DE4411491C2 - Verfahren zur Herstellung einer räumlichen gewölbten Konstruktion und Stützvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer räumlichen gewölbten Konstruktion und Stützvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen gewölbten Konstruktion unter Verwendung einer temporär pneumatisch gestützten Hülle und einer Stützkonstruktion. Die Erfindung betrifft auch eine Stützkonstruktion.
Es ist bekannt, zur Herstellung von kontinuierlichen Betonschalen, pneumatisch gestützte Schalungen zu verwenden. Derartiges Verfahren ist in der DE-PS 19 11 352 beschrieben. Pneumatisch gestützte Hüllen werden seit längerem zur Schaffung von kurzfristig genutzter Räumen verwendet. Sie werden als durch Innenüber- oder Unterdruck stabilisierte Hüllen ausgebildet. Der Innenüberdruck wird durch Kompressoren ständig auf einer erforderlichen Höhe gehalten. Während die Baukosten von solchen Räumen relativ niedrig liegen, sind die Wartungskosten sehr hoch.
Aus der EP-A-70 096 ist ein starres Gerüst bekannt, welches eine aufblasbare Hülle umgibt. Durch das Aufblasen der Hülle wird das Gerät aufgestellt und kann nun mit einem aushärtenden Material beschichtet werden. Ein Abbau des Gebäudes ist nicht mehr möglich.
Die DE-OS 21 54 813 offenbart eine zusammenlegbare und wiederaufstellbare Leichtbau-Lagerhalle; deren Gerüst nach dem Errichten von einer Deckschicht, z. B. einer Kunststoffolie überdeckt wird.
Mit der DE-OS 16 84 785 ist eine aufblasbare haubenartige Überdachung bekannt geworden, die mittels Seilen in Form gehalten und verspannt wird. Eine Stützung der Haube erfolgt nicht.
Mit der US-A-4 750 509 ist eine Faltvorrichtung für ein Zeltgestänge bekannt geworden, wobei der Zeltstoff nicht aufblasbar ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer räumlichen gewölbten Konstruktion und eine Stützvorrichtung dafür zu entwickeln, welche die Vorteile von pneumatisch gestützter Konstruktionen und von Bauwerken mit zusammenleg- und faltbaren Teilen, z. B. Zelten, vereint.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen, das eine temporär pneumatisch gestütze Hülle und eine Stützkonstruktion verwendet. Dazu wird eine elastische Hülle an ihrem äußeren Rand an einem Fundament befestigt. Ungespannte schlaffe Seile werden an den Hauptlastabtragungstrajektorien, d. h. meridional, und ggfs. entlang der Breitenlinien an der zu erstellenden räumlichen Konstruktion angeordnet und mit der Hülle verbunden. Danach werden die Enden der ungespannten Seile am Fundament befestigt, wobei auf den Seilen Rippensegmente, und Spannschlösser zur Bildung einer Stützkonstruktion aneinandergereiht werden.
Nun wird die Luft unter der Hülle eingeblasen, wobei sich die Hülle in ihre geometrische Form aufrichtet.
Dabei kuppeln die Rippensegmente und Hülsen der Stützkonstruktion in die erforderliche räumliche Lage, wobei die Stützkonstruktion mittels Spannschlösser nachgespannt werden kann. Nun kann der Einblasvorgang beendet werden.
Die Stützkonstruktion wird durch meridional der Hauptlastabtragungstrajektorien angeordnete und auf Seilen im Abstand aneinandergereihte Rippensegmente und Spannschlösser gebildet. Die Stützkonstruktion kann zusätzlich noch ein entlang eines Breitenkreises verlaufendes ringförmig geschlossenes Seil mit darauf im Abstand aneinandergereihten Rippensegmenten und Spannschlössern aufweisen. Die Aneinanderkupplung und Zusammenspannung der Stützkonstruktion erfolgt nachdem die Hülle die vorgegebene Form angenommen hat. Die Kupplung der einzelnen Rippensegmente miteinander mittels aus längenverschiebbaren Hülsenteilen bestehenden Hülsen erfolgt formschlüssig über ihre Kupplungselemente. Durch Druckluftzufuhr in die Hülsen werden die Hülsenteile auseinandergeschoben und mit Radialkeilen fixiert. Nach der Zusammenspannung der Rippensegmente kann die pneumatische Hüllenunterstützung beseitigt werden. Die elastische Hülle ist im Endzustand auf die Stützkonstruktion aufgespannt.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird die im Primärzustand pneumatisch gestützte Hülle als Hilfskonstruktion genutzt, um die auf Seilen aneinandergereihten aber noch nicht miteinander gekuppelten Rippensegmente in die erforderliche räumliche Lage zu bringen. Die drucksteifen Rippensegmente können sowohl an der Außen- als auch an der Innenseite der elastischen Hülle eingebaut werden. Da die Rippensegmente mit Abstand voneinander an der Hülle befestigt sind, ist die elastische Hülle im ungespannten Zustand faltbar, was beim Transportieren ein Vorteil ist.
Nach diesem Verfahren kann eine Rippenstruktur mit praktisch beliebiger geometrischer Form erzeugt werden. Diese geometrische Form wird durch entsprechendes Zuschneiden der Membranenstreifen und die Befestigung der Rippensegmente an der elastischen Hülle auf dem entsprechenden Platz, bestimmt.
Dieses Verfahren ist auch für die Herstellung von hyperbolischen Formen geeignet. In diesem Fall sind keine horizontal geführten Seile erforderlich, da die Rippensegmente geradlinig sind, was seinerseits ein Vorteil beim Vorspannen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine kuppelförmige, pneumatisch unterstützte, elastische Hülle im Primärzustand;
Fig. 2 die elastische Aufspannung der Hülle auf den Rippen im Endzustand, wobei die pneumatische Unterstützung der Hülle schon beseitigt ist;
Fig. 3 die Kupplung der Rippensegmente;
Fig. 4 ein Schnitt IV-IV gemäß Fig. 3;
Fig. 5 und 6 die bei ungespannten Seilen erforderliche längenverschiebbare Hülse;
Fig. 5a eine vergrößerte Darstellung Va gemäß Fig. 5;
Fig. 5b einen Schnitt Vb gemäß Fig. 5;
Fig. 7 und 8 ein stern- bzw. kreuzförmiges Rippensegment;
Fig. 9 ein Spannschloß;
Fig. 10 und 11 Befestigungen der Rippen im entkoppelten Zustand am Fundament bzw. am Erdreich;
Fig. 12 ein hyperbolisches Paraboloid.
Die Herstellung einer kuppelförmigen Konstruktion (Fig. 1) erfordert den entsprechenden Zuschnitt der elastischen Hülle 30. An den Hauptlastabtragungstrajektorien sind ungespannte schlaffe und meridional verlaufende offene Seile 1 angeordnet. Entlang eines Breitenkreises verläuft ein geschlossenes schlaffes Seil 2. Auf den Seilen 1 und 2 befinden sich längliche Rippensegmente 3 und an den Kreuzungsstellen der Seile kreuzförmige 4 bzw. sternförmige 5 Rippensegmente, die an der Hülle 30 befestigt sind.
Die Endteile der schlaffen Seile 1 werden mit der Fundament verbunden. Bei diesem Beispiel wird zuerst am hergestellten Fundament die vorbereitete Hülle 30 an ihrem Rand befestigt und in regelmäßiger Faltung eben ausgelegt (zeichnerisch nicht dargestellt). Während des Einblasens von Luft in die Hülle wird die gesamte lockere Rippenstruktur in kurzer Zeit hochgehoben, dabei gleiten die auf den Seilen 1 und 2 aufgereihten Rippensegmente 3, 4, 5 relativ zu den Seilen 1 und 2 und nehmen wie auch die Seile 1, 2 die vorgegebene räumliche Lage ein. Der zur vollen Formbildung erforderliche Innendruck wird unter anderem durch das Rippengewicht bestimmt.
Bei Herstellung von relativ hohen Formen z. B. hyperbolischen Türmen wird die elastische Hülle mit leichtem Gas (Helium) vorgespannt um die abhebende Kraft zu vergrößern.
Auf den Seilen 1, 2 sind zwischen den Rippensegmenten längenverschiebbare Hülsen 6 vorgesehen, die eine Kupplung der Rippensegmenten 3, 4, 5 ermöglichen. Bei Druckluftzufuhr in die Hülsen 6 verlängern sich die Hülsen 6, wodurch sich der lichte Abstand der Rippensegmente 3, 4, 5 vermindert und die Endteile der Rippensegmente 3, 4, 5 wie auch der Hülsen 6 und Spannschlösser 7 werden verbunden. Nachdem alle Rippensegmente gekuppelt sind, kann die Vor- und Nachspannung der Stützkonstruktion folgen. Das wird mit Hilfe von Spannschlössern 7 erreicht, die mit hydraulischen oder mechanischen Drehmomentenschlüsseln angezogen werden. Danach kann der Luftdruck auf der Innen- und Außenseite der elastischen Hülle 30 ausgeglichen werden. Die elastische Hülle ist auf die Stützkonstruktion aufgespannt und dadurch stabilisiert. Die nach diesem Verfahren hergestellte Stützkonstruktion mit aufgespannter elastischen Hülle 30, kann unter anderem auch als Schalung, die durch Rippen stabilisiert ist, zur Herstellung von Betonschalen verwendet werden.
Die Rippensegmente 3 sind gemäß Fig. 3 mit Kupplungselementen 29 versehen. Diese bestehen aus einem halbsphärischen, bzw. konusförmigen Zapfen, der in eine entsprechende Ausnehmung am benachbarten Rippensegment eingreifen. Zur Zentrierung ihrer Lage verlaufen die Seile 1 und 2 in einem rohrförmigen Führungsteil 8. Durch Blechrippen 9 und einen ausgehärtetem Verguß 10 mit geringem Gewicht wird das rohrförmige Führungsteil 8 ausgesteift (Fig. 4). Die Entkupplung der Rippensegmente zur Demontage wird durch Druckfedern 11 erleichtert.
Die Hülse 6 besteht gemäß Fig. 5 bzw. 6 aus zwei ineinandergreifenden Teilen, die sich relativ zueinander verschieben können, wodurch sich die Hülsenlänge ändert. Zur Zentrierung ihrer Lage verlaufen die Seile 1, 2 in einem rohrförmigen Führungsteil 8. Beide Teile sind durch einen Faltenbalg 12 verbunden. Zu seiner Zentrierung ist der Faltenbalg 12 mit gleitenden Elementen 13 vorgesehen. Am Ventil 14 wird die Druckluft zugeführt. Dadurch verlängert sich der Faltenbalg 12 und schiebt die beiden Hülsenteile auseinander. Erreichen die längenverschiebbaren Hülsen 6 eine bestimmte Länge, wird die Lage der beweglichen Teile durch Radialkeile 15 fixiert. Nachdem eine Druckfeder 16 (Fig. 5b) die Radialkeile 15 in die Nut 17 (Fig. 5a) eingeschoben hat, ist eine weitere Hülsentransformation nicht mehr möglich. Bei der Demontage wird die Druckfeder 16 entspannt und die Flachfedern 18 ziehen die Radialkeile 15 aus der Nut 17 zurück.
Das sternförmige Rippensegment 5 gemäß der Fig. 7 dient zur Durchführung und Befestigung der Seile 1 und das kreuzförmige Rippensegment 4 gemäß der Fig. 8 dient zur Durchführung und Befestigung der Seile 1, 2. Sie weisen wie auch andere Rippensegmente ein rohrförmiges Führungsteil 8, Druckfedern 11 und Kupplungselemente 29 auf.
In Fig. 9 ist ein Spannschloß 28 dargestellt, das bei relativ kleiner Vorspannkraft mit Hilfe eines Drehmomentenschlüssels angezogen werden kann. Wie auch bei den anderen Rippensegmenten sind Kupplungselemente 29, ein rohrförmiges Führungsteil 8 und eine Druckfeder 11 vorgesehen. Um das Verspannen zu erleichtern ist ein Wälzlager 19 vorgesehen.
In Fig. 10 und 11 sind die Befestigungen der Stützkonstruktion einschl. Spannschlösser 7 im entkuppelten Zustand am Fundament 20 bzw. am Erdreich 21 dargestellt. Im zweiten Fall werden Erdanker 22 verwendet.
Die Demontage wird in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt. Zuerst wird die elastische Hülle pneumatisch unterstützt. Danach werden die Spannschlösser 28 entspannt. Nun werden die Radialkeile 15 mit Hilfe von Flachfedern 18 aus den Nuten 17 herausgezogen und aus den Faltenbalgen 12 wird der Luftüberdruck abgelassen. Durch die Faltenbalgfedern werden die Hülsenteile zusammengezogen. Die Druckfedern 11 zwischen den Rippensegmenten entkuppeln und drücken die Rippensegmente auseinander. Danach sind die Rippensegmente 3, 4, 5, Hülsen 6 und Spannschlösser 28 locker auf den Seilen 1, 2 aufgereiht und der Luftüberdruck kann aus der Hülle 30 abgeblasen werden. Die Hülle 30 sinkt mit den Rippensegmenten nieder und kann vom Fundament getrennt und zusammengefaltet werden.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Herstellung von hyperbolischen Formen dar. Dazu sind längliche 3, V31- und kreuzförmige 4 Rippensegmente erforderlich. Da in diesem Fall kein ringförmig geschlossenes Seil nötig ist, können die längenverschiebbaren Hülsen, Spannschlösser und sternförmigen Rippensegmente entfallen. Die Kupplung und die Vorspannung der Rippensegmenten erfolgt durch das Anziehen der Seile mittels mechanischer oder hydraulischer Winden.
In Fig. 12 ist ein hyperbolisches Paraboloid dargestellt. An der oberen horizontalen Scheibe 23 sind die Seile 24 befestigt. Gegen die untere Scheibe 25 werden die Seile mit Hilfe von Winden 26 angezogen. Die untere Scheibe 25 ist am Fundament 27 befestigt. Beim Anziehen der Seile 24, nähern sich die beiden Scheiben 23, 25, der Rippensegmentabstand verkleinert sich und die aufgereihten Rippensegmente 3 und 4 werden gekoppelt. Auf der oberen horizontalen Scheibe 23 kann eine zweite Stufe montiert werden. Mit einer entsprechenden Helium-Luft-Mischung wird die elastische Hülle 30 für die zweite Stufe pneumatisch vorgespannt. Die abhebende Kraft muß ausreichend sein, um die zweite Stufe ohne zusätzliche Geräte auf die erste Stufe anheben zu können. Während der Montage muß die zweite Stufe durch zusätzliche Verankerungsseile mit der Erde verbunden werden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer räumlichen gewölbten Konstruktion unter Verwendung einer temporär pneumatisch gestützten Hülle (30) und einer Stützkonstruktion mit folgenden Verfahrensschritten:
  • - eine elastische Hülle (30) wird an ihrem äußeren Rand an einem Fundament (20, 27) befestigt,
  • - die Endteile von entlang von Hauptlastabtragungs­ trajektorien verlaufenden schlaffen Seilen (1) werden am Fundament (20, 27) befestigt, wobei auf den Seilen (1) Rippensegmente (3, 5) und Spannschlösser (7) zur Bildung der Stützkonstruktion aneinandergereiht sind,
  • - unter die Hülle wird Luft eingeblasen, wobei sich die Hülle in ihre geometrische Form aufrichtet,
  • - die Stützkonstruktion wird durch Zusammenkuppeln der Rippensegmente (3, 5) gebildet,
  • - die Stützkonstruktion wird mittels Spannschlösser (7) nachgespannt,
  • - der Einblasvorgang wird beendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß entlang eines Breitenkreises ein schlaffes geschlossenes Seil (2) mit darauf angeordneten Rippensegmenten (3, 4, 5) und Spannschlösser (7) zur Bildung der Stützkonstruktion mit dem Seil (1) befestigt wird.
3. Stützvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch entlang von Hauptlastabtragungstrajektorien angeordnete, auf Seilen (1) im Abstand aneinandergereihte Rippensegmente (3, 5) und Spannschlösser (7), wobei die Kupplung der einzelnen Rippensegmente (3, 5) miteinander mittels längenverschiebbare Hülsen (6) formschlüssig über ihre Kupplungselemente (29) erfolgt und durch Druckluftzufuhr in die Hülsen (6) die Hülsenteile auseinandergeschoben und mit Radialkeilen (15) fixiert sind.
4. Stützvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch entlang eines Breitenkreises auf einem Seil (2) im Abstand aneinandergereihte Rippensegmente (3, 4, 5) und Spannschlösser (7).
5. Stützvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (6) aus längenverschiebbaren Hülsenteilen besteht.
6. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Rippensegmente (3) die Krümmung der gewölbten Konstruktion aufweisen.
7. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippensegmente mit der Hülle (30) an der gemeinsamen Tangente miteinander verbunden sind.
8. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippensegmente mit Abstand voneinander angeordnet sind, so daß die Hülle (30) im Transport- und Montagezustand faltbar ist.
9. Stützvorrichtung nach einem der Anspruche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippensegmente rohrförmige Führungsteile (8) zur Aufnahme der Seile (1, 2) aufweisen.
10. Stützvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Führungsteil (8) mit einem leichten druckfesten Material umgeben ist.
11. Stützvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Führungsteil (8) durch Rippen (9) ausgesteift ist.
12. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (29) der Rippensegmente (3, 4, 5) konusförmig ausgebildet sind oder die Form einer Halbsphäre aufweisen.
13. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungselemente (29) Öffnungen für die Seildurchführung aufweisen und axial an den Rippensegmenten (3, 4, 5) angeordnet sind.
14. Stützvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile (1, 2) offen oder ringförmig geschlossen ausgebildet sind.
15. Stützvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen Seile (1) durch am Fundament (27) befestigte Seilenden verspannbar sind.
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