DE102012219209A1 - Wall element for prefabricated buildings - Google Patents
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Abstract
Es soll eine modular vorgefertigte massive Stahlbetonkonstruktion aus Stahlbetonplatten und Fugenverbindungselementen entstehen, die nach dem Verbinden der einzelnen Elemente als eine monolithische Einheit das hohe Lastniveau unter verschiedenen Lastfällen, wie sie im nuklearen Kraftwerksbau typisch sind, abträgt. Dies wird erreich durch ein als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement (2) zur Errichtung eines Bauwerks mit einem eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche und vier Rändern aufweisenden Wandkörper, der nach Art einer Sandwichbauweise eine Innenschale (4), eine Außenschale (6) und eine dazwischen liegende Kernfüllung (8) besitzt, wobei • die Innenschale (4) in Stahlbetonbauweise gefertigt ist und eine Hauptbewehrung (18) aus insgesamt gitterförmig angeordneten, jeweils parallel zu den Rändern verlaufenden horizontalen Bewehrungsstäben (20) und vertikalen Bewehrungsstäben (22) aufweist, welche die Innenschale (4) jeweils im Wesentlichen von Rand zu Rand durchdringen, • die vertikalen Bewehrungsstäbe (22) an ihren Enden mit Verbindungselementen (10) versehen sind, die zur Herstellung einer Schraub- oder Spannverbindung mit komplementären Verbindungselementen (10) eines darüber oder darunter liegenden Wandelements (2) ausgebildet sind, • eine Mehrzahl von jeweils rechtwinklig abgewinkelten, ein Schenkelende (46) und ein Bogenende (48) aufweisenden U-Bügeln (44) vorhanden ist, die mit ihrem Schenkelende (46) in die Innenschale (4) eingegossen sind, wobei der jeweilige U-Bügel (44) im Bereich der Abwinklung (52) einen der vertikalen Bewehrungsstäbe (22) umgreift und mit seinem Bogenende (48) in die Kernfüllung (8) hineinragt, und • die Außenschale (6) analog zu Innenschale (4) aufgebaut ist.The aim is to create a modular, prefabricated, solid reinforced concrete structure made of reinforced concrete slabs and joint connecting elements, which after connecting the individual elements as a monolithic unit will support the high load level under various load cases, as is typical in nuclear power plant construction. This is achieved by means of a wall element (2) designed as a prefabricated concrete component for erecting a building with a wall body which has an essentially rectangular base area and four edges and which, in the manner of a sandwich construction, has an inner shell (4), an outer shell (6) and an intermediate core filling (8), whereby • the inner shell (4) is made of reinforced concrete and has a main reinforcement (18) consisting of a total of lattice-shaped horizontal reinforcement bars (20) and vertical reinforcement bars (22) which run parallel to the edges and which the inner shell ( 4) each penetrate essentially from edge to edge, • the vertical reinforcement bars (22) are provided at their ends with connecting elements (10), which are used to produce a screw or tension connection with complementary connecting elements (10) of a wall element above or below ( 2) are formed, • a plurality of each s there are U-brackets (44) which are angled at right angles and have a leg end (46) and a bow end (48) and are cast with their leg end (46) into the inner shell (4), the respective U-bracket (44) in the area of the bend (52) engages around one of the vertical reinforcing bars (22) and protrudes with its arch end (48) into the core filling (8), and • the outer shell (6) is constructed analogously to the inner shell (4).
Description
Die Erfindung betrifft ein als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement zur Errichtung eines Bauwerks. Sie betrifft ferner ein unter Verwendung derartiger Wandelemente hergestelltes Bauwerk, insbesondere ein Betriebs- oder Anlagengebäude eines Kernkraftwerks. The invention relates to a trained as precast concrete wall element for the construction of a building. It further relates to a construction made using such wall elements, in particular an operating or plant building of a nuclear power plant.
Sicherheitsrelevante Gebäude von nuklearen Anlagen, beispielsweise solche Gebäude, die die Notstromaggregate beherbergen, wurden bislang fast ausschließlich als Ortsbetonkonstruktion ausgeführt. Die im gewöhnlichen Wohngebäudebau erprobte Fertigbauweise kam im nuklearen Sektor aufgrund des sehr hohen Lastniveaus bislang praktisch nicht zur Anwendung. Safety-related buildings of nuclear facilities, such as those buildings that house the emergency generators, have so far been almost exclusively designed as a local concrete construction. Due to the very high load level, the prefabricated construction method tested in ordinary residential construction has so far not been used in the nuclear sector.
Das Gebäude / die Konstruktion muss dort nämlich allen Lasten und Lastverbindungen von folgenden Ereignissen aus den Gruppen EVI – Einwirkung von Innen – und EVA – Einwirkung von außen – widerstehen: The building / construction must withstand all the loads and load connections of the following events from the groups EVI - influence of indoor and external EVA:
Normalbetrieb: Normal operation:
- – Ständige Lasten - Permanent loads
- – Variable Lasten inklusive Lasten bedingt durch Transport und Installation - Variable loads including loads due to transport and installation
- – Kombinierte Lasten - Combined loads
Einflüsse durch von außen verursachte Personenereignisse: Influences caused by outside events:
- – Explosion - explosion
- – Abstürze von Flugmaschinen - crashes of flying machines
- – Feuer im Außenbereich - Fire in the outdoor area
Einflüsse durch innere unvorhergesehene Ereignisse: Influences from internal unforeseen events:
- – Innerbetriebliches Feuer - Internal fire
- – Einsturz des inneren Designs - collapse of the inner design
- – Fallende Lasten - Falling loads
- – Interne Überflutung - Internal flooding
- – Interne Explosion - Internal explosion
Unwahrscheinliche Ereignisse: Unlikely events:
- – Erdbeben - Earthquake
- – Extreme Winde - Extreme winds
- – Extremer Schnee und Vereisung - Extreme snow and icing
- – Tornadolasten, Einfluss von Tornado-Geschossen - Tornadolasten, influence of Tornado-Geschossen
- – Extreme Außentemperaturen - Extreme outside temperatures
- – Externe Überflutung - External flooding
- – Extremer Niederschlag - extreme precipitation
- – Objektschutz - Property protection
- – Explosive Druckwelle - Explosive pressure wave
- – Explosive Gaswolke - Explosive gas cloud
Die Verwendung von Fertigbauteilen – obwohl wegen der damit einhergehenden Standardisierung und der Optimierung der gesamten Planung, Konstruktion und Bauabläufe als durchaus wünschenswert angesehen – stieß in diesem Kontext bislang auf erhebliche Schwierigkeiten und unterblieb daher. Dies liegt insbesondere an den bislang im Fertigbau gebräuchlichen Verbindungstechniken, die entweder die im nuklearen Sektor gestellten Anforderungen hinsichtlich Lastabtrag nicht erfüllen oder nicht in der Lage sind, die dort anzutreffenden, zulässigen Bauteiltoleranzen einzuhalten und zugleich flexible Anschlüsse auf der Baustelle zu ermöglichen und Ausrichtungsungenauigkeiten bei der Montage zu überwinden. The use of prefabricated components - although considered to be quite desirable because of the associated standardization and the optimization of the entire planning, construction and construction processes - encountered considerable difficulties in this context and was therefore omitted. This is particularly due to the customary in prefabrication connection technologies that either do not meet the requirements imposed in the nuclear sector in terms of load transfer or are not able to comply with the there encountered allowable component tolerances and at the same time allow flexible connections on site and alignment inaccuracies in the Overcome assembly.
Die Tatsache, dass für jedes Kernkraftwerk im Wesentlichen die gleichen Gebäude, mit der gleichen Funktionalität neu geplant werden, führt zu der Überlegung, wie die Planungs- und Ausführungskosten reduziert werden können. The fact that essentially the same buildings, with the same functionality are planned for each nuclear power plant, leads to the consideration of how the planning and execution costs can be reduced.
Eine Reduzierung ist möglich durch Systeme, die es ermöglichen, mit vorgefertigten Modulen die gewünschten Räume und ihre Belegung flexibel zu planen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die Einführung der Fertigteilbauweise bisher vor allem auf Schwierigkeiten bezüglich der kraftschlüssigen Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen und der Überwindung der damit einhergehenden Toleranzen und Maßungenauigkeiten sowie Ausrichtungsungenauigkeiten bei der Montage stieß. A reduction is possible by means of systems which make it possible to flexibly plan the desired rooms and their occupancy with prefabricated modules. This is based on the consideration that the introduction of prefabricated construction previously encountered mainly difficulties with respect to the frictional connection between the individual components and overcoming the associated tolerances and dimensional inaccuracies and alignment inaccuracies in the assembly.
In einer Voranmeldung der AREVA NP GmbH mit der Veröffentlichungsnummer
Demnach ist ein als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement – dort Wandmodul genannt – zur Errichtung eines Bauwerks mit einem Wandkörper vorgesehen, mit einer Mehrzahl von in ihrer Gesamtheit ein regelmäßiges Bewehrungsgitter bildenden, vorzugsweise jeweils parallel zu den Rändern des Wandkörpers verlaufenden Bewehrungsstäben, die in den Wandkörper eingegossen sind, wobei zumindest einige der Bewehrungsstäbe den Wandkörper jeweils im Wesentlichen von Rand zu Rand durchdringen und an ihren Enden mit Verbindungselementen versehen sind, die zur Herstellung einer Verbindung mit komplementären Verbindungselementen eines unmittelbar benachbarten Wandelelements ausgebildet sind. Dabei ist das jeweilige Verbindungselement – jedenfalls im gelösten, nicht mit einem komplementären Verbindungselement verbundenen Zustand – derart spielbehaftet bzw. beweglich mit dem zugehörigen Bewehrungsstab verbunden, dass es in einer zur Längsrichtung des Bewehrungsstabes senkrechten Ebene allseitig um mindestens 2 Millimeter gegenüber einer vorgesehenen Zentralposition verschiebbar ist. Accordingly, designed as a precast concrete wall element - there called wall module - provided for the construction of a structure with a wall body, with a plurality of in their entirety a regular reinforcing grid forming, preferably each parallel to the edges of the wall body extending reinforcing bars which are cast into the wall body , wherein at least some of the reinforcing bars penetrate the wall body in each case substantially from edge to edge and are provided at their ends with connecting elements which are used for the production a connection with complementary connecting elements of an immediately adjacent conversion element are formed. In this case, the respective connecting element - at least in the dissolved, not connected to a complementary connecting element state - so playfully connected or movably connected to the associated reinforcing rod that it is displaceable in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the reinforcing rod level on all sides by at least 2 millimeters relative to an intended central position ,
Ferner wurde als bevorzugte Ausführungsform ein Wandelement beschrieben, bei dem der Wandkörper nach Art einer Sandwichbauweise eine Außenschale, eine Innenschale und eine dazwischen liegende Kernfüllung besitzt, wobei die Außenschale und die Innenschale über Bewehrungselemente schub- und zugfest miteinander verbunden sind. Allerdings wurde dieses Grundkonzept der Sandwichbauweise dort nicht näher hinsichtlich möglicher Ausführungsformen konkretisiert. Furthermore, a wall element has been described as a preferred embodiment in which the wall body has a shell, an inner shell and an intermediate core filling in the manner of a sandwich construction, wherein the outer shell and the inner shell via reinforcing elements are thrust and tensile strength connected to each other. However, this basic concept of the sandwich construction was not specified there in detail with regard to possible embodiments.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die in der genannten Voranmeldung beschriebenen Wandelemente weiterzuentwickeln. Es soll eine modular vorgefertigte massive Stahlbetonkonstruktion aus Stahlbetonplatten und Fugenverbindungselementen entstehen, die nach dem Verbinden der einzelnen Elemente als eine monolithische Einheit das hohe Lastniveau unter den verschiedenen eingangs genannten Lastfällen abträgt. Dabei soll insbesondere eine mit akzeptablem Aufwand zu errichtende und für die genannten Anforderungen ausgelegte Bewehrungsstruktur für die Stahlbetonplatten und für die Fugenverbindungen geschaffen werden. Außerdem sollen die beim Aneinanderreihen der Wandelemente vorhandenen und mit Ortbeton oder einer anderen Füllmasse – beispielsweise Mörtel – zu vergießenden Fugen ein möglichst geringes Volumen besitzen, so dass auf der Baustelle nur wenig Ortbeton und Schalungsmaterial benötigt wird. At this point, the present invention begins, whose task is to further develop the wall elements described in the above-mentioned application. It is a modular prefabricated solid reinforced concrete construction of reinforced concrete slabs and joints joints arise that removes the high load level of the various load cases mentioned above after connecting the individual elements as a monolithic unit. In particular, it is intended to create a reinforcing structure for the reinforced concrete slabs and for the joint joints that can be erected with acceptable effort and designed for the stated requirements. In addition, the existing when juxtaposing the wall elements and with cast-in-situ or other filling material - for example mortar - to be potted joints have the lowest possible volume, so that on site only little in situ concrete and formwork material is needed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Konkretisierungen des Grundprinzips gehen aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigen jeweils in vereinfachter und schematischer Darstellung: Advantageous developments and concretizations of the basic principle will become apparent from the subclaims and from the following detailed description of an embodiment. Each shows in a simplified and schematic representation:
Im Folgenden beziehen sich alle Positions- und Richtungsangaben wie „oben“, „unten“, „vertikal“, „horizontal“ usw. auf die in den Figuren dargestellte übliche Einbauposition der Wandelemente. In the following, all position and direction indications refer to as "top", "bottom", "vertical", "Horizontal", etc. on the illustrated in the figures usual installation position of the wall elements.
Die auch als Biegebewehrung bezeichnete, zur Aufnahme und Weiterleitung von Zugkräften im Verbund der Wandelemente
Je zwei in horizontaler Richtung aufeinanderfolgende, an ihren oberen Enden jeweils mit einem Schraubgewinde versehene vertikale Bewehrungsstäbe
Damit ist insgesamt ein System von Verbindungselementen
Zurück zum Aufbau der Innenschale
Des Weiteren sind an den Seitenkanten der Innenschale
Schließlich weist die Bewehrung der Innenschale
Nachdem die Innenschale
Nach dem Einbringen aller Bewehrungsstäbe
Nach dem Aushärten der Kernfüllung
In
Anschließend werden verschließbare Klammern
In der Draufsicht auf die vertikale Stoßfuge
Schließlich wird die dermaßen bewehrte, vorteilhafterweise nicht wesentlich mehr als 400 mm breite vertikale Stoßfuge
Die Zugkraftübertragung in der horizontalen Fuge zwischen zwei übereinander angeordneten Wandelementen
Die horizontale Fuge
Alle Wandelemente
Es versteht sich, dass zahlreiche Variationen der Wandelemente möglich sind, um beispielsweise Deckenanschlüsse, T-Stöße zwischen Außen- und Innenwänden, Eckverbindungen usw. zu ermöglichen. It is understood that numerous variations of the wall elements are possible, for example, to allow ceiling connections, T-joints between outer and inner walls, corner joints, etc.
Neben einer Verwendung der beschriebenen Wandelemente und Verbindungstechniken im nuklearen Kraftwerksgebäudebau ist natürlich auch eine Anwendung bei anderen Gebäuden mit ähnlich hohen Anforderungen (z. B. Militärgebäude, Industrieanlagengebäude etc.) möglich. In addition to use of the described wall elements and connection techniques in nuclear power plant building construction, of course, an application in other buildings with similar high demands (eg military buildings, industrial plant buildings, etc.) is possible.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 2 2
- Wandelement wall element
- 4 4
- Innenschale inner shell
- 6 6
- Außenschale outer shell
- 8 8th
- Kernfüllung core filling
- 10 10
- Verbindungselement connecting element
- 12 12
- Frontseite (der jeweiligen Schale) Front side (the respective shell)
- 14 14
- Eingriffsöffnung engagement opening
- 16 16
- Bewehrungsschlaufe / U-Bügel (seitlicher Anschluss) Reinforcement loop / U-bracket (side connection)
- 18 18
- Hauptbewehrung main reinforcement
- 20 20
- horizontaler Bewehrungsstab (Hauptbewehrung) horizontal reinforcing bar (main reinforcement)
- 22 22
- vertikaler Bewehrungsstab (Hauptbewehrung) vertical reinforcing bar (main reinforcement)
- 24 24
- Verbindungsstück joint
- 26 26
- Anschlussbolzen connecting bolt
- 28 28
- Halteplatte Retaining plate
- 30 30
- Mutter mother
- 32 32
- Kasten box
- 34 34
- Oberflächenbewehrung surface reinforcement
- 36 36
- horizontaler Bewehrungsstab (Oberflächenbewehrung) horizontal reinforcing bar (surface reinforcement)
- 38 38
- vertikaler Bewehrungsstab (Oberflächenbewehrung) vertical reinforcing bar (surface reinforcement)
- 40 40
- Schenkel leg
- 42 42
- Bogen bow
- 44 44
- U-Bügel (zur Schalenverbindung) U-bracket (for shell connection)
- 46 46
- Schenkelende leg end
- 48 48
- Bogenende arch end
- 50 50
- Rückseite back
- 52 52
- Abwinklung / Knickstelle Angling / kink
- 54 54
- O-förmige Öffnung O-shaped opening
- 56 56
- horizontaler Bewehrungsstab (Kernbewehrung) horizontal reinforcing bar (core reinforcement)
- 58 58
- vertikale Stoßfuge vertical butt joint
- 60 60
- Klammer clip
- 62 62
- vertikaler Bewehrungsstab (Fugenbewehrung) vertical reinforcing bar (joint reinforcement)
- 64 64
- Längsstrebe longitudinal strut
- 66 66
- Querstrebe crossmember
- 68 68
- horizontale Fuge (Lagerfuge) horizontal joint (bearing joint)
- 70 70
- Abstandshalter spacer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2012/123067 A1 [0007, 0033] WO 2012/123067 A1 [0007, 0033]
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