DE69005296T2

DE69005296T2 - Raumtragwerk und modul für seine konstruktion.

Info

Publication number: DE69005296T2
Application number: DE69005296T
Authority: DE
Inventors: Leszek Aleksander Kubik; Marian Leszek Kubik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-21
Filing date: 1990-02-12
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2010-02-13
Also published as: HU901948D0; DE69005296D1; IE900607L; NO913255D0; DK0460004T3; AU5094790A; HU207556B; ATE98728T1; ES2020707A6; RU1838527C; WO1990010125A1; EP0460004B1; GB8903925D0; EP0460004A1; HUT60344A; NO913255L

Description

Die Erfindung betrifft räumliche Tragwerke, die besonders aber nicht ausschließlich als horizontale Konstruktionen zur Überbrückung von Räumen zwischen Stützen verwendet werden können. Ein räumliches Tragwerk eignet sich besonders zur Überdachung eines großen Raumes, wobei Stützen nur an den Kanten vorhanden sind und die Konstruktion sonst selbsttragend ist, ohne das senkrechte Zwischenstützen erforderlich sind. Ein räumliches Tragwerk weist gewöhnlich ein oberes und ein unteres Gitter aus Bauelementen auf, wobei die Gitter durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind, um eine starre, dreidimensionale Konstruktion zu bilden.
Ein räumliches Tragwerk wird z.B. als Dachkonstruktion verwendet, wo ein großes, nicht durch senkrechte Stützen versperrter Raum wichtig ist. Es kann auch für Fußböden und Dach eines mehrstöckigen Bürogebäudes verwendet werden. Ein räumliches Tragwerk kann auch als zeitweilige Konstruktion, wie z.B. ein zeitweiliger Boden zum Abdecken eines Schwimmbads oder eine Freiluftbühne oder ein Dach für eine solche Bühne, verwendet werden.
Eine Form eines räumlichen Tragwerks ist in unserem eigenen älteren Patent GB-B 2054694 beschrieben. Diese Konstruktion hat ein oberes und ein unteres Gitter aus horizontalen Bauelementen, wobei die Gitter durch senkrechte Bauelemente an Knotenpunkten der oberen und unteren Gitterelemente miteinander verbunden sind. Das komplette räumliche Tragwerk ist aus einer Reihe von Baueinheiten aufgebaut, von denen jede ein senkrechtes Element und horizontale obere und untere Bauelemente aufweist. Die Modulbauweise ist attraktiv, weil viel vom Zusammenbau in der Fabrik durchgeführt werden kann und die Baueinheiten bloß auf der Baustelle zusammengefügt werden müssen. Jede Baueinheit wird normalerweise durch Zusammenschweißen der verschiedenen Elemente in einer Vorrichtung hergestellt.
Wenn die erforderliche Höhe zwischen der Ober- und Unterschicht vergleichsweise klein ist, z.B. weniger als 1 m, wird der volle Zugang zu den Verbindungspunkten mit der Schweißvorrichtung schwierig, weil horizontale Elemente am anderen Ende der senkrechten Elemente und die Vorrichtung vorhanden sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diese Schwierigkeit zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein räumliches Tragwerk mit einem oberen Gitter aus horizontalen Bauelementen, die an oberen Knotenpunkten miteinander verbunden sind, einem unteren Gitter aus horizontalen Bauelementen, die an unteren Knotenpunkten miteinander verbunden sind, und senkrechten Bauelementen, welche die Gitter an ihren Knotenpunkten miteinander verbinden, wobei die Konstruktion aus vorgefertigten Baueinheiten gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Baueinheit eines der senkrechten Elemente und horizontalen Bauelemente dauerhaft mit nur einem Ende des senkrechten Elements verbunden ist, wobei sich abwechselnde Baueinheiten zu dem räumlichen Tragwerk in zueinander umgekehrten Stellungen zusammengebaut sind, wobei die freien Enden der horizontalen Elemente von einer Baueinheit jeweils mit dem freien Ende des senkrechten Elements einer angrenzenden Baueinheit verbunden sind.
Zusätzlich zu der Vereinfachung des Zugangs zu den Verbindungspunkten zum Schweißen während der Herstellung können für den Transport diese Baueinheiten dichter als die Baueinheiten unseres älteren Patents zusammengestapelt werden. Durch diese Möglichkeit kann es attraktiver sein, einen größeren geographischen Bereich von einer einzelnen Baueinheiten-Herstellungsstätte aus zu bedienen.
Vorzugsweise sind das senkrechte und die horizontalen Elemente, die eine Baueinheit bilden, zusammengeschweißt. Die Erfindung ist besonders bei einer geschweißten Konstruktion nützlich, weil ein guter Zugang für die Schweißvorrichtung zur Verfügung steht.
Die horizontalen Bauelemente können Stahlelemente mit einem Doppel-T-Querschnitt sein. Vorzugsweise sind die horizontalen Elemente von einer Baueinheit durch Schrauben mit angrenzenden Baueinheiten verbunden. Jedes Ende eines horizontalen Bauelements kann zum Verbinden mit einer anderen Baueinheit eine Verbindungsplatte aufweisen, die daran befestigt ist und über dessen Ende hinausragt.
Das freie Ende des senkrechten Elements einer jeden Baueinheit kann ein Verbindungsstück aufweisen, das vertikale Platten zum Verbinden mit den Verbindungsplatten der horizontalen Elemente aufweist.
Das obere und untere Gitter aus horizontalen Bauelementen können jeweils in einem orthogonalen Muster sein, das durch Baueinheiten gebildet wird, von denen jede vier horizontale Bauelemente beinhaltet.
Diagonal streben können vorgesehen sein, die sich von mindestens einigen der horizontalen Elemente bis zu dem senkrechten Element der gleichen Baueinheit erstrecken.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine Baueinheit zur Verwendung bei der Herstellung eines räumlichen Tragwerks wie oben dargelegt, wobei die Baueinheit als zusammengeschweißtes Fertigteil aus einem senkrechten Bauelement und horizontalen Bauelementen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle horizontalen Bauelemente mit nur einem Ende des senkrechten Elements verschweißt oder sonstwie dauerhaft verbunden sind und von diesem einen Ende des senkrechten Elements wegragen.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines räumlichen Tragwerks in Übereinstimmung mit der Erfindung;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht von zwei Baueinheiten, die passend ausgerichtet sind, um miteinander und mit anderen Baueinheiten zusammengefügt zu werden, um ein räumliches Tragwerk zu bilden;
Figuren 3 und 4 sich entsprechende Ansichten von Baueinheiten, die an Kanten und Ecken des räumlichen Tragwerks eingesetzt werden;
Figur 5 eine typische Verbindung von Baueinheiten untereinander;
Figur 6 Abwandlungen der Anordnung von Figur 5;
Figur 7 eine Ansicht, die einer der Baueinheiten von Figur 2 entspricht und eine Abwandlung zeigt.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines räumlichen Tragwerks, das aus Baueinheiten hergestellt ist, wie sie in den Figuren 2 bis 4 gezeigt sind. Die Grundkonstruktion beinhaltet ein oberes orthogonales Gitter aus horizontalen Bauelementen 11, die bei diesem Beispiel alle die gleiche Länge haben, so daß sie ein quadratisches Muster bilden. Dann gibt es ein entsprechendes unteres Gitter aus horizontalen Bauelementen 12, die durch senkrechte Bauelemente 13 auf Abstand von den oberen Elementen 11 gehalten sind. Eine wahlweise Sondereinrichtung ist der Einbau von Diagonalstreben 14.
Um die Modulbauweise zu veranschaulichen, sind diejenigen Bauelemente, die vor der Errichtung der Konstruktion als Baueinheit miteinander verbunden werden, in zusammengefügter Form dargestellt, wogegen diejenigen Bauelemente einer Baueinheit, die im Gebrauch mit Bauelementen einer anderen Baueinheit verbunden werden, in durch kleine Spalte zwischen den Elementen getrennter Form dargestellt sind. Beispielweise ist der Knotenpunkt 15 ein Verbindungpunkt im oberen Gitter zwischen Bauelementen der gleichen Baueinheit, und Knotenpunkt 16 ist ein entsprechender unterer Verbindungspunkt. Dementsprechend ist der Knotenpunkt 17 eine Verbindung von mehreren Baueinheiten im oberen Gitter, und der Knotenpunkt 18 ist eine entsprechende untere Verbindung.
Figur 2 veranschaulicht zwei typische Baueinheiten A und B. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Anhängsel A, B usw. die Baueinheit, von der ein bestimmter Gegenstand ein Teil ist. Baueinheit A ist mit vier horizontalen Bauelementen 21A bis 24A an ihrem unteren Ende und einem nach oben ragenden senkrechten Bauelement 25A in einer als normal bezeichneten Ausrichtung. Die Elemente 21A bis 24A sind Stahlelemente mit einem Doppel-T-Querschnitt und das Element 25A ist ein Stahlelement mit einem hohlen quadratischen Querschnitt. Die Elemente 21A bis 24A haben rechtwinklig abgeschnittene Enden und sind direkt an die vier Seitenflächen des im Querschnitt quadratischen Elements 25A angeschweißt. Das Element 25A kann durch eine Endplatte 26A abgeschlossen sein, die daran angeschweißt ist. Eine Verstärkungsplatte 27A, (die am besten als 27B bei der Baueinheit B zu sehen ist), kann eine quadratische ebene Platte sein, die eine diagonal versetzte quadratische Öffnung hat, so daß sie über das Element 25A (oder 25B) paßt, und bei der eine Ecke mit jeweils einem horizontalen Element in Kontakt ist. Sie wird dann durch Schweißen sowohl an dem vertikalen Element als auch an den horizontalen Elementen befestigt. Die Platte 27 ist wahlweise vorhanden.
Das freie Ende eines jeden horizontalen Elements, das ist das von der Schweißverbindungsstelle mit dem senkrechten Element entfernte Ende, beinhaltet eine Verbindungsplatte 28, die nachfolgend näher beschrieben wird.
Das freie Ende des senkrechten Elements 25, das ist das von der Schweißverbindungsstelle mit seinen horizontalen Elementen entfernte Ende, beeinhaltet ein Verbindungsstück 31 zur Verbindung mit den Verbindungsplatten 28 von anderen Baueinheiten. Einzelheiten des Verbindungsstücks 31 sind am besten in der Baueinheit B dargestellt. Das Ende des senkrechten Elements 25B ist durch eine quadratische Platte 32 abgeschlossen. Ein kreuzförmiges Gebilde aus vier kleinen senkrechten Platten 33 wird durch Schweißen der Platten aneinander und an die Endplatte 32 gebildet. Jede der die kreuzförmige Anordung bildenden vier Platten soll eine Platte 28 von einer anderen Baueinheit aufnehmen und damit verbunden werden. Beispielsweise kann, wie dargestellt, jede Platte mit einem Schraubenloch versehen sein, so daß die Bauteile zusammengeschraubt werden können.
Die Baueinheit B ist in einer zu der Baueinheit A entgegengesetzten Ausrichtung dargestellt, indem das senkrechte Element 25 ausgehend von den vier horizontalen Elementen 21B bis 24B nach unten anstatt nach oben ragt. Wenn die Baueinheiten zusammengefügt werden, wird das horizontale Element 24A der Baueinheit A mit dem Verbindungsstück 21B der Baueinheit B verbunden, und gleichermaßen wird das horizontale Element 22B der Baueinheit B mit dem Verbindungsstück 31A der Baueinheit A verbunden.
Aus Figur 1 wird deutlich, daß die Baueinheiten an den Kanten der Konstruktion nur drei horizontale Elemente haben müssen und daß die Baueinheiten an den Ecken nur zwei horizontale Elemente haben müssen. Passende Baueinheiten, die diese Forderungen erfüllen, sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Figur 5 zeigt die Zusammenfügung von mehreren Baueinheiten und stellt die Verbindungsplatten 28 und die Verbindungsstücke 31 an den Enden der senkrechten Elemente näher dar. Zusätzlich zu der Baueinheit A und der umgekehrten Baueinheit B haben drei andere Baueinheiten C, D und E in der gleichen normalen Orientierung wie die Baueinheit A jeweils ein horizontales Element, das an diese Verbindung angeschlossen ist. Ein typisches horizontales Element 24A von einer Baueinheit A beinhaltet eine Anschlußplatte 28Am, die an den Gurt des horizontalen Doppel-T-Elements angeschweißt ist. Die Platte 28 A ragt über das Ende des Elements 24A hinaus und hat ein zentrales Schraubenloch 24A. Entsprechende Teile 22C, 28C, 34C und 23D, 28D, 34D sind in anderer Ausrichtung für die Baueinheiten C und D gezeigt. Entsprechende Teile 21E, 28E und 34E für eine weitere Baueinheit E sind nicht in Figur 5 dargestellt. Die horizontalen Elemente 24A, 22C, 23D und 21E sind an dem Endverbindungsstück 31B des senkrechten Elements 25B befestigt. Wie gezeigt, weist dieses Verbindungsstück eine Endplatte 32B auf, die eine kreuzförmige Anordnung aus Verbindungsplatten 33B trägt, von denen nicht alle gezeigt sind. Jede Platte 33B hat ein Schraubenloch, durch das eine Schraube (nicht Cjezeigt) hindurchgeführt wird, um das entsprechende horizontale Element mit dem senkrechten Element 25 zu verbinden.
Figur 6 zeigt zwei mögliche Abwandlungen zur Verbindung der Verbindungsplatten 28 mit den horizontalen Bauelementen, wenn eine größere Stabilität erforderlich ist. Die Platte 28F der Figur 6 ist geringfügig länger als die entsprechende Platte 28A der Figur 5 und ist an das horizontale Element 21F nicht nur angeschweißt, sondern zusätzlich mit einer Schraube (nicht gezeigt) angeschraubt. Bei einer weiteren Abwandlung ist die Platte 28A noch länger als die Platte 28F und ist an das horizontale Element 23H durch zwei Schrauben (nicht gezeigt) angeschraubt.
Figur 7 zeigt eine einzelne Baueinheit G, die der Baueinheit A von Figur 1 ähnlich ist, aber noch Diagonalstreben aufweist.
Jede Diagonalstrebe ist ein Stahlelement 35, das an die Oberseite des zugehörigen horizontalen Bauelements in der Nähe von dessen äußeren Ende und an die entsprechende Seitenfläche des im Querschnitt quadratischen senkrechten Elements 25G in der Nähe von dessen oberen Ende angeschweißt ist. Diese Streben 35 sind wahlweise vorgesehen und, wie in Figur 1 dargestellt ist, kann es zweckmäßig sein, sie an bestimmten Stellen an der Kante der kompletten Konstruktion vorzusehen und sie von anderen Teilen der Konstruktion wegzulassen. Somit können einige Baueinheiten weniger Diagonal streben als horizontale Elemente haben.
Die fertige Konstruktion ist relativ stabil und leichtgewichtig und kann auf der Baustelle leicht errichtet werden. Sie kann dadurch errichtet werden, daß an einer Ecke oder einer Kante mit einer Baueinheit begonnen wird, die an einer geeigneten Stütze für die Konstruktion befestigt wird, und dann eine Baueinheit nach der anderen hinzugefügt wird. Als Alternative dazu können Baugruppen aus jeweils mehreren Baueinheiten zuvor gebildet und dann an Ort und Stelle verbracht werden, um mit anderen derartigen Baugruppen verbunden zu werden.
Jede Baueinheit wird in einer Vorrichtung hergestellt, welche die Bauelemente in der jeweils richtigen Lage hält. Dadurch, daß die horizontalen Bauelemente an nur einem Ende des senkrechten Elements vorgesehen sind, besteht ein guter Zugang zu dem Verbindungspunkt in allen erforderlichen Richtungen, um eine wirkungsvolle Schweißnaht zu machen. Wenn die Diagonalstreben 35 erforderlich sind, werden sie nachträglich hinzugefügt.
Aus Rationalisierungsgründen ist es zweckmäßig, wenn alle Baueinheiten außer den Eck- und Kantenbaueinheiten identisch zueinander sind und bei den Eck- und Kantenbaueinheiten nur ein oder zwei horizontale Elemente weggelassen und entsprechend abgewandelte Verbindungsstücke 31 und Verstärkungsplatten 27 eingebaut werden. Bei manchen Konstruktionen kann es sein, daß eine größere Stabilität in den horizontal Elementen im oberen Gitter oder im unteren Gitter vorhanden sein muß. Beispielsweise könnte das räumliche Tragwerk in einer Verbundkonstruktion aus Stahl und Beton, wie sie in unserer europäischen Patentanmeldung 378 354 beschrieben ist, verwendet werden. Bei jener Anordnung können die oberen horizontalen Elemente eventuell eine kleinere Querschnittsfläche als die unteren Elemente haben, weil die Festigkeit der oberen Elemente durch ihre Einbettung in Beton erhöht wird. In einem solchen Fall sind zwei verschiedene Ausführungen von Baueinheiten erforderlich, nämlich eine für die normale Ausrichtung und die andere für die umgekehrte Ausrichtung.
Bei einigen Konstruktionen kann es wünschenswert sein, daß ein größerer Abstand zwischen den horizontalen Elementen in der Längsrichtung der Konstruktion als in der Querrichtung verwendet wird. Um eine solche Konstruktion zu erhalten, sollte jede Baueinheit ungleich lange horizontale Elemente haben.
Wenn die Konstruktion ein gewölbtes oder schräges Dach sein soll, das typischerweise bis zu einigen Grad Neigung oder Wölbung für Entwässerungszwecke hat, können kleine Unterschiede in den Winkeln zwischen den Elementen oder zwischen den Längen der Elemente erforderlich sein, um die Schräge oder Wölbung zu erhalten. Solche kleinen Abweichungen von der wahren Vertikalen und Horizontalen, wie sie für die Bauteile und die Konstruktion als Ganzes auftreten, haben auf das Grundprinzip der Konstruktion keinen Einfluß und sollen so verstanden werden, daß sie noch unter die Begriffe Vertikalund Horizontalrichtung fallen.
Der Querschnitt und der Werkstoff der Bauelemente kann geändert werden. Beispielsweise können die senkrechten Stützen runde Rohre sein. Gleichermaßen können die horizontalen Elemente T-Profile oder Doppel-T-Profile mit ungleichen Stegen sein. Horizontale Elemente für die eine Richtung können im Querschnitt verschieden von denen in der anderen Richtung sein. Aluminium oder ein anderer Werkstoff könnte Stahl für besondere Anwendungsfälle, bei denen Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, ersetzen.
Beim Zusammenbau einer Baueinheit aus ihren Bestandteilen können andere Arten von dauerhaften Verbindungen neben Schweißen verwendet werden. Beispielsweise könnten Entwicklungen in der Klebetechnik die Verwendung von Klebstoffen an Stelle von Schweißverbindungen zulassen.
Es könnte bei einigen Konstruktionen wünschenswert sein, daß einige Baueinheiten verwendet werden, die stabiler als andere Baueinheiten sind. Beispielsweise kann es bei einem quadratischen räumlichen Tragwerk, das nur an seinen Ecken abgestützt wird, wünschenswert sein, daß alle Kantenbaueinheiten und Eckbaueinheiten horizontale Elemente mit einem größeren Querschnitt erhalten, außer oder anstatt daß diese Bauelemente mit Streben 35 versehen werden.

Claims

1. Räumliches Tragwerk mit einem oberen Gitter (11) aus horizontalen Bauelementen (21B, 22B, 23B, 24B), die an oberen Knotenpunkten (15) miteinander verbunden sind, einem unteren Gitter (12) aus horizontalen Bauelementen (21A, 22A, 23A, 24A), die an unteren Knotenpunkten (16) miteinander verbunden sind, und senkrechten Bauelementen (13 oder 25), welche die Gitter an ihren Knotenpunkten miteinander verbinden, wobei die Konstruktion aus vorgefertigten Baueinheiten (A, B usw.) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Baueinheit eines der senkrechten Elemente (25) und horizontalen Bauelemente (21, 22, 23, 24) dauerhaft mit nur einem Ende des senkrechten Elements verbunden ist, wobei sich abwechselnde Baueinheiten (A und B) zu dem räumlichen Tragwerk in zueinander umgekehrten Stellungen zusammengebaut sind, wobei die freien Enden der horizontalen Elemente von einer Baueinheit jeweils mit dem freien Ende des senkrechten Elements einer angrenzenden Baueinheit verbunden sind.

2. Räumliches Tragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrechte Element (25) und die horizontalen Elemente (21 bis 24), die eine Baueinheit bilden, zusammengeschweißt sind.

3. Räumliches Tragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Bauelemente (21 bis 24) Stahlelemente mit einem Querschnitt sind.

4. Räumliches Tragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Elemente (21 A, 22 B) von einer Baueinheit durch Schrauben (Schraubenlöcher 34 A, 34 B) mit angrenzenden Baueinheiten verbunden sind.

5. Räumliches Tragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende eines horizontalen Elements zur Verbindung mit einer anderen Baueinheit eine Verbindungsplatte (28) aufweist, die daran befestigt ist und über dessen Ende hinausragt.

6. Räumliches Tragwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des senkrechten Elements einer jeden Baueinheit ein Verbindungsstück (31) aufweist, das vertikale Platten (33) zum Verbinden mit den Verbindungsplatten (28) der horizontalen Elemente aufweist.

7. Räumliches Tragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Bauelemente jeweils in einem orthogonalen Muster angeordnet sind, das durch Baueinheiten gebildet wird, von denen jede vier horizontale Bauelemente beinhaltet.

8. Räumliches Tragwerk nach einem der vorher genannten Ansprüche, und ferner mit Diagonalstreben (35), die sich von mindestens einigen der horizontalen Elemente bis zu dem senkrechten Element der gleichen Baueinheit erstrekken.

9. Baueinheit (A oder B) für ein räumliches Tragwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als zusammengeschweißtes Fertigteil aus einem senkrechten Bauelement (25) und horizontalen Bauelementen (21 bis 24) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß alle horizontalen Bauelemente mit nur einem Ende des senkrechten Elements (25) verschweißt oder sonstwie dauerhaft verbunden sind und von diesem einen Ende des senkrechten Elements wegragen.