DE1634406C3 - überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk - Google Patents
überschüttetes bogenförmiges FlächentragwerkInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk, dessen Dicke bei zylindrischer
Krümmung kleiner als '/30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als 1Ao des größten
Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer
Krümmung kleiner als'/io des Krümmungsradius,
bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als '/20 des größten Krümmungsradius ist.
Es sind überschüttete bogenförmige Flächentragwerke mit derartigen Abmessungen in der Ausführungsform von Straßenbrücken und Fußweg-Überführungen
bekannt, welche aus Ortbeton bestehen und eine zu ihren Fundamenten hin zunehmende Dicke aufweisen.
Derartige Flächentragwerke verlangen aufwendige Herstellungsmaßnahmen. So ist einerseits der Einsatz
von Schalungen und Betoniergerüsten erforderlich, müssen andererseits die Betonierarbeiten an Ort und
Stelle erfolgen. Hinzu kommt, daß nur ein kleiner Lichtraum freigehalten werden kann, so daß sich bei
der Überführung von Verkehrswegen die Herstellung von Flächentragwerken in Ortbeton kaum unter Aufrechterhaltung
des Verkehrs durchführen läßt. Verkehrsstörungen sind die Folge. Schließlich befriedigen
bogenförmige Flächentragwerke in Ortbeton nicht immer.
Es ist ferner ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk bekannt, welches aus Stahlbetonschalen
oder -bögen aufgebaut ist. Dabei kann sowohl ein Mehrgelenkbogen als auch ein Gelenkbogen mit »unendlich«
vielen Gelenken verwirklicht werden, um eine möglichst hohe Flexibilität und damit Verformungsfähigkeit
zu erhalten. Die Bogenform ist in diesem Fall ein Hufeisenprofil oder geschlossenes Kreisprofil. Um
zu erreichen, daß die Überschüttung bei dieser bekannten Ausführungsform in genügender Weise mitwirkt,
ordnet man eine Mehrzahl Gelenke an. Auf ein Flächentragwerk mit eigener Biegesteifigkeit wird hier (Sh
praktisch verzichtet. Somit kann sich das Flächentragwerk verhältnismäßig stark verformen und ruft damit
den vollen Erdwiderstand hervor. Eine derartige Bauweise mag allenfalls für die Herstellung eines Hohlraums
mit großer Überschüttung geeignet sein. Ihre Anwendung bei geringer Überschüttung kann statisch
nicht zum Erfolg führen und ist auch keineswegs beabsichtigt. Denn überschüttete bogenförmige Flächentragwerke
mit Scheitelgelenken oder gar Mehrfachgelenken und mit verhältnismäßig geringen Tragwerkdikken
sind auch bei Einbezug des seitlichen Widerstandes kaum ausführbar, da der Widerstand im Scheitel gegen
. eine übermäßige Bewegung nach oben bei geringer Überschüttung naturgemäß gering ist. Aus diesem
Grunde müssen im Bauzustand besondere Vorkehrungen zur Stabilisierung des sonst unstabilen bogenförmigen
Flächentragwerks getroffen werden. Es handelt sich im einzelnen um unwirtschaftliche Zusatzmaßnahmen
zur Stützung der Tragwerkkonstruktion während des Bauzustandes.
Bei Durchlässen und Bogenbrücken, insbesondere t
Wölbdurchlässen, ist es bekannt, den Überbau als einen Halbkreis- oder Segmentbogen mit dachförmiger
Übermauerung auszuführen. Für beschränkte Bauhöhen kennt man einen Platten- oder Rahmendurchlaß
aus Stahlbeton. Die Verwendung von Stahlbeton wird darüber hinaus auch bei geringer Überschüttung und
hoher Verkehrslast empfohlen. Über die in diesem Zusammenhang in Frage kommenden Überschüttungshöhen
und Tragwerkdicken ist jedoch keine Aussage gemacht. — Darüber hinaus ist die Verwendung von
Stahlfertigteilen aus gewellten, gebogenen und feuerverzinkten Stahlplatten in diesem Zusammenhang bekannt,
welche durch Überlappen und VerschraUben zu kreisförmigen oder elliptischen Querschnitten oder zu
Maulprofilen — ohne irgendwelche Beton- oder Stahlbetonummantelung
— zu voll tragfähigen Überbauten zusammengesetzt werden können. Jedoch lassen sich
Stahlfertigteile grundsätzlich nicht mit Stahlbetonfertigteilen vergleichen, und zwar wegen ihrer völlig unterschiedlichen
Festigkeits- und Verformungseigenschäften.
Weiter sind Gewölbe mit Massivaufbau bekannt, bei welchem im Falle gelenkloser und flacher Bögen einfach
eine lose Überschüttung auf dem Gewölberücken
aufgebracht wird. Die Stirnflächen erhalten eine Steinverkleidung,
die am Gewölbe durch in die Fugen eingreifende Flachstäbe mit dem Stahlbeton verankert
sind. Derartige lose Überschüttungen über dem Gewölbe werden heute nicht mehr ausgeführt und kamen
überhaupt nur für gelenklose und flache Bögen in Betracht.
Im Kanalbau kennt man die Verwendung von Fertigteilgewölbeschalen oder bogenförmigen Stahlbetonfertigteilen.
So besteht eine Ausführungsform aus einem Trockenwettergerinne mit Betonsohlschalen aus Halbrohren
und darüber angeordnetem Maulprofil aus Dreigelenkgewölbeschalen. Bei einer anderen Ausführungsform
werden die bogenförmigen Stahlbetonfertigteile unmittelbar aneinander angeschlossen, und
zwar unter Bildung eines elliptischen, dreieckförmigen oder viereckförmigen Querschnitts. In beiden Fällen erfolgt
übliche Überschüttung von beliebiger Höhe.
Schließlich ist ein Bunker für Luftschutzzwecke bekannt, der als dünnwandige Stahlbetonhohlkugel ausgebildet
ist und in eine kegelstumpfförmige Erdaushebung eingesetzt wird. Durch diese bekannten Maßnahmen
sind jedoch die Probleme um den Bau überschütteter bogenförmiger Flächentragwerke nicht maßgebend
beeinflußt worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk zu schaffen,
welches sich durch einfache und schnelle Montage sowie dadurch besonders wirtschaftlicher Bauweise unter
Berücksichtigung einwandfreier Qualität auszeichnet.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen überschütteten bogenförmigen Flächentragwerk
dadurch, daß das Flächentragwerk aus einem der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerk
aus Stahlbetonfertigteilen mit gleichbleibender Dicke besteht. — Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus,
daß die Wirkung des reibungsbehafteten Überschüttungsgutes selbst bei niedrigen Überschüttungshöhen
geeignet ist, die Verformungen des bogenförmigen Flächentragwerkes
auf zulässige Grenzen zu beschränken, wenn dieses aus einem prismatischen Faltwerk besteht.
Hinzu kommt die Ausbildung des Faltwerkes aus Stahlbetonfertigteilen als äußerst flacher Bogen. Daraus resultiert,
daß das der Bogenform angenäherte Faltwerk selbst bei extrem niedrigen Überschüttungshöhen in
den oben angegebenen Grenzen nur eine solche gleichbleibende Faltwerkdicke und Bogenform verlangt, daß
aus dem Eigengewicht der Stahlbetonfertigteile und der Überschüttung im wesentlichen lediglich Druckspannungen
und mäßige Biegebeanspruchungen resultieren, darüber hinaus jedoch noch hinreichende Biegesteifigkeit
zur Aufnahme der Verkehrslastmomente gewährleistet ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der obere, mittlere Teil des Flächentragwerks einem Bogen mit
größerem Krümmungsradius als die unteren, seitlichen Teile angenähert. Nach bevorzugter Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß der Bogen im oberen, mittleren Teil ein Kreisbogen mit dem Radius R ist,
an dessen Enden je eine Klothoide mit nach außen wenigstens annähernd nach der Gleichung r ■ L = a2 abnehmenden
Krümmungsradius ranschließt, wobei R = etwa 2,4 · a ist, L die auf den Ursprung des Koordinatensystems
der Klothoide bezogene Bogenlänge derselben bezeichnet, dieser Koordinatensprung an der
der Klothoide abgewandten Seite der Mittelsenkrechten der Sehne des Kreisbogens etwa 0,08 · a von dieser
Mittelsenkrechten entfernt und etwa 0,015 · a oberhalb der Scheiteltangenten des Kreisbogens liegt, die Ordinate
dieses Koordinatensystems in einem Winkel von etwa 4 Neugrad in bezug auf diese Mittelsenkrechte
nach unten divergiert und an den Enden des Kreisbogens R = r ist. Vorzugsweise beträgt der im Zentrum
des größten Krümmungskreises gemessene Winkel zwischen den auf den Fundamenten aufgesetzten Tragwerkrändern
50 bis 100°. Bei einer Unterführung kann das Flächentragwerk gemäß der Erfindung an zumindest
einem Ende der Unterführung schräg abgeschnitten und die Schnittebene eine Böschungsebene der
Überschüttung des Flächentragwerks sein.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein überschüttetes bogenförmiges
Flächentragwerk verwirklicht wird, welches sich in montagetechnischer Hinsicht durch eine
besonders einfache, schnelle und daher wirtschaftliche Bauweise auszeichnet. Tatsächlich ist für die Herstellung
des der Bogenform angenäherten prismatischen Faltwerks, aus welchem das bogenförmige Flächentragwerk
besteht, nicht länger eine Schalung und ein Betoniergerüst erforderlich, sondern lediglich ein Montagegerüst.
Ein solches Montagegerüst ermöglicht die Freihaltung eines verhältnismäßig großen Lichtraumes,
so daß im Zuge der Herstellung des Flächentragwerkes
gemäß der Erfindung der Verkehr auf zu überführenden Verkehrswegen aufrechterhalten bleiben kann.
Selbst eine Montage der das prismatische Faltwerk bildenden Stahlbetonfertigteile aus der Luft ist denkbar.
Die Qualität des bogenförmigen Flächentragwerks beeinträchtigende Betonierarbeiten an Ort und Stelle sind
nicht erforderlich. Vielmehr kann nach Lehre der Erfindung mit vorfabrizierten Stahlbetonfertigteilen gearbeitet
werden, welche von besserer Qualität als Ortbeton sind. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, bei
dem prismatischen Faltwerk nach der Erfindung unter Verwendung von Stahlbetonfertigteilen gleicher Abmessungen
unterschiedliche Knickwinkel zu verwirklichen. Insoweit ist auch variable Bauweise mit gleichbleibenden
Bauelementen unschwer möglich.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich
ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
F i g. 1 ein überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk gemäß der Erfindung in perspektivischer
Darstellung,
F i g. 2 eine Dimensionierungsskizze von dem Gegenstand
nach F i g. 1,
F i g. 3 eine spezielle, nicht kreiszylindrische Ausführungsform des Gegenstandes nach F i g. 1 und
F i g. 4 in schematischer Darstellung den Gegenstand nach F i g. 1 als Zwillingsbogen.
In F i g. 1 ist eine Unterführung mit zwei sich kreuzenden Verkehrswegen 1, 2 und einer Böschung 3 dargestellt.
Die Verkehrswege können Straße, Schiene, Wasserweg sein. Die Unterführung wird von einem
überschütteten, angenähert bogenförmigen Flächentragwerk 4 gebildet, dessen Dicke bei zylindrischer
Krümmung kleiner als '/30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als '/40 des größten
Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer
Krümmung kleiner als >/io des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als V20
des größten Krümmungsradius ist. Das Flächentragwerk 4 besteht aus einem der Bogenform angenäherten
prismatischen Faltwerk aus Stahlbetonfertigteilen 5 mit gleichbleibender Dicke. Es ist an den Enden der Unter-
führung entsprechend dem Böschungswinkel der Böschung 3 schräg abgeschnitten und besteht in diesem
Bereich aus Stahlbetonfertigteilen 5, welche die Form eines Dreiecks oder eines Trapezes mit zwei rechten
Winkeln haben. Die schräg angeschnittenen Enden des Flächentragwerks 4 sind ausreichend steif und werden
vom restlichen Teil des Flächentragwerks 4 hinreichend festgehalten, um die Böschung 3 zu stützen. Es
genügt, die schräg abgeschnittenen Enden mit einem Fundament gelenkig oder biegungssteif zu verbinden.
An den äußeren Teilen der schräg abgeschnittenen Enden kann auf ein Fundament verzichtet werden. Die
Schnittgrade der Böschung 3 bzw. ihrer Ebene mit dem oberen Verkehrsweg 2 kann die Längsrichtung des
Verkehrsweges 1 auch in einem schiefen Winkel von beispielsweise 45° schneiden. — In F i g. 2 ist eine
Überschüttung durch eine ausgezogene, gebrochene Linie dargestellt. Es sind die Höhe V10 rder Überschüttung
im Scheitel des Flächentragwerks 4, die Neigung 1 :1 einer zu einer Tangentialebene des Flächentragwerks
4 parallelen Böschung und deren Abstand 1A r von dem Flächentragwerk 4 im Verhältnis zu dessen
Krümmungsradius reingetragen.
Das Flächentragwerk 4 kann aus gewölbten oder aus ebenen Stahlbetonfertigteilen 5 zusammengesetzt sein,
wobei es sich stets um ein Faltwerk handelt, welches der Bogenform des Flächentragwerks 4 prismatisch angenähert
ist. Ebene Stahlbetonfertigteile 5 sind besonders einfach und mit hoher Qualität herzustellen, bequem
zu lagern und zu transportieren sowie für FaItwerke mit weitgehend beliebigem Krümmungsradius
des bogenförmigen Flächentragwerks 4 verwendbar. Die Stahlbetonfertigteile 5 haben in der Umfangsrichtung
des Prismas zweckmäßig eine Breite von 1,6 bis 2,3 m, vorzugsweise 2 m. Der Querschnitt des Flächentragwerks
4 kann kreisbogenförmig sein oder die Form einer Scheitel-Klothoide (F i g. 3) haben, wobei der
Krümmungsradius vom oberen mittleren Teil nach außen hin abnimmt. Diese Form hat den Vorteil, daß
die Bauhöhe sehr gering ist und das Eigengewicht des Flächentragwerks 4 im wesentlichen nur Druckspannungen
und keine nennenswerten Biegemomente im Tragwerk erzeugt. — Eine sowohl aus statischen Gründen
als auch hinsichtlich des Lichtraumprofils besonders günstige Bogenform wird an Hand F i g. 3 erläutert,
welche die Hälfte eines Bogens zeigt, dessen oberer, mittlerer Teil ein Kreisbogen ist, an dessen Enden
je eine Klothoide mit nach außen abnehmendem Radius anschließt. Die dargestellte Hälfte des Kreisbogens
ist mit b, das dargestellte Ende des Kreisbogens ist mit Bund die anschließende Klothoide ist mit cbezeichnet.
O ist der Ursprung des Koordinatensystems x, y der Klothoide und O' ist der Scheitelpunkt des Bogens, das
ist die Mitte des nur zur Hälfte dargestellten Kreisbogens, y' ist die Mittelsenkrechte der nur zur Hälfte dargestellten
Sehne s des Kreisbogens und auch die Symmetriegerade des Bogens, x'ist die Tangente im Punkte
O'. der Ursprung O des Koordinantensystems liegt an
der der Klothoide c abgewandten Seite der Mittelsenkrechten /'oberhalb der Scheiteltangente x', wobei der
Ursprung O von der Mittelsenkrechten y' einen Abstand
von etwa 0,08 a und von der Scheiteltangente x' einen Abstand von etwa 0,015 · a hat. Die Ordinate y
und die Mittelsenkrechte y' divergieren nach unten in einem Winkel von etwa 4 Neugrad (entsprechend etwa
3° 36'). Dabei ist der Faktor a wenigstens annähernd durch die Gleichung R = 2,4 · a bestimmt, in welcher
R der Radius des Kreisbogens ist. Die Klothoide verläuft wenigstens annähernd nach der Gleichung
r · L = a2, wobei rden Krümmungsradius der Klothoide
und L die vom Ursprung O längs der Klothoide gemessene
Entfernung bezeichnen. Im Punkt B ist R = r. Die beschriebene Unterführung kann auch mit mehreren
Bögen bzw. einem diesen entsprechenden Flächentragwerk 4 ausgeführt werden. F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform
mit einem Flächentragwerk, welches als Zwillingsbogen ausgebildet und in der Mitte durch eine
Pendelwand abgestützt ist.
Das Flächentragwerk 4 enthält zweckmäßig eine solche Form, daß sein Eigengewicht im wesentlichen nur
Druckspannungen und keine nennenswerten Zugspannungen oder Biegemomente im Tragwerk erzeugt. Eine
besonders geeignete Form liegt bei zumindest annähernd kreisbogenförmiger Krümmung vor, wobei der
Zentriwinkel des Bogens zweckmäßig 50 bis 100°, insbesondere 65 bis 75° beträgt. Die auf den Fundamenten
aufliegenden Enden des Flächentragwerks 4 haben vorzugsweise eine Neigung von 35 bis 55°, insbesondere
40 bis 50°, und bei Ausführung mit mehreren Bögen haben die von den Pfeilern getragenen Enden der Bögen
zweckmäßigerweise eine Neigung von 5 bis 25°, insbesondere 10 bis 20°, gegen die Horizontale. Dadurch
werden spitzwinklige Räume für die Überschüttung, in denen eine Verdichtung des Überschüttungsmaterials
schwierig ist, vermieden. Insbesondere wird ein maschinelles Verdichten ermöglicht.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Überschüttetes bogenförmiges Flächentragwerk, dessen Dicke bei zylindrischer Krümmung
kleiner als V30 des Krümmungsradius, bei nichtzylindrischer
Krümmung kleiner als '/40 des größten· Krümmungsradius und bei dem die Höhe der Überschüttung
an der höchsten Stelle des Tragwerks bei zylindrischer Krümmung kleiner als Vio des Krümmungsradius,
bei nichtzylindrischer Krümmung kleiner als V20 des größten Krümmungsradius ist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Flächentragwerk (4) aus einem der Bogenform angenäherten
prismatischen Faltwerk aus Stahlbetonfertigteilen (5) mit gleichbleibender Dicke besteht.
2. Flächentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der obere, mittlere Teil des Flächentragwerks (4) einem Bogen mit größerem
Krümmungsradius als die unteren, seitlichen Teile angenähert ist.
3. Flächentragwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen im oberen, mittleren
Teil ein Kreisbogen mit dem Radius R ist, an dessen Enden je eine Klothoide mit nach außen wenigstens
annähernd nach der Gleichung r · L = a2 abnehmenden
Krümmungsradius /-anschließt, wobei R = etwa 2,4 · a ist, L die auf den Ursprung des Koordinatensystems
der Klothoide bezogene Bogenlänge derselben bezeichnet, dieser Koordinatensprung an
der der Klothoide abgewandten Seite der Mittelsenkrechten der Sehne des Kreisbogens etwa
0,08 · a von dieser Mittelsenkrechten entfernt und etwa 0,015 · a oberhalb der Scheiteltangenten des
Kreisbogens liegt, die Ordinate dieses Koordinatensystems in einem Winkel von etwa 4 Neugrad in
bezug auf diese Mittelsenkrechte nach unten divergiert und an den Enden des Kreisbogens R = r ist.
4. Flächentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im Zentrum
des größten Krümmungskreises gemessene Winkel zwischen den auf den Fundamenten aufgesetzten
Tragwerkrändern 50 bis 100° beträgt.
5. Flächentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für eine Unterführung, dadurch gekennzeichnet,
daß das Flächentragwerk (4) an zumindest einem Ende der Unterführung schräg abgeschnitten
und die Schnittebene eine Böschungsebene der Überschüttung des Tragwerks ist.
Applications Claiming Priority (5)
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CH1195266A CH479781A (de) | 1966-08-18 | 1966-08-18 | Uberschüttetes Bauwerk |
CH1195266 | 1966-08-18 | ||
CH969167A CH475433A (de) | 1966-08-18 | 1967-07-06 | Bauwerk mit überschüttetem, bogenförmigem Flächentragwerk |
CH969167 | 1967-07-06 | ||
DEH0063451 | 1967-07-29 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE1634406A1 DE1634406A1 (de) | 1970-12-10 |
DE1634406B2 DE1634406B2 (de) | 1975-11-06 |
DE1634406C3 true DE1634406C3 (de) | 1976-07-15 |
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