DE4419558C2 - Doppel-Stahlrohr-Strukturteil - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppel- Stahlrohr-Strukturteil, das über Haltebolzen mit Knotenstücken verbunden ist, bestehend aus zwei ineinander liegenden Stahlrohren, von denen das innere Stahlrohr ein elastisches und plastisches Ausknicken des äußeren Stahlrohres verhindert, zur Aufnahme einer über Knotenstücke axial zusammendrückend wirkenden Kraft.

Bei der Herstellung großer Fachwerke unter Verwendung einer Vielzahl von Strukturteilen, die als lange Stahlrohre ausgebildet sind, ermöglicht die Verwendung von Knotenstücken zum Verbinden der Strukturteile und damit die Konstruktion von räumlichen Fachwerkstrukturen. Um radial eine Vielzahl von Strukturteilen zu sphärischen Knoten zusammenzufügen, die mehrere Halteteile aufweisen, sind Verbindungsvorrichtungen zu verwenden, die mit einem Haltebolzen ausgerüstet sind, der in axialer Richtung des Strukturteiles beweglich ist.

Solche Verbindungsvorrichtungen, die Stahlrohre über Knotenstücke fest verbinden, sind z. B. in der US- 4,872,779 und US-5,141,351 gezeigt. Jede dieser Vorrichtungen umfaßt Haltebolzen mit einem Gewindeteil, die je mit einer Schraubenbohrung des Verbindungsknotens zu verbinden sind, und jeweils eine verschiebliche, eine Schlüsselfläche aufweisende Büche umfassen, die auf dem mittleren Abschnitt des Haltebolzens angeordnet sind. Durch Drehen der Büchse schiebt sich der zugeordnete Haltebolzen vor, der vor dem Ende des Strukturteiles zu dem Verbindungsknotenstückes hinweisend befestigt ist.

Wenn eine aus Strukturteilen zusammengesetzte Fachwerk- Konstruktion mit schwerem Schnee bedeckt oder einem starkem Erdbeben ausgesetzt ist, wirkt diese axial zusammenpreßende Last auf jedes Stahlrohrteil über die an beiden Enden miteinander verbundenen Knotenstücken der Stahlrohre. Solche starke zusammenpreßenden Lasten führen zum elastischen und plastischen Ausknicken der Strukturteile, wobei in aller Regel die Festigkeit eines einzelnen Stahlrohres sofort abnimmt, wie es von einer doppelt gestrichelten Kettenlinie A in Fig. 11 gezeigt ist, so daß die Fachwerk-Konstruktion bald zusammenbricht.

Aus der US-4,281,487 ist ein Doppel-Stahlrohrteil bekannt, das ein kontrolliertes Ausknicken eines dehnbaren Strukturteiles ermöglicht, und das gewollt die Gesamtlänge des Strukturteiles verkürzt aufgrund einer vorherbestimmten plastischen, axialen Deformation des äußeren Rohres, sobald eine axial zusammenpressende Kraft eine vorbestimmte Dehnspannung übersteigt, so daß die äußeren und die inneren Stahlrohre der axial zusammendrückend wirkenden Kraft standhalten können, welche auf die Strukturteile wirkt, was zu einer Erdbebensicherheit der daraus erstellten Fachwerk- Konstruktion führt.

In der GB 2,248,862 A ist ein ähnliches Strukturteil offenbart worden, das ebenfalls ein äußeres Stahlrohr 44 und ein inneres Stahlrohr 55 (vgl. Fig. 10) umfasst. Diese Strukturteile sind mittels der Knotenstücke 3 zusammengefügt, in dem eine Gelenkvorrichtung 51 verwendet ist, die auf der Randabdeckung 66 installiert ist und das Ende der äußeren Stahlröhre 44 verschließt.

Der Zwischenraum zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Stahlrohres 55 und der inneren Oberfläche des äußeren Stahlrohres 44 ist so klein wie möglich gehalten, und die Länge eines Abstandes 11 zwischen einer Endseite des inneren Stahlrohres 55 und einer inneren Seite der Randabdeckung 66 ist als Hälfte der vorher bestimmten zusammenpressenden Deformation β definiert, die für das äußere Stahlrohr 44 zulässig ist.

Selbst wenn eine axial zusammenpressende Last P auf das äußere Stahlrohr 44 wirkt, wird das äußere Stahlrohr 44 davon abgehalten, sich in orthogonaler Richtung bezüglich der Längsachse 44m zu verformen wegen dem inneren Stahlrohr 55, das als biegefestes Rohr wirkt, durch das die elastische und plastische Verformung des Stahlrohres 44 verhindert wird. Hierbei wird das äußere Stahlrohr 44 plastisch in Richtung der Längsachse verkürzt, aber nur entlang der äußeren Oberfläche des inneren Stahlrohres 55.

Andererseits, wenn das äußere Stahlrohr 44 erst einmal stark zusammengedrückt ist, werden beide Enden des inneren Stahlrohres 55 mit den inneren Seiten der Randabdeckung 66 in Berührung kommen, wie es durch die doppelt gestrichelten Kettenlinien gezeigt ist, so daß eine resultierende Spannung entsteht, die sich aus der Addition der Spannung des inneren Stahlrohres 55 zur verbleibenden Spannung des äußeren Stahlrohres 44 ergibt, die der ansteigenden axial zusammenpressend wirkenden Kraft widersteht und derart wirkt, daß sich das Doppel-Stahlrohr nicht sofort deformiert. Da das zuvor angesprochene Doppel-Rohr ursprünglich keine Widerstandsteile innerhalb des Abstandes 11 hat, entsteht eine anfängliche plastische Verformung durch die axial zusammenpressende Kraft in der Nähe von der Randabdeckung 66. Die Deformation des Endteiles des äußeren Stahlrohres 44 wird instabil und axial unsymmetrisch, dadurch wird das äußere Stahlrohr 44 nahe bei dem Knotenstück 3 gezwungen sich zu krümmen.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, behindert das Auftauchen der teilweisen Krümmung des äußeren Stahlrohres 44 eine ausschließlich axiale Krafteinleitung auf das Doppel- Stahlrohr innerhalb einer Fachwerk-Konstruktion.

Darüber hinaus verhindern die instabilen Verformungen des äußeren Stahlrohres 44 eine erwünschte Verkürzung in axialer Richtung entsprechend der vorher bestimmten Deformation β, die dafür zulässig ist. Folglich kann die Endseite des inneren Stahlrohres 55 nicht mit der inneren Seite der Randabdeckung 66 in Berührung kommen, was bedeutet, daß die Festigkeit des inneren Stahlrohres 55 keinen Nutzen bringt, wie es in Fig. 11 durch die gestrichelte Linie B gezeigt ist, die eine sofortige Abnahme der Festigkeit des Stahlrohres gleich nachdem Beginn der plastischen Verformung zeigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, hier Abhilfe durch ein neues Doppel-Stahlrohr-Strukturteil zu schaffen, dessen Ausbildung eine elastische und plastische Verformung an dem äußeren Stahlrohr verhindert, auf das eine axial zusammenpressende Last einwirkt.

Zweck der Erfindung ist es, bei einem solchen Strukturteil zu verhindern, daß das äußere Stahlrohr sich örtlich unter einer axial zusammenpressenden Kraft verkrümmt, die größer als die Dehnspannung ist, um eine große zusammenpressende Deformation des äußeren Stahlrohres in axialer Richtung zu erleichtern, und um dem Strukturteil zu ermöglichen, axial zusammenpressenden Kräften zu widerstehen, indem die plastische Deformationskapazität beibehalten wird, wenn die axiale, auf das Stahlrohr einwirkende Kraft die Knicklast des Einzelrohres übersteigt, so daß beim Einsatz solcher Strukturteile in einer Fachwerk- Konstruktion der sofortige Einsturz verhindert wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das äußere Stahlrohr einen dehnbaren dünnen Stahlrohrabschnitt zwischen zwei dicken Stahlrohrabschnitten hat, daß beide dicken Stahlrohrabschnitte in Verbindung mit den beiden Enden des dünnen Stahlrohrabschnittes sind, daß die Dicke der dicken Stahlrohrabschnitte die 1,5- bis 1,7-fache Dicke des dünnen Stahlrohrabschnittes aufweist, daß die dicken Stahlrohrabschnitte in Verbindung mit je einer Randabdeckung stehen zwecks Aufnahme der Haltebolzen, daß der Abstand zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Stahlrohres und der inneren Oberfläche des äußeren Stahlrohres so klein wie möglich ist und beide Stahlrohre in ihrem mittleren Stahlrohrabschnitt in Längsrichtung miteinander verbunden sind, daß der Abstand zwischen der Endseite des inneren Stahlrohres und der inneren Seite der Randabdeckung durch die Hälfte der zulässigen, axial zusammenpressend wirkenden Verformung für das äußere Stahlrohr bestimmt ist, und daß die das innere, als biegefestes Rohr wirkende Stahlrohr überlappende Länge des dicken Stahlrohrabschnittes so gewählt ist, daß diese etwa ein- bis zweimal dem äußeren Durchmesser des äußeren Rohres entspricht.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verhindert das biegefeste Stahlrohr elastische und plastische Deformation des Strukturrohres. Der dicke Stahlrohrabschnitt verformt sich elastisch und das dünne Stahlrohr verkürzt sich plastisch entlang des inneren Stahlrohres, nachdem die axiale zusammenpressend wirkende Last größer als die Dehnspannung des dünnen Stahlrohres geworden ist.

Dadurch knickt das Strukturteil niemals in der Nähe der Randabdeckung aus, und die axiale Kraft wird ausschließlich in das Doppel-Stahlrohr eingeleitet.

Die axial wirkende Spannung, die in dem Doppel- Stahlrohr auftritt, steht die Spannung des inneren Stahlrohres und der Spannung des äußeren Stahlrohres entgegen, nachdem sich das äußere Stahlrohr auf eine vorherbestimmte Länge verkürzt hat. Die Fachwerk- Konstruktion bricht niemals sofort zusammen, sogar wenn das dehnbare, dünne Stahlrohr plastisch verformt ist, so daß Bewohner eines Gebäudes flüchten können, sogar dann noch wenn sich die daraus gebildeten Fachwerk- Konstruktionen schon stark verformt haben.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsteilansicht einer Seite eines Doppel-Stahlrohr-Strukturteiles nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Teilansicht des Doppel-Stahlrohr- Strukturteiles in einem übertriebenen gezeichneten Zustand, in dem das innere biegefeste Stahlrohr ein elastisches und plastisches Knicken des äußeren Stahlrohres verhindert,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Doppel- Stahlrohr-Strukturteiles, bei dem der dicke Stahlrohrabschnitt von einem verstärkten Rohr gebildet ist,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Doppel- Stahlrohr-Strukturteiles, bei dem der dicke Stahlrohrabschnitt von kreisförmig angeordneten Streifen gebildet ist,

Fig. 5 eine Teilansicht einer Fachwerk- Konstruktion, die Doppel-Stahlrohre und einfache Stahlrohre umfaßt,

Fig. 6 eine Teilansicht des Doppel-Stahlrohr- Strukturteiles, bei dem plastisches Knicken auf dem dünnen Stahlrohrabschnitt erzeugt ist,

Fig. 7 eine Gesamtansicht einer Fachwerk- Konstruktion, bei der Doppel-Stahlrohre für die Bauteile, die sich gegenüberstehen, verwendet sind,

Fig. 8 eine Ansicht entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7,

Fig. 9 eine Ansicht entlang der Linie IX-IX in der Fig. 7,

Fig. 10 eine Teilansicht eines Doppel-Stahlrohr- Strukturteiles nach dem Stand der Technik und

Fig. 11 ein Schaubild, das die axiale Deformation einer zusammenpressenden Last auf einem einfachen Rohr und einem erfindungsgemäßen Doppel-Rohr zeigt.

Fig. 1 ist eine Längsteilansicht einer linken Seite eines Doppel-Stahlrohr-Strukturteiles 2, das über eine Gelenkvorrichtung mit einem Knotenstück verbunden ist.

Das Strukturteil 2 besteht aus einem längeren Stahlrohr 4 und einem kürzeren biegefesten Stahlrohr 5, das in das Stahlrohr 4 eingeführt ist, so daß die elastische und plastische Deformation in einer Richtung orthogonal zu einer Längsachse 4m des Stahlrohres 4 durch den Widerstandseffekt des inneren Stahlrohres 5 verhindert wird, wenn eine axiale Druckkraft auf das Stahlrohr 4 einwirkt. Über je eine Randabdeckung 6 sind die Enden des Stahlrohres 4 abgeschlossen. Um den Haltebolzen 7 in das Knotenstück 3 zu schrauben, ist eine Büchse 8 vorgesehen, die bei einer Drehung den Haltebolzen axial verschiebt, wozu diese mit Schlüsselflächen 7A, die am Haltebolzen 7 angeformt sind, in Wirkverbindung steht.

Das Doppel-Stahlrohr-Strukturteil 2 ist mit dem Knotenstück 3 mittels eines an der Randabdeckung 6 befindlichen Haltebolzens 7 fest verbunden.

Das oben genannte Stahlrohr 4 umfaßt einen dehnbaren dünnen Stahlrohrabschnitt 4B und kurze dicke Stahlrohrabschnitte 4A, die mit den jeweiligen Enden des Stahlrohrabschnittes 4B verschweißt sind.

Vorzugsweise ist eine innere Oberfläche 4r des dicken Stahlrohrabschnittes 4A, die mit der Randabdeckung 6 verbunden ist, gleich groß zu einer inneren Oberfläche 4s des dünnen Stahlrohrabschnittes 4B. Und die Dicke t_A des dicken Stahlrohres 9A, das mit dem Abschnitt 4A korrespondiert, ist das 1,5- bis 1,7-fache der Dicke t_B des dünnen Stahlrohres 9B, das mit dem Stahlrohrabschnitt 4B korrespondiert.

Die Dehnspannung des dicken Stahlrohrabschnittes 4A gegen die axial zusammenpressend wirkenden Last ist größer als die des dünnen Stahlrohrabschnittes 4B. Wenn die Dicke t_A größer als das 1,7-fache der Dicke t_B gewählt ist, wird das äußere Stahlrohr 4 zu schwer, was nicht wünschenswert ist.

Im Fall, daß der äußere Durchmesser D₄ des dünnen Stahlrohres 9B 60,5 mm beträgt, und die Dicke t_B 3,2 mm ist, wird der äußere Durchmesser des dicken Rohres 9A beispielsweise auf 63,7 mm ausgelegt und die Dicke t_A ist deshalb 4,8 mm.

Werden zwei dicke Stahlrohrabschnitte 4A an den beiden Enden des äußeren Stahlrohres 4 angeordnet, so tritt nur dann eine plastische Verformung des dünnen Stahlrohrabschnittes 4B auf, wenn auf das Stahlrohr 4 eine große axial zusammenpressend wirkende Kraft einwirkt. Das bedeutet, daß der dicke Stahlrohrabschnitt 4A sich dabei nur elastisch verformt, und somit eine instabile, axial unsymmetrische Verformung des Stahlrohres 4 in der Nähe der Randabdeckung 6 verhindert.

Das innere biegefeste Stahlrohr 5 wird benutzt, um das äußere Stahlrohr 4 am Ausknicken zu hindern, wie es in Fig. 2 in übertrieben gezeichneter Form gezeigt ist, in dem unter Last die innere Oberfläche des Stahlrohres 4 gestützt wird, so daß das Stahlrohr 4 nicht anfängt, elastisch und plastisch auszuknicken infolge einer axial zusammenpressend wirkenden Kraft P.

Das Stahlrohr 5 muß gerade in dem Stahlrohr 4 gehalten sein und ist kürzer als das Stahlrohr 4, so daß die axial zusammenpressend wirkende Kraft P nicht von dem Stahlrohr 4 auf das Stahlrohr 5 übertragen wird.

Um das zuvor angesprochene elastische und plastische Ausknicken zu verhindern, muß das biegefeste Stahlrohr 5 nicht nur in dem dehnbaren Stahlrohrabschnitt 4B angeordnet sein, sondern auch soweit in dem dicken Stahlrohrabschnitt 4A, daß der dicke Stahlrohrabschnitt 4A das biegefeste Stahlrohr 5 mit einer Länge L von ein- bis zweimal des äußeren Durchmessers D₄ des Stahlrohres 4 überlappt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Der äußere Durchmesser des biegefesten Stahlrohres 5 ist derart ausgewählt, daß der Abstand α (siehe Fig. 1) zwischen den Stahlrohren 4 und 5 so klein als möglich ist. Zum Beispiel beträgt der innere Durchmesser des Stahlrohres 4 54,1 mm und der äußere Durchmesser des Stahlrohres 5 ist 53,6 mm, so daß sich der Abstand α auf 0,25 mm beläuft.

Der Abstand α ist notwendig, um das biegefeste Stahlrohr 5 in das Stahlrohr 4 einzusetzen, so daß das Stahlrohr 5 sofort mit der inneren Oberfläche des Stahlrohres 4 unter der axialen zusammenpressend wirkenden Kraft P in Berührung treten kann, um das Stahlrohr 4 zu verstärken.

Der geringe Abstand α trägt dazu bei, daß die innere Verformung des Stahlrohrabschnittes 4B unter der axial zusammenpressenden Last begrenzt ist, wenn diese Last größer ist als die Dehnspannung des Stahlrohrabschnittes 4B. Demnach wird die axiale plastische Verformung des Stahlrohrabschnittes 4B stabil, da der Stahlrohrabschnitt 4B entlang der äußeren Oberfläche des biegefesten Stahlrohres 5 zusammenschrumpft.

Das Doppel-Stahlrohr-Strukturteil begünstigt ein Verkürzen des Stahlrohres 4 unter großer Last, was als plastische Verformung beabsichtigt ist, so daß ein mit solchen Strukturteilen ausgerüstetes Gebäude nicht sofort einstürzt, wenn ein Erdbeben oder ähnliches stattfindet, da die Festigkeit des biegefesten Stahlrohres 5 und die verbleibende Festigkeit des äußeren Stahlrohres 4 der fortschreitenden großen Last widerstehen können, nachdem das Stahlrohr 4 durch die vorherbestimmte plastische Verformung zusammengedrückt ist.

Das innere Stahlrohr 5 ist kürzer als das äußere Stahlrohr 4. Dadurch wird ein Abstand 11 zwischen einer Endseite 5a des Stahlrohres 5 und einer inneren Seite 6a der Randabdeckung 6 gebildet, wobei die Länge des Abstandes 11 definiert ist als die Hälfte von der vorherbestimnmten zusammengepressten Verformung, die für das Stahlrohr 4 zulässig ist, also β/2.

Somit ermöglicht der Abstand 11 eine Bewegung der Endseite 5a des Stahlrohres 5 zu der inneren Seite 6a der Randabdeckung 6 unter plastischer Verformung des Stahlrohres 4, wobei dann die Länge des biegefesten Stahlrohres 5 definiert ist als Differenz zwischen der gesamten Länge des Stahlrohres 4 und zweimal der Länge des Abstandes 11. Tatsächlich ist die Länge des Stahlrohres 4 ein bißchen länger als die Länge, die durch die Addition der vorherbestimmten Verformung β und der Länge des Stahlrohres 5 erzielt wird, da ein Schweißspalt für den dicken Stahlrohrabschnitt 4A und der Randabdeckung 6 in Betracht zu ziehen ist.

Das Doppel-Stahlrohr-Strukturteil ist nicht immer horizontal in einer räumlichen Fachwerk-Konstruktion angeordnet. Deshalb sind das biegefeste Stahlrohr 5 mit dem äußeren Stahlrohr 4 in den jeweiligen mittleren Stahlrohrabschnitt 4b und 5b miteinander über eine Loch-Schweißung fixiert, so daß die Länge des einen Abstandes 11 identisch ist mit einem Abstand 11 der gegenüberliegenden Seite.

Der zuvor genannte dicke Stahlrohrabschnitt 4A kann durch Aufsetzen eines Rohrstückes 12 hergestellt werden, in dem das Rohrstück 12 den Endabschnitt des dehnbaren Stahlrohres 9B überdeckt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, anstatt das dicke Stahlrohr 9A zu überdecken.

Das aufgesetzte Rohrstück 12 ist mit dem Rohr 9B durch Schweißen verbunden, nachdem ein druckbeaufschlagtes Zusammenpressen stattgefunden hat, wie es durch eine strichpunktierte Linie gezeigt ist.

Wie Fig. 4 zeigt, kann auch ein kreisförmig umgebogenes Band 13 verwendet werden, um den dicken Stahlrohrabschnitt 4A herzustellen, welches um den Endabschnitt des dehnbaren Stahlrohres 9B zu legen ist, wonach die beiden Endlinien 13a ebenfalls in Längsrichtung des Rohres 9B zu verschweißen sind.

Die Dicke t_C des aufgesetzten Rohrstückes oder das kreisförmig umgebogene Band 13 haben eine Dicke von dem 0,5- bis 0,7-fachen der Dicke t_B des dünnen Stahlrohres 9B.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die Gelenkvorrichtung 1, die mit dem Doppel-Stahlrohr 2 verbunden ist, einen Haltebolzen 7 auf, der einen ersten Gewindeabschnitt 7a, einen zweiten Gewindeabschnitt 7b und vorsprungartige Schlüsselflächen 7A hat, die zwischen den Abschnitten 7a, 7b angeordnet sind.

Der Gewindeabschnitt 7a dient der Fixierung des Haltebolzens 7 in einer Schraubenbohrung 3a des Knotenstückes 3, in dem die Büchse 8 verschieblich auf den Schlüsselflächen 7A angeordnet ist, so daß beim Drehen der Büchse 8 das Doppel-Stahlrohr 2 fest mit dem Knotenstück 3 verbindbar ist.

Der Haltebolzen 7 ist in einer Lagerbüchse 14 montiert, die mit der jeweiligen Randabdeckung 6 verbunden ist, die mit der jeweiligen Endseite der dicken Stahlrohrabschnitte 4A verschweißt ist. Der erste Gewindeabschnitt 7a des Haltebolzens 7 hat ein Rechtsgewinde, und der zweite Gewindeabschnitt 7b hat ein Linksgewinde, so daß eine positive Verdrehung des Haltebolzens 7 zu einer Erhöhung der Festigkeit der Schraubverbindung mit einer Gegenmutter 15 mit dem Gewindeabschnitt 7b führt.

Die Lagerbüchse 14 hat die Eigenschaft, die Gegenmutter 15 innerhalb des Stahlrohres 4 zu fixieren, dafür ist der Durchmesser des inneren Gewindes 6b groß genug, um die Gegenmutter 15 hindurchzulassen. Die Lagerbüchse 14 wird über ein Innengewinde 6b der Randabdeckung 6 verbunden, nachdem der Haltebolzen 7 durch die Lagerbüchse 14 hindurch eingeführt ist und mit der Gegenmutter 15 verbunden ist. Die Lagerbüchse 14 ist in der Randabdeckung 6 durch adhesives Schraubensicherungsmaterial gesichert. Der Haltebolzen 7 der Gelenkvorrichtung 1 ist in die Büchse 8 einziehbar. Eine Spiralfeder 16 ist zwischen der Lagerbüchse 14 und den Schlüsselflächen 7A angeordnet, die zusammengedrückt wird, wenn das Ende des Gewindeabschnittes 7a mit dem Befestigungsabschnitt 3p des Knotenstückes 3 in Berührung kommt, und die den Haltebolzen 7 vorspannt, damit dieser mit der Gewindebohrung des Knotenstückes 3 einen Anfangs-Kontakt bekommt zur Herstellung der Schraubverbindung.

Da der genaue Aufbau und der Verbindungsmechanismus der Vorrichtung 1 in der genannten US-4,872,779 gezeigt ist, erübrigt sich hier eine genaue Beschreibung. Das beschriebene Doppel-Stahlrohr-Strukturteil kann auch in Verbindung mit anderen bekannten Gelenkvorrichtungen verwendet werden.

Das Doppel-Stahlrohr-Strukturteil 2 ist fest mit dem Knotenstück 3 verbunden über den eine hohe Zugkraft aufweisenden Haltebolzen 7. Es wird eine große axiale plastische Verformung des Doppel-Stahlrohres 2 beim Einwirken einer axial zusammenpressenden Last erreicht.

Das äußere Stahlrohr 4 ist in der Weise hergestellt, daß zwei dicke Stahlrohre 9A, 9A mit beiden Enden eines dehnbaren dünnen Stahlrohrs 9B verschweißt werden. Das innere biegefeste Stahlrohr 5 ist in dem äußeren Stahlrohr 4 eingefügt, und der mittlere Abschnitt 5b des Stahlrohres 5 ist mit dem mittleren Abschnitt 4b des Stahlrohres 4 durch eine Lochschweißung, einen schmalen Bolzen oder ähnliches verbunden. Danach sind beide Randabdeckungen 6, 6 mit den jeweiligen Stirnseiten des Stahlrohres 4 verschweißt, die Länge des Abstandes 11, die zwischen der Endseite 5a des biegefesten Stahlrohres 5 und der inneren Seite 6a der Randabdeckung 6 erzielt wird, ist definiert als die Hälfte der vorherbestimmten Knickverformung β, die für das Stahlrohr 4 zulässig ist, nämlich β\2.

Der Haltebolzen 7 ist in der Randabdeckung 6 unter Verwendung der Lagerbüchse 14 und der Büchse 8 montiert, die mit den Schlüsselflächen 7A korrespondiert. Solche Doppel-Stahlrohr-Strukturteile 2 mit ihren Gelenkvorrichtungen sind mit den Knotenstücken 3 derart zusammengefügt, daß eine Fachwerk-Konstruktion entsteht. Hierzu werden durch Drehen der Büchsen 8 die Gewindeabschnitte 7a des Haltebolzens 7 in die Schraubbohrungen 3a des Knotenstückes 3 eingeschraubt, um so die gewünschte Fachwerk-Konstruktion, wie z. B. in Fig. 5 in Verbindung mit einfachen Stahlrohren 21 dargestellt, herzustellen.

Ein Erdbeben, schwerer Schnee oder ähnliches erzeugt eine axiale Last auf die Strukturteile, die in dem Knotenstück 3 zusammengefügt sind. Eine große Last unterstützt ein elastisches und plastisches Ausknicken des Stahlrohres 4, wie in Fig. 2 dargestellt. Jedoch verhindert das biegefeste Stahlrohr 5, das gerade gehalten wird, eine elastische und plastische Verformung des Stahlrohres 4, da die axiale Last auf das Stahlrohr 5 nicht übertragen wird wegen der Fixierung des Stahlrohres 5 mit dem Stahlrohr 4 in Längsrichtung an den jeweiligen mittleren Stahlrohrabschnitten 4b, 5b. Dadurch knickt das Stahlrohr 4 nicht aus und hält der Last stand.

Wenn die axiale Kraft die Dehnspannung des dünnen Stahlrohrabschnittes 4B übersteigt, wird der schwächere Stahlrohrabschnitt 4B im Gegensatz zu dem Stahlrohrabschnitt 4A plastisch verformt. Das biegefeste Stahlrohr 5 verhindert, daß der dünne Stahlrohrabschnitt 4B nach innen verformt wird, da der Abstand α sehr klein ist. Der dünne Stahlrohrabschnitt 4B wird daher gezwungen, sich nach außen zu verformen und Falten zu werfen, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Die Verformung auf der rechten Seite ist fast identisch mit der auf der linken Seite, in dem beide Stahlrohre 4 und 5 in der Mitte der Längsrichtung miteinander fixiert sind.

Eine große Verformung 4H des dünnen Stahlrohrabschnittes 4B entsteht an dem schwächsten Abschnitt in der Nähe der Randabdeckung 6, und das Stahlrohr 4 wird durch die vorherbestimmte kompressible Verformung β entlang der äußeren Oberfläche des biegefesten Stahlrohres 5 verkürzt. Die Randabdeckung 6 wird bewegt, in dem sich der Abstand 11 verkürzt und in Berührung tritt mit der Endseite 5a des inneren Stahlrohres 5, da das Stahlrohr 5 im allgemeinen un­ beweglich eingespannt ist.

Ein derartiges Verhalten einer plastischen Verformung ist immer genau achssymmetrisch, da das Stahlrohr 4B um das biegefeste Stahlrohr 5 herumgeschlungen ist. Diese Verformung nimmt zu, wie eine durchgehende Linie C in Fig. 11 zeigt. So beträgt beispielsweise die zusammengedrückte Länge eines Strukturteiles 20 mm.

Die Spannung, die durch die Addition der Spannung des inneren Stahlrohres 5 und der verbleibenden Spannung des äußeren Stahlrohres 4 erzielt wird, widersteht der zunehmenden axial zusammenpressend wirkenden Last, die auf das Doppel-Stahlrohr-Strukturteil 2 einwirkt, nachdem das Stahlrohr 5 die Randabdeckung 6 berührt. Eine derartige Verformung ist langsam und wird, wie in Fig. 11 durch die durchgehenden Linie Ca gezeigt, beibehalten.

Die Schrumpfung von 20 mm je Stahlrohr, wie oben beschrieben, ergibt eine große Verformung der Fachwerk- Konstruktion, die Struktur stürzt jedoch nicht sofort ein. Die Bewohner eines Gebäudes haben Zeit, während der Verformung entlang der durchgehenden Linie Ca, das Gebäude zu verlassen, ja sogar nachdem sie eine Verformung des Gebäudes entdeckt haben.

Vorzugsweise liegt die innere Oberfläche 4r des dicken Rohres 9A gleichmäßig an der inneren Oberfläche 45 des dünnen Rohres 9B an. Außerdem ist es auch möglich, daß die äußere Oberfläche des dicken Rohres 9A gleichgroß zu der äußeren Oberfläche des dünnen Rohres 9B ist, da die Dicke des Rohres 9A lediglich das 1,5- bis 1,7- fache von dem des Rohres 9B ist.

In einem solchen Fall, wenn der Abstand mit 0,25 mm definiert ist und unter der Bedingung, daß t_A zu t_B gleich 1,5 ist, beträgt die Stärke des Stahlrohrabschnittes 4A 4,8 mm gegenüber dem Stahlrohr 4B mit einer Stärke von 3,2 mm.

Der Abstand ergibt sich zu 1,85 mm, dadurch daß von 4,8 mm 3,2 mm abgezogen und 0,25 mm hinzugezählt werden; dabei kann sich der dünne Stahlrohrabschnitt 4B etwas nach innen verformen. Ein solcher Betrag ist für die plastische Verformung des Stahlrohrabschnittes 4B um das biegefeste Stahlrohr 5 klein.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel, bei dem Doppel-Stahlrohr- Sturkturteile sich gegenseitig in einer Fachwerk- Konstruktion gegenüberliegen, Fig. 8 und Fig. 9 sind Front- und Seitenansichten von Fig. 7. Die Teile, die durch doppelte Linie angedeutet sind, stellen Doppel- Stahlrohr-Sturkturteile dar, die durch eine schwere axiale Last belastet sind, während die, die durch einfache Linien dargestellt sind, konventionelle einfache Stahlrohre 21, die mit kleiner Last belastet sind, darstellen.

Claims (4)

1. Doppel-Stahlrohr-Strukturteil, das über Haltebolzen (7) mit Knotenstücken (3) verbunden ist, bestehend aus zwei ineinander liegenden Stahlrohren, von denen das innere Stahlrohr (5) ein elastisches und plastisches Ausknicken des äußeren Stahlrohres (4) verhindert, zur Aufnahme einer über Knotenstücke (3) axial zusammendrückend wirkenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Stahlrohr (4) einen dehnbaren dünnen Stahlrohrabschnitt (4B) zwischen zwei dicken Stahlrohrabschnitten (4A) hat, daß beide dicken Stahlrohrabschnitte (4A) in Verbindung mit den beiden Enden des dünnen Stahlrohrabschnittes (4B) sind, daß die Dicke (t_A) der dicken Stahlrohrabschnitte (4A) die 1,5- bis 1,7-fache Dicke (t_B) des dünnen Stahlrohrabschnittes (4B) aufweist, daß die dicken Stahlrohrabschnitte in Verbindung mit je einer Randabdeckung (6) stehen zwecks Aufnahme der Haltebolzen (7), daß der Abstand (alpha) zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Stahlrohres (5) und der inneren Oberfläche des äußeren Stahlrohres (4) so klein wie möglich ist und beide Stahlrohre (4, 5) in ihrem mittleren Stahlrohrabschnitt (4b, 5b) in Längsrichtung miteinander verbunden sind, daß der Abstand (11) zwischen der Endseite (5a) des inneren Stahlrohres (5) und der inneren Seite (6a) der Randabdeckung (6) durch die Hälfte der zulässigen axial zusammenpressend wirkenden Verformung (β) für das äußere Stahlrohr (4) bestimmt ist, und daß die das innere, als biegefestes Rohr wirkendende Stahlrohr (5) überlappende Länge (L) des dicken Stahlrohrabschnittes (4A) so gewählt ist, daß diese etwa ein- bis zweimal dem äußeren Durchmesser (D₄) des äußeren Rohres (4) entspricht.

2. Doppel-Stahlrohr-Strukturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkte Stahlrohrabschnitt (4A) als ein mit dem Ende eines dehnbaren dünnen Stahlrohres (9B) verschweißtes starkes Stahlrohr (9A) geformt ist.

3. Doppel-Stahlrohr-Strukturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starke Stahlrohrabschnitt (4A) ein mit der äußeren Oberfläche des Endbereiches eines dehnbaren dünnen Stahlrohres (9B) verbundenes, aufgesetztes Rohrstück (12) oder ein auf dem Endbereich aufgebrachtes kreisförmig gebogenes Band (13) ist.

4. Doppel-Stahlrohr-Strukturteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Durchmesser des starken Stahlrohrabschnittes (4A) identisch zu dem inneren Durchmesser des dünnen Stahlrohrabschnittes (4B) derart gewählt ist, daß die inneren Oberflächen (4r) von den starken und dünnen Stahlrohrabschnitten (4B) miteinander korrespondieren.