DE2112926A1 - Vorgespanntes Bauteil und Verfahren zur Herstellung von Bauten mit seiner Hilfe - Google Patents
Vorgespanntes Bauteil und Verfahren zur Herstellung von Bauten mit seiner HilfeInfo
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Description
2112926 Andrejewski & Honke Patentanwälte
Anwaltsakte: 36 435/Kle ϊίΓ^ϊίί
Essen, den I5. März I97I
Kettwiger Straße 36 (th)
Patentanmeldung
Oscar Sircovich
11 Lincoln Street,
Jerusalem, Israel
Oscar Sircovich
11 Lincoln Street,
Jerusalem, Israel
Vorgespanntes Bauteil und Verfahren zur Herstellung von Bauten mit seiner Hilfe.
Gegenstand er Erfindung ist ein vorgespanntes Bauteil zur Errichtung
von Geviölbe- oder Bogenbauten sowie ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Bauten mit Hilfe derartiger Bauteile. Die bisher bekannten vorgespannten Bauteile sind ganz allgemein derart
ausgelegt, daß sie lediglich die Belastung aufnehmen können, Jedoch nicht die Fähigkeit besitzen, sich Belastungs- oder Spannungsänderungen
im Bauwerk anzupassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein derartiges vorgespanntes Bauteil zu schaffen, welches die Fähigkeit besitzt,
sich diesen Belastungs- und Spannungsänderungen von selbst
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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36
anzupassen. Dabei soll mit Hilfe derartiger vorgespannter Bauteile
die Errichtung von Gebäuden, freitragenden Decken, Brücken, Gewölbe- und Bogenbauten sowie die Herstellung von Kuppelbauten
möglich sein.
Insbesondere sieht die Erfindung die Verwendung vorgespannter Bauteile bei der Errichtung derartiger Bauten vor, wobei direkt
beim Einsetzen dieser Bauteile in die Konstruktion ein Kräftesystem in das errichtete Bauwerk eingebracht wird. Die allgemeine
Richtung dieser Kräfte verläuft nach oben, d.h.also entgegengesetzt
zu der Belastung, welche auf das fertige Bauwerk im Betrieb einwirkt. Bei Belastung des Bauwerkes treten geringe
Veränderungen in seiner Form auf, welche Veränderungen in der Form der einzelnen Bauteile erzeugen. Diese Formveränderungen
bewirken Veränderungen in den Vorspannkräften eines jeden einzelnen Bauteiles, sodaß das Bauwerk als Ganzes sich der Belastung
anpassen kann. Durch geeignete Ausbildung der Einzelbauteile kann das errichtete Bauwerk derart ausgelegt werden, daß seine
Form dem Kräftepolygon, welches auf es einwirkt, identisch ist,
sodaß es die Form eines hohen oder schmalen Bogens, eines asymmetrischen Bogens oder eines unterbrochenen Bogenbaues einnehmen
kann.
Ein erfindungsgemäßes vorgespanntes Bauteil zur Errichtung von Gewölbe- oder Bogenbauten ist dadurch gekennzeichnet, daß es zwei
am einen Ende gelenkig miteinander verbundene Druckglieder und zwei derart mit diesen Druckgliedern verbundene Zugglieder aufweist,
daß bei Einwirkung einer die Druckglieder um ihre Gelenkverbindung
verdrehenden und dabei mit ihren freien Enden zu-
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einander drückenden Kraft die Druckglieder auf Druck und die Zugglieder auf Zug beansprucht sind, und daß ein die Druckglieder
in dieser Lage festhaltendes Halteglied vorgesehen ist, wodurch die Druckglieder auf Druck und die Zugglieder auf Zug
vorspannbar sind.
Ein derartiges vorgespanntes Bauteil kann verschiedene Formen besitzen, von denen einige beispielshalber in der nachfolgenden
Beschreibung im einzelnen erläutert werden. Das erwähnte Halteglied, mittels welchem das einzelne Bauteil vorgespannt wird,
wird vorzugsweise in Form eines Spannstabes verwendet, welcher mit seinen beiden Enden an den freien Enden der beiden Druckglieder
angeschlossen ist.
In verfahrensmäßiger Hinsicht ist vorgesehen, eine dem zu errichtenden
Bauwerk entsprechende Anzahl von einzelnen Bauteilen in ebenfalls dem zu errichtenden Bauwerk entsprechender Form
durch an den Gelenkpunkten nebeneinanderliegender Bauteile angreifende
Zugglieder untereinander zu verbinden, die sich dann ergebenden freien Enden der Zuggliederketten oder -gruppen
ebenso wie die äußersten Bauteile mit dem jeweils freien Ende ihres Druckgliedes an einer entsprechenden Verankerung zu
befestigen, sodann die aneinander anstoßenden freien Enden der Druckglieder der einzelnen Bauteile miteinander zu verbinden
und abschließend die Spannstäbe zu entfernen, sodaß jedes einzelne Bauteil durch die zuletzt hergestellte Gelenkverbindung
mit den anderen Bauteilen in vorgespanntem Zustande gehalten wird.
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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße
Die Druckglieder können symmetrisch oder asymmetrisch in jedem einzelnen Bauteil ausgebildet sein und die verschiedenen Bauteile
können verschiedene Abmessungen besitzen und verschieden stark vorgespannt werden, je nach der Endform des zu errichtenden
Bauwerkes und je nach dem Kräftepolygon, dessen Einwirkung auf das Bauwerk zu erwarten ist. Bei Belastung des Bauwerkes
treten Veränderungen in der Form der einzelnen Bauteile auf, wobei einige sich öffnen und andere sich schließen, sodaß die
Vorspannkräfte in jedem einzelnen Bauteil sich ändern und das Bauwerk als Ganzes einwandfrei auf die Belastung reagiert.
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen vorgespannten Bauteiles in einer Grundform;
Figur 2 ein Diagramm zur Erläuterung der in diesem Bauteil
auftretenden Vorspannkräfte;
Figur 3 eine mit Hilfe mehrerer Grundbauteile gemäß Fig. 1
aufgebaute Bogenkonstruktion;
Figur 4 ein dreidimensionales Bauteil für den Bau von Kuppeln; »
Figur 5 und 6 die Verwendung mehrerer Bauteile gemäß Fig.
für den Kuppelbau; und
Figur 7 eine Abwandlung der Grundform des erfindungsgemäßen Bauteiles.
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Das in Figur 1 in seiner Grundform dargestellte erfindungsgemäße
Bauteil besitzt zwei Druckglieder oder -stäbe 2 und 4, welche an einem ihrer Enden im Punkte B aneinander angelenkt
sind, während ihre anderen Enden, die Punkte A und C, auseinanderstehen. An diesen beiden erstgenannten Druckgliedern 2 und 4
ist im Gelenkpunkt B ein drittes Druckglied 6 angelenkt. Zwischen den Enden der Glieder 2 und 4 sind zwei Zugglieder 8 und 10
angeordnet, während am freien Ende des Druckgliedes 6 ein Element 12 befestigt ist, welches lediglich als Befestigungsorgan für
die Zugglieder 8 und 10 dient, und die beiden Befestigungspunkte an ihm können in der Praxis als ein Punkt D angesehen werden.
Durch Ansetzen einer Kraft Q von außen her auf die Punkte A und B der Druckglieder 2 und 4 werden diese Glieder zueinander
gebogen, so daß sie und das Druckglied 6 auf Druck und die Glieder 8 und 10 auf Zug beansprucht werden. Dadurch verschieben
sich die Punkte A, B, C und D zu den Punkten A1, B', C' und D1
(Fig.2), wodurch aus dem Abstand (1) zwischen den Enden der Glieder 2 und 4 der geringere Abstand (1 -Λ1) wird. Nach Einwirkung
der Kraft Q zur Verbiegung der Enden wird ein Spannstab 14 kurzzeitig zwischen den Enden der Glieder 2 und 4 befestigt,
um diese in der neuen Lage festzuhalten. Das Bauteil ist auf diese Weise vorgespannt, wobei die Glieder 2, 4 und 6 auf Druck
und die Glieder 8 und 10 auf Zug vorgespannt sind.
Dieses vorgespannte Bauteil gemäß Figur 1 läßt sich als Grundbauteil
für die Errichtung von Gewölbe- oder Bogenkonstruktionen verwenden, wie dies in Figur 3 dargestellt ist. Zur Errichtung
des Bauwerkes werden die Gelenkverbindungen, d.h. die Punkte B
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mehrerer Einzelbauteile (..., b, n, o, ...), durch eine Gruppe
v"on Zuggliedern 16, beispielsweise Stangen oder ein Kabel, miteinander
verbunden, sodaß jeweils ein derartiges Zugglied zwischen jeweils zwei nebeneinander liegenden Punkten B angeordnet
ist. Die Zugglieder begrenzen einen Bogen, dessen Enden in der Erde oder an einer geeigneten Verankerung befestigt werden.
Alsdann wird das Druckglied 4 des einen Einzelbauteiles gelenkig mit dem Druckglied 2 des danebenliegenden Bauteiles verbunden
und die Enddruckglieder der an den Enden befindlichen Einzelbauteile ebenfalls an der Verankerung befestigt. Alsdann können
alle Spanntäbe 14 aus den einzelnen Bauteilen entfernt werden.
Durch die Entfernung dieser Spannstäbe 14 wirkt sich die Vorspannkraft
Q eines jeden Einzelbauteiles auf die anschließenden Bauteile im Winkel >X aus, wodurch nach oben wirkende Kräfte P
entstehen, welche der Außenbelastung entgegenwirken. Dabei muß der Winkel ai stets kleiner sein als 18O°.
Die nach oben wirkenden Kräfte P sind völlig unabhängig vom Abstand L zwischen den Verankerungen, stehen jedoch in Beziehung
zu den Spannkräften Q, welche durch die Bauteile an jeder Seite ausgeübt werden und zu den Winkeln L dieser Kräfte. So hängt
die Kraft Fn des Bauteiles "n" von der Spannkraft Qm, Qn und Qo
sowie den Winkeln oc m, η und >jc η, ο ab. Die sich ergebende
Konstruktion ist daher mit einem aufgehängten Kabel vergleichbar, welches an einer Verankerung befestigt ist und auf welches
nach oben wirkende Punktkräfte einwirken.
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Die Einzelbauteile können insbesondere unter Berücksichtigung der Spannkräfte Q und der Winkel
<x derart ausgebildet werden, daß die Form der Bogenkonstruktion mit dem Kräftepoligon identisch
ist, welches auf sie einwirkt. Eine Belastung der Bogenkonstruktion verändert ihre Form und die Form der Einzelbauteile,
wobei sich einige öffnen und einige schließen, sodaß ein neues System von Spannkräften entsteht, welches der neuen
Belastung entgegenwirkt.
Figur 4 zeigt ein dreidimensionales Einzelbauteil 100, mittels welchem dreidimensionale Konstruktionen wie Kuppelbauten errichtet
werden können. Bei diesem Bauteil 100 sind zwei Druckglieder 102 und 104 gelenkig mit dem dritten Druckglied 106
verbunden (vgl. die Glieder 2, 4 und 6 aus Fig. 1), während ein
viertes Druckglied 108 am gleichen Gelenkpunkt B angelenkt ist. Die Glieder 102, 104 und 108 begrenzen infolgedessen eine dreiseitige
Pyramide, an deren Spitze das Glied 106 angelenkt ist. Dieses Bauteil aus Figur 4 besitzt drei Zugglieder 110, 112 und
114, welche mit den Enden eines jeden Gliedes 102, 104 und 108 und mit dem Ende des Gliedes 106 verbunden sind. Zusätzlich wird
das Bauteil durch drei kurzzeitig verwendbare Spannstäbe 116, 118 und 120 vorgespannt, welche zwischen den Enden der Glieder
102 und 104, 104 und 108 sowie 108 und 102 angeordnet sind.
Ein derartiges dreidimensionales Bauteil gemäß Figur 4 wird zur Errichtung eines Kuppelbaues 122 (Fig. 6) in gleicher Weise wie
vorstehend in Bezug auf die Bogenkonstruktion nach Fig. 3 erläutert
verwendet Tiit Ausnahme dessen, daß die Gelenkverbindung,
d.h. der Punkt B, eines jeden Einzelbauteiles mit den angrenzenden Bauteilen durch drei Zugglieder, und zwar die Glieder IjK),
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und 134 verbunden wird. Die die Punkte B nebeneinanderliegender
Einzelbauteile miteinander verbindenden Gruppen von Zuggliedern I30 bilden einen ersten Bogen, die Gliedergruppe
einen zweiten Bogen und die Gliedergruppe 13>4 einen dritten Bogen.
Die Endglieder werden in gleicher Weise wie die an den Enden befindlichen Einzelbauteile im Erdboden oder an einer
λ geeigneten Verankerung befestigt. Zwischen den Druckgliedern
102, 104 und I08 aneinander angrenzender Bauteile werden dann
weitere Gelenkverbindungen hergestellt und die zwischenzeitlich eingesetzten Zugstangen II6, 118 und 120 schließlich entfernt.
Diese vorbeschriebenen Grundformen der erfindungsgemäßen vorgespannten"
Bauteile lassen sich' naturgemäß auf verschiedene Art und Weise abwandeln. Ein derartiges Abwandlungsbeispiel ist in
Figur 7 dargestellt, wobei zwei Druckglieder I50 und I52 im
Punkt B miteinander gelenkig verbunden sind, während jedes Druckglied ein festes Element 15^ bezw. I56 trägt. Außerdem ist ein
Zugglied I60 zwischen dem Punkt A des Druckgliedes I50 und dem
Ende seines feststehenden Gliedes 154 angeordnet und ein zweites
P Zugglied 162 zwischen dem Punkt C des Druckgliedes 152 und seinem
feststehenden Glied I56. Ein weiteres Zugglied I70, welches die
Form einer Zugfeder haben kann, wird dann zwischen den Enden der feststehenden Elemente 154 und I56 befestigt. Dadurch liegt der
Punkt B zwischen den Enden der Glieder I50 und I52 und den Enden
der jeweiligen festen Glieder 154 und I56. Zwischen den Punkten
A und C wird dann eine Vorspannkraft Q angesetzt, durch welche
diese Punkte zueinander gedrückt werden, woraufhin ein zwischenzeitlich zu verwendender Spannstab I72 zwischen diesen Punkten
eingesetzt wird, um die Glieder in ihrem zueinander hingedrückten
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Zustand festzuhalten. Das in Figur 7 dargestellte vorgespannte Bauteil lässt sich in der gleichen Weise verwenden wie das
Bauteil gemäß Figur 1.
Ansprüche:
ORIGINAL INSPECTED 109841/1252
Claims (8)
- Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger StraßeJOAnsprüche .\jj Vorgespanntes Bauteil zur Errichtung von Gewölbebauten, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei am einen Ende (B) gelenkig miteinander verbundene Druckglieder (2, 4) und zwei derart mit diesen Druckgliedern verbundene Zugglieder (8, 10) aufweist, daß bei Einwirkung einer die Druckglieder um ihre Gelenkverbindung verdrehenden und dabei mit ihren freien Enden (A, c) zueinander drückenden Kraft (Q) die Druckglieder auf Druck und die Zugglieder auf Zug beansprucht sind, und daß ein die Druckglieder in dieser Lage festhaltendes Halteglied (14) vorgesehen ist, wodurch die Druckglieder auf Druck und die Zugglieder auf Zug vorspannbar sind.
- 2. Vorgespanntes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder (8, 10) über ein drittes, im Gelenkpunkt (B) der beiden Druckglieder (2, 4) an diesen angreifendes Druckglied (6) mit den beiden Druckgliedern (2, 4) in der Weise verbunden sind, daß das eine Zugglied (8) an den freien Enden (A, D) des einen Druckgliedes (2) und des dritten Druckgliedes (6) und das andere Zugglied (10) an den freien Enden (C, D) des anderen Druckgliedes (4) und des dritten Druckgliedes (6) angreift.
- 3. Vorgespanntes Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Druckglieder (150, 152) ein festes Glied O154 bezw. 156) trägt, daß die Zugglieder (I60, 162) jeweils am freien Ende (A bezw. C) des zugeordneten Druckgliedes sowie am freien Ende des zugeordneten festen Gliedes angreifen, daß zwischen den freien Enden der beiden festen Glieder ein drittes Zugglied angeordnet ist und daß der Gelenkpunkt (B) der beiden Druckglieder zwischen den freien Enden der festen Glieder und den freien Enden der Druckglieder liegt..10984171252Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße
- 4. Vorgespanntes Bauteil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteglied als Spannstab (14) zwischen den freien Enden (A, C) der beiden Druckglieder (2, 4) eingesetzt ist.
- 5. Vorgespanntes Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im gemeinsamen Gelenkpunkt (B) der drei Druckglieder (102, 104, 106) ein viertes Druckglied (108) derart angelenkt ist, daß es mit den beiden ersten Druckgliedern (102, 104) zusammen eine dreiseitige Pyramide bildet, an deren Spitze das dritte Druckglied (ΙΟβ) angelenkt ist, und daß das freie Ende des dritten Druckgliedes über Zugglieder (110, 112, 114) mit den drei Ecken (A, C, E) dieser Pyramide verbunden ist.
- 6. Vorgespanntes Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Ecken (A, C, E) der Pyramide bildenden freien Enden der Druckglieder (102, 104, 108) untereinander durch Halteglieder (116, 118, 120) verbunden sind.
- 7. Verfahren zur Herstellung von Bogenbauten mit Hilfe von vorgespannten Bauteilen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der vorgespannten Bauteile durch an den Gelenkpunkten (B) nebeneinander liegender Bauteile angreifende Zugglieder (l6) zu einem Bogen miteinander verbunden werden, daß das erste und das letzte Zugglied sowie das erste und das letzte Bauteil des Bogens an einer Bodenverankerung befestigt werden, daß Jeweils das zweite Druckglied (4) eines Bauteiles mit dem anliegenden ersten Druckglied (2) des folgenden Bauteiles verbunden wird, während die Vorspannung in den Bauteilen durch die109841/175?Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Konke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36Spannstäbe (14) aufrechterhalten wird, und daß abschließend die Spannstäbe entfernt werden, wodurch eine Vorspannung für jedes Bauteil durch die anstoßenden Bauteile erzielbar ist.
- 8. Verfahren zur Herstellung von Kuppelbauten mit Hilfe von vorgespannten Bauteilen gemäß Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von vorgespannten Bauteilen (100) durch an den Gelenkpunkten (B) nebeneinander liegender Bauteile angreifende drei Gruppen von Zuggliedern (130, 132, 133) zu einer Kuppel (122) untereinander verbunden werden, die Endglieder einer jeden Zuggliedergruppe und die an den Enden befindlichen Bauteile an einer Verankerung befestigt werden, die Ecken (A, C, E) nebeneinanderliegender pyramidenförmiger Bauteile miteinander verbunden werden, während die Vorspannung in ihnen durch die Spannstäbe (116, 118, 120) aufrechterhalten wird, und daß abschließend die Spannstäbe entfernt werden, sodaß die Vorspannung in jedem Bauteil durch seine Eckverbindung mit den anstoßenden Bauteilen erzielbar ist.Patentanwalt.103841/1252
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