DE1484173C3

DE1484173C3 - Baukonstruktion nach Art eines vorgespannten räumlichen Fachwerks

Info

Publication number: DE1484173C3
Application number: DE19641484173
Authority: DE
Inventors: David Georges Paris Emmerich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-04-10
Filing date: 1964-04-08
Publication date: 1973-11-08
Also published as: DE1484173B2; DE1484173A1; GB1060446A

Description

Die Erfindung betrifft eine Baukonstruktion nach Art eines vorgespannten räumlichen Fachwerks aus aneinandergefügten Grundeinheiten, die jeweils aus durch Druckstäbe aufgespannten Polyedern mit durch Zugglieder gebildeten Polyederseiten bestehen.

Die Vorteile solcher Baukonstruktionen, die auf ihrer Formbeständigkeit, ihrer Biege- und Druckfestigkeit sowie auf ihrem verhältnismäßig leichten Gewicht beruhen, sind in der Bautechnik s'chon seit langem bekannt.

Bei einer bekannten Baukonstruktion der eingangs genannten Art ist jedoch jeweils eine Mehrzahl von Druckstäben so angeordnet, daß sie in einem festen Knoten miteinander verbunden sind (Zeitschrift »Der Stahlbau«, 1960, Heft 4, S. 97, Fig. 1). Treffen bei so ausgebildeten Baukonstruktionen mehrere Druckstäbe in einem Knotenpunkt zusammen, so werden in den Druckstäben Biegungsmomente oder auch Drehmomente hervorgerufen, die in den Knotenpunkten Nebenspannungen erzeugen, die die Knickfestigkeit der Druckstäbe erheblich vermindern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde', eine Baukonstruktion der eingangs genannten Art zu schaffen, die frei von Knotenpunkten ist, in denen Druckstäbe zusammentreffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Grundeinheiten als prismatische oder pyramidenstumpfförmige Polyeder ausgebildet sind,' deren Basen gegeneinander verdreht sind, und die aufspannenden Druckstäbe jeweils von

ίο einer Polyederecke der einen Basis durch den Polyeder hindurch, ohne sich gegenseitig zu berühren, zu einer Polyederecke der anderen Basis verlaufen, und daß die Knotenpunkte des aus den Grundeinheiten gebildeten räumlichen Fachwerks in zwei oder mehreren die Polyederbasen aufnehmenden Flächen liegen, die nur Zugglieder aufweisen, und daß diese Flächen durch Druckstäbe und durch eine mindestens gleiche Anzahl von Zuggliedern verbunden sind und daß sich die Knotenpunkte nur an den Enden der Druckstäbe befinden und in jedem Knotenpunkt nur ein einziger Druckstab endet.

Bei einer solchen aus einer größeren Zahl von Zuggliedern und einer kleineren Zahl von Druckstäben hergestellten Baukonstruktion werden die einzelnen Grundeinheiten bei einer beliebigen Beanspruchung durch Spannung zu einem festen Verbund zusammengehalten. Zwischen den Druckstäben sind jedoch keine Knotenpunktsverbindungen vorhanden, durch die Momente in den Druckstäben hervorgerufen werden können, wodurch die Knickfestigkeit der Druckstäbe und insgesamt die Stabilität der Baukonstruktion erhöht wird.

Zum Aufbau einer länglichen Baukonstruktion werden die Grundeinheiten vorteilhafterweise mit ihren Polyederbasen aneinandergefügt. Für den Aufbau einer eine Oberfläche bedeckenden Baukonstruktion werden die Grundeinheiten vorteilhafterweise mit ihren Polyederseitenflächen aneinandergefügt. Die Grundeinheiten können vorteilhafterweise auch so angeordnet werden, daß jeweils zwei oder mehr Grundeinheiten ineinandergreifen.

Zum Aufbau unterschiedlich großer Grundeinheiten oder auch zur Anpassung an örtliche Gegebenheiten können die Druckstäbe und/oder auch die Zugglieder eine Längenverstellvorrichtung aufweisen.

In der Zeichnung sind in schematischer Weise einige Ausführungsbeispiele von Baukonstruktionen nach der Erfindung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine gegebenenfalls auf Torsion im Gegenuhrzeigersinn beanspruchte Grundeinheit mit drei Druckstäben und einer Anordnung von Zuggliedern in Gestalt eines Pyramidenstumpfes mit dreieckiger Basisfläche,

F i g. 2 eine Baukonstruktion, bei der zwei Grundeinheiten nach Fig. 1 in vollkommener Durchdringung ineinandergreifen, wobei etwaige Beanspruchungen der Baukonstruktion zu zueinander

fio entgegengesetzten Torsionsbeanspruchungen der Grundeinheiten führen,

F i g. 3 eine gegebenenfalls auf Torsion im Gegenuhrzeigersinn beanspruchte Grundeinheit, die das Skelett eines Wohnraumes bilden kann, mit vier Druckstäben und einer Anordnung von Zuggliedern in Gestalt eines Pyramidenstumpfes mit viereckiger Basisfläche.

Fig. 4 eine Baukonstruktion, die als Träger, Mast,

\ntenne od. dgl. dienen kann und aus fünf Grund- ;inheiten mit je drei Druckstäben besteht, wobei die Grundeinheiten im Wechsel auf entgegengesetzte Torsion beansprucht werden und

Fig. 5 eine Baukonstruktion, die als Gerüst, als ragende Decke oder auch als Gerippe eines Bau-.verks dienen kann und aus sechs dieselbe Gestalt and Seitenflächen als Verbindungsflächen aufweisenien Grundeinheiten gemäß F i g. 3 zusammengesetzt st.

Wird eine der in der Zeichnung dargestellten Grundeinheiten einer Druck- oder Zugbeanspru- :hung unterworfen, so bewirken die Beanspruchunien eine Kräfteverteilung, die eine Verfestigung der Grundeinheiten hervorruft.

Die Grundeinheiten der Baukonstruktion nach der Erfindung stellen ein deformierbares Gebilde von Zuggliedern 2 mit einer geraden Zahl von Ecken in Gestalt eines prismatischen oder pyramidenstumpförmigen Polyeders dar, wobei die Zahl der Druckitäbe 1 der Hälfte der Zahl der Ecken des Polyeders mtspricht.

Die deformierbare Baukonstruktion ist einem Netz vergleichbar, das durch eine bestimmte Zahl von Streben im ausgespannten Zustand gehalten wird. im einfachsten Fall weist ein solches Netz fünf Maschen, sechs Knoten und drei Druckstäbe auf, wie es das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 zeigt, bei der drei Druckstäbe 1 und neun Zugglieder 2 vorhanden sind, von denen jeweils drei an den Enden der Druckstäbe 1 in Knotenpunkten 3 miteinander verbunden sind.

Grundsätzlich wird die Oberseite oder auch die die Basis darstellende Unterseite eines Polyeders durch ein beliebiges Polygon gebildet. Die Zahl der Ecken ist jeweils gleich der doppelten Zahl der Druckstäbe 1. Man kann jedoch auch Baukonstruktionen in der Weise herstellen, daß zwei oder mehr solcher eine gleiche oder verschiedene Gestalt aufweisender Polyeder einander durchdringend ineinandergreifend angeordnet werden. Die Ober- und Unterseiten werden wiederum durch Polygone gebildet, die Zahl der Druckstäbe 1 und der Ecken ist im Verhältnis der Zahl der sich durchdringenden Grundeinheiten jedoch vervielfacht. Eine Baukonstruktion, die wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 aus zwei Grundeinheiten nach Fig. 1 besteht, weist eine dreieckige Basisfläche, jedoch sechs Druckstäbe 1 und zwölf Ecken auf.

Eine Deformation der Grundeinheit ergibt eine Drehung der Oberseite gegenüber der Basis. Entsprechend der Lage der Druckstäbe 1 erfolgt die Drehung entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegen-Uhrzeigersinn. Unter dem Einfluß einer äußeren Beanspruchung erfolgt somit eine Verdrehung der Ecken. Im Falle einer Baukonstruktion, deren ineinandergreifende Grundeinheiten auf eine beliebige Beanspruchung mit einander entgegengesetzten Torsionskräften reagieren, werden die auftretenden Kräfte entweder teilweise kompensiert oder gänzlich aufgehoben.

An jeder Ecke einer Grundeinheit ist ein einziger

Druckstab 1 mit mindestens zwei Zuggliedern 2 verbunden. Jeder Druckstab 1 bildet die Diagonale eines seitlichen, durch Zugglieder 2 gebildeten Vierecks.

Um eine Baukonstruktion entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 zu erhalten, muß man " ίο die einzelnen Grundeinheiten mit ihrer Basis aneinanderreihen. Sollen hierbei einzelne Ecken nicht zusammenfallen, so läßt man eine der Grundeinheiten gegenüber der anderen eine Drehung beschreiben. Im Falle einer Verbindung zweier Grundeinheiten mit einem gleichseitigen Dreieck als Basis kann die Drehbewegung von 0 bis 60°, im Falle einer quadratischen Basis von 0 bis 45° variieren. Die Verbindungspolygone, die eine Art von Gürtel bilden, sind im Prinzip eben. Sie können jedoch unter dem Einfluß von Kräften, die von zwischen ihren Ecken und anderen Ecken bestehenden Verbindungen ausgehen, einer Deformation unterworfen sein. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach F i g. 4 bilden die sechs Ecken 3 α einen solchen Gürtel bzw. ein solches Verbindungspolygon.

Um eine eine Oberfläche bildende Baukonstruktion zu erhalten, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, muß man mehrere Grundeinheiten mittels ihrer Seitenflächen miteinander verbinden. Man kann ein Gitterwerk erhalten, wenn man alle Ecken der Grundein- heiten oder auch nur einen Teil der Ecken oder auch gar keine Ecken mit einer anderen in Kontakt bringt, derart, daß die Verbindung zwischen den Druckstäben 1 ausschließlich durch Zugglieder 2 gebildet werden.

Die Ecken einer derartigen Baukonstruktion liegen in zwei oder mehreren Ebenen und die Knotenpunkte 3 einer solchen Kombinationsanordnung verteilen sich auf ebensoviel Ebenen.
Da unter der Einwirkung äußerer Kräfte die Knotenpunkte 3 einer jeden Grundeinheit das Bestreben haben, sich im Sinne einer Drehbewegung zu verschieben, weist die Baukonstruktion Zonen entgegengesetzter Torsion auf. Werden die Ver-Schiebungen der Knotenpunkte 3 im Fall einer Beanspruchung nach Maßgabe der gewählten Anordnung kompensiert, so behält die Baukonstruktion ihre ursprüngliche Gestalt bei.

Verwendet man eine Kombination von Grundeinheiten aus prismatischen Polyedern, so erhält man eine Baukonstruktion mit konstanter Höhe. Bei Verwendung pyramidenstumpfförmiger Polyeder erhält man eine Baukonstruktion mit gekrümmter oder geknickter Oberfläche. Bei Verwendung von Grundeinheiten der einen oder anderen Art in abwechselnd umgekehrter Anordnung oder bei Verwendung von Grundeinheiten beider Arten in abwechselnder AnOrdnung erhält man Baukonstruktionen beliebiger Art und beliebiger Krümmung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Baukonstruktion nach Art eines vorgespannten räumlichen Fachwerks aus aneinandergefügten Grundeinheiten, die jeweils aus durch Druckstäbe aufgespannten Polyedern mit durch Zugglieder gebildeten Polyederseiten bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheiten als prismatische oder pyramidenstumpfförmige Polyeder ausgebildet sind, deren Basen gegeneinander verdreht sind, und die aufspannenden Druckstäbe (1) jeweils von einer Polyederecke der einen Basis durch den Polyeder hindurch, ohne sich gegenseitig zu berühren, zu einer Polyederecke der anderen Basis verlaufen, und daß die Knotenpunkte (3) des aus den Grundeinheiten gebildeten räumlichen Fachwerks in zwei oder mehreren die Polyederbasen aufnehmenden Flächen liegen, die nur Zugglieder (2) aufweisen, und daß diese Flächen durch Druckstäbe (1) und durch eine mindestens gleiche Anzahl von Zuggliedern (2) verbunden sind und daß sich die Knotenpunkte (3) nur an den Enden der Druckstäbe (1) befinden und in jedem Knotenpunkt (3) nur ein einziger Druckstab (1) endet.

2. Baukonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheiten mit ihren Polyederbasen aneinandergefügt sind.

3. Baukonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheiten mit ihren Polyederseitenflächen aneinandergefügt sind.

4. Baukonstruktion nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei oder mehr ineinandergreifende Grundeinheiten.

5. Baukonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstäbe (1) und/oder Zugglieder (2) eine Längenverstellvorrichtung aufweisen.