DE10001399A1 - Gittertragwerk - Google Patents

Abstract

Gittertragwerk mit wenigstens zwei Hauptstäben, an denen jeweils eine Mehrzahl von Knotenelementen angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Verbindungsstäben, die an den Hauptstäben mittels der Knotenelemente angeschlossen sind, die jeweils mindestens zwei Steckhohlräume aufweisen, von denen der eine Steckhohlraum als Durchgangshohlraum ausgebildet ist und der andere Steckhohlraum als Abzweighohlraum ausgebildet ist. Die Hauptstäbe sind durch den Durchgangshohlraum ihrer jeweiligen Knotenelemente hindurchgesteckt und die Verbindungsstäbe in den Abzweighohlraum des jeweiligen Knotenelementes eingesteckt. Die Knotenelemente sind an dem jeweiligen Hauptstab und an dem jeweiligen Verbindungsstab stofflich fixiert.

Description

Die Erfindung betrifft tragende Gittertragwerke in der Bedeutung von Gitterwerken, wie sie im Stahlbau verwendet werden. Bei derartigen Gittertragwerken sind mehrere als Bauelemente anzusehende tragende Hauptstäbe und diese miteinander verbindende Verbindungsstäbe vorgesehen, die mittels Knotenelementen an den Hauptstäbe durch eine stoffliche Verbindung wie Schweißen fest angeschlossen sind. Hierdurch unterscheiden sich Gittertragwerke, wie sie hier zu verstehen sind, von demontierbaren Gitterwerken und Gerüsten, bei denen Verbindungstäbe an Knoten der Hauptstäbe demontierbar angeschlossen sind.

Gittertragwerke werden im Stand der Technik aus zahlreichen Einzelelementen hergestellt, die miteinander verschweißt, verschraubt, vernietet oder verklemmt werden. Alle Einzelelemente werden einzeln nach Plan gefertigt und beim Aufbau des Gittertragwerkes an den vorgesehenen Orten zusammengefügt. Da die Fügungen in diesen Gittertragwerken hochbelastet sind, müssen sie mit höchsten Festigkeits- und Qualitätsanforderungen hergestellt werden. Dies erschwert einen Aufbau der Gittertragwerke ausserhalb von dafür vorgesehenen Fabrikhallen. Die konventionellen Gittertragwerke haben von Natur aus enge Maßtoleranzen. Treten an den Baustellen Ungenauigkeiten auf, ist es ausserordentlich schwierig diese nachträglich zu berücksichtigen.

Nachteile von bekannten Gittertragwerken:

• - Es ist eine große Zahl verschiedener Individualteile erforderlich. Der Aufwand zur Herstellung der Fügungen ist erhöht, da an den Fügestellen regelmäßig hohe Belastungen zu übertragen sind. Es sind i. a. keine durchgehenden tragenden Elemente (Zuganker) vorgesehen, was Festigkeits- und Sicherheitsnachteile hat.
• - Die Herstellungsdauer ist höher.
• - Der Herstellungsaufwand ist größer.
• - Ein Aufbau der Gittertragwerke an Baustellen ist oft nicht möglich.
• - Der Transport ist schwieriger.

Tragende Gittertragwerke werden zunehmend eingesetzt. Die Hauptanforderungen, die zu erfüllen sind, sind

• - Erzielung einer hohen Tragfähigkeit
• - Realisierung von Leichtbau
• - Garantie einer hohen Sicherheit
• - Forderung nach hochpräziser Fertigung
• - Forderung nach Flexibilität im Aufbau
• - Einfache Montagemöglichkeiten
• - Hohe Formstabilität
• - Große Spannweiten
• - Einfacher Transport
• - Einfache Montage

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, tragende Gittertragwerke zu schaffen, bei denen mehrere oder alle vorgenannten Hauptanforderungen erfüllt sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer neuartigen Stecktechnologie, bei der auf durchgehend tragende Elemente (Zuganker) Knotenelemente bestehend aus Grundelementen auf- und übergesteckt werden.

Gemäß der Erfindung werden zum systematischen Aufbau beliebiger Gittertragwerke Standard-Grundelemente (hohle Knotenelemente) auf durchgehende tragende Elemente in Form von Hauptstäben (z. B. Zuganker) aufgeschoben. Knoten der verschiedenen tragenden Elemente werden mit - bei Bedarf über Kreuzknoten geführte - Verbindungselementen in Form von Verbindungsstäben miteinander formschlüssig und stofflich, insbesondere durch Schweißen, fixiert verbunden. Dadurch erhält das Gittertragwerk seine Festigkeit und Steifigkeit.

Die auf die Hauptstäbe aufgesteckten Knotenelemente werden durch Verbindungsstäbe miteinander verbunden, um das Gittertragwerk aufzubauen und die geforderte Tragfähigkeit und Steifigkeit zu erzielen.

Die Hauptstäbe und die Verbindungsstäbe sind vorzugsweise rohrförmig mit rundem oder prismatischem Querschnittsprofil. Bevorzugt gehen die Durchgangshohlräume und Abzweighohlräume der Knotenelemente ineinander über.

Die Hauptkräfte werden von den durchgehenden tragenden Hauptstäben aufgenommen. Die Verbindungsstäbe, die die Hauptstäbe mittels der Knotenelemente miteinander verbinden, sorgen für die Tragfähigkeit des Gittertragwerkes. Zur Erhöhung der Tragfähigkeit können die Verbindungsstäbe zusätzlich über Kreuzknotenteile geführt werden.

Mit dieser Gittertragwerksaufbautechnologie können beliebige Gitterbalken- (eindimensionale), flächenhafte (zweidimensionale) und raumorientierte (dreidimensionale) Gittertragwerke aufgebaut werden. Die Knotenelemente werden separat mit hoher Präzision gefertigt, und zwar in kostengünstiger Massenfertigung. Ihre Form kann festigkeitsoptimiert sein. Sie können auch aus korrosionsfestem Werkstoff hergestellt sein. Die Querschnitte der durchgehenden tragenden Haupstäbe (Zuganker) wie auch der Knotenelemente und der Verbindungsstäbe sind in ihrer Form und Wandstärke frei wählbar und werden nach der geforderten Tragfähigkeit und Funktion gewählt.

Die durchgehenden tragenden Haupstäbe ermöglichen eine hohe Belastbarkeit, verbunden mit hoher Sicherheit und Formstabilität. Die Gestaltung der tragenden Haupstäbe ist in Bezug auf die Querschnittsform und Wandstärke frei wählbar.

Die Montage kann unmittelbar an der Baustelle, an der das Gittertragwerk gebraucht wird, erfolgen.

Dazu lassen sich mit den Gittertragwerken mit anderen Technologien hergestellten Konstruktionen, die versagten, ralativ unkompliziert Reparaturaufbauten errichten. Der Transport aller Gittertragwerkselemente ist problemlos.

Gegebenenfalls müssen die durchlaufenden tragenden Haupstäbe an der Baustelle durch Verschweißen von Stababschnitten entsprechender Länge zusammengesetzt werden. Dazu muss ihre Wandstärke groß genug sein.

Nach dem Aufstecken werden die Knotenelemente und Verbindungsstäbe jeweils stofflich fixiert.

Vorteile der Erfindung

• - Es sind Gittertragwerksaufbauten beliebiger Form, Größe, Tragfähigkeit und Funktion realisierbar.
• - Es sind eine hohe Festigkeit und konstruktive Sicherheit durch die durchgehenden tragenden Haupstäbe (insbesondere Zuganker) erreichbar.
• - Mit wenigen Standardknotenelementen und Verbindungsstäben können Gittertragwerke ökonomisch gefertigt werden. Es sind die verschiedensten Gittertragwerksaufbauten möglich.
• - Über Kreuzknotenteile geführte Verbindungsstäbe zwischen den durchgehenden tragenden Hauptstäben erhöhen die Struktursteifigkeit einschließlich der Torsionssteifigkeit in wirksamer Weise.
• - In Bereichen, wo besonders hohe Festigkeiten gefordert werden, lassen sich mit speziellen Knoten weitere lasttragende durchgehende Hauptstäbe einfügen.
• - An den Enden der lasttragenden Haupstäbe lassen sich bei Bedarf Krafteinleitungselemente zum Anschluß an eine vorgegebene Geometrie anbringen.

Die Montage der Stabgittertragwerke ist einfach und am eigentlichen Einsatzort (Baustelle) möglich.

Die Hauptstäbe und die Verbindungsstäbe sind in den meisten Fällen stangenförmige Stabelemente, die gerade verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die Hauptstäbe und/oder die Verbindungsstäbe bei Bedarf bogenförmig auszubilden oder gerade und bogenförmige Stäbe miteinander zu kombinieren.

Ausführungsbeispiele der Elemente der Gittertragwerke gemäß der Erfindung und Beispiele für variable aufbaubare Gittertragwerke sind im folgenden beschrieben.

Die Gittertragwerke werden

• - mit durchgehenden tragenden Hauptstäben (Zuganker) mit wählbarer Querschnittsform und Wandstärke aufgebaut.
• - über die Hauptstäbe werden Knotenelemente bis an den geforderten Ort (Knotenstelle) geschoben.
• - die Knotenelemente auf den Hauptstäben werden mittels Verbindungsstäben miteinander verbunden, die zur Erzielung einer höheren Festigkeit und Steifigkeit über Kreuzknoten geführt sind.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele gezeigt.

Beispiel Hauptstäbe

Die Hauptstäbe bestehen aus durchgehenden Stäben mit gleichem Querschnitt mit beliebig wählbarer Querschnittsform und Wandstärke. Es handelt sich um einfache glatte Stabelemente.

Beispiel Knotenelemente

Die Knotenelemente sind hohle Grundkörper mit entsprechend den Querschnitten der Hauptstäbe bzw. Verbindungsstäbe beliebigem Querschnitt mit einem Durchgangshohlraum und einem oder mehreren räumlichen Abzweighohlräumen, an denen weitere Elemente mit beliebigen Querschnitten auch geschäftet oder als "tailored tubes" angeschlossen werden können. Die Durchgangs- und Abzweighohlräunme sind jeweils als Steckhohlräume mit in sich geschlossener Umfangsbegrenzungswand ausgebildet. Die Hohlraumquerschnitte sind jeweils an das Querschnittsprofil der Stäbe angepaßt, die durch sie bzw. in sie gesteckt werden. Die einzelnen Knotenelemente können zusätzlich besonders spannungsoptimiert ausgestaltet werden. Aus den Bildern der Zeichnung sind Beispiele der Einzelelemente gezeigt. Es sind Elemente mit rundem, prismatischem quadratischen, rechteckigen, oder sechseckigen Querschnittsprofil der jeweiligen Steckhohlräume. Gegebenfalls gibt es Verbindungsstücke mit unterschiedlichem Querschnitt, die an demselben Knotenelement angeschlossen werden sollen. In diesem Fall sind dann mehrere Abzweigsteckhohlräume an demselben Knotenelement mit entsprechend unterschiedlichen Querschnittsprofilen ausgebildet. Die Abzweighohlraume verlaufen mit ihren Achsen im Winkel zur Achse des Durchgangshohlraums. Typische Winkel sind solche mit 30°, 60°, 90° und 22,5°, 45°, 67,5°. Bild 1 zeigt eine Auswahl a) bis e) von Knotenelementen mit einseitigen oder zweiseitigen einzahligen Abzweighohlräumen. Es ist ersichtlich, daß auch mehrere, insbesondere zwei im Winkel zueinander verlaufende Abzweighohlräume vorgesehen sein können, die mit ihren Achsen in der auch die Achse des Durchgangshohlraums enthaltenden Ebene liegen können. Es ist ersichtlich auch möglich, mehrere Abzweighohlräume an dem Knotenelement vorzusehen, die im Winkel am Umfang des den Durchgangshohlraum umschließenden Hohlteils, ggf. auch axial desselben, gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Beispiel Verbindungsstäbe

Die Verbindungsstäbe zwischen Knoten verschiedener durchgehender lasttragender Hauptstäbe (z. B. Zuganker oder sonstige Gurte) sind in der einfachsten Form einfache Stäbe. Sie können jedoch auch über Kreuzknoten geleitet werden. Die Kreuzknotenteile selbst können dann vier paarweise einander gegenüberliegende lange Abzweighohlräume bzw. diese umschließende Hohlkörper haben bzw. zwei einander gegenüberliege kurze Abzweighohlräume und zwei paarweise einander gegenpüberliegende lange Abszweighohlräume aufweisen, die selbst dann als Verbindungsstäbe gelten (Bild 1f).

Wie in Bild 2, 3 und 4 gezeigt, lassen sich die Verbindungsgitterwerke zwischen den durchgehenden lasttragenden Strukturen auch vormontieren und an den jeweiligen Enden mit aufgesteckten Knotenelenten ausstatten, die mit ihren Durchgangshohlräumen aufeinander ausgerichtet sind, so daß der zugehörige Hauptstab durch die Knotenelemente hindurchgeschoben werden kann.

Wenn Verbindungsgitterwerke mit mehreren Knoten zwischen den Hauptstäben vorgesehen sind, können solche Knotenelemente vorgesehen sein, an denen mehrere Verbindungsstäbe zusammenlaufen und die entsprechend mehrere Abzweighohlräume aufweisen. In diesem Fall können an den anderen Enden dieser Verbindungsstäbe Knotenelemente mit nur einem Abzweighohlraum angeordnet werden, um das Verbindungsgitterwerk besser zusammenstecken zu können (Bild 3). Wie ebenfalls aus Bild 3 ersichtlich, können Kreuzknotenteile mit einander gegenüberliegenden langen Abzweighohlräumen zusätzliche querverlaufende Durchgangshohlräume aufweisen, durch die ein anderer Verbindungsstab hindurchgesteckt ist.

Im folgenden sind Beispiele ausgeführter Tragwerke gezeigt.

• - Kastenförmiger Träger mit quadratischem Querschnitt bzw. Träger mit sechseckigem Querschnitt (Bild 5). Diese Strukturen sind biegesteif und die Struktur mit dem Sechseckquerschnitt sehr torsionssteif. Typische Anwendungsbeispiele sind Schwerlastmanipulatorarme.
• - Beispiel des Aufbaus der Unterstruktur von flächenhaften Bauweisen (Bild 7). Die zweidimensionalen Unterbauten können in der Höhe bei Bedarf ergänzt werden.
• - Dreidimensionale räumliche Aufbauten (Bild 6). Die Gitterstabwerke können auch beliebig in den Raum hinein aufgebaut werden - und dort z. B. mit weitergehenden flächenhaften Gittertragwerken verbunden werden.

Bauweise der Gittertragwerke

• - Es werden zunächst die durchgehenden tragenden Haupstäbe (Zuganker) realisiert.
• - Es werden die Knotenelemente über die durchgehenden tragenden Haupstäbe geschoben.
• - Die Knoten auf den verschiedenen tragenden Haupstäben werden mittels Verbindungsstäbe miteinander verbunden.
• - Die Verbindungsstäbe zwischen den durchgehenden tragenden Hauptstäben (Zuganker) können auch über Kreuzknoten geführt werden.
• - Die Kreuzknoten selbst können in den verschiedensten Ausführungen hergestellt werden.
• - Kreuzknoten und Verbindungsstäbe können bereits vormontiert werden.
• - Die Fixierung der Knotenelemente auf den Hauptstäben und der Verbindungsstäben in den Knoten erfolgt mittels stofflicher Fügetechnik, wie Punkt oder Nahtschweißungen.

Stecktechnologie für variable, belastbare Gittertragwerke (1) dadurch gekennzeichnet, dass Knotenelemente (2) über durchgehende tragende Elemente (Zuganker (3)) geschoben werden. Die Knotenelemente der Hauptstäbe (2) werden über Verbindungsstäbe (4) miteinander verbunden. Alle Elemente werden fixiert.

Claims (9)

1. Gittertragwerk mit wenigstens zwei Hauptstäben (1), an denen jeweils eine Mehrzahl von Knotenelementen (2) angeordnet sind, und einer Mehrzahl von Verbindungsstäben (3), die an den Hauptstäben mittels der Knotenelemente angeschlossen sind, die jeweils mindestens zwei Steckhohlräume aufweisen, von denen der eine Steckhohlraum als Durchgangshohlraum (4) ausgebildet ist und der andere Steckhohlraum als Abzweighohlraum (5) ausgebildet ist, wobei die Hauptstäbe durch den Durchgangshohlraum ihrer jeweiligen Knotenelemente hindurchgesteckt sind und die Verbindungsstäbe in den Abzweighohlraum des jeweiligen Knotenelementes eingesteckt sind und die Knotenelemente an dem jeweiligen Hauptstab und an dem jeweiligen Verbindungsstab stofflich fixiert sind.

2. Gittertragwerk nach Anspruch 1, wobei der Durchgangshohlraum und der Abzweighohlraum des Knotenelementes entsprechend den Querschnitten des jeweiligen Hauptstabes und Verbindungsstabes nach Durchmesser und/oder Querschnittsprofil unterschiedlich sind.

3. Gittertragwerk nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine erste Teilanzahl der Verbindungsstäbe und eine zweite Teilanzahl der Verbindungsstäbe einander mit ihren Achsen kreuzen und an den Kreuzungsstellen mittels Kreuzknotenteilen (6) aneinander stofflich fixiert sind.

4. Gittertragwerk nach Anspruch 3, wobei die Kreuzknotenteile an der ersten Teilanzahl der Verbindungsstäbe angeformt sind und jeweils einen querverlaufenden Durchgangshohlraum (7) aufweisen, durch den der jeweilige Verbindungsstab der zweiten Teilanzahl der Verbindungsstäbe hindurchgesteckt ist.

5. Gittertragwerk nach Anspruch 3 oder 4, wobei die erste Teilanzahl der Verbindungsstäbe im Abstand von den Kreuzknotenteilen querverlaufende Durchgangsbohrungen (8) aufweisen, durch welche Verbindungsstäbe der zweiten Teilanzahl von Verbindungsstäben stofflich fixiert hindurchverlaufen. (Bild 3)

8. Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens eine Teilanzahl der Knotenelemente zwei Abzweighohlräume aufweisen, die an derselben Seite des Knotenelementes ausgebildet sind und mit ihren Achsen im Winkel zueinander verlaufen.

7. Gittertragwerk nach Anspruch 6 und einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die jeweiligen einander kreuzenden Verbindungsstäbe an den einen Hauptstab mittels eines Knotenelementes mit zwei Abzweigräumen aund an den anderen Hauptstab mittels eines Knotenelementes mit einem Abzweigraum angeschlossen sind. (Bild 3)

8. Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens eine Teilanzahl der Knotenelemente wenigstens zwei Abzweighohlräume aufweisen, die in einer von der Achse des Durchgangshohlraums durchquerten Ebene enthalten sind. (Bild 4)

9. Gittertragwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei Verbindungsstäbe, an denen Kreuzknotenteile mit querverlaufendem Durchgangshohlraum angeformt sind, einander beidseitige des Durchgangshohlraums gegenüberliegende Abzweighohlräume (9) aufweisen, von denen der jeweilige Verbindungsstab gebildet wird (Bild 1f, Bild 3).