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"Knotenelement für Bauwerke aus vorgefertigten Bauelementen11 Die
Erfindung betrifft ein Knotenelement für Bauwerke aus vorgefertigten Bauelementen,
bei denen die Deckenträger über radial verlaufende Arme der Knotenelemente miteinander
verbunden und einige Knotenelemente durch an diesen angreifende Säulenelemente am
Boden abgestützt sind.
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Derartige Knotenelemente als Stahl- oder Aluminiumbauteile für vorgefertigte
Bauwerke sind bekannt. Bei einem Bauwerk dieser Art hat man die Geschoßdecken aus
dreieckigen, miteinander verbundenen Platten gebildet, die durch an Plattenecken
angeschlossene Stützen getragen sind. Dabei können bei dem bekannten Bauwerk die
Platten an höchstens zwei Ecken von den Stützen unterstützt sein, die in ihre Querschnitt
einer Plattenecke oder mehreren benachbarten Plattenecken entsprechend angepaßt
sind.Die aneinanderstoßenden Plattenränder sind miteinander durch Spannmittel hiegesteif
verbunden (DT-PS 1 434 015). Die Köpfe der Säulenelemente können Knotenelemente
für die Geschoßdecke bilden.
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Diese Knotenelemente können auch gesondert hergestellt und
mit
rohrförmigen Säulenelementen verschraubt oder verschweißt sein. In den Bereichen
der Geschoßdecke, in denen die Knotenpunkte nicht durch Säulenelemente abgestützt
sind, können die Knotenelemente aus Abschnitten der Säulenprofile ausgebildet sein.
Während mit diesen Bauelementen vorwiegend Bauwerke mit Raumgrundrissen aufgebaut
werden, welche sich aus gleichschenkligen Dreiecken zusammensetzen lassen, ist es
auch bereits bekannt, aus diesen Bauelementen rechteckige oder quadratische Grundrisse
zu bilden (vgl. DAS 1 434 017).
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Bei den beschriebenen Bauelementen sind die Deckenträger mit den Armen
oder Flanschen der Knotenelemente fest verschraubt, so daß diese gemeinsam eine
starre Einheit bilden. In gleicher Weise sind bei den bekannten Systemen auch die
abgestützten Knotenelemente mit den Säulenelementen zu einer starren Einheit verschraubt
oder verschweißt. In allen diesen Fällen werden von den Deckenträgern die Kräfte
durch die Verbindungsstellen mit den radial verlaufenden Armen sowohl in horizontaler
als auch in senkrechter oder lotrechter Richtung eingeleitet. Die Größe der dabei
übertragbaren Kräfte wird durch die Höhe der Knotenelemente und der Deckenträger
sowie durch die radiale Länge der Arme des Knotenelementes bestimmt. Da die Arme
nur eine begrenzte radiale Länge aufweisen können, wenn sie mit wirtschaftlich vertretbarem
Aufwand hergestellt werden sollen, müssen größere Kräfte durch entsprechende Vergrößerung
der Höhe der Deckenträger und der Knotenelemente berücksichtigt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Knotenelement der eingangs näher
bezeichneten Art so weiter zu entwickeln, daß auch bei begrenzter Ausladung der
radialen Arme des Knotenelementes wesentlich größere Kräfte als bisher bei begrenzter
Höhe oder axialer Länge der Knotenelemente aufgenommen werden, wobei gleichzeitig
die horizontal wirkenden Kräfte und die lotrecht oder in Achsrichtung des Knotenelementes
wirkenden Kräfte wesentlich günstiger als bisher in das Knotenelement eingeleitet
werden können. Dadurch soll gleichzeitig die Möglichkeit geschaffen werden, die
Knotenelemente auf besonders wirtschaftliche Art mit begrenzter radialer Ausladung
herstellen zu können.
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Diese Aufgabe-wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Knotenelement
wenigstens an einem Ende einen etwa senkrecht zur Ebene der Arme verlaufenden Scheibenkörper
zur Verbindung mit Flanschen der Deckenträger aufweist. Zweckmäßigerweise sind dabei
an beiden Enden des Knotenelementes Scheibenkörper vorgesehen. Die Scheibenkörper
können dabei Bohrungen aufweisen, durch die sie mittels Schraubbolzen mit den Flanschen
der Deckenträger fest verschraubt werden können. Diese Anordnung hat den Vorteil,
daß in den Deckenträgern auftretende horizontale Schubkräfte ausschließlich in die
Scheibenkörper abgesetzt werden, während die radial verlaufenden Arme der Knotenelemente
im wesentlichen nur noch die Vertikalkräfte aufzunehmen brauchen. Da die Scheibenkörper
in ihren Abmessungen senkrecht zur Achse des Knotenelementes wesentlich größer gehalten
werden können als die radiale Ausdehnung der Arme
des Knotenelementes,
können auch die Befestigungsbohrungen der Scheibenkörper in wesentlich größerem
Abstand von der Achse des Knotenelementes angebracht werden.
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Zweckmäßigerweise sind die Scheibenkörper gesondert herstellbare Teile,
die mit den Enden der Knotenelemente durch Schrauben oder Schweißen, vorzugsweise
aber durch Klemmen oder dgl. lösbaren Verbindung, verbunden sind. Hierbei kann der
Durchmesser der Scheibenkörper unabhängig von dem Durchmesser der Knotenelemente
gewählt werden, so daß durch variierende Kombination ein und desselben Knotenelementes
mit unterschiedlich dimensionierten Scheibenkörpern unterschiedlichen Verhältnissen
bezüglich der aufzunehmenden Kräfte auf einfache und ökonomische Weise Rechnung
getragen werden kann. Da die Schubkräfte über die Scheibenkörper übertragen werden
und die Arme nur noch im wesentlichen durch die achsparallelen Kräfte belastet sind,
brauchen die radialen Arme nur noch begrenzte radiale Ausdehnung zu haben. Damit
lassen sich die Knotenelemente selbst auf besonders einfache Weise als Abschnitte
von Strangprofilen herstellen. Damit ergibt sich eine besonders wirtschaftliche
Herstellung für den Fall, daß die Knotenelemente aus Aluminium hergestellt sind,
bei denen die Arme einstückig miteinander verbundentind.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß bei Verwendung von
zwei Scheibenkörpern, die jeweils an den Enden des Knotenelementes
angebracht
werden, der eine Scheibenkörper fest mit dem einen Ende des Knotenelementes verbunden
wird, während der andere Scheibenkörper, zweckmäßigerweise der obere, axial verschiebbar
mit dem Knotenelement verbunden ist, um Höhentoleranzen der Deckenträger auf zuverlässige
Weise Rechnung zu tragen.
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Jedes Knotenelement besteht zweckmäßigerweise aus einem über seine
ganze Höhe reichenden, vorzugsweise massiven, Kern, von dem, zweckmäßigerweise einstückig,
die Arme radial vorspringen, während an den, zweckmäßigerweise verjüngten, Enden
des Kernes der oder die Scheibenkörper, vorzugsweise durch Klemmen, befestigbar
sind.
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Der Kern weist zweckmäßigerweise wenigstens an einem Ende eine in
der Achse des Kernes verlaufende Gewindebohrung auf.
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Hierdurch kann der eine Scheibenkörper zusätzlich durch Schrauben
axial unverschiebbar mit dem Kern verbunden sein.
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Vor allem aber läßt sich hierdurch auch eine Verbindung des Knotenelementes
mit einem das Knotenelement senkrecht abstützenden Säulenelement herstellen, welche
im begrenzten Maße eine allseitige gelenkige Verbindung darstellt, die zuverlässig
verhindert, daß vom Knotenelement Biegemomente in das Säulenelement eingeleitet
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Beispielen näher erläutert.
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Fig. 1 in schematischer perspektivischer Ansicht ein aus verschiedenen
Knotenelementen und Deckenträgern gebildetes Tragwerk für eine Geschoßdecke; Fig.
2 in Seitenansicht und im Schnitt einen Profilstrang, von dem lediglich durch Abtrennen
von Abschnitten die Knotenelemente gewonnen werden können; Fig. 3 einen horizontalen
Schnitt durch eine Knotenstelle eines Tragwerkes, welche Knotenstelle durch kein
Säulenelement abgestützt ist; Fig. 4 eine Seitenansicht auf die Knotenstelle nach
Fig.3; Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch eine Knotenstelle, die durch eine
Säule abgestützt ist und ihrerseits eine nach oben ragende weitere Säule für eine
weitere Geschoßdecke abstützt und Fig.6 in Draufsicht jeweils verschieden ausgebildete
Knotenelemente gemäß der Erfindung.
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Fig. 1 läßt das Prinzip der Herstellung eines Bauwerkes unter Verwendung
von Knotenelementen gemäß der Erfindung erkennen.
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Wiedergegeben ist in perspektivischer Darstellung das Tragwerk 1 einer
Geschoßdecke. Diese ist aus Deckenträgern 2, z.B. Profilblechen aus Aluminium oder
Stahl und aus Knotenelementen 3 verschiedener Ausführungsformen zusammengesetzt.
Einige der Knotenelemente sind, wie durch strichpunktierte Linien 4 angedeutet ist,
durch Säulenelemente in lotrechter Richtung abgestützt.
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Andere Knotenelemente, bei denen keine strichpunktierte Linie 4 vorgesehen
ist, sind dagegen ohne eine solche Abstützung nur mit den angeschlossenen Deckenträgern
verbunden, wie dies
beispielsweise bei dem mit 3a bezeichneten Knoten
element der Fall ist.
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Jedea Knotenelement bestebt aus einem Kern 6 und von diesem in radiale
Richtung ausgebenden Armen 6a, die mit den anschließenden Enden der Deckenträger
2 fest verbunden, inabesondere verschraubt sind. Die Verschraubung erfolgt derart,
daß jedes gnotenelement mit allen angesoblossenen Deckenträgern eine starre Einbeit
bildet.
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Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 weisen die Knotenelemente 3 am
unteren und oberen Ende ibres Kernes 6 quer zur Acbse des Kernes verlaufende Sebeibenkörper
5 auf, von denen die oberen Scheiben zur besseren Übersicht der Anordnung nur gestriobelt
angedeutet sind. Die Scheiben sind an den Knotenelementen befestigt und mit den
horizontalen Flanschen 2a der Deckenträger 2 fest verschraubt.
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Wie aus Fig. 1 bervorgebt, unterscheiden sich die Knotenelemente durch
unterschiedliche Anzabl und Ricbtung der radialen Ansctilußarme 6a.Die mit kleinen
Buchstaben "a" bis "k" bezeicbneten unterschiedlichen Knotenelemente sind in Fig.6
unter den gleichen Buchstaben im Querscbnitt wiedergegeben, wobei an einigen Knotenelementen
unterschiedlicb ausgebildete Scheibenkörper 40a-40k wiedergegeben sind, deren Zuscbnitt
sich jeweils über den Kern erstreckt. In diesem Zusanimenbang wird darauf bingewiesen,
daß im Bereich der Abstützung durob eine Säule die gezeigten Kontenelemente, z.B.
die Knotenelemente e, f, g und h der Fig.6 auch obue Scheibenkörper verwendet werden
können. Die Verwendung mit je einem oberen und unteren Sebeibenkörper wird jedoch
bevorzugt
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, können die Knotenelemente gleicher
Richtung und gleicher Anzahl von Anschlußarmen 9a - 9c aus einem Profilstrang 7
lediglich durch Abtrennen entsprechender Abschnitte gewonnen werden. Auch hier ist
das Knotenelement in der bevorzugten Ausführungsform mit einem massiven Kern 8 von
vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt und einstückig von diesem vorspringenden
Armen dargestellt.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Knotenpunktstelle unter Verwendung des
neuen Knotenelementes. Hierbei handelt es sich um eine Knotenstelle, die nicht durch
eine Säule unmittelbar nach unten abgestützt ist.
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Die Knotenstelle 10 besteht aus einem Knotenelement 17 mit einem Kern
18 und radial vorspringenden Armen 19. Im dargestellten Beispiel sind fünf Arme
in zwei unterschiedlichen gegenseitigen Winkelstellungen wiedergegeben. Jeder Arm
19 weist mehrere in einer senkrechten Reihe angeordnete Bohrungen 20 auf, durch
welche Schraubenverbindungen 20a angebracht werden können, die dazu dienen, jeweils
an einen Arm die beiden lotrechten Stege 13, 15 von paarweise parallel angeordneten
Deckenträgern 11,12 zu befestigen. Dabei werden die Schraubenverbindungen zweckmäßigerweise
so festgezogen, daß die Deckenträger 11 und 12 mit dem Knotenelement eine starre
Einheit bilden. Die Arme 19 werden dabei zweckmäßigerweise mit den Stegen 13 und
15 der Deckenträger 11 und 12 so fest zusammengepreßt, daß zwischen diesen Teilen
eine hohe Reibung besteht.
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Im dargestellten Beispiel ist der Kern 18 des Knotenelementes 17 an
seinen vorspringenden Enden 21 und 23 verjüngt ausgebildet. Auf diese verjüngten
Abschnitte ist jeweils ein Scheibenkörper 24 bzw. 25 aufgeschoben und im Paßsitz
gehalten. Der untere Scheibenkörper 25 kann auch festgeschraubt oder festgeschweiß
sein, während der obere Scheibenkörper 24 zweckmäßigerweise axial verschiebbar auf
dem Ende 23 aufgeklemmt ist,um Höbentoleranzen der Deckenträger leichter ausgleichen
zu können.
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Die Scheibenkörper 24 und 25 sind kreisförmig und weisen einen Durchmesser
auf, der größer ist als der maximale Durchmesser des Knotenelementes 17.Die Scheibenkörper
ragen also über die radialen Arme 19 hinaus. Jeder Scheibenkörper 24,25 weist nahe
seinem Umfangsrand einen Kranz von Bohrungen 26 auf.Diese-> dienen zur Aufnahme
von Schraubenverbindungen 27, mit denen die Scheibenkörper an den Flanschen 14a
bzw. 16a, 16b der als Profile ausgebildeten Deckenträger angeschraubt werden können.
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Auch hier erfolgt eine feste Verschraubung der Teile zur Unterstützung
der starren Verbindung auch zwischen den Flanschen und den Scheibenkörpern. Die
Flansche sind vorn zugeschrägt, um den Anschluß der Decken träger für die benachbarten
Arme des Knotenelementes zu ermöglichen.
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Aufgrund dieser Ausbildung der Knotenstelle 10 werden alle Schub-
und Zugkräfte von den Deckenträgern auf die Scheibenkörper 24 und 25 übergeleitet,
so daß die Arme 19 des Knotenelementes weitgehend nur durch lotrechte Kräfte belastet
sind.
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Hierdurcb läßt sich eine wesentlich günstigere Kräfteaufnahme bei
relativ geringen Abmessungen des Knotenelementes erreichen.
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Da die Scheibenkörper 24, 25 gesondert hergestellte Teile sind, läßt
sich ein und dasselbe Knotenelement 17 mit Scheibenkröpern unterschiedlicher Abmessungen
verbind-en, wie dies durch den Scheibenkörper 28 in den Fig. 3 und 4 angedeutet
ist. Ein solcher größerer Scheibenkörper west zwei oder mehr Lochkränze auf, so
daß sich eine entsprechende großere Anzahl von Schraubverbindungen 27,29 zwischen
jedem Deckenträger 11 oder 12 und dem Scheibenkörper ergibt, wie dies in den Figuren
dargestellt ist.-Die Scheibenkörper unterschiedlichen Durchmessers können den Knotenelementen
auswechselbar zugeordnet sein, so daß sich die Lagerhaltung wesentlich vereinfacht
und an Ort und Stelle das Knoten element den jeweiligen Belastungen und graftverhältnissen
entsprechend angepaßt werden kann.
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Die Konstruktion ist besonders geeignet für :im Strangpreßverfahren
herstellbare Teile, z. B. aus Aluminium oder aber aus Stahl. Aber auch bei geschweißten
Knotenelementen aus Stahl hat die neue Konstruktion große Bedeutung, da durch die
Befestigung der Träger an den Scheibenkörpern eine Entlastung der Schweißnähte erfolgt
und somit eine hochbelastbare, jedoch leichte und wirtschaftliche Ausführung mit
geringen Eerudurchmessern und Flanschen geringer Wanddicke realisierbar ist.
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Ohne die Scheibenkörper müßten zur Erzielung gleicher Belastbarkeit
breitere Schweißnähte und dickwandige Flansche vorgesehen sein, die wiederum zu
einem großen Kerndurchmesser führen und damit zu einer schweren und unwirtschaftlichen
Bauform.
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Bei dem Ausführungabeispiel nach Fig. 5 ist die Anwendung eines Knotenelementes
gemäß der Erfindung im Bereich einer durch ein Säulen element 30 abgestützten Knotenstelle
veranschaulicht. Das Säulenelement besteht aus einem zylindrischen Rohrkörper, der
an seinem Ende durch eine Kappe 31 abgeschlossen ist, deren Stirnfläche kalottenartig
oder konvex gewölbt ist.
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Die Kappe 31 weist eine zentrale Bohrung für einen in der Achse 37
des Säulen elementes liegenden Schraubbolzen aufS der in eine stirnseitige Gewindebohrung
wie die Gewindebohrung 22 im Kern 18 des Knotenelementes 17 der Fig. 4 einschraubbar
ist.
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Zwischen der Ebene des Scheibenkörpers des Knotenelementes und der
konvexen Stirnfläche der Endkappe 31 erhält man allseitig einen Winkel 38, der in
allen Richtungen Schwenkbewegungen zwischen der Säule 30 und dem Knotenelement 32
zuläßt. Dadurch wird gewährleistet, daß tiber den Kern 33 des Knotenelementes 32
nur lotrechte Kräfte in das Säulenelement 30 eingeleitet werden; während Biegemomente
auf das Säulen element nicht einwirken können. Die Arme 34 und die Scheibenkörper
39 des Knotenelementes St d in der anhand von Fig. 3 und 4 beschriebenen Weise mit
den in Fig.5 nicht gezeigten Deckenträgern fest verschraubt.
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Fig.5 deutet noch-an, daß die Arme des Knotenelementes in radialer
Richtung auch~verlängert sein können, um Arme 34a mit größerer Lochzahl und größerer
Reibungsfläche mit den Stegen der Decken träger vorzusehen.
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Wie Fig. 5 weiterhin andeutet, kann das gleiche Knotenelement auch
zur Abstützung einer von dem Knotenelement 32 nach oben
ragenden
Säule 35 dienen, die wie die Säule 30 über eine Kappe 36 mit konvexer Stirnfläche
an dem Scheibenkörper 39 des Knotenelementes anliegt und über einen zentralen Schraubbolzen
mit dem Kern 33 des Knotenelementes gelenkig verbunden ist.
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Die beiden Säulenelemente 30 und 35 liegen im dargestellten Beispiel
in der gleichen Achse 37.