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Bausystem der Skelettbauweise
Die Erfindung betrifft
ein Bausystem der Skelettbauweise mit aus Beton, Stahlbeton oder Spannbeton vorgelertigten
Teilen.
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Es sind bereits Bausysteme, bzw. okelettkonstruktionen bekanntgeworden,
bei denen durch Kombination von mindestens zwei verschiedenen vor£Pej-ertigten zeilen
das tragende Skelett erstellt wird. Dabei muss durch zusätzliche donderelemente
oder -anschlüsse an Ortbetonkerne die Stabilität gewährleistet werden.
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Perner sind auch einfache Verbindungen bekanntgeworden, die jedoch
bei frockenmontage die Verbindung der Fertigteile über Kraftumlenkung vornehmen
oder beim Zusammenfügen der Teile mindestens einen Montagezwangspunkt bewirken und
zudem in ihrer gewählten Art für die Stabilität der Skelettkonstruktion keine Berücksichtigung
finden können.
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Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Bausysteme, die vor allem darin bestehen, dass mehrere voneinander verschiedene
Bauelemente benötigt werden und ferner mehrere verschiedene Verbindungsmittel innerhalb
einer tragenden stabilen Skelettkonstruktion vorgesehen werden müssen, zu vermeiden.
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Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass vorgefertigte Rahmelemente
vorgesehen sind, die sämtlich gleich ausgebildet und in Knotenpunkten mit im Bereich
von zwei bis vier beliebiger Stosszahl mittels durchweg gleicher Verbinder, die
senkrecht und mittig zu den stirnseitigen Stossflächen verlaufen, zusammengefügt
sind.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanken sind die stirnseitigen Stossflächen
der Rahmenelemente um 45 gegen die Mittilebene derselben geneigt,so dass die Stossflächen
bei im Grundriss rechtwinkliger anordnung zweier oder mehrerer Rahmenelemente satt
auSeinander liegen. die Stirnkante der Xtosstlachen wird zweckmässig abgeflacht,
um im Knotenmittelpunkt ein gewisses
Spiel zu erzelen.
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Das erfindungsgemässe Bausystem zeichnet sich durch besondere Einfachheit
der Fertigung, Wirtschaftlichkeit im Materialaufwand und eine einfache Montage aus.
Hinzu kommt, dass mit einfachen Mitteln eine äusserst stabile Knotenpunktverbindung
hergestellt werden kann, wobei die Verbindung trocken, d.h. ohne Yermörtelung, erfolgt.
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Die erfindungsgemässen Rahmenelemente sind, da sie sämtlich völlig
gleich ausgebildet werden, nicht nur, wie bereits erwährt, äusserst rationell zu
fertigen, sondern sie bieten darüber hinaus noch den Vorteil, dass die Austauschbarkeit
derselben während der Montage gewährleistet ist. »ie erfindungsgemässen Rahmenelemente
haben vorteilhaft die Form eines U-förmigen, nach unten offenen Rahmens, der also
aus zwei senkrechten Stielen, die durch einen Riegel verbunden sind, besteht.
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Die erwähnte Neigung der Stossflächen um 450 gegenüber der flittelebene
jedes Rahmenelementes bringt weiterhin den Vorteil mit sich, dass jetzt im Knotenpunkt
eine um etwa 3cm36 grössere Stoss- bzw. Eontaktfläche der Rahmenelemente im Vergleich
zu dem bisher üblichen Stoss mit ebenen,gegenüber der Mittels ebene nicht geneigten
Stirnflächen, erzielt wird. Da ferner die Verbinder der Rahmenelemente in den Stossstellen
erfindungsgemäss rechtwinklig zu den stirnseitigen Btossflächen verlaufen, wird
die gesamte Zugspannung eines jeden Verbinders zur Erzeugung der Flächenpressung
in den Stossflächen herangezogen; durch diese hrt der Verbindung entstehen in den
Kontaktflächen nur Normalspannungen.
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Die erwähnte Anordnung sämtlicher Durchführungen zur aufnahme der
Verbinder innerhalb der Rahmenelemente in ein und derselben horizontalen Ebene ist
von besonderer Bedeutung, weil es
durch diese Massnahme gelingt,
die einzelnen Rahmenelemente völlig gleich auszubilden. Wurden die Durchführungen
nämlich in verschiedenen Höhen liegen, so müsste man mindestens zwei Gruppen von
Rahmenelementen fertigen, deren Durchführungen jeweils in der einen oder anderen
Ebene lägen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung liegt der Austritt jeder Durchführung
zur Aufnahme der Verbinder auf dem der zugeordneten Stossfläche abgewandten Ende
in einer Winkelnische, deren Auflagefläche für die Verbinderköpfe parallel zu der
gegenüberliegenden Stossfläche und mithin rechtwinklig zu der Spannrichtung der
Verbinder verläuft. Auch diese Winkelnische liegt bei sämtlichen Rahmenelementen
an der gleichen Stelle, so dass die Einheitlichkeit der Fertigung gegeben ist.
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Als Verbinder können starre Gewindebolzen entsprechender Länge verwendet
werden. Es ist jedoch nach einem weiteren Erfindungsgedanken auch möglich, hierfür
flexible Verbinder, wie z.B.
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Stahlseile, zu verwenden, deren Enden mit entsprechenden Fittings
versehen sind. Nach einem weiteren Erfindungsgedanken sind die Enden dieser flexiblen
Verbinder derart ausgeführt, dass sie jeweils gleichzeitig gehalten und angespannt
werden können. Das Halten der Fittings gegen Verdrehen während des Anspannens ist
notwendig, um ein Verdrillen der flexiblen Verbinder zu verhindern. Diese flexiblen
Verbinder bieten den Vorteil, dass sie sich bei überkreuzendem Verlauf in praktisch
der gleichen Ebene einander gut anpassen.
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Für die vom Regelfall der im Grundriss quadratischen Anordnung der
Rahmenelemente abweichende Forderung eines Diagonal anschlusses ist nach einem weiteren
Erfindungsgedanken ein Sonder-Rahmenelement vorgesehen, dessen stirnseitiges Ende
eine Ausklinkung erhält, wobei jeweils eine senkrecht zur Mittelebene der Sonder-Rahmenelemente
verlaufende, mit den entsprechenden Durchführungen der übrigen Rahmenelemente im
montierten Zustand fluchtende Durchführung für oben beschriebene Verbinder vorgesehen
ist.
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Die erfindungsgemässen Rahmenelemente können weiterhin auch für die
lotrechte Verbindung übereinander stehender Xahmenelemente ausgebildet werden. Zu
diesem Zweck sind in sämtlichen Stielen der Rahmenelemente lotrechte 7)urcnführungen
vorgesehen, die im montierten Zustand der Rahmenelemente miteinander fluchten und
zur ausnahme von Zugankern dienen, die über aufgeschraubte Kupplungsmuffen miteinander
verbunden sowie im Fundament verankert sind, wodurch eine durchgehende kral'tschlüssige
Vertikalverbindunv sämtlicher übereinander stehender Rahmenelemente erfolgt.
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Um in Bedarfsfall die Rahmeneckmomente bzw. die Weiterleitung der
Riegelendmomente in die stiele der Rahmenelemente zu unterbinden und für lotrechte,
knotenpunktsymmetrische Riegelbelastung eine Durchlaufwirkung der aneinander gereihten
und fluchtenden Rahmenriegel zu erreichen, ist nach einem weiteren SrSindungsgedanken
eine zusätzliche Horizontalverspannung miteinander fluchtender Rahmenelemente durch
Spannkabel vorgesehen, die an besonderen, innerhalb der Riegel gelagerten Verankerungsk(irpern
angreifen.
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Da in dem ert'indungsgemässen Bausystem bereits die Verbindundung
zweier rechtwinklig auf einander stossender Rahmenelemente in sich völlig stabil
ist, gestaltet sich die Montage eines Bauwerkes auch insofern besonders einfach,
weil es jetzt nicht mehr notwendig ist, die Elemente seitlich durch verstellbare
4windeln abzustützen, um sie so in der vertikalen Lage zu halten. Die erfindungsgemässe
Ausbildung der Knotenverbindung hat jedoch noch einen weiteren Vorteil insofern,
als es jetzt möglich ist, beispielsweise von vier jeweils rechtwinklig aufeinander
stossenden Rahmenelementen lediglich jeweils zwei davon miteinander zu verbinden,
so dass innerhalb des stabilen Knotenpunktes eine sog. Dehnfuge gebildet wird, die
bei längeren Elementverbänden in bestimmten Abständen erforderlich ist.
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i)ie erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung,
in der einige Ausführungsbeispiele für erfindungsgemässe Rahmenelemente und Verbinder
sowie daraus herstellte Knotenpunkte dargrestellD sind, näher erläutert. 1s zeigen:
Fig. 1 den schemetischen Crrundriss einer dkelettkonstruktion, Fig. 2 die Seitenansicht
zweier miteinander fluchtender, erfindungsgemässer Ra'hmenelemente in verkleinerter
Darstellung, Fig. 3 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit zwei rechtwinklig aufeinander
stossenden Rahmenelementen, Fig. 4 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit drei jeweils
rechtwinklig aufeinander stossenden Rahmenelementen, Fig. 5 die Draufsicht eines
Knotenpunktes mit vier jeweils rechtwinklig aufeinander stossenden Rahmenelementen,
Fig. 6 den schematischen Grundriss einer Skelettkonstruktion mit schräg angesetzten
Rahmenelementen, Fig. 7 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit drei jeweils rechtwinklig
aufeinander stossenden und einem diagonal angeschlossenem Rahmenelement, Fig. 8
die Draufsicht eines Knotenpunktes mit zwei rechtwinklig auf einander stossenden
und einem diagonal angeschlossenem Rahmenelement, Fig. 9 die Draufsicht eines Knotenpunktes
mit vier angeschlossenen Rahmenelementen, wobei die Verbinder mit eingezeichnet
sind,
Fig. 10 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit zwei miteinander
fluchtenden Fassadenplatten und einem rechtwinklig daran angeschlossenen Rahmenelement
mitsamt den zugehörigen Verbindern, Fig. 11 einen weiteren Grundriss einer Skelettkonstruktion
mit angeschlossenen Tragarmen, Fig. 12 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit Kragarm,
Fig. 13 eine ausschnittsweise Seitenansicht des Anschlusses eines Kragarmes an ein
Rahmenelement, Fig. 14 die Vorderansicht einer fünfgeschossigen okelettkonstruktion,
Fig. 15 einen Ausschnitt aus Fig. 14 mit eingezeichneten senkrechten Zugankern,
Fig. 16 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit vier senkrecht aufeinander stossenden
Rahmenelementen und eingesetzten Zugankern, Fig. 17 die Draufsicht eines Knotenpunktes
mit vier jeweils rechtwinklig aufeinander stossenden Rahmenelementen und eingezeichneter
Belastungsangabe, Fig. 18 eine Draufsicht eines Knotenpunktes mit vier Jeweils rechtwinklig
aufeinander stossenden Rahmenelementen und eingezeichneter Abgabe über die Belastungsverhältnisse
in der anderen Richtung, Fig. 19 die Vorderansicht einer z.B. neungeschossigen Konstruktion,
wobei ein Rasterfeld zur Erhöhung der Stabilität aus Grosstafel-Wandelementen, die
bedarfsweise
verschiedene Offnungen enthalten können, besteht, Fig.
20 die Vorderansicht einer erfindungsgemässen Skelettkonstruktion mit eingezeichneter
Momentenfläche für ltrechte, knotenpunktsymmetrische Belastung der Rahmenriegel
bei erfindungsgemässer Verspannung der aneinander gereihten, fluchtenden Riegel
der Rahmenelemente z.B. im unteren Geschoss, Fig. 21 die Draufsicht eines Knotenpunktes
mit vier jeweils rechtwinklig aufeinander stossenden Rahmenelementen und zusätzlicher
Verspannung je zweier miteinander fluchtender Rahmenelemente zur Erzielung der Durchlaufwirkung
bei lotrechter, knotenpunktsymmetrischer Rahmenriegelbelastung, Fig 22 den schematischen
Grundriss einer erfindungsgemässen Rahmenkonstruktion mit eingezeichnetem Verlauf
einer Dehnfuge, Fig. 23 die Draufsicht von vier jeweils rechtwinklig auf einen der
stossenden Rahmenelementen, von denen lediglich drei fest miteinander verbunden
sind und Fig. 24 die Draufsicht eines Knotenpunktes mit vier jeweils rechtwinklig
aufeinander stossenden Rahmenelementen, von denen paarweise jeweils zwei rechtwinklig
aufeinander stossende, miteinander verbunden sind, so dass eine über Eck laufende
Dehnfuge entsteht.
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Gemäss Fig. 1 sind die Rahmenelemente 1, die gemäss Fig. 2 U-förmig
ausgebildet und unten offen sind, so miteinander verbunden, dass quadratische Einzelräume
entstehen.
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Die Knotenpunkte 4, 5 und 6 der Fig. 1 sind in den Fig. 3 bis 5 in
der Draufsicht dargestellt. Man erkennt aus den Fig. 3
bis 5 die
geschrägte Profilierung jedes einzelnen Rahmenelementes, die eine satte Anlage der
Stossflächen bei jeweils rechtwinklig zueinander stehenden Rahmenelementen ermöglicht.
Die Fig. 3 bis 5 können gleichzeitig zur Erläuterung des Montagefortschrittes herangezogen
werden: Das erste Rahmenelement wird mittels flontagespindeln abgestützt.
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Das nächste Rahmenelement 1 wird ohne zusätzliche Montageabstützung
entsprechend dem Knotenpunkt 4 gemäss Fig. 1 und Fig. 3 mit dem ersten Rahmenelement
1 durch Verbinder 8 (s.
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Fig. 9) über Unterlagscheiben 9 und Muttern 10 verspannt.
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Gemäss Fig. 4 ist an die beiden rechtwinklig aufeinander stossenden
Rahmenelemente 1 ein drittes Rahmenelement angeschlossen, so dass sich ein Knotenpunkt
5 gemäss Fig. 1 ergibt und gemäss Fig. 5 ist der Knotenpunkt 5 gemäss Fig. 4 durch
ein viertes Rahmenelement 1 vervollständigt, wie dies in Fig. 1 durch den Knotenpunkt
6 angedeutet wurde.
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Die genauere Ausbildung und Anordnung der Verbinder 8 wird anhand
der noch zu behandelnden Fig. 9 später erläutert.
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Fig. 6 gibt einen weiteren schematischen Grundriss einer erfindungsgemässen
Skelettkonstruktion mit teilweise diagonal angeschlossenen Rahmenelementen 11 wieder.
Bei der gezeichneten Forderung im Grundriss diagonal verlaufender Gebäudefronten
genügt das wiederholte Hinzufügen eines, ebenfalls austauschbaren, donderelementes
11; die Ausbildung der Stirnseiten dieses Elementes ist aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich.
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Das Element lässt sich entweder an einem aus drei Jeweils rechtwinklig
aufeinander stossenden Rahmenelementen 1 bestehenden Knoten gemäss Fig. 7 (Knotenpunkt
"B" in Fig. 6) oder aber an zwei rechtwinklig aufeinander stossende Rahmenelemente
gemäss Fig. 8 (Knotenpunkt 11011 gemäss Fig. 6) anschliessen.
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Wemäss Fig. 9 sind die vier rechtwinklig aufeinander stossenden Rahmenelemente
1 durch vier Verbinder 8 miteinander verspannt, die ihrerseits in den Durchführungen
7 angeordnet sind. Die Gewindeenden der Verbinder 8, die hier als Gewindebolzen
dargestellt sind, liegen in den Winkelnischen 27 der Rahmenelemente 1, die in die
deitenwände der Stiele der Rahmenelemente 1 eingeformt worden sind. Die Auflageflächen
26 der Winkelnischen 27 verlaufen parallel zu den stirnseitigen Stossflächen, so
dass die mittels der Verbinder 8 ausgeübten Druckkräfte voll auf die zugeordneten
Stossflächen wirken, ohne dass hierbei Scherkräfte erzeugt werden.
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Da sich, wie aus Fig. 9 hervorgeht, die starren Verbinder 8 jeweils
kreuzen, können sie zwar nicht in genau der gleichen Eorizontalebene liegen, sie
berühren Jedoch einander und liegen deshalb lediglich um die halbe Materialstärke
ausserhalb einer gedachten gemeinsamen Ebene. Dies hat jedoch auf die völlig gleiche
Ausbildung sämtlicher liahmenelemente 1 hinsichtlth der Durchführungen 7 keinen
Einfluss. Es brauchen lediglich die Querschnitte der Durchführungen 7 so bemessen
zu werden, dass zwei übereinanderliegende Verbinder darin Platz finden.
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Gemäss Fig. 10 ist ein erfindungsgemässes Rahmenelement 1 an zwei
Fassadenplatten (bandwichplatte als Aussenhaut) herkömmlicher Ausführung angeschlossen.
Dieses Beispiel wurde gewählt, um die Möglichkeit der Kombination von erfindungsgemässen
Rahmenelementen mit herkömmlichen Wandelementen der Grosstafelbauweise aufzuzeigen.
Die Ausbildung des Rahmenelementes 1 bleibt völlig unverändert, lediglich die Anschlüsse
in den Fassadenelementen bedürfen einer besonderen Ausbildung. Danach wird der starre
oder flexible Verbinder 8 je nach auftretender Montagetoleranz direkt mit der Osenmuffe
14 verschraubt oder über eine Traverse 11, eine Gewindeöse 12, eine Ringschraube
13 und eine Osenmuffe 14 gelenkig und kraftschlüssig in den Fassadenelementen verankert.
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Gemäss Fig. 11 ist unter Beibehaltung der zuvor beschriebenen Knotenpunktausbildung
und Verbinder durch Hinzufügen eines Sonderelementes, das hier als Kragarm ausgebildet
ist, die Ausführung von besonderen Konstruktionen, die beispielsweise zum Anbau
von Balkonen dienen kann, möglich.
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Die Draufsicht gemäss Fig. 12 zeigt, dass die Anschlussverbindung
in genau gleicher Weise ausgebildet ist, wie dies zuvor beschrieben wurde.
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Die Fig. 13, die einen Schnitt längs der Linie A - A darstellt, lässt
die mögliche Form des angeschlossenen Kragarmes erkennen.
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Gemäss den Fig. 14 und 15 ist eine bei mehrgeschossigen Gebäuden bedarfsweise
mögliche, über die gesamte Gebäudehöhe durchlaufende, zugkraftschlüssige Verbindung
der übereinanderstehenden stiele der Rahmenelemente 1 einschliesslich deren Verankerung
im Fundament dargestellt. Diese zugkraftschlüssige Verbindung wird in der Weise
ausgebildet, dass in den Rahmenstielen lotrecht verlaufende Aussparungen 15 vorgesehen
sind, in denen Jeweils ein Zuganker 16 geführt ist, der über aufgeschraubte Kupplungsmuffen
17 mit dem Zuganker 16 des darüber und darunter liegenden Rahmenelementes 1 bzw.
mit einem im Fundament verankerten äusseren Zuganker kraftschlüssig verbunden ist.
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Durch das beschriebene Zusammenfügen der stiele der Rahmenelemente
1 und die erfindungsgemässe Knotenausbildung in Verbindung mit der je Geschoss gemäss
den statischen Erfordernissen in bestimmten Abständen kontinuierlich angeordneten
horizontalen, kraftschlüssigen Verbindungen im Knotenpunkt sowie durch die eben
geschilderte vertikale Verspannung der übereinanderstehenden Rahmenelemente 1 wird
ein "Zusammenwirken" sämtlicher im Knotenpl t zusammengefügter Rahmenelemente erzielt,
so dass für die statische Berechnung des Bauwerkes bezogen auf
die
Beanspruchungsrichtn jetzt anstelle zweier fluchtender Einzelquerschnitte 18 ( in
Fig. 16 schraffiert) der Gesamtquerschnitt 19 der beiden rechtwinklig zum Momentenvektor
31 stehenden Rahmenstiele gemäss Fig. 17, bzw. der Gesamtquerschnitt 19 der beiden
rechtwinklig zum Momentenvektor 32 stehenden Rahmenstiele gemäss Fig. 18 für die
Raumstabilität, bzw. für die rechnerische Belastbarkeit dieser lotrecht aussteifenden
Gebäudeteile in Ansatz gebracht werden darf.
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Ss wird hier also ein lotrecht aussteifendes Bauteil als über die
gesamte Gebäudehöhe durchgehender, bewehrter, verdübelter Querschnitt gewonnen.
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Wie in Fig. 19 ersichtlich, können durch Einfügen von geschosshohen
Wandelementen 20 bei Beibehaltung der Knotenpunktausbildung und -verbindung Probleme
der Raumstabilität und andere statische Erfordernisse in allen Grössenordnungen
(hier 9-geschossiges Haus) gelöst werden.
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Fig. 20 zeigt die bei mehrgeschossigen Gebäuden bedarfsweise erforderliche
susschaltung der Rahmenwirkung in den Innenbereichen, d.h. die Ausbildung der Knotenpunkte
als lediglich vertikal belastete Stützen ohne Weiterleitung der Biegemomente aus
den anschliessenden Riegeln in die in den Knoten zusammengefügten Stiele der Rahmenelemente
1. Zu diesem Zweck werden die Riegel der miteinander fluchtenden Rahmenelemente
1, unter Beibehaltung der zuvor beschriebenen Knotenausbildung und -verbindung zusätzlich
vorgespannt, so dass in statischer Hinsicht eine Durchlaufwirkung der Riegel der
Rahmenelemente 1 für lotrechte Geschosslasten entsteht und die Weiterleitung der
Biegemomente in die Stiele für symmetrische Lasten unterbunden wird.
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Wie die Fig. 21 zeigt, sind zu diesem Zweck in besonderen Aussparungen
22 der Riegel der Rahmenelemente 1 Verankerungskörper 23 eingesetzt, an die Spannkabel
24 greifen. Die Aussparungen 25 im Bereich der stirnseitigen Enden Jedes Rahmenelementes
1
werden so bemessen, dass der kreuzweise Durchlauf der Spannkabel 24 in praktisch
einer ebene möglich ist und die Rahmenelemente 1 mithin weiterhin völlig identischd
ausgebildet und somit austauschbar bleiben.
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In dem schematischen Grundriss einer erfindungsgemässen kelettkonstruktion
gemäss Fig. 22 ist als Beispiel der geforderte Verlauf einer durchgehenden, rechtwinklig
abgeknickten Dehnfuge eingezeichnet.
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Im hnotenpunkt D wird eine Dehnfuge dadurch erreicht, dass gemäss
Fig. 23 lediglich zwei miteinander fluchtende und ein rechtwinklig darauf stossendes
Rahmenelement 1 in der geschilderten Weise miteinander verspannt werden, während
das in Fig. 23 oben liegende (in der Konstruktion steht dieses Rahmenelement selbstverständlich
neben den übrigen Rahmenelementen 1) nicht verspannt; wird. Längs der *;tossflächen
dieses oberen" Rahmenelementes 4 ist mithin eine wusgleichsbewegung (Dehnung) möglich.
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In dem Knotenpunkt E gemäss Fig. 22 wird, wie aus Fig. 23 ersichtlich
ist, eine andere Form der gruppenweisen Verbindung von Rahmenelementen 1 gewählt,
um eine im Grundriss über Eck laufende Dekffuge entstehen zu lassen. Danach werden
paarweise je zwei rechtwinklig auf einander stossende Rahmenelemente 1 durch je
einen Verbinder 8 gegeneinander verspannt. Die nicht von Verbindern 8 durchdrungenen
Stossflächen lassen danach Relativverschiebungen in bestimmten Grenzen zu.
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Ansprüche: