DE2025704A1 - Bauelemente und Verfahren zur Gestaltung von Turmbauwerken mit räumlicher Fachwerkkonstruktion - Google Patents

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.
• 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.
• 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.
• Zur Befriedigung all dieser Anforderungen sind die räumlichen Fachwekonstruktionen gut geeignet.
• 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.
• 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.
• In gewissen Fällen ist der Transport der vormontierten grösseren Einheiten fast unmöglich /z.B. beim Fernleitungsbau auf waldigem Gelände/.
• Nach der Erfindung wird die räumliche Fachwerkkonstruktion aus gleichseitigen Dreieckelementen zusammengestellt.
• 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.
• 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.
• 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.
• Die Passflächen der Gelenke können bei der Montage mit Fugenverguss-Metallkleber behandelt werden, um das aus ort Massabweichungen der Fertigung herrührende Spiel zu verhindern.
• 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.
• 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.
• Die erfindungsgemäss gestaltete Konstruktion kann als gute Platzbeleuchtung sichernder Lichtmast grosser Lichtpunkthöhe vorteilhaft angewandt werden.
• 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.
• 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.
• 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.
• Somit trägt die erfindung zur gut organisierten Projektierung und zur betriebamässige Vorfertigung bei.
• 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.
• 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.
• Die Erfindung wird anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
• Fig 1. zeigt die erfindungsgemäss gestaltete Fachwerkkonstruktion eines Lichtmastes mit regelmässigem Hexagonalgrundriss.
• Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Gestaltung eines Installationsmastes mit regelmässigem Dreieckgrundriss, axonometrisch dargestellt.
• Fi8 3. zeigt zwei Reihen des auf Pig 1. dargestellten Turmbauwerkes, in axonometrischer Darstellung.
• Fig 4. zeigt ein Dreieckelement, Fig 5. dasselbe Elemente in Seitenansicht und Fig 6. dasselbe Element in Draufsicht.
• Fig. 7. zeigt die Montage der Dreieckelemente, ihr Drehen in die richtige Lage, in axonometrischer Darstellung.
• Fig 8. zeigt das beim Transport und bei der Lagerung zweckmässige Ineinanderfügen der Dreieckelemente.
• Fig 9. zeigt die spitzwinkelförmige steife Verbindung der oktaedrischen Maste mit Dreieckgrundriss, in axonometrischer Darstellung.
• Fig 1 O. zeigt eine, a den Elementen gemäss Fig 2.
• mit Gelenkverbindungen herstellbare, mehrteilige Fachwerkkonstruktion, in axonometrischer Darstellung. Diese Konstruktionsform ist als superleichts und steife Gerüstkonstruktion bei der Ausführung von turmförmigen Bauverken vorteilhaft anwendbar.
• Unter den angeführten Figuren zeigen 1. und 3. die Variante mit Hexagonalgrundriss, die Figuren 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./.
• 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.
• 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.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. Dreieckförmiges Bauelement zur Gestaltung von Turmbauwerken räumlicher Fachwerkkonstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreieckelemente aus Profilstäben bestehende Seiten /1/ haben, dass zwei ihrer Spitzen formschlüssig anschliessende einachsige Muffen /3/, /4/ besitzen, dass eine Spitze sich formschlüssig in die Muffe des benachbarten Dreieckelementes einpasst, ferner dass die beiden flanschigen Bolzen /2/ miteinander einen Winkel einschliessen, welcher kleiner als 180° ist, wobei die Grösse dieses Winkels von der Zalil der den Turmumfang bildenden Dreiecke abhängt.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die anschliessenden Knotenpunkte dei Dreieckelemente mit Bajonettverschluss ausgebildet sind.

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretischen Seitenlängen der in den nacheinander folgenden Reihen befindlichen Drelecklemente. eine geometrische Reihe bilden.

4. Bauelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Knotenpunkte der dreieckförmigen Bauelemente mit Massenfertigung, vorzugsweise mit Pressguss oder in Gesenk geschmiedet hergestellt werden.

5. Bauelement nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten 1 der Dreieckelemente aus Profilstäben mit einem, der Beanspruchung entsprechenden Querschnitte faktor, zweckmässig aus Rohren bestehen.

6. Verfahren zur Montage des aus Bauelementen nach irgendeinem der Ansprtlche 1 - 4 entwickelten räumlichen Fachwerkturms, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreieckelemente weiter als die zur Turmachse senkrechte Ebene verdreht, in dieser Lage zur Turminnenseite hin mit den beiden, mit Muffe versehenen Bolzen von oben auf die mit Bolzen versehenen Spitzen der benachbarten, bereite eingebauen und mit der Turmachse annähernd parallelen Dreiecke aufgesetzt werden, und danach die mit Bolzen versehene Spitze des Dreieckelementes und die Rotationsachse der mit Muffe versehenen Seite, in Baurichtung des Turmes, in eine zur Achse annähernd parallele Lage gedreht wird.

T. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzubauenden Dreieckelemente von der Aussenseite Des Turnes aus in ihre endgültige Lage eingedreht werden.

L e e r s e i t e