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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine modulare Struktur, wie
sie in US-A-4 020 611 und US-A-3 299 270 beschrieben ist.
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Es
ist in der Baukonstruktion bekannt, vertikale Wände, beispielsweise vom lasttragenden
Typ, durch Gießen
von Stützen
aus Stahlbeton und Füllen des
Raums zwischen benachbarten Stützen
mit einer Vorhangwand zu bilden, die vorgefertigte, plattenartige
Elemente oder Elementmodule (normalerweise aus Ziegel und/oder Beton
hergestellt) aufweist, welche miteinander verbunden sind. Diese
vertikale Wände
werden dann mit einer Schicht aus thermisch isolierendem Material
fertiggestellt, die normalerweise in einem Hohlraum innerhalb der
Vorhangwand platziert oder auf eine äußere Fläche aufgebracht wird.
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Die
Erzeugung dieses Hohlraums und in jedem Falle die Anordnung der
thermisch isolierenden Schicht benötigt eine lange Zeitdauer zur
Durchführung
(und dies bringt zusätzliche
Kosten mit sich) und muss durch spezialisierte Arbeiter ausgeführt werden.
Es ist ebenso bekannt, horizontale Plattformen wie Decken durch
Vorsehen einer Mehrzahl perforierter Ziegelelemente und Nebeneinanderlegen
derselben auf einer temporären,
horizontalen Struktur und Gießen
einer Schicht. aus Zementmörtel über diese
Ziegelelemente zum Bilden einer ebenen, horizontalen Oberfläche, die
dann mit einer Schicht. aus thermischen isolierendem Material fertiggestellt
wird, welche auf eine Fläche
der horizontalen Plattform aufgebracht wird, zu bilden. In ähnlicher
Weise wie oben bringt das Aufbringen der Schicht aus thermisch isolierendem
Material zusätzliche
Bauzeit (und somit Kosten) mit sich und muss durch spezialisierte Arbeiter
ausgeführt
werden.
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US-A-3
802 134 beschreibt eine modulare Struktur nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1 und eine Kombination nach dem Oberbegriff von Anspruch
14.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein strukturelles Element
bereitzustellen, das in Kombination mit anderen strukturellen Elementen
verwendet werden kann, um eine modulare Struktur zu bilden, die
als vertikale Wand oder als horizontale Plattform nutzbar ist, bei
welchem die Anordnung der thermisch isolierenden Schicht in einem
einzigen Vorgang bei der Erzeugung der modularen Struktur selbst
ausgeführt
wird.
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Dementsprechend
stellt die vorliegende Erfindung eine modulare Struktur der in Anspruch
1 beschriebenen Art bereit. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso eine Kombination eines strukturellen Elements
für eine
modulare Struktur und einer Verbindungseinrichtung der in Anspruch
14 beschriebenen Art bereitgestellt.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, die eine nicht begrenzende Ausführungsform zeigen, wobei:
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1 ist eine Perspektivansicht
eines strukturellen Elements, das zum Bilden einer modularen Struktur
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wird;
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2 veranschaulicht eine Mehrzahl
struktureller Elemente, die miteinander in einer modularen Struktur
gekoppelt sind, welche eine horizontale Plattform bildet; und
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3 veranschaulicht eine Mehrzahl
struktureller Elemente, die in einer modularen Struktur miteinander
gekoppelt sind, welche eine vertikale Wand bildet;
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4 ist eine Perspektivansicht
einer vertikalen Wand mit einer Mehrzahl gekoppelter, struktureller
Elemente;
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5 ist eine Perspektivansicht
einer horizontalen Plattform und einer vertikalen Wand, die beide
eine Mehrzahl gekoppelter, struktureller Elemente aufweisen;
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6 veranschaulicht eine modulare
Struktur mit einer Mehrzahl struktureller Elemente, die vertikal
angeordnet, miteinander gekoppelt und durch einen Rahmen gelagert
sind;
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7 zeigt einen Querschnitt
eines Abschnitts der Struktur aus 6;
und
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8 veranschaulicht ein Element
des Rahmens aus 6.
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In 1 ist ein strukturelles
Element, das in Baukonstruktionsarbeiten zur Bildung modularer Strukturen
verwendbar ist, allgemein mit 1 bezeichnet. Das Element 1 umfasst
einen zentralen Abschnitt 3 mit einer ebenen, rechteckigen
Platte und zwei Seitenverbinderabschnitten 5, 6,
die als gerade Seitenwände
integral mit der Platte 3 gebildet und von den längeren Seiten
davon hervorstehen. Insbesondere besitzt das strukturelle Element 1 einen
Kanalabschnitt, wobei sich die Wände 5, 6 im
wesentlichen senkrecht von einer ebenen Rückfläche 8 der Platte 3 erstrecken;
die Wände 5, 6 besitzen
im wesentlichen dieselbe Höhe
h und einen Querschnitt, der sich zu einem freien Rand hin verjüngt (beispielsweise
können
die Wände 5, 6 einen
trapezförmigen Querschnitt
besitzen). Der zentrale Abschnitt 3 und die Seitenverbinderabschnitte 5, 6 sind
aus Stahlbeton hergestellt. Die Seitenwände 5, 6 besitzen
jeweils gegenüberliegende
Endabschnitte 5a, 5b und 6a, 6b, von
denen Metallelemente 7 hervorstehen, die Teil der inneren
Bewehrung (nicht gezeigt) der Stahlbetonabschnitte bilden. Insbesondere
kann ein Metallelement 7 in der Form eines Hakens sein,
der zum Angreifen und Heben des strukturellen Elements 1 nutzbar
ist.
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Das
strukturelle Element 1 umfasst ferner eine Schicht aus
thermisch (und akustisch) isolierendem Material 10, das
herkömmlich
aus einer rechteckigen Platte aus expandierten Polystyrol (oder
anderem thermischen isolierendem Material) hergestellt ist, und
in Kontakt mit der hinteren Fläche 8 mit dem
zentralen Abschnitt 3 verbunden ist. Insbesondere ist die
Platte 10 rechteckig, wobei längere Ränder 10a, 10b in
Kontakt mit Basisabschnitten der geraden Seitenwände 5, 6 gelegen
sind. Somit erstreckt sich die Platte 10 zwischen den Wänden 5 und 6 über die
gesamte Breite L der hinteren Fläche 8.
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Das
strukturelle Element 1 umfasst ferner eine nach außen gewandte
Schicht 12, die auf eine vordere Fläche 14 der rechteckigen
Platte 3 aufgebracht ist und eine im wesentlichen konstante
Dicke besitzt. Die nach außen
gewandte Schicht kann beispielsweise Leichtbeton, Porenbeton, mit
Polystyrol gemischten, hydraulischen Kalk, allgemein feuerverzögerndes
Material oder eine äußere Verkleidung aus
Ziegel oder Stein aufweisen.
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Das
strukturelle Element 1 ist dazu ausgelegt, mit einer Verbinderelementvorrichtung 18 (2) zusammenzuwirken, die
in der in 2 veranschaulichten
Ausführungsform
einen würfelförmigen Block
aus thermisch isolierendem Material (beispielsweise expandiertem
Polystyrol) mit einer Länge von
zumindest gleich der Länge
des strukturellen Elements 1 auf. Die Verbinderelementvorrichtung 18 besitzt
zwei gerade Kanäle 21, 22 mit
trapezförmigem
Querschnitt, die sich parallel zueinander in einer ebenen Fläche 23 des
würfelförmigen Blocks 18 erstrecken.
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Im
Gebrauch kann das strukturelle Element 1 vorteilhaft verwendet
werden, um eine horizontale Plattform zu bilden, beispielsweise
eine lasttragende Decke, wie in 2 veranschaulicht.
Zu diesem Zweck sind mehrere strukturelle Elemente nebeneinander
gelegen, wobei die Wände 5, 6 parallel
zueinander und einander zugewandt sind. Die rechteckigen Platten 3 sind
ebenso derart gelegen, um koplanar zu sein, beispielsweise durch
das Platzieren der strukturellen Elemente auf einer ebenen Lagerfläche 24 (schematisch
veranschaulicht) einer Lasttragstruktur (nicht gezeigt). Die Endabschnitte
(nicht gezeigt) der strukturellen Elemente 1 können ebenso auf
jeweiligen vertikalen Lasttragwänden
(nicht gezeigt) ruhen, welche die strukturellen Elemente selbst
lagern. Die Blocks 18 sind ebenso derart gelegen, um die
benachbarten strukturellen Elemente, die Kanäle 21, 22 eines
jeweilige Wände 6 und 5 benachbarter
struktureller Elemente aufnehmenden Blocks 18 zu verbinden.
Bei dieser Anordnung ist die Fläche 23 jedes
Blocks 18 derart in zusammenwirkendem Kontakt mit den isolierenden
Schichten 10 der benachbarten strukturellen Elemente, um
mit diesen eine im wesentlichen kontinuierliche, bedeckende Schicht 25 der
modularen Struktur zu bilden, welche die benachbarten strukturellen
Elemente 1 aufweist, die durch die Verbinderelemente 18 verbunden sind.
Die benachbarten, würfelförmigen Blocks 18 definieren
ebenso mit der Schicht 10 gerade Kanäle 28 mit rechteckigem
Querschnitt, in welchen Stahlbewehrungen 20 angeordnet
werden können,
und in denen eine Betonschicht 33 anschließend derart
gegossen werden kann, um lasttragende Balken zu bilden, wenn der
Beton ausgehärtet
ist.
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Die
Vorteile der oben beschriebenen modularen Struktur sind wie folgt:
- – die
benachbarten strukturellen Elemente sind miteinander verbunden,
und es wird eine kontinuierliche, thermisch isolierende Schicht
erzeugt, die sich über
die gesamte horizontale Plattform erstreckt, und zwar in einem einzigen
Vorgang;
- – die
strukturellen Elemente 1 werden miteinander durch einfache
Vorgänge
ohne die Hilfe einer speziellen Ausrüstung und ohne die Notwendigkeit spezialisierter
Arbeiter verbunden – die
modulare Struktur kann daher einfach und schnell zusammengesetzt
werden; und
- – modulare
Strukturen können
mit beliebigen Abmessungen aus unterschiedlichen Anzahlen struktureller
Elemente gebildet werden.
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Unter
Bezugnahme auf 3 können die strukturellen
Elemente 1 mit Verbinderelementen 18a verwendet
werden, die jeweils einem länglichen,
im wesentlichen würfelförmigen Körper mit
einem Paar paralleler Kanäle 21a, 22a in
einer ersten Fläche 36 und
einem Paar paralleler Kanäle 40, 41 in
einer zweiten Fläche 46 des
Körpers 18a,
welche der Fläche 36 gegenüberliegt,
aufweisen. Der Körper 18a besitzt,
wie für
das Verbinderelement 18 beschrieben, eine Länge von
zumindest gleich der Länge
des strukturellen Elements 1, auf welches er aufgebracht wird.
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Die
strukturellen Elemente 1 aus 3 werden
zum Bilden einer vertikalen, lasttragenden Wand verwendet. Zu diesem
Zweck wird eine erste Mehrzahl struktureller Elemente 1a nebeneinander
mit den Wänden 5, 6 parallel
und benachbart angeordnet. Die rechteckigen Platten 3 werden
dann vertikal und in derselben Ebene vorgesehen, beispielsweise unter
Einsatz eines äußeren Tragrahmens
(der unten beschrieben wird). Die Blocks 18a werden derart
angeordnet, um die benachbarten strukturellen Elemente miteinander
zu verbinden, wobei die Kanäle 21a, 22a eines
Blocks 18a entsprechende Wände 6 und 5 benachbarter
struktureller Elemente aufnehmen. Bei dieser Anordnung ist die Fläche 36 jedes Blocks 18a in
zusammenwirkendem Kontakt mit den isolierenden Schichten 10 der
benachbarten strukturellen Elemente, um hiermit eine im wesentlichen kontinuierliche,
erste bedeckende Schicht 25a zu bilden. Eine zweite Mehrzahl
struktureller Elemente 1b wird nebeneinander und den strukturellen
Elementen der ersten Mehrzahl zugewandt angeordnet, wobei die rechteckigen
Platten 3 vertikal und parallel zu den entsprechenden Platten
der strukturellen Elemente 1a sind. Die Blocks 18a sind
derart vorgesehen, um benachbarte strukturelle Elemente 1b miteinander
zu verbinden, wobei die Kanäle 40, 41 eines
Blocks 18a entsprechende Wände 6 und 5 der
benachbarten strukturellen Elemente 1b aufnehmen. Bei dieser
Anordnung sind die Verbinderelemente 18a zwischen den Verbinderwandabschnitten 5, 6 der
strukturellen Elemente 1a und den Verbinderabschnitten 5, 6 der strukturellen
Elemente 1b eingelegt. Die Verbinderelemente 18a erfüllen, somit
die doppelte Funktion des Miteinanderverbindens benachbarter struktureller Elemente 1a und 1b und
des Trennens und Beabstandens der einander zugewandten strukturellen Elemente 1a und 1b.
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Bei
dieser Anordnung ist darüber
hinaus die Fläche 46 jedes
Blocks 18a in zusammenwirkendem Kontakt mit den isolierenden
Schichten 10 der strukturellen Elemente 1b, um
hiermit eine zweite, im wesentlichen kontinuierliche bedeckende
Schicht 50 parallel zu der bedeckenden Schicht 25a und
dieser zugewandt zu bilden.
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Ein
strukturelles Element 1a und ein strukturelles Element 1b,
die einander zugewandt sind, definieren mit dem Paar von Verbinderelemente 18a, welche
diese trennen, einen im wesentlichen würfelförmigen Hohlraum 55,
der durch die zugewandten Schichten aus isolierendem Material 10 und
die Seitenflächen
der Verbinderelemente 18a begrenzt ist. Ein Stahlbewehrung
(nicht gezeigt) kann in dem Hohlraum 25 angeordnet werden,
und anschließend kann
eine Schicht aus Zementmörtel
(nicht veranschaulicht) um diese gegossen werden, um bei Aushärtung des
Zements lasttragende Stützen
zu bilden, die fest mit den strukturellen Elementen 1a und 1b verbunden
sind. Rohre, Verbindungskabel, etc. können ebenso in dem Hohlraum 55 aufgenommen
werden.
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Die
Vorteile der oben beschriebenen, modularen Struktur sind wie folgt:
- – die
strukturellen Elemente können
miteinander verbunden werden, und es können die zwei kontinuierlichen,
thermisch isolierenden, bedeckenden Schichten, die sich über die
gesamte vertikale Wand erstrecken, durch die einfachen, oben beschriebenen
Vorgänge
erzeugt werden;
- – die
oben beschriebene, modulare Struktur mit der Doppelschicht aus isolierendem
Material verhindert das Eindringen von Kälte in das Gebäude einschließlich der
Struktur selbst und verhindert gleichzeitig, dass Wärme aus
dem Gebäude
austritt;
- – die
modulare Struktur besitzt ebenso gute Schallschutzeigenschaften;
- – die
Anwesenheit zweier zugewandter, thermisch isolierender Schichten,
welche einen mittleren Betonabschnitt einkapseln, bildet eine modulare Struktur,
die thermisch sehr inert ist: dies verhindert ein scharfes Aufeinandertreffen
innerhalb der modularen Struktur zwischen der Temperatur außerhalb
des Gebäudes
und derjenigen innerhalb des Gebäudes
selbst (die höher
ist als die Außentemperatur).
Dies verhindert die Bildung einer Kondensation auf der Oberfläche der
modularen Struktur, welche in das Gebäude selbst gewandt ist;
- – zum
Gießen
des Betons ist keine Schalung erforderlich, da der oben beschriebene
Hohlraum 55 selbst die Schalung darstellt;
- – beide
vertikale, lasttragende Wände
(wenn alle Hohlräume 55 in
der Struktur mit bewehrtem Beton gefüllt sind) und Trennwände können gebildet werden;
- – die
strukturellen Element 1a, 1b werden durch einfache
Vorgänge
ohne die Hilfe spezieller Ausrüstung
und ohne die Notwendigkeit spezialisierter Arbeiter miteinander
gekoppelt – die
modulare Struktur kann daher schnell und einfach zusammengesetzt
werden; und
- – vertikale
Wände beliebiger
Breite können
durch das Verbinden einer beliebigen Anzahl struktureller Elemente
hergestellt werden.
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4 veranschaulicht eine Mehrzahl
erster und zweiter, vertikaler struktureller Elemente, die einander
zugewandt angeordnet sind, um eine vertikale, lasttragende Wand ähnlich zu
der in 3 gezeigten und
in Bezug auf 3 beschriebenen
zu bilden. Rechteckige Öffnungen 60 sind
in dieser vertikalen, lasttragenden Wand freigelassen und sind durch
zugewandte Seitenwandabschnitte 61, 62 der vertikalen
Wand begrenzt; jede ist durch seitliche Abschnitte 5, 6 der
zugewandten strukturellen Elemente und durch das zwischen diesen
eingelegte Verbinderelement 18 definiert. Die Öffnung 60 kann
durch eine rechteckige Platte 65 geschlossen werden, die
eine rechteckige Öffnung 66 besitzt,
welche einen Durchgang in der vertikalen Wand definiert. Der untere
Teil der Öffnung 66 kann
durch eine rechteckige Platte 67 geschlossen werden, um
eine Fensteröffnung
in der vertikalen, lasttragenden Wand zu bilden. Die Seitenwandabschnitte 60, 61 können ebenso
mit rechteckigen Platten 68, 69 ausgestattet werden,
die eine Höhe
im wesentlichen gleich der Höhe
der Öffnung 66 besitzen
und dazu ausgelegt sind, einen oberen, L-förmigen
Querträger
zum Ruhen auf Randabschnitten der kürzeren Seiten der Platten 68, 69 zu
lagern.
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5 veranschaulicht den oberen
Abschnitt einer vertikalen, lasttragenden Wand ähnlich zu der in 3 veranschaulichten und
unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen.
Diese vertikale Wand lagert eine Mehrzahl struktureller Elemente 1,
die horizontal angeordnet sind und gerade Endabschnitte besitzen,
die derart gelegen sind, um oberen geraden Abschnitten der vertikalen
Wand zugewandt zu sein. In dieser Position erstrecken sich die Metallelemente 7,
die von den horizontalen strukturellen Elementen nahe zu der vertikalen
Wand hervorstehen, in eine obere Region T der vertikalen Wand, in
welche sich die Metallelemente 7 der vertikalen Wand selbst ebenso
erstrecken. Zementmörtel
kann in dieser Region T derart gegossen werden, um einen Stahlbetonbalken
zu bilden, der sich entlang der Oberseite der vertikalen Wand erstreckt
und letztere mit den horizontalen strukturellen Elementen verbindet.
In ähnlicher
Weise besitzen die nebeneinander vorgesehenen und zueinander ausgerichteten,
horizontalen strukturellen Elemente benachbarte Endabschnitte, von
welchen Metallelemente 7 derart hervorstehen, um einander über eine
Region R zugewandt zu sein. Die Region R erstreckt sich entlang
der benachbarten Abschnitte der strukturellen Elemente 1 und
ist dazu ausgelegt, eine Metallbewehrung aufzunehmen, über welche
Beton gegossen werden kann, um ein Abschnitt-teilendes, horizontales,
lasttragendes Querelement zu bilden, das sich transversal zu den strukturellen
Elementen 1 erstreckt und ihre benachbarten Endabschnitte
miteinander verbindet. Die Querelemente unterbrechen nicht die durch
die horizontalen strukturellen Elemente definierte, thermisch isolierende
Schicht.
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6 veranschaulicht einen
zum Lagern der vertikalen, strukturellen Elemente verwendeten Rahmen 80,
um eine vertikale, lasttragende Wand, wie oben unter Bezugnahme
auf 3 beschrieben zu bilden.
Der Rahmen 3 umfasst eine Mehrzahl gerader Verbindervorrichtungen 81,
die miteinander derart gekoppelt sind, um gerade Haltestrukturen
zu bilden, die sich auf gegenüberliegenden
Seiten der vertikalen Wand erstrecken. Jede Verbindervorrichtung umfasst
eine rechteckige Platte 83, von welcher sich zwei parallele,
gerade Zugstäbe 84, 85 erstrecken. Jede
Verbindervorrichtung 81 umfasst ferner einen geraden Fortsatz 87,
der von der gegenüberliegenden
Seite der Platte 83 von den geraden Zugstäben 84, 85 hervorsteht.
Der gerade Fortsatz 87 (7) besitzt
einen hakenförmigen
Endabschnitt 87a, der dazu ausgelegt ist, in einen Schlitz 90a in
einem ersten Ende einer geraden Platte 90 zu passen, der
sich durch das Verbinderelement 18 erstreckt und einen zweiten
Endabschnitt mit einem Schlitz 90b besitzt, der mit dem
geraden Fortsatz 87 einer auf der gegenüberliegenden Seite der vertikalen
Wand gelegenen Verbindervorrichtung 81 gekoppelt ist. Somit
verbindet die Platte 90 die geraden Fortsätze der
zweiten Verbindervorrichtungen 81 auf gegenüberliegenden Seiten
der vertikalen Wand, wodurch die Relativpositionierung der einander
zugewandten, strukturellen Elemente 1a und 1b sichergestellt
wird. Die Platte 90 wird von dem Verbinderelement 18 nach
dem Gießen entnommen,
um die Wärmebrücke zu beseitigen, welche
die Platte 90 bilden würde,
falls sie in der vertikalen Wand belassen würde. Nach dem Entfernen der
Platte 90 dehnt sich das das Element 18 bildende,
isolierende Material in den Schlitz aus, in welchem die Platte 90 aufgenommen
war, wodurch dieser Schlitz geschlossen wird.
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Die
freien Abschnitte 84a, 85a (6) der Zugstäbe 84, 85 sind
ebenso mit einer Platte 83 einer zugehörigen Verbindervorrichtung
derart verbunden, um axial verschiebbar, jedoch gegenüber einer
Rotation fixiert zu sein, und somit ohne die Möglichkeit einer Trennung von
der vertikalen Wand zu sein.
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Schließlich ist
klar, dass Veränderungen
und Variationen an der beschriebenen modularen Struktur vorgenommen
werden können,
ohne hierbei von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen definiert
ist.