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Mantel für rohrformige Bauwerke, insbesondere Kühltürme Die Erfindung
betrifft einen Mantel für rohrförmige Bauwerke, insbesondere Kühltürme, zum Aufhängen
unter Zugspannung an einer die vertikale Komponente der Zugspailnung über Randträger
des Mantels aufnehmenden Konstruktion, die aus einen Gotterwerk mindestens teilweise
vorgespannter Seile oder Stäbe in Form einer sattelförmigen Membran besteht, welche
in eine Umhüllung aus Eeton eingebettet ist.
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Aus der DT-OS 2 154 967 ist bereits ein derartiger Mantel bekanntgeworden,
bei welchem eine verkleidete oder mit Platten belegte, im wesentlichen dreischarige
Seilkonstruktion vorgesehen werden soll. Gegenüber zweischarigen Konstruktionen,
bei welchen jede der beiden Scharen aus mehreren, wenigstens annähernd parallel
zueinander verlaufenden Seilen besteht, besitzt eine dreisenarige Seilkonstruktion
den Vorteil, daß sich selbst bei erheblichen, auf den Mantel einwirkenden Windkräften
nur geringe Verformungen ergeben kennen und daß die Umhüllung somit
keinen
rachteiligen Beanspruchungen ausgesetzt ist.
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Außerdem ergibt sich bei dreischariger Seilkonstruktion eine hohe
Formstabilität, bei welcher die Gefahr eines Flatterns des Mantels weitgehend verrnieden
wird. Bei einem Mantel der eingangs beschriebenen Art ergeben sich jedoch erhebliche
Herstellungskosten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Funktion des Mantels
auf zwei Elementgruppen verteilt ist, wobei die Seilkonstruktion die Stütz-und Tragfunktion
übernimmt, während die Umhüllung nur zum Zwecke der Abdichtung vorgesehen ist. Außerdem
ist bei der bekannten, dreischarigen Seilbskonstruktion ein erheblicher Aufwand
deswegen erforderlich, weil für die Seile des Gitterwerkes an den Kreuzungspunkten
der Seile kr?ftschlüssige Knotenverbindungen vorgesehen sind und die Seile selbst
aus korrosionssicherem Werkstoff bestehen oder wenigstens lcorrosionssichere Deckschichten
aufweisen sollen.
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Es ist aus der DT-OS 2 247 179 bekannt, den Mantel eines Kühlturmes
als sattelformige Membran aus einem in seiner Fläche nach allen Richtungen zugfesten
Material aussubilden. Dies bringt zwar den Vorteil mit sich, daß mit einer sehr
dünnen Membran gearbeitet werden kann, setzt jedoch voraus, daß das Material in
seiner Fläche nach allen Richtungen hin eine ausreichende Zugfestigkeit aufweist.
Für einen derartigen, bekannten Mantel konnte bisher das Herstellungsproblem nicht
befriedigend gelöst werden, da der Mantel sich entsprechend seiner GrOße, wenn er
für Kühltürme dienen soll, aus einer großen Anzahl von dünnen
Einzelteilen
zusammensetzt, die alle spannungsfrei zu einer sattelförmigen Membran zusammengefügt
werden müssen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, einen Mantel für einen Kühlturm
als Schale aus Beton mit einer Bewehrung herzustellen, welche nachträglich teilweise
vorgespannt wird. Dies hat zwar den Vorteil, daß das die Zugspannung aufnehräende
Seilnetz, welches in diesem Falle als Bewehrung dient, in einfacher Weise aus gewähnlichem
Baustahl ohne besondere Knotenverbindungen hergestellt werden loann; eine in dieser
Weise hergestellte Betonschale weist jedoch ein hohes Eigengewicht auf, das aus
wirtschaftlichen Gründen nur eine teilweise Vorspannung zuläßt. Aus diesem Grunde
kann dasanagestrebte Ziel einer idealen Membran, die in allen vorkommenden Lasfällen
für die das Gitterwerk bil«enden Seile ausschließlich Zugspannungen ergibt, nicht
erreicht werden. Außerdem werden es unter den verschiedenen Lastlällen, die für
einen Kühlturm in Betracht zu ziehen sind, wegen des hohen E-IIoduls des Normalbetons
zu hohen Zwängzungsspannungen und zu häufiger Rissebildung im Mantel kommen. Dies
würde dem angestrebten Membranzustand des Mantels entgegenwirken.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mantel der eingangs
beschriebenen Art zu schaffen, der einfach und billig hergestellt und montiert werden
kann, dabei sich Jedoch dem Idealzustand weitgehend annähert, bei welchem die das
Gitterwerk bildenden Seile in allen tastfällen ausschließlich unter Zugspannung
stehen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäB vorgeschlagen, daß
dem die Umhüllung bildenden Beton leichte Zuschlagstoffe in Form von Schaumstoffen
aus Polystyrol beigemischt sind. Der wesentliche Vorteil bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung der Umhüllung liegt darin, daß deren Gewicht so gering gehalten werden
kann, daß mit wirtschaftlich vertretbaren Mitteln unter allen Lastfällen eine Zugsvorspannung
der Membran gesichert werden kann. Gegenüber der Herstellung der Membran bzw. der
Umhüllung aus Normalbeton besitzt darüber hinaus der erfindungsgemäß mit Schaumstoff-Beimischungen
versehene Beton die vorteilhafte Eigenschaft einer geringen Wärmeleitfähigkeit,
welche die Beanspruchungen der Membran infolge von wärmebedingten Materialausdehnungen
und Materialkontraktionen wesentlich verringert. Ein mit Beimungungen aus geschäumtem
Polystyrol hergestellter Mantel weist außerdem einen geringeren E-Modul auf, der
Zwängungsspannungen oder Rissebildung, die bei sich ändernden Zukräften in den Seilen
auftreten konnten, erheblich reduziert. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des
Mantels ergibt sich somit eine erhbhte Flexibilitat und demzufolge eine verminderte
BiegesteIfigkeit, die eine hone dynamische Schwingungsdämpfung bewirkt, wenn der
Mantel wechselnden Windkräften ausgesetzt ist.
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Durcheine zumindest teilweise Vorspannung des Seilnetzes vor Aufbringen
der Umhüllung aus Beton wird errecht, daß die Form des Gitterwerkes bereits vor
dem Anbringen der Schalung maßgenau feststeht, alle bei konventionellen Betonschalen
notwendigen Ko,trollmessungen entfallen und das Gitterwerk auch für die Befestigung
der Schalung heran gezogen werden kann. Die Betoniergeschwindigkeit hägt
nicht
mehr von der bereits erreichten Druckfestigkeit des darunterliegenden tragenden
Betonquerschnittes ab, sondern lediglich davon, daß die Festigkeit des eingebrachten
Betons ausreicht, um ihn an dem vorgespannten Gitterwerk haften zu lassen.
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Dadurch, daß die Seile mit dem umhüllenden Beton durch Verzahnung
der Grenzflächen schubfest verbunden sind und somit das Gitterwerk unversehieblich
in eine Art schwere Wandscheibe eingegossen ist, kann die bei Seilnetzen mit getrennter
Verkleidung zur Aussteifung notwendige dritte Seilsohar sowie die kraftschlüssige
Knotenverbindung der Seile untereinander entfallen.
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Da die Seile der Membran unter allen Lastfällen auf Zug beansprucht
sind, hat der Betonmantel nur die Funktion, eine Umhüllung zu bilden und die durch
Horizontallasten auftretenden Schubkräfte im Gitterwerk aufzunehmen.
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Eine Zug- oder Druckbeanspruchung aus Eigengewicht oder äußeren Horizontallasten
liegt nicht vor. Daher wird sich die notwendige Festigkeit des Betons nach der jeweiligen
Schubbeanspruchung richten. Diese wird von unten nach oben abnehmen.
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Da die Festigkeit des Betons und auch sein Eigengewicht mit zunehmendem
Anteil an Zusatz-Styroporteilchen abnimmt, wird vorteilhafterweise dieser Anteil
dem Verlauf der Schubbeanspruchung angepaßt, d.h. daß auch das Eigengewicht des
Mantels von unten nach oben zusätzlich abnimmt.
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Die Starke des Betonmantels richtet sich im wesentlichen danach, daß
die Betonüberdeckung der Seile eine für Ihre
rostsichere Lagerung
ausreichende Stärke aufweist. Da durch wird ermöglicht, als Material billigen Betonstahl
zu verwenden.
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Um die Anzahl der Seile nicht zu groß werden zu lassen, kann man die
Tragkraft der Seile möglichst groß wählen.
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Dadurch ergibt sich ein großer Abstand de einzelnen Seile und somit
ein weites Gitter. Damit der dünne Betonmantel dieses Spannwerk ohne Bruchgefahr
überspannen kann, kann das Gitterwerk in weiterer Ausgestaltung der Erfindung durch
ein engmaschiges Gitter aus dünnen Betonstahlmatten bewehrt werden. Dies ermöglicht
zusätzlich eine gleichmäßige Verteilung der Zugkräfte bei Schwinden oder zusätzlicher
Zugbeanspruchung des Schaumstoff-Letons.
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Da bei der erfindungsgeäßen Ausbildung der Betonmantel lediglich die
Aufgabe hat, einerseits als Umhüllung zu dienen und andererseits Schubbeanspruchungen
zu übernehmen, wohingegen sämtliche Zugkräfte von dem vorab err-ichteten Seilnetz
aufgenommen werden, wird der wirtschaftliche Einsatz von vorgefertigten Betonplatten
ermöglicht, welche in die Öffnungen des Gitterwerks eingesetzt werden und durch
Verguß des freibleibenden Fugenraumes, in welchem auch die Seile bzw. Stäbe des
Gitterwerks verlaufen, schubfest untereinander sowie auch mit den Seilen verbunden
werden. Das arbeitsaufwendige Stoßen von Bewehrung einzelner Fertigteile entfällt.
Die Form und Größe der Fertigteile ändert sich zwar entlang der Längsachse, jedoch
ergibt sich entlang einer horizontalen Mantellinie eine große Anzahl gleicher Fertigteile.
Somit kann eine wirtschaftliche Vorfertigung erfolgen, durch welche der Arbeitsaufwand
vermindert und der Baufortschritt an der Einbaustelle vorteilhaft beschleunigt
werden.
Zudem kann aus Gründen der Korrosionssicherung der Seile für das Fugenvergußmaterial
ein geringerer Zusatz an Schaumstoffteilchen angesetzt werden als in den angrenzenden
Fertigteilen, ohne das Gesamtgewicht des Mantels nennenswert zu erhöhen.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. In der Zeichnung sind ein
zu Herstellung eines erfindungsgemäßen Kühlturmes vorgesehenes Gitterwerk teilweise
in schematischer Darstellung und der Mantel des zugehörigen, erfindungsgemäß hergestellten
Kühlturmes in einem vertikalen Längsschnitt dargestellt.
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Der dargestellte, für einen Kühlturm bestimmte I4antel ist zum Aufhängen
auf einem senkrechten Tragmast 1 bestimmt, der in zeichnerisch nicht wiedergegebener
Weise in dein Fundament eingespannt und durch ebenfalls nicht dargestellte Seile
abgespannt ist. Mit Zuggliedern 2, die als Seile ausgebildet sein kbnnen, ist mit
dem Tragmast 1 ein Druckring 4 verbunden, an welchem zwei sich kreuzende Scharen
von untereinander nach unten leicht divergierenden, aus üblichem Betonstanl bestehenden
Zugstäben mit ihren oberen Enden befestigt sind. In der Zeichnung sind zwei zu einer
der beide. Scharen gehbrende Zugstäbe mit 5 und 6 und zwei andere Zugstäbe, die
zu der zweiten Diagonalschar gehören, mit 7 und 8 bezeichnet. In ihrer Gesamtheit
bilden die diagonal verlaufenden, sich kreuzenden Zugstäbe 5 bis 8 ein Gitterwerk
in Form einer aus der Zeichnung ohne weiteres erkennbarer sattelförmigen Membran,
die ein zum Tragmast 1 koaxiales Hyperboloid darstellt.
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Das dargestellte Gitterwerk weist im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen
an den Kreuzungsstellen der Zugstäbe 5, 6 mit den Zugstäben 7, 8 der zweiten Schar
keine festen Knotenpunkte auf, die sonst durch Knotenbleche an der Außen-und Innenseite
des Gitterwerks üblicherweise hergestellt werden. Eine schubfeste Verbindung zwischen
den beiden Diagonalseharen wird vielmehr dadurch erzielt, daß die Zugstäbe 5 bis
8 als Bewehrung für den in der Zeichnung in seinem vertikalen Axialschnitt wiedergegebenen
Mantel 1C dienen, welcher aus einer Mischung aus einem üblichen Beton mit hohem
Zementanteil und einer Beimischung besteht, die aus einem fein verteilten, aus geschäumten
Polystyrol-Kuntstoff hergestellt und zwischen eine in der Zeichnung nicht dargestellte
Innenschalung und eine ebenfalls nicht wiedergegebene Außenschalung so eingegossen
ist, daß die zu den beiden Diagonalseharen gehörenden Zugstäbe 5 und 6 bzw. 7 und
8 jeweils etwa symmetrisch zu der im dargestellten Vertikalschnitt mit strichpunktierten
LinIen angedeuteten Membran 11 verlaufen.
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Die Zusammensetzung des aus Beton und Schaumstoff bestehenden Gemisches,
welches als Umhüllung der Zugstäbe zusammen mit diesen den Mantel 10 bildet, ist
derart gewählt, daß der Anteil der Schaumstoffe von unten nach oben mit steigender
HDhe des Mantels 10 zunimmt, was in der Zeichnung mit größer werdenden Abständen
zwischen den einzelnen Schraffur-Linien angedeutet ist. Dies bringt den Vorteil
mit sich, daß trotz fehlender Knotenpunkte eine schubfeste Verbindung zwischen der
Umhüllung und dem Gitterwerk erzielt wird und gleichzeitig sichergestellt ist, daß
die durch die WiSsräfte erzeW,ten, im oberen Mantelbereich besenders hohen Biegemomente
leichter aufgenommen werden können, während andererseits ins samt eine erhebliche
Gewichtseinsparung
erzielt wird, zumal im oberen Bereich des Mantels
eine verminderte Wärmeleitfähigkeit erreicht wird, welche die Beanspruchungen der
Umhüllung infolge von Materialausdehnung und Materialkonstruktion wesentlich vermindert.
Infolge des geringeren Elastizitäts-Moduls werden außerdem Zwängungsspannungen und
in deren Folge sich sonst bildende Rissebildungen weitgehend reduziert. Außerdem
wird im oberen Bereich eine höhere Flexibilität und Biegeweichheit gewährleistet,
welche bei wechselnder Windbelastung eine dämpfende Wirkung ergeben und dadurch
die dynamischen Beanspruchungen der Membran erheblich mildern.
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Aus dem dargestellten Querschnitt des Mantels 10 ist ohne weiteres
zu ersehen, daß die aus dem Schaumstoff-Betongemisch gebildete Umhüllung in ihrer
Stärke so gewählt werden kann, daß die Zugstäbe umhüllt sind und demzufolge keine
zusätzliche Korrosionssicherung benötigen.
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Auf das Gitterwerk werden Betonstahimatten 12 aufgelegt, die gewährleisten,
daß die Umhüllung. 10 das Gitterwerk ohne Bruchgefahr überspannen kann. Durch derartige
Betonstahlmatten wird außerdem eine gleichmäßigere Verteilung der Zugkräfte bei
Schwinden oder zusätzlicher Zugbeanspruchung des die Umhüllung bildenden Schaumstoff-Betongemisches
erzielt.
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In Abwandlung der oben geschilderten Herstellung kann die zur Aufnahme
der Schubbeanspruchung dienende Umhüllung auch in der Weise hergestellt werden,
daß in die von Jeweils zwei der Diagonalscharen begrenzten Öffnungen 13 passende,
vorgefertigte Platten eingesetzt werden, die aus einem Gemisch aus geschänztem Polystyrol
und üblichem Zementbeton hergestellt sind. Der verbleibende Fuger.raum,
in
welchem die als Seile des Gitterwerkes dienenden Zugstäbe 5 bis 8 verlaufen, kann
leicht mit üblichem Beton, sowohl mit als auch ohne Beimischung von Schaumstoff-Beimischung
ausgegossen werden. Ein solcher Verguß sichert eine schubfeste Verbindung der Zugseile
oder Zugstäbe des Gitterwerkes untereinander5 ohne daß diese durch zusätzliche Knotenbleche
verbunden zu sein brauchen.
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(Ansprüche)*