DE60226173T2 - Indirekt vorgespannter ebener betondachdeckenbau - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Konstruktion der Dächer von Industriegebäuden oder anderen ähnlichen Gebäuden aus vorgespanntem verstärktem Beton und insbesondere einige Stahlteile, welche integrale oder einstückige Teile der Struktur werden.
- STAND DER TECHNIK
- Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer speziellen Dachdeckenkonstruktion mit flacher Laibung bzw. flachem Gewölbe eines ursprünglichen bzw. originellen Konzepts und einer originellen Form bzw. Gestalt. Obwohl einige Ähnlichkeiten zu Balken bzw. Trägern oder gespannten Gewölben bzw. Bögen augenscheinlich sind, unterscheidet sich die vorliegende Konstruktion wesentlich von diesen in der Weise, wie sie arbeitet, indem sie die Last aufnimmt bzw. trägt. Zuerst ist für alle diese Konstruktionen beabsichtigt, sowohl die fertiggestellte Decke mit flachem Gewölbe als auch die Dachkonstruktion gleichzeitig zu lösen. Es ist beabsichtigt, auch die breite bzw. weite Gewölbeplatte zu aktivieren, um als ein tragendes Element beizutragen, anstelle passiv auf einem Träger oder einem Bogen aufgehängt zu sein.
- Eine Dachdeckenkonstruktion gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in
US-A-3260024 geoffenbart. - Die gesamte andere praktische Absicht der vorliegenden Erfindung beinhaltet Vorteile, welche durch
HR-P20000906A - Die allgemein verwendeten Vorspanntechniken, welche die kompressive bzw. Druckkraft in ein strukturelles Element eines Querschnitts gewählter Geometrie einbringen, wobei Vorspannglieder unterhalb des Betonschwerpunkts positioniert sind, würden nicht geeignete bzw. ordnungsgemäße Effekte, wenn sie auf diese Konstruktionen angewandt werden, aufgrund der Abwesenheit einer derartigen Exzentrizität erzielen. Eine Erzielung einer Ablenkung nach oben der Betonplatte würde ein Absenken der vorgespannten Vorspannglieder unter das Schwerkraftzentrum der gesamten Konstruktion erfordern, wobei dies nicht akzeptabel ist, da es der Idee des flachen Gewölbes zuwiderläuft. Das Problem ist somit darauf fokussiert, ein adäquates Vorspannverfahren zu finden, welches effizient bzw. wirksam das große Ausmaß von Ablenkungen reduzieren kann und Risse im Beton eliminieren oder kontrollieren kann, welche auftreten können, wenn eine Spannung bzw. Beanspruchung in der Gewölbeplatte erlaubt ist bzw. wird. Die vorliegende Erfindung stellt ein effizienteres Verfahren für ein Vorspannen von Konstruktionen mit flachem Gewölbe zur Verfügung. Die vorliegende Konstruktion löst auch das Problem der Stabilität des oberen Trägers bzw. Balkens gegenüber einem seitlichen bzw. lateralen Knicken bzw. Verziehen.
- Die Anmeldung
HR-P20000906A HR-P20000906A - Die vorliegende Konstruktion löst das Problem eines Stabilisierens des oberen Trägers gegenüber einem lateralen bzw. seitlichen Knicken bzw. Verwinden bzw. Verziehen effizienter als die oben erwähnte Anmeldung. Die räumlich verteilten verbindenden Stäbe bzw. Stangen, welche gleichmäßig über der oberen Ebene der Deckenplatte an gewissen bestimmten Abständen verteilt sind, unterteilen die gesamte effektive Länge des oberen Trägers in eine Vielzahl von kleineren Längen, wobei der Querschnitt des oberen Trägers von umgekehrter "V"-Form bzw. -Gestalt ist, wobei dies die effektiven Längen der untereinander verbindenden Stäbe bzw. Stangen verkürzt und ihre Endbedingungen ändert, wobei auf diese Weise zusätzlich ihre effektiven Längen eines Knickens bzw. Verwindens reduziert werden.
- OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
- Beschreibung der Zeichnungen:
-
1 präsentiert eine isometrische Ansicht der Konstruktion, welche ihre aufbauenden bzw. Konstruktionsteile zeigt. -
2 ist der Querschnitt der Konstruktion, welche ihre Konstruktionsteile zeigt. -
3 illustriert an dem vereinfachten Modell das Prinzip eines Vorspannens (FALL 1). -
4 illustriert die Reduktion der effektiven Länge des untereinander verbindenden Stabs (3 ) und die Art und Weise, wie der obere Träger (2 ) gegenüber einem seitlichen Knicken bzw. Verwinden stabilisiert ist bzw. wird. - Die vorgespannte Dachdeckenkonstruktion ist ein einstückiges vorgefertigtes Lagerelement mit räumlich verteilten verbindenden Stäben bzw. Stangen für ein Konstruieren bzw. Aufbauen von Industriegebäuden mit großer Spannweite. Die Konstruktion umfaßt die sehr breite und dünne Betongewölbeplatte (
1 ) und den oberen Betonträger (2 ) eines umgekehrten "V"-förmigen Querschnitts, wie dies in2 gezeigt ist, welcher durch schlanke Stahlrohrstäbe bzw. -stangen (3 ) verbunden ist. Die dünne Gewölbeplatte (1 ) wird gewählt, um sehr breit zu sein, um einen großen Abschnitt bzw. Bereich der Erstreckung des Gebäudes auf einmal abzudecken und das flache Gewölbe im Inneren zur Verfügung zu stellen. - Es ist aus
2 und4 ersichtlich, daß sich die beiden dünnen Wände des Querschnitts des oberen Trägers (2 ) nahe zu der Platte (1 ) erstrecken, wobei auf diese Weise die Verwindungs- bzw. Knicklänge von untereinander verbindenden Rohrstäben (3 ) verkürzt wird. Die untereinander verbindenden Rohrstäbe (3 ), welche an einer Seite an dem oberen Träger (2 ) verankert sind und dieselbe Neigung wie die geneigten dünnen Wände seines Querschnitts aufweisen, sind an der gegenüberliegenden Seite in der breiten Gewölbeplatte (1 ) verankert, wobei auf diese Weise der obere Träger (2 ) gegenüber einem seitlichen bzw. lateralen Knicken stabilisiert wird. - Die schlanken, räumlich verteilten Stahlrohrstäbe (
3 ) werden auch verwendet, um den Abstand bzw. die Distanz zwischen der Gewölbeplatte (1 ) und dem oberen Träger (2 ) beizubehalten, wodurch ein Übergang bzw. eine Übertragung von Biegemomenten in beiden Richtungen verhindert wird und die thermische Leitfähigkeit zwischen dem oberen Träger (2 ) und der Gewölbeplatte (1 ) reduziert wird. - Um zu illustrieren, wie der Konstruktionsmechanismus arbeitet, wird die folgende Betrachtung bzw. Erörterung gegeben:
Wenn die Konstruktion nicht vorgespannt wäre, würden sowohl die Gewölbeplatte (1 ) als auch der obere Träger (2 ) dazu tendieren, sich nach unten zu biegen, wodurch die Gewölbeplatte (1 ) aufgrund ihres größeren Verhältnisses von Eigengewicht zu vertikaler Steifigkeit mit einer schnelleren Rate bzw. Geschwindigkeit als der obere Träger (2 ) gebogen würde, wobei dies untereinander verbindende Stangen (3 ) aktivieren würde, um ihrer Bewegung weg voneinander zu widerstehen. - Wenn die Konstruktion vorgespannt und nicht belastet wäre, würden die untereinander verbindenden Elemente (
3 ) kompri miert, wodurch die Gewölbeplatte (1 ) und der obere Träger (2 ) widerstehen, sich einander anzunähern. - Wenn die Konstruktion vorgespannt ist und nur der obere Träger belastet wäre, würde eine Kompression in den miteinander verbindenden Stangen (
3 ) ansteigen, da sich in diesem Fall der obere Träger (2 ) aufgrund der aufgebrachten bzw. angewandten Last nach unten biegt, während sich zur selben Zeit die Gewölbeplatte geringfügig nach oben biegt, so daß die untereinander verbindenden Elemente (3 ) ihrer zusätzlichen Annäherung zueinander widerstehen. - Wenn die Konstruktion vorgespannt ist und nur die Gewölbeplatte (
1 ) belastet ist, nimmt eine Kompression in den untereinander verbindenden Stäben ab, da sich in diesem Fall die Gewölbeplatte (1 ) nach unten in einer schnelleren Geschwindigkeit als der obere Träger (2 ) biegt und dementsprechend der Abstand zwischen diesen dazu tendiert anzusteigen. - In jedem Fall wirkt der obere Träger (
2 ) als ein tragendes bzw. Lagerelement, welches nahezu das gesamte Biegemoment trägt bzw. aufnimmt, wobei die Rohrstangen bzw. -stäbe (3 ) konstruiert sind, so daß sie fähig sind, nur ein geringes Ausmaß an Biegemomenten auf die Gewölbeplatte (1 ) zu übertragen, welche sehr leicht selbst unter Biegemomenten von sehr geringen Ausmaßen abzulenken ist. - Die schlanken bzw. dünnen, untereinander verbindenden Stäbe bzw. Stangen als ein Teil der Konstruktion spielen allgemein eine Rolle einer Art von "passiven" Verbindern, welche nicht in irgendeinem Fall einer Belastung beträchtlich bzw. signifikant beansprucht bzw. gespannt werden, obwohl sie die zwei massiven Betonteile der Konstruktion (
1 ) und (2 ) miteinander verbinden, wobei der Abstand zwischen diesen beibehalten wird, wenn bzw. da diese dazu tendieren, sich einander anzunähern oder weg voneinander unter unterschiedlichen Fällen einer Belastung zu bewegen. Es ist auch möglich, eine derartige Kombination einer Last und Vorspannung zu finden, bei welcher innere Kräfte in einigen miteinander verbindenden Stäben sehr gering oder praktisch gleich Null sind, wobei dies den Unterschied zwischen den gegenwärtigen Konstruktionen und vorher verglichenen Trägern oder verspannten Gewölben hervorhebt bzw. verstärkt. Dies wird nachfolgend klarer werden, wenn ein Vorspannen berücksichtigt wird. - Es gibt die zwei verfügbaren Verfahren eines Vorspannens derartiger Konstruktionen, wobei die Wahl davon abhängt, ob mehr oder weniger sowohl die Gewölbeplatte (
1 ) als auch der obere Träger (2 ) zu komprimieren sind oder ob eine gewisse moderate Spannung in der Betongewölbeplatte (1 ) erlaubt wird. Wenn die erste Option gewählt wird, führt dies zu einem Fall eines doppelt vorspannenden Verfahrens, wie es beispielsweise inHR-P20000906A 2 ) aus zwei Teilen ohne eine Trennung einer Verbindung im Bereich der mittleren Erstreckung hergestellt werden sollte. Wenn die andere Option gewählt wird, ist bzw. wird der obere Träger (2 ) nur in einem Stück hergestellt. - Um den Unterschied besser zu erläutern, wird im folgenden der Fall, wo der Träger einstückig ist, als FALL 1 bezeichnet, und der Fall mit dem zweiteiligen oberen Träger wird als FALL 2 bezeichnet. Der FALL 2 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird hier nur als eine ver wendbare bzw. nützliche Variante für ein Verständnis der Erfindung erwähnt.
- FALL 1
- Dieser Fall ist in
1 illustriert. Wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der obere Träger (2 ) aus einem Teil hergestellt. Seine Enden (4 ) können als kurze Konsolen betrachtet werden (unabhängig davon, ob sie als ein integrales bzw. einstückiges Teil der Gewölbeplatte oder des oberen Trägers erachtet werden), welche starr mit der Gewölbeplatte (1 ) verbunden sind und fähig sind, die Biegemomente von dem oberen Träger (2 ) zu übertragen. Der obere Träger (2 ) wird zuerst in seiner eigenen Form gegossen und dann in die Form der Gewölbeplatte (1 ) angeordnet. Die vorspannenden Drähte werden an der Form der Gewölbeplatte (1 ) gespannt und verankert und die Platte (1 ) wird gegossen. Nachdem der Beton aushärtet, werden der obere Träger (2 ) und die Gewölbeplatte (1 ) durch ein spezielles Detail bzw. Merkmal nahe Supports bzw. Abstützungen verbunden, die vorspannenden Vorspannglieder werden von der Form freigegeben und die zentrale bzw. zentrische vorspannende Kraft wird in die Betongewölbeplatte (1 ) eingebracht. Die vorspannende Kraft verkürzt die Gewölbeplatte (1 ), wodurch eine gegenseitige Verschiebung bzw. Verlagerung ihrer beiden Enden (4 ) des oberen Trägers (2 ) in Richtung zueinander bewirkt wird. Beide Enden des oberen Trägers (2 ) sind bzw. werden starr mit der Gewölbeplatte (1 ) über die langen Verbindungslinien verbunden, so daß das Biegemoment an derartigen Stellen in die Gewölbeplatte (1 ) übertragen werden kann. Aufgrund ihrer Deformation bzw. Verformung aufgrund einer wechselweisen Verlagerung tragen sowohl der obere Träger (2 ) als auch die Gewölbeplatte (1 ) teilweise zu der eingebrachten vorspannenden Kraft bei. Bei einem Berücksichtigen bzw. Erachten der Abstütz- bzw. Supportenden (4 ) des oberen Trägers (2 ) als kurze Konsolen, welche ein integrales Teil der Gewölbeplatte (1 ) sind, ist es offensichtlich, daß das Verkürzen der Gewölbeplatte (1 ) Enden des oberen Trägers (2 ) in Richtung zueinander drückt bzw. schiebt, wodurch bzw. wobei sich der obere Träger (2 ) nach oben biegt, wobei auf diese Weise ihrem gemeinsamen Verkürzen entgegengewirkt wird. Als eine Reaktion drücken Enden des oberen Trägers (2 ) mit einem hauptsächlichen Beitrag der vorspannenden Kraft die Konsolen (4 ) an Enden der Gewölbeplatte (1 ), wodurch ihre Enden gedreht werden und negative Biegemomente in der Gewölbeplatte (1 ) erzeugt werden, welche sie nach oben biegen. Die untereinander verbindenden Stäbe (3 ) zwischen der Gewölbeplatte (1 ) und dem oberen Träger (2 ) werden dadurch einer geringen Kompression ausgesetzt, da bzw. wie sie ihrer Annäherung zueinander widerstehen. Die Gewölbeplatte ist bzw. wird direkt vorgespannt, wobei dies verhindert, daß Risse im Beton auftreten, welche durch eine Spannung hohen Niveaus bewirkt werden, wobei der hauptsächliche Effekt die Ablenkung der dünnen und schlanken, jedoch gewichtigen bzw. schweren Gewölbeplatte nach oben ist, wobei dies aufgrund einer indirekten passiven Reaktion des oberen Trägers (2 ) erzielt wird, welcher auf seine beiden konsolenartigen Abstützungen wirkt. Somit wird der Effekt eines Schiebens bzw. Drückens von Enden in derselben Weise erzielt, wie dies beispielsweise in der oben erwähntenHR-P20000906A 1 ) biegt sich in einer größeren Rate bzw. Geschwindigkeit als der obere Träger (2 ), so daß beschränkte Unterschiede zwischen ihren Ablenkungen eine Kompression in untereinander verbindenden Stäben (3 ) bewirken. - FALL 2
- Der obere Träger (
2 ) wurde aus zwei Teilen hergestellt und durch ein Verfahren eines doppelten Vorspannens vorgespannt, welches in zwei Schritten durchgeführt wird, wobei in einem ersten Schritt die Gewölbeplatte (1 ) zentrisch bzw. mittig vorgespannt wird, bevor die zwei getrennten Teile des oberen Trägers im Bereich der mittleren Erstreckung bzw. Wölbung verbunden werden, so daß das erste Vorspannen nicht irgendwelche Spannungen bzw. Belastungen in nicht verbundenen Hälften des oberen Trägers induziert. In dem anderen Schritt bewirkt an dem Unterbrechungspunkt des oberen Trägers im Bereich der mittleren Erstreckung der Stahlkeil, welcher in ein spezielles Merkmal bzw. Teil eingetrieben wird, einen Effekt eines Schiebens bzw. Drückens von Abstützungen nach beiden Seiten, wobei dadurch die Gewölbeplatte nach oben aufgrund einer Rotation ihrer Enden abgelenkt wird. - In beiden verglichenen Verfahren wird das negative Biegemoment durch ein Drehen bzw. Rotieren von Enden der Konstruktion erzielt, um die Ablenkung nach oben zu erzielen bzw. zu erreichen. Es gibt jedoch einen signifikanten Unterschied zwischen dem FALL 1 und dem FALL 2, welcher uns erlaubt, die Konstruktion mit geringerem oder größerem Kraftaufwand vorzuspannen, wodurch mehr oder weniger vorspannender bzw. Vorspannstahl verbraucht wird.
- In der Praxis kann in einigen Fällen jede der zwei betrachteten Methoden einige Vorteile oder Nachteile aufweisen oder kann aus unterschiedlichen Gründen beschränkt werden.
- Der FALL 1 erfordert allgemein eine Anwendung eines größeren Ausmaßes der Vorspannkraft als der FALL 2, wobei diese Kraft fähig ist, die Gewölbeplatte (
1 ) zu verkürzen und den oberen Träger (2 ) gleichzeitig nach oben zu biegen. Die Gewölbeplatte wird dann auf dem Niveau hoher Kompression gespannt, so daß in diesem Fall ein erhöhter Aufwand auftritt, welcher mit dem Aufwand des Falls zu vergleichen ist, wenn sowohl der Keil als auch weniger Kabel angewandt werden. Wenn es aus irgendeinem Grund nicht notwendig ist, daß die Gewölbeplatte (1 ) in einem großen Ausmaß vorgespannt wird, ist es vernünftig, einen gewissen geringeren Kraftaufwand anzuwenden, wodurch weniger Kabel verbraucht werden. In diesem Fall muß das Aufwärtsbiegen der Gewölbeplatte (1 ) in jedem Fall durchgeführt werden, so daß der FALL 2 ökonomischer bzw. wirtschaftlicher wäre. - Selbstverständlich gibt es eine Vielzahl von möglichen Kombinationen, welche erscheinen können, indem die Höhe oder unterschiedliche Verhältnisse der Abmessungen, Formen bzw. Gestalten, Dicke oder Breite des oberen Trägers oder der Gewölbeplatte variiert werden oder Materialen unterschiedlicher Dichte (beispielsweise Leichtgewichtbeton) angewandt werden, das Ausmaß der vorspannenden Kraft in beiden Elementen (
1 ) und (2 ) variiert bzw. geändert wird, wodurch immer ein gewisses Optimum existiert. - Als ein spezieller Fall, welcher jedoch nicht durch die beigeschlossenen Ansprüche abgedeckt ist, ist es auch möglich, die Kombination von beiden oben erwähnten Fällen zu verwenden, wobei der Keil für ein zusätzliches Vorspannen in dem miteinander verbindenden Teil bzw. Detail positioniert ist bzw. wird, bevor das Vorspannen der Gewölbeplatte durchgeführt wird, so daß der Keil nach dem ersten Vorspannen für ein feines Einstellen der Ablenkung der Gewölbeplatte nach oben verwendet wird.
- BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
- Der obere Träger (
2 ) wird zuerst in seiner eigenen Form gegossen und dann in der Form der Gewölbeplatte (1 ) angeordnet. Die vorspannenden Drähte werden an der Form der Gewölbeplatte (1 ) gespannt und die Platte wird gegossen. Nachdem der Beton der Gewölbeplatte (1 ) ausgehärtet ist, werden beide Elemente des oberen Trägers (2 ) und der Gewölbeplatte (1 ) durch spezielle Details bzw. Elemente nahe den Abstützungen verbunden. Wenn die Gewölbeplattenform freigegeben wird, wird die zentrale bzw. mittige vorspannende Kraft in den Beton der Gewölbeplatte (1 ) eingebracht. Sowohl das angewandte Ausmaß einer Kompression als auch Spannung muß vorher numerisch abgeschätzt und durch einen Techniker bestimmt werden.
Claims (3)
- Indirekt vorgespannte Betondachdeckenkonstruktion mit flacher Laibung bzw. flachem Gewölbe, wie beispielsweise ein vorgefertigtes Bau- bzw. Konstruktionselement zum Konstruieren von Industriegebäuden großer Spannweite, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine getrennte, breite und dünne Betongewölbeplatte (
1 ) und einen dünnwandigen, umgekehrt V-förmigen oberen Träger bzw. Balken (2 ) umfaßt, wobei beide durch räumlich verteilte, schlanke Stahlrohrstäbe miteinander verbunden sind, wodurch die Gewölbeplatte zentrisch vorgespannt ist. - Indirekt vorgespannte Betondachdeckenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Träger (
2 ) an einem seitlichen Knicken mittels der geneigten, räumlich verteilten Stahlrohrstäbe (3 ) gehindert ist, wobei die Stäbe (3 ) der Neigung des umgekehrten V-Querschnitts des oberen Trägers (2 ) folgen, wodurch die dünnen Wände des oberen Trägers (2 ) die effektive Länge der Stäbe (3 ) verkürzen. - Verfahren zum Vorspannen der Dachdeckenkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegungs- bzw. Ablenkungskontrolle der Gewölbeplatte (
1 ) durch das indirekte Vorspannen durchgeführt wird, wodurch ein Vorspannen der Gewölbeplatte (1 ) die passive Reaktion des oberen Trägers (2 ) in Richtung zu einem Biegen seiner beiden Enden (4 ) auf eine derartige Weise bewirkt, daß sich die Gewölbeplatte (1 ) nach oben durch ein Drehen ihrer Enden biegt.
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