CN104736781B - 用于预制件装配式施工方式的楼宇的壁元件 - Google Patents

Abstract

要形成一种模块化预制的、由钢筋混凝土板和接合连接元件构成的实心的钢筋混凝土结构，其在将单个元件连接之后作为整体单元承受不同负载情况下的高负载水平，如其在核电站建筑中典型的那样。这通过一种构建为混凝土预制部件的壁元件(2)来实现，该壁元件用于建设建筑物，其带有壁本体，该壁本体具有基本上矩形的基本面和四个边缘，所述壁本体按照三明治结构类型的方式具有内壳(4)、外壳(6)和位于其间的芯填充物(8)。

Description

用于预制件装配式施工方式的楼宇的壁元件

技术领域

本发明涉及一种构建为混凝土预制部件的壁元件，用于建设建筑物。此外，本发明涉及一种通过使用这种壁元件建造的建筑物，尤其是核电站的工作楼或者设备楼。

背景技术

核设施的安全性方面重要的楼宇(例如容纳备用电源机组的楼宇)目前几乎仅仅作为就地浇混凝土结构(Ortsbetonkonstruktion)来实施。在常用的住宅楼建造中经过检验的预制件装配式施工方式在核领域中由于非常高的负载水平而目前实际上不能使用。

楼宇/构造物于是必须在那里承受住以下来自组EVI(内部作用)和EVA(外部作用)中的事件的所有负载和负载混合：

正常运行：

－持久负载

－可变负载，包括通过运输和安装引起的负载

－组合负载

通过外部引起的人员事件产生的影响：

－爆炸

－飞行器的坠落

－外部区域中的火灾

通过内部未曾预见的事件产生的影响：

－内部火灾

－内部设计的崩塌

－下落负载

－内部溢流

－内部爆炸

不太可能的事件：

－地震

－极端的风灾

－极端的雪灾和冰灾

－龙卷风负载，龙卷风袭击的影响

－极端的外部温度

－极端的洪水

－极端的降水

－对象保护(Objektschutz)

－爆炸冲击波

－爆炸气云

使用预制部件――虽然由于由此产生的对于整个规划、构造和建造过程的标准化和优化而被视为完全是所希望的――在这种情况中迄今遇到显著的困难并且因此停滞不前。这尤其是因为迄今在预制件装配式施工中常用的连接技术，这些技术不能满足核能领域中提出的关于负载承受方面的要求，或者不能够维持在那里遇到的所允许的部件公差并且同时实现在施工现场的灵活连接，以及在安装时克服取向不精确。

对于每个核电站基本上重新规划具有相同功能的相同的楼宇，这一事实引起了如下思考：如何可以降低规划成本和实施成本。

发明内容

一种降低可能通过如下系统实现：这些系统能够实现借助预制的模块来灵活地规划所希望的房间以及其衬里。对其所基于的考虑是，预制件建造方式的引入目前尤其是遇到了关于如下方面的困难：在安装时，在各组件之间的力配合的连接，以及克服由此产生的公差，以及尺寸不精确和取向不精确。

在AREVA NP GmbH的公开号为WO 2012/123067A1的在先申请中，公开了开头所述类型的壁元件，其能够以简单的方式与其他的这种壁模块组合和连接成为建筑物，特别是楼宇或者楼宇建筑群，该建筑物不仅针对常见的运行负载而设计，而且此外也承受不太可能的极端负载(单独地或者甚至组合地出现)，譬如洪水、地震、持续降雨、冰负载、风负载、旋风、极端环境温度、碰撞冲击、飞机坠落等等。

相应地，设计了一种构建为混凝土预制部件的壁元件(在那里称为壁模块)用于建设建筑物，该建筑物带有：壁本体，该壁本体具有在其整体上形成规则的加强格栅的、优选分别与壁本体的边缘平行走向的多个加强杆，所述加强杆被浇注到壁本体中，其中至少一些加强杆分别基本上从边缘到边缘地穿过壁本体，并且在其端部上设置有连接元件，所述连接元件构建用于与直接相邻的壁元件的互补的连接元件建立连接。在此，相应的连接元件(至少在松开的、未与互补的连接元件连接的状态中)带有游隙地或者与关联的加强杆一同可移动地连接，使得其在相对于加强杆的纵向方向垂直的平面中在所有侧都能够相对于所设置的中心位置推移至少2毫米。

此外描述了一种壁元件作为优选的实施形式，其中壁本体按照三明治结构类型的方式具有外壳、内壳和位于其间的芯填充物，其中外壳和内壳通过加强元件抗推拉地相互连接。然而，三明治结构类型的该基本方案在那里并未关于可能的实施形式而进一步具体化。

在此，本发明设计的是，其任务在于，进一步改进在所述的在先申请中所描述的壁元件。所述壁元件应当形成由钢筋混凝土板和接合连接元件构成的、模块化预制的实心的钢筋混凝土结构，其在将单个元件连接之后作为整体单元承受在开头所提及的不同负载情况下的高负载水平。在此，尤其是应当实现一种能够以可接受的开销建造的、并且针对所提及的要求而设计的、用于钢筋混凝土板和用于接合连接的加强结构。此外，在将壁元件排列在一起时，所存在的并且要用现浇混凝土或者其他的填充材料(例如水泥)浇注的缝隙应当具有尽可能小的容积，使得在施工现场仅仅需要少量的现浇混凝土和模板材料。

根据本发明，该任务通过权利要求1所述的特征来解决。

附图说明

基本原理的有利的改进方案和具体方案由从属权利要求以及下面对实施例的具体描述中得出。其中分别在简化的和示意性的视图中：

图1在透视图中示出了以三明治结构类型的方式制造的、带有内壳、外壳和芯填充物的壁元件，

图2在透视图中示出了在制造期间在中间阶段中壁元件的内壳的加强物的构造，

图3示出了壁元件的纵截面，

图4示出了图3中的局部，

图5在透视图中示出了在浇注包围加强物的混凝土物质之前，壁元件的内壳的加强物的构造，

图6在透视图中示出了在浇注混凝土物质之后壁元件的内壳，

图7在透视图中示出了在壁元件的内壳和外壳之间的连接，

图8在透视图中示出了在壁元件的内壳和外壳之间的连接，其中外壳的混凝土物质在图中被消隐(或者变为透明)，

图9示出了对于在壁元件的内壳和外壳之间的连接从上方看的俯视图，

图10从上至下分别在透视图中示出了在连接两个并排设立的壁元件时的不同中间阶段，

图11示出了在连接两个并排设立的壁元件时，即在浇注两个壁元件之间的垂直接缝时的另一中间阶段，

图12在侧视图中示出了图2中所示的加强物的局部，

图13在透视图中示出了在两个并排设立的壁元件的垂直接缝中的接合加强物的细节，

图14示出了两个相叠设置的壁元件的连接区域的横截面，以及

图15示出了两个相叠设置的壁元件的连接区域的纵截面。

具体实施方式

在下文中，所有位置说明和方向说明如“上”、“下”、“垂直”、“水平”等等都涉及附图中所示的、壁元件的通常的安装位置。

图1在透视图中示出了以三明治结构类型的方式制造的、直角平行六面体形的壁元件2，例如用于使用在核电站楼宇中。设计用于布置在楼宇的侧壁中并且在通常情况下形成完整的楼层高度的壁元件2具有构建为钢筋混凝土结构的内壳4、相应的外壳6和位于其间的芯填充物8(例如由高密度混凝土构成)。内壳4和外壳6分别近似相对于彼此镜像地以其他方面相似的方式构建，如下面还要进一步描述的那样。在上边缘上，从外壳4和从内壳6伸出多个连接元件10用于构建至位于其上的壁元件(这里不可见)的螺栓连接。在壁元件2的(这里被盖住的)下侧以相应的方式布置有与其在功能上互补的连接元件。此外，在内壳4和外壳6的相应的前侧12的区域中之下存在配合开口14用于在安装壁元件系统时实现拧合。配合开口14分别按照通道的方式穿过内壳4或者外壳6的横截面。在两个侧边缘上，加强环16以其弧末端从壁元件2的内壳4和外壳6伸出，其设计用于构建至相邻的壁元件(这里不可见)的连接部。

图2示出了壁元件2的内壳4的构造，在一定程度上在构建内部加强笼(Bewehrungskorb)时的第一阶段中，尚在浇注混凝土之前。在其右边的、在完成状态中示出的壁元件以及部分浇注的缝隙暂时不予考虑(它们由于借助CAD程序生成图的原因而存在，其中从完整的结构中选择性地消隐单个层)。外壳6如已经提及的那样类似于内壳4地构建。

也称为弯曲加强物的、设计用于在壁元件2的复合结构中吸收和传递拉力的主加强物18包括在壁元件2的延伸平面中的矩形格栅，该矩形格栅由水平加强杆20(在图2中仅仅示出了最下部的两个)和垂直加强杆22构成，所述水平加强杆和垂直加强杆在交叉点接触并且在那里例如借助线缠绕并且于是相对于彼此固定。水平的、并且由此与壁元件2的上边缘侧和下边缘侧的边沿平行取向的加强杆20相对于彼此等距离地布置，垂直的、并且由此与壁元件2的侧边沿平行取向的加强杆22也是同样情况。在两种情况中(水平和垂直)，杆直径优选为大约30mm至35mm。在两种情况中，在水平加强杆20和垂直加强杆22的纵轴线之间的距离优选为大约200mm(方形格栅)。

每两个在水平方向上相继的、在其上端部上分别设置有螺纹的垂直加强杆22旋拧到连接件24的相关的容纳部中，可替选地，焊接在其中。在连接件24的位于其间的中央容纳部中，旋拧有从格栅复合结构向上突出的、同样设置有外螺纹的连接螺栓26。从上方可以将设置有中央缺口的保持板28推到垂直取向的连接螺栓26上，并且在其上拧上螺母30。在通过这种方式相互连接的杆对的下端部上存在由四个相互焊接的钢板组成的或者可替选地在一块中浇注的、横截面为矩形的由钢构成的盒32(Box)，其恰好匹配地布置在两个垂直加强杆22之间并且与其在外侧上焊接，可替选地进行拧合。连接件24和盒32的布置选择为使得其在以后浇注混凝土材料时与内壳4的上边缘或者下边缘齐平地结束，使得仅仅连接螺栓26的上部向上伸出。此外，所述盒32嵌入混凝土中，使得相应的盒32的直角平行六面体形的内室以及紧接在其上的基本上直角平行六面体形的安装室保持未被占用。这样分别总体上形成的、相关联的空腔一方面可以从下方通过保持未被占用的下部盒开口以及从前侧12通过同样保持未被占用的配合开口14到达(也参见图1)。

由此，总体上形成一种连接元件10的系统，借助其在以后的建筑物安装时可以将相叠的壁元件2拧合。为此，将上部壁元件2放到处于其下的壁元件2上，使得下部的壁元件2的连接螺栓26的上端部分别穿过对应件的关联的盒32。接着，通过内壳4的前侧12中的配合开口14(并且在外壳6的情况下类似)，将保持板28推到连接螺栓26的端部上并且通过旋上和拧紧螺母30来固定/夹紧，其中所述保持板在盒32的上边缘上侧向地搭接盒32。保持板28在此在一定程度上承担垫片的功能。盒32的横截面选择为使得相应的连接螺栓26在其中在安装时在所有方向上具有数毫米的间隙，以便于是在以后的施工现场上安装时补偿可能的尺寸不精确性。这对应于已经在AREVA NP GmbH的国际公开文献中WO 2012/123067A1描述的设计理念。还要说明的是，在图1和图2中虽然为了更清楚起见而将保持板28和螺母30在其在连接螺栓26上的安装最终位置上示出，然而其在实际中在设立壁并且在相应的连接配件接合到一起自后才在那里安装和拧紧。

回到构建根据图2的内壳4。在主加强物18之外还存在表面加强物34，其同样具有交叉的格栅状布置的水平加强杆36和垂直加强杆38的构型，所述水平加强杆36和垂直加强杆38的直径为大约100mm，并且具有与在主格栅情况下相同的网眼大小(杆距离为大约200mm的方形格栅)。由水平加强杆36和垂直加强杆38形成的、表面加强物34的格栅与主加强物18的格栅平行地布置，更确切地说，在朝着内壳4的(在此在后面的)前侧12的方向上以一定距离平行布置。在横向方向上，两个加强格栅的交叉点优选相对于彼此偏移一半的网眼长度。表面加强物34的交叉点于是在主加强物18的网眼的中央，反之亦然(也参见图12)。

此外，如已经提及的那样，在内壳4的侧边缘上设置有向外突出的、由钢构成的加强环16，用于之后形成和固定侧面的壁元件接合部(Wandelement-Stoesse)。单个的加强环16具有两个水平的并且与以后的壁元件2的纵向延伸方向平行走向的脚40，其在主加强物18和表面加强物34之间的间隙中并且优选接触主加强物18的垂直加强杆22(在接触点上共同地用线缠绕)，更确切地说，在水平加强杆20也布置在其上的侧上。在此，相应的加强环16的一个脚40在主加强物18的与其关联的水平加强杆20之上，另一个在之下。换而言之，主加强物18的每个水平加强杆20都在共平面取向的加强环16的两个脚40之间的中央(也参见图12)。脚40的位于内壳4的内部的区段保持比较长，并且在此在该例子中在多于主加强物18的四个格栅网眼上延伸，即延伸超过800mm至1,000mm。在水平方向上看，向外伸出的区段包括端侧的弧形42分别具有优选大约400mm的长度。在两个壁元件2之间的垂直走向的接缝区域中的以后的安装和连接在下面进行进一步描述。

最后，内壳4的加强物具有直角弯曲的(譬如被弯曲的或者以该形状被浇铸的)、由钢构成的U弯形物44或者环，其脚末端46分别位于主加强物18和表面加强物34之间的间隙中。脚末端46的比较短的、在小于一个或者最多一个格栅网眼上延伸的脚区段与主加强物18的水平加强杆20平行。该U弯形物44的弧末端48垂直地从与前侧12对置的后侧50突出，并且伸入到以后的芯填充物8中至少200mm。在此，相应的U弯形物44在弯曲部或者弯折或弯形处52包围/从后部抓住主加强物18的垂直加强杆22之一，并且在那里接触它。这可以清楚地在图3和图4中看出，它们示出了通过以后的壁元件2的相应的纵截面。通过这种方式，主加强物18的至少一些网眼、优选大部分网眼、优选每个网眼都与这种U弯形物44关联。这可以在图5中看出，其示出了在即将浇注混凝土之前内壳4的加强物复合结构的完整构造。在图6中示出了在浇注混凝土之后的状态。

在制造根据图6的内壳4和相应构建的外壳6之后，将它们借助伸入以后的芯填充物8中的U弯形物44相互连接成为壁元件2。为此，将两个壳4、6相对于彼此置于所希望的相对位置中，使得内壳4的U弯形物44的弧末端48和外壳6的U弯形物44的弧末端分别直接并排，并且直的脚区段在那里交叠并接触。在此，两个U弯形物44的弧包围基本上O型的开口54。这可以清楚地在图7或图8中看到，其中在图8中为了清楚地看到而在图中将外壳6的混凝土填充物去除。也可以看到的是，U弯形物44成行地布置，其中一行的环或者O型开口54在水平方向上看齐平。在垂直方向上看，多个这种行相叠地在壁元件2的整个高度上均匀分布地布置(在此为了简化而仅仅示出了两行)。在每个这种行中，插入两个水平加强杆56，其在壁元件2的整个宽度上延伸并且对应于弯形物布置而水平取向。一个水平加强杆56对应于通过弯形物装置的O型开口54产生的自由空间而朝向内壳4取向，另一个朝向外壳6。水平加强杆56在此从内部在U弯形物44的相应弧的顶点中接触该弧。

在将所有水平加强杆56引入内壳4和外壳6之间的间隙中之后，浇注芯填充物8。芯填充物8可以由高密度混凝土制造，其中可以考虑可能预先给定的、针对放射性辐射的屏蔽作用的要求。高密度混凝土芯填充物也考虑用于负载的负载承受(即在基础复合结构中的压力负载)。为了制造高品质的复合结构，通过浇注而进行连接的混凝土面应当具有不含颗粒结构的表面(korngeruestfreigesetzte Oberflaeche)。混凝土是一种含矿物的建筑材料，并且可以视为人造岩石。其由水泥、添加物和水的混合物构成。主要使用沙、砂砾和碎石作为添加物。其在即将安装到成型模板中之前才被引入。作为普通混凝土的添加材料，主要使用自然材料如来自沉积物的砂砾或者破碎岩石(鹅卵石、碎石)。添加物主要确定混凝土的可加工性和强度。通过将不同的添加物颗粒大小进行合适的分层，努力实现了颗粒的具有较少空腔的尽可能致密的堆积，水泥浆位于其中。致密的堆积能够实现在混凝土中通过颗粒结构的负载承受。

在芯填充物8硬化之后，图1中所示的由外壳6、芯填充物8和内壳4构成的复合结构如整体物体那样起作用。内壳4和外壳6具有分别优选为至少240mm的壁厚S。芯填充物的强度/厚度T是可变的。其例如可以在200mm到大约550mm之间变化。相应地，壁元件2总体上具有在大约700mm至1,000mm的范围中的厚度D或者更大一些。对此，也参见根据图9的壁元件2的俯视图，其中芯填充物8还不存在。

在图10中从上至下示出了在施工现场将两个并排的壁元件2接合和连接时的不同步骤。首先，将两个壁元件2相对于彼此置于所希望的位置中，其中一方面为内壳4的边缘侧的加强环16并且另一方面为外壳6的边缘侧的U弯形物成对地交叠和接触。相应的加强环16的弧在此接触邻接的壁元件2的壳边缘。换而言之，从混凝土物质中伸出的弯形物区段完全在两个壁元件2之间的垂直走向的接缝58的宽度上穿过该接缝。

接着，将可封闭的、由钢构成的夹子60或者夹板推到成对的加强环16上。夹子60在安装最终状态中分别形成闭合的矩形框，其纵向梁64水平地并且垂直于主加强物18的格栅平面(并且由此也垂直于加强环16)地取向，并且其横向梁66垂直取向。矩形框包围/围拢并排布置的壁元件2的内壳4和外壳6的、在相同高度上的、与其关联的两个弯形物对，并且从外部接触它们。在此，与每个弯形物对关联有多个(这里为四个)优选以相同距离并排的、相互平行取向的夹子60(也参见图13)。

在垂直接缝58的俯视图中，其通过加强环16和夹子60划分为更小的矩形间隙，它们在壁元件的高度延伸方向上齐平。由此，在一定程度上在接合加强物内构建彼此隔离的垂直部分通道，在另一步骤中，垂直取向的加强杆62(这里为三件)可以推入其中。

最后，这样加强的、有利地并不明显大于400mm宽的垂直接缝58用混凝土浇注，更确切地说，优选用细颗粒混凝土浇注，其具有与壁元件2的内壳4和外壳6的混凝土类似的品质(混凝土质量C 50/60或者更好)。在浇注过程中的中间阶段在图11中示意性地示出。

在两个相叠布置的壁元件2之间的水平缝隙中的拉力传递如已经描述的那样通过垂直的主加强物18的螺旋接合来进行。

在(通过扁平的距离保持器70彼此间隔地)相叠设立的两个壁元件2之间的水平缝隙68(层缝隙)大约为50mm高，并且在建造壁之后用高品质的浇注水泥来浇注。用于连接元件10的螺旋接合的开口同样为了最终状态而被浇注。

所有壁元件2用所描述的方式不可推移地相互连接，并且作为整体形成抗推移的结构，其具有整体的板－片元件(Platten-Scheiben-Element)的有利特性。在单个部件之间的力传递通过特别构建的连接和接头(抗拉和推移的连接)来保证。

可以理解的是，壁元件的多种变形方案是可能的，以便例如能够实现覆盖连接、外壁和内壁之间的T接头、角连接等等。

除了在核电站楼宇建筑中使用所描述的壁元件和连接技术，当然在具有类似的高要求的其他楼宇(例如军用楼宇、工业设施楼宇等等)中也可能使用。

附图标记表

2 壁元件

4 内壳

6 外壳

8 芯填充物

10 连接元件

12 (相应壳的)前侧

14 配合开口

16 (侧面连接部的)加强环

18 主加强物

20 水平加强杆(主加强物)

22 垂直加强杆(主加强物)

24 连接件

26 连接螺栓

28 保持板

30 螺母

32 盒

34 表面加强物

36 水平加强杆(表面加强物)

38 垂直加强杆(表面加强物)

40 脚

42 弧

44 U弯形物(用于壳连接)

46 脚末端

48 弧末端

50 后侧

52 弯曲部/弯形处

54 O型开口

56 水平加强杆(芯加强物)

58 垂直接缝

60 夹子

62 垂直加强杆(缝隙加强物)

64 纵向梁

66 横向梁

68 水平缝隙(层缝隙)

70 距离保持器

Claims (10)

1.一种构建为混凝土预制部件的壁元件(2)，用于建设建筑物，其带有壁本体，该壁本体具有矩形的基本面和四个边缘，所述壁本体按照三明治结构类型的方式具有内壳(4)、外壳(6)和位于其间的芯填充物(8)，其中：

所述内壳(4)以钢筋混凝土结构类型来制造并且具有主加强物(18)，所述主加强物由总体上格栅状布置的、分别与所述边缘平行走向的第一水平加强杆(20)和第一垂直加强杆(22)构成，所述第一水平加强杆(20)和第一垂直加强杆(22)分别从边缘到边缘地穿过所述内壳(4)，

第一垂直加强杆(22)在其末端设置有连接元件(10)，所述连接元件构建用于与位于其上或者其下的壁元件(2)的互补连接元件(10)构建螺旋连接或者夹紧连接，

存在分别直角弯曲的、具有脚末端(46)和弧末端(48)的多个U弯形物(44)，所述U弯形物以其脚末端(46)浇进所述内壳(4)中，其中相应的U弯形物(44)在弯曲部(52)的区域中包围所述第一垂直加强杆(22)之一并且以其弧末端(48)伸入到所述芯填充物(8)中，并且

所述外壳(6)类似于内壳(4)地构建。

2.根据权利要求1所述的壁元件，其中所述主加强物(18)的每个格栅都关联有伸入所述芯填充物(8)中的U弯形物(44)。

3.根据权利要求1或2所述的壁元件(2)，其中所述内壳(4)的U弯形物(44)和所述外壳(6)的U弯形物(44)在其弧末端(48)上成对地交迭，并且分别包围O型开口(54)，引导穿过至少一个作为芯加强物的组成部分的第二水平加强杆(56)。

4.根据权利要求1或2所述的壁元件(2)，其中存在与主加强物(18)平行走向的表面加强物(34)。

5.根据权利要求4所述的壁元件(2)，其中U弯形物(44)的脚末端(46)位于所述主加强物(18)和所述表面加强物(34)之间。

6.根据权利要求1或2所述的壁元件(2)，其中为了建立至侧面相邻的壁元件(2)的连接，侧向地从壁本体中伸出的U形的加强环(16)浇进所述内壳(4)和所述外壳(6)中。

7.多个并排布置的壁元件(2)的复合结构，所述壁元件分别根据权利要求6构建，其中直接相邻的壁元件(2)的加强环(16)在垂直接缝(58)中成对地交迭，并且其中所述内壳(4)的每个环对与所述外壳(6)的环对通过夹子(60)而围拢。

8.根据权利要求7所述的多个并排布置的壁元件的复合结构，其中在垂直接缝(58)中布置有至少一个第二垂直加强杆(62)。

9.一种壁元件(2)的复合结构，所述壁元件分别根据权利要求1至6之一构建，其中相叠布置的壁元件(2)通过连接元件(10)相互拧合或者夹紧。

10.根据权利要求9所述的壁元件(2)的复合结构，其中在这些壁元件(2)之间的水平层缝隙(68)和垂直接缝(58)用混凝土和/或水泥来浇注。