Einlagiges, polygonal gekrümmtes Stabtragwerk

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein einlagiges, polygonal gekrümmtes Stabtragwerk, bei dem die Knickpunkte der Tragwerkstäbe unter Auslassen je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander über Zugstäbe verbunden sind, und bei dem die dazwischenliegenden Knickpunkte unter Auslassung je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander ebenfalls über Zugstäbe verbunden sind. Derartige einlagige, polygonal gekrümmte Stabtragwerke können für tonenförmige, kuppelförmige oder andere zweifach gekrümmte Hallentragwerke verwendet werden.

[0002] Obwohl tonnenförmige und kuppelförmige Tragkonstruktionen seit alters her eine sehr wirtschaftliche Art der Überdeckung sind, da bei gleichmäßiger Belastung und idealer Formgebung nur Druckkräfte in den Tragwerkssystemen auftreten, kann es durch einseitige Belastung, größere zusätzliche Einzellasten oder zeitweilig angreifende Horizontallasten aus Wind usw. zu großen Verformungen und zum Einsturz kommen.

[0003] Dem wurde bislang dadurch vorgebeugt, daß Bogenträger hoher Biegesteifigkeit, gebogene Fachwerke oder zweilagige, gekrümmte Stabwerke eingesetzt wurden, welche zusätzlich zu den Normalkräften in Bogenrichtung auch große Biegemomente aufzunehmen im Stande waren, wodurch sich jedoch schwerere und damit unwirtschaftlichere Konstruktionen ergaben.

[0004] Einlagige Stabtragwerke der eingangs genannten Gattung sind aus der DE-A-2 800 720 und der DE-A-3 311 397 bekannt.

[0005] Die aus der DE-A-3 311 397 bekannte Dachkonstruktion zur Abdeckung von Hallen, Bädern, Kläranlagen u.dgl. zeigt die Spannweite überbrükkenden Profile,-die an mehreren Punkten gleichsinnig abgewinkelt sind und zwischen den Knickpunkten geradlinig verlaufen. Die Profile sind so nebeneinander angeordnet, daß die Knickpunkte jedes Profils neben dem Mittelbereich zwischen den Knickpunkten der jeweils benachbarten Profile zu liegen kommen. Durch Diagonalstreben in Form von zwei zu einem stumpfen Winkel zusammenstoßenden Schenkeln sind benachbarte Profile miteinander verbunden wobei die Scheitelbereiche und Schenkelenden der Diagonalstreben an den Knickpunkten der Profile mit den Profilen verbunden sind, Bezüglich der aneinandergereihten Diagonalstäbe sind jeweils die "Knickpunkte" (nämlich die Scheitel und Schenkelenden) unter Auslassen je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander durch Stäbe verbunden.

[0006] Die DE-A-28 00 720 bezieht sich auf eine Faohwerkkonstruktion im Baukastensystem für gewölbte Abdeckungen, die aus einer Vielzahl von dreieckigen Tragwerken mit gekrümmten Profil, deren netzförmige Schale aus starren dreieckigen und/oder rhombischen Maschen besteht, zusammengesetzt ist. Die die Maschen begrenzenden, schrägen stabförmigen Elemente können in schraubenlinienförmig verlaufenden, einander kreuzenden, geodätischen Linien eingeschreiben werden. Aus der DE-A-28 00 720 sind Verstärkungszugstäbe bekannt, die diagonal gegenüberliegende Eckpunkte von rhombischen Maschen miteinander verbinden, wobei die benachbarten Eckpunkte "ausgelassen" werden. Diese Verstärkungszugstäbe sind bei der Konstruktion des Fachwerkes der DE-A-28 00 720 je nach der Richtung der auf das Fachwerk einwirkenden Kräfte, z.B. dem Eigengewicht des Fachwerkes teils auf Zug und teils auf Druck belastet.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einlagiges, polygonal gekrümmtes Stabtragwerk für tonnenförmige, kuppelförmige oder andere zweifach gekrümmte Überdeckungen bereitzustellen, welches trotz eventuell auftretender ungleichmäßiger Belastungen, zusätzlichen Einzellasten und Horizontallasten aus Wind uzw. nur Druckkräfte in seinen Tragstäben erzeugt und trotz geringer Biegesteifigkeit der Stäbe und Gelenke (Knickpunkte) hohe Formstabilität des gesamten Tragwerkes gewährleistet.

[0008] Dies Aufgabe wird bei einem einlagigen, polygonal gekrümmten Stabtragwerk dadurch gelöst, daß alle die Knickpunkte unter Auslassung je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander verbindenden Zugglieder auf Zug vorgespannt sind.

[0009] Das erfindungsgemäße Stabtragwerk ist durch die vorgespannten Zugglieder zwischen jeweils zwei Stabknickpunkten unter Überspringen eines dazwischenliegenden Stabknickpunktes ein steifes Tragwerk, weil eine Vielzahl von vorgespannten Sprengwerken entsteht, die es keinem einzigen Knickpunkt erlauben, seine vorbestimmte Lage am theoretischen Krümmungskreis zu verlassen. Dies wird damit erreicht, daß die nach Montage des Stabwerkes auf die Zugstäbe aufzubringenden Vorspannkräfte so hoch gewählt werden, daß sie in den einzelnen Tragwerksstäben einen Teil oder die gesamten Spannungen (inneren Kräfte), welche von den an den Knickpunkten angreifenden äußeren Kräften hervorgerufen werden, schon vorweg ständig erzeugen und diese Vorspannkräfte erst durch tatsächlich auftretende äußere Kräfte anteilig abgelöst werden, so daß bei tatsächlicher Belastung des Tragwerkes geringere Formänderungen entstehen.

[0010] Zur Erzielung kurzer Knicklängen in Querrichtung der auf Druck beanspruchten Tragwerksstäbe können diese auch rautenförmig angeordnet werden. In den Knickpunkten des Tragwerkes entstehen dabei Zusammenführungen von vier bis sechs Stäben. Obgleich diese, bei vier Stäben pro Knickpunkt (Knoten rautenförmigen, bei sechs Stäben pro Knickpunkt (Knoten) dreiekkigen, Stabanordnungen bekannt sind, konnten bei einschaligen Stabwerken in den Knotenpunkten (Knickpunkten) keine allzugroßen Lasten aufgelagert werden, da ansonsten der dort vorhandene Knick durch Kniehebelwirkung der angreifenden Kräfte in Kraftrichtung durchschlägt.

[0011] Die erfindungsgemäß vorgesehen vorgespannten Zugglieder unterspannen jeden durchschlaggefährdeten Knoten durch ihre Anordnung zwischen den benachbarten Knoten (Knickpunkten). Die an die Knoten angreifenden Zugglieder verhindern das Ausweichen der Knoten in Knickrichtung. Es entsteht so die erwähnte Vielzahl von vorgespannten Sprengwerken, die es keinem einzigen Knoten erlauben, seine Lage am zugeordneten Krümmungskreis zu verlassen. Die die Knoten verbindenden Zugglieder werden so weit vorgespannt, daß in den Tragstäben ein Teil oder die gesamten Spannungen (inneren Kräfte), welche von den an den Knickpunkten angreifenden äußeren Kräften (Nutzlasten) hervorgerufen werden, schon vorweg ständig wirken und diese Vorspannkräfte erst durch tatsächlich angreifende äußere Kräft anteilig abgelöst werden, so daß bei tatsächlicher Belastung des Tragwerkes geringere Formänderungen entstehen. Dies erklärt sich dadurch, daß eine an einen Knoten angreifende äußere Kraft die am selben Knoten angreifenden Zugglieder entlastet, wodurch die äußere Kraft in den Stäben einen Teil der Wirkung der Vorspannkräfte übernimmt. Die Formänderung wird gegenüber einem nicht vorgespannten gleichartigen System entsprechend kleiner.

[0012] Durch Anordnung rautenförmig aufgespaltener Zugglieder kann, bei Zwischenschaltung querliegender Druckelemente zum Auseinanderhalten der Aufspaltung, mit kleinen meßbaren Druckkräften in diesen Druckelementen (z.B. Tellerfederpakete) jede beliebig große Vorspannkraft auf einfachste Art aufgebracht werden, da sich bei dieser Anordnung eine hohe Kraftübersetzung ergibt.

[0013] Da leichte Tragwerke über große Spannweiten schwingungsanfällig sind, können in den Zuggliedern auch Feder-Dämpferelemente vorgesehen werden. Durch Einbindung der Feder-Dämpferelemente in die aufgespaltenen Zugglieder (querliegende Feder-Dämpferelemente) können schwächere und daher kostengünstigere Feder-Dämpferelemente eingesetzt werden, welche durch die große Übersetzung auch kleinste Verformungen (Schwingungsamplituden), die die örtliche Lage der Knoten und der Knoten zueinander verändern, dämpfen.

[0014] Die Erfindung wird an Hand von schematischen Zeichnungen und an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein kuppelförmiges Tragwerk, Fig. 2 ein tonnenförmiges Tragwerk, Fig. 3 im Schnitt ein Tragwerk aus Fig. 1 oder 2, Fig. 4 die Kräfteverhältnisse, Fig. 5 in Draufsicht ein tonnenförmiges Tragwerk, Fig. 6 einen der vielen möglichen Knoten eines Tragwerks und Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VII-VII in Fig. 6.

[0015] In den Figuren wurden zur Verdeutlichung _'Stabtragwerke mit nur wenigen Gliedern dargestellt, tatsächlich sind solche Tragwerke meist wesentlich vielgliedriger.

[0016] In Fig. 1 ist eine vorgespannte, einlagige, polygonal gekrümmte Stabwerkskuppel und in Fig. 2 ist eine einlagige, polygonal gekrümmte Stabwerkstonne schematische dargestellt.

[0017] In Fig. 3 ist ein schematischer Schnitt durch ein vorgespanntes, polygonal gekrümmtes Stabtragwerk geführt. Hier sind die auf Druck beanspruchten Tragwerkstäbe 1 mit starken Linien und die vorgespannten Zugglieder 2 mit schwächeren Linien dargestellt. Die Stabknickpunkte 3 sind zugleich die Angriffspunkte der vorgespannten Zuglieder 2. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß jedes vorgespannte Zugglied 2 unter Auslassen eines dazwischenliegenden Stabknickpunktes 3' zwei Stabknickpunkte 3 verbindet. Sinngemäß verbinden die vorgespannten Zugglieder 2' Stabknickpunkte 3' und lassen den jeweils dazwischen angeordneten Stabknickpunkt 3 aus.

[0018] In Fig. 4 ist ein Teil des Stabwerkes herausgehoben. Man ersieht hier die Wirkung der Tragwerksstäbe 1 unter Vorspannung der Zugglieder 2 bzw. unter Einwirkung einer äußeren Kraft F am Knickpunkt 3. Es ist hier auch zu erkennen, daß bei Einwirken einer äußeren Kraft das Zugglied 2 zusätzlich belastet wird, wogegen die am Lastangriffspunkt und Stabknickpunkt 3' angreifenden Zugglieder 2' jedoch entlastet werden.

[0019] Fig. 5 zeigt ein rautenförmig verknüpftes Strabtragwerk im Grundriß. Die strichlierten Tragwerksstäbe 1 in Längsachse können bei einfach gekrümmten Tragwerken auch entfallen, bei zweifach gekrümmten Tragwerken wie z.B. bei Stabwerkskuppeln bilden sie einen Zugring, welcher das Gesamt-Tragwerk in Form hält.

[0020] In Fig. 5 wird auch die Anordnung von Feder-Dämpferelementen 4 in den Zuggliedern 2 dargestellt. Weiters wird die Möglichkeit rautenförmig aufgespaltener Zugglieder 5 gezeigt, wobei die zum Vorspannen und Auseinanderspreizen der Zugglieder 5 notwendigen Druckelemente ebenfalls als Feder-Dämpferelemente 6 ausgebildet sein können.

[0021] Die Fig. 6 und 7 zeigen eine mögliche Ausführungsform der Stabknickpunkte 3 und zugleich die Knotenausbildung für vier bis sechs Tragwerkstäbe 1 mit den am selben Knoten 3 angreifenden, vorgespannten Zuggliedern 2.

[0022] Bei dem erfindungsgemäßen, einlagigen, polygonal gekrümmten Stabtragwerk wird vermieden, daß bei ungleichmäßigen Belastungen, zusätzlichen größeren Einzellasten oder Horizontalkräften aus Wind usw. große Biegemomente im Stabwerksystem hervorgerufen werden, die unzulässig große Verformungen des gesamten Systems oder das Durchschlagen der Stabknoten (Knickpunkte im Stabwerk) durch hier angreifende Lasten (Kniehebelwirkung) zur Folge haben können. Dies wird beim erfindungsgemäßen Tragwerk aus Stäben 1 erreicht, indem jeweils zwei Stabknickpunkte bzw. Knoten 3 unter Überspringen eines dazwischenliegenden Stabknickpunktes 3' durch vorgespannte Zugglieder 2 verbunden sind. Die dazwischenliegenden Stabknickpunkte 3' sind ihrerseits unter Überspringen der oben erwähnten bereits verbundenen Knickpunkte 3 ebenfalls durch vorgespannte Zugglieder 2' miteinander verbunden. So entsteht eine Vielzahl von vorgespannten Sprengwerken 1, 2, 3 bzw. 1', 2', 3', welche es keinem einzigen Stabknickpunkt bzw. Knoten 3, 3' erlauben, seine Lage am zugeordneten Krümmungskreis zu verlassen. Durch Vorspannen der Zugglieder 2, 2' wird die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Stabtragwerkes erhöht. Die Zugglieder 2, 2' können auch rautenförmige aufgespalten werden, wobei die Vorspannung dieser aufgespaltenen Zugglieder 5 über die hohe Kraftübersetzung durch kleine, querliegende, die Aufspaltung auseinanderhaltende Druckelemente billig und genau einstellbar ist. Zum Dämpfung von Schwingungen in diesen leichten, meist weitgespannten Tragwerken, z.B. durch Winderregung, können bei den Zuggliedern 2 bzw. 5 Feder-Dämpferelemente 4 bzw. 6 zwischengeschaltet sein.

[0023] Die Zugglieder 2, 5 bestehen meist aus Rundstahl, Vierkant- oder Flachstahl. Die Stäbe 1 müssen auch Druck aufnehmen können und sind daher meist aus Rundrohren, Vierkantrohren oder breitflanschigen Stahlträgern hergestellt. An Stelle von Stahl kann für bestimmte Zwecke sowohl für die Zugglieder 2 als auch für die Stäbe 1 auch Aluminium verwendet werden.

[0024] Als Feder-Dämpferelemente können handelsübliche Dämpfer mit Federrückstellung eingesetzt werden, wie sie aus dem Schwerfahrzeugbau, Kranbau usw. an sich bekannt sind. Die als Hydraulik-Dämper oder als Reibungsdämpfer ausgebildeten Feder-Dämpferelemente funktionieren so, daß Schwingungen durch im Dämpfer zu verrichtende Arbeit unterdrückt werden. Die Federn stellen die Längen und die Vorspannung der einzelnen Zugglieder, die sich bei Schwingungen des Daches verändern, wieder in die Länge bei Ruhelage zurück.

Ansprüche

1. Einlagiges, polygonal gekrümmtes Stabtragwerk, bei dem die Knickpunkte der Tragwerkstäbe unter Auslassen je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander über Zugstäbe verbunden sind, und bei dem die dazwischenliegenden Knickpunkte unter Auslassung je eines dazwischenliegenden Knickpunktes miteinander ebenfalls über Zugstäbe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß alle die Knickpunkte (3 bzw. 3') unter Auslassung je eines dazwischenliegenden Knickpunktes (3' bzw. 3) miteinander verbindenden Zugglieder (2 bzw. 2') auf Zug vorgespannt sind.

2. Stabtragwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (5) rautenförmig aufgespalten sind und über Druckelemente (6) auseinandergehalten bzw. vorgespannt sind.

3. Stabtragwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuggliedern (2, 2') in Längsrichtung der Zugelemente (2, 2') wirkende Feder-Dämpferelemente (4) vorgesehen sind, welche zugleich auch die Vorspannung übernehmen.

4. Stabtragwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (5) durch Feder-Dämpferelemente (6) auseinandergehalten bzw. vorgespannt sind.

Revendications

1. Ossature réticulée monocouche courbe, polygonale, dans laquelle les points de pliage des barres de l'ossature sont reliés les uns aux autres par des barres de traction, avec omission chaque fois d'un point de pliage intermédiaire, et dans laquelle les points de pliage intermédiaires sont reliés les uns aux autres également par des barres de traction, avec omission chaque fois d'un point de pliage intermédiaire, caractérisée par le fait que tous les éléments de traction (2 ou 2'), reliant les points de pliage (3 ou 3') les uns aux autres avec omission chaque fois d'un point de pliage intermédiaire (3' ou 3), sont précontraints en traction.

2. Ossature selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments de traction (5) sont divisés sous la forme de losanges et sont écartés ou précontraints par des éléments de pression (6).

3. Ossature selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait qu'il est prévu dans les éléments de traction (2,2') des éléments amortisseurs (4) à ressort qui agissent dans la direction longitudinale des éléments de traction (2, 2') et assurent en même temps aussi la précontrainte.

4. Ossature selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que les éléments de traction (5) sont écartés ou précontraints par des éléments amortisseurs (6) à ressort.

Claims

1. Single layer, polygonal, curved, rod framework, in which the kink points of the framework rods are connected together by tie bars with omission in each case of an intervening kink point, and in which the intervening kink points are likewise connected together by tie bars with omission in each case of an intervening kink point, characterized in that all the ti members (2 or 2') connecting together the kink points (3 or 3') with emission in each case of an intervening kink point (3' or 3) are prestressed in tension.

2. Rod framework according to claim 1, characterized in that the tie members (5) are split like lozenges and are held apart or pre-stressed by pressure elements (6).

3. Rod framework according to claim 1 or 2, characterized in that spring damping elements (4) acting in the longitudinal direction of the tie elements (2, 2') are provided in the tie elements (2, 2'), and likewise also accept the pre-tension.

4. Rod framework according to claim 2 or 3, characterized in that the tie members (5) are held apart or pre-stressed by spring damping elements (6).

Zeichnung