DE3911928A1 - Verfahren zur herstellung von zweifach raeumlich gekruemmten stahlbetonrippenschalen aus fertigteilen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von zweifach raeumlich gekruemmten stahlbetonrippenschalen aus fertigteilenInfo
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- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B7/00—Roofs; Roof construction with regard to insulation
- E04B7/08—Vaulted roofs
- E04B7/10—Shell structures, e.g. of hyperbolic-parabolic shape; Grid-like formations acting as shell structures; Folded structures
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus
Fertigteilen. Mit einem derartigen Verfahren herzustellende
Schalen können verwendet werden, wenn große Flächen
stützenfrei zu überdachen sind, beispielsweise für
Austellungspavillons, Sporthallen oder im Industriebau.
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 aufwendiger Lehrgerüste und
räumlich gekrümmter Schalungen entgegen. Ausgeführte
Schalentragwerke aus Stahlbeton, wie sie beispielsweise in
"Räumliche Dachtragwerke - Konstruktion und Ausführung" von
Herrmann Rühle, Band 1, VEB Verlag für Bauwesen, Berlin,
1969, S. 177, 248, 256 und in "Heinz lsler - Schalen" von
Ekkehard Ramm und Eberhard Schunck (Hrsg.), Karl Krämer
Verlag, Stuttgart, 1986, S. 51, 68, 70 und 77 beschrieben
sind, weisen in aller Regel komplizierte Lehrgerüste und
räumlich gekrümmte Schalungen aus Holz oder Stahl auf.
Um die Baukosten räumlich gekrümmter Schalen durch
Vorfertigung zu reduzieren, sind Stahlbetonschalen auch aus
Fertigteilen errichtet worden. Die meisten der unter
Verwendung von Fertigteilen gebauten Schalen weisen nur eine
einfache Krümmung auf. Es sind aber auch zweifach räumlich
gekrümmte Schalen, die gegenüber den nur einfach gekrümmten
Schalen ein deutlich besseres Tragverhalten aufweisen, aus
Fertigteilen hergestellt worden. Beispiele dafür sind
vorgefertigte Kugelkalotten über quadratischem Grundriß in
der UDSSR beschrieben in "Räumliche Dachtragwerke -
Konstruktion und Ausführung" von Herrmann Rühle, Band 1, VEB
Verlag für Bauwesen Berlin 1969 S. 160 und 161 und der
kleine Sportpalast in Rom von Pier Luigi Nervi beschrieben
in "Schalenbau" von Jürgen Jödicke, Karl Krämer Verlag,
Stuttgart, 1962, S. 112 bis 117.
Die einzelnen Fertigteile weisen bei ausgeführten zweifach
räumlich gekrümmten Schalen immer eine komplizierte Form
auf. Auch ist der Bau von zweifach räumlich gekrümmten
Schalen stets verbunden mit der Errichtung eines aufwendigen
Lehrgerüsts, das vertikale Lasten aus dem Gewicht der
Fertigteile und horizontale Beanspruchungen beispielsweise
aus Windbelastung aufnehmen muß.
Die Ausführung einer statisch mitwirkenden Ortbetonschicht
bei Verwendung von Stahlbetonfertigteilen gehört bei Platten
zum Stand der Technik. Bei Schalenbauwerken wurde eine
statisch mitwirkende Ortbetonschicht von Pier Luigi Nervi
beim Bau des oben erwähnten kleinen Sportpalastes in Rom -
allerdings in Verbindung mit komplizierten Elementen und
einem aufwendigen Lehrgerüst - angewendet. Ein weiteres
Verfahren zur Herstellung von Gewölbekonstruktionen aus
Fertigteilen mit einer Ortbetonschicht ist aus der DE-OS
29 23 370 bekannt. Dieses Verfahren ist aber auf einfach
gekrümmte Schalen und Klostergewölbe beschränkt. Außerdem
ist es nur für Schalen mit kleiner Spannweite anwendbar, da
die in der DE OS 29 23 370 beschriebene Formgebung der
Elemente durch Biegung zu einer empfindlichen
Querschnittsschwächung führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten
Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen ohne den Aufbau
eines Lehrgerüsts und unter Verwendung einfach
herzustellender Fertigteile zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß aus gekrümmten
Fertigteilträgern ein räumliches Stabtragwerk errichtet wird
und zwischen den Fertigteilträgern Fertigteilelemente
verlegt werden. Nach der kraftschlüssigen Verbindung der
Fertigteilelemente mit den Fertigteilträgern entsteht eine
zweifach gekrümmte Rippenschale, die in der Lage ist eine
Ortbetonschicht zu tragen.
Damit ist es möglich, Stahlbetonschalen zu bauen, ohne auf
die Herstellung eines Lehrgerüsts und einer zweifach
räumlich gekrümmten Schalung angewiesen zu sein. Im
Vergleich zu den bekannten Verfahren zur Errichtung von
Stahlbetonschalen aus Fertigteilen zeichnet sich das
erfindungsgemäße Verfahren durch den Entfall des Lehrgerüsts
und durch die Verwendung von Elementen aus, die einfach
herzustellen und wegen ihrer Stapelfähigkeit auch
kostengünstig zu transportieren sind.
Die bogenförmigen Fertigteilträger können in einem Stück
gefertigt oder auf der Baustelle aus einzelnen Elementen
zusammengefügt werden. Die Verbindung der einzelnen Träger
kann beispielsweise durch Schweißen oder durch die Anwendung
von Vorspannung erfolgen.
Die Fertigteilelemente sind entweder eben oder weisen eine
einfache Krümmung auf. Bei ebener Ausführung der Elemente
muß die Elementbreite derart bestimmt werden, daß an der
Verbindungslinie der ebenen Fertigteilelemente und der
gekrümmten Fertigteilträger keine zu großen Klaffungen
entstehen. Bei einer Anpassung der Krümmung der
Fertigteilelemente an eine mittlere Krümmung der
Fertigteilelemente können die Elemente entsprechend breiter
dimensioniert werden. Die Größe der tolerierbaren Klaffung
zwischen Fertigteilelementen und Fertigteilträgern hängt
auch von der Ausführung der Verbindung zwischen den beiden
Fertigteilen ab. Die Verbindung wird zweckmäßigerweise durch
Schweißen eventuell unter Verwendung von Zwischenstücken
erfolgen. Die Verbindung könnte aber auch durch
Schraubanschlüsse oder durch Anschlußbewehrung und Ortbeton
erfolgen.
Das Verfahren zielt in erster Linie auf den Bau von
weitgespannten Hallendächern ab. Deswegen ist das Aufbringen
der Ortbetonschicht der maßgebende Lastfall, weil zu diesem
Zeitpunkt die aus Fertigteilträgern und Fertigteilelementen
bestehende Rippenschale das ganze Eigengewicht der
Konstruktion aufnehmen muß. Im Endzustand muß die um die
statisch mitwirkende Ortbetonschicht erheblich verstärkte
Rippenschale zusätzlich zum Eigengewicht nur die Schneelast
abtragen. Um eine Überdimensionierung der Fertigteilträger
und der Anschlüsse zwischen den Trägern sowie zwischen den
Trägern und den Elementen zu vermeiden, kann es deswegen
zweckmäßig sein, die Fertigteilträger an einigen
ausgewählten Punkten in vertikaler Richtung zu unterstützen
und horizontale Zugbänder anzuordnen.
Bei Stahlbetonplatten aus Fertigteilen mit einer statisch
mitwirkenden Ortbetonschicht ist in der Regel eine aus dem
Fertigteilelementen ragende Schubbewehrung vorhanden, an die
ein Teil der oberen Biegebewehrung angeschweißt ist. Bei
Schalen wird eine derartige Schubbewehrung zwar auch das
Zusammenwirken der Fertigteile und der Ortbetonschicht
verbessern, sie wird aber nur in viel geringerem Maße
benötigt, da die Schubbeanspruchung in der Fuge zwischen
Fertigteil und Aufbeton bei Schalen viel kleiner ist als bei
Platten. Die über die Schubbewehrung mit dem Fertigteil
verbundene obere Biegebewehrung kann dagegen die
Tragfähigkeit der Schale beim Aufbringen der Ortbetonschicht
entscheidend verbessern, da sie das Trägheitsmoment des
Schalenquerschnitts erhöht. Die Vergrößerung der
Querschnittssteifigkeit erhöht die Sicherheit gegen ein
Stabilitätsversagen beim Aufbringen der Ortbetonschicht. Zur
weiteren Verbesserung der Gesamtstabilität der Schale im
Bauzustand kann die auf der Baustelle verlegte obere
Bewehrung kraftschlüssig mit der Schubbewehrung der
Fertigteilelemente und Fertigteilträger verbunden 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 der Unterkonstruktion
einer Halle bestehend aus Stützen und Randträgern;
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende perspektivische Ansicht
mit auf der Unterkonstruktion montierten Fertigteilträgern,
wobei die Fertigteilträger mit Zugbändern versehen und
örtlich unterstützt sind;
Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende perspektivische
Darstellung der Unterkonstruktion und der Schale, die durch
die Verbindung der Fertigteilträger mit den
Fertigteilelementen entsteht;
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 eine den Fig. 1, 2 und 3 entsprechende
perspektivische Darstellung der Schale nach dem Aufbringen
der Ortbetonschicht und
Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5.
Das Verfahren dient zur Herstellung von zweifach räumlich
gekrümmten Rippenschalen aus Stahlbeton. Das Beispiel
erläutert die Herstellung einer Industriehalle 30.
Auf der in Fig. 1 dargestellten Unterkonstruktion bestehend
aus Stützen 11 und Randträgern 10 werden gemäß Fig. 2
bogenförmige Fertigteilträger 12 montiert. Die Verbindungen
zwischen den Fertigteilträgern 12 und den Randträgern 10
sowie zwischen den einzelnen Fertigteilträgern 12 können
durch im Fertigteilbau übliche Anschlußmethoden hergestellt
werden. Nach dem Herstellen der kraftschlüssigen
Verbindungen entsteht ein räumliches Stabtragwerk 14. Im
Ausführungsbeispiel wird die Steifigkeit des Stabtragwerks
14 durch horizontale Zugbänder 18 der Fertigteilträger 12
und durch vertikale Stützen in ausgewählten Punkten
vergrößert.
Im nächsten Schritt des Verfahrens werden gemäß Fig. 3
Fertigteilelemente 13 verlegt und mit den Fertigteilträgern
12 verbunden, wodurch in statischer Hinsicht aus dem
Stabtragwerk 14 eine Rippenschale 22 entsteht.
Ein Schnitt durch den Querschnitt der Rippenschale 22 ist in
Fig. 4 dargestellt. Der Schnitt zeigt, daß die
Fertigteilelemente 13 mit einer Schubbewehrung 23 und einer
oberen Bewehrung 24 versehen sind. Eine Schubbewehrung 25
und eine obere Bewehrung 26 ist auch in den
Fertigteilträgern 12 angeordnet. Die obere Bewehrung 24, 26
vergrößert das Trägheitsmoment der Fertigteilelemente 13 und
der Fertigteilträger 12 und erhöht dadurch die
Gesamtsteifigkeit der Rippenschale 22.
Die Verbindung der Fertigteilelemente 13 mit den
Fertigteilträgern 12 erfolgt im Ausführungsbeispiel durch
eine Schweißverbindung der in den Elementen 13 verankerten
Stahlwinkel 15 mit den in den Trägern 12 verankerten
Stahlplatten 16.
Anschließend wird eine obere Bewehrung verlegt und eine
Ortbetonschicht 20 aufgebracht. Nach dem Erhärten der
Ortbetonschicht 20 entsteht die endgültige Schale 40, die in
Fig. 5 dargestellt ist. Einen Schnitt durch die
fertiggestellte Schale zeigt Fig. 6.
Durch die Anordnung von kreisförmig gebogenen
Fertigteilträgern 12 über einem quadratischen Grundriß
entspricht die Schale 40 des Ausführungsbeispiels einer
vierpunktgelagerten Kugelschale. Es können mit der
erfindungsgemäßen Bauweise jedoch auch zweifach gekrümmte
Schalen mit nicht geometrischen Formen über beliebigen
Grundrissen hergestellt werden. Auch ist das Verfahren
keineswegs auf punktgelagerte Schalen beschränkt, sondern es
kann auch eine kontinuierliche Stützung der Schalenränder
ausgebildet werden. Im Ausführungsbeispiel hätte eine
kontinuierliche Stützung beispielsweise durch die Anordnung
eines Fachwerks zwischen den Rändern der Schale 40 und den
darunterliegenden Randträgern 10 erfolgen können.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich
gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen, dadurch
gekennzeichnet, daß aus bogenförmigen Fertigteilträgern (12)
ein räumlich gekrümmtes Stabtragwerk (14) errichtet wird,
daß zwischen den Fertigteilträgern (12) Fertigteilelemente
(13) verlegt werden, daß nach der Verbindung der
Fertigteilelemente (13) mit den Fertigteilträgern (12) eine
zweifach räumlich gekrümmte Schale (22) entsteht und die
endgültige Schale (40) durch Aufbringen einer Schicht aus
Beton (20) fertiggestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilelemente (13)
bereits während der Errichtung des räumlichen Stabtragwerks
(14) verlegt und mit den Fertigteilträgern (12) verbunden
werden, um das Stabtragwerk (14) auszusteifen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilträger (12)
während des Aufbringens der Ortbetonschicht in vertikaler
Richtung unterstützt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilträger mit einem
horizontalen Zugband (18) versehen sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilträger (12) mit
einer Schubbewehrung (25) und einer oberen Bewehrung (26)
versehen sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilelemente (13) mit
einer Schubbewehrung (23) und einer oberen Bewehrung (24)
versehen sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine obere Bewehrung (21) verlegt wird, bevor die
Ortbetonschicht (20) aufgebracht wird.
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Publications (2)
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DE3911928A1 true DE3911928A1 (de) | 1990-10-18 |
DE3911928C2 DE3911928C2 (de) | 1994-11-03 |
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DE19893911928 Expired - Fee Related DE3911928C2 (de) | 1989-04-12 | 1989-04-12 | Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen |
Country Status (1)
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---|---|
DE (1) | DE3911928C2 (de) |
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CN105484410A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-13 | 李晓平 | 钢筋混凝土腔室壁板格构旋转曲面穹顶结构 |
CN115717449A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-02-28 | 中国建筑设计研究院有限公司 | 一种钢筋混凝土组合壳体系统及其施工方法 |
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DE2923370A1 (de) * | 1979-06-08 | 1980-12-18 | Horst Dr Ing Kinkel | Gewoelbekonstruktion aus stahlbeton und verfahren zur errichtung derselben |
-
1989
- 1989-04-12 DE DE19893911928 patent/DE3911928C2/de not_active Expired - Fee Related
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CN115717449B (zh) * | 2022-11-24 | 2023-11-07 | 中国建筑设计研究院有限公司 | 一种钢筋混凝土组合壳体系统及其施工方法 |
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DE3911928C2 (de) | 1994-11-03 |
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