DE1658799A1

DE1658799A1 - Selbsttragende Spannkonstruktion

Info

Publication number: DE1658799A1
Application number: DE19671658799
Authority: DE
Inventors: Rowland Brandwein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1966-09-19
Filing date: 1967-09-16
Publication date: 1971-11-18
Also published as: NL6712765A; US3381432A; NO121015B; BE703976A; GB1142267A; IL28637A; BR6793022D0; SE306409B

Description

DR.-ING. DIPLt-ING. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. DIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT-GRIESSBACH - HAECKER' PATENTANWÄLTE IN STUTTGART Λ Γ» C Q *7 Q Q

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Rowland Brandwein

Great Hill Road Newton, Connecticut / USA

Selbsttragende Spannkonstruktion

Sie Erfindung betrifft eine selbsttragende Konstruktion» durch die relativ große Abstände überbrückt werden können, ohne daß zusätzliche Stützen oder Verstrebungen dazwischen gesetzt werden müssen· Sie Erfindung betrifft insbesondere eine Spannkonstruktion bei der eine tragende "Hautkonstruktion" (stressedskin construction) Anwendung findet, aufgrund weloher die Konstruktion relativ hohen Belastungen entlang ihrer gesamten freitragenden länge ausgesetzt werden kann·

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Es ist bekannt, rinnenförmige Träger aus Metallblech o. dgl. zu verwenden, um damit offene Bere.iehe, wie z. B. Däoher von Gebäuden o. dgl. zu überdecken oder zu überdachen. Bei diesen bekannten Bachkonstruktionen sind die rinnenförmigen, aus Metallblech gefertigten !Träger leicht gewölbt und nebeneinander über der gesamten zu bedeckenden Fläche angeordnet. Jeder Träger iet so eingebaut, daS seine offene Rinne nach oben gerichtet istο Die oberen Kanten der benachbarten Träger sind durch ineinandergreifende Verbindungsstellen oder Schrauben etc miteinander verbunden. Die oben offene Hlnne eines jeden Tragest ist mit einem isolierenden Werfest off, wie z. B. Steinwolle, Glasfiber o. dgl« ausgefüllt. Die gesamte Dachkonstruktion wird schließlich durch an sich bekannte Daohbretter und mit wasserdichten Werkstoffen abgedeckt.

Obwohl die oben beschriebene Art der Dachkonstruktion viele Vorteile aufweist, ist es nicht möglich, größere Entfernungen eu überbrücken (die Spannweite beträgt im allgemeinen wenige. als 6 m). Außerdem kann die bekannte Dachkonstruktion nur sehr geringen Belastungen ausgesetzt werden. Nach einer ausführ11 chen Untersuchung des Problems der Erstellung von Dachkonstruktionen mit größeren Spannweiten - und für höhere Belastungen als

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bei den oben genannten Konstruktionen, wurde eine neue selbsttragende Spannkonetruktion entwickelt, die eine tragende Hautkonstruktion besitzt. Durch diese erfindungsgemäSe Konstruktion wird eine größere Spannweite erzielt und auch dis Belastungsgrenze kann, bezogen auf die gesamte zu überbrückende Spannweite, gleichzeitig wesentlich heraufgesetzt werden«, Praktische Versuche haben ergeben, daß die Spannweite, d« h. Mauerauflage zu Matf<ÄBuflage, mehr als 36 m betragen kann bei einer gleich« Daebbelastung von mehr als 500 kg/m⁴

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DI >" erfindungsgem&Be, selbsttragende Spannkonstruktion (streeeedcViü span construction) umfaßt wenigstens zvzl von rinnenfdraigan trägern gebildete Schichten, die sich von einem zum anderen Auflager über eine relativ große Entfernung erstrecken. Dia rinnenförmigen Träger ei? ar jeden Schicht liegen Seite an Saite und stehen gleichfalls mit den Unterflächen der darüber, "aefindlichen Träger in Berührung. Jeder Träger weist ein in Längsrichtung sich erstreckendes Eauptteil mit nach oben gerichtetes _t senkrecht zum Hauptteil engeordneten Seitenteilen auf» Bis nach oben offenen Hinnen der Träger einer Schicht sind vorzugsweise in einem bestimmten Verhältnis zu den über den Binnen vorgesehenen Trägern der sich unmittelbar darüber anschließen-

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den Schicht versetzt angeordnet. Sie oberen Längekanten der Seitenteile der unteren Träger sind an den Unterseiten der Hauptteile der darüberliegenden Träger befestigt und zwar vorzugsweise im 3ersich von deren Mittelachsen. Es ist ersichtlich, daß der Hauptteil des Irägers einer Schient und der Haupt* * teil des !Prägers einer angrenzenden Schicht fest miteinander duroh die nach oben gerichteten Seitenteile des Irägers der unteren Schicht verbunden sind. Als Folge der so miteinander verbundenen i£r&gerhauptteile der benachbarten Schichten entsteht eine selbsttragende Konstruktion, die relativ hoch belastet werden tens, wobei die Gesamtbelastung höher ist ale die Summe der Einaellasten, welche jeweils von den Einzelteilen der Spannkonstruktion aufgenommen werden können.

h Sie kastenförmigen, von den rlnnenförmigen Irägern einerseits und den Unterseiten der auf diesen Trägern aufsitzenden Hauptteile der oberen !DrSger andererseits gebildeten» längsverlaufenden Zwischenräume» sind vorzugsweise mit einem leichten Kernwerkstoff ausgefüllt. Der Kernwerkstoff hat eine geringe Dlobte, und haftet In vorteilhafter Weiee an den den Zwischenraum begrenzenden Flächen. Der leichte Kernwerkstoff soll fest sein und eine hohe Druckfestigkeit, sowie eine Trögerwideretands-

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kraft, dp tu Widerstand gegen eine Trägerdurehbiegung, besitzen· Das Vorhandensein des Kernwerkstoffes in den Zwischenräumen erhöht- wesentlich die Widerstandskraft und die Biegefestigkeit der tragenden Konstruktion, die von den Hauptteilen der Träger in den sich anschließenden Schichten gebildet wird. - ä

Die erfindungegemäße Spannkonstruktion erfordert wenigstens zwei Schichten miteinander verbundener, rinnenförmiger Träger. Solche zweischichtigen Spannkonstruktionen überbrücken Weiten von ungefähr 12 m und können dabei mit mehr als 590 kg/m belastet werden. Diese Spannkonstruktionen können aber auch mehr als 36 m frei überbrücken. Weiterhin kann die zulässige Belastung der tragenden Konstruktion erhöht werden und zwar einmal durch Einfüllen des leichten Kernwerkstoffes in die durch die Träger gebildeten Zwischenräume und zum anderen durch die Erhöhung der Anzahl der Trägerschichten.

Die vorliegende Ausftihrungsfona dor selbsttrageM^pannkonetruktion findet vorzugsweise bei der überbrückung und Überdachung größerer Flächen von offenen Gebäuden Verwendung. Die .Spannkonstruktion kann auch als tragender Bauteil für !Fußgängerbrücken oder Brücken für Fahrzeuge odes* auoh ale Träger ©öer Einlage (Armierung) für Brücken aus Beton verwendet werden.

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15. 9. 1967 -IrDie nachstehende Beschreibung bevorzugter AusfÜhrungsform/der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Ss zeigen*

Fig« 1 eine perspektivische Ansicht einer erfin-

dungegemäßen, selbsttragenden Spannkonatruktion;

Pig. 2 eine perspektivische Ansicht eines rinnenförmigen Trägers;

Flg. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. Xf

' Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 3 mit ei-

.--*·- nea mehrschichtigen Aufbau und

Fig,. 5a - d weitere Ausführungsformen eines rinnenfÖrmigen Trägers.

Wie aue Fig. 1 ersichtlich, weist die erfindungegemäße, selbsttragende Spannkonatruktion eine Anzahl von Schichten XIa₉

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aus rinnenförmigen Trägern 12 auf. Sie Träger 12 erstrecken stell von einem Auflager 13 über eine weite Entfernung zu einem sweiten Auflager 14. BIe Auflager 13 und 14 können duroh en sisb bekannte Konstruktionen hergestellt m&ümn® dtisch die üann tile Spennkonstruktisn getragen wird· So kSsneii s« S« $ wenn die Spsnnkonstruktion zum Überbrücken oder AMesken eines gros- ' sen» offenen Gebäudes verwendet wird, die Auflager 13» 14 von den Seitenwagen des Gebäudes gebildet werde: _y die iererseits aus gswdaiälieben Pfosten, Stüteen o, dgl· bestehen Is^nnec« Wenn die Spsnskönstruktion als Teil'einer Brücke eiej? als ein anderse !loonsöbelastendes Bauteil verwendet wiri₅ sisi die Auflager aus Stahlbeton ©der Mauerwerk hergestellt* Die er« selbsttragende Spannkonstruktion ist, wie ?ig.

, leicht gewölbt, unä zwar insbesondere dann, wenn die > *** üporv-iiconetruktlon einer merklichen Belastung ausgesetzt wird, ■-- ^ Gewöhnlich beträgt das Ts^hältnls ewlsohen Bogenhdhe und Spannweite der Konstruktion ©ti*a o_t15* Dieses Terteältnia ist ausreius ten strengen Sicherheltsbestiiamungee bei Üachkon-

genügen· Fir größere Lasten kann tiatürllcfa a& yon Spannhöhe zu Spannweite erhöht, für kleine oder

unbedeutende Laten das eben genannte Verhältnis vernachlässigt werden»

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Die Pig. 2 zeigt einen der rinnenförmigen Träger 12, durch die die erflndungsgemäße Spannkonstruktion gebildet wird· Der Träger 12 besitzt ein Hauptteil 16, das von nach oben gerichteten» rechtwinklig sum Hauptteil 16 stehenden Seitenteilen 17 begrenzt ist. Aa oberen Ende der Seitenteile 17 Bind nach innen gerichtete» rechtwinklig von den Seitenteilen 17 . *... -. .-■■*·■ abstehende Gurtplatten 18 vorgesehen· Die Porm der Gurtplatten 18 beschränkt aich Jedoch nicht auf die in Fig. 2 dargestellte Aueführ wigs form. Sie Träger 12 sind vorzugsweise hub Metallblech hergestellt, wobei die Trägerhöhe beispielsweise etwa 5 ca« die Trägerbreite ungefähr 15 cm und die Trägerlänge rund 36 m betragen kann.

Die Träger 12 werden zu mehreren Schichten 11a, 11b usw., wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, zusammengesetzt, lie Träger einer jeden Schicht 11 liegen mit ihren Seitenteilen 17 nahe beieinander oder berühren sich mit diesen sogar· Weiterhin stehen die Seitenteile 17 mit dem Hauptteil 16 eines darüber angeordneten Trägers in Verbindung (vgl. hierzu Fig. 3). Sie Träger 12 der Übereinander liegenden Sohlenten 11a und 11b sind in einem bestimmten Verhältnis, wie aus der Fig. 3 und 4 ersichtlich, zueinander versetzt angeordnet. Sie Gurtplatten 18 der In der unteren Schicht 11a vorhandenen Träger 12 sind mit den Un-

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terflachen der Hauptteile 16, der in der darüber angeordneten Schicht 11b vorgesehenen Träger 12 verbunden, wobei die Verbindungslinie sich im Bereioh der Xrägerlängsaohse befindet. Diese Verbindung kann durch Schrauben, Sobweißen, Nieten usw. erhalten werden. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ä die Gurtplatte 18 durch einen harzhaltigen Klebstoff, wie z.B. Epoxyharz oder Polyesterurethan, mit der Unterseite des Hauptteiles 16 verbunden. Der Klebstoff kann in vorteilhafter Weise ein gewebeverstärkter Kunststoffstreifen 20 eein₉ der auf die Oberfläche der Gurtplatten 18 des Trägers 12 eier unteren Schicht lla aufgebracht wird. Anschließend wird der träger 12 der oberen Schicht Hb mit seiner Hauptteilunterseit@ 16 auf die Gurtplatte 18 des Trägere 12 der unteren Schicht lla aufgesetzt.

Wenn die Spannkonstruktion in der oben beschriebenen Weise zusammengebaut ist, sind die Heuptteile 16 der Srllger 12 der unteren Schicht lla versetzt zu den Hauptteilen 16 der Träger 12 der oberen Schicht 11b angeordnet. Die Träger der unteren Schicht lla sind aber durch die auf den Seitenteilen 17 vorhandenen 0urtplatten 18 mit den Trägern der oberen Schicht Hb verbunden. Ale Folge der versetzten Anordnung bilden die Hauptteile 16 der Träger 12 in der unteren und oberen Schicht Ha bzw. 11b, zu-

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säumen mit den ale Verbindelemente wirkenden Seitenteile 17 eine selbsttragende Konstruktion» die eine wesentlich höhere Widerstandskraft aufweist als die Summe der von den einzelnen Bauelementen der Spannkonstruktion aufgenommenen Einzelkräfte.

Die somit erreichte Widerstandskraft der erfindungsgemäBen, W selbsttragenden Spannkonstruktion kann noch wesentlich erhöht werden, und zwar durch Einfüllen eines leichten, bereits eine hohe Druckfestigkeit besitzenden Kernwerke toffee 21 in die längegerichteten, kastenförmigen Zwischenräume, die bekanntlich durch den rinnenfureigen (Präger 12 einer unteren Schicht 11a und der Hauptteilunterseite 16 eines !Prägers 12 der darüber an» geordneten Schicht 11b erhalten werden· Durch das Vorhandensein des Kernwerkstoffee 21 in den Zwischenräumen wird die Widerstandskraft des Trägers gegenüber einer Durchbiegung erhöht. Der leichte Kernwerkstoff 21 kann für diese Zwecke vorzugsweise aus Schaumstoff, wie z.B. Polyesterurethan, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Epoxyharz, Phenolharz usw. bestehen. Weiterhin kann auch Schaumbeton als Kernwerkstoff verwendet werden, wenn die Spannkonstruktion als Brücke oder als Bauteil in ei» ner Brücke oder einem anderen hoch zu belastenden Bauwerk Verwendung findet.

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Der leichte Kernwerkstoff 21 füllt völlig die kastenförmigen Zwischenräume zwischen den tragenden Elementen der Spannkon· etruktion aus. Dabei entsteht eine hone Festigkeit und Widerstandsfähigkeit der Spannkonetruktion. TTm in dieser Hinsicht maximalen Hutzen des Kernwerkstoffes zu erhalten, ist der

Werkstoff vorzugsweise mit den den, Zwischenraum formenden Innenflächen verhaftet. Viele Schaumstoffe, wie e. B. !Polyesterur&than und Epoxyharz kleben aufgrund ihrer Beschaffenheit von selbst en den Innenflächen der Zwischenräume. Andererseits kön-O&r. die Innenflächen mit einem Klebematerial besohichtet wer-&$Ti_f wenn der leichte Eemwerkstoff in die Zifisehenräume eingefüllt wird. Dieses Klebemittel gewährleistet eine sichere Haftung des Schaumes am Sräger, wodurch eine virtuelle, einheitliche Struktur erhalten wird. Der Kernwerketoff 21 wird voraugsweise in flüssiger Form in die Zwischenräume der von i den rinnenförmigen Trägern gebildeten Spannkonstruktion eingefüllt und härtet dort an Ort und Stelle aus.

Die Widerstandsfähigkeit der Spannkonstruktion kann nahezu un* begrenzt erhöht werden und zwar durch eine Erhöhung der Anzahl der Schichten 11. Wie aus Pig. 4 ersichtlich, kann die Spannkonstruktion z. B. vier Trägerschichten 11a, lib, Uo und Hd

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uafaseen« M<* Hauptteile 16 der 2räger 12 einer jeden Schiebt 11 wirket* alt den Hauptteilen 16 der unmittelbar sieh snsohlies β end en Trägwr^oaicht susammen und"bilden eine mehrschichtige, selbsttragenda loßsttirnktion, dersc, Widerstandsfähigkeit wesentlieb hShej? lii*? als die Summe der Widerstandskräfte der ein&elnes» die Specskottstruktion bildenden Bauteile, ferner kann die obere ScW^* Hd $ee frägere 12 (flg. .4) mit einer an ihr be-

E. eye Blech gebildeten Lage 23 a'isged«ökt werden.

ij tami ία Verbindung mit den Hauptteilen 16 der träger 12 5«?r obersten Schiebt lld «ine zueätsliche ia?aftaufnenmende Ky^-pcrönte· der gesamten Spannkonetruktion bilden. Um als eine eoiölie locponente in der aelbettragenden Spannkosstrak* tion wirken mi kennen» mud die Lage 23 nahezu die gleichen Fe-

wie der der ülröger 12 haben« Deshalb iet

die lege 23 güisatigenfeise aus dem gleichen Werkstoff» s. B, Stahl j wie der frSger 12 gefertigt. Wie isuvor sind die kastenförmigen, entlang der JrSgerläßgsaöhse verlaufenden Zwischenräume gleichfalls mit leiohten Schaumstoffen oder ähnlichen Kernwerkstoffen 21 gefüllt, wodurch ebenfalls die Wideretande* kraft und die Stetigkeit der Spannkonstruktion erhöht wird.

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Wie bereite angedeutet, können die rinnenförmigen Träger 12 in ihrer Form variieren. Einige dieser Aueführungsformen sind in den Flg. 5a - d zu sehen. Die in den Pig. 5a und b dargestellten Träger 12 entsprechen dem Träger in Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform sind die an sieb aftsohlieSenden Träger 12 | (Fig. 5a) miteinander durch einen Streifen oder eine Schicht 25 aus einem Klebstoff, z. B. einen mit Gewebe verstärkten Epoxy- -harssstreifen, verbunden. In Fig. 5b werden die benachbarten Träger 12 durch rinnenfSrmige Haltebäridor oder -bügel 27 »usammengehalten, welche die durtplstte 18 hintergreifen, wie es in der Zeichnung dargestellt ist· Die Bügel 27 k5nn©^ sich über die gesamte länge des Trägers 12 erstrecken, oder lediglich in bestimmtem Abstand auf dem Träger aufgebracht weries. Beim Aueführ ungB bei spiel der Fig. 5o sind die §urtplatten 18 mit form* -schlüssig Busammenwirkenden_t eimamd©? tlfe@s?greifenden _y an sich bekannten Halteverbindungen 29 verseilen» Die Seitenteile 17 der in Fig. 5d dargestellten Träger 12 haben ebenfalls eine rinnenförmige Gestaltung, so daß einander benachbarte Seitenteile 17 ein kastenförmigeβ Oefügs 31 bilden, durch das eine maximale Widerstandskraft der Spannkonstruktion erhalten wird·

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Claims

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Patentansprüche:

1. Selbsttragende Spannkonstruktion mit wenigstens zwei von rinnenförmig gestalteten Trägern gebildeten Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß die nach oben offenen Träger (12) einer ersten Schicht (11a) mit ihren Seitenteilen (17) miteinander und durch auf den Seitenteilen (17) angeordneten

(18)
Gurtplatten/mit Hauptteilen (16) der Träger (12) der darUberliegenden zweiten Schicht (11b) in Verbindung stehen.

2. Spannkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet«. daß zwischen dem rinnenförmigen, nach oben geöffneten !Prä«* ger (12) der unteren Schicht (11a) und dem Hauptteil (16) des in der darüber angeordneten Schicht (11b) vorhandenen Trägers (12) ein Zwischenraum vorgesehen ist, in dem ein $lne hohe Druckfestigkeit aufweisender, leichter Kernwerkstoff (21) eingefüllt ist.

3. Spannvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet* daß der Kernwerkstoff (21) aus einen Schaumstoff, wie ζ·Β· Polyesterurethan, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Epoxyharz oder Phenolharz besteht.

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4* Spannverrichtung nach Anspruch 2 oder 3« dadurch gekennzeichnet» daß der Kem^erkstofi" (21) aus eisern Schaumbeton besteht.

Spanakonstiruktion nach Anspruch 2_S dadurch g

off (£1) an ße» die EwisslasB^äuse be-

aa temftct*

6« gpajuslcsnfitrttktion naoli Ä-ispa?^?jcli 1_f d €a!? äis £ri!ger (12} to siistn Schicht (1'3a) salts άβ3£. Träg52?n (IS" ser darübs3? GSg^ösrüsten Schicht .ί^'ϋ©; üarcii ein

7-r Spsr^fceMst^uktloii nacfe Anspruch 1, daä*<sruh gekssnseichnet, iaß die auf den Seitenteilen (17) der Sräges» (12) angeord« iien? eur- frägerläiigsae&se gerichteten Gurtplatten (18)

rechtwinklig zu der. Seitenteilen (1?) gerichtet sind.

S, Gpannkcnetruktion »seh Aneprueh 7» daäureh gekeimzeicnnet, daß die benachbarten SrSger (12) einer Schicht (11) durch über die Qurtplatten (18) geschobene Bügel (21) zusammengehalten sind.

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9· Spannkonetruktion nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dafi die Gurtplatte (18) eines ersten Trägers (12) und die Gurtplatte (18) eines zweiten Trägers (12) eine formschlüssige Verbindung (29) bilden.

10. Spannkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab auf den Gurtplatten (18) der in der obersten Schicht (11d) vorhandenen Träger (12) eine lage (2?) aus einem Werkstoff, der nahezu die gleichen Festigkeiteeigenschaften aufweist wie die Träger (12), befestigt ist.

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