DE3723629A1 - Verfahren zur herstellung von bewehrten schalen - Google Patents

Description

Mit einem derartigen Verfahren herzustellende Schalen, beispielsweise aus Stahlbeton, aber auch aus faserverstärkten Kunststoffen, sind räumlich gekrümmte Flächentragwerke, die zum Beispiel als Überdachung für Ausstellhallen, Schwimmbäder, Theateranlagen, aber auch im Industriebau verwendet werden.

Schalentragwerke zeichnen sich dadurch aus, daß sie bei geeigneter Form und Lagerung Lasten überwiegend durch Membrankräfte abtragen. Dies führt zu einer äußerst günstigen Materialausnutzung und geringem Materialverbrauch. Den Ersparnissen beim Materialverbrauch stehen aber erhöhte Lohnkosten für die Herstellung räumlich gekrümmter Schalungen entgegen. Ausgeführte Schalentragwerke, wie sie beispielsweise in "Räumliche Dachtragwerke-Konstruktion und Ausführung" von Hermann Rühle, Band 1, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin, 1969, S. 177, 248, 256 und "Heinz Isler - Schalen", von Ekkehard Ramm und Eberhard Schunk (Hrsg.), Karl Krämer Verlag, Stuttgart, 1986, S. 51, 68, 70, 77 beschrieben sind, weisen in aller Regel komplizierte, räumlich gekrümmte Schalungen aus Holz und/oder Stahl auf.

Um die Kosten für den Bau räumlich gekrümmter Schalungen zu sparen, sind auch pneumatische Schalungen bekannt geworden. Schalen in Kugelform oder in Zylinderform und Schalen mit mehr oder weniger geringfügigen Abwandlungen dieser Grundformen können auf diese Weise hergestellt werden, siehe z. B. "Kuppelbau mit pneumatischer Schalung", von Franz Derflinger, Zeitschrift "Beton- und Stahlbetonbau", Jahrgang 1983, Heft 11, Seite 299 bis 302.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Herstellung einer räumlich gekrümmten Schale ohne den Aufbau einer Schalung aus Holz oder Stahl möglich ist, das aber andererseits nicht auf die Herstellung von Kugel- oder Zylinderformen oder geringfügiger Abwandlungen derselben beschränkt ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Randelemente und eine Bewehrung von Schalenfußpunkten aus als durchhängendes Seilnetz gespannt werden, daß an der Unterseite des Seilnetzes eine verlorene Schalung angebracht wird, daß darauf eine Betonschicht aufgebracht wird, daß die dadurch nach Erhärten der Betonschicht gebildete Schale umgedreht und die endgültige Schale durch Aufbringen einer weiteren Betonschicht fertig gestellt wird.

Damit ist es möglich, beliebige Schalenformen zu bauen, ohne auf die Herstellung einer räumlich gekrümmten Schalung angewiesen zu sein. Bei der Auswahl der Schalenform spielen somit lediglich ästhetische und architektonische Gesichtspunkte sowie Überlegungen hinsichtlich des angestrebten Tragverhaltens eine Rolle, wohingegen Fragen der Realisierung der Form wegen der Vielseitigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nur noch eine untergeordnete Bedeutung zukommt.

Die notwendige Dicke der auf das Seilnetz aufgebrachten Betonschicht ergibt sich vor allem aus den statischen Beanspruchungen des zweiten Betoniervorgangs. Die Lage der Bewehrung in der ersten Betonschicht kann durch das Einlegen von Distanzstücken zwischen Bewehrung und verlorener Schalung beliebig festgelegt werden. Das Einlegen von Distanzstücken bewirkt eine Verschiebung der ersten Bewehrung vom Rand der ersten Betonschicht näher zur Mitte der Schicht. Dadurch wird die Tragfähigkeit des Schalenquerschnitts gegenüber Beanspruchungen aus dem zweiten Betoniervorgang erhöht.

Das Aufbringen der ersten Betonschicht erzeugt Zugspannungen im Seilnetz, während der Beton vorerst, auch nach dem Erhärten, spannungsfrei bleibt. Die Verschiebungen des Seilnetzes während des Aufbringens der ersten Betonschicht sind bleibende Verformungen, die zur endgültigen Schalenform führen. Die zu erwartenden Verschiebungen des Seilnetzes infolge des Gewichts der ersten Betonschicht müssen deshalb ermittelt und bei der Formgebung der Schale berücksichtigt werden. Die Spannungen in der Schale bleiben während des Hebe- und Drehvorganges klein, wenn die durch die Fußpunkte der Schale aufgespannte Ebene hinreichend steif ausgebildet wird. Nach dem Umdrehen weist die Schale, die zu diesem Zeitpunkt aus dem Bewehrungsseilnetz, der verlorenen Schalung und der ersten Betonschicht besteht, bei günstiger Formgebung vorwiegend Druckspannungen im Beton auf. Zusätzlich übt die Bewehrung, die beim Aufbringen der ersten Betonschicht gedehnt wurde, nach dem Umdrehen Druckspannungen auf den Beton aus. Diese Druckspannungen sind vorteilhaft, weil dadurch Zugbeanspruchungen der ersten Betonschicht während des Aufbringens der zweiten Betonschicht teilweise überdrückt werden. Bekanntlich beträgt die Zugfestigkeit des Betons nur etwa ein Zehntel der Druckfestigkeit. Im Spannbetonbau versucht man daher der geringen Zugfestigkeit dadurch entgegenzuwirken, daß man im Beton mit Hilfe einer Spannbewehrung vorab Druckspannungen erzeugt.

Das Gewicht der zweiten Betonschicht muß von der ersten Betonschicht und der Bewehrung getragen werden. Die zweite Betonschicht ist unmittelbar nach dem Betonieren spannungsfrei, insofern nicht besondere Vorkehrungen (vgl. Anspruch 6) getroffen werden. Durch Kriechvorgänge werden aber die Spannungen aus Eigengewicht allmählich von der ersten teilweise auf die zweite Betonschicht umlagert. Bei der Abtragung der Nutzlasten verhalten sich die beiden Schichten wie ein homogener Querschnitt.

Um die gewünschte Schalenform zu erzielen, kann es zweckmäßig sein, das durch die Bewehrung gebildete Seilnetz in seiner Lage durch Abspannungen, Unterstützungen oder Gewichte, die nach dem Erhärten der ersten Betonschicht entfernt werden, zu ändern. Diese zusätzlichen Maßnahmen können auch gleichzeitig mit der Errichtung des Seilnetzes vorgenommen werden.

Die Dicke der auf das Seilnetz aufgebrachten Betonschicht ist sorgfältig auf die Kapazität der zur Verfügung stehenden Hebezeuge und auf die Beanspruchung der Schale während des Aufbringens der zweiten Betonschicht abzustimmen. Im Endzustand fällt der ersten Betonschicht auch die Aufgabe zu, die untere Bewehrungslage vor Korrosion zu schützen.

Nach dem Umdrehen weist die Schale an ihrer Oberseite, wegen des teilweise durch die Öffnungen der verlorenen Schalung getretenen Betons, eine rauhe Oberfläche auf. Dies ist günstig für das Aufbringen der zweiten Betonschicht und für das spätere Zusammenwirken der beiden Betonschichten. Eine weitere Verbesserung des Zusammenwirkens der beiden Betonschichten kann durch das Verlegen von Schubdübeln in der zuerst betonierten Schicht erreicht werden.

Überschreiten die Schalenabmessungen ein bestimmtes Maß, das von der Form, der Belastung und der Nutzung der Schale, sowie von der Qualität der Bauausführung und der verwendeten Werkstoffe abhängen kann, wird das Verlegen einer zweiten Bewehrung erforderlich. Diese zweite Bewehrung kann nach dem Umdrehen der Schale verlegt werden. Wird die zweite Bewehrung kraftschlüssig mit den Schubdübeln verbunden, gewinnt die Schale zusätzliche Festigkeit gegenüber Beanspruchungen aus dem zweiten Betoniervorgang.

Um die Schalendicke und damit gleichzeitig das Querschnittsträgheitsmoment zu vergrößern ohne im gleichen Maß das Eigengewicht zu steigern, kann das Verlegen einer Schicht mit geringerem spezifischen Gewicht, und zwar vor dem Aufbringen der zweiten Betonschicht, zweckmäßig sein. Eine solche Zwischenschicht ist auch geeignet für die Verlegung von beispielsweise Wärmedämmschichten, Abdichtungen oder Installationen.

Wird durch die zeitliche Abfolge des zweiten Betoniervorgangs und durch geeignete Betonzusatzmittel die Anfangsfestigkeit des Betons ausgenützt, dann erhöht sich die Widerstandsfestigkeit der Schale gegenüber Beanspruchungen aus dem zweiten Betoniervorgang. Wird zum Beispiel bei einer Schale mit dem Betonieren der zweiten Schicht bei den Fußpunkten begonnen und dauert der gesamte zweite Betoniervorgang mehrere Stunden, so wird sich beim Betonieren des Scheitels der frische Beton in der Nähe der Lagerpunkte, abhängig von der in der ersten Stunden gewonnenen Steifigkeit, an der Lastabtragung beteiligen.

Bei komplizierten Schalenformen und wenn mehr als ein Hebezeug eingesetzt wird, kann es zweckmäßig sein, die von Hebezeugen während des Umdrehens auf die Schale ausgeübten Kräfte zu kontrollieren, um die Beanspruchungen der Schale möglichst gering zu halten. Eine Überwachung der von den Hebezeugen auf die Schale ausgeübten Kräfte kann durch Kraftmeßzellen erfolgen, die zwischen den Schalenfußpunkten und den Hebezeugen angeordnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Stahlbetonschalen beschränkt. Durch Verwendung von Fasern oder aus Fasern hergestellten Matten und Kunststoffen können mit diesem Verfahren auch Schalen aus faserverstärkten Kunststoffen errichtet werden.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Fundaments und eines Baugerüsts, auf dem die Schalenfußpunkte und die Aussteifungen angebracht sind;

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende perspektivische Ansicht des auf dem Baugerüst angebrachten Seilnetzes mit Abspannungen und mit Aussteifungen;

Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende perspektivische Darstellung der Schale, nach dem Erhärten der ersten Betonschicht und nach dem Entfernen der temporären Abspannungen während des Hebevorgangs, wobei ein Teil des Baugerüst entfernt worden ist;

Fig. 4 eine Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine den Fig. 1, 2 und 3 entsprechende perspektivische Darstellung der in die endgültige Lage gedrehten Schale nach dem Verlegen einer zweiten Bewehrung und dem Aufbringen einer zweiten Betonschicht und

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.

Das Verfahren dient vorzugsweise zur Herstellung von Stahlbetonschalen, aber auch zur Herstellung von Schalen aus faserverstärkten Kunststoffen. Das Beispiel erläutert die Herstellung einer Ausstellungshalle 26, die als Stahlbetonschale ausgebildet ist.

Als erster Schritt wird gemäß Fig. 1 auf dem Fundament 11 aus Spannbeton ein Baugerüst 12 erstellt. Auf dem Baugerüst 12 werden Schalenfußpunkte 13 derart montiert, daß sie sich in einer Lage befinden, die gegenüber ihrer endgültigen Lage um 180° verdreht ist.

Als zweiter Schritt wird die durch die Schalenfußpunkte 13 definierte Ebene mit einer geeigneten Aussteifung 14 versehen. Dann werden gemäß Fig. 2 als dritter Schritt von den Schalenfußpunkten 13 ausgehend Randelemente 16 und eine erste Bewehrung 15 so verlegt, daß dadurch ein räumliches Seilnetz 17 entsteht. Die Verbindungen zwischen den Bewehrungsstäben der Bewehrung 15, den Randelementen 16 und den Schalenfußpunkten 13 können beispielsweise durch Schweißen, Klemmen, Rödeln oder Kombinationen dieser Möglichkeiten erfolgen. Bei der Herstellung des Seilnetzes 17 werden ferner, je nach dem ob und wie durch die gewünschte Formgebung geboten, Abspannungen 18 eingesetzt, die von den Randelementen 16 des Seilnetzes 17 zu Abspannpunkten 25 im Fundament 11 reichen. Zusätzlich kann die Formgebung durch Unterstützungen oder Gewichte beeinflußt werden. Während der Errichtung des Seilnetzes 17 entstehen in der Aussteifung 14 Druckkräfte und in den Abspannungen 18 Zugkräfte. Das Baugerüst 12 hat das Gewicht des Seilnetzes und ggf. zusätzlicher Gewichte bzw. Abspannungen zu tragen, nimmt aber keine horizontalen Kräfte auf.

An der Unterseite des Seilnetzes 17 wird im nächsten Schritt eine verlorene Schalung 30 z. B. aus Lochblech angebracht (siehe Fig. 4). Gegebenenfalls können auch Distanzstücke zwischen der Bewehrung und der verlorenen Schalung eingelegt werden. Anschließend werden Schubdübel 23 verlegt und eine erste Betonschicht 19 kann von Hand als Ortbeton oder als Spritzbeton erfolgen. Nach dem Erhärten der Betonschicht 19 werden die Abspannungen 18 entfernt. Es ist dann eine bereits feste halbfertige Schale 22 entstanden, deren Form - allerdings um 180° verdreht - gleich der Form der gewünschten Ausstellungshalle 26 ist.

Gemäß Fig. 3 werden im nächsten Schritt zwei Schalenfußpunkte 13 durch geeignete Hebezeuge (Kran) angehoben. Ein Teil des Baugerüst 12 wird entfernt, so daß zwei Auflagerstellen 24 im Fundament 11 für die Schalenfußpunkte 13 freigemacht werden. Hängt die Schale 22 vollständig an den Hebezeugen, können auch die beiden verbleibenden Auflagerstellen 24 im Fundament 11 für die Schalenfußpunkte 13 vorbereitet werden. Die Schale 22 wird von den Hebezeugen langsam abgelassen, derart, daß die Schalenfußpunkte 13 auf den Auflagerstellen 24 aufsitzen. Derart gelangt die Schale 22 in ihre endgültige Position.

Die Fig. 4 zeigt den während des Hebevorganges statisch wirksamen Schalenquerschnitt, bestehend aus der ersten Bewehrung 15, Randelementen 16, der verlorenen Schalung 30 und der ersten Betonschicht 19. Bei diesem Beispiel wird das Zusammenwirken der beiden Betonschichten durch Schubdübel 23 unterstütz, die ebenfalls in der Fig. 4 dargestellt sind.

Nach der Verbindung der Schalenfußpunkte 13 mit den vorbereiteten Auflagerstellen 24 kann die Aussteifung 14, der jetzt keine statische Funktion mehr zukommt, entfernt werden. Auf der Schale 22 wird jetzt, wie aus Fig. 6 zu ersehen, eine zweite Bewehrung 21 und eine zweite Betonschicht 20 aufgebracht. Dadurch entsteht die endgültige Schale 40. Das Gewicht dieser zweiten Betonschicht 20 muß von der Schale 22 mit dem statisch wirksamen Querschnitt nach Fig. 4 getragen werden. Wird die zweite Bewehrung 21 kraftschlüssig mit den Schubdübeln 23 verbunden, so beteiligt sie sich auch an der Abtragung des Gewichts der zweiten Betonschicht 20.

Die Fig. 5 zeigt die Schale 40 in ihrer endgültigen Lage nach dem Verlegen der zweiten Bewehrung 21 und nach dem Aufbringen der zweiten Betonschicht 20.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Baugerüst 12 auch auf einem eigenen Fundament errichtet werden. Außerdem kann es zweckmäßig sein, vor dem Aufbringen der zweiten Betonschicht 20 eine Schicht mit geringerem spezifischen Gewicht zu verlegen. Dies bewirkt eine Vergrößerung der Schalendicke ohne Steigerung des Eigengewichts im gleichen Maße, was insbesondere bei größeren Schalenbauwerken vom Vorteil sein kann. In dieser Schicht könnten auch Wärmedämmschichten, Installationen, Abdichtungen o. dgl. zu verlegt werden.

Durch die zeitliche Abfolge des Aufbringens der zweiten Betonschicht 20 und durch geeignete Betonzusatzmittel kann ein statisches Mitwirken des Frischbetons durch Ausnutzen der Anfangsfestigkeit des Betons erreicht werden. Man kann ferner zwischen die anzuhebenden Schalenfußpunkte 13 und die Hebezeuge Kraftmeßzellen zwischenschalten, um die während des Hebe- und Drehvorgangs auf die Schale 22 ausgeübten Kräfte kontrollieren zu können. Schließlich ist wichtig, daß Kunststoff statt Beton und Fasern oder aus Fasern hergestellte Matten statt Stahl verwendet werden können.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von bewehrten Schalen vorzugsweise Stahlbetonschalen, dadurch gekennzeichnet, daß Randelemente (16) und eine Bewehrung (15) von Schalenfußpunkten (13) aus als durchhängendes Seilnetz (17) gespannt werden, daß an der Unterseite des Seilnetzes (17 eine verlorene Schalung (30) angebracht wird, daß darauf eine Betonschicht (19) aufgebracht wird, daß die dadurch nach Erhärten der Betonschicht (19) gebildete Schale (22) umgedreht und die endgültige Schale (40) durch Aufbringen einer weiteren Betonschicht (20) fertig gestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abspannung (18), Unterstützungen oder zusätzliche Gewichte, die nach dem Erhärten des ersten Betons entfernt werden, eine ergänzende Formgebung des Seilnetzes (17) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der erstgenannten Betonschicht (19) Schubdübel (23) zur Verbesserung des Zusammenwirkens der ersten (19) und der zweiten Betonschicht (20) verlegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Umdrehen der erstgenannten Schale (22) eine zweite Bewehrung (21) verlegt wird, auf die die zweite Betonschicht (20) aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Umdrehen der erstgenannten Schale (22) eine Schicht mit geringerem spezifischem Gewicht verlegt wird und danach die zweitgenannte Betonschicht (20) aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zeitliche Abfolge des Aufbringens der zweiten Betonschicht (20) und durch geeignete Betonzusatzmittel ein statisches Mitwirken des Frischbetons durch Ausnutzen der Anfangsfestigkeit des Betons erreicht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzstücke zwischen der Bewehrung (15) und der verlorenen Schalung (30) eingelegt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die anzuhebenden Schalenfußpunkte (13) und die Webezeuge Kraftmeßzellen zwischengeschaltet werden, um die während des Hebe- und Drehvorgangs auf die Schale (22) ausgeübten Kräfte kontrollieren zu können.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kunststoff statt Beton oder Fasern oder aus Fasern hergestellte Matten statt Stahl verwendet werden.