DE2025704A1

DE2025704A1 - Construction elements and processes for the design of tower structures with three-dimensional framework construction

Info

Publication number: DE2025704A1
Application number: DE19702025704
Authority: DE
Inventors: Sandor Budapest. M Baumann
Original assignee: Aluterv Aluminiumipari Tervezö VaI-IaIat. Budapest
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1970-05-21
Publication date: 1971-12-09

Description

BAUELEMENTE UND VERFAHREN ZUR GESTALTUNG VON TURMBAUWERKEN MIT RÄUMLICHER FACHWERKKONSTRUKTION Gegenstand der Erfindung ist ein Bauelement und Verfahren zur Gestaltung von Turmauwerken mit räumlicher Fachwerkkonstruktion, womit einerseits die billige Massenfertigung relativ kleiner, leichter Dreieckelemente, ihre wirtschfliche Verpackung und ihr rationeller Transport ermglicht wird, andererseits bei der Montage auf der 3austelle kein Schweissen, Nieten, Verschrauben, und kein Gerdstbau erforderlich ist.COMPONENTS AND PROCEDURES FOR DESIGNING TOWER STRUCTURES WITH SPATIAL TRUSS CONSTRUCTION The invention relates to a component and method for Design of tower structures with spatial framework construction, with which on the one hand the cheap mass production of relatively small, lighter triangular elements, their economical one Packaging and its rational transport is made possible, on the other hand during assembly No welding, riveting, screwing and no scaffolding required on the site is.

Bei turmförmigen Bauwerken bestehen stetig wachsende Ansprüche auf die Anwendung von schlanken, einfach transportierbaren, kenen Gerüstbau und keine Hebemittel erfordernden, billigen, leichten Konstruktionen. Es wird häufig gefordert, dass die hohen, turmfdrmigen Bauwerke fur den Windangriff geringe Flächen darbieten, eine ausreichende Steife besitzen und sich mit ihrer architektonischenästhetischen Gestaltung gut in die Jeweilige Umgebung einfügen. In the case of tower-shaped structures, there are constantly growing demands the application of slim, simple transportable, kenen scaffolding and inexpensive, lightweight constructions requiring no lifting means. It becomes common demanded that the high, tower-shaped structures for the wind attack small areas perform, have sufficient rigidity and deal with their architectural aesthetic Fit the design well into the respective environment.

Das wichtigste Ziel der Bauindustrie besteht heute in der Verkilrzung der Bauzeiten, in der weitgehenden Verringerung des fUr die Bauarbeiten erforderlichen Aufwandes an Baumaschinen und Arbeitskräften. Dieses Ziel wird vor allem durch die Anwendung von Bauteilen ermöglicht, die unter günstigen betrieblichen Bedingungen, mit gut orgenisierter Fertigung hergestellt werden. Die Montagebauweise, bzw. das Baukastensystem müssen immer häufiger angewandt werden. The main goal of the construction industry today is shortening the construction times, in the extensive reduction of what is required for the construction work Construction machinery and labor. This goal is mainly achieved by the The use of components enables, under favorable operational conditions, be made with well-organized manufacturing. The assembly method or the Modular systems have to be used more and more frequently.

Zur Befriedigung all dieser Anforderungen sind die räumlichen Fachwekonstruktionen gut geeignet. The spatial specialist constructions are designed to satisfy all these requirements well suited.

Grössere Turmbauwerke mit Fachwerkkonstruktion wurden bisher auf der Baustelle durch Schweissen oder Nieten zusammengebaut. Dabei handelt es sich zum grössten Teil um Stahltürme, bei denen beim Schweissen im Freien die Wetterverhältnisse sich ggf. ungünstig auf die Güte der Schweissnähte auswirken können. Darüber hinaus ist dieses Verfahren auch unwirtschaftlich. Larger tower structures with half-timbered construction have so far been on assembled at the construction site by welding or riveting. It is about for the most part around steel towers, where the weather conditions when welding outdoors may have an unfavorable effect on the quality of the weld seams. Furthermore this process is also uneconomical.

Als weitere Lösung werden zwecks Verringerung der auf der Baustelle anfallenden Arbeiten im Betrieb aus Aluminiumteilen grössere, aber noch transportierbare Fachwerkelemente zusammengeschweisst oder -genietet, die auf der Baustelle mit dazu geeignete Hebemitteln versetzt und zu sammengebaut werden. In diesem Fall kann aber selbst bei besondere sorgfältigem - und dementsprechend teuerem -Transport die Beschädigung der Konstruktion häufig vorkommen, ausserdem ist der Gerüstbau, bzw. der Einsatz der Hebezeuge für die Montage mit grossen Kosten verbunden. Another solution will be in order to reduce the on-site workload Any work that arises in the company from aluminum parts is larger, but still transportable Truss elements welded or riveted together, which are included on the construction site suitable lifting equipment is moved and assembled. In this case it can even with particularly careful - and correspondingly expensive - transport the damage the construction often occur, in addition, the scaffolding, or the use the hoists for the assembly are associated with great costs.

In gewissen Fällen ist der Transport der vormontierten grösseren Einheiten fast unmöglich /z.B. beim Fernleitungsbau auf waldigem Gelände/.In certain cases, the pre-assembled larger units are transported almost impossible / e.g. when building pipelines on wooded terrain /.

Nach der Erfindung wird die räumliche Fachwerkkonstruktion aus gleichseitigen Dreieckelementen zusammengestellt. According to the invention, the spatial framework construction is made of equilateral Triangular elements put together.

Die als regelmässige Dreiecke gestalteten Fachmlerkteile werden aus Metallrohr, zweckmässig aus Aluminiumrobr hergestellt und können durch automatische Maschinenschweissung oder Metallverklebung an die mit Massenfertigung herstellbaren / geschmiedeten oder mit Pressguss gefertigten/ Knotenpunkt-Verbindungsgelemente befestigt werden. The specialist parts, which are designed as regular triangles, are made Metal tube, conveniently made of aluminum robber and can be automated by Machine welding or metal bonding to those that can be mass-produced / Forged or die-cast / node connecting elements be attached.

In jedem einzelnen Knotenpunkt der räumlichen Fachwerkkonstruktion sind die Spitzen dreier Dreieckelemente gelenkig miteinander verbunden. An der oberen Spitze der Dreieckelemente befindet sich ein mit flanschigen Bolzen versehener Knotenpunktteil, $während die Teile der unteren Spitz bügelförmig gestaltet sind. In every single node of the spatial framework construction the tips of three triangular elements are hinged together. At the top At the top of the triangular elements there is a junction part provided with flanged bolts, $ while the parts of the lower pointed are bow-shaped.

Beim Bpu, bzvr. bei der Montage werden die einzelnen Dreieckelemente in annähernd horizontaler oder noch tiefer gekippter Ebene auf die Spitzen der Dreieckelemente der darunterliegenden Reihe aufgesetzt und können durch Verdrehen um die Bolzen, bis zum Anschlag an ein Anschlagglied, in ihre endgültige Lage gebracht werden. At the Bpu, or during assembly, the individual triangular elements in an approximately horizontal or even deeper tilted plane on the tips of the triangular elements the row below and can be turned around the bolts, up to the stop on a stop member, are brought into their final position.

Die Passflächen der Gelenke können bei der Montage mit Fugenverguss-Metallkleber behandelt werden, um das aus ort Massabweichungen der Fertigung herrührende Spiel zu verhindern. The fitting surfaces of the joints can be sealed with metal glue during assembly are treated to the game resulting from dimensional deviations in the manufacturing process to prevent.

Aus den erfindungsgemässen Dreieckelementen lassen sich Turmkonstruktionen von beliebigem regelmässigem Polygongrundriss bauen. wobei die Meridiankurve ihrer Hüllfläche geradlinig / Zylinder, Stumpfkegel, Doppelstumpfkegel, usw./, oder gekrümmt / Rotationshyperboloid, usw. / sein kann. Der ohne Aussteifungssockel, als räumliche Fachwerkkonstruktion hergestellte Turm hat eine minimale Grundfläche und zeichnet sich daneben mit gnnstigen statischen Parametern aus4 Sämtliche Knotenpunkte der mit zylindrischer oder kegeliger Meridiankurve ausgeführten Türme sind gleich, im erstgenannten Fall sind die Dreieckelemente kongruent, im letztgenannten Pall sind die Dreieckelemente analog, und die theoretischen Seitenlängen der in den nacheinander folgenden Reihen befindlichen Elemente, bzw. die Höhen der aufeinanderfolgenden Heihen bilden jeweils eine geometrische Reihe. Die Seitenlänge an des in der n-ten Reihe befindlichen gleichseitigen Dreieckelementes lässt sich, wenn man die Seite des in der ersten Reihe befindlichen Elementes mit al bezeichnet, mit der. Formel an = a1 q n-1 bestimmen, wobei die Grüsse des Quotienten q ausschliesslich von der Konizität des Turmes abhängt. Die Turmhöhe Hn lässt sich, wenn der Turm aus n Reihen besteht und die Höhe der ersten Reihe hl beträgt, mit dem bekannten Zusammenhang errechnen.Tower constructions of any regular polygonal outline can be built from the triangular elements according to the invention. where the meridian curve of its envelope surface can be straight / cylinder, truncated cone, double truncated cone, etc./, or curved / rotational hyperboloid, etc. /. The tower, produced as a three-dimensional framework construction without a stiffening base, has a minimal footprint and is also characterized by favorable static parameters4 All nodes of the towers with a cylindrical or conical meridian curve are the same, in the former case the triangular elements are congruent, in the latter Pall the triangular elements are analogous , and the theoretical side lengths of the elements in the successive rows or the heights of the successive rows each form a geometric row. The side length of the equilateral triangular element located in the nth row can be, if the side of the element located in the first row is denoted by al, with the. Determine the formula an = a1 q n-1, whereby the size of the quotient q depends exclusively on the taper of the tower. The tower height Hn can be, if the tower consists of n rows and the height of the first row is hl, with the known relationship calculate.

Nach der Erfindung wird Jedes einzelne Element der Konstruktion derart gestaltet, wie des der optimalen Wirtschaftlichkeit entspricht. Die unteren Stäbe, die grdssere Lasten aufzunehmen haben, werden aus Rohren grösserer Wandstärke, aber zweckmässigerweise einheitlichen Aussendurchmessers hergestellt, wodurch zur Aufnahme von Druckbeanspruchungen / Knicklast / und Zugbeansprunchen gleicherweise geeignete Fachwerkelemente erhalten werden. According to the invention, every single element of the construction is such designed in a way that corresponds to optimal economic efficiency. The lower bars, that have to withstand higher loads are made from pipes with a greater wall thickness, but expediently made with a uniform outer diameter, whereby for inclusion equally suitable for compressive loads / buckling loads / and tensile loads Truss elements are preserved.

Die erfindungsgemäss gestaltete Konstruktion kann als gute Platzbeleuchtung sichernder Lichtmast grosser Lichtpunkthöhe vorteilhaft angewandt werden. The construction designed according to the invention can be used as good space lighting securing light masts with a large mounting height can be used advantageously.

Die lösung iet vor allen zur Beleuchtung von Plätzen mit regen Verkehr - in Städten - vorteilhaft, da die schlanke, einem Spitzengewebe ähnlich durchsichtige Fachwerkkonstruktion sich nicht störend aui das Stadtbild auswirkt und keine wichtigen Details des Hintergrundes ver-, deckt. The solution is primarily to illuminate areas with heavy traffic - in cities - advantageous because the slim, transparent fabric, similar to lace Half-timbered construction does not have a disruptive effect on the cityscape and is not an important one Details of the background are covered.

Die Konstruktion ist auch als Antennenturm und als Fernleitungsmast grossen Durchmessers gut anwendbar, in welchen Fall ausser dem Winddruck auch bedeutende horizontale Kutzlasten zur tragen sind. Eine weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit bietet sich als provisorisches Bauwerk zur Montage von Anlagen grosser WShe, wobei sich die erfindungsgemässe Konstruktion als demontierbares Arbeitsgerüst vorzüglich anwenden lässt. In diesem Fall werden keine Klebverbindungen angewandt, um die Demontage zu ermöglichen. The construction is also used as an antenna tower and as a transmission tower large diameter can be used, in which case not only the wind pressure but also significant ones horizontal payloads are to be borne. Another advantageous application offers itself as a temporary structure for the assembly of systems of large WShe, whereby the construction according to the invention as a demountable working scaffold excellent can apply. In this case, no glue joints are applied to the dismantling to enable.

Die erfindungsgemässe Konstruktion entspricht in jeder Hinsicht den modernen Projektierungs- und Berechnungsverfahren, sowie den modernen Bauweise. So ist z.B. bei Anwendung als Lichtmast die Berechnung - die Grösse der zu beleuchtenden Fläche und die erforderliche Beleichtungsstärke als Ausgangsdaten verwendend - komplex programmierbar, d.h. die geometrische und statische Bemessung des Turnbauwerkes, sowie die Berechnung der elastischen Verformung ist. /mit Computer/ in wenigen Minuten möglich. Das Maschinen programm ist derart aufstellbar, dass der Computer unter Berücksichtigung der an die Wirtschaftlichkeit gestellten Anforderungen die geometriachen Daten optimiert errechnet und daraus die zur Fertigung benötigten Masstabellen, oder auch die Konstruktionszeichnungen herstellt. The construction according to the invention corresponds in every respect to modern project planning and calculation methods, as well as modern construction. For example, when used as a light pole, the calculation is - the size of the light to be illuminated Using area and the required exposure level as starting data - complex programmable, i.e. the geometric and static dimensioning of the gymnastics structure, as well as the calculation of the elastic deformation is. / with computer / in a few minutes possible. The machine program can be set up in such a way that the computer runs under Consideration of the requirements placed on economic efficiency, the geometrical Optimized data is calculated and from this the measurement tables required for production, or also produces the construction drawings.

Somit trägt die erfindung zur gut organisierten Projektierung und zur betriebamässige Vorfertigung bei.Thus, the invention contributes to well-organized project planning and for operational prefabrication.

Die Fertigung ist mit den in Metallbaubetrieben zur VerfUgung stehenden Ausrüstungen einfach möglich. Für die Fachwerkkonstrucktion wird eine grosse Serie der gleichen, bzw. analogen Elemente hergestellt. Die ineinandergefügten Elemente können auf rationelle Weise transportiert und gelagert werden. Die Montage auf der Baustelle geht schnell wid einfach tor sich. Die Elemente eind auch von Hand versetzbar. Die Bauausführung beginnt mit der Herstellung des Betonfundamentes, das den untersten Gelenkpunkten der Turmkonstruktion entsprechend herausgebildet wird. Auf dieses Fundament werden die Dreieckelemente der ersten Reihe der Turmkonstruktion verlegt und in ihre endgültige Lage gedreht, auf die Spitzen dieser ersten Reihe versetzt man dann die Elemente der nächsten Reihe, usw. Als Abschluss einer jeden Reihe kann an die Gelankpunkte der polygonen Ebene je ein gelenkig öffhendes Installationsgitter befestigt werden, woraus je ein Segment nach Bedarf auch endgültig in Turm verbleiben und zur Herausbildung eines wendeltreppenförmigen Innenaufgangs verwendet werden kann. The production is with those available in metal construction companies Equipment easily possible. A large series will be produced for the half-timbered construction made of the same or analogous elements. The nested elements can be transported and stored in a rational way. The assembly on the Construction site is quick and easy. The elements can also be moved by hand. The construction work begins with the production of the concrete foundation, which is the lowest Articulation points of the tower structure is formed accordingly. On this The triangular elements of the first row of the tower construction are laid on the foundation and rotated into their final position, transferred to the tips of this first row you can then add the elements of the next row, etc. As the end of each row An articulated opening installation grille at each of the gelank points of the polygonal level are attached, from which one segment each remains permanently in the tower as required and used to create a spiral staircase-shaped interior staircase can.

Sollten im Turm /z.B. zwecks Austausch von Glühlampen/ sonstige Hebe- und Fördermittel /z.B. Drahtseil betätigte, bzw. hydraulische oder pneumatische Hebezeuge und Aufzüge/ eingesetzt werden, so können die Arbeitsbühnen nach Beendigung der Turmbauarbeiten in Reihenfolge von oben nach unten entfernt werden. Should in the tower / e.g. for the purpose of replacing light bulbs / other lifting and funding / e.g. Wire rope operated, hydraulic or pneumatic Lifting equipment and elevators / are used, so the working platforms can be used after completion of the tower construction work must be removed in order from top to bottom.

Die Erfindung wird anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

Fig 1. zeigt die erfindungsgemäss gestaltete Fachwerkkonstruktion eines Lichtmastes mit regelmässigem Hexagonalgrundriss. Fig. 1 shows the framework construction designed according to the invention a light mast with a regular hexagonal floor plan.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Gestaltung eines Installationsmastes mit regelmässigem Dreieckgrundriss, axonometrisch dargestellt. Fig. 2 shows the inventive design of an installation mast with regular triangular outline, shown axonometrically.

Fi8 3. zeigt zwei Reihen des auf Pig 1. dargestellten Turmbauwerkes, in axonometrischer Darstellung. Fi8 3. shows two rows of the tower structure shown on Pig 1., in axonometric representation.

Fig 4. zeigt ein Dreieckelement, Fig 5. dasselbe Elemente in Seitenansicht und Fig 6. dasselbe Element in Draufsicht. FIG. 4 shows a triangular element, FIG. 5 shows the same element in a side view and FIG. 6 shows the same element in plan view.

Fig. 7. zeigt die Montage der Dreieckelemente, ihr Drehen in die richtige Lage, in axonometrischer Darstellung. Fig. 7. shows the assembly of the triangular elements, their turning into the correct position, in axonometric representation.

Fig 8. zeigt das beim Transport und bei der Lagerung zweckmässige Ineinanderfügen der Dreieckelemente. Fig. 8 shows that which is useful during transport and storage Insertion of the triangular elements.

Fig 9. zeigt die spitzwinkelförmige steife Verbindung der oktaedrischen Maste mit Dreieckgrundriss, in axonometrischer Darstellung. Fig. 9 shows the acute-angled rigid connection of the octahedral Masts with a triangular floor plan, in axonometric representation.

Fig 1 O. zeigt eine, a den Elementen gemäss Fig 2. FIG. 10 shows a, a the elements according to FIG.

mit Gelenkverbindungen herstellbare, mehrteilige Fachwerkkonstruktion, in axonometrischer Darstellung. Diese Konstruktionsform ist als superleichts und steife Gerüstkonstruktion bei der Ausführung von turmförmigen Bauverken vorteilhaft anwendbar.multi-part truss construction that can be produced with articulated joints, in axonometric representation. This form of construction is as super light and Rigid scaffolding is advantageous when constructing tower-shaped building cloisters applicable.

Unter den angeführten Figuren zeigen 1. und 3. die Variante mit Hexagonalgrundriss, die Figuren 2., 7., 9. Among the figures listed, 1. and 3. show the variant with a hexagonal floor plan, Figures 2., 7., 9.

und 10. die Variante mit Dreisekgrundries. Aus den erfindungsgemässen Dreieckelemnetne lassen sich Turmbanten verschiedener Form und Bestimmung hergestellt werden. Die Form der Knotenpunktelemente verändert sich je nach dem Seitenwinkel und der Seitenzahl des Fundamentpolygons /Fig. 6./.and 10. the variant with a three-circle basic ring. From the inventive Triangle elements can be used to produce tower edges of various shapes and purposes will. The shape of the nodal point elements changes depending on the side angle and the number of sides of the foundation polygon / Fig. 6. /.

Den Hauptkonstruktionsteil bildet - falls sich der Turmquerschnitt in Höhenrichtung verjüngt - das zweckmässigerweise gleichseitige Dreieckelement regelmässig variabler Grösse, dessen Seiten 1 mit den oberen Knotenpunktelementen 2, sowie den unteren Knotenpunktelementen 3 und 4 - vorzugsweise durch Schweissen oder Metallkleben - unter Anwendung eines entsprechend verstellbaren Gerätes in Massenfertigung verbunden werden können. Falls der Turmquerschnitt in Höhenrichtung konstant ist, d.h. die entsprechenden Knotenpunkte mit der Turmachse parallel liegen, so sind sämtliche Dreiekelemente gleiche / kongruente Dreiecke. The main structural part forms - if the tower cross-section is tapered in the vertical direction - the expediently equilateral triangular element regularly variable in size, its sides 1 with the upper junction elements 2, as well as the lower node elements 3 and 4 - preferably by welding or metal gluing - using an appropriately adjustable device in Mass production can be connected. If the tower cross-section in the height direction is constant, i.e. the corresponding nodes are parallel to the tower axis, so all triangle elements are equal / congruent triangles.

Die Gitterstäbe 1 des Dreieckelementes sind zweckmässigerweise kreisrunde Rohre, die Knotenpunktelemente 2, 3 und 4 eind bei sämtlichen Dreieckelementen gleich, lassen sich also mit hochproduktiven Verfahren, mit grosser Massgenauigkeit und aus hochfestem Werkstoff serienmässig herstellen.The bars 1 of the triangular element are expediently circular Pipes, the junction elements 2, 3 and 4 and the same for all triangular elements, can therefore be achieved with highly productive processes, with great dimensional accuracy and mass-produced from high-strength material.

Claims

PATENT CLAIMS

1. Triangular construction element for the design of tower structures in a spatial manner Truss construction, characterized in that the triangular elements are made from profile bars existing sides / 1 / have two of their tips that are positively connected uniaxial sleeves / 3 /, / 4 / have a point that fits positively into the The socket of the adjacent triangular element fits, furthermore that the two flanged Bolts / 2 / enclose an angle with each other which is smaller than 180 °, where the size of this angle depends on the number of triangles forming the perimeter of the tower depends.

2. Component according to claim 1, characterized in that the subsequent Junctions dei triangular elements are formed with a bayonet lock.

3. Component according to claim 1 or 2, characterized in that the theoretical side lengths of those in the successive rows Reverse corner elements. form a geometric series.

4. Component according to any one of claims 1-3, characterized in that that the nodes of the triangular components with mass production, preferably can be manufactured by die casting or drop forged.

5. Construction element according to any one of claims 1-4, characterized in that that the sides 1 of the triangular elements made of profile bars with one, the stress corresponding cross-section factor, expediently consist of tubes.

6. Method of assembling the components according to any of the Claims 1 - 4 developed spatial lattice tower, characterized in that that the triangular elements twist further than the plane perpendicular to the tower axis, in this position towards the inside of the tower with the two bolts provided with sleeves Install from above onto the studded tips of the adjacent, ready one and triangles that are approximately parallel to the tower axis are placed on top, and then the bolted tip of the triangle element and the axis of rotation of the with Sleeve provided side, in the direction of construction of the tower, into one is rotated approximately parallel position to the axis.

T. The method according to claim 6, characterized in that the to be installed Triangle elements turned into their final position from the outside of Des Turnes will.

L e r s e i t e