Beschreibung Die Erfindung betrifft ein zweischaliges Flächentragwerksmodul, bei dem aus einzelnen zusammengesetzten Elementen zweischalige Flächentragwerke in Form von

Primärschalentragwerken gebildet werden, die in der weiteren Beschreibung verkürzt als Primärschalentragwerke bezeichnet werden. Aus der CN 102 174 858 A ist ein vorgefertigtes Gebäudesystem mit Stahl- Gitterstruktur bestehend aus Wandplatten, Deckenplatten und tragenden Stützen bekannt, welches spezielle Aufbauten der Bauteile und Anschlusslösungen zwischen den Bauteilen aufweist. Die DE 3 415 344 AI beschreibt ein Schnellbaugerippe, insbesondere aus Stahl, als tragende Konstruktion für Decken- und Wandplatten eines Gebäudes. Diese Lösung ist bekannt als Skelettbau, welcher hier mit speziellen Anschlusslösungen der

Stabbauteile (Stützen, Riegel) zur schnellen Montage der Skelette ausgestattet ist. Aus der EP 1 609 924 AI sind umgedrehte Stahlbetonkassettendecken mit gekreuzten Rippen in 3 Ebenen bekannt. Dabei wird die untere Ebene 1 aus einer

Stahlbetonplatte, die Ebene 2 aus Rippen und Aussparungen und die Ebene 3 aus auf Kreuzungspunkten der Rippen aufliegenden Platten / Fliesen mit Aufständerung zur Verteilung von klimatisierter Luft oder Installationsleitungen gebildet. Dabei liegen die Deckenelemente an ihren Ecken auf stützen auf und werden durch spezielle

Vorrichtungen miteinander verbunden.

Die GB 1,175,711 A beschreibt gekreuzte, parallelgurtige Fachwerkträger für Decken- und Dachkonstruktionen, vorgesehen als Unterstützungskonstruktion.

Bekannt sind aus der US 2009/0282766 AI vorgefertigte Gittersektionen aus gekreuzten Biegestäben, aufgelegt auf parallel verlaufende, ebene, parallelgurtige Fachwerkträger aus gleichen oder ähnlichen Profilen wie die Gittersektionen. Die Fachwerkträger liegen dabei auf Haupttragelementen des Gebäudes (Träger, Wände) auf und die Gitterwaben werden durch abnehmbare Platten abgedeckt. Aus diesem System gebildete Unterdecken werden an den ebenen Fachwerkträgern oder an Haupttragelementen des Gebäudes abgehängt, damit wird eine annähernd vollflächige

BESTÄTIGUNGSKOPIE Zugänglichkeit zum Zwischenraum zwischen aufliegender Gitterdecke und abgehängter Unterdecke erreicht.

Nachteilig bei allen diesen bekannten Lösungen ist, dass kein Zusammenwirken beabstandeter Flächenelemente hinsichtlich der Plattentragwirkung erreicht wird und es sich außerdem um verhältnismäßig schwere Lösungen handelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, welche die Nachteile des Standes der Technik behebt und durch das Aneinanderfügen von weitgehend identischen, in Serie industriell vorzufertigenden Modulen Primärschalentragwerke wirtschaftlich herzustellen, die bei Bedarf in teilweise vormontierten, leicht

transportier- und montierbaren Flächenbereichen in unterschiedlichsten Geometrien in Bauwerken verschiedener Bauweisen einzubauen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden.

Dabei zeigen die Figuren fig. 1 : isometrische Darstellung eines Moduls mit exemplarischen zwei

Diagonalstäben 6 und Verbindungstaschen 4,

fig. la : Alternativdetail zum Anschluss der Diagonalstäbe 6 bei abstandsloser

Anordnung der Module,

fig. lb: Alternativdetail mit Ausbildung von Verbindungstaschen 4 ersetzenden

Verbindungslaschen 4a,

fig. 2: Beispiel für eine Deckenstruktur mit skelettartiger transparenter

Darstellung der Sekundärschalenelemente 1 und 2 ohne Darstellung der Diagonalstäbe 6,

fig. 3 : Ersatz von Stäben 3 und 6 durch Hilfsrahmen 10,

fig. 4: Lastableitung bei Stützen, die nicht direkt unter einem Modulknoten liegen mit transparenter skelettartiger Darstellung der

Sekundärschalenelemente,

fig. 5 : schematische Draufsicht einer möglichen Ausbildung eines

Primärschalentragwerks mit teilweise trapezförmigen

Sekundärschalenelementen 1 und 2 zur Ausbildung nicht geradlinig berandeter Flächen,

fig. 6: schematischer Querschnitt einer möglichen Ausbildung eines einachsig gekrümmten Primärschalentragwerks,

fig. 7 : schematischer Querschnitt einer möglichen Ausbildung eines einachsig gekrümmten Primärschalentragwerks durch den Einbau von Abstandsplatten 14 und Adapterkeilen 15 mit entsprechenden

Keilscheiben 16 für die Schraubverbindungen,

fig. 8: wie fig. 3 mit aus dem Zwischenraum herausgehobenem Bett 18, fig. 9 : wie fig. 1 mit Schalenelementen mit umlaufenden Winkelprofilrahmen

19 mit eingelegten Platten 20,

fig. 10: schematischer Querschnitt einer möglichen Ausbildung der

Flächentragwerke mit veränderlichem Abstand der

Sekundärschalenelemente 1 und 2,

fig. 11 : schematischer Querschnitt einer möglichen schrägen Anordnung der

Flächentragwerke, gebildet aus den Sekundärschalenelementen 1 und 2 sowie Füllstäben 3 und 6 , als Satteldach mit Adapterelementen 21 an den Traufen und am First.

Die in den folgenden Ausführungen enthaltenen Begriffe Platte, Scheibe und Schale werden hier im Sinne der Technischen Mechanik benutzt. Somit ist definiert, dass eine Platte ein ebenes Bauteil ist, das durch senkrechte Kräfte und/oder Biegemomente um die Ebenenachsen belastet wird. Eine Scheibe ist demnach ein ebenes

Flächentragwerk, das ausschließlich durch Kräfte in seiner Ebene belastet wird. Eine Schale (mit dem Sonderfall ebene Schale) ist ein Flächentragwerk, das Belastungen sowohl senkrecht als auch in seiner Ebene aufnehmen kann. Erfindungsgemäß wird das Flächentragwerksmodul zweischalig ausgeführt.

Dabei wird das erfindungsgemäße Flächentragwerksmodul aus einem oberen

Sekundärschalenelement 1 und einem unteren Sekundärschalenelement 2 gebildet, welche mittels statisch notwendiger Füllstäbe zu einem Primärschalentragwerk mit Fachwerktragwirkung zusammengefügt werden.

Das erfindungsgemäße Flächentragwerksmodul wird in Form eines aus sechs

Vierecken gebildeten achteckigen konvexen Polyeders mit zwölf Kanten, der im speziellen Fall orthogonaler Ausführung einen Quader ergibt, hergestellt. Dabei sind zwei gegenüberliegende Ebenen als Flächen ausgebildet, welche obere und untere Sekundärschalenelemente 1 und 2 bilden, wobei entlang der vier übrigen Kanten Querstäbe 3 eingebaut werden und nach Ergänzung durch statisch erforderliche oder zweckmäßige Diagonalstäbe 6 durch Verbindungen an den Ecken der oberen und unteren Sekundärschalenelemente 1 und 2 mit Nachbarmodulen zweischaliges

Flächentragwerk in Form eines Primärschalentragwerks mit ein- oder zweiachsiger Fachwerktragwirkung gebildet ist, wobei die Kanten der Sekundärschalenelemente 1 und 2 benachbarter Flächentragwerksmodule aneinander liegen.

Die Sekundärschalenelemente 1 und 2 sind Bestandteile von mehreren, größtenteils gleichen, vorgefertigten Flächentragwerksmoulen (fig. 1), welche aus den

Sekundärschalenelementen 1 und 2 sowie 90° bzw. annähernd 90° zu diesen verlaufenden Querstäben 3 bestehen.

In fig. 1 wird ein Modul in orthogonaler Ausführung dargestellt.

Zum Erfindungsgedanken zugehörig sind auch andere geometrische Formen.

Beispielsweise ist ein Pyramidenstumpf zur Ausbildung zweiachsig gekrümmter Primärschalen möglich und zweckmäßig.

Die Sekundärschalenelemente 1 und 2 mit zweckmäßigen Grundrissabmessungen sind vorzugsweise bzw. überwiegend quadratisch, rechteckig oder trapezförmig ausgeführt. Sie werden an ihren Ecken durch Querstäbe 3 mit zweckmäßiger Länge miteinander verbunden und beabstandet.

Die Querstäbe 3 werden in der Darstellung fig. 1 aus Winkelprofilen gebildet, die an den Sekundärschalenelementen 1 und 2 mit Schraub- und/oder Schweißverbindungen befestigt sind.

Grundsätzlich sind als Querstäbe 3 auch andere Querschnitte oder längenverstellbare Stäbe möglich.

Die Sekundärschalenelemente 1 und 2 weisen in besonderer Ausführung gemäß Figur 1 bzw. Detail la in jeder Ecke eine oben oder unten oder oben und unten offene Verbindungstasche 4 von zweckmäßiger Größe auf, die mindestens außenseitig, also an den äußeren vertikalen Flächen der Sekundärschalenelemente 1 und 2 von vorzugsweise Metallprofilen oder Metallblechen begrenzt wird und deren vertikale Außenflächen bei verwendeter Schraubverbindung Bohrungen 5 aufweisen.

Zur Herstellung von ein- oder zweiachsig lastabtragenden Primärschalentragwerken, welche z.B. als Gebäudedecken genutzt werden, können beispielsweise die Module gemäß fig. 1 mit Schrauben durch die Bohrungen 5 miteinander in beiden Ebenen der Sekundärschalenelemente 1 und 2 verbunden werden. Zur Aufnahme der Schalenquerkräfte werden Diagonalstäbe 6, von denen in fig. 1 zwei Stäbe exemplarisch dargestellt sind, nach statischen Erfordernissen eingebaut und mit denselben Schrauben, die auch die Module miteinander verbinden, in weiteren Scherflächen angeschlossen.

Diese Diagonalstäbe 6 gehören ebenfalls zu den Füllstäben des

Primärschalentragwerks.

Die Diagonalstäbe 6 können entweder zwischen den Modulen, wie im Gesamtbild der fig. 1 dargestellt oder - bei abstandsloser Anordnung der Module - pro Modul ein Stab innerhalb der Verbindungstaschen 4, wie im Alternativdetail fig. la dargestellt, eingebaut werden.

Bei der Einbaurichtung ist zu berücksichtigen, dass in den Diagonalstäben 6 möglichst nur Zugkräfte entstehen.

Beim Auftreten maßgeblicher Druckkräfte in den Diagonalstäben 6 müssen

Querschnitte mit größerer Knickstabilität wie z.B. Winkelprofile eingesetzt werden.

In weiterer besonderer Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung können gemäß Detail lb die Verbindungstaschen 4 ersetzend Verbindungslaschen 4a angeordnet werden.

Diese Verbindungslaschen 4a werden gebildet aus jeweils in Richtung des

Zwischenraumes zwischen den Sekundärschalenelementen 1 und 2 überstehenden winkelförmigen Flächen vorzugsweise aus Metallblechen in den Ecken der

Sekundärschalenelementen 1 und 2.

Die zur Verbindung mehrerer Primärschalenelemente zu verwendende Bohrung 5 ist in dieser besonderen Ausgestaltung ebenfalls in den Verbindungslaschen 4a angeordnet. Bei Nutzung der Verbindungslaschen 4 a befinden sich die Anschlüsse der

Sekundärschalenelemente 1 und 2 miteinander sowie der Querstäbe 3 und der Diagonalstäbe 6 an den Sekundärschalenelementen 1 und 2 außerhalb dieser

Sekundärschalenelemente 1 und 2, so dass eine durchgängige Fläche aus den

Flächentragwerksmodulen gebildet wird. Diese Fläche weist bei Anwendung der Verbindungstaschen 4 gemäß fig. 1 und Detail la die durch die Verbindungstaschen 4 gebildeten Aussparungen auf, die später zu verschließen oder abzudecken sind. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Beispiels eines aus Einzelmodulen gemäß fig. 1 gebildeten Primärschalentragwerks in Deckennutzung mit linienförmigen Stützungen auf Wänden 7, einer Einzelstütze 8 und einer Aussparung 9, wobei zum besseren Verständnis die Sekundärschalenelemente 1 und 2 skelettartig und transparent dargestellt sind und zur besseren Übersichtlichkeit auf die Darstellung der

Diagonalstäbe 6 verzichtet wurde.

In Fällen bzw. an Orten, in oder an denen der Einbau von Stäben 3 und 6 oder Bereiche der Sekundärschalenelemente 1 und 2 die gewünschte Nutzung des

Schalenzwischenraums behindert, können ersatzweise auch Hilfsrahmen 10 gemäß fig. 3 eingebaut werden.

Es ergibt sich also grundsätzlich ein räumliches Primärschalentragwerk mit

mehrachsiger Fachwerktragwirkung, in dem die Sekundärschalenelemente 1 und 2 als Platten die lokalen, senkrechten Lasten aufnehmen und weiterleiten und als Scheiben die Fachwerkgurtkräfte in beiden orthogonalen Tragrichtungen aufnehmen.

Die Ableitung der horizontalen Aussteifungslasten aus z.B. Wind und

Tragwerksimperfektionen des Gebäudes an aussteifende Wände erfolgt bei

Deckennutzung schließlich über das Primärschalentragwerk.

Das Primärschalentragwerk kann an beliebigen, sinnvollen Stellen an den Modulknoten 22, die sich an den Ecken der Sekundärschalenelemente 1 und 2 ergeben, z.B. durch Wände 7 oder Einzelstützen 8 gestützt werden. Wenn Stützungen gewünscht oder benötigt werden, die sich nicht unmittelbar an den Modulknoten 22 befinden, können beispielsweise die in den fig. 4a, 4b, 4c gezeigten zusätzlichen Traversen 11 gemäß fig. 4a, Schrägstreben 12 zu den oberen Modulecken gemäß fig. 4b oder Verstärkungen 13 der unteren Sekundärschalenelemente 2 gemäß fig. 4c eingesetzt werden, die die Stützlast auf die benachbarten Modulknoten 22 ableiten. Bei Neubauten entsprechen die Deckenraster maßlich zweckmäßigerweise dem

Grundraster des Gebäudes. Beim Einbau in bestehender Bausubstanz müssen ggf. Passmodule hergestellt werden. In besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung können durch die

Nutzung von trapezförmigen Sekundärschalenelementen 1 und 2 auch nicht geradlinig berandete Primärschalentragwerke (fig. 5) hergestellt werden.

Die Verwendung von Sekundärschalenelementen 1 und 2 mit ungleichen Flächen, wie · z.B. bei der Ausbildung der Module in der geometrischen Form eines

Pyramidenstumpfs erlaubt die Herstellung von zweiachsig gekrümmten

Primärschalentragwerken.

Fig. 6 zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch ein nur einachsig gekrümmtes Primärschalentragwerk. Krümmungen von Primärschalentragwerken können bei Nutzung von orthogonalen Modulen (fig. 1) auch durch den Einbau von

Abstandsplatten 14 und Adapterkeilen 15 mit entsprechenden Keilscheiben 16 für die Schraubverbindungen realisiert werden (fig. 7). Geringe Krümmungen von Primärschalentragwerken, mit denen z.B. Verformungen infolge von Lasten kompensiert oder geringe Entwässerungsgefälle bei

Flachdachdecken realisiert werden können, können auch durch das Einlegen von Distanzscheiben in den dafür zweckmäßigen Schraubverbindungen der Module gemäß fig. 1 hergestellt werden.

Durch unterschiedliche Ausbildungen und / oder Materialien der Sekundärschalen- elemente 1 und 2 können diese unterschiedlichen Anforderungen z. B. hinsichtlich Tragfähigkeit, Brandschutz, Schallschutz, Wärmeschutz, Leichtbau angepasst werden. Der Zwischenraum zwischen den Sekundärschalenelementen 1 und 2 kann für gebäudetechnische Installationen, die dann auch sehr einfach erweitert, verkleinert, repariert, gereinigt oder zurückgebaut werden können, sowie für Dämmebenen genutzt werden. Wenn bei zweckmäßiger Deckennutzung des erfindungsgemäßen

Flächentragwerkmoduls in die Sekundärschalenelemente 1 und 2 Heizungs- oder Kältemittelleitungen integriert werden, kann jeweils vom Fußboden (Sekundärschalen- element 1) geheizt und von der Raumdecke (Sekundärschalenelement 2) gekühlt werden, wodurch eine hohe Energieeffizienz und Behaglichkeit erreicht wird.

Zukünftige Neuentwicklungen in der Gebäudetechnik (Heizung, Lüftung, Sanitär, Elektroinstallation, Kommunikation) können dann auch nachträglich installiert werden, was die Nachhaltigkeit der mit dem erfindungsgemäßen zweischaligen

Flächentragwerk ausgestatteten Gebäude erheblich steigert.

Außerdem kann ein großer Beitrag zur effizienten Raumnutzung realisiert werden, indem z.B. nicht ständig genutzte Einrichtungsgegenstände während der Nichtnutzung in die Ebene zwischen den Sekundärschalenelementen 1 und 2 versenkt oder gehoben werden können.

Als Beispiel dafür wird eine Möglichkeit angegeben, einen tagsüber genutzten Tisch 17 am Abend nach oben zu bewegen, um dieselbe Fläche für ein sich aus dem Fußboden herausgehobenes Bett 18 zu nutzen, wie in fig. 8 dargestellt.

Tisch 17 und Bett 18 werden dabei durch Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, elektrische Linearantriebe oder Teleskopstützen mit Schnecken- / Schraubenantrieb bzw. innenliegenden Seil-Rollen-Systemen vertikal bewegt.

Ebenso können in der Zwischenebene Schienen eingebaut werden, an oder auf denen Staucontainer bewegt werden, die durch eine oder mehrere Öffnungen in einer der Sekundärschalen zugänglich gemacht werden. Wenn ein Abstand der beiden Sekundärschalenebenen gewählt wird, der eine direkte Zugänglichkeit des Zwischenraumes nicht mehr ermöglicht, sollten die

Sekundärschalenelemente 1 und 2 zumindest teilweise gemäß fig. 9 mit umlaufenden Rahmen aus Winkelprofilen 19 hergestellt werden, auf deren untere horizontale Schenkel Platten 20 mit Aussparungen in den Ecken aus geeigneten Materialien herausnehmbar eingelegt sind, deren seitliche Ränder zur Gewährleistung der

Scheibenwirkung mit Druckkontakt zu den vertikalen Winkelschenkeln eingebaut werden sollten.

Bei Verwendung der Verbindungslaschen 4a statt Verbindungstaschen 4 können die Aussparungen in den Ecken der Platten 20 entfallen. Ebenso ist es möglich, die beschriebenen Module nicht ausschließlich mit parallelen Sekundärschalenelementen 1 und 2 herzustellen, sondern den Abstand der

Sekundärschalenelemente 1 und 2 den Biegebeanspruchungen anzupassen (fig. 10). Die Vorteile des erfindungsgemäßen Flächentragwerks treten vor allem bei der Nutzung in horizontaler Lage, also z.B. als Gebäudedecke zutage.

Es kann aber auch z. B. in schräger Lage zur Ausbildung von Sattel- oder Pultdächern mit Adapterelementen 21 an den Traufen und am First (fig. 11) oder in vertikaler Lage, also als Wand, eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Flächentragwerks gegenüber bisher bekannten Konstruktionen liegt auch darin, dass es durch das Aneinanderfügen von weitgehend identischen, in Serie industriell vorgefertigten und bei Bedarf teilweise vormontierten, leicht transportier- und montierbaren Flächenbereichen in

unterschiedlichsten Geometrien wirtschaftlich hergestellt und in Bauwerken

verschiedener Bauweisen eingebaut werden kann.

Des Weiteren ist als vorteilhaft zu betrachten, dass der Einsatz des hier beschriebenen Flächentragwerks nicht auf horizontale Primärschalentragwerke beschränkt ist. Durch die sinnvolle Nutzung der Sekundärschalenelemente 1 und 2 als Platten und Scheiben wird das Gesamtpotential der Tragfähigkeiten der Bauteile deutlich höher ausgenutzt als bei herkömmlichen Konstruktionen.

Bei stabförmigen Bauteilen wie den Querstäben 3 und den Rahmenwinkelprofilen 18 kann bei hohen Druckkräften ein Stabilitätsversagen mit einfachen Mitteln verhindert oder verzögert werden. Dies führt zu einem deutlich günstigeren Verhältnis zwischen Eigenlast der Konstruktion und möglicher Nutzlast.

Bezuaszeichenliste

1 Oberes Sekundärschalenelement

2 Unteres Sekundärschalenelement

3 Querstab

4 Verbindungstasche

4a Verbindungslasche

5 Bohrungen in 4 oder 4a

6 Diagonalstab 7 Stützende Wand

8 Einzelstütze

9 Aussparung

10 Hilfsrahmen

11 Traverse

12 Schrägstrebe

13 Verstärkung von 2

14 Abstandsplatte

15 Adapterkeil

16 Keilscheibe

17 Tisch

18 Bett

19 Winkelprofil

20 Platte auf 19

21 Adapterelemente

22 Modulknoten