DE1709351C3

DE1709351C3 - Vaulted roof made of one or more self-supporting shell elements made of fiber-reinforced low-pressure cast resin

Info

Publication number: DE1709351C3
Application number: DE19681709351
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Ausscheidung aus: 13 03 289 Isler, Heinz, Dipl.-Ing., Burgdorf, Bern (Schweiz)
Filing date: 1968-03-05
Publication date: 1977-06-23

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gewölbedach, bestehend aus einem oder mehreren selbsttragenden Schalenclementen aus faserverstärktem Niederdruckgießharz, die je doppelt gekrümmt, von annähernd konstanter Wandstärke und an mindestens drei Ecken abgestützt sind.The invention relates to a vaulted roof consisting of one or more self-supporting shell elements Made of fiber-reinforced low-pressure casting resin, each doubly curved, of approximately constant Wall thickness and are supported at at least three corners.

Derartige Gewölbedächer aus Schalenelementen sind beispielsweise aus der Zeitschrift »Kunststoff-Berater« 1961, Seite 479, bekannt. Die Schalen haben, von Verstärkungsrippen abgesehen, in allen Bereichen im wesentlichen gleiche Krümmung, wobei sich für die Tragfähigkcn und damit für die mögliche Spannweite des zusammengesetzten Gewölbedaches bestimmte do Cirenzen — bei durch den vertretbaren Materialaufwand vorgegebener Schalendickc — ergeben und zur Erzielung höherer Spannweiten bzw. Tragfähigkeiten z. B. Randträger (wie aus der Zeitschrift »Kunststoffe« 1965, Seite 899 bekannt) oder andere Verstärkungen. wie Rippen, Abwinklungen, Zugbänder od. dgl., erforderlich sind.Such vaulted roofs made of shell elements are, for example, from the magazine "Kunststoff-Beratung" 1961, page 479, known. With the exception of reinforcing ribs, the shells have in all areas essentially the same curvature, whereby the load capacities and thus the possible span of the composite vaulted roof certain do Cirenzen - with the justifiable material expenditure given shell thicknessc - result and to achieve higher spans or load capacities z. B. Edge support (as known from the magazine "Kunststoffe" 1965, page 899) or other reinforcements. such as ribs, bends, drawstrings or the like. Are required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gewölbedach der genannten Art so auszubilden, daß bei den einzelnen Schalenelementen ein möglichst geringes Verhältnis von Schalenstärke zur Spannweite erreicht werden kann. The invention is based on the object of designing a vaulted roof of the type mentioned in such a way that the smallest possible ratio of shell thickness to span can be achieved for the individual shell elements.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Krümmungen jedes Schalenelements im Flächeninneren in beiden Richtungen gleichmäßig sind, an den Flächenrändern senkrecht zum Rand stärker als längs dieses Randes und an den Flächenecken in beiden Richtungen stärker als im Flächeninnern sind, daß die Schwerpunkte paralleler Querschnitte durch das Schalenelement sich ungefähr auf einer Stützlinie befinden und daß das Gaußsche Krümmungsmaß den örtlichen Beanspruchungen angepaßt ist.This object is achieved according to the invention in that the curvatures of each shell element in the Surface interiors are uniform in both directions, stronger than on the surface edges perpendicular to the edge along this edge and at the surface corners are stronger in both directions than in the interior of the surface that the Focal points of parallel cross-sections through the shell element are approximately on a support line and that the Gaussian degree of curvature is adapted to the local stresses.

Gemäß der Erfindung erfolgt somit die Anpassung der tragenden Haut bzw. Häute des Schalenelements an die gegebene Beanspruchung nicht durch eine abgestufte Bemessung des Materialaufwandes, sondern bei wenigstens annähernd konstanter Wandstärke durch die Bemessung der Krümmung, d. h. durch Formgebung der Schalenfläche des Elements, die sein Tragverhalten an den Kräftefluß anpaßt, indem für die Zonen schwacher Beanspruchung schwache Krümmungen, für Zonen mittlerer Beanspruchung miulcre Krümmungen und für die Zonen starker Beanspruchung starke Krümmungen vorgesehen werden. Damit ergibt sich der Vorteil, daß größere Spannweiten ohne materialaufwendige Formgebungen, wie Leisten. Rippen, Randflansche, Zugbänder, Abwinklungen, Scheiben. Wellungen usw., erzielbar sind und damit in Anbetracht des verhältnismäßig teuren faserverstärkten Niederdruckgießharzes erhebliche Kostend sparungen möglich sind. According to the invention, the adaptation of the load-bearing skin or skins of the shell element to the given stress does not take place through a graded measurement of the cost of materials, but rather with at least approximately constant wall thickness through the measurement of the curvature, that is, by shaping the shell surface of the element, which determines its load-bearing behavior adapts to the flow of forces by providing slight curvatures for the zones of low stress, slight curvatures for zones of medium stress and strong curvatures for the zones of high stress. This has the advantage that larger spans without material-intensive shapes, such as strips. Ribs, edge flanges, drawstrings, bends, washers. Corrugations, etc., are achievable and thus, in view of the relatively expensive fiber-reinforced low-pressure casting resin, considerable cost savings are possible.

Selbstverständlich sollen sich die das Gewölbedach bildenden Schalenelemente lückenlos aneinanderreihen lassen, und gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Rand jedes Schalenelements zur Herstellung einer festen Verbindung mit einem benachbarten Schalenelement oder einem anderen Bauteil geradlinig ausgebildet und mit dem letzteren hermetisch verbunden.Of course, the shell elements forming the vaulted roof should line up without gaps let, and according to a preferred embodiment of the invention at least one edge is each shell element for establishing a fixed connection with an adjacent shell element or another The component is straight and hermetically connected to the latter.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben.Further refinements of the invention are specified in claims 3 to 6.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert, die eine schematisch vereinfachte perspektivische Darstellung eines Gewölbedaches gemäß der Erfindung zeigt.An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing, which is a schematic shows a simplified perspective view of a vaulted roof according to the invention.

Das dargestellte Gewölbedach ist durch mehrere längliche Schalenelemente 1 gebildet, welche längsseitig aneinandcrgrenzen und aus wenigstens stellenweise faserverstärktem Niederdruekgießharz bestehen. |edcs Schalenelement 1 ist je längs der durch seine Längsmitte und durch seine Quermitte gehenden Vertikalebenen gekrümmt, bildet also eine längliche, doppelt gekrümmte Gewölbebshn und weist auf ihrer ganzen Fläche eine wenigstens annähernd konstante Wandstärke auf. Bei dem Ausführungsbeispiel sind beide Krümmungen des Schalcnelements 1 nach außen konvex, Es sind jedoch auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Schalenelementc in der Querrichtung nach innen konvex, also nach unten »ilurchhängend« gekrümmt sind.The vaulted roof shown is formed by several elongated shell elements 1, which border one another along their length and consist of at least in places fiber-reinforced low-pressure casting resin. | edcs shell element 1 is curved along the vertical planes passing through its longitudinal center and its transverse center, so it forms an elongated, double-curved arch and has an at least approximately constant wall thickness over its entire surface. In the exemplary embodiment, both curvatures of the shell element 1 are outwardly convex. However, embodiments are also possible in which the shell elements are curved inwardly convex in the transverse direction, that is to say "sagging" downward.

Die gezeigten, im Grundriß rechteckigen Schalenelementc 1 sind an den vier Ecken z. B. ajf Stangen 3 abgestützt. Der Verlauf der Querkanten der Schalenelemente I zwischen den Stangen 3 kann, wie dargestellt, gekrümmt sein, die Schalenelementc können aber auch in geradlinige Schmalseiten auslaufen. Die Zwischenräume 4 zwischen den Stangen 3 können durchThe shown, rectangular in plan shell elements 1 are at the four corners z. B. ajf rods 3 supported. The course of the transverse edges of the shell elements I between the rods 3 can, as shown, be curved, but the shell elements can also run out in straight narrow sides. The spaces 4 between the rods 3 can through

Seitenwandelemente aus Kunststoff ausgefüllt werden, die erforderlichenfalls mit den Schalenelementen 1 des Gewölbedaches verbunden sein können. Die Abstüt zung der Schalenelemente und die Aufnahme ihrer Schubkräfte kann auch in anderer bekannter Weise erfolgen. Side wall elements made of plastic are filled, which can be connected to the shell elements 1 of the vaulted roof if necessary. The support of the shell elements and the absorption of their shear forces can also be done in other known ways.

Die stetig verlaufende Schalenform des einzelnen Schalenelementes bei konstanter Wandstärke kann insofern näher definiert werden, als die Krümmungsverhältnisse an jedem Punkt der Schalenform mit den dort auftretenden Beanspruchungen der selbsttragenden Schale übereinstimmend so gestaltet sind, daß das Schalenelement über seine ganze Gewölbefläche hin ungefähr die gleiche Beulsicherheit aufweist Die Übereinstimmung der Krümmungsverhältnisse mit den Beanspruchungen beruht erfindungsgemäß auf folgenden Regeln:The continuously running shell shape of the individual shell element with constant wall thickness can to the extent that the curvature ratios at each point of the shell shape with the there occurring stresses of the self-supporting shell are designed accordingly so that the The shell element has approximately the same resistance to buckling over its entire vault area According to the invention, the correspondence of the curvature relationships with the loads is based on the following rules:

a) Die Krümmungen sind im Flächeninnern gleichmäßig doppelt, an den Flächenrändern senkrecht zum Rand stärker als längs dieses Randes und an den Flächenecken (Auflagerstellen) in beiden Richtungen stärker als im Flächeninnern.a) The curvatures are evenly double in the interior of the surface, at the surface edges perpendicular to the Edge stronger than along this edge and at the surface corners (support points) in both directions stronger than in the interior of the surface.

b) Die Schwerpunkte paralleler Querschnitte durch das Schalenelement befinden sich ungefähr auf einer Stützlinie.b) The centers of gravity of parallel cross-sections through the shell element are approximately at a support line.

c) Das GauBsche Krümmungsmaß steht in direktem Zusammenhang mit den örtlichen Beanspruchungen. c) The GauBian measure of curvature is directly related to the local stresses.

Durch diese Formgebungen laßt sich die Festigkeit des Werkstoffes maximal ausnützen und zwischen der Spannweite jedes einzelnen Schalenelements und der Dicke der tragenden Haut oder Häute desselben ein bisher nicht angewendeter Verhähniswert von mindestens 2000 erreichen, d. h. daß für eine Spannweite von /.. B. 7 m in der Längsrichtung des Schalenelementes eine konstante Wandstärke von höchstens 3.5 mm benötigt wird. So ist es möglich, das Quadratmetergewicht des Schalenelements auf beispielsweise 8 bis 10 kg /u beschranken, so daß Schalenelemente von 6 bis 7 m Spannweite in Längsrichtung und 1 bis 2 m Breite immer noch gut manuell transportierbar sind.Through these shapes, the strength of the material can be used to the maximum and between the Span of each individual shell element and the thickness of the supporting skin or skins of the same Reach a previously unused ratio of at least 2000, d. H. that for a span of / .. B. 7 m in the longitudinal direction of the shell element a constant wall thickness of at most 3.5 mm is needed. It is thus possible to reduce the weight per square meter of the shell element to, for example, 8 to 10 kg / u limit, so that shell elements from 6 to 7 m Longitudinal span and 1 to 2 m width are still easy to transport manually.

In den Zonen höherer Beanspruchung, nämlich in den Rand- und Fckzonen. ergibt sich die Formgebung dadurch, diß der eine und/oder der andere Faktor des Produktes aus den Krümmungsradien zweier zueinander senkrecht stehender Krümmungskurven umgekehrt proportional der Beanspruchung verändert wird.In the zones of higher stress, namely in the Edge and corner zones. the shape results from the fact that one and / or the other factor of the Reversed product of the radii of curvature of two mutually perpendicular curvature curves is changed proportionally to the stress.

Ein ganzes Gewölbedach kann innerhalb gangbarer Abmessungen auch nur durch ein einziges Schalenelement gebildet sein, oder es kann eine an den vier Ecken abgestützte Gewölbebahn aus zwei am Gewölbescheitel schmalseitig aneinanderstoßenden Schalenelementen bestehen, welche dort ζ. Β durch Klebung, Heftung, Nietung oder Verschraubung miteinander fest und dicht verbunden sind. An Stelle einer starren Verbindung können zwei an einer schmalseitigen Kante aneinanderstoßende Schalenelmente in der Art eines Dreigelenkbogens gelenkig miteinander verbunden und ebenfalls gelenkig mit den schmalseitigen Außenrändern abgestützt sein. A whole vaulted roof can also be formed by a single shell element within practicable dimensions, or a vaulted web supported at the four corners can consist of two shell elements abutting one another on the vault apex, which there ζ. Β are firmly and tightly connected to one another by gluing, stapling, riveting or screwing. Instead of a rigid connection, two shell elements abutting one another on a narrow-sided edge can be hingedly connected to one another in the manner of a three-hinged arch and likewise supported in an articulated manner with the narrow-sided outer edges.

Die längsseitig aneinandergrenzenden Schalenelemente 1 können mit flanschartig flachen, einander in einer Vertikalebene berührenden Außenflächen der Längsränder z. B. durch Klebung fest und dicht verbunden sein oder zum übrigen Schalenelement 1 seitwärts abgewinkelte Flansche aufweisen, die aufeinandergelegt und miteinander dicht verklebt sind. The longitudinally adjoining shell elements 1 can with flange-like flat, each other in a vertical plane touching outer surfaces of the longitudinal edges z. B. be firmly and tightly connected by gluing or have to the rest of the shell element 1 laterally angled flanges which are placed on top of one another and glued together tightly.

Das Gewölbedach bildende Schalenelemente können auf ihren Stützen hochhebbar oder an ihren Schmalseiten beweglich abgestützt sein, z. B. auf zwei parallelen Schienen, um entlang derselben verschoben werden zu können, oder z. B. einseitig an einer Achse, um an derselben hochschwenkbar zu sein. Es könnten aber auch Führungsschienen für jede der vier Ecken derart am Hallenbau vorgesehen sein, daß das Schalenclcmcnt 1 mit der einen Schmalseite über die eine Hallcnseitenwand herabgezogen werden kann, während die andere Schmalseite über den. Hallenraum h'nweggleitet. wobei jedoch die Wölbung in der Längsrichtung so hoch sein muß, daß eine Berührung mit dem oberen Rand der Seitenwand unterbleibt.The shell elements forming the vaulted roof can be raised on their supports or movably supported on their narrow sides, e.g. B. on two parallel rails to be moved along the same , or z. B. unilaterally on an axis in order to be swiveled up on the same. However, guide rails for each of the four corners could also be provided on the hall structure in such a way that the shell element 1 can be pulled down with one narrow side over one hall side wall, while the other narrow side can be pulled down over the. Hall space slides away. however, the curvature in the longitudinal direction must be so high that there is no contact with the upper edge of the side wall.

Die Schalenelemente 1 können zwecks Erhöhung der Steifigkeit der tragenden Haut oder Häute beschichtet sein. Die Werkstoffe solcher zusätzlicher Beschichtungen können ergänzende, z. B. schall- und/oder wärmedämmende Eigenschaften aufweisen.The shell elements 1 can be coated in order to increase the rigidity of the supporting skin or skins being. The materials of such additional coatings can be complementary, e.g. B. sound and / or heat insulating Have properties.

Bei ringsum hermetisch abgedichtetem Hallcnbau kann eine zusätzliche Belastung des Gewölbedachs und/oder der Seitenwandungen mittels pneumatischen Überdruckes im Halleninnern aufgenommen werden. Es versteht sich, daß die Form des Schalenelementes variiert werden kann, indem es z. B. in beiden obengenannten, zueinander querstehenden Vertikalebenen konvex nach unten gekrümmt sein kann.If the hall construction is hermetically sealed all around, an additional load on the vaulted roof and / or the side walls can be absorbed by means of pneumatic overpressure inside the hall. It will be understood that the shape of the shell element can be varied by, for. B. can be convexly curved downward in both of the above, mutually transverse vertical planes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Vaulted roof, consisting of one or more self-supporting shell elements made of fiber-reinforced low-pressure casting resin, each doubly curved, of approximately constant wall thickness and supported at at least three corners, characterized in that the curvatures of each shell element (1) in the surface interior in both directions are uniform, are stronger at the surface edges perpendicular to the edge than along this edge and at the surface corners in both directions are stronger than in the interior of the surface, that the focal points of parallel cross-sections through the shell element (1) are approximately on a support line and that the Gaussian curvature measure is adapted to the local demands

2. vaulted roof according to claim 1, characterized in that at least one edge of each Shell element (1) for establishing a fixed connection with an adjacent shell element (1) or another component formed in a straight line and hermetically sealed with the latter connected is.

3. vaulted roof according to claim 1 or 2. characterized by that several shell elements (1) are assembled to form a spatial structure.

4. vaulted roof according to one of claims 1 to 3, characterized in that the load-bearing layer or skin of each shell element (1) is stiffened by coating and made heat and / or sound insulating.

5. Gewölbedach nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalenelemente (1) auf Stützen (3) beweglich gelagert sind.5. Vaulted roof according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shell elements (1) are movably mounted on supports (3).

6. Vaulted roof according to one of claims 1 to 5, characterized in that it can be adjusted with additional load under pneumatic pressure.