DE2138907A1

DE2138907A1 - Kegelförmiges oder kegelstumpf förmiges Baukasten-Überdachungs-Fach werk

Info

Publication number: DE2138907A1
Application number: DE19712138907
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Bouquin, Henri Jean, Messy, Seineet-Marne (Frankreich)
Priority date: 1970-08-05
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1972-02-10
Also published as: FR2102472A5

Description

Henri Jean Bouquin, 77 Messy« (Seine-et-Marne), Frankreich

Kegelförmiges oder kegelstumpfförmiges Baukasten-Überdachungs-Faehwerk

Es sind bereits tJberdachungskonstruktionen vorgeschlagen worden, z.B. in der Form von kugelförmigen Kuppeln, die zusammengesetzt sind aus geradlinigen Metallgurtungen in Form von Stangen, Profileisen oder Rohren zwischen Verbindungsknoten, an welchen mehrere Gurte auslaufen, aber man hat sich an der Schwierigkeit gestoßen, daß es nicht möglich ist, eine große Kugeloberfläche in eine Vielzahl von gleichen, regelmäßigen Polygonen zu zerlegen, weil es keine regelmäßigen Polyeder gibt, deren Flächenzahl über die 20 Flächen des Ikosaeders hinausgeht. Hieraus ergibt sich, daß die Zeichnung eines Kreiskuppelfachwerks besonders schwierig anzufertigen ist, und daß die Konstruktion eines solchen Fachwerks für die Verwendung von gleichen vorfabrizierten Elementen nicht geeignet ist· Außerdem ist die Berechnung der Teile außerordentlich komplex.

Die Erfindung hat den Zweck, eine neue Baukastenbauweise-Fachwerkskonstruktion für die Abdeckung bewohnter Räume vorzuschlagen, die aus Metall- oder Kunststoffmaterialien, welche die oben dargelegten Unzulänglichkeiten nicht haben, und welche die Verwendung gleicher Gurte ermöglicht, die untereinander in einem Dreirichtungs-ITetz durch Stern-Knoten verbunden sind, verwirklicht werden kann.

Das Prinzip der Erfindung besteht im wesentlichen darin, ein Fachwerk in einer abwickelbaren kegelförmigen oder kegelstumpf förmigen Fläche mit vertikaler oder in einer anderen Richtung verlaufenden Achse durch Aufrollen

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einer Triangulation, die gemäß einem gleichmäßigen Baukastensystem auf einer-flachen Oberfläche, z.B. in einem regelmäßigen Sechseck, um dessen Mittelpunkt, trassiert worden ist, bei welchem man einen Sektor in der-Weise fortgelassen hat, daß sich die kegelförmige Formgebung aus der Annäherung des einen zum anderen der beiden äußeren Radien, welche den benutzten Sektor begrenzen, ergibt., wobei sich diese Triangulation aus stangen einer einzigen Art und Knoten der gleichen 'Type zusammensetzt.

Im Falle einer- kegelförmigen Abdeckung mit vertikaler Achse wird in der-Praxis der polygonale Triangulations-Sektor zu seiner Mitte hin durch ein konzentrisches Vieleck in der v/eise begrenzt, daß eine Fläche gebildet wird, die in einen Kegelstumpf entwickelt werden kann, dessen kleine Grundfläche die Spitze des triangulierten Fachwerks bildet. Diese bevorzugte Ausführungsform ist jedoch keine begrenzende Eigenschaft, und man könnte zum Beispiel auch Halbkegelflächen mit horizontaler Achse verwenden.

Da die Stangen, deren regelmäßige Triangulation auf einen Polygon-Sektor trassiert worden ist, sich im Raum gemäß Kreis-Sehnen der entwickelbaren Fläche, die durch das Aufrollen der ebenen Ausp;angsfläche gebildet v/ird, anordnen, anstatt den auf dieser abwickelbaren Oberfläche trassierten Kurven zu folgen, muß man kleine lineare Abweichungen für die Abstände zwischen den Knoten zulassen, aber die Erfahrung zeigt, daß diese Abweichungen sehr schwach sind, und daß es genügt, an jedem Knoten Befestigungsmittel vorzusehen, die eine gewisse Regelung zulassen. Die Gurte können, ganz gleich welcher Art sie sind, durch die flachen Enden mit Überschreitung der Elastizitätsgrenze an die Flügel eines Sternknotens, mit zum Beispiel 6 Abzweigungen, angeschraubt werden, wobei die Schrauben in den flachen Teilen durch Knopflöcher hindurchgehen können, welche die erforderliche Längenanpassung ermöglichen.

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Auf diese Weise ist es möglich, in einfacher Weise Bedachungsfachwerk mit verschiedenen Tragweiten herzustellen. Für große Bereiche kann man nach dem gleichen Prinzip ein Fachwerk mit doppelter Knoten-Anordnung (nappe) herstellen, wobei die erforderliche Trägheit durch eine dreidimensionale Anordnung der in den beiden Flächen (nappe) und zwischen diesen beiden Flächen (nappe) vorgesehenen Stangen gesichert wird. Die beiden Höhen (nappes ?) können identisch und vertikal überlagert sein, wob-ei sie Stangen gleicher Längen umfassen, aber untereinander-durch Stangen verschiedener Längen verbunden sind. Die beiden Lagen (nappes?) könnten auch homothetisch sein, wobei eine jede aus gleichen Stangen besteht, aber-die Längen dieser-Stangen für die beiden Lagen (nappes?) verschieden sind, während die Ständer und die Stangen zwischen den Lagen (nappes?) von gleicher Länge sein könnten. Endlich könnte eine zweite Lage (nappe?) durch Einfügen von Tetraedern oder Pyramiden bei der ersteren gebildet werden könnte.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nachstehend Ausführungsbeispiele beschrieben, die sich aus einer- Triangulation im regelmäßigen Sechskant oder Vierkant- Sektor ableiten , wobei auf beigefügte Schemazeichnung verwiesen wird, in welcher Abb. 1 die entwickelte Ansicht einer triangulierten Konstruktion gemäß der Erfindung ist, die sich auf; .5/6 eines regelmäßigen Sechsecks um seinen Mittelpunkt erstreckt, wo sie begrenzt wird durch ein konzentrisches Sechseck, von welchem jede Seite einen Gurt der Konstruktion bildet;

Abb. 2 eine entwickelte Ansicht von Abb.1 ist, aber begrenzt auf einen Kranz zwischen zwei konzentrischen, regelmäßigen Sechsecken um im Raum ein kegelstumpfförmiges Fachwerk zu bilden;

Abb. 3 das Beispiel einer kegelstumpfförmigen Konstruktion zeigt, die aus 4/6 eines regelmäßigen Sechsecks entwickelt worden ist;

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Abb. 4 das Beispiel einer kegelstumpfförmigen Konstruktion zeigt, die aus 3/6 eines regelmäßigen Sechsecks entwickelt worden ist;

Abb. 5 das Beispiel einer kegelförmigen Konstruktion zeigt, die aus 2/6 eines regelmäßigen Sechsecks entwickelt worden ist;

Abb. 6 und 7 Beispiele für Kegelstumpf-Kombinationen, gleicher Achse aber mit entgegengesetzter^Ausrichtung zeigen, die durch eine kleine bezw. eine große Grundfläche verbunden sind;

Abb. 8 im Grundriß ein Montageteil, das einen Triangulationsknoten bildet, zeigt;

Abb. 9 eine Vorderansicht zu Abb. 8 darstellt; Abb. 10 eine analoge .Ansicht zu Abb. 8 darstellt, aberergänzt durch den Zusammenbau einiger Triangulationsstangen-Beispiele verschiedener Typen; und ATDb. 11 und 12 die Verwendung eines Netzes mit Vierkantmaschen zeig&n.

Abb. 1 zeigt die Entwicklung einer Triangulation von Stangen 32, die alle gleich sind, wie sie in den Sektoren, welche 5 Seiten 1 eines regelmäßigen Sechsecks nach drei parallelen Richtungen entsprechen, bezw. den Seiten des Sechsecks um seinen Mittelpunkt in der Weise, daß durch Verbundanordnung von gleichseitigen Dreiecken ein DreiriGhtungsnetz gebildet wird, ausgenommen im mittleren regelmäßigen Sechseck 2, dessen Seite erleich den Dreiecksseiten ist, angeordnet ist. Sie auf diese Weise entwickelte Konstruktion wird begrenzt von den beiden Radien 3-4, welche den nicht verwendeten Sektor des Sechsecks von 60° einschließen. Man ersieht hieraus,daß, wenn man dieses kegelstumpfförmige Ketz so zusammenrollt, daß die Radien 3-4, deren Stangen infolge der durch Doppelpfeile bezeichneten Kontenverbindungen gemeinsam sind, in Überdeckung gebracht werden, man eine Kegelkonstruktion mit fünfeckiger· Grundlage erhält. Der halbe Winkel an der Spitze des Kegels hat als sinus das Verhältnis zwischen der-Peripherie der-Grundlage des Kegelstumpfes und dem kompletten Umfang des Kreises, in welchem der Sechseckplan der Abb.1 eingeschrieben ist, also 5/6 öfte'r-©^833.

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Abb. 2 ist eine analoge Ansicht zu Abb. 1, welche die Entwicklung einer analogen Konstruktion zur- Erlangung eines Kegelstumpfes mit gleichem Winkel zeigt, wobei diese Dreiricbtungs-Konstruktion zwischen zwei konzentrischen Sechsecken 5-6 eingeschlossen und durch die beiden um 60 verschobenen Radien 7-8 begrenzt ist.

Die kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Konstruktionen, die man nach diesen Beispielen erhält, sind dazu bestimmt, eine geschlossene Fläche um eine vertikale Achse zu bilden. Man ersieht jedoch, daß das gleiche Prinzip genau so gut für die Erlangung offener kegelförmiger oder kep;elstumpfförmiger Konstruktionen .,deren Achse nicht vertikal verläuft, zum Beispiel bei einer halbke^elförmigen Konstruktion mit horizontaler »Ichse, Verwendung finden kann unter der Voraussetzung, daß eine Konstruktion verwendet wird, deren plane Entwicklung sich auf weniger als 180 erstrecken würde.

Aussehend von einem analogen Plan einer entwickelten Konstruktion, aber auf vier sechstel Sechseck begrenzt, deren äußere Radien 9-10 (Abb.3) 120° sind, erhält man eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Konstruktion mit vierkantiger Basis, deren halber Winkel an der Spitze einen sinus von 2/5 oder 0,666 hat.

Ausgehend von einer entwickelten Konstruktion, die sich auf die Hälfte eines Sechsecks erstreckt und von einem Durchmesser 11 (Abbo 4) begrenzt ist, erhält man ebenfalls einen Kegel oder Kegelstumpf mit dreieckiger· Grundfläche, dessenHalMLnkel an der Spitze einen sinus von 1/2 o-ier 0,5 hat. Die Spitze der Konstruktion bildet vorfcfiilhafterv/eise einen regelmäßigen oder nicht-regel-[fi'-Tji^en Tetraeder, der als Grundlage die kleine Basis des im Saum gebildeten Kegelstumpfes hat, der als starrer Keilstein dient.

Ausgehend endlich von einer auf zwei Winkeln in der Mitte von 60° (',bb. 5) entwickelten Konstruktion erhält man einen Kegel oier Kegelstumpf, deasen halber-Winkel an der Spitze einen 3inus von 1/3 oder 0,333 hat. Im Falle des

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Aufwickeins des Kegels wird die Spitze der Konstruktion, die aus ein©m einzigen Gurt 12 besteht, zu einer-Geraden oberhalb eines Rhombus mit vier Gurten 13» der sich, selbst oberhalb eines Sechsecks mit sechs Gurten 14 befindet, und das eine oder· das andere dieser beiden Elemente kann den unnachgiebigen Keilstein bilden. Wie bei den anderen Beispielen könnten die beiden Sektoren zur Mitte hin abgestumpft werden.

Die vier Konstruktionen, deren Prinzip soeben dargelegt worden ist, können theoretisch durch, konzentrische Zonen mit gleichen Stangen und Knoten, welche die linearen, praktisch unmerklichen Abweichungen absorbieren, unendlieh entwickelt werden.

Es wird bemerkt, daß bei jedem der vier-Kegel oder-Kegelstümpfe eine umgekehrte kegelförmige Konstruktion mit gleicher-Grundfläche aufgesetzt werden kann gemäß einem der Abb. 6 analogen Schema welches die Überdeckung von zwei Kegelstümpfen 15-16, die durch ihre kleinen Grundflächen verbunden sind, zeigt oder gemäß einem analogen Schema Abb.7 welches die Überlagerung eines Kegelstumpfes 17 und eines Kegels 18, die durch ihre großen Grundflächen verbunden sind, zeigt.

Die oben beschriebenen und in den Abbildungen 1 bis 5 dargestellten kegelförmigen Konstruktionen haben keinen begrenzenden Charakter. In bestimmten Fällen könnte man zum Beispiel Konstruktionen verwirklichen, deren Entwicklung nur ein sechstel des Kreises um den Hittelpunkt, welcher·der Spitze der kegelförmigen Konstruktion entspricht, einnehmen würde. In einem solchen EaIl würde der sinus des halben Winkels des Kegels 1/6, also 0,166 betragen, und man würde zu einer jedenfalls erhöhten Konstruktion gelangen, in deren Innerem man im übrigen auf übereinander liegenden, aufeinander folgenden Höhen Fußböden vorsehen könnte.

Wenn die Konstruktionen mit doppelter Decke (napr<e) verwirklicht werden, dann ist der äußere Kep-el ein trianguliertea Dreirichbuners-üetz oJer ein Hetz mit sechseckigen Maschen. Der äußere Kegel kann -i ltwecler mit dem Innenkegel gleich sein, aber vertikal verschoben oder

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homothe-tiseh oder durch die Verbindung der Tetraederoder Pyramiden- Spitzen, deren Grundflächen zum inneren Kegel gehören, bestimmt sein, wie dies bereits erwähnt worden ist.

Der Verbindungslcnoten zwischen den triangulierten Stangen der Abbildungen 1 bis 5 kann durch ein Teil mit sechs radialen Flügeln 20 (Abb. 8 - 10) vorzugsweise trapezförmig, wie dargestellt, gebildet werden, und jeder Flügel kann ein Loch 21 haben, durch welches der Durchgang einer- Schraube 22 bei der Montage der- an diesem Flügel endenden Gurtung ermöglicht wird. Diese Gurtung kann in verschiedenen Formen ausgeführt werden, und auf Abb. 10 sind vier Beispiele hierfür dargestellt. Eins dieser-Beispiele hat einen Gurt, der aus zwei Stangen 23 besteht, von denen jede in ein Flacheisen mit gebohrtem Schraubenloch 24 endet, um zwischen diesen den entsprechenden Flügel 20 beim Anziehen der-Montageschrauben 22 einzuklemmen. Ein anderes Beispiel wird durch ein Profileisen 25 gebildet, dessen flaches Endstück ebenfalls mit dem entsprechenden Flügel 20 versehraubt ist. Sin drittes Beispiel besteht aus einem Rohr 26, das in zwei parallele Flaoheisen 27 endet und den entsprechenden Flügel 20 einklemmt, und ein viertes Beispiel wird durch nur eine Stange für das ganze Profil 28 gebildet, die in zwei parallele Flacheisen 29 endet, welche den entsprechenden Flügel 20 greifen.

Gemäß der-Achse des Knotens, der· senkrecht zu der durch die sechs hier endenden Gurte gebildeten Oberfläche liegt, kann man in dem Teil 19 ein Loch 30 vorsehen, welches als Durchgang für einen Ständer 31 dient, der sich für das Verlegen der Decke nach oben erstreckt, oder aber nach unten, für das Aufhängen einer aus dreieckigen, rautenförmigen oder sechskantigen , flachen oder tetraederförmigen,vorgefertigten Decke, oder für das Aufhängen von Leuchtkörpern, wobei dieser Ständer aus einer Schraube zur Aufnahme von Befestigungsmuttern gebildet wird.

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In den Abbildungen 11 und 12 sind noch Entwicklungen eines kegelförmigen oder kegelstumpfförmigen Konstruktionsnetzes dargestellt, das sieb von den in den Abbildungen 1 bis 5 gezeigten durch "Verwendung von quadratischen Maschen 33 niit Stangen 34 gemäß den Seiten der Quadrate und gemäß einer der Diagonalen 35 oder beider unterscheidet, wobei die Verbindung der Stangen 34—35 dann durch Knoten mit acht"Abzweigen, die, abgesehen von der Zahl der Abzweige, wie die Knoten der Abbildungen 8 bis IO zusammengesetzt sein können, hergestellt werden kann.

Auf Abb. 11 hat man die Verwendung einer Entwicklung in Aussicht genommen, die sich auf 270° um die Mitte eines Vierecks erstreckt,' um einen Kegel zu bilden, dessen Spitze ein Tetraeder, das einen Keilstein bildet und mit den Seiten 36 des zentralen Vierecks verbunden ist, aufnehmen kann. Der Sinus des halben Kegelwinkels beträgt alsdann 3/4 = 0,75.

Die Abbildung 12 zeigt eine analoge Entwicklung, die sich auf 180° erstreckt und eine kegelförmige Konstruktion mit einem halben Winkel an der Spitze bildet, dessen Sinus 1/2 = 0,50 ist (halber-Winkel 30°). In diesem Fall kann die Kegelspitze eine mit den vier- Seiten verbundene Pyramide aufnehmen.

Man könnte ebenfalls eine auf 90° begrenzte Entwicklung für· die Erlangung einer-kegelförmigen Konstruktion mit einem halben Winkel in der-Spitze mit einem Sinus von 1/4 = 0,25 verwenden.

Die Konstruktionen, die beschrieben worden sind, eignen sich für die Fertigbauweise. Die Montage kann zonenweise erfolgen, die alsdann verlegt werden, um durch Verschrauben der anstoßenden Zonen unter Überschreitung der Elastizitätsgrenze fertiggestellt zu werden, aber sie kann auch an Ort und Stelle durch Verschrauben vorgenommen werden.

Um die Geometrie der Kegel und Kegelstumpfe bei der Wontage zu kontrollieren, kann man entweder eine At-trappe oder einstellbare Zugstangen, die in zur lohse -ies Ko^gIg senkrecht ,stehenden Ebenen pteimen-Tnrniin;^ Polygone bilden, ver·-enden.

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Sie kegelförmigen Konstruktionen könnten in der Weise angeordnet werden, daß ihre kleine Grundfläche mit dem Boden verbunden ist, während sich ihre große Grundfläche im Baum befindet. In diesem Fall könnte man einen Kegel oder Kegelstumpf in umgekehrter Sichtung darauf setzen, wie dies in der Abbildung 7 dargestellt ist.

Wenn die Modular-Daehelemente glatt sind, können sie nur durch Knoten vermittelst einer leichten Täfelung in der Weise getragen werden, daß die Stangen 32 nicht auf Biegung beansprucht werden und das Fachwerk von der Abdeckung entlastet (gelöst) werden kann, die wie ein Boden über das Fachwerksnetz hinaus sichtbar wird, wobei alle Farben und Beleuchtungsarten zulässig sind.

Wenn die ebenen Elemente gerippt sind, vermeidet man das Verlegen einer Täfelung, wodurch eine Gewichtsminderung ermöglicht wird.

Man bemerkt, daß die Steifheit der Fahrwerkskonstruktion durch die kontinuierliche Triangulation bewirkt wird, und daß ihre Standfestigkeit im Raum durch die Unnachgiebigkeit des Grundflächenkranzes und durch die festen Unterstützungen auf dem Boden erzielt wird.

Es versteht sich, daß die flächenentwickelbaren Konstruktionen, wie sie tier besehrieben worden sind, mit Teilen mit Vertiefungen oder Vorsprüngen, die für die Fertigung von dreidimensionalen Konstruktionen zur Erreichung der gewünschten Steifheit bestimmt sind, verbunden werden können.

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Claims

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1. J Eine triangulierte, modul are Abdeckungs-Fachwerks-KonVtruktion, die zusammengesetzt ist aus Triangulationsstangen und Zusammenbauteilen, die Triangulationsknoten bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konstruktion aus einem gleichförmigen Netz mit Maschen aus gleichen gleichseitigen Dreiecken oder Quadraten mit einer oder zwei Diagonalen ergibt, das im Plan um einen Mittelpunkt auf einen mehr oder weniger großen Sektor entwickelt ist und dieses Netz gebildet wird aus gleichen Stangen, und bei der Montage in eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Konstruktion oder einen Teil des Kegels oder Kegelstumpfes durch Annähern der Radien der entwickelten Konstruktion aufgerollt wird, sowie Triangulationsknoten, die jeweils sechs Stangen verbinden und dann im Baum durch Zusammenbauteile eines einzigen Typs, dessen Befestigung an die Stangen die erforderliche lineare Anpassung der Stangen ermöglicht, materialisiert werden.

2_2_ Eine Fachwerke-Abdeckungskonstruktion gemäß Anspruch 1, in welcher das Abdeckungsfachwerk durch eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Fläche mit vertikaler Achse, φ die um diese Achse geschlossen ist, gebildet wird.

Eine Abdeck-Fachwerkskonstruktion gemäß Anspruch.1, in welcher das Abdeckfachwerk insgesamt oder teilweise durch eine kegelförmige oder kegelstumpfförmige Fläche mit horizontaler oder geneigter Achse gebildet wird und sich auf einen Bruchteil des Umfanges um die Achse erstreckt.

4g. Eine Abdeck-Fachwerkskonstruktion gemäß Anspruch 1, in welcher jeder Knoten aus einem sternförmigen Zusammen-

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bauteil mit beispielsweise sechs oder acht Abzweigen besteht, die für die Befestigung an die sechs in diesen Knoten einmündenden Stangen mit Hilfe eines Befestigungsmittels, das eine leichte lineare Anpassung ermöglicht, bestimmt sind.

Eine Abdeck-Fachwerkakonstruktion gemäß Anspruch 4, in welcher die Abzweige jedes Stücks, welche einen Knoten bilden, die Form radialer Flügel im Trapez haben.

62. Eine Abdeck-Fachwerkekonstruktion gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5» die eine oder zwei zusätzliche Flächen (nappes) einschließen und dadurch die Konstruktion verdoppeln oder verdreifachen, wobei jede zusätzliche Fläche (nappe) gemäß einem Dreirichtungs-Dreieck- oder Sechseck-Haschennetz durch verbindende Verbundstangen gebildet wird und die Pyramidenspitzen, deren dreieckige Grundfläche eine der Maschen der ersten einfachen Konstruktion bildet.

2·. Eine Abdeck-Fachwerkskonstruktion bestehend aus zwei elementaren Konstruktionen mit vertikaler Achse gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, übereinander angeordnet in umgekehrter Richtung um die gleiche Vertikalachse und untereinander durch ihre kleinen oder ihre großen Grundflächen verbunden.

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