WO2005111330A1 - Flächentragwerk - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein einschaliges Flächentragwerk mit Stäben (1) und zumindest einem Knoten (3, 4). Dabei sind die Stäbe (1) als Biege­träger ausgeführt. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Flächentragwerk dadurch aus, dass der Knoten durch ein Knotenelementpaar (3, 4) gebildet ist. Die Knoten­elemente (3, 4) eines Knotenelementpaares (3, 4) sind dabei entlang einer im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Flächentragwerks verlau­fenden Geraden voneinander beabstandet angeordnet. Mit der Erfindung wird ein Flächentragwerk geschaffen, das auch im Fall großer Profilhöhen kostengünstig und gewichtssparend gefertigt und montiert werden kann. Es lassen sich somit Flächentragwerke mit unter­ schiedlichen Krümmungsradien bzw. freigeformte Flächentragwerke zeitsparend, modular sowie unter Minimierung der Bauteilvielfalt erstel­len. Aufgrund der erfindungsgemäßen Auflösung der Tragwerksknoten in Form von Knotenelementpaaren werden zudem Materialkosten einge­spart, und die damit masseärmeren Knotenelemente lassen sich leichter handhaben und schneller montieren.

Description

Flachentragwerk

Die Erfindung betrifft ein Flachentragwerk mit Stäben und Knoten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .

Flachentragwerke oder Raumfachwerke kommen insbesondere, j edoch keineswegs ausschließlich, im Bauwesen in vielfältigen Ausführungen und Formen zum Einsatz. Häufig werden auf diese Weise weitgespannte, j edoch leichte Tragwerke für Dächer, Fassaden, Säle, Kuppeln und dergleichen mehr erstellt.

Gattungsgemäße Tragwerke, insbesondere einschalige Flachentragwerke aus Stäben und Knoten, sind beispielsweise aus der Druckschrift DE 42 24 663 C2 bekannt. Einschalige Flachentragwerke, wie beispielsweise eine einschalig aufgebaute Kuppel oder dergleichen, weisen im Vergleich zu Raumfachwerken eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung senkrecht zur Ebene des Tragwerks auf. Zudem erfolgt bei einschaligen Flächentragwerken keine vollständige Auflösung der Struktur in Form eines räumlichen Gitters, dessen Stäbe idealerweise lediglich noch auf Zug und/oder Druck beansprucht werden.

Die gitterartige Auflösung der Tragstruktur erfolgt bei einem einschali- gen Flachentragwerk vielmehr im Wesentlichen lediglich innerhalb der Ebene des Tragwerks, weshalb die Stäbe und Knoten des einschaligen Flächentragwerks im Unterschied zu den als räumliches Gitter aufgebauten Raumfachwerken auch durch Biegemomente belastet werden, deren Biegeachsen im Wesentlichen in der Ebene des Flächentragwerks liegen.

Aus diesem Grund kann auch die Verbindung zwischen Stäben und Knoten eines einschaligen Flächentragwerks häufig nicht mehr annähernd punktförmig wie bei bestimmten Raumfachwerken ausfallen, sondern muss vielmehr linienförmig bzw. flächig ausgeführt werden, wobei die Hauptachse der flächigen bzw. im Wesentlichen linienförmi- gen Verbindung zwischen Stab und Knoten senkrecht zur Ebene des Flächentragwerks angeordnet ist, um die genannten Biegemomente zwischen Stäben und Knoten übertragen zu können. Auch die Ausführung der Stäbe und Knoten selbst muss an die notwendige Aufnahme und Übertragung der Biegemomente dergestalt angepasst werden, dass die Stäbe und Knoten vergrößerte Abmessungen vor allem senkrecht zur Ebene des Flächentragwerks erhalten, mit anderen Worten eine vergrößerte Profilhöhe aufweisen.

Dabei werden jedoch insbesondere die hochbelasteten und daher ohnehin weitgehend massiv auszuführenden Knoten mit wachsender Profilhöhe schwer und damit teuer und unhandlich. Außerdem sind dann für unterschiedliche Profilhöhen auch unterschiedliche Knotenelemente notwendig. Insbesondere bei einfach gekrümmten oder bei zweifach, beispielsweise sphärisch, gekrümmten Flächentragwerken kommt j edoch hinzu, dass mit abnehmenden Krümmungsradien des Flächentragwerks Schwie- rigkeiten beim zunehmend winkligen Anschluss zwischen Stab und

Knoten entstehen, welche allein aufgrund geometrischer Zusammenhänge umso gravierender ausfallen, j e größer die Profilhöhe der Stäbe und/oder Knoten des Flächentragwerks ist.

Dies führt beispielsweise dazu, dass zur Realisierung kleiner Krüm- mungsradien von einschaligen Flächentragwerken standardisierte Knotenelemente nicht mehr verwendet werden können, sondern gegebenen- falls auf aufwändige, beispielsweise V-förmig winklige oder pyramiden- stumpfförmige Spezialanfertigungen zurückgegriffen werden muss.

Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Flachentragwerk zu schaffen, mit dem sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen. Dabei soll das Flachentragwerk auch bei verhältnismäßig großen Profilhöhen leicht bauen, insbesondere jedoch sollen die Knoten eine möglichst geringe Masse aufweisen sowie auch bei verschiedensten Profilhöhen sowie unterschiedlichsten Krümmungen des Flächentragwerks einsetzbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Flachentragwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Flachentragwerk gemäß der vorliegenden Erfindung weist in an sich zunächst bekannter Weise Stäbe sowie zumindest einen Knoten auf. Dabei sind die Stäbe als Biegeträger ausgeführt, um wie beschrieben die bei einem einschaligen Flachentragwerk auftretenden Biegemomente aufnehmen bzw. in die Knoten einleiten zu können.

Erfindungsgemäß ist jedoch der zumindest eine Knoten des Flächentragwerks durch ein Knotenelementpaar gebildet. Dabei sind die Knotenele- mente eines Knotenelementpaares voneinander beabstandet entlang einer gedachten Geraden im Flachentragwerk angeordnet. Die Gerade verläuft im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Flächentragwerks.

Hierzu sei angemerkt, dass ein "Knotenelementpaar" gemäß der vorliegenden Erfindung in den allermeisten Fällen genau zwei Knotenelemente umfasst, wobei die Erfindung jedoch nicht auf genau zwei Knotenelemente umfassende Knotenelementpaare beschränkt sein soll. Es ist vielmehr durchaus vorstellbar, Ausführungsformen der Erfindung mit mehr als zwei entlang einer Geraden angeordneten Knotenelementen pro Knoten vorzusehen. Jedoch wird ausschließlich der Begriff "Knotenele- mentpaar" im Sinne der Klarheit und Verständlichkeit der Formulierung im Folgenden für die Knotenelementanordnung eines Knotens verwendet.

Die erfindungsgemäße Auflösung des Knotens in ein Knotenelementpaar bringt eine ganze Anzahl maßgeblicher Vorteile mit sich. Zunächst einmal ist der Ersatz eines einzigen, weitgehend massiv gefertigten Knotenelements durch das erfindungsgemäße Paar aus voneinander beabstandet angeordneten Knotenelementen mit einer erheblichen Massereduktion verbunden, die um so größer ausfällt, je größer die Profilhöhe des Flächentragwerks und damit die knotenaxiale Ausdehnung der Verbindungsknoten ist. Hierdurch werden einerseits Materialkosten eingespart und die leichteren Knotenelemente lassen sich andererseits auch einfacher handhaben und montieren, wodurch weiterer Aufwand und zusätzliche Kosten beim Erstellen des Flächentragwerks eingespart werden.

Außerdem sind als Knotenelementpaare ausgebildete Tragwerksknoten sehr viel universeller einsetzbar als die bekannten einstückigen Knotenelemente. Die Knotenelementpaare können beispielsweise bei Flächentragwerken mit unterschiedlichsten Profilhöhen unverändert zum Einsatz kommen, da zur Anpassung an die j eweils verwendete Profilhöhe ledig- lieh der Abstand der Knotenelemente des Knotenelementpaares verändert werden muss.

Ein weiterer Vorteil der Auflösung der bekannten einstückigen Knotenelemente in Knotenelementpaare liegt darin, wie dies auch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, dass auf diese Weise im Wesentlichen beliebig stark einfach oder doppelt gekrümmte Flachentragwerke darstellbar sind. Für die Realisierung solcher Krümmungen des Flächentragwerks liefert die Erfindung eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten, auf die weiter unten noch eingegangen werden soll. So kann der Anschluss der Stäbe in einem stark gekrümmten Bereich des Flächentragwerks beispielsweise erfolgen, indem die Knotenelemente eines Knotenelementpaares unterschiedlich, insbesondere verschieden groß, gewählt werden. Bereits auf diese Weise können mit einen geringen Anzahl unterschiedlich großer Knotenelemente baukastenartig die unterschiedlichsten Krümmungen in einem Flachentragwerk realisiert werden.

Die Erfindung wird zunächst einmal verwirklicht unabhängig von Art, Ausführung und Gestalt der Knotenelemente. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sind die Knotenelemente j edoch im Wesentlichen kreisringförmig oder napfförmig. Eine kreisringförmige oder napfförmige Gestalt der Knotenelemente hat insbesondere den Vorteil, dass solche Knotenelemente einerseits einfach herstellbar sind, andererseits jedoch eine große Steifigkeit aufweisen. Außerdem erlaubt der dann im Wesentlichen kreisförmige bzw. zylindrische Außenumfang der Knotenelemente auf einfache Weise einen Anschluss von Stäben aus beliebigen Richtungen innerhalb der Ebene des Flächentragwerks.

Dabei erfolgt der Anschluss der Stäbe an den Knotenelementen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anhand von Passflächen, die vorzugsweise im Wesentlichen tangential am Umfang der Knotenelemente angeordnet sind. Dabei ist es zunächst unerheblich, auf weiche Weise die Passflächen erzeugt werden. Gemäß einer besonders bevorzug- ten Ausführungsform der Erfindung sind die Passflächen jedoch anhand einer spanenden Bearbeitung von Knotengrundelementen erzeugt.

Der Anschluss der Stäbe an den Knotenelementen über Passflächen, die an den Knotenelementen angeordnet sind, bringt insbesondere den Vorteil einer präzisen, definierten Verbindung zwischen Stäben und Knoten mit sich, wobei über die Passfläche zwischen Stab und Knoten gegebenenfalls erhebliche Kräfte und zudem Biegemomente übertragen werden können. Die tangentiale Anordnung der Passflächen am Knotenelement bringt vor allem den weiteren Vorteil mit sich, dass auf diese Weise anhand von Anordnung und Relativwinkel-Position der Passflä- chen die Verbindung zwischen Stäben und Knoten praktisch unter beliebigen Winkeln zwischen den Stäben erfolgen kann. Wenn die Erzeugung der Passflächen anhand spanender Bearbeitung von Knotengrundelementen erfolgt, so wird es möglich, mit ein und demselben Typ von Knotengrundelementen eine praktisch beliebige Vielzahl von Knotenelementen und damit eine noch größere Vielzahl von Knoten- elementpaaren darzustellen. Das Knotengrundelement kann dann beispielsweise in Form eines kreisförmig napfartigen Bauteils vorliegen, wobei die daraus gefertigten Knotenelemente j e nach den geforderten Anschlusswinkeln der Tragwerksstäbe eine Anzahl von entsprechend tangential angeordneten bzw. winklig angestellten Passflächen erhalten.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stab bzw. Biegeträger des Flächentragwerks einen Obergurt, einen Untergurt sowie eine Steganordnung. Dabei kann es sich beispielsweise, j edoch keineswegs ausschließlich, um einen Doppel-T- Profil- bzw. I-Profil-Träger mit Obergurt, Untergurt und Steg handeln. Ebenso gut sind j edoch andere Trägerformen denkbar und können im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommen, wie beispielsweise Kastenträger oder T-Profil-Träger mit zusätzlichen Untergurten lediglich in den Trägerendbereichen.

Derartig gestaltete Träger bringen insbesondere den Vorteil mit sich, dass die Obergurte und die Untergurte von verschiedenen Trägern über jeweils ein eigenes Knotenelement miteinander verbunden werden können, wobei der Abstand der beiden Knotenelemente des so gebildeten Knotenelementpaars etwa der Höhe der Steganordnung des Trägers entspricht. Unterschiedliche Winkelstellungen zwischen verschiedenen Trägern innerhalb der Ebene des Flächentragwerks und/oder unterschiedliche lokale Krümmungshalbmesser des Flächentragwerks können dann sehr einfach dadurch realisiert werden, dass beispielsweise bei der Erzeugung der Passflächen an den beiden Knotenelementen lediglich Frästiefe und Fräswinkel entsprechend der gewünschten Winkelstellung der Stäbe und/oder entsprechend der gewünschten lokalen Krümmung des Flächentragwerks gewählt werden. In diesem Zusammenhang ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform daher auch vorgesehen, dass zumindest ein Teil einer lokalen Krümmung des Flächentragwerks durch ein Knotenelementpaar bewirkt ist, dessen Knotenelemente unterschiedlich angeordnete Passflächen aufweisen, wobei die Knotenelemente des Knotenelementpaars vorzugsweise auf demselben Knotengrundelement basieren. Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass auf Basis lediglich eines einzigen Typs von Knotengrundelementen beliebig viele unterschiedliche lokale Krümmungshalbmesser sowie auch beliebig viele unterschiedliche Relativwin- kel zwischen benachbarten Stäben realisiert werden können.

Bei besonders kleinen lokalen Krümmungsradien können die Knotenelemente des lokalen Knotenelementpaars, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, j edoch auch auf Knotengrundelementen unterschiedlicher Größe, insbesondere unterschiedlichen Durchmessers basieren. Auf diese Weise kann die Knotenmasse auch im Bereich starker Krümmungen gering gehalten und die zur Erzeugung der Passflächen notwendige spanende Bearbeitung reduziert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil einer lokalen Krümmung des Flächentragwerks durch einen Stab bewirkt wird, dessen Gurte unterschiedlich lang sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass beispielsweise ein Doppel-T- Träger zum Einsatz kommen kann, dessen Obergurt an j edenfalls einem Ende zum Beispiel einen gewissen Längenüberstand gegenüber dem Untergurt an demselben Ende aufweist.

Wird dieser Stab bzw. Träger mit unterschiedlich langen Gurten mit den Knotenelementen eines Knotenelementpaars verbunden, so führt bereits der Längenüberstand des einen Gurtes dazu, dass die Längsachse dieses Stabs bzw. Trägers mit der Achse des Knotenelementpaars einen Winkel einschließt, der von 90° verschieden ist. Dieser Effekt kann alleine oder auch zusätzlich zur unterschiedlichen Bearbeitung der Passflächen der Knotenelemente eines Knotenelementpaars herangezogen werden, um die gewünschte lokale Krümmung des Flächentragwerks zu realisieren.

Nach einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist einem Ende eines Stabes genau ein Passflächenpaar eines ganz bestimm- ten Knotenelementpaars zugeordnet. Dabei sind Lage und/oder Winkel der dem Stabende zugeordneten Passflächen in Abhängigkeit der Längen und/oder Winkel der Endflächen der Gurte des Stabes festgelegt.

Mit anderen Worten bedeutet dies insbesondere, dass zunächst der Stab gemäß der konstruktiven Vorgaben des Flächentragwerks gefertigt und abgelängt werden kann. Erst anschließend wird das diesem Stab zugeordnete Knotenelementpaar genau anhand der tatsächlichen Abmessungen des zuvor hergestellten Stabes gefertigt. Auf diese Weise wird es auch möglich, den Stab beispielsweise unter Zulassung verhältnismäßig großer Toleranzen zu fertigen, da diese Toleranzen durch die oftmals ohnehin in Form von Präzisionsbauteilen einzeln spanend herzustellenden Knotenelemente anschließend wieder vollständig ausgeglichen werden können. Dies kommt beispielsweise dann zum Tragen, wenn die Tragwerksstäbe, zum Beispiel in Form von Doppel-T-Profil- bzw. I-Profil-Trägern, durch Verfahren mit unvermeidlich relativ großen Maßtoleranzen wie bei- spielsweise durch Brennschneiden abgelängt werden.

Die Erfindung wird verwirklicht unabhängig davon, wie Stäbe und Knoten miteinander zu einem Flachentragwerk verbunden werden. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen sind jedoch die Stabenden mit den Knotenelementen verschraubt bzw. verschweißt. Die Verschraubung kann beispielsweise in Form von Innensechskant- oder Innenviel- zahnschrauben erfolgen, wobei die Schraubenköpfe im Inneren des kreisringförmigen oder napfförmigen Knotenelements einerseits gut zugänglich und andererseits geschützt sowie optisch verdeckt angeordnet werden können. Insbesondere im Falle miteinander verschweißter Stäbe und Knoten ist es von Vorteil, wie dies auch gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, wenn die Verbindung zwischen einem Stab und der Passfläche eines Knotenelements zumindest einen Passstift umfasst, der das Stabende und die zugehörige Passfläche des Knotenelements durchdringt. Bevorzugt sind die Passstifte dabei mit einem Gewindebereich versehen und können in das Stabende, beispielsweise in ein dort angeordnetes Sackloch mit Gewinde, eingeschraubt werden, während die Knotenelemente entsprechende Passbohrungen aufweisen, die die Passstifte weitgehend spielfrei aufnehmen können.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die Passstifte aus schweißbarem Material, wobei das Material der Passstifte mit demselben Schweißverfahren wie Stab und Knotenelement schweißbar ist. Dies führt zu Vorteilen in Bezug auf exakte und dabei gleichzeitig einfache Montierbarkeit des Flächentragwerks. So kann beispielsweise zunächst eine Vormontage von Bereichen des Flächentragwerks erfolgen, indem die Passstifte in die Sacklöcher an den Enden der Stabgurte eingeschraubt und sodann die Stäbe durch Einstecken der überstehenden Enden der Passstifte in die Passbohrungen im Bereich der Passflächen der Knotenelemente provisorisch mit den Knotenelementen verbunden werden.

Nach dem so erfolgten provisorischen Zusammenstecken eines Bereichs des Flächentragwerks kann anschließend das Verschweißen der Enden der Stabgurte mit den Passflächen der Knotenelemente erfolgen. Zum Zweck der Ausbildung der gewünschten Schweißnahttiefe und -form können die Kanten der Gurte des Tragwerksstabes bzw. Biegeträgers außerdem zuvor entsprechende Fasen erhalten. Dabei können sich die Fasen und die Passstifte sogar teilweise geometrisch durchdringen, ohne dass der nachfolgende Schweißprozess dadurch beeinträchtigt würde. Denn die aus schweißbarem Material gefertigten Passstifte, die sich mit demselben Schweißverfahren wie Stab und Knotenelement verschweißen lassen, können beim Erzeugen der Schweißnaht einfach übergangslos in der Schweißnaht aufgehen bzw. mit eingeschweißt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Knotenelemente eine Zentralbohrung auf. Diese Zentralboh- rung, die vorzugsweise mit einem Innengewinde versehen ist, kann für die verschiedensten Zwecke zum Einsatz kommen. Beispielsweise können die Knotenelemente eines Knotenelementpaars anhand ihrer Zentralbohrungen über entsprechende Abstandshalter miteinander verbunden bzw. auf Abstand gehalten werden. Ebenso können die Zentralbohrungen der Knotenelemente zur Befestigung von Installationsbestandteilen, Stützstreben, Beleuchtungselementen und dergleichen mehr dienen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Raum zwischen den beabstandet angeordneten Knotenelementen eines Knotenelementpaares eine zusätzliche Befestigungseinrichtung für Spannelemente angeordnet. Als Spannelemente kommen dabei insbesondere Diagonalseile bzw. Spanndrähte in Frage, die zur Versteifung des Flächentragwerks vor allem gegenüber Schubspannungen dienen, welche, beispielsweise bei Windlast, im Wesentlichen innerhalb der Ebene des Flächentragwerks auftreten. Die Befestigungseinrichtung ist dabei vorzugsweise über die Zentralbohrungen der Knotenelemente mit dem Knotenelementpaar verbindbar.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung einen Knotenbereich einer Ausführungsform für ein Flachentragwerk gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung den Knotenbereich einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flächentragwerks; Fig. 3 in schematischer Schnittdarstellung einen Knotenbereich eines erfindungsgemäßen Flächentragwerks mit symmetrischem, aufwärts gekrümmtem bzw. gewinkeltem Stab- anschluss;

Fig. 4 in einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung den Knotenbereich eines erfindungsgemäßen Flächentragwerks mit unsymmetrischem aufwärts gewinkeltem Stabanschluss;

Fig. 5 in einer Fig. 3 und 4 entsprechenden Darstellung den Knotenbereich eines erfindungsgemäßen Flächentrag- werks mit unsymmetrischem abwärts gewinkeltem Stabanschluss;

Fig. 6 in schematischer Darstellung einen Knotenbereich einer Ausführungsform des Flächentragwerks gemäß der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht;

Fig. 7 in schematischer, teilweise geschnittener Darstellung ein Knotenelementpaar mit Passstift und gerade angeschweißtem Balkengurt;

Fig. 8 in einer Fig. 7 entsprechenden Darstellung ein Knotenelementpaar mit angeschweißtem Balkengurt und durch- geschweißtem Passstift;

Fig. 9 in einer Fig. 7 und 8 entsprechenden Darstellung ein Knotenelementpaar mit angeschweißtem, stärkerem Balkengurt;

Fig. 10 in einer Fig. 7 bis 9 entsprechenden Darstellung ein Kno- tenelementpaar mit Passstift und winklig angeschweißtem Balkengurt; Fig. 11 in einer Fig. 7 bis 10 entsprechenden Darstellung ein Knotenelementpaar mit winklig angeschweißtem Balkengurt und durchgeschweißtem Passstift;

Fig. 12 in einer Fig. 7 bis 1 1 entsprechenden Darstellung ein Knotenelementpaar mit winklig angeschweißtem, stärkerem Balkengurt;

Fig. 13 in schematischer Schnittdarstellung Querschnittsformen unterschiedlich starker Balkengurte mit Schweißfasen; und Fig. 14 in schematischer Darstellung ein Knotenelement mit angeschweißtem Balken in der Draufsicht.

Fig. 1 zeigt einen Knotenbereich einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flächentragwerks. Man erkennt zunächst eine Anzahl von Stäben 1 , 2 bzw. Biegebalken 1 , die im Bereich des Knotens zusammen- laufen. Ferner erkennt man, dass der Knoten erfindungsgemäß durch ein zwei Knotenelemente 3 , 4 umfassendes Knotenelementpaar 3, 4 gebildet ist. Die beiden Knotenelemente 3 , 4 liegen bei der dargestellten Ausführungsform in Form von im Wesentlichen identischen, napfförmigen Massivteilen 3, 4 vor.

Die Stäbe bzw. Biegebalken 1 sind dabei als Doppel-T-Profil- bzw. I-

Profil-Träger mit j eweils Obergurt O, Untergurt U und Steg S ausgeführt und können daher erhebliche Biegemomente aufnehmen und übertragen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind j eweils die Obergurte O der Träger 1 mit dem oberen Knotenelement 3 und die Untergurte U der Träger 1 mit dem unteren Knotenelement 4 verschraubt. Zur Erzeugung einer definierten Anlage zwischen der Endfläche des j eweiligen Trägergurtes O, U und dem Außenumfang des zugehörigen Knotenelements 3, 4 sind an den Knotenelementen 3, 4 jeweils Passflächen 5 angeordnet, die wiederum von der Verschraubung 6 zwischen Knotenelement 3, 4 und Trägergurt O, U durchdrungen werden.

Bereits aus Fig. 1 wird ersichtlich, wie dank der Erfindung eine im Wesentlichen beliebige lokale einfache oder doppelte bzw. sphärische Krümmung eines Flächentragwerks erzeugt werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erkennt man, dass im Bereich des dargestellten Tragwerksknotens eine geringfügige kuppelartige Krümmung vorliegt. Beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Krümmung insbesondere dadurch bewirkt, dass die an den beiden Knotenelemen- ten 3, 4 angeordneten Passflächen 5 nicht exakt vertikal verlaufen, sondern vielmehr unter einem der lokalen Krümmung entsprechenden Winkel geringfügig nach zeichnungsbezogen unten geneigt sind. Zusätzlich sind, wie man in Fig. 1 erkennt, die Enden der Biegebalken 1 bzw. Träger 1 so bearbeitet, dass der j eweils obere Balkengurt O gegenüber dem j eweils unteren Balkengurt U einen geringfügigen Längenüberstand aufweist. Diese beiden Maßnahmen führen zusammengenommen dazu, dass sich beim Zusammenfügen und Verschrauben der dargestellten Balken 1 mit den dargestellten Knotenelementen 3 , 4 die gewünschte und konstruktiv vorgesehene lokale Krümmung des Flächentragwerks ein- stellt.

Aus Fig. 1 geht außerdem hervor, dass neben den als Doppel-T-Profil- bzw. I-Profil-Träger vorliegenden Tragwerksstäben 1 auch weitere Stäbe 2 mit geringerer Profilhöhe an den Knotenelementen 3, 4 angeordnet werden können. So ist beispielsweise der in Form eines quadrati- sehen Vierkantprofils vorliegende Stab 2 lediglich mit dem zeichnungsbezogen oberen Knotenelement 3 verbunden, weshalb im Bereich des Anschlusses des Vierkantstabes 2 auch lediglich dieses obere Knotenelement 3 eine entsprechende Abflachung bzw. Passfläche 5 aufweist.

In Fig. 2 ist ein Knotenbereich einer weiteren Ausführungsform eines Flächentragwerks gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Neben den bereits aus Fig. 1 bekannten Elementen wie dem aus zwei Knoten- elementen 3, 4 bestehenden Knotenelementpaar 3, 4 und den daran anschließenden Tragwerksstäben 1 bzw. Biegebalken 1 weist der in Fig. 2 dargestellte Knotenbereich außerdem vier j eweils paarweise parallel sowie diagonal zu den Hauptrichtungen der Tragwerksstäbe 1 verlaufen- de Spanndrähte 7 auf. Diese Spanndrähte 7 dienen der Versteifung und Stabilisierung des Flächentragwerks gegenüber Schubspannungen innerhalb der Hauptebene des Flächentragwerks.

Zur Aufnahme der Spanndrähte 7 und zur Kräfteübertragung zwischen Spanndrähten 7 und Knotenelementpaar 3 , 4 weist der Knoten 3, 4 des Flächentragwerks zusätzlich eine Befestigungseinrichtung 8 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Befestigungseinrichtung 8 zur Kopplung zwischen Spanndrähten 7 und Knotenelementpaar 3, 4 im Wesentlichen aus einer Anzahl ring- bzw. scheibenartiger Klemmelemente, die prismatische Ausfräsungen zur klemmenden Aufnahme der Spann- drahte 7 aufweisen und in Form eines Scheibenstapels 8 zwischen den beiden Knotenelementen 3 , 4 des gezeigten Tragwerksknotens angeordnet sind.

Man erkennt, dass bei einem solchen Aufbau des Knotenbereichs sämtliche konstruktiven Elemente des Tragwerksknotens sowohl kompakt als auch optisch unauffällig und kräftesymmetrisch optimal angeordnet sind sowie zudem einen einfachen Zugang zu Montage bzw. Wartung ermöglichen.

In den Fig. 3 bis 5 ist eine Reihe von Längsschnitten j eweils durch unterschiedliche Knotenbereiche eines Flächentragwerks gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Man erkennt jeweils das aus oberem 3 und unterem Knotenelement 4 bestehende Knotenelementpaar 3 , 4, sowie j eweils zwei ausgebrochen dargestellte Tragwerksstäbe 1 , die in Form von Doppel-T-Profil- bzw. I-Profil-Trägern mit Obergurten O, Stegen S und Untergurten U vorliegen. Außerdem in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist die Ausführung der Schraubverbindung 6 zwischen den Knotenelementen 3 , 4 und den Obergurten O bzw. Untergurten U der Träger 1 . Erkennbar sind die jeweils im Obergurt O und Untergurt U der Träger 1 angeordneten Sacklochgewinde 9, in welche vom Innenraum der Knotenelemente 3, 4 aus die Innensechskantschrauben 6 eingeschraubt sind.

Die Knotenbereiche gemäß Fig. 3 bis 5 unterscheiden sich voneinander insbesondere durch jeweils unterschiedliche lokale Tragwerkskrümmun- gen. So weisen die Knotenbereiche gemäß Fig. 3 und 4 eine zeichnungs- bezogen aufwärts gerichtete Krümmung auf, während der Knotenbereich gemäß Fig. 5 eine zeichnungsbezogen nach unten weisende Krümmung zeigt. Wie anhand der Darstellung gemäß der Fig. 3 bis 5 erkennbar ist, besitzen dabei j edoch sämtliche in den drei unterschiedlichen Knotenbereichen verbauten sechs Knotenelemente 3, 4 eine identische Grundform und unterscheiden sich im Wesentlichen lediglich in Anordnung bzw. Winkel der an die Träger 1 angrenzenden Passflächen 5.

Deutlich ist erkennbar, dass die unterschiedlichen Krümmungen der Knotenbereiche gemäß Fig. 3 bis 5 durch ein Zusammenwirken der unterschiedlich winklig angestellten Passflächen 5 mit den jeweils unterschiedlich bearbeiteten Enden der Träger 1 entstehen. Je nach der konstruktiv vorgesehenen Krümmung werden die Passflächen und Schraubenbohrungen der Knotenelemente entsprechend winklig angeordnet, wobei sämtliche in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Knotenelemente auf Basis ein und desselben Typs von Knotengrundelementen gefertigt sind. Zudem werden die Enden der Träger jeweils unterschiedlich bearbeitet, so dass j e nach vorgesehener Krümmung Obergurt O und Untergurt U des Trägerendes entweder gleich lang oder aber unterschiedlich lang sind.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 bis 5 werden die aufgrund der Trag- werkskrümmung jeweils erforderlichen Längenunterschiede zwischen den zeichnungsbezogen oberen und unteren Begrenzungen des Tragwerks durch unterschiedliche Längen der Obergurte O und der Untergurte U ausgeglichen, während die ebenfalls aufgrund der Tragwerkskrümmungen erforderlichen unterschiedlichen Anschlusswinkel durch winklige Bearbeitung der Passflächen 5 an den Knotenelementen 3, 4 erzeugt werden. Ebenso gut ist es j edoch auch denkbar und ggf. praktikabel, die Auftei- lung von Längenunterschieden und Winkelanpassungen auf Balken 1 und Knotenelemente 3 , 4 in anderer Weise vorzunehmen, beispielsweise indem sowohl Längen- als auch Winkelunterschiede zwischen den Bereichen der Obergurte O und der Untergurte U lediglich durch entsprechende Bearbeitung der Knotenelemente 3, 4, oder aber lediglich durch entsprechende Bearbeitung der Balkenenden erzeugt bzw. aufgenommen werden.

Da für komplex gekrümmte Flachentragwerke in den meisten Fällen eine vollständig computerunterstützte Planung, Berechnung, Konstruktion und Fertigung erforderlich ist, wobei die meisten Einzelteile eines solchen komplex gekrümmten Flächentragwerks sich zudem ohnehin zwangsläufig zumindest geringfügig voneinander unterscheiden, kann prinzipiell aber auch j ede gewünschte oder praktikable Aufteilung der Längendifferenzen bzw. Anschlusswinkel zwischen Balkenende und Knotenelement 3, 4 gewählt werden. Falls sich dabei die Fertigungsverfahren für die Balkenelemente 1 wesentlich von denjenigen der Knotenelemente 3, 4 unterscheiden, so ist es grundsätzlich auch vorstellbar, insbesondere zunächst die Balkenelemente 1 zu fertigen bzw. abzulängen, was beispielsweise durch das kostengünstige, jedoch mit erheblichen Maßtoleranzen verbundene Brennschneiden erfolgen kann. Anschließend können dann durch spanende Bearbeitung mit verfahrensbedingt erheblich größerer Präzision die Passflächen 5 der Knotenelemente 3 , 4 gefertigt werden, wobei neben den rein konstruktiv vorgesehenen Abmaßen zudem gegebenenfalls auch die tatsächlichen Maßtoleranzen der zuvor durch Brennschneiden gefertigten Balken 1 berücksichtigt werden können. Fig. 6 zeigt einen Knotenbereich eines Flächentragwerks gemäß der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht. Man erkennt, dass wiederum anhand entsprechend Anordnung und Bearbeitung der Passflächen 5 des Knotenelements 3 , 4 ein Anschluss von Balkenelementen 1 im Wesentli- chen unter beliebigen Umfangswinkeln α, ß erfolgen kann. Dabei können die verschiedenen Balken 1 auch unter unterschiedlichen Krümmungswinkeln und sogar unter unterschiedlichen Krümmungsrichtungen am Knotenelement 3, 4 anschließen. Beispielsweise können die Balken 1 ' ohne Krümmungswinkel, d. h. innerhalb der Zeichenebene der Fig. 6 an den Knoten 3, 4 anschließen, während die Balken 1 " unter einem gewissen Krümmungswinkel aus der Zeichenebene heraus zum Betrachter hin an den Knoten 3 , 4 anschließen, wohingegen die Balken 1 '" unter einem Krümmungswinkel aus der Zeichenebene heraus vom Betrachter weg an den Knoten 3, 4 angeschlossen sind.

In den Fig. 7 bis 14 ist dargestellt, auf weiche Weise sich ein erfindungsgemäßes Flachentragwerk verwirklichen lässt, bei dem Stäbe 1 und Knoten 3, 4 miteinander verschweißt sind. In den Fig. 7 bis 12 ist dabei der besseren Übersicht halber jeweils nur der Obergurt O eines an ein Knotenelementpaar 3 , 4 anschließenden Trägers 1 dargestellt. In der oberen Figurenreihe, also in den Fig. 7 bis 9, ist dabei j eweils ein rechtwinkliger Anschluss eines Trägers 1 an einem Knotenelement 3 dargestellt, während die mittlere Figurenreihe, also die Fig. 10 bis 12, einen winkligen Anschluss eines Trägers 1 bzw. Trägergurtes O an einem Knotenelement 3 zeigt.

Man erkennt, dass die Verbindung zwischen dem Trägergurt O und dem diesem Trägergurt O jeweils zugeordneten Knotenelement 3 in Form einer Kombination aus Passstiftfixierung 10 und Verschweißung 1 1 , 13 erfolgt. Dabei dient der in ein Sacklochgewinde 9 im jeweiligen Trägergurt O eingeschraubte Passstift 10 zunächst der Vorfixierung der einzel- nen Bauteile 1 , 3 , 4 eines Tragwerksbereichs in der vorgeschriebenen

Relativposition und mit den vorgeschriebenen Relativwinkeln der einzel- nen Bauteile 1 , 3 , 4 zueinander. Wenn die miteinander zu verschweißenden Bauteile 1 , 3 , 4 so mittels der Passstifte 10 gegeneinander fixiert sind, so kann anschließend die Verschweißung 1 1 , 13 erfolgen.

Aus den Schnittdarstellung der Fig. 7 bis 12 geht ferner auch wieder gut erkennbar vor, dass sämtliche dort gezeigten Knotenelemente 3, 4 auf Basis ein und desselben Typs von Knotengrundelementen gefertigt sind und sich lediglich durch die Anordnung der Passflächen 5 sowie der Bohrungen für die Passstifte 10 unterscheiden. Man erkennt auch hier wieder, dass auf diese Weise eine praktisch beliebige Vielzahl an Kno- tenelementen mit unterschiedlicher Geometrie und damit auch dementsprechend unterschiedliche Tragwerkskrümmungen und Tragwerksgeo- metrien auf Basis ein und desselben Knotengrundelements ausgeführt werden können.

Die Verschweißung 1 1 , 13 kann dabei im Bereich von Fasen 12 erfolgen, die zuvor an den Kanten der Trägergurte O, U angebracht worden sind. Mögliche Anordnung, Größe und Gestalt der Fasen 12 gehen insbesondere aus Fig. 13 hervor, wobei sich anhand der in Fig. 13 dargestellten Fasen ein Schweißbild wie in Fig. 7 und 10 gezeigt ergibt. Es ist jedoch ebenso gut möglich, die Trägergurte und die Knotenelemente mit Schweißnähten 1 1 , 13 noch größeren Querschnitts zu verschweißen, beispielsweise wie in Fig. 8 und 9 sowie Fig. 1 1 und 12 dargestellt. Bei dieser Ausführung der Schweißnähte 1 1 , 13 werden auch die Passstifte 10 teilweise mit eingeschweißt bzw. gehen in der Schweißnaht 1 1 auf, was dadurch ermöglicht wird, dass die Passstifte 10 aus einem Material gefertigt sind, beispielsweise aus Baustahl, das sich mit dem zur Verschweißung von Balken 1 und Knoten 3, 4 verwendeten Schweißverfahren ebenfalls schweißen lässt. Auf diese Weise wird j ede etwaige Störung bzw. Inhomogenität der Schweißnaht 1 1 durch die die Schweißnaht 1 1 durchdringenden Passstifte 10 verhindert.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 9 und 12 unterscheiden sich von den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 8 und 1 1 insbesondere auch dadurch, dass bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 9 und 12 Träger 1 mit besonders starken bzw. dicken Trägergurten O, U verwendet wurden. Dabei wurde die weiter von der Biegelinie des Trägers 1 entfernte und damit im Allgemeinen stärker belastete obere Schweißnaht 1 1 mit einem größeren Querschnitt als die näher an der Biegelinie gelegene Schweißnaht 13 ausgeführt.

Fig. 14 schließlich zeigt den Anschluss eines Trägers 1 an einem Knotenelement 3 , 4 in der Draufsicht, wobei Trägerende und Knotenelement 3, 4 wieder miteinander verschweißt wurden. Man erkennt, dass die Verschweißung 14 in der Darstellung gemäß Fig. 14 im Bereich der vertikalen Kanten 14 des Trägers 1 vorgenommen wurde. Dies kann unabhängig von, oder aber auch zusätzlich zu einer Verschweißung 1 1 , 13 der horizontalen Kanten des Trägers 1 bzw. der Trägergurte O, U erfolgen, wie dies in den Fig. 7 bis 12 dargestellt ist.

Im Ergebnis wird deutlich, dass dank der Erfindung ein Flachentragwerk geschaffen wird, das auch bei großen Profilhöhen kostengünstig und gewichtssparend gefertigt und montiert werden kann. Aufgrund der Erfindung können Flachentragwerke mit unterschiedlichsten Krümmungsradien bzw. freigeformte Flachentragwerke zeitsparend und mit vergleichsweise geringen Kosten sowie vollkommen modular unter gleichzeitiger Minimierung der Bauteilvielfalt erstellt werden. Dank der erfindungsgemäßen Auflösung der Tragwerksknoten in Form von Knotenelementpaaren werden zudem auch Materialkosten eingespart, und die erheblich masseärmeren Knotenelemente lassen sich leichter handhaben und schneller montieren.

Die Erfindung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Weiterbildung der Technologie im Bereich der weitgespannten Flachentragwerke.

Claims

Patentansprüche

1. Einschaliges Flachentragwerk mit Stäben (1) und zumindest einem Knoten (3, 4), wobei die Stäbe (1) als Biegeträger ausgeführt sind dadurch gek e nnz e i c hn et, dass der Knoten durch ein Knotenelementpaar (3, 4) gebildet ist, wobei die Knotenelemente (3, 4) eines Knotenelementpaares (3, 4) entlang einer im Wesentlichen senkrecht zur Ebene des Flächentragwerks verlaufenden Geraden voneinander beabstandet angeordnet sind.

2. Flachentragwerk nach Anspruch 1, dadurch gek ennz e i chn et, dass das Flachentragwerk zumindest bereichsweise einfach oder doppelt gekrümmt ist.

3. Flachentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek ennz e i chn et, dass die Knotenelemente (3, 4) im Wesentlichen kreisringförmig sind.

4. Flachentragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i ch n et, dass die Knotenelemente (3, 4) im Wesentlichen napfförmig sind.

5. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g ek enn z e i ch ne t, dass die Knotenelemente (3, 4) Passflächen (5) zur Anordnung der Stabenden umfassen.

6. Flachentragwerk nach Anspruch 5, dadurch ge k e nn z e i c h n e t, dass die Passflächen (5) im Wesentlichen tangential am Außenumfang der Knotenelemente (3, 4) angeordnet sind.

7. Flachentragwerk nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g ek ennz e i c h n e t, dass die Passflächen (5) mittels spanender Bearbeitung von Knotengrundelementen erhältlich sind.

8. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g e k e nn z e i c h n e t, dass unterschiedliche Knotenelemente (3, 4) durch Anbringung unterschiedlicher Passflächen (5) an identischen Knotengrundelementen erhältlich sind.

9. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g ek e nn z e i c h n e t, dass der Stab (1) bzw. Biegeträger einen Obergurt (O), einen Untergurt (U) und eine Steganordnung (S) umfasst.

10. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch g e k e nn z e i chn et, dass zumindest ein Teil der Krümmung durch ein Knotenelementpaar (3, 4) bewirkt ist, dessen Knotenelemente (3, 4) unterschiedlich angeordnete Passflächen (5) aufweisen.

11. Flachentragwerk nach Anspruch 10, dadurch g ek e nn z e i ch n et, dass die Knotenelemente (3, 4) des Knotenelementpaars (3, 4) auf demselben Knotengrundelement basieren.

12. Flachentragwerk nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i chn e t, dass die Knotenelemente (3, 4) des Knotenelementpaars (3, 4) auf unterschiedlich großen Knotengrundelementen basieren.

13. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch g e k enn z e i ch n et, dass zumindest ein Teil der Krümmung durch einen Stab (1) verursacht ist, dessen Gurte (O, U) unterschiedlich lang sind.

14. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch g e k e n n z e i chn et, dass einem Ende eines Stabes (1) genau ein Passflächenpaar (5) genau eines Knotenelementpaars (3, 4) zugeordnet ist, wobei Lage und/oder Winkel der dem Stabende zugeordneten Passflächen (5) des Knotenelementpaars (3, 4) in Abhängigkeit von Länge und/oder Win- kel der Endflächen der Gurte (O, U) des Stabes (1) festgelegt sind.

15. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch g ek e nnz e i c hn e t, dass die Stabenden mit den Knotenelementen (3, 4) verschraubbar sind.

16. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch g e k e nn z e i chn e t, dass die Stabenden mit den Knotenelementen (3, 4) verschweißt sind.

17. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 16, g ek en nz e i c hn e t durch Passstifte (10), die Stabende und zugehörige Passfläche (5) durchdringen.

18. Flachentragwerk nach Anspruch 17, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, dass die Passstifte (10) einen Gewindebereich aufweisen und in das Stabende einschraubbar (9) sind.

19. Flachentragwerk nach Anspruch 17 oder 18, dadurch g e k e nnz e i c hn et, dass die Passstifte (10) aus schweißbarem Material bestehen und mit demselben Schweißverfahren wie Knotenelement (3, 4) und Stab (1) schweißbar sind.

20. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch g ek en nz e i c h n et, dass die Knotenelemente (3, 4) eine Zentralbohrung aufweisen.

21. Flachentragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch g e k e nnz e i chn e t, dass im Raum zwischen den Knotenelementen (3, 4) eines Knotenelementpaares (3, 4) eine Befestigungseinrichtung (8) für Spannelemente (7), insbesondere für Diagonalseile (7) bzw. Spanndrähte (7), angeordnet ist.

22. Flachentragwerk nach Anspruch 21, dadurch g e k e nnz e i ch n e t, dass die Befestigungseinrichtung (8) über die Zentralbohrungen der Knotenelemente (3, 4) mit dem Knotenelementpaar (3, 4) verbindbar ist.