

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform,7 shows a further embodiment,

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Fig. 8 mit den Teilfiguren 8a, 8b, 8c den Bewehrungsplan der Stahlbetonschalen nach den Fig. 1-5> Fig. 8 with the partial figures 8a, 8b, 8c the reinforcement plan of the reinforced concrete shells according to Figs. 1-5 >

Fig. 9 mit den Teilfiguren 9a, 9b, 9g den Bewehrungsplan der Stahlbetonschalen nach Fig. 6 und9 with the partial figures 9a, 9b, 9g the reinforcement plan of the reinforced concrete shells according to FIGS. 6 and

Fig. Io mit den Teilfiguren loa, lob, loc den Bewehrungsplan der Stahlbetonschale nach Fig. 7. Fig. Io with the partial figures loa, lob, loc the reinforcement plan of the reinforced concrete shell according to Fig. 7.

Die in den Figuren dargestellten Stahlbetonschalen 1 besitzen einen rechteckigen Grundriss und sind durch Entartung von Stahlbetonschalen entstanden, die geometrisch einen Ausschnitt aus einem Rotationshyperboloid mit geraden Erzeugenden darstellen, wobei die geraden Erzeugenden im rechteckigen Schalengrundriss im wesentlichen "von Ecke gu Ecke verlaufen» Erfindungsgemäss ist der Schalenquerschnitt bei allen Schalen vom Rand 2 zur Mitte hin allmählich verstärkt und ist dadurch die Schwerpunktliöhe ys des Schwerpunktes s verkleinert» Bei der Ausführungsform nach den Fig* 1 bis 5, ist im übrigen ©in bevorzugtes Merkmal der Erfindung erläutert* wonach die Verstärkung der Schalenmitte von dem Bereich der Mitte zu den Auflagerrändern J5 hin allmählich zunimmt. Die Verstärkungen der Schale sollen«, verglichen mit den dünnsten Stellen., etwa, den Faktor I₅6 bis 2 ausmachen» The reinforced concrete shells 1 shown in the figures have a rectangular plan and are created by the degeneracy of reinforced concrete shells, which geometrically represent a section of a rotational hyperboloid with straight generators, the straight generators in the rectangular shell outline essentially "running from corner to corner The shell cross-section of all shells is gradually increased from the edge 2 towards the center and the center of gravity ys of the center of gravity s is reduced gradually increasing from the area of the center to the support edges J5. The reinforcements of the shell should ", compared with the thinnest points, make up about a factor of I ₅ 6 to 2 "

Elsa© so aufgebaute Schale 1 ist perspektivisch in Fig_o 5 äar-g©stellt worden, so dass sich Erläuterungen zu den kitten nach den Figo 1 und 2 üzm. j> und 4 erübrigen»Elsa © thus constructed shell 1 is a perspective view in Figure 5 aear _o-g © provides, then notes that the kitten according to Figo 1 and 2 üzm. j> and 4 are left over »

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Eine Abwandlung ist in Fig. 6 erläutert worden. Diese unterscheidet sich von der Ausführungsform nach den Fig. bis 5 dadurch, dass die Querkrümmung der Schale 1 vom Bereich ihrer Bütte zu den Auflagerrändern 3 hin allmählich abnimmt und an den Auflagerkanten eine horizontale Querschnittßunterflache verwirklicht ist.A modification has been explained in FIG. These differs from the embodiment according to FIGS. to 5 in that the transverse curvature of the shell 1 from Area of their vat gradually decreases towards the support edges 3 and a horizontal one at the support edges Cross-sectional lower surface is realized.

Eine andere Ausführungsform ist in Fig. 7 erläutert worden. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder 2 vom Bereich der Schalenmitte zu den Auflagerrändern hin gleichsam horizontal abgeschnitten und gleichzeitig der Querschnitt verdickt ist.Another embodiment has been explained in FIG. This is characterized in that the edges 2 are cut off horizontally, as it were, from the area of the shell center to the support edges, and at the same time the cross-section is thickened.

Die Bewehrung der erflndungsgemässen Stahlbetonschale ist grundsätzlich beliebig. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5, ist jedoch eine bevorzugt· Massnahme der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmung folgend eine obere und eine untere Bewehrungsmatte 4 bzw. aus Baustahlgeflecht od.dgl. vorgesehen und dazwischen, im wesentlichen diagonal verlaufend, Spannstahlbinder 6 als Zuganker angeordnet sind. Das erläutert die Fig. 8 mit den Teilfiguren 8a, 8b, 8o.The reinforcement of the reinforced concrete shell according to the invention is basically arbitrary. In the embodiment according to FIGS. 1 to 5, however, one measure is preferred of the invention characterized in that the curvature following an upper and a lower reinforcement mat 4 or from structural steel mesh or the like. provided and in between, running essentially diagonally, prestressing steel ties 6 are arranged as tie rods. This explains FIG. 8 with the partial figures 8a, 8b, 8o.

Bei der Ausführungeform nach Fig. 6 besteht, wl· 41· Fig. mit den Teilfiguren 9a» 9b, 9o zeigen, dl· M8gliohk«it, in gleicher Weise der Krümmung folgend ein· ober·* und ein· untere Bewehrungsmatte 4 bzw. 5 aus Bau«tahlg«fl«ehfc od.dgl» i vorzusehen, während dazwischen, aber in Schalenltag·- riohtung, ein Spannstahlband angeordnet ist.In the embodiment according to FIG. 6, wl · 41 · FIG. with the partial figures 9a »9b, 9o show dl · M8gliohk« it, in the same way following the curvature an upper * and a lower reinforcement mat 4 or 5 made of construction «tahlg« fl «ehfc or the like» i to be provided, while in between, but in Schalenltag · - riohtung, a tensioning steel band is arranged.

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

Der Bewehrungeplan der Ausführungsform nach Fig. 7 ist, wie Pig. Ip mit den Teilfiguren loa, lob» loc, zeigen, dem Bewehrungsplan der Ausführungsförm nach den Figuren 1 bis 5 Ähnlich, jedoch verlaufen die Spannstahlbänder weniger weit diagonal als bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 biß 5* Jedes Spannstahlband 6 hat etwa 1 bis 55 eineeine Spannstähle.The reinforcement plan of the embodiment of Fig. 7 is like Pig. Ip with the partial figures loa, lob "loc, show, similar to the reinforcement plan Ausführungsförm of Figures 1 to 5, however, the tension steel strips extend less far diagonally as in the embodiment according to FIGS. 1 bit 5 * Each prestressing steel belt 6 has about 1 to 55 a prestressing steel.

Ansprüche :Expectations :

IAD ORIGINALIAD ORIGINAL

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Claims

Expectations:

1. Hyperbola-like curved reinforced concrete shell, characterized in that the shell cross-section gradually reinforced from the edge towards the center and thereby the
The height of the center of gravity is reduced.

2. Reinforced concrete shell curved like a hyperbola
Claim 1, characterized in that the reinforcement of the center of the shell increases gradually from the area of the center to the support edges.

3. Hyperbola-like curved reinforced concrete shell according to claims 1 and 2, characterized in that the reinforcements of the shell make up to 2 with the thinnest points, about a factor of 16.

4. Hyperbola-like curved reinforced concrete shell according to claims 1 to 3, characterized in that the The transverse curvature of the shell gradually decreases from the area of its mite to the support edges and at the support edges a horizontal cross-sectional lower surface is realized! is.

5 · Hyperbola-like curved reinforced concrete shell according to claims 1 to 3> characterized in that the edges from the region of the shell center to the support edges are cut off horizontally, as it were, and at the same time the cross-section is thickened.

809803/0303 J 809803/0303 J.

Io -

β. Hyperbole-like curved reinforced concrete souls near the Claims 1 to 4, characterized in that the Following the curvature, an upper and a lower reinforcement mesh made of structural steel mesh or the like, and between them, essentially diagonally running, prestressing steel bands are designed as tie rods.

7. Hyperbolic curved reinforced concrete shell according to claim 5 »characterized in that the curvature following an upper and a lower reinforcement mat made of structural steel mesh, or the like. provided and in between a prestressing steel band running in the longitudinal axis of the neck is arranged «,

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