CH712684A2 - Raumzellenelement. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Raumzellenelement (10) mit einem Betonskelett (11–16) zum modularen Aufbau eines Gebäudes umfassend eine Betonplatte (11) mit einer ersten Oberfläche (111) und einer zweiten Oberfläche (112) und mindestens einem von der ersten Oberfläche (111) abragenden Säulenelement (13–16) aus Beton, wobei die Betonplatte (11) eine Unterzugstruktur umfasst, wobei die Unterzugstruktur unter einer Vorspannung steht und einem Durchhängen der Betonplatte (11) in Einbaulage entgegenwirkt. Weiter betrifft die Erfindung ein Gebäude umfassend solche Raumzellenelemente (10) und ein Verfahren zur Herstellung der Raumzellenelemente (10).

Description

Beschreibung TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Raumzellenelement mit einem Betonskelett für die Errichtung eines Gebäudes, ein Gebäude umfassend ein solches Raumzellenelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

STAND DER TECHNIK

[0002] Es ist bekannt, Betonbauten vor Ort mit sogenanntem Ortsbeton zu errichten. Weiter ist bekannt, dass man einzelne Betonelemente vorfabriziert und diese dann auf der Baustelle zusammensetzt.

[0003] Herkömmlicherweise werden Armierungseisen spannungsfrei in Betonprofile eingelegt. Aus der Kombination von Beton und Armierung können die Vorteile gezogen werden, dass der Beton den Druck, also Materialstauchung abfängt, während der Stahl durch seine hohe Zugfestigkeit Dehnungskräfte aufnimmt.

[0004] Weiter sind Raumzellen aus Holz bekannt.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0005] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Betonelement zur Errichtung von Gebäuden bereitzustellen.

[0006] Diese Aufgabe wird durch ein Raumzellenelement mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Demgemäss wird ein Raumzellenelement mit einem Betonskelett zum modularen Aufbau eines Gebäudes umfassend eine Betonplatte mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche und mindestens einem von dieser ersten Oberfläche abragenden Säulenelement, insbesondere aus Beton, vorgeschlagen. Die genannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Betonplatte weiter eine Unterzugstruktur umfasst, wobei die Unterzugstruktur unter einer Vorspannung steht und einem Durchhängen der Betonplatte in Einbaulage entgegenwirkt. Die Wirkung der Vorspannung biegt die Betonplatte also nach oben durch.

[0007] Unter dem Begriff «Raumzellenelement wird ein Strukturmodul verstanden, welches ein äusseres Skelett aufweist und innerhalb des Skeletts eine Raumzelle definiert. Diese Raumzellen bilden, geschickt aneinandergefügt, Räume eines Gebäudes.

[0008] Unter dem Begriff «Unterzugstruktur» wird eine Struktur verstanden, welche verformungsbedingt im unteren Bereich der Betonplatte auftretende Zugspannung unmittelbar aufnimmt. Die Unterzugstruktur kann in die Betonplatte integriert oder dieser zugeordnet sein, also bspw. auf der zweiten Oberfläche angeordnet sein.

[0009] Unter dem Begriff «Säulenelement» werden Stützen, insbesondere aus Beton, verstanden, welche einen weiteren Aufbau auf das Raumzellenelement erlauben und die Raumzelle in der Höhe definieren. Bei diesem Aufbau kann es sich um weitere Raumzellenelemente handeln. Die Betonplatte des oberen Raumzellenelements begrenzt als Decke die Raumzelle nach oben und als Bodenelement die übergeordnete Raumzelle. Mit den erfindungsgemässen Raumzellen kann also mehrgeschossig gebaut werden. Es können jedoch auch herkömmliche Strukturen wie bspw. ein Dachaufbau auf die Säulenelemente gebaut werden. Die Säulenelemente können einen runden, teilrunden oder vieleckigen, insbesondere viereckigen Querschnitt aufweisen. Die Säulenelemente können längsquader-, Zylinder- oder plattenförmig sein. Vorzugsweise wird das Säulenelement über eine volle Einspannung mit der Betonplatte und ggfs, mit der darüber liegenden Betondecke verbunden, sodass der Querschnitt des Säulenelements eingespannt, insbesondere vollständig eingespannt ist, was für zusätzliche Stabilität sorgt. Dies kann bspw. mittels von einer Vielzahl von über den Säulenelementquerschnitt verteilter Verbindungsmittel, bspw. Anschlusseisen, geschehen. Eine zentrische Verbindung der Säulenelemente, weitestgehend also ohne Einspannung von dessen Querschnitt, bspw. in Form einer. Pendelstütze, ist jedoch auch denkbar.

[0010] Vorzugsweise sind die Säulenelemente vorfabrizierte Betonelemente.

[0011] Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich also mit industriell fertigbaren Raumeinheiten und basiert insbesondere auf der Kenntnis, dass Betonelemente als Raumzelleneinheiten besonders vorteilhaft nutzbar werden, wenn eine Unterzugstruktur in die Raumzelleneinheiten integriert wird, um einen Teil des Betonskeletts vorzuspannen. Die Unterzugsstruktur überbrückt beim bestimmungsgemässen Gebrauch der Raumzellenelemente aufgrund von nutzlastbedingten Verformungen auftretende mechanischen Zugspannungen und schützt so die umliegende Betonstruktur vor Dehnungsschäden, beugt insbesondere dem Bruch und der Rissbildung vor. Die Unterzugstruktur nimmt die beim bestimmungsgemässen Gebrauch auftretenden Zugbelastungen unmittelbar auf.

[0012] Das äusserst stabile Raumzellenelement weist also ein belastbares Betonskelett und damit Massivbaucharakter auf und erlaubt das Bereitstellen von Raumzelleneinheiten mit grossen Spannweiten.

[0013] Die Betonplatte ist hierbei vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ein Vollkörperelement, also nicht mit internen Hohlräumen versehen.

[0014] Bevorzugterweise beträgt die Vorspannung der Unterzugstruktur, welche entlang mindestens einer Vorspannrichtung wirkt, mindestens 60 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung, insbesondere 120 kN bis 300 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung und besonders bevorzugt 200 kN bis 230 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung. Hierzu ein Beispiel:

Bei einer Spannweite von 10 m und unter der Massgabe, dass die Unterzugstruktur über die Betonplatte über gesamte Länge von 10m vorspannt, beträgt die Vorspannung in der Betonplatte demnach mindestens 600 kN, vorzugsweise 1200 kN bis 3000 kN, insbesondere 2000 kN bis 2300 kN.

[0015] In einer Weiterbildung weist die Betonplatte eine erste Seite mit einer ersten Seitenlänge und eine zweite Seite mit einer zweiten Seitenlänge auf, wobei die Unterzugsstruktur sich mindestens im Wesentlichen über die gesamte erste Seitenlänge erstreckt. Die erste Seitenlänge kann 8 m bis 15 m und die Vorspannung in der Unterzugstruktur in Richtung der ersten Seitenlänge 1200 kN bis 3000 kN betragen. Die erste Seitenlänge kann insbesondere 10 m bis 15 m, vorzugsweise 11.5 m und die Vorspannung in der Unterzugstruktur in Richtung der ersten Seite 1200 kN bis 3000 kN, insbesondere 2000 kN bis 2300 kN, betragen.

[0016] In einer Weiterbildung ist die Unterzugsstruktur zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, im Querschnitt der Betonplatte geführt und vorzugsweise über einen sofortigen Verbund in die Betonplatte eingebunden.

[0017] In einer bevorzugten Ausbildung weist die Unterzugstruktur mindestens ein Vorspannelement auf.

[0018] Das Vorspannelement kann insbesondere ein Vorspannkabel sein. Das Material des Vorspannkabels weist vorzugsweise eine Zugfestigkeit von über 1000 N/mm2, insbesondere von 1500 N/mm2 bis 1900 N/mm2, insbesondere von 1860 N/mm2 auf.

[0019] Während des bestimmungsgemässen Gebrauchs ist das Raumzellenelement im Gebäude verbaut und muss die vorgesehene Nutzlast tragen, womit die Vorspannlage entsprechend auftretende Spannungen absorbiert.

[0020] Unter dem Begriff «Vorspannelemente»’ werden also insbesondere Vorspannkabel vorzugsweise aus Stahl oder anderen Materialien verstanden. Diese Kabel sind entlang ihrer Richtung mit einer Vorspannung versehen. Weist die Betonplatte eine Längsrichtung auf, bspw. entlang der ersten Seite, so werden diese Kabel vorzugsweise parallel zur ersten Seite verlegt, da in Längsrichtung die grössten Spannungen in der Betonplatte zu erwarten sind. Zusätzlich können auch in der Querrichtung Kabel gespannt werden.

[0021] Grundsätzlich können auch andere Spannglieder als Kabel eingesetzt werden wie bspw. Flachbänder oder Stangen, mit welchen eine entsprechende Vorspannung in die Betonplatte eingebracht werden kann.

[0022] Das Vorspannelement weist vorzugsweise eine Oberflächenstruktur auf, welche einen sofortigen Verbund mit dem Beton bei der Herstellung des Raumzellenelements erlaubt. Beim sofortigen Verbund wird das Vorspannelement bei der Herstellung der Betonplatte mit dem die Platte bildenden Beton umgössen und steht dann mit letzterem in direktem Kontakt. Der ausgehärtete Beton greift in die genannte Oberflächenstruktur des Vorspannelements ein, womit ein Formschluss zwischen Vorspannelement und Beton hergestellt ist.

[0023] Das Vorspannkabel kann also eine strukturierte Oberfläche zum sofortigen Verbund des Vorspannkabels mit Beton für den bestimmungsgemässen Gebrauch aufweisen. Um diese Oberflächenstruktur bereitzustellen, kann das Vorspannkabel bspw. aus mehreren Einzelsträngen, bspw. aus Drähten bestehen, wobei das Kabel dann als Litze bereitgestellt ist, bei welcher die Drähte miteinander verflochten oder verdrillt werden, sodass sich hélicoïdal verlaufende Rillen in Längsrichtung über die Oberfläche des Vorspannkabels erstrecken. In diese spiralförmig verlaufenden Rillen greift der Beton dann ein.

[0024] In einer abermaligen Weiterbildung bildet die Unterzugsstruktur mindestens eine Vorspannlage aus. Die Vorspannlage ist vorzugsweise eben.

[0025] Vorzugsweise bildet die Unterzugsstruktur weiter mindestens eine räumlich zur Vorspannlage versetzt verlaufende Gegenvorspannlage aus. Hierbei verläuft die mindestens eine Gegenvorspannlage derart beabstandet zur mindestens einen Vorspannlage, dass eine durch die mindestens eine Vorspannlage in die Betonplatte eingebrachte Durchbiegung zumindest teilweise durch die Wirkung der mindestens einen Gegenvorspannlage kompensiert wird. Die Betonplatte biegt sich also weniger nach oben, wenn die Gegenvorspannlage realisiert ist. Vorzugsweise ist die Gegenvorspannlage weniger vorgespannt als die Vorspannlage.

[0026] Vorzugsweise ist die mindestens eine Gegenvorspannlage durch mindestens ein Gegenvorspannkabel gebildet.

[0027] Besonders bevorzugt wird, die Vorspannlage durch Vorspannkabel und die Gegenvorspannlage durch Gegenvorspannkabel auszubilden, wobei die einzelnen Vorspannkabel und Gegenvorspannkabel die gleichen sind, aber eine Anzahl der Vorspannkabel grösser, vorzugsweise zweimal grösser als die Anzahl der Gegenvorspannkabel ist.

[0028] In einer Weiterbildung umfasst das Raumzellenelement zwei oder mehr, insbesondere vier Säulenelemente. Die Säulenelemente ragen jeweils von der ersten Oberfläche ab, wobei jedes Säulenelement jeweils vorzugsweise in einem Eckbereichen der Betonplatte angeordnet ist. Vorzugsweise ist in jedem Eckbereich der Betonplatte genau ein Säulenelement angeordnet. Es können jedoch auch Raumzellenelemente mit nur einem Säulenelement oder mit nur zwei diagonal über die Betonplatte beabstandet angeordneten Säulenelementen gebildet werden. Es können auch entlang der Seiten verteilt angeordnete oder über ganze Seiten verlaufende Säulenelemente verwendet werden.

[0029] In einer besonders bevorzugten Weiterbildung umfasst die Betonplatte eine Rippenstruktur mit mindestens einer Rippe, vorzugweise mit zwei Längsrippen, besonders bevorzugt mit zwei Längsrippen und zwei quer zu den Längsrippen verlaufenden Querrippen. Es können auch drei oder mehr Längsrippen und/oder Querrippen vorgesehen sein. Die Längs rippen verlaufen jeweils vorzugsweise parallel zueinander. Auch die Querrippen verlaufen vorzugsweise parallel zueinander. Die Rippenstruktur erlaubt eine optimale Formstabilität bei minimalem Materialverbrauch.

[0030] In einer Weiterbildung ist die Unterzugstruktur zumindest teilweise, insbesondere vollständig in die Rippenstruktur integriert. Vorzugsweise wird die Vorspannlage im Bereich des freien Endes der Rippe, also fussfern, in der Rippe angeordnet. Dies erlaubt, die Vorspannlage so weit entfernt von der neutralen Ebene der Betonplatte beabstandet anzuordnen, was einen optimalen statischen Hebel bewirkt. Vorzugsweise ist die Vorspannlage in die Längsrippen integriert. Die neutrale Ebene ist jene, in welcher weder Druck- noch Zugspannung auftreten, welche also weder komprimiert noch gedehnt wird.

[0031] In einer Weiterbildung umfasst das Raumzellenelement weiter mindestens eine Brüstung, wobei jede Brüstung vorzugsweise zwischen zwei Säulenelementen angeordnet ist. Die Brüstung stabilisiert das Betonskelett weiter, macht das Raumzellenelement also formfester. Es kann hierbei an jeder Seite oder nur an ausgewählten Seiten der Betonplatte eine Brüstung angebracht sein. Vorzugseise ist die Betonplatte rechteckig und eine Brüstung wird an mindestens einer der beiden Kurzseiten angebracht. Bei Raumzellenelemente, welche einen Eckabschnitt eines Gebäudes bilden sollen, können auch nur übers Eck Brüstungen angeordnet werden.

[0032] Wie die Säulenelemente können auch die Brüstungen als Betonfertigteile bereitgestellt und mit der Betonplatte im Werk verbunden werden. Alternativerweise können die Brüstungen auch aus Holz gefertigt sein; dann besteht das Betonskelett lediglich aus der Betonplatte und den vorhandenen Säulenelementen.

[0033] In einer abermaligen Weiterbildung umfasst das Raumzellenelement weiter Verbindungsmittel zur Verbindung mit benachbarten Raumzellenelementen. Die Verbindungsmittel können reine Steckverbindungen sein, welche besonders vorteilhaft sind, wenn die Verbindung schnell herstellbar und zwecks Rückbaus lösbar werden soll. Es können auch Schrauboder Bolzenverbindungen oder Materialverbindungen wie Schweissverbindungen vorgesehen sein, welche zusätzliche Stabilität bieten. Vorteilhafterweise sind diese Verbindungen lösbar, oder mit wenig Aufwand lösbar, sodass die verbauten und miteinander verbundenen Raumzellenelemente nach Lösung der Verbindung disloziert werden können und zur Errichtung eines neuen Gebäudes nutzbar sind.

[0034] Die Raumzellenelemente können Vorinstallationen für den Innenausbau aufweisen. Das können bspw. Leitungen, Kabel, Aufhängungen oder Dergleichen sein.

[0035] Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Gebäude umfassend oder bestehend aus einem, zwei oder mehr er-findungsgemässen Raumzellenelementen. Es kann also ein Satz von Raumzellenelementen genutzt werden, um ein Gebäude vollständig oder teilweise zu erreichten. In diesem Satz können dann Raumzellenelemente für Eckpositionen, für Erdgeschosspositionen oder Dachpositionen aufweisen, wobei diese Raumzellenelemente dann positionsgerecht aufgebaut sind.

[0036] Weiter können die hierin beschriebenen Verbindungsmittel verwendet werden, um die Raumzellenelemente zu verbinden.

[0037] Es ist auch denkbar, dass Zwischenelemente und/oder Winkelelemente zwischen mindestens zwei der Raumzellenelemente angeordnet sind, was die Kombinationsmöglichkeit dieses Baustils weiter erhöht.

[0038] Das Gebäude wird dann durch Anordnung und ggfs. Verbindung der Raumzellenelemente erstellt. Die Raumzellenelemente können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet werden und einfach über Steckverbindungen miteinander verbunden werden.

[0039] Auch kann das Gebäude später teilweise oder ganz abgebaut werden und die Betonzellenelemente für ein neues Gebäude gebraucht werden. Die Betonzellenelemente sind also wiederverwendbar.

[0040] Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemässen Raumzellenelements, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Schalung; b) Einlegen von mindestens einem Vorspannelement in die Schalung zur Bildung der Unterzugstruktur und vorzugsweise Einlegen einer Bewehrung in die Schalung; c) Vorspannung des mindestens einen Vorspannelementes mit einer Vorspannung, vorzugweise mit der Vorspannung wie oben beschrieben; d) Einbringen des Betons in die Schalung zur Bildung einer Betonplatte als Grundplatte, welche Boden- und ggfs. Deckenabschnitte eines Gebäudes bilden kann; und. e) Integration von mindestens einem Säulenelemente durch eine starre Verbindung mit der Betonplatte.

[0041] Die Säulenelemente werden als vertikale Stützen verwendet, an oder in der Betonplatte verankert und sind zum Tragen von weiteren Betonplatten geeignet. Vorzugsweise wird das Säulenelement direkt in die Betonplatte eingegossen.

Vorzugsweise ist das Säulenelement ein vorfabriziertes Betonfertigteil. Vorzugweise werden die Säulenelemente sowohl im Boden- als auch im Deckenelement voll eingespannt. Dazu kann eine Vielzahl Anschlusseisen verwendet werden. Bspw. können jeweils vier ggfs, mit einem Bügel bestückte Anschlusseisen pro Säulenelement und Stirnfläche verwendet werden. Diese Einspannung der Säulenelemente über ihren Querschnitt verschafft dem Gebäude zusätzliche Steifigkeit, da sich der Querschnitt der Säulenelemente bei Deformationsbewegungen mitverformt. Auf diese aussteifende Funktion kann jedoch auch verzichtet werden, insbesondere indem man die Säulenelemente als zentrisch verdornte Pendelstützen konzipiert.

[0042] Vorzugweise wird das Raumzellenelement werkseitig mit weiterem Gewerke ausgestattet, bspw. mit Haustechnik, mit Brüstungen oder mit Verbindungsmitteln zur Verbindung benachbarter Raumzellenelemente.

[0043] In einer Weiterbildung des Verfahrens wird eine Vielzahl von Vorspannelementen in der Schalung angeordnet, sodass mindestens eine Vorspannlage und mindestens eine Gegenvorspannlage gebildet sind, wobei sich die mindestens eine Gegenvorspannlage beabstandet zur mindestens einen Vorspannlage erstreckt, sodass eine durch die mindestens eine Vorspannlage in die Betonplatte eingebrachte Durchbiegung zumindest teilweise durch die Wirkung der mindestens einen Gegenvorspannlage kompensiert wird.

[0044] Die Erfindung betrifft also auch ein Verfahren zur Herstellung der Raumzellenelemente mit fest verbundenen oder mit dem Aufbau/der Montage zu verbindenden Stützen aus dem gleichen Werkstoff Beton wie Boden und Decke. Die Verwendung hierbei von Beton führt zu einer Reduktion von Körper- und Luftschall und einer hohen Steifigkeit am gesamten Baukörper, welcher bspw. bis zu fünf Ebenen umfassen kann. Durch die systemartige Aufbau- und Produktionsweise können weitere Gewerke wie Haustechnik in den Produktionsprozess integriert werden, was zu einer gesamthaften und so kontrollierten Werksfertigung führt. Vor Ort resp. am Realisierungsort (Bauparzelle) erfolgt lediglich das Zusammenfügen der einzelnen Raumeinheiten mit wenigen Abschlussarbeiten wie z. B. dem Verbinden der einzelnen Module. Zudem ist die Dislokation und Wiederverwendung der Raumzellenelemente möglich.

[0045] Das erfindungsgemässe Raumzellenelement kann dank der innovativen Vorspanntechnik grosse Spannweiten von bis zu 15 m, insbesondere von 10 m bis 12 m, aufweisen. Zudem sind das Raumschallverhalten und das Schwingungsverhalten im Allgemeinen äusserst vorteilhaft. Es sind hoch klassifizierte Räume umsetzbar, während auch ein geringer Schadstoffeintrag gewährleistet werden kann. Weitere Vorteile sind der sehr gute Brandwinderstand und die hohe thermische Speicherfähigkeit, insbesondere auch die Minergie-Tauglichkeit und die positive Energiebilanz. Zudem ist das Raumzellenelement aufgrund seiner Robustheit überaus langlebig. Im Erdgeschoss kann bodeneben gebaut werden, da keine Unterlüftung notwendig ist, was insbesondere die Zugänglichkeit des Gebäudes einfach sicherstellbar macht.

[0046] Die modulare Bauweise in Beton ist in vielerlei Hinsicht vorteilhaft gegenüber Arbeiten in Ortsbeton. Auch gegenüber Holzkonstruktionen sind die Raumzellenelemente mit Betonskelett vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich Alterung und Schalleintrag. Mit den Raumzellenelementen mit Betonskelett können aber auch längere Spannweiten bei gleicher Bauhöhe realisiert werden als mit Holzkonstruktionen. Weiter kann die Qualität des Betonskeletts besser überprüft werden; der komplette Zellenausbau kann im Werk geschehen. Der Fassadenausbau ist freiwählbar, die Fassadenbeplankung also flexibel. Der Aufbau geht schneller, flexibler und leiser von Statten, ist erweiterbar und gar dislozierbar. Es kann mehrgeschossig gebaut werden, bspw. können bis zu fünf Geschosse aufeinandergestockt werden. Die Raumzellenelemente sind kombinierbar, verbindbar, können über Zwischenelemente und Winkelelemente noch mehr Flexibilität bieten. Die Planung ist vereinfacht. Es kann zudem finanziell flexibel gebaut werden. Weiter ist die Emissionsbelastung vor Ort reduziert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0047] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht von oben auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Raumzellenelement mit einer Betonplatte und vier Säulenelementen, wobei an den Kurzseiten der Betonplatte, zwischen den Säulenelementen, jeweils eine Brüstung und von aussen der Fassadenaufbau angeordnet sind;

Fig. 2 einen Querschnitt mittig durch das Raumzellenelement nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Detailansicht des Querschnittes nach Fig. 2 mit Fokus auf die Betonplatte, welche nach oben einen Bodenaufbau und nach unten eine Rippenstruktur aufweist, wobei einer Unterzugstruktur über einen sofortigen Verbund in die Betonplatte integriert ist;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Raumzellenelement nach Figuren 2 und 3, die mit durchbrochenen Linien dargestellten Elemente sind von oben nicht sichtbar;

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf das Raumzellenelement nach Fig. 1 ;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch das Raumzellenelement nach Figuren 2 bis 5;

Fig. 7 ein Detail von Fig. 6, nämlich den ersten Wandaufbau (unten in Fig. 6);

Fig. 8 ein Detail von Fig. 6, nämlich den zweiten Wandaufbau (oben in Fig. 6);

Fig. 9 ein einzelnes Raumzellenelement nach Fig. 1 mit zwei Wandaufbauten an den Kurzseiten;

Fig. 10 zwei über Winkelelemente verbundene Raumzellenelemente mit aussenliegenden Wandaufbauten, wobei das linke Raumzellenelement eine grössere Spannweite als das rechte aufweist;

Fig. 11 zwei über Winkelelemente und ein zwischengeordnetes Zwischenelement verbundene Raumelemente gleicher Spannweite mit aussenliegenden Wandaufbauten;

Fig. 12 eine Schalung mit einer Bewehrung und einer Unterzugstruktur, welche mit Beton gefüllt wird; und

Fig. 13 ein Flussdiagramm des Flerstellverfahrens.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

[0048] Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Raumzellenelementes 10. Das Raumzellenelement 10 ist als Raummodul für den modularen Aufbau von Gebäuden konzipiert und umfasst eine Grundplatte aus Beton, die rechteckige Betonplatte 11. Die Betonplatte 11 weist eine erste Oberfläche III (oben in Fig. 1) und eine zweite, der ersten Oberfläche 111 gegenüberliegende Oberfläche 112 auf. Auf der ersten Oberfläche 111 sind jeweils von Kurzseiten der Betonplatte 11 abragende Wandaufbauten vorgesehen. Auf der ersten Oberfläche 111 ist weiter ein Bodenaufbau 113 mit einer Trittschalldämmung und einen Unterboden vorgesehen.

[0049] Die Wandaufbauten umfassen jeweils zwei eckseitig an den Kurzseiten auf der Betonplatte 11 angebrachte Säulenelemente 13, 14 bzw. 15, 16 und jeweils eine sich zwischen den Säulenelementen 13, 14 bzw. 15, 16 erstreckende Brüstung 18. Aussenseitig weisen die Wandaufbauten jeweils ein beliebig gestaltbaren Fassadenaufbau 17 auf. Der Fassadenaufbau 17 umfasst Fassadenaufbauelemente 173 bis 176. Die Wandaufbauten können insbesondere auch Fensterelemente 171, 172 und/oder Türen 177 (s. auch Fig. 4) aufweisen.

[0050] Die Betonplatte 11 kann gegossen, die Säulenelemente 13 bis 16 und die Brüstungen 18 können Fertigbauteile aus Beton sein. Das Betonskelett des Raummoduls 10 ist also durch die Betonplatte 11, und eine Auswahl aus Säulenelementen 13 bis 16 und Brüstungen 18 bereitgestellt.

[0051] Andere Wand- und Bodenaufbauten sind möglich. Anstelle der kurzseitig angebrachten Brüstungen 18 können auch langseitig angeordnete Brüstungen vorgesehen sein. Es können nur einzelne Säulenelemente oder nur Brüstungen vorgesehen sein oder mehr als vier Säulenelemente. Das Betonskelett ist also auf die Bedürfnisse positionsgerecht abgestimmt zusammengestellt mit Bauteilen ausgewählt aus der Gruppe umfassend die Betonplatte 11, Säulenelemente 13 bis 16 und Brüstungen 18.

[0052] Es werden nun Details dieses Raumzellenelements 10 anhand der Figuren 2 bis 8 beschrieben.

[0053] Zuerst wird insbesondere anhand der Figuren 2 bis 6 die Betonplatte 11 genauer beschrieben. Figur 2 zeigt einen mittigen Querschnitt durch das Raumzellenelement 10; Figur 3 zeigt als Ausschnitt aus der Fig. 2 die Querschnittsform der Betonplatte 11 im Detail. Figur 4 zeigt eine Draufsicht, Figur 5 eine Ansicht von Unten des Raumzellenelements 10. Figur 6 zeigt einen mittigen Längsschnitt durch das Raumzellenelement 10.

[0054] Die Betonplatte 11 ist eine aus Beton gegossene Vollstruktur mit Einlagen (Bewehrung, Spannelemente,...) und weist eine minimale Stärke (zwischen den Längsrippen 41,42, s. unten) von 100 mm bis 150 mm, insbesondere von 120 mm auf. Die Betonplatte 11 weist als im Wesentlichen ebenes Flächentragwerk einen rechteckige Grundform auf, wobei eine erste Seite L-ι die Langseite mit 8 m bis 15 m, insbesondere mit 10 m bis 12 m, vorzugsweise mit 11.5 m, Länge ist und die zweite Seite L2 die Kurzseite, also die Breite, mit 2 m bis 3 m, insbesondere 275 cm bis 278 cm, Länge ist. Zudem weist die Betonplatte 11 die erste Oberfläche 111 und die zweite Oberfläche 112 auf.

[0055] In der Betonplatte 11 können bedarfsorientiert herkömmliche Armierungseisen 7 (s. Fig. 12, Schale 5 mit Armierungseisen 7 in durchbrochenen Linien) eingelegt sein.

[0056] Aus den Figuren 2 und 3 ist weiter erkennbar, dass die erste Oberfläche 111 plan und die zweite Oberfläche 112 mit einer nach unten abstehenden Rippenstruktur 4 strukturiert ist. Die Rippenstruktur 4 weist zwei parallel und beabstandet zur Langseite L-ι verlaufende Längsrippen 41,42 auf, welche über die gesamte Länge der Platte 11 zwischen zwei endseitig an der Kurzseite L2 angebrachten Querrippen 43 verlaufen und über die Querrippen 43 verbunden sind. Die Rippen 41 bis 43 verlaufen jeweils geradlinig und erhöhen die Plattenstärke lokal um bis zu 350 mm. Vorzugsweise ragen die Rippen 41 bis 43 quer um 200 mm bis 250 mm, insbesondere um 230 mm über den Bereich der Platte 11 mit minimaler Stärke ab.

[0057] Somit ist also bevorzugt, dass die Plattenstärke zwischen 120 mm (im Minimalbereich) und 350 mm (rippenseitig) bei Längen der Langseiten L| von 10.6 m bis 11.5 m und der Kurzseiten L2 von 278 cm beträgt.

[0058] Die Längsrippen 41, 42 weisen einen sich mit zunehmender Abragungshöhe verjüngenden, als noch unten in der Horizontalen abnehmenden Querschnitt auf.

[0059] Seitenflächen 412, 422 und Flachseiten 411,421 begrenzen die Längsrippen 41,42. Die Seitenflächen 412, 422 sind eben und verlaufen winklig zur planen ersten Oberfläche 111, insbesondere 5° bis 10° zur Senkrechten zur ersten Oberfläche 111 geneigt. Der trapezförmige Querschnitt der Längsrippen 41,42 schliesst nach unten mit planen Flachseiten 411, 421 ab, welche parallel zur ersten Oberfläche 111 verlaufen. Die Seitenflächen 412, 422 und Flachseiten 411, 421 bilden jeweils einen Abschnitt der zweiten Oberfläche 112 der Betonplatte 11.

[0060] Eine fussseitige Breite der Rippen 41, 42 kann 278 mm, eine Breite der Flachseiten 411,421 kann 204 mm betragen. Andere Dimensionen sind denkbar.

[0061] Der Freiraum zwischen den Rippen 41 bis 43 kann somit eine Tiefe von 23 cm und eine obere, also plattenseitige Breite, d.h. fussseitig, von 150 cm bis 160 cm, eine untere Breite, also am freien Ende der Rippen 41 bis 43, von 155 cm bis 165 cm.

[0062] Vorzugsweise sind die Längsrippen 41,42 von den jeweiligen Kanten der zugeordneten Langseiten L-ι der Betonplatte 11 nach innen zur Mitte der Platte 11 hin versetzt angeordnet. Diese Randbeabstandung kann fussseitig der Rippen 41.42 bspw. 25 cm bis 45 cm, insbesondere etwa 35 cm betragen.

[0063] Die Querrippen 43 können die gleiche Abragungshöhe wie die Längsrippen 41, 42 aufweisen, damit ein planer horizontaler Abschluss der Platte 11 gegeben ist und weiter bündig an die Kante der Kurzseite L2 gesetzt sein, wobei aussenseitige Seitenflächen senkrecht zur ersten Oberfläche 111 verlaufen, damit ein vertikaler Abschluss für optimale Aneinanderreihung von Raumzellenelementen 10 gewährleistet ist.

[0064] Die Längsrippen 41,42 weisen horizontal verlaufende Durchgangslöcher 410 in den Freiraum zwischen den Rippen 41.42 auf, sodass der Freiraum zwischen den Rippen 41 bis 43, welcher bspw. mit eine abgehängten Decke von unten nicht einsehbar abgeschlossen sein kann, von aussen durch diese Durchgangslöcher 410 zugänglich und bspw. für Haustechnik oder sonstige Installationen nutzbar ist. Insbesondere können Wasser- und Stromleitungen oder Dergleichen durch diese Ausnehmungen 410 geführt werden.

[0065] Auch die Querrippen 43 können solche Durchbrüche oder Einziehungen von der zweiten Oberfläche 112 her aufweisen.

[0066] Durch diese Ausbildung der Rippenstruktur 4 ist eine effizientere Nutzung des zur Verfügung stehenden Raumes erreicht.

[0067] Es versteht sich, dass die Rippenstruktur 4 eine andere Anordnung und Anzahl von Quer- und/oder Längsrippen gebildet sein kann.

[0068] Figur 3 zeigt die Unterzugstruktur 2 im Detail. Die Unterzugstruktur 2 ist in die Betonplatte 11 integriert und umfasst eine untere Vorspannungseinheit, welche eine Vorspannlage 20 bildet, und eine oberen Vorspannungseinheit, welche eine Gegenvorspannlage 30 bildet. Die Vorspannlage 20 ist hierbei vorzugsweise stärker vorgespannt als die Gegenvorspannlage 30. Die Vorspannlage 20 bringt die notwendige Vorspannung in das Raumzellenelement 10, sodass stützfreie Raumzellen mit Spannweiten von über 10 m, bspw. bis zu 15 m ermöglicht sind.

[0069] Aufgrund der Vorspannung der Vorspannlage 20 biegt sich die Betonplatte 11 nach oben durch. Um nun diesem Durchbiegen nach oben entgegenzuwirken ist oberhalb der Vorspannlage 20, also in Biegerichtung, die Gegenvorspannlage 30 eingesetzt, welcher die Durchbiegung minimiert, ohne die Vorteile der Vorspannlage 20 zu schmälern.

[0070] Im Allgemeinen ist die Vorspannlage ist also auf der unteren Seite der neutralen Ebene (s. oben) und die Gegenvorspannlage auf der oberen Seite der neutralen Ebene angeordnet.

[0071] Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, ist die Vorspannlage 20 in die Längsrippen 41,42 eingebettet und zwar etwa 1.5 cm bis 7 cm, insbesondere etwa 5 cm bis 6 cm von der Flachseite 411,421 entfernt in der jeweiligen Längsrippe 41,42 platziert. Dadurch ist ein ausreichender statischer Hebel für die Vorspannlage 20 vorhanden, um die notwendige Stabilität zu liefern.

[0072] Die Vorspannlage 20 wird hierbei durch vier Vorspannkabel 21 bis 24 pro Rippe 41,42 gebildet. Die vier Kabel 21 bis 24 liegen in einer Ebene, welche parallel zu Oberfläche 111 verläuft. Die äusseren Kabel 21,24 sind etwa 1.5 cm bis 5 cm, insbesondere etwa 4 cm von den jeweiligen Seitenflächen 412,422 entfernt.

[0073] Die Vorspannkabel 21 bis 24 sind jeweils Litzen aus einer Vielzahl von 5 bis 15, insbesondere 7, 8 oder 9 Drähten, wobei letztere aus einem hochlegierten Stahl gefertigt sind. Die Drähte weisen einen Durchmesser von 3 mm bis 10 mm, insbesondere von 7 mm auf, sodass ein Durchmesser der Litzen 21 bis 24 insbesondere 12.9 mm bis 15.7 mm und eine Querschnittsfläche von 100 mm2 bis 150 mm2 aufweist.

[0074] Vorzugsweise werden die Drähte zu den Vorspannkabeln 21 bis 24 verflochten oder verdrillt. Durch diese Verarbeitung weist die Oberfläche der Vorspannkabel 21 bis 24 helicoidal verlaufende Rillen auf. Diese spiralförmige Oberflächenstrukturierung sorgt für eine sichere Verankerung des Kabels 21 bis 24 im Betonelement, wenn als Verbundtechnik sofortiger Verbund, also das Umgiessen des Kabels 21 bis 24 mit flüssigem Beton 6, wie vorliegend genutzt wird.

[0075] Das Material der Vorspannkabel 21 bis 24 kann eine Zugfestigkeit von 1400 N/mm2 bis 1900 N/mm2, vorzugsweise von 1860 N/mm2 aufweisen.

[0076] Die Vorspannkabel 21 bis 24 können jeweils mit einer Vorspannung über 50 kN, vorzugsweise von 100 kN bis 250 kN, insbesondere von 170 kN bis 190 kN vorgespannt sein und eine Vorspannung entlang mindestens einer Vorspannrichtung FVs, vorzugweise entlang der ersten Seite L-ι, aufbauen.

[0077] Es kann auch in mehreren Richtungen bspw. durch Kabelverlegung vorgespannt sein.

[0078] Oberhalb der Vorspannlage 20 ist die Gegenvorspannlage 30 in die Betonplatte 11 integriert. Die Gegenvorspannlage 30 befindet sich ausserhalb des abragenden Abschnitts der Rippen 41,42, sozusagen im Fuss der Rippen 41,42.

[0079] Wie aus Fig. 3 erkennbar ist, besteht die Gegenvorspannlage 30 ebenfalls aus einzelnen Gegenvorspannkabeln 31, 32. Diese Gegenvorspannkabel 31, 32 können die gleichen Kabel wie die Vorspannkabel 21 bis 24 sein. Den vier in jeder Rippe 41, 42 eingelegten Vorspannkabeln 21 bis 24 sind jeweils zwei Gegenvorspannkabel 31, 32 zugeordnet, welche direkt oberhalb der äusseren Vorspannkabel 21,24 angeordnet sind. Die Gegenvorspannkabel 31,32 können auf versetzt zu den Rippen 41,42 angeordnet sein. Die Gegenvorspannkabel 31,32 sind etwa 1.5 cm bis 7 cm, insbesondere etwa 5 cm bis 6 cm von der ersten Oberfläche 111 der Betonplatte 11 entfernt.

[0080] Die Gegenvorspannkabel 31,32 spannen eine Ebene 30 auf, welche parallel zur Ebene durch die Vorspannkabel 21 bis 24 verläuft.

[0081] Die Unterzugstruktur 2 aus den acht Vorspannkabeln 21 bis 24 in den beiden Längsrippen 41, 42 und den vier Gegenvorspannkabeln 31,32 bringt also eine Vorspannung von mindestens 600 kN, vorzugsweise von 1200 kN bis 3000 kN, insbesondere von 2000 kN bis 2300 kN, insbesondere 2250 kN in die Betonplatte 11 ein.

[0082] Die Vorspannkabel 21 bis 24 sorgen für ein Durchbiegen der Betonplatte 11 nach oben, also zur ersten Oberfläche III hin, welches durch die Gegenvorspannkabel 31, 32 teilweise kompensiert wird, sodass die Betonplatte in Einbaulage unter Nutzlast im Wesentlichen horizontal verläuft.

[0083] Auf der ersten Oberfläche 111 der Betonplatte 11 ist zudem ein Bodenaufbau 113 angeordnet. Dieser Bodenaufbau 113 kann wunschgemäss ausgestaltet sein, also bspw. eine Trittschalldämmung und/oder einen Unterboden oder einen anderen oder weiteren Belag aufweisen.

[0084] Die Durchbrüche 410 in den Längsrippen 41,42 verlaufen zwischen der Vorspannlage 20 und der Gegenvorspannlage 30.

[0085] In der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Vorspannlage 20 und die Gegenvorspannlage 30 im Betonquerschnitt der Betonplatte 11 geführt und sind über einen sofortiger Verbund direkt um Beton unter Formeingriff festgesetzt umgeben. Es ist jedoch auch denkbar, dass man einen nachträglichen Verbund oder keinen Verbund der Spannglieder mit der Betonplatte 11 vornimmt, sondern dass die Spannung über die Kurzseiten L2 in die Platte 11 eingeleitet wird. Zudem können die Spannglieder auch teilweise oder weitestgehend vollständig ausserhalb des Betonquerschnitts geführt sein.

[0086] Nun werden insbesondere anhand der Figuren 4, 7 und 8 die Wandaufbauten genauer beschrieben. Figur 7 zeigt den ersten Wandaufbau unten in Fig. 6 im Detail, Figur 8 zeigt den dem ersten Aufbau gegenüberliegenden Wandaufbau oben in Fig. 6 im Detail.

[0087] Der Wandaufbau besteht aus Säulenelementen 13 bis 16, Brüstungselementen 18 und einem Fassadenaufbau 17.

[0088] In der Ausführungsform des Raumzellenelements 10 nach Fig. 4 sind in an allen vier Eckenbereichen 130,140,150, 160 der Betonplatte 11 auf die Seite der ersten Oberfläche III hin ragende, also nach oben ragende Säulenelemente 13 bis 16 angebracht. Die Säulenelemente 13 bis 16 sind als Stützen konzipierte Fertigbetonteile, welche mit der Betonplatte 11 auf herkömmliche Weise verbunden, insbesondere mit Anschlusseisen, ggfs, mit zusätzlichen Bügel, in die Betonplatte 11 eingegossen werden. Vorzugsweise sind die Säulenelemente 13 bis 16 also voll eingespannt. Die Betonplatte 11 eines weiteren Raumzellenelements 10' kann bspw. auf diese Säulenelemente 13 bis 16 gelegt werden.

[0089] Die Säulenelemente 13 bis 16 können einen rechteckigen Querschnitt mit den Dimensionen von bspw. 20 cm bis 50 cm x 20 cm oder 20 cm x 50 cm, insbesondere 50 cm x 20 cm oder 25 cm x 25 cm und eine Höhe von 2.8 m bis 3.2 m, insbesondere von 2.9 m bis 3.0 m aufweisen. Es sind natürlich auch andere Querschnitte (rund, teilrund, vieleckig,...) und Längen (je nach gewünschter Zellenhöhe) denkbar.

[0090] Überdies weisen die Säulenelemente 13 bis 16 im unteren Abschnitt Durchgangslöcher 141,151 zur Durchführung von Leitungen auf.

[0091] Die Brüstungen 18 sind jeweils an der Kurzseiten L2 zwischen den jeweiligen Säulenelementen 13, 14 bzw. 15,16 angeordnet. Die Brüstung 18 weist eine Höhe (parallel zu den Säulenelementen 13 bis 16) von 50 cm bis zur vollen Höhe der Säulenelemente 13 bis 16, insbesondere von 70 cm bis 80 cm, besonders bevorzugt von 75 cm auf. Eine Breite der Brüstung 18 zwischen den Säulenelementen 13 bis 16 beträgt 200 cm bis 300 cm, insbesondere 238 cm. Eine Stärke der Brüstung 18 kann 100 mm bis 150 mm, insbesondere 120 mm betragen. Die Brüstung 18 sorgt für zusätzliche Stabilisierung der Raumzelle und kann die Basis für den Fassadenaufbau 17 bilden. Auch die geschossweisen Stützenverbindung 13 bis 16 mit teil weiser oder vollständiger Einspannung über deren Querschnitt in Boden und Decken sorgt für zusätzliche Stabilität.

[0092] Die Säulenelemente 13 bis 16 und die Brüstung 18 können armiert sein.

[0093] Die Betonplatte 11, die Säulenelemente 13 bis 16 und ggfs, die Brüstungen 18 bilden das massive Betonskelett der dargestellten Ausführungsform.

[0094] Aussenseitig weisen die Wandaufbauten jeweils einen Fassadenaufbau 17 nach Wunsch des Bauherrn auf. Der Fassadenaufbau 17 umfasst Fassadenaufbauelemente 173 bis 176. Diese Elemente können Wandelemente, Beplankungselemente, aber insbesondere auch Fensterelemente 171, 172 und/oder Türelemente 177 sein (s. auch Fig. 4) sein.

[0095] Nachfolgend werden insbesondere anhand der Figuren 2, 6 bis 8 die Verbindungselemente 19 zur horizontalen und vertikalen Verbindung von Raummodulen 10,10' genauer beschrieben. Diese Verbindungen 19 können insbesondere lösbar sein, sodass eine Dislokation der Raumzellenelemente 10, 10' möglich ist.

[0096] Figur 3 zeigt die Betonplatte 11 mit nach unten offenen Ausnehmungen 195, welche randseitig in den quer zu den Längsrippen 41,42 verlaufenden Querrippen 43 angebracht sind. Die Ausnehmungen 195 sind als Sacklöcher ausgebildet, welche eckseitig auf der zweiten Oberfläche 112 angeordnet sind und sich in die Betonplatte 11 erstrecken. Die Ausnehmungen 195 sind jeweils zur Aufnahme eines Dornelementes 196 eingerichtet (s. Fig. 7). Das Dornelement 196 kann etwa in die Ausnehmung 195 eingeschraubt oder mit einem Mörtel in der Ausnehmung 195 befestigt sein, wobei ein Abschnitt des Dornelements 196 nach unten über die Betonfläche 112 absteht (s. Fig. 7).

[0097] Werden nun zwei Raumzellen 10,10' übereinander angeordnet, so weist das Säulenelement 13 bis 16 des unteren Raumzellenelements 10' eine entsprechend an den freien Stirnseiten in Richtung der Längserstreckung des Elements verlaufendes Sackloch 197 auf, in welches das Dornelement 195 mit dem überstehenden Abschnitt zur vertikalen Verbindung verschiedener Raumzellenelemente 10, 10' eingreift. Das Sackloch 197 kann hierzu mit einer geeigneten Hülse 198 ausgekleidet sein. Um einen Materialschluss zwischen oberen Dornelement 195 und dem unteren Säulenelement 13 bis 16 zu erreichen, kann das Sackloch 197 vorgängig mit einem Betonmörtel oder dergleichen gefüllt werden, welcher nach dem Zusammenstecken der Elemente aushärtet und so die Raummodule 10, 10' aneinander fixiert.

[0098] Zudem zeigen die Figur 3 und 4 seitlich angebrachte Winkel 191, welche zur Verschweissung von verschiedenen Raumzellenelementen 10, 10' aneinander dienen. Die Winkel 191 sind über Schlaudern 192, d.h. über Verankerungsstrukturen, im Beton 6 verankert. Die Strukturen 191,192 können aus Metall gefertigt sein. Die über Winkel 191 aneinander angrenzenden Raummodule 10, 10' können zur horizontalen Verbindung also miteinander verschweisst werden. Diese punktuellen Verbindungen stehen einer Dislokation jedoch nicht entgegen. Die Verbindungen können auch jeweils lediglich gesteckt und daher besonders leicht lösbar sein. Andere Verbindungselemente 191 verwendet werden, wie Schraub-, Haken- oder Bolzenverbindungen können verwendet werden. Mit diesen Verbindungsmitteln 19 liegen die Raumzellen 10, 10' am Elementstoss nicht lose aneinander, sondern sind zu einer festen Einheit verbunden.

[0099] Insbesondere anhand der Figuren 9 bis 11 werden im Folgenden weitere Elemente und Kombinationsmöglichkeiten der Raumzellenelemente 10, 10' erläutert. Figur 9 zeigt ein einzelnes Raumelement 10 nach Fig. 1 mit zwei Wandaufbauten an dessen Kurzseiten L2. Figur 10 zeigt zwei über Winkelelemente 101 verbundene Raumelemente 10, 10' mit aussenliegenden Wandaufbauten, wobei das linke Raumelemente 10 eine grössere Spannweite als das rechte Raumelement 10' aufweist. Die Winkelelemente 101 sind ebenfalls als Stützen aus Fertigbeton konzipiert. Figur 11 zeigt zwei über die Winkelelemente 101 und ein zusätzlich zwischengeordnetes Zwischenelement 102 verbundene Raumelemente 10, 10' gleicher Spannweite mit aussenliegenden Wandaufbauten. Durch das Zwischenelement 102 kann zusätzlicher Raum geschaffen werden.

[0100] Anhand von Figuren 12 und 13 (s. Zeichnungsblatt 4/5) wird abschliessend das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Raumzellenelemente 10 beschrieben. Figur 12 zeigt eine Schalung 5 zur Herstellung der Betonplatte 11. Figur 13 zeigt ein Flussdiagramm des Herstellungsverfahrens.

[0101] Um die hier beschriebenen Betonstrukturen herzustellen, können Schalungen, insbesondere Stahlschalungen verwendet werden. In einem ersten Schritt wird die Stahlschalung 5 mit Vertiefung 51 für die Rippen 41 bis 43 bereitgestellt. Dann werden die Armierungseisen 7 und die Vorspannelemente 21 bis 24 und 31, 32 in die Schalung 5 eingelegt. Die Spannelemente 21 bis 24 und 31, 32 bilden die Vorspannlage 20 und die Gegenvorspannlage 30, welche auf verschiedenen Höhen angeordnet sind. Die Vorspannelemente 21 bis 24 und die Gegenvorspannelemente 31, 32 werden unter Spannung gesetzt. Hierzu können die Spannelemente 21 bis 24 und 31, 32 einseitig eingespannt und am freien Spannende über Widerlager mit einer Last von beispielsweise 181 bis 191 pro Spannelement 21 bis 24 und 31,32 beaufschlagt werden. Somit kann die gewünschte Vorspannung eingebracht werden.

[0102] Sodann wird der Beton 6 in die Schalung 5 eingegossen und über gut 24 Stunden aus gehärtet. Die Spannglieder 21 bis 24 und 31,32 werden bündig mit der Betonstruktur 11 gekappt. Aufgrund der bevorzugten Oberflächenstruktur der Vorspannelemente 21 bis 24 und 31, 32 sind die Vorspannelemente 21 bis 24 und 31, 32 sicher in der ausgehärteten Betonmasse 6 verankert und behalten so ihre Spannung auch nach Kappung der Spannlast bei.

[0103] Damit ist ein Raumzellenelement 10 für dem Bau von mehrgeschossigen Gebäuden bereitgestellt, welches ein Betonskelett aus einer Betonplatte 11 und mindestens ein vorzugsweise voll über dessen Querschnitt eingespanntes Säulenelement 13 bis 16 aufweist, ggfs, mit Brüstungen und weiterem Gewerke ausgestattet ist, und durch eine grosse Spannweite von 8 m bis 15 m, insbesondere von 10 m bis 12 m ausgezeichnet ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0104] 10, 10' Raumzellenelement 101 Zwischenelement 102 Winkelelement II Betonplatte III erste Oberfläche von 11 112 zweite Oberfläche von 11 113 Unterboden- und Trittschallaufbau 13-16 Säulenelement aus Beton 141, 151 Ausnehmungen zur Durchführung von Leitungen 130-160 Eckbereich von 11 17 Fassadenaufbau 171, 172 Fensterelement 173-176 Fassadenaufbauelemente 177 Türelement 18 Brüstung 19 Verbindungsmittel 191 Winkel 192 Schlauder 195 Ausnehmung für 196 196 Domelement 197 Ausnehmung für 198 198 Dornhülse 2 Unterzugstruktur 20 Vorspannlage 21-24 erstes bis viertes Vorspannkabel 30 Gegenvorspannlage 31,32 Gegenvorspannkabel

Claims (15)

1. 4 Rippenstruktur 41 erste Längsrippe 42 zweite Längsrippe 410 Ausnehmung zur Durchführung von Leitungen 411,421 Flachseite von 41,42 412, 422 Seitenfläche von 41,42 43 Querrippe 5 Schalung 51 Vertiefung 6 Beton 7 Armierung Fvs Vorspannrichtung L-i Langseite von 11 L2 Kurzseite von 11 Patentansprüche

   1. Raumzellenelement (10) mit einem Betonskelett (11-16) zum modularen Aufbau eines Gebäudes, umfassend: eine Betonplatte (11) mit einer ersten Oberfläche (111) und einer zweiten Oberfläche (112) und mindestens einem von der ersten Oberfläche (111) abragenden Säulenelement (13-16) aus Beton, dadurch gekennzeichnet, dass die Betonplatte (11) eine Unterzugstruktur (2) umfasst, wobei die Unterzugstruktur (2) unter einer Vorspannung steht und einem Durchhängen der Betonplatte (11) in Einbaulage entgegenwirkt.
2. 2. Raumzellenelement (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorspannung der Unterzugstruktur (2) entlang mindestens einer Vorspannrichtung (FVs) wirkt und die Vorspannung mindestens 60 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung (FVs), insbesondere 120 kN bis 300 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung (FVs), besonders bevorzugt 200 kN bis 230 kN pro Meter in jeder Vorspannrichtung (FVs) beträgt.
3. 3. Raumzellenelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Betonplatte (11) eine erste Seite (Li) mit einer ersten Seitenlänge und eine zweite Seite (L2) mit einer zweiten Seitenlänge aufweist, wobei die Unterzugsstruktur (2) sich über die erste Seitenlänge erstreckt; wobei die erste Seitenlänge 8 m bis 15 m und die durch die Unterzugstruktur (2) in Richtung der ersten Seitenlänge in die Betonplatte (11) eingebrachte Vorspannung 1200 kN bis 3000 kN beträgt; oder wobei die erste Seitenlänge 10 m bis 11.5 m und die durch die Unterzugstruktur (2) in Richtung der ersten Seite (Li) in die Betonplatte (11) eingebrachte Vorspannung 1200 kN bis 3000 kN, insbesondere 2000 kN bis 2300 kN, beträgt.
4. 4. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Unterzugsstruktur (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, im Querschnitt der Betonplatte (11) geführt ist und vorzugsweise über einen sofortigen Verbund mit der Betonplatte (11) verbunden ist.
5. 5. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Unterzugstruktur (2) mindestens ein Vorspannelement (21-24; 31,32) aufweist, wobei das Vorspannelement (21-24; 31,32) ein Vorspannkabel ist, wobei Material des Vorspannkabels vorzugsweise eine Zugfestigkeit von über 1000 N/mm2, insbesondere von 1500 N/mm2 bis 1900 N/mm2, insbesondere von 1860 N/mm2 aufweist, und/oder wobei das Vorspannkabel vorzugsweise eine strukturierte Oberfläche zum sofortigen Verbund des Vorspannkabels mit Beton für den bestimmungsgemässen Gebrauch aufweist.
6. 6. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Unterzugsstruktur (2) mindestens eine Vorspannlage (20) bildet, wobei die Unterzugsstruktur (2) weiter mindestens eine Gegenvorspannlage (30) aufweist, welche mindestens eine Gegenvorspannlage (30) sich beabstandet zur mindestens einen Vorspannlage (20) erstreckt, sodass eine durch die mindestens eine Vorspannlage (20) in die Betonplatte (11) eingebrachte Durchbiegung zumindest teilweise durch die Wirkung der mindestens einen Gegenvorspannlage (30) kompensiert wird, wobei die mindestens eine Gegenvorspannlage (30) vorzugsweise durch mindestens ein Gegenvorspannkabel (31 ;32) gebildet ist.
7. 7. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwei oder mehr, insbesondere vier, Säulenelemente (13-16) umfasst sind, welche Säulenelemente (13-16) jeweils von der ersten Oberfläche (111) abragen, wobei jedes Säulenelement (13-16) jeweils vorzugsweise in einem Eckbereichen (130-160) der Betonplatte (11) angeordnet ist, wobei besonders bevorzugt in jedem Eckbereich (130-160) der Betonplatte (11) genau ein Säulenelement (13-16) angeordnet ist.
8. 8. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Betonplatte (11) auf der zweiten Oberfläche (112) eine Rippenstruktur (4) mit mindestens einer Rippe (41 ;42;43), vorzugweise mit zwei Längsrippen (41,42), besonders bevorzugt mit zwei Längsrippen (41,42) und zwei Querrippen (43) umfasst.
9. 9. Raumzellenelement (10) nach Anspruch 8, wobei die Unterzugstruktur (2) zumindest teilweise in die Rippenstruktur (4) integriert ist.
10. 10. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter umfassend mindestens eine Brüstung (18), wobei jede Brüstung (18) vorzugsweise zwischen zwei Säulenelementen (13-16) angeordnet ist.
11. 11. Raumzellenelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend Verbindungsmittel (19; 191-198) zur Verbindung mit benachbarten Raumzellenelementen (10,10'); und/oder umfassend Vorinstallationen für den Innenausbau.
12. 12. Gebäude umfassend oder bestehend aus einem oder mehreren Raumzellenelementen (10, 10') nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei vorzugsweise Verbindungsmittel (19; 191-198) nach Anspruch 11 zur Verbindung der Raumzellenelemente (10, 10') dienen und/oder wobei Zwischenelemente (102) und/oder Winkelelemente (101) zwischen mindestens zwei der Raumzellenelemente (10, 10'angeordnet sind.
13. 13. Verfahren zur Herstellung eines Raumzellenelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Schalung (5); b) Einlegen von mindestens einem Vorspannelement (21-24; 31, 32) in die Schalung (5) zur Bildung der Unterzugstruktur (2) und vorzugsweise Einlegen einer Bewehrung in die Schalung (5); c) Vorspannung des mindestens einen Vorspannelementes (21-24; 31,32) mit einer Vorspannung, vorzugweise mit der Vorspannung nach Anspruch 2; und d) Einbringen des Betons (6) in die Schalung (5) zur Bildung der Betonplatte (11) e) Integration der Säulenelemente (13-16) durch starre Verbindung mit der Betonplatte (11).
14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei zusätzliche Gewerke ausgewählt aus der Gruppe umfassend Haustechnik, Brüstungen (18) und Verbindungsmittel (19) in das Raumzellenelement (10) integriert werden.
15. 15. Verfahren nach Anspruch 13, oder 14, wobei die eine Vielzahl von Vorspannelementen (21-24; 31,32) in der Schalung (5) angeordnet werden, sodass mindestens eine Vorspannlage (20) und mindestens eine Gegenvorspannlage (30) gebildet sind, wobei die mindestens eine Gegenvorspannlage (30) beabstandet zur mindestens einen Vorspannlage (20) erstreckt, sodass eine durch die mindestens eine Vorspannlage (20) in die Betonplatte (11) eingebrachte Durchbiegung zumindest teilweise durch die Wirkung der mindestens einen Gegenvorspannlage (30) kompensiert wird.