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Doppeltgekrümmte Schale aus Stahlbeton, insbesondere Dachschale Bekannte
doppeltgekrümmte Schalen aus Stahlbeton, die insbesondere als Dachschalen von Hallenbauwerken
Verwendung finden, sind entweder im Sinne der Statik gekrümmte Plattenbalken und
dazu an einen im wesentlichen mittig verlaufenden der Krümmung folgenden Balken,
von dem die Schale beidseits auskragt, angeschlossen, d. h., sie sind mit
einem Mittelsteg versehen, oder sie werden statisch in erster Näherung als Membranen
aufgefaßt und sind dann zur Aufnahme von an den Rändern auftretenden Schubspannungen
durch balkenartige Randstege verstärkt. Ihre geometrische Gestalt stellt bei mehr
oder weniger rechteckigem Grundriß zumeist Ausschnitte aus Hyberboloiden und Paraboloiden
dar. Die Unterstützung der Schale durch Auflager erfolgt im Bereich zweier gegenüberliegender
Ränder des im wesentlichen rechteckigen Grundrisses, wobei die Mittelstege bzw.
Randstege der Schale von Auflager zu Auflager verlaufen.
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Die Ausbildung als gekrümmter Plattenbalken oder die Anordnung von
balkenartigen Randstegen wird aus statischen Gründen für notwendig erachtet, um
einerseits die aus dem Schaleneigengewicht, andererseits die aus Fremdlasten, wie
Dachlasten, resultierenden Kräfte aufzunehmen, und um drittens die durch das Problem
gegebenen Randbedingungen zu erfüllen. Diese nach dem Stand der Technik für erforderlich
erachteten, an der Ober- oder Unterseite der Schalen als Randstege angeordneten
oder mittig verlaufenden gekrümmten Balken sind in mancher Beziehung, z. B. beim
Betonieren sowie hinsichtlich der Bewehrung und aus architektonischen Gesichtspunkten
heraus, nachteilig, so daß die bekannten doppeltgekrümmten Schalen aus Stahlbeton
schon dadurch in ihrer Anwendung beschränkt sind. Bei den bekannten Schalen aus
Stahlbeton ergibt sich ferner aus fertigungstechnischen Gründen außerhalb der verstärkten
Randzonen eine Betonstärke, die beachtlich stärker ist, als zumeist sogar doppelt
so stark ist wie dies aus statisehen Gründen erforderlich ist. Die bekannten doppeltgekrümmten
Betonschalen sind daher nachteilig schwer. Letzteres gilt insbesondere für eine
weitere bekannte Ausführungsform, bei der zur Aufnahme der erwähnten Schubkräfte
der Schalen vorgespannte Zugbänder mit entsprechender Ausrundung oder polygonalföriiiig
züi-. sätzlich in die Schale selbst eingelegt sind.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, doppeltgekrümmte Schalen
aus Stahlbeton gewichtsmäßig leichter auszubilden sowie ihre Fertigung zu vereinfachen.
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Die Erfindung betrifft eine doppeltgekrümmte Schale aus Stahlbeton,
insbesondere eine Dachschale, mit im wesentlichen rechteckigen Grundriß, die an
zwei Rändern, vorzugsweise an den beiden Schmalseiten, aufgelagert ist, und besteht
darin, die Schale randsteglos oder randträgerlos auszubilden und von einem der unterstützten
Ränder zum anderen Rand ein Zugband oder mehrere Zugbänder anzuordnen, deren Kräfte
in an sich bekannter Weise über stirnseitig angeordnete Verteilerstäbe in die Schale
eingeleitet "verden. Es empfiehlt sich, die Bewehrungsstäbe der Schale oberhalb
und unterhalb der Mitte des Schalenquerschnitts anzuordnen, wobei vorteilhaft die
tragenden Bewehrungsstäbe quer zur Richtung der Zugbänder verlaufen. Im allgemeinen
wird man als Bewehrung Baustahlmatten einlegen.
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Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise verwirklichen.
Bei doppeltgekrümmten Schalen, die nach oben konkav gekrümmt sind, empfiehlt die
Erfindung, unterhalb der Mitte des Schalenquerschnitts eine stärkere Bewehrung anzuordnen
als oberhalb der Mitte. Außerdem empfiehlt es sich, die Mittelzone der Schale, insbesondere
die in Richtung der Zugbävder sich erstreckende Mittelzone, zu verstärken und/oder
stärk-er zu bewehren als die Randzonen.
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Soweit die erfindun-sgemäß ausgebildeten doppeltgekrümmten Schalen
in ihrer Geometrie als Hyberboloidschalen oder ähnliche Schalen mit geraden oder
annähernd geraden Erzeugenden ausgeführt werden, empfiehlt die Erfindun
' -, die Zugbänder als Spannstähle in die Schale einzulegen und im wesentlichen
in Richtung der diagonal verlaufenden Erzeugenden anzuordnen. Die tragenden Bewehrungsstäbe
können ebenfalls diagonal verlaufen.
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Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu
sehen, daß erfindungsgemäß auf Randstege oder Randbalken oder mittig durchlaufende
Balken, von denen aus die eigentliche Schale auskragt,
verzichtet
werden kann. Die Kräfte, die bei den bekannten doppeltgekrümmten Schalen aus Stahlbeton
durch die erwähnten Randelemente aufgenommen werden, werden erfindungsgemäß von
der Schale selbst und durch die Zuganker aufgenommen, wobei die Erfindung erkannt
hat, daß die auch bei den bekannten Schalen aus fertilgungsmäßigen Gründen erforderliche
Betonstärke ausreicht, um diese Kräfte aufzunehmen. Im ganzen werden dadurch die
Stahlbetonschalen gewichtsmäßig wesentlich leichter und fertigungsmäßig wesentlich
vereinfacht. Von besonderem Vorteil ist die Ausführungsform, bei der die vorgesehenen
Zuganker in der Schale selbst liegen. Auf diese Weise ist es möglich, ohne besondere
und komplizierte Vorspannmaßnahmen doppeltgekrümmte Hyberboloidschalen oder Schalen
ähnlichen geometrischen Querschnitts oder solche, deren Erzeugende durch Gerade
approxiinierbar sind, herzustellen, wobei infolge der Vorspannung diese Schalen
in erheblich stärkerem Maße als bisher belastbar sind, so daß bei geringem Gewicht
große Tragfähigkeit gewährleistet ist und außerdem sichtbare Zugbänder oder die
erwähnten Randstege oder Balken ivegfallen. Im ganzen können so doppeltgekrümmte
Betonschalen großer Tragfähigkeit aber leichten Gewichts bei geringem Armierungs-
und Fertiguh 'gsaufwand hergestellt werden. Selbstverständlich besteht im übrigen
die Möglichkeit, die erwähnten Zugbandkräfte durch äquivalente äußere Kräfte zu
ersetzen, welche geeignet und in der Lage sind, eine solche Beanspruchung der doppeltgekrümmten
Schalen herbeizuführen, daß die Eigengewichtsbiegespannun-"en er sowie die Biegespannunen
aus zu erwartenden Kräften möglichst ausgeglichen werden. Tatsächlich wird man im
allgemeinen auch die Zugbänder so anspannen, daß die Kompensation der Eigengewichtsbiegespannungen
sowie der Fremdkräfte eintritt. Das bedeutet, daß das statische Problem, welches
durch eine spezielle Aufgabe bestimmt ist, erfindungsgemäß durch Annäherung an die
triviale Stützgewölbelösung approximiert ist, wobei unter den Fremdkräften, welche
die Schale aufzunehmen hat, beispielweise den variabeln Dachlasten auch Kräfte durch
unterhalb an die Schale angehängtes Gut in der Schale Zustände erzeugt werden, die
von dieser trivialen Stützgewölbelösung nur wenig abweichen. Der Begriff triviale
Lösung bezeichnet dabei eine Lösung, die sich mathematisch als besonders einfacher
Sonderfall ergibt. Die Erfindung hat erkannt, daß dieser Sonderfall in der Praxis
approximierbar ist und das dadurch doppeltgekrümmte Betonschalen großer Tragfähigkeit
aber leichten Gewichtes bei geringem Armieruno 2 Sstahlaufwand
je
Quadratmeter hergestellt werden können.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnun- erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch
eine doppeltgekrümmte Schale nach der Erfindung mit außen liegendem Zugband, Fig.
2 eine Aufsicht auf die Schale nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt
durch eine doppeltgekrümmte Schale nach der Erfindung mit im Innern des Schalenkörpers
verlaufenden Zugbändern und Fig. 4 eine Aufsicht auf die Schale nach Fig.
3.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Schale 1 aus Stahlbeton
ist eine doppeltgekrümmte Schale, die insbesondere als Dach-chale -#7erwendting
findet. Die Schale 1 hat einen recht,2cMgen Grundriß. Die Erfindung ist jedoch
nicht beschränkt auf derartige Schalen mit rechteckigem Griind, vielmehr genügt
es, wenn der Grundriß im wesentlichen rechteckig, z. B. leicht trapezförmig oder
ähnlich ist. Die Schale 1 ist so eingerichtet, daß an den beiden schmalen
Rändern 2 die Unterstützung der Schale, beispielsweise durch Aufsetzen auf nicht
gezeichnete Mauern, Pfeiler od. dgl. durchgeführt wird, wenn beispielsweise die
Schale als Dachschale Verwendung findet. Nach der Erfindung sind die Bewehrungsstäbe
3 a" 3 b der Schale beidseits der durch eine strichpunktierte
Linie markierten Mitte 4 des Querschnitts angeordnet. Von einem der unterstützten
Ränder 2 zum andern verläuft ein Zu,-band 5. In dem dargestellten Beispiel
besteht die Bewehrung aus Matten aus Baustahlgeflecht, deren Haupttragerichtung
quer zur Richtung der Zugbänder verläuft. Es ist j edoch auch möglich, an
Stelle der Matten aus Baustahlgeflecht übliche Bewehrtingsstäbe zu verwenden, deren
Haupttragerichtung quer zur Richtung der Zugbänder verläuft und in Längsrichtung
der Schale lediglich Verteilerstäbe laufen zu lassen. Die im unteren Schalenteil
angeordneten Bewehrungsstäbe3a sind etwas stärker ausgebildet als die Bewehrungsstäbe3b
im oberen Schalenteil. Die Mittelzone der Schale, die in Richtung des Zugbandes
5 verläuft, ist leicht verstärkt ausgebildet und auch stärker bewehrt als
die Randzonen. Das Zugband 5 selbst ist anspannbar, was in den Figuren im
einzelnen jedoch nicht dargestellt ist, wobei die Kräfte des Zugbandes durch am
Rande angeordnete Verteilerstäbe 6 in die Schale eingeleitet werden.
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Von besonderer Bedeutung ist die Ausführungsforrn nach den Fig.
3 und 4, in denen doppeltgekrümmte Hyperboloidschalen dargestellt sind. Derartige
Schalen besitzen bekanntlich Gerade als Erzeugende. Gemäß der Erfindung sind diagonal
im Schalengrundriß in Richtung der möglichen geraden Erzeugenden verlaufende Zugbänder
als Spannstähle 7 angeordnet, welche die Aufgabe der Zugbänder nach den Fig.
1 und 2 übernehmen, aber innerhalb der Schale verlaufen und nach außen folglich
nicht sichtbar sind.