DE3911928C2 - Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen mit einer Ortbetonschicht als Aufbeton ohne den Einsatz einer Schalung und ohne Lehrgerüst. Mit einem derartigen Verfahren herzustellende Schalen können verwendet werden, wenn große Flächen stützenfrei zu überdachen sind, beispielsweise für Ausstellungspavillons, 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 Schaltentragwerke 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 Isler - 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 und für sich selbst standsicheren 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 obenerwähnten 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen mit einer Ortbetonschicht als Aufbeton ohne den Einsatz einer Schalung und ohne eines Lehrgerüsts und unter Verwendung einfach herzustellender Fertigteile zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Damit ist es möglich, Stahlbetonschalen zu bauen, ohne auf ein Lehrgerüst und eine zweifach räumlich gekrümmte 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. Die Elementbreite kann vergrößert werden, wenn bei Verwendung von ebenen Elementen die Oberseite der Fertigteilträger bereichsweise gerade Abschnitte aufweist oder wenn bei Verwendung von einfach gekrümmten Elementen die Krümmung der Fertigteilelemente an die mittlere Krümmung der Fertigteilträger angepaßt wird. Die Verbindung zwischen Fertigteilelementen und Fertigteilträgern 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, 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 Fertigteilelements 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.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert.

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 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 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.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von zweifach räumlich gekrümmten Stahlbetonrippenschalen aus Fertigteilen mit einer Ortbetonschicht als Aufbeton ohne den Einsatz einer Schalung und ohne Lehrgerüst, dadurch gekennzeichnet, daß aus bogenförmigen Fertigteilträgern (12) ein räumlich gekrümmtes Stabtragwerk (14) errichtet wird, daß zwischen den Fertigteilträgern (12) bereits während der Errichtung des räumlichen Stabtragwerks (14) Fertigteilelemente (13) verlegt und mit dem Fertigteilträgern (12) derart kraftschlüssig verbunden werden, daß durch die Verbindung der Fertigteilelemente (13) mit den Fertigteilträgern (12) eine zweifach räumlich gekrümmte Schale (22) entsteht, die in der Lage ist, die Ortbetonschicht (20) als Schalentragwerk (22) zu tragen und daß die endgültige Schale (40) durch Aufbringen der Schicht aus Ortbeton (20) erstellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilträger (12) mit einem horizontalen Zugband (18) versehen sind.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilträger (12) mit einer Schubbewehrung (25) und einer oberen Bewehrung (26) versehen sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigteilelemente (13) mit einer Schubbewehrung (23) und einer oberen Bewehrung (24) versehen sind.