DE19901510A1

DE19901510A1 - Fundament für oberirdische Türme

Info

Publication number: DE19901510A1
Application number: DE19901510A
Authority: DE
Inventors: Lothar Stephan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-01-16
Filing date: 1999-01-16
Publication date: 2000-08-03

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Fundament für oberirdische Türme, insbesondere für Türme für technische Funktionselemente.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fundament bzw. auf eine Gründung für aufrechtstehende, oberirdische Türme und dabei vorzugsweise für Türme, die als Träger für Funktionselemente, beispielsweise als Träger für Windräder zur Erzeugung von elektrischem Strom (Windkraftwerk) oder als Träger für Sende- oder Empfangsanlagen usw. bestimmt sind.

Bisher ist es üblich, Fundamente für derartige Türme aus Beton so zu fertigen, daß diese Fundamente aufgrund einer großen Masse die Standfestigkeit des jeweiligen Turmes garantieren. Nachteilig ist, daß derartige Fundamente allein schon durch den notwendigen Aushub und durch die große Menge an Beton hohe Herstellungskosten bedingen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fundament aufzuzeigen, welches diese Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Fundament entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung hat den Vorteil, daß die Standfestigkeit des mit dem erfindungsgemäßen Fundament gegründeten Turmes allein durch die vorgespannten Zuganker sowie durch das sich mit Druck auf dem massiven Untergrund abstützende Fundamentelement gewährleistet ist, große Massen, beispielsweise an Beton für die Herstellung des Fundamentes nicht benötigt werden.

Das erfindungsgemäße Fundament eignet sich überall dort, wo in vernünftiger, noch erreichbarer Tiefe ein Fels ansteht, in dem dann die Zuganker in ausreichender Tiefe verankert werden können, und zwar derart, daß über dem jeweiligen Verankerungsbereich (Verpreßstrecke) eine ausreichende Masse an Fels ansteht, so daß das Massengewicht dieser Masse wenigstens gleich, bevorzugt aber größer ist als die maximale Belastung des jeweiligen Zugankers.

Die Erfindung gestattet eine preiswerte Realisierung von Fundamenten. Durch die Vorspannung der Zuganker ist weiterhin gewährleistet, daß jeder Zuganker auch bei wechselnden Lasten, d. h. bei dynamischen Belastungen des Fundamentes stets auf Zug belastet ist und insbesondere auch dynamische Belastungen im Vergleich zu der Vorspannung nur geringfügige Änderungen in der Zugspannung bedingen, so daß Probleme hinsichtlich einer dynamischen Belastung in den Zugankern nicht auftreten.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in vereinfachter Teildarstellung einen oberirdischen Turm mit einem Beton- Fundamentelement, zusammen mit den zugehörigen Zugankern;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Beton-Fundamentelement des Fundaments der Fig. 1;

Fig. 3 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt einen der Zuganker;

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1 bei einem Stahlfundamentelement;

Fig. 5 eine weitere Möglichkeit der Verbindung des Zugankers mit dem Fundamentelemet.

In den Figuren ist 1 ein aufrechtstehender, d. h. mit seiner Mittelachse VA lotrecht angeordneter, oberirdischer Turm, beispielsweise ein Turm oder Mast für eine Windkraftanlage. Mit 2 ist allgemein das mit dem unteren Fuß des Turmes 1 zu verbindende Fundament bezeichnet. Dieses besteht bei der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen aus einem Beton-Fundamentelement, d. h. aus einer aus bewährtem Beton hergestellten Fundamentplatte 3, die bei der dargestellten Ausführungsform zur Reduzierung der Masse kreisringförmig ausgebildet ist und innen ein ringförmiges Anschlußelement 4 aufweist, welches beispielsweise aus Stahl besteht und über welches das untere Ende des Turmes 1 mit der Fundamentplatte 3 verbunden werden kann. Auch andere Befestigungen sind denkbar, und zwar durch Verschrauben eines am Turm 1 vorgesehenen Fußes mit der Fundamentplatte 3. Die Fundamentplatte 3 liegt auf einem verfestigten Bereich 5 des Untergrundes auf, der (Bereich) beispielsweise von einer Ausgleichsschicht aus einem Magerbeton gebildet ist, auf jeden Fall aber eine ausreichende Druck-Belastbarkeit besitzt. An der Fundamentplatte 3 greifen in vorgegebenen Abständen um die Achse VA versetzt und in radialem Abstand von der Achse VA mehrere Zuganker 6 an, die jeweils mit einem Ende mit der Fundamentplatte 3 verbunden und mit dem anderen Ende in ausreichender Tiefe im gewachsenen Fels unter dem Aufstellungsort des Turmes 1 verankert sind.

Wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, ist für jeden Zuganker in den Untergrund eine Bohrung 8 vorgesehen, die von der Oberseite des Bereiches 5 bis in den gewachsenen Fels 7 mit genügender Tiefe eingebracht ist. Der jeweilige Zuganker 6 ist in an sich bekannter Weise von einem Litzenbündel 9 gebildet, welches aus einer Vielzahl von hochbelastbaren, korrosionsbeständigen Stahlseilen besteht, die von einer elastischen Schutzhülse 9' umgeben sind und jeweils an beiden Enden des Litzenbündels 9 über einen Anker, beispielsweise über den Anker 10 zusammengefaßt sind. Im Bereich des unteren Endes sind das Litzenbündel 9 bzw. der Zuganker 6 in der Bohrung 8 unter Verwendung einer geeigneten Verpreßmasse, beispielsweise einer Verpreßmasse auf Zementbasis im Bereich einer Verpreßstrecke 11 im Fels 7 verankert. Die axiale Länge dieser Preßstrecke 11 beträgt nur einen Bruchteil der Gesamtlänge des jeweiligen Zugankers 6, beispielsweise bei einer Gesamtlänge des Zugankers 6 von insgesamt ca. achtzehn Metern beträgt die Länge der Verpreßstrecke ca. sieben Meter. Die Lage der Verpreßstrecke 7 ist so gewählt, daß das Massengewicht des über dieser Verpreßstrecke stehenden Felsens 7 auf jeden Fall zur Aufnahme der maximalen, im Zuganker 6 auftretenden Zugkräfte ausreicht.

Das Verankern bzw. Verpressen des unteren Endes des jeweiligen Zugankers 6 erfolgt mit den dem Fachmann bekannten Mitteln, insbesondere über Verpreßschläuche, über die die Verpreßmasse, beispielsweise Zementsuspension unter Druck eingebracht wird. Mit 12 ist eine Hülse bezeichnet, mit der die Bohrung 8 außerhalb der Verpreßstrecke 11 ausgekleidet bzw. gesichert ist. Die Hülse 12 erstreckt sich auch durch eine entsprechende Ausnehmung der Fundamentplatte 3 und reicht bis an die Oberseite dieser Platte.

Am oberen Ankerkopf 10 ist ein Gewinde- oder Spannbolzen 13 vorgesehen, der über die dem Litzenbündel 9 abgewandte Seite des Ankers 10 wegsteht und durch eine Bohrung einer Ankerplatte 14 hindurchreicht, die auf der Oberseite der Fundamentplatte 3 aufliegt. Gegen die der Fundamentplatte 3 abgewandte Seite der Ankerplatte 14 stützt sich ein auf dem Gewindebolzen 13 angeordnetes Muttergewindestück 15 ab, so daß mit diesem Muttergewindestück 15 ein Spannen derart möglich ist, daß der jeweilige Zuganker 6 bzw. dessen Litzenbündel 9 eine vorgegebene Zugspannung aufweist. Zum Beispiel bei einer maximalen Last für die Zuganker 6 von 2000 KN werden die Zuganker 6 nach ihrer Verankerung im Fels 7 mit einer Vorspannung von beispielsweise etwa 500 KN vorgespannt. Dies bedeutet, daß die Fundamentplatte 3 mit einer Druckkraft gegen diesen Bereich 5 anliegt, die bei fehlenden äußeren Lasten aus dem Gewicht des Turms 1 und aus der Vorspannung der Zuganker 6 resultiert.

Durch die vorgespannten Zuganker 6, die jeweils mit radialem Abstand von der Achse VA an der Fundamentplatte 3 angreifen, sowie durch das Anliegen der Fundamentplatte 3 unter Druck gegen den massiven Untergrund bzw. den verfestigten Bereich 5 wird somit ohne großen Materialaufwand ein zuverlässiges Fundament 2 für den Turm 1 erreicht, wobei der besondere Vorteil auch darin besteht, daß durch die Vorspannung der Zuganker 6 keine Probleme hinsichtlich dynamischer Belastungen in den Zugankern 6 auftreten, insbesondere auch dann nicht, wenn der Turm 1 beispielsweise Bestandteil eines Windrades oder Windkraftwerks ist, dessen Rotor durchaus dynamische Laständerungen im Turm 1 erzeugen kann.

Wie die Fig. 3 weiterhin zeigt, ist das von der elastischen Schutzhülse 9' umschlossene Litzenbündel mit Abstandhalter 16 jeweils in dem erforderlichen Abstand von der Innenfläche der Bohrung 8 bzw. der Hülse 12 gehalten. Nach dem Setzen der Zuganker 6, d. h. nach dem Einbringen der Bohrungen 8, dem Verpressen der unteren Enden der Zuganker 6 und dem Abbinden der Verankerungs- bzw. Verpreßmasse wird jeder Zuganker auf seine Belastbarkeit überprüft. Nur diejenigen Zuganker 6, bei denen diese Prüfung erfolgreich durchgeführt wurde, werden an die Fundamentplatte 3 angeschlossen. Für solche Zuganker 6, für die die Belastungsprüfung nicht erfolgreich durchgeführt werden konnte, werden ggf. neue Zuganker 6 gesetzt.

Die Fig. 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein Fundament 2a, welches als Stahlfundament ausgebildet ist, d. h. das Fundament 2a besteht im wesentlichen aus einem Fundamentelement 3a aus miteinander verschweißten Stahl-Träger-Profilen, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform aus einem inneren Rahmen 17, der ein Kastenhohlprofil bildet und an dem ein Anschluß 18 zum Befestigen des Turms 1, beispielsweise zum Anschweißendes aus Stahl hergestellten Turmes vorgesehen ist. Anstelle hiervon können aber am Rahmen 17 wiederum Befestigungen, beispielsweise Gewindebolzen vorbereitet sein, mit denen ein am unteren Ende des Turmes 1 befestigter Fuß oder Flansch mit dem Rahmen 17 verschraubbar ist.

Am Rahmen 17 sind außen von diesem radial wegstehende Arme 19 angeschweißt, die beispielsweise jeweils aus einem Doppel T-Profil bestehen. An den Enden der Arme 19 greift jeweils wenigstens ein Zuganker 6 an, d. h. der Zuganker ist dort mit seinem oberen Kopf 10 unter Verwendung des Spannbolzens 13, der Ankerplatte 14 und dem Muttergewindestück 15 befestigt und hierbei in der erforderlichen Weise vorgespannt. Mit dem Rahmen 17 und mit den Armen 19 stützt sich das Fundamentelement 3a auf den massiven Untergrund bzw. auf dem verfestigten Bodenbereich 5 ab, wobei zur Reduzierung des Flächendrucks das Fundamentelement 3a unter dem Rahmen 17 und den Armen 19 noch eine Platte 20 aufweisen kann. Diese Platte 20 besteht dann beispielsweise ebenfalls aus Stahl oder aus armierten Beton.

Das Fundamentelement 3a hat den besonderen Vorteil, daß durch entsprechende Länge der Arme 19 die Kräfte der Zuganker 6 mit großem Hebelarm eingeleitet werden können. Weiterhin ist es auch möglich an der jeweiligen Baustelle die Arme 19 an dem Rahmen 19 dort vorzusehen, wo eine in den Untergrund eingebrachte Bohrung 8 die wirksamste Verankerung des betreffenden Zugankers 6 gewährleistet. Insbesondere besteht auch die vereinfachte Möglichkeit, daß dort, wo ein in eine Bohrung 8 eingebrachter Zuganker 6 bei der Belastungsprüfung nicht die erforderliche Belastbarkeit bringt, ein weiterer Zuganker in einer weiteren Bohrung gesetzt wird, wobei dann durch entsprechende Anbringung der Arme 19 beide Zuganker oder aber nur der die erforderliche Belastbarkeit aufweisende Zuganker mit dem Rahmen 17 verbunden werden.

Fig. 5 zeigt in vereinfachter Darstellung eine weitere Möglichkeit der Verbindung des vorgespannten Zugankers, beispielsweise mit der Fundamentplatte 3 des Fundamentes 2. Bei dieser Ausführungsform sind die Stahlseile des Litzenbündels 9 durch die gegen die Oberseite der Fundamentplatte 3 anliegende Ankerplatte 14 hindurchgeführt und reichen in einen Keilring 21 hinein, der gegen die der Fundamentplatte 3 abgewandte Oberseite der Ankerplatte 14 anliegt. Im Keilring 21 ist das obere Ende des Litzenbündels 9 durch Keile 22 verankert. Vor dieser Verankerung wird das Litzenbündel 9 mit einem dem Fachmann vom Spannbeton-Bau bekannten Vorspanngerät vorgespannt. Der Keilring 21 ist durch eine Abdeckkappe 23 abgedeckt.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschriebe. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1

Turm

2

,

2

a Fundament

3

,

3

a Fundamentelement

4

Anschluß

5

belastbarer Boden bzw. Ausgleichsschicht

6

Zuganker

7

Fels

8

Bohrung

9

Litzenbündel

9

' Schutzhülse

10

Ankerkopf

11

Verpreßstrecke

12

Stützhülse

13

Spannbolzen

14

Ankerplatte

15

Muttergewindestück

16

Abstandhalter

17

Rahmen

18

Anschluß

19

Arm

20

Platte

21

Keilring

22

Keil

23

Abdeckung

Claims

1. Fundament für oberirdische Türme, insbesondere für Türme für technische Funktionselemente, gekennzeichnet durch ein Fundamentelement (3, 3a), an welchem das untere Ende oder der Fuß des Turmes (1) befestigbar ist, sowie durch mehrere an dem Fundamentelement (3, 3a) in radialem Abstand von einer Turm- Achse (VA) angreifenden in einem Fels (7) verankerten oder verankerbaren Zugankern (6), wobei die Zuganker (6) jeweils mit einer vorgegebenen Vorspannkraft vorgespannt oder vorspannbar sind und sich das Fundamentelement (3, 3a) mit Druck gegen einen massiven Untergrund (5) abstützt.

2. Fundament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (6) ausschließlich auf Zug belastbare Anker sind.

3. Fundament nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (6) derart vorgespannt oder vorspannbar sind, daß bei jeder möglichen Belastung des Fundamentes (2, 2a) jeder Zuganker (6) auf Zug belastet ist.

4. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (6) jeweils von einem Litzenbündel (9) gebildet sind.

5. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (6) jeweils über eine Verpreßstrecke (11) im Fels (7) verankert sind, wobei die Verpreßstrecke (11) nur einen Teil der Gesamtlänge des jeweiligen Zugankers (6) bildet.

6. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des jeweiligen Zugankers (6) derart gewählt ist, daß das Massengewicht des über der Verpreßstrecke (11) anstehenden Felsens (7) zur Aufnahme der bei Belastung des Fundamentes (2, 2a) maximal in dem jeweiligen Zuganker (6) auftretenden Zugkräfte ausreicht.

7. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zuganker (6) mit einer Kraft vorgespannt ist, die etwa einem Viertel bis einem Sechstel der maximalen Last des Zugankers (6) ist.

8. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichent durch eine Ausgleichsschicht (5) aus einem verfestigten Untergrund oder aus Magerbeton unter dem Fundamentelement (3, 3a) als Auflager für dieses Element.

9. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fundamentelement aus Stahlbeton, vorzugsweise als Platte oder Ring aus Stahlbeton hergestellt ist.

10. Fundament nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fundamentelement zumindest teilweise aus Stahl, vorzugsweise aus Stahlprofilen hergestellt ist.