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Gebäudekonstruktion aus Fertigbauteilen und Verfahren zu deren Herstellung.
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Die Erfindung betrifft eine Gebäudekonstruktion aus vorgegossenen
Fertigbauteilen und eine Methode zu deren Herstellung. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Gebäudekonstruktion und ein Verfahren, bei dem Fertigbauteile aus
einem Gemenge, beispielsweise aus Beton durch diesen vorgefertigt werden. Die Fertigbauteile
sind so ausgestaltet, daß sie leicht zusammengesetzt und gegeneinander verspannt
werden können. Auf diese Weise wird mit minimalem Zeit-und Kostenaufwand ein Gebäude
geschaffen. Die Fertigbauteile sind insbesondere auch für Massenproduktion vorgesehen,
wodurch die Kosten weiter reduziert werden Die durch die Massenproduktion ermöglichte
Kostenreduzierung hat in den letzten Jahren für zunehmende Beliebtheit der vorgefertigten
Betonkonstruktionen gesorgt. Dennoch blieben viele der bei Fertigbauteilen auftretenden
Probleme
bisher ungelöst. Die Anordnung der Versorgungskanäle in
den Fertigbauteilen wurde bisher nicht zufriedenstellend gelöst. Bekannte Fertigbaukonstruktionen
sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: 1. Gillette, Roy W., "Precast
Boxes Stacked to Build 496-Room Hotel in Nine Months for Hemisfair", Givil Etgineering,
March 1968, pp. 44?.
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2. t1Habitat 67's 5 Housing Blocks Build a Better Environment". Engineering
News-Record, June 16, 1966, pp. 84-86.
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3. Harper, W. W. and Ohl, Herbert, "Housing Research Program: Comprehensive
Housing", Report 04.1, Research & Graduate Center School of Architecture, Texas
A & M University, April 1966.
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4. "Hotel Construction Methods Receive National Acclaim", Texas Professional
Engineer, January 1968, pp. 14-15.
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Keine der bekannten Konstruktionen besitzt jedoch die Vorteile hinsichtlich
Bequemlichkeit, Schnelligkeit, Billigkeit, Wartungsfreiheit, Ungeziefersicherheit,
Feuersicherheit, Schallsicherheit und ähnlichen Eigenschaften, wie sie die vorliegende
Konstruktion aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine verbesserte Gebäudekonstruktion
und ein Verfahren, die wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik bringen.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vielzahl durch Gießen vorgefertigter,
endseite auf einanderstoßender verstärkter Fertigbauteile vorgesehen, die zu einem
Gebäude zusammensetzbar sind. Jedes der Fertigbauteile besitzt wenigstens zwei Wände,
die in einem im wesentlichen rechten Winkel zusammenstoßen. Jede Wand der Fertigbauteile
ist mit einer Vielzahl von Kanälen versehen, die in einer Richtung senkrecht zu
den im Beton vorgesehenen Armierungen angeordnet sind. Die Richtung der Kanäle verläuft
jedoch parallel zu der Kante, in der die Wande zusammenlaufen. Die Kanäle jedes
Fertigbauteils sind so angeordnet, daß sie mit den Kanälen anderer Fertigbauteile
fluchten, wenn die Fertigbauteile zusammengesetzt werden. Zur Erfindung gehört außerdem
eine Verspannvorrichtung, die die Fertigbauteile zusammenhält, wenn das Gebäude
zusammengesetzt wird.
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Bestimmte Ausführungsformen der ErfiSlng können mit Dichtungsvorrichtungen,
wie z. B. Nut und Feder, versehen sein, mit denen die auf einanderstoßenden Enden
der Fertigbauteile abgedichtet werden. Zusätzlich können die aufeinanderstoßenden
Enden der Fertigbauteile mit Rillen am Umfang versehen sein, die quer verlaufende
Kanäle bilden. Die Form der Versorgungskanäle ist rund und vorzugsweise von länglichem
Querschnitt. Es sind Vorrichtungen zum Verschließen der Enden der Fertigbauteile
vorgesehen, durch die die Versorgungskanäle
verschlossen werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Gebäudes, wobei mehrere Fertigbauteile von etwa ring- oder rohrförmiger Gestalt
gegossen werden. Die Fertigbauteile werden beim Gießen mit Metallarmierungen verstärkt,
die in Umfangsrichtung, also quer zu den Versorgungskanälen verlaufen und diese
wie ein Fachwerk umgeben.
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Nach Abbinden des Betons liegen die Fertigbauteile vor.
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Sie werden dann,mit den Enden aufeinanderstoßend, angeordnet. Durch
Verspannen werden sie zusammengehalten und bilden so ein Gebäude. Dabei fluchten
die Versorgungskanäle.
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Bei gewissen Ausführungsformen kann das Verfahren auch einen Schritt
enthalten, bei dem die Fertigbauteile um 90° gedreht werden, um dann so zu liegen,
daß die Versorgungskanäle in horizontaler Richtung von vorn nach hinten durch das
Gebäude verlaufen. Bei anderen Ausführtingsformen der Methode gemäß der Erfindung
weisen die Fertigbauteile eine L-Form auf, was durch Einsetzen von Trennstücken
an zwei diagonal gegenüberliegenden Ecken wahrend des Gießens erreicht wird. Die
L-förmigen Teilt werden ebenfalls durch
Verspannen zusammengehalten0
In den Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es
zeigen: Big. 1 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Fertigbauteiles in
Ansicht von oben während des Gießens, jedoch ohne Verschalung, Fig. 2 einen Schnitt
nach Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht nach Linie 3-3 in Fig. 1, Fig. 4 eine
Ansicht einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, Fig. 5 eine Teilansicht
einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung, Fig. 5A die seitliche Ansicht
der Eckverbindung vierer aufeinandePlt;oßender Fertigbauteile, wobei je zwei übereinanderstehen,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht verschiedener, zu einem Gebäude zusammengesetzter
Fertigbauteile, Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 in Fig. 6 mit Darstellung des
Abschlusses der Fertigbauteile, Fig. 8 eine teilweise Darstellung in vergrößertem
Maßstab der Verspannvorrichtung gemäß Linie 8-8 in Big. 6, Fig. 9 einen Schnitt
in vergrößertem Maßstab durch die Dichtung zwischen zwei aneinanderstoßenden Fertig
bauteilen,
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer aus Berigbauteilen
zusammengesetzten Konstruktion, Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines aus
Fertigbauteilen zusammengesetzten Gebäudes, Fig. 12 eine Darstellung des Verlaufes
der Armierung in einem Sertigbauteil, Fig. 13 eine Darstellung der Armierung in
Fig. 12 entlang einem Schnitt gemäß Linie 13-13 in Fig. 12, Fig. 14 eine Draufsicht
auf die Anordnung zum Gießen zweier L-förmiger Fertigbauteile, Fig. 15 eine perspektivische
Ansicht zweier Gebäudeteile, die aus L-förmigen Fertigbauteilen zusammengesetzt
sind, Big. 16 eine andere Gebäudekonstruktion aus L-förmigen Fertigbauteilen, Fig.
17 eine Draufsicht auf ein frisch gegossenes Fertigbauteil in seiner Verschalung,
Fig. 18 eine Draufsicht in vergrößertem Maßstab auf eine zusammenklappbare Form,
die zur Herstellung der Versorgungskanäle dient, in zusammengeklapptem Zustand,
Fig. 19 eine Draufsicht auf die Form gemäß Fig. 18, jedoch in auseinandergeklappter
Arbeitsstellung, Fig. 20 einen Längsschnitt durch die Form gemäß Fig. 19, Fig. 21
einen Längsschnitt durch die Borm gemäß Fig. 18.
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Wie aus. Fig. 1 ersichtlich, ist 11 ein Fertigbauteil gemäß der Erfindung.
Es. entspricht einem Betonkasten, bei dem zwei gegenüberliegende Seiten fehlen.
Die Position des Fertigbauteiles entspricht dem Zustand nach Abnehmen der Verschalung
nach dem Gießen. Typische Abmessungen sind innere lichte Weiten von 8 m und 3 m.
Die Wandstärke beträgt etwa 30 cm. Die Tiefe des Bauteiles beträgt 3 m, wie aus
Fig. 2 ersichtlich.
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Das Fertigbauteil 11 besitzt eine rechtwinklige Form, Seitenwände
12, eine Bodenwand 14 und eine obere Wand 13.
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Aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung wird in Fig. 2 von der
rechten Seitenkante 16 als der Vorderkante und von der Kante 17 als der Hinterkante
gesprochen. Die Vorderkante 16 weist eine V-förmige Nut 20 auf und die Hinterkante
17 besitzt eine V-förmige Feder21.
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Die Kanten 16 und 17 weisen außerdem am Umfang Rillen 24 auf, die
bei Ubereinander- und Nebeneinanderstellen von je zwei Fertigbauteilen 11 in der
Kante, in der vier Fertigbauteile zusammenstoßen, einen Versorgungskanal 25 bilden,
wie aus Fig. 5A ersichtlich. Der Kanal 25 dient als Durchgang oder zum Verdecken
von Leitungen oder nur als Schattenlinie zur Verschönerung des fertigen Bauwerkes.
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In den weggebrochenen Teilen der Fig. 1 und 2 ist die Stahlarmierung
28 sichtbar, die in verschiedener Art und Weise angeordnet sein kann. Die Armierung
erhöht die Festigkeit des Fertigbauteiles.
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Jedes der Fertigbauteile 11 besitzt eine Vielzahl von Kanälen, die
durch seine vier Wände in einer Richtung parallel zu den Kanten des Fertigbauteils
und senkrecht zur Armierung verlaufen. Die Kanäle aller Fertigbauteile fluchten
miteinander, wenn diese mit ihren Kanten aneinandergefügt werden. Auf diese Weise
werden durch mehrere Fertigbauteile verlaufende durchgehende Kanäle gebildet.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, besitzen die Kanäle 29 ovalen
Querschnitt und verlaufen während des Gießens des Fertigbauteiles 11 in senkrechter
Richtung. Vor der Anordnung in einem Gebäude wird das Fertigbauteil um 900 gedreht,
so daß die Kanäle 29 dann in waagerechter Richtung verlaufen.
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Jede der Kanten des Bertigbauteiles 11 ist mit Spannkanälen 30 versehen,
die parallel zu den Kanälen 29 verlaufen und während des Gießens des Bauteiles in
geeigneter Art und Weise hergestellt werden.
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Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, besitzt jede Backe des
Fertigbauteiles
Absätze 31, die flache Flächen senkrecht zu den Spannkanälen 30 schaffen, um auf
diesen Flächen die Ankerplatten anzuordnen. Zusätzlich können in den Wänden mittlere
Spannkanäle 32 vorgesehen sein (siehe Fig. 3), an deren Enden ebenfalls Absätze
33 vorgesehen sind, in denen die Ankerplatten anzuordnen sind. Wie aus den Fig.
6 und 8 ersichtlich, werden die Fertigbauteile 11 durch eine Spannvorrichtung zusammengehalten.
Dazu werden sie zunächst miteinander fluchtend angeordnet und mit den Kanten gegeneinander
gesdzt. Sodann werden sie durch SpAnnstangen 35, die durch die Spannkanäle 30 verlaufen,
gegeneinander verspannt.
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In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 8 werden zunächst zwei Bauteile
11 aneinanderstoßend und fluchtend angeordnet und dann die Spannstangen 35 durch
die ßpannkanäle 30 und bei Bedarf auch durch die Spannkanäle 32 gesteckt. In den
Absätzen 31 und 33 sind Unterlageplatten angeordnet, gegen die nun muttern 37 und
Kupplungsmuttern 38 auf Gewindestücken der Spannstange 35 geschraubt werden. Durch
Drehen der Mutter 37 kann die gewünschte Verspannung der Fertigbauteile 11 gegeneinander
eingestellt werden.
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Anordnungennwie in Fig. 6 gezeigt, können später zum Bau von Gebäuden
oder von Trägern, wie in Fig. 10 dargestellt,
verwendet werden
oder, wie in Figv 11 dargestellt, übereinandergestapdt werden. Aus Fig. 11 ist ersichtlich,
daß die Seitenwände die Belastung tragen müssen. Die Anordnung ist in dieser Darstellung
so, daß zwischen einigen Bau-.
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teilen ein Raum freigelassen ist, wodurch die Baukosten gesenkt werden
können. Die Ein oberer Abschluß kann hier durch Platten.oder durch U-formige Bauteile
erreicht werden.
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In Fig. 9 ist die Fuge und die Abdichtung zwischen zwei aufeinanderstoßenden
Kanten zweier Fertigbauteile 11 dargestellt. Es ist aus dieser Figur ersichtlich,
wie die Vorderkante 16 des einen Teiles mit der Hinterkante 17 des anderen Teiles
mit Nut und Feder in Eingriff ist. Dichtungen sind vorgesehen, um die Kanten flüssigkeitsdicht
zu machen.
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Dazu dienen beispielsweise teilweise eingebettete Neoprenstränge 39,
die etwas vorstehen, um eine gute Abdichtung zu gewahrleisten.
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Wie aus Fig. 7 ersichtlich, werden frei endende Kanten der Fertigbauteile
11 mit einem Verschluß 40xersehen, der auch die Kanäle 29 verschließt.
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In Fig. 5 ist ein Fertigbauteil 41 einer anderen Ausführungsform dargéstellt.
Die Figur zeigt dieses Bauteil in einer Ansicht entsprechend der in Fig. 2. Dieser
Figur ist
zu entnehmen, daß bei dem Fertigbauteil 41 die Absätze
31 fehlen, die zum Verspannen der Fertigbauteile dienen. Diese Ausführungsform findet
jedoch nur im Inneren eines Bauwerkes Verwendung, wenn sie von weiteren Bauteilen
41 umgeben ist und wenn die Spannstangen 35 ohne Verschraubung an dazwischen liegenden
Stellen durch mehrere Fertigbauteile verlaufen.
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Ansonsten entspricht das Fertigbauteil 41 dem Fertigbauteil 11.
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Wie aus den Fig. 12 und 13 ersichtlichs besteht die Armierung für
die Fertigbauteile 11 vorzugsweise aus mehreren rechtwinkligen Versteifungen 43
aus Stahlstangen, die so angeordnet sind, daß sie jeweils auf verschiedenen Seiten
der Kanäle 29 vorbeilaufen (siehe Fig. 4 und 12). Zusätzlich können längliche Spiralen
von Stahlstang.en um die Kanäle 29 verlegt werden, um deren Festigkeit zu erhöhen.
Diese Versteifungen können nooh durch U-förmige Distanzhalter 44 in ihrer Lage fixiert
werden. Wie aus Big. 13 ersichtlich, sind deren untere Teile mit den Versteifungen
23 verschwißt, um während des Betongießens die Festigkeit der Armierung zu gewährleisten..
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Aun Fig. 17 ist zu ersehen, wie die Fertigbauteile 11 aus Beton gegossen
werden. Zu diesem Zweck wird eine rechtwinklige Verschalung, bestehend aus einer
äußeren Form 46 und
einer inneren Form 47 angefertigt, die zwischen
sich einen Abstand lassen, der der Wandstärke des Fertigbauteiles entspricht. Die
normen 46 und 47 werden auf einer üblichen Grundplatte befestigt. Anschließend werden
Formen 50 von ovalem Querschnitt mit gleichem Abstand untereinander zwischen den
Formen 46 und 47 angeordnet, wo sie als Gießform für die Kanäle 29 dienen. Die Versteifungen
43 werden zwischen den Formen 46 und 47 angeordnet. Außerdem werden Röhren für die
Spannkanäle 30 und zusätzliche Verschalungen für die Nuten 20 angeordnet. Nun ist
die Verschalung fertig und kann mit Beton gefüllt werden.
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Die Fig. 18 bis 21 zeigen eine geeignete Form 50, die teilweise zusammenklappbar
ist und zur Herstellung der Kanäle 29 dient. Die Form besitzt gekrümmte Seiten 53
und Endstücke 54. Die Wandteile 53 und 54 können aus Metall oder anderem festen
Material bestehen. Die Seiten 53 sind so angeordnet, daß sie nach den Seiten ausgefshren
werden können, bis sie den gewünschten Abstand zueinander haben.
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Die Endstücke 54 schließen dann die Lücken an den Enden zwischen den
gegenüberliegenden Seiten 53. Die Betätigung der Wandteile der Form 50 erfolgt durch
eine in der Mittelachse sich erstreckende Stange 55, an der Betätigungshebel 56
angelenkt sind. Diese Hebel sind einerseits an der Stange 55 angelenkt und andererseits
an den Endstücken 54 befestigt.
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An den Betätigungshebeln 56 sind in der Nähe der Endstücke 54 Hebel
57 angelenkt, die'mit ihren anderen Enden an den Enden der gekrümmten Seiten 53
angelenkt sind.
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Bei Verschiebung der Stange 55 in Richtung des Pfeiles 59 in Fig 20
werden die Betätigungshebel 56 auseinandergedrückt. Dadurch werden die Endstücke
54 auseinandergedrückt und über die Hebel 57 auch die Seiten 53 auseinandergedrückt.
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Die Form wandelt sich dann aus dem zusammengeklappten Zustand gemäß
Fig. 18 in den auseinandergeklappten Zustand gemäß Fig. 19, in dem er als Form für
die Kanäle 29 dient.
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Bolzen 60 und 61 an den Betätigungshebeln 56 verbessern deren Bewegungsfähigkeit.
Die Form 50 kann aus dem fertig gegossenen und abgebundenen Betonfertigbauteil entfernt
werden, nachdem die Stange 56 in Richtung des Pfeiles 62 in Fig. 21 bewegt wurde.
Durch diese Bewegung wird die Form 50 aus der auseinandergeklappten Stellung gemäß
Fig. 19 in die zusammengeklappte Stellung gemäß Fig. 18 überführt, woraufhin sie
aus dem Kanal 29 herausgezogen werden kann.
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Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Armierung des Betonteils.
Dabei werden mehrere Stahlseile 63 um die Kanäle 29 herumgeschlungen und ergeben
so den gewünschten Fachwerkaufbau der Armierung.
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In den Fig. 14 bis 16 sind L-förmige Fertigbauteile dargestellt. Diese
Fertigbauteile werden so hergestellt, daß Trennstücke 65 in die Verschalung eingelegt
werden, und zwar an diagonal gegenüberliegenden Ecken der Form, wie aus Fig. 14
ersichtlich. Zusätzliche Spannkanäle 66, die bei den L-förmigen Fertigbauteilen
notwendig sind, werden an den neuen Enden der Bauteile angeordnet.
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Die L-förmigen Fertigbauteile 67 können gemäß den Fig. 15 und 16 angeordnet
werden. Sie werden dann verspannt, wie schon beim Zusammenbau. der Fertigbauteile
11 beschrieben.
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Fig. 15 zeigt eine horizontale Anordnung und Fig. 16 eine vertikale
Anordnung der Fertigbauteile 67. Bei der Anordnung gemäß Fig. 16 in vertikaler Richtung
ergeben sich vertikal verlaufende Kanäle von beträchtlicher Länge, die mit Armierung
versehen und mit Beton vergossen werden können, um so die Festigkeit wesentlich
zu erhöhen.
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Die Fertigbauteile gemäß der Erfindung können, wie in Fig. 6 dargestellt,
angeordnet werden. Durch Anordnung von acht Fertigbauteilen hintereinander ergibt
sich dann ein Raum von 21 m Länge. Dieser Raum wäre völlig frei ohne Säulen und
lasttragende Wände. Durch Rausteiler kann dieser große Raum in beliebiger Art und
Weise aufgeteilt werden oder man kann ihn auch ganz frei lassen. Wie aus den Fig.
10 und 11
ersichtlich, sind beliebige Variationen in der Anordnung
der Fertigbauteile möglich. Solche röhrenförmigen Anordnungen gemäß Fig. 6 können
in Langen bis zu 13 m seitlich frei herausragend oder bis zu 26 m überspannend gemäß
Fig. 10 ausgeführt werden. Auf diese Weise können architektonische Effekte verwirklicht
werden, die mit anderen Mitteln nur unter wesentlich höheren Kosten verwirklicht
werden können.
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Sehr weite Uberspannungen gemäß Fig. 10, z. B. bei Restaurants, können
auf diese Weise ausgeführt werden.
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Die Fertigbauteile sind besonders geeignet für hoch ragende Gebäude,
da sie Lage auf Lage gelegt werden können und so Strukturprobleme, die mit dem üblichen
Aufbau mit Stahlskeletten verbunden sind, vermieden werden.
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Die V-förmigen Nuten 20, die zur Abdichtung der Teile gegeneinander
dienen, ermöglichen eine Aufteilung der Endwände, wodurch C-förmige Bauteile von
länglicher Gestalt ermöglicht werden, die durch ihre Seiten den Zugang zu benachbarten
Räumen oder Innenhöfen ermöglichen.
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Wenn die Fertigbauteile wie gemäß Fig. 11 angeordnet sind, ergibt
sich ein freier Raum von 30 bis 40 %, abgesehen von abschließenden Wänden, die normalerweise
zum Abschluß der
offenen Seiten des Gebäudes vorgesehen sind.
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Die offenen Enden der Kanäle 29 an den Seiten der Gebäude können auf
mehrere Weisen genutzt werden. Sie können zur Auflockerung der Fassade dienen oder
zur Befestigung von Leichtbaudächern. Außerdem können Gegenstände aus ihnen herausragend
angeordnet werden.
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Die V-förmigen Rillen an den einen Enden der Fertigbauteile können
zur Aufnahme von Versorgungsleitungen dienen, bis zu der Stelle, wo sie durch Kanäle
verlegt werden. Umgekehrt V-förmige Verblendteile können die V-förmigen Nuten abdecken,
so daß diese dasselbe Aussehen besitzen wie die V-förmigen Federn auf der anderen
Seite der Bauteile.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird die Bauzeit reduziert.
Durch spezielle Methoden beim Gießen des Betons kann die Herstellungsieit sehr klein
gehalten werden. Die Fertigbauteile brauchen nur einmal vom Herstellungsort zum
Einbauort transportiert zu werden. Die Einbaugeschwindigkeit der Fertigbauteile
wird ihrer HerstellungsgeschwindXgkeit angepaßt.