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Die Erfindung betrifft eine schalenförmige Baukonstruktion, die eine Vielzahl von aneinander grenzen- den, nach oben zulaufenden und nach aussen gewölbten, aus Platten gebildete Zwickel aufweist, wobei die jeweils zwischen zwei horizontalen Ebenen liegenden Platten aller Zwickel einen Ring bilden.
Es sind Bauwerke dieser Art bekannt, bei denen die Platten zur Anpassung an die Gestalt gewölbt und untereinander mittels Nieten oder Schrauben verbunden sind. Solche Bauwerke würden einstürzen, wenn die Platten nicht fest miteinander verbunden wären. Bei einer bekannten kuppelartigen Baukonstruktion bewirkt die selbstverständliche Abplattung im oberen Teil der Kuppel, dass das Gewicht der oberen oder mittleren Plattenringe einen nach aussen gerichteten Druck von einer Platte zur andern ausübt, der die mittleren Platten vom Zentrum der Kuppel weg nach aussen drückt. Die Gefahr des Einsturzes wird durch zusätzliche Lasten, z. B. durch Schnee, noch vergrössert ; wenn nicht irgend welche Massnahmen für das Zusammenhalten des Mittelteiles getroffen werden.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein zerlegbares schalenförmiges Bauwerk zu schaffen, das aus vorgefertigten Platten zusammensetzbar und dessen Aufbau und Abbau auch durch ungeschulte Kräfte ohne besondere Vorrichtungen oder Werkzeuge möglich ist.
Die erfindungsgemässe Baukonstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Platte eben ist und einen Umriss in Form eines gleichschenkeligen Trapezes aufweist und zur Wölbung jedes Zwickels nach aussen der von der durch dieUnterkante einer Platte verlaufendeHorizontalebene und der Platte eingeschlossene Winkel grösser ist als der Winkel, den die darüberliegende Platte mit der Horizontalebene durch ihre Unterkante einschliesst und dass der Verlauf des vertikalen Mittelschnittsprofiles jedes Zwickels zwischen einer die Mittelpunkte der Unterkante der untersten Platte und der Oberkante der obersten Platte des Zwickels verbindenden Geraden und einer kritischen Kurve liegt, die aus den aneinandergereihten Mittellinien der Platten eines fiktiven Zwickels gebildet ist,
bei dem der Neigungswinkel jeder Platte zur Horizontalen von einem vorgewählten Basiswinkel ausgehend durch das statische Gleichgewicht zwischen dem Gewicht der jeweiligen Platte und der auf die Oberkante einwirkenden horizontalen Gegenkraft ermittelbar ist.
Wenn bei der erfindungsgemässen Baukonstruktion das vertikale Mittelschnittprofil zwischen der durch die Endpunkte des Profils verlaufenden Geraden und der kritischen Kurve liegt, dienen die die Ränder benachbarter Platten verbindenden Befestigungsmittel, wie Bolzen, Nieten u. dgl. nicht zur Aufnahme von auf die Baukonstruktion ausgeübten Kräften, sondern um gegenseitige Verschiebungen der Platten zu verhindern. Der Verlauf des Mittelsohnittprofiles kann zwischen der Geraden und der kritischen Kurve gestaltet werden, ohne dass die Gefahr eines Einsturzes der Konstruktion besteht. Die besondere Gestalt der erfindungsgemässen Baukonstruktion ist weder halbkugelförmig noch pyramidenförmig ; vielmehr liegt sie zwischen diesen beiden Formen, wie noch später erläutert wird.
Die aus den Platten gebildeten Ringe sind Pyramidenstumpfe, die gegen z. B. durch Winddruck verursachte Torsions-oder Spiralkräfte in vorteilhafter Weise wesentlich widerstandsfähiger sind als z. B. kreisförmige Ringe der bekannten kuppelartigen Bauwerke. Der sichere Sitz eines Ringes auf den unteren Ring wird noch durch die Wölbung der Zwickel nach aussen unterstützt.
Die erfindungsgemässe Baukonstruktion eignet sich für Lagerhäuser, Glashäuser, Hangars aber auch für Wohnhäuser und Schulen.
Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, in der Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind. Es zeigen : Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer schalenförmigen Baukonstruktion, Fig. 2 eine teilweise Ansicht von innen auf im Stadium der Montage befindliche Platten, Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung des oberen Teiles der Baukonstruktion mit einer zur Abdeckung seiner Scheitelöffnung bestimmten Kappe, Fig. 4 die Ansicht eines Zwickels, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 3, Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 1 und die Fig. 7 und 8 die Mittelschnittprofile eines Zwickels.
Die schalenförmige Baukonstruktion --10-- nach den Fig. 1 und 2, die auf einem ein regelmässiges Vieleck umschliessenden Sockel --12-- aufruht, besteht aus vom Sockel zum Scheitel --15-- sich erstreckenden und nach aussen gewölbten Zwickeln-14-, die aus Platten --17 bis 24-- mit einem Umriss in Form eines gleichschenkeligen Trapezes zusammengesetzt sind. Die jeweils zwischen zwei horizontalen Ebenen liegenden Platten aller Zwickel bilden einen Ring. Die Ringe sind von unten nach oben mit --117 bis 124-- bezeichnet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist jede Platte einen Rahmen --45-- auf, der aus zwei Seitenholmen - -47--, einem oberen Holm --48-- und einem unteren Holm --49-- besteht, wobei die Holme durch Sprossen --50-- abgestützt sind.
Der Rahmen trägt eine äussere Abdeckung-44-. Wenn die Platten aus Holz gefertigt sind, so eignet sich für die Abdeckung ein 3/8" starkes Sperrholz und für die Rahmenteile Leisten mit einem rechteckigen Querschnitt, dessen Breite zur Länge sich zweckmässig wie 2 : 6 verhält. Für Glas- häuser bestehen die Abdeckungen aus Glastafeln, die durch geeignete Halterungen an den Rahmen befestigt sind. In den Rahmenholmen sind Bohrungen zum Durchstecken von Bolzen für die Verbindung benachbarter Platten vorgesehen.
Bei einer Baukonstruktion mit zwanzig gleich ausgebildeten Zwickeln beträgt der Spitzenwinkel der
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Zwickel 180. Die angestrebte Wölbung der Zwickel nach aussen bedingt, dass der Winkel zwischen dem unteren
Holm und den Seitenholmen einer Platte kleiner ist als der der unter dieser Platte angeordneten Plat- te.
Zwischen dem Neigungswinkel jeder Platte zur Horizontalen und dem Winkel zwischen dem unteren Holm und den Seitenholmen der Platte besteht folgender Zusammenhang : cot A = cos B x tan C wobei
EMI2.1
EMI2.2
A = Winkel zwischen dem unteren Holm und einem Seitenholm der Platte
Im vorliegenden Fall, bei zwanzig Zwickel gilt die Beziehung : cot A = cos B x tan 9
Wenn man für den Winkel B im Ring --117-- 570 45'wählt, ergibt die Formel den Wert 850 10' für den Winkel A. Alle Platten --17-- haben somit den Winkel von 850 10'zwischen dem unteren Holm und dem Seitenholm. Vorzugsweise erhalten die Holme eine kleine Abschrägung, um ein gutes Zusammenpassen der Platten zu gewährleisten.
Um die gewünschte leichte Wölbung in jedem Zwickel --14-- zu erreichen, müsste so ein kleinerer Winkel B in die obige Formel eingesetzt werden, woraus sich der neue Winkel A ergibt. Die Platten --18-können dann dem Wert des Winkels A entsprechend ausgeschnitten werden. Der analoge Vorgang wiederholt sich bei den Ringen --119, 120-- usw., wobei die Werte der Winkel B und A ständig abnehmen. Das ergibt dann eine Form gemäss Fig.1, in der jeder Zwickel --14-- leicht nach aussen gebogen ist.
In Fig. 4 sind die Platten --17 bis 24-- eines Zwickels --14-- in die Zeichenebene abgewinkelt dargestellt. Man erkennt, dass die Platten --17, 18,19 und 20-- je drei vertikale, die Platten --21 und 22-- je zwei vertikale und die obersten Platten --23 und 24-- nur eine vertikale Sprosse --50-- besitzen.
In den Platten des obersten Ringes --124-- sind Entlüftungen bzw. Fenster vorgesehen (Fig. 3).
Die oberen Ränder der Platten --24-- umschliessen eine Öffnung, die durch eine konische, kugelige oder plattenförmige Kappe --26-- verschlossen werden kann. Manchmal kann es erwünscht sein, die Öffnung freizulassen, um z. B. einen Abzug, Schornstein oder eine Antenne durchzuführen.
Der Umriss des Sockels kann auch ein unregelmässiges Vieleck sein und diesem angepasst weisen die Zwickel verschiedene den Längen der Vieleckseiten entsprechende Breiten auf.
Die zur Bestimmung der Wölbung bzw. die Gestalt des Mittelschnittprofiles eines Zwickels notwendige kritische Kurve ist in Fig. 7 dargestellt. Sie zeigt fünf übereinander angeordnete Platten eines Zwickels, die um gedachte, zwischen den horizontalen Holmen benachbarter Platten angeordneten Achsen frei bewegbar sind. Die unterste Platte-l-ist an der Basis F befestigt und kann sich aber frei um die in der Basis liegende Achse bewegen ; die oberste Platte --5-- liegt reibungslos an einer vertikalen Wand an. Es wird angenommen, dass die fünf Platten in dem Zwickel mit jenen aus Fig. 4 übereinstimmen, wobei aber die oberste Platte --5-- gegen eine Spitze konvergiert. Mit den Abmessungen, dem Gewicht und der Lage des Schwerpunktes jeder Platte-l bis 5-- ist es möglich, die kritische Kurve für den Zwickel auszurechnen.
Bei dem verwendeten Rechengang werden die Momente am linken Ende jeder Platte, beginnend bei Platte - -5-- bis zur Platte --1-- gleichgesetzt.
Es werden folgende Grössen für die Platten --1 bis 5-- angenommen :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Platte <SEP> Nr. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Gewicht <SEP> W <SEP> 0, <SEP> 9W <SEP> 0, <SEP> 8W <SEP> 0, <SEP> 7W <SEP> 0, <SEP> 6W <SEP>
<tb> Länge <SEP> L <SEP> L <SEP> L <SEP> L <SEP> L
<tb> Winkel <SEP> zur <SEP> Horizontalen <SEP> αss <SEP> # <SEP> # <SEP> @
<tb> Angriffspunkt
<tb> der <SEP> Schwerkraft <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> L <SEP> 0, <SEP> 4 <SEP> L <SEP> vom <SEP> 0,3 <SEP> L <SEP> vom
<tb> unteren <SEP> unteren
<tb> Ende <SEP> Ende
<tb>
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
EMI3.5
EMI3.6
EMI3.7
EMI3.8
EMI3.9
EMI3.10
EMI3.11
:Für statisches Gleichgewicht muss gelten :
EMI3.12
daher :
EMI3.13
<tb>
<tb> tan <SEP> ss <SEP> = <SEP> 0,728 <SEP> tan <SEP> CI <SEP> ! <SEP>
<tb> tan <SEP> γ= <SEP> 0,485 <SEP> tan <SEP> α
<tb> tan <SEP> 6 <SEP> = <SEP> 0,251 <SEP> tan <SEP> α
<tb> tan <SEP> e <SEP> = <SEP> 0,0514 <SEP> tan <SEP> CI <SEP> ! <SEP>
<tb>
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Es kann nun ein Wert für einen der Winkel angenommen und die Werte für alle andern Winkel fiir das statische Gleichgewicht ausgerechnet werden.
Es sei beispielsweise der Winkel CI ! mit 730 angenommen.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Tan <SEP> a <SEP> = <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP>
<tb> Tan <SEP> ss <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 728 <SEP> x <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 38 <SEP> ; <SEP> ss <SEP> = <SEP> etwa <SEP> 670 <SEP>
<tb> Tan <SEP> I <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 485 <SEP> X <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> 1, <SEP> 585 <SEP> ; <SEP> y <SEP> =etwa <SEP> 580 <SEP>
<tb> Tan <SEP> 6 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 251 <SEP> x <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 82 <SEP> ; <SEP> ö <SEP> =etwa <SEP> 39 <SEP>
<tb> Tan <SEP> e <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 0514 <SEP> x <SEP> 3, <SEP> 27 <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 168 <SEP> ; <SEP> e <SEP> =etwa <SEP> 10 <SEP>
<tb>
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Neigungswinkel der untersten Platte --17-- etwa 570 und der der obersten Platte etwa 35 .
Wird das Profil mit den Winkeln graphisch dargestellt, so wird die kritische Kurve erhalten.
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den, die mit der Horizontalen etwa einen Winkel von 490 einschliesst.
Bei der Ausführungsform nach Fig.1 ist der Winkel der Geraden zur Horizontalen etwa 450, wobei dieser Wert nicht als Einschränkung der Erfindung aufgefasst werden darf. Um die kritische Kurve für die Platten zu bestimmen, die sich auf einen vorbestimmten Winkel der Geraden zur Horizontalen bezieht, wie etwa 450, muss die Beziehung zwischen den Tangenten der verschiedenen Plattenwinkel aufgesucht werden, wobei die richtigen Werte für die Platten verwendet werden müssen (die Tabelle gibt nur Näherungen an) ; sodann wählt man einen der Winkel, z. B. den Winkel cc, und rechnet die andern Winkel in Übereinstimmung mit dem bereits errechneten Tangentenverhältnis aus und zeichnet die Platte eines Zwickels unter Verwendung der sich ergebenden Winkel auf.
Wenn der Winkel der Geraden --90-- zur Horizontalen zu gross ist, wie es etwa in Fig. 8 der Fall war, wird ein neuer, etwas geringerer Winkelwert a gewählt und die andern Winkel errechnet, gegebenenfalls wird dieses Verfahren wiederholt bis die kritische Kurve gefunden ist, deren Gerade --90-- die gewünschte Neigung hat.
Die tatsächliche Wölbung eines Zwickels ist in Fig. 8 durch das vertikale Mittelschnittsprofil-92-dargestellt, das ist der Linienzug, der durch die Mittelpunkte der parallel en Kanten der Platten verläuft.
Bei einem selbsttragenden Bauwerk liegt dieses Mittelschnittprofil zwischen der kritischen Kurve --94-und der Geraden --90--. In diesem Fall bricht die Baukonstruktion nicht zufolge ihres Eigengewichtes in Richtung nach aussen zusammen.
Das Mittelschnittprofil soll einerseits nicht zu nahe der kritischen Kurve --94-- liegen, damit bei stärkerer Wölbung der Zwickel nach aussen durch Belastung, z. B. durch Wind, Regen oder Schnee, das Mittelschnittsprofil der Zwickel nicht ausserhalb der kritischen Kurve verläuft. Anderseits soll das Mittelschnittprofil nicht zu nahe an der Geraden --90-- liegen, die ja eigentlich den Grenzfall der Baukonstruktion - eine vielseitige Pyramide - angibt. Bei einem Zwickel mit einem nahe an der Geraden liegenden Mittelschnittprofilbesteht die Gefahr, dass der Zwickel durch einen horizontalen Bereich nach innen durchgedrückt werden kann. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass bei den vier Ecken In Fig. l bei 60 zusammenstossender Platten die Winkel summe kleiner als 3600 ist und keine drei Kanten der Platten in einer Ebene liegen.
Eine Wölbung bzw. ein Mittelschnittprofil eines Zwickels, der beiden Belastungsfällen standhält, muss näher einem in Fig. 8 strichliert dargestellten Kreisbogen --91-- liegen, der zwischen der kritischen Kurve --94-- und der Geraden --90-- liegt und durch die Endpunkte der Kurve --94-- gelegt ist und dessen Scheitelpunkt-95-- von der Geraden einen Normalabstand aufweist, der etwa 6% der Länge der Geraden beträgt.
Das Profil muss aber auch von einer gestrichelten Kurve --93-- eingehüllt sein, deren grösster Normalabstand --96-- von der Geraden --90-- etwa 6, 5% der Länge der Geraden beträgt.
Entsprechend den üblichen Werten für Schneelasten auf Flächen mit verschiedenen Neigungswinkeln zur horizontalen weisen die Platten im oberen Bereich der Baukonstruktion eine Neigung zur Horizontalen von mindestens 300 auf, damit die Baukonstruktion durch den Schnee nicht zu sehr belastet und im mittleren Bereich nicht nach aussen gedrückt wird.
In Fig. 5 ist eine vorteilhafte Abdichtung zwischen den Seitenholmen --47-- benachbarter Zwickeln dargestellt, die aus einem elastischen Gummischlauch --54-- besteht, der durch die mittels Bolzen --56-verbundenen Seitenholme --47-- zusammengequetscht ist.
Fig. 6 zeigt einen Querschnitt des mit Stählen --28, 30-- armierten Sockels --12-- aus Beton. Er ist LUS einem plattenförmigen Teil --32-- und einem dachförmigen Teil --34-- zusammengesetzt, dessen Flächen-35, 36-zueinander senkrecht sind. Auf den gegen das Innere der Baukonstruktion abfallenden Flächen-35-- sind mittels Bolzen --38, 40-- am Sockel befestigte Auflagen --42-- angeordnet, auf denen sich die Platten --17-- des untersten Ringes --11 7-- abstützen.