DE60314454T2 - Vertikale ausrichtung und nivellierung von modulbaueinheiten - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft modulare Baueinheiten zur Verwendung beim Errichten von weitgehend vorfabrizierten Büros, Hotels und Wohnblöcken und Gebäuden ähnlicher Natur. Derartige modulare Baueinheiten sind boxartige Strukturen, welche abseits der Baustelle hergestellt und ausgestattet werden und dann zu einer Baustelle für eine schlussendliche Montage transportiert werden können, um das Innere der Räume eines Gebäudes zu bilden. Ds Gebäude wird montiert durch Aufeinanderstapeln der einzelnen Module in horizontaler und vertikaler Reihung und Miteinander-Verbinden derselben, um eine starre Struktur zu bilden. Die Erfindung schafft einen neuen Mechanismus zum Miteinander-Verbinden der benachbarten Module. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Errichten eines Gebäudes unter Verwendung von derartigen modularen Baueinheiten, und insbesondere die Ausrichtung eines derartigen Gebäudes und das Nivellieren der unteren oder Erdgeschoßeinheiten.
• Stand der Technik
• Insbesondere bei der Konstruktion von Hotels, Appartments und Studentenunterkünften ist es bekannt, die Gebäude aus Leichtgewichtgebäudemodulen zu konstruieren, von denen jedes eine Stahlskelettschale ist, welche aus Leichtgewichtstrukturstahlabschnitten gebildet ist, welche in eine boxartige Struktur verschweißt werden und mit Wandmaterial, wie beispielsweise Gipskartonwand, Sperrholz- oder OSB-Platten ausgekleidet werden. Jedes Gebäudemodul wird anfangs als eine derartige ausgekleidete Schale hergestellt, und wird dann in den gewünschten Standard der inneren Dekoration in einer Fabrik ausgestattet, bevor es zu der endgültigen Baustelle zum Einbau in ein Gebäude transportiert wird. Das Dokument DE 298 08 134 U offenbart ein Gebäudemodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
• Auf der Baustelle werden die Module mit einem Kran von einem Fahrzeug oder Lastwagen, auf welchem sie transportiert wurden, abgehoben und in vertikalen und horizontalen Reihen, welche zusammen wirken, um die verbundenen Räume des fertigen Gebäudes zu ergeben, gestapelt. Für niedrige Gebäude ist die Genauigkeit, welche beim Stapelprozess erforderlich ist, relativ gering. Es macht einen sehr kleinen Unterschied für die Endstabilität des Gebäudes, ob die einzelnen Module exakt vertikal übereinander gestapelt sind, und man nimmt im Allgemeinen an, dass es ausreicht, wenn die einzelnen Gebäudemoduleinheiten per Hand in ihre Endpositionen manövriert werden, wenn sie von dem Kran abgesenkt werden. Für höhere Gebäude ist die Genauigkeit der vertikalen Ausrichtung der einzelnen Gebäudeeinheiten in der Reihe von zunehmender Wichtigkeit. Bisher war jedoch die Genauigkeit des Stapelns vollständig abhängig von der Kunst des Kranführers, die oberste Gebäudeeinheit statisch zu halten, während ausgebildete Arbeiter sie per Hand in die vertikal ausgerichtete exakte Position manövrierten, bevor die Spannung im Kabel des Krans nachgelassen wurde und die Gebäudeeinheit ihre Endposition über den unteren Einheiten in dem Stapel einnahm.
• Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, für eine derartige Gebäudemoduleinheit und ein solches System eine Einrichtung zum automatischen und genauen Ausrichten der vertikal benachbarten Gebäudeeinheiten in dem Stapel vorzuschlagen. Indem die Ausrichtung automatisiert und im Wesentlichen unabhängig von der Kunst der Arbeiter, welche die Gebäudemoduleinheiten in Position manövrieren gemacht wird, ist es möglich, die Höhe von Gebäuden, welche aus solchen Modulareinheiten hergestellt werden, bei Beschäftigung von ungelernten Arbeitern, von einem vorherigen praktischen Maximum von etwa fünf Stockwerken bis auf zwanzig bis dreißig Stockwerke zu steigern.
• Die Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine modulare Baueinheit, wie sie in den Ansprüchen 1 bis 6 spezifiziert ist. Die Kantenpositionierungseinrichtung, welche durch den kooperierenden Positionierungsflansch und die Umfangsausnehmung vertikal benachbarter Module geschaffen wird, macht es möglich, die modularen Baueinheiten, eine über der anderen, in Reihe, mit einem Minimum an Einsatz qualifizierter Arbeit zu positionieren. Vorzugsweise hat die Umfangsausnehmung eine innere Seitenwand, welche schräg nach oben und nach innen relativ zu den Gebäudemodul verläuft, um das vertikal anschließende Gebäudemodul in Position zu führen, wenn die Module während der Errichtung eines Gebäudes hieraus eines über dem anderen gestapelt werden. Dementsprechend muss das Aufbauteam, welches das Modul in Position manövriert, wenn es von einem Kran abgesenkt wird, nur das angehobene Modul in den Bereich von zwei oder drei Zentimetern seiner Endposition steuern, und die abgeschrägte innere Seitenwand der Umfangsausnehmung reicht aus, um das Modul in seine exakte Endposition zu führen.
• Die Gebäudemodule gemäß der Erfindung können wie beschrieben und beansprucht in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68004 , welche mit der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, konstruiert und miteinander horizontal und vertikal verbunden werden, wie dies in der WO68006 , welche zusammen mit dieser Anmeldung angemeldet wurde, beschrieben ist. Sie können aus einer verkleideten Skelettschale von Gebäudestrukturelementen, wie sie in der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68007 , welche hiermit eingereicht wurde, beschrieben sind, hergestellt werden.
• Schließlich sieht die Erfindung ein Verfahren zum Errichten eines Gebäudes wie in Anspruch 7 spezifiziert ist vor.
• Zeichnungen
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer modularen Baueinheit gemäß der Erfindung.
• 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A einer oberen Ecke der Gebäudeeinheit von 1.
• 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie B-B durch eine Bodenkante der Gebäudeeinheit nach 1.
• 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Nivellierungseinheit zur Verwendung mit der modularen Baueinheit gemäß den 1 bis 3.
• 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines kompletten Gebäudemoduls 1, welches gemäß der ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68004 konstruiert ist und zusätzlich mit der Kantenpositionierungseinrichtung gemäß dieser Erfindung versehen ist. Das Modul weist vier Wände, einen Boden und ein Dach auf. In 1 ist eine Endwand mit einem Fenster gezeigt. Die (nicht sichtbare) gegenüberliegende Endwand würde eine Tür haben. Die Fensterwand würde sich auf der Außenseite des montierten Gebäudes und die Türwand würde sich auf der Innenseite befinden, wobei sich die Türen beispielsweise in einen Korridor öffnen, welcher einen Zugang zu jedem der Module in einer vorgegebenen Reihe schafft.
• Um eine äußere Kante der Oberseite des Moduls 1 herum ist eine Umfangsausnehmung angeordnet, welche durch einen Eckstreifen 2, wie er in 2 gezeigt ist definiert ist. Der Eckstreifen 2 ist aus einem leichtgewichtigen kaltverformten Strukturstahl durch eine Faltung oder Falzung hergestellt und hat eine Vorderseite 2a, eine untere Oberseite 2b, eine geneigte Seite 2c und eine obere Oberseite 2d. Die vordere Seite 2a ist mit den Struktursäulen der modularen Baueinheit verbunden, beispielsweise durch Punktschweißen oder Bolzenschweißen. Die untere Oberseite 2b liegt über den horizontal ausgerichteten oberen Enden dieser Struktursäulen. Zwischen der unteren Oberseite 2b und der geneigten Seite 2c ist die Umfangsausnehmung geformt, welche sich um alle vier Kanten der Oberseite des Moduls 1 erstreckt.
• Die Oberseite des Moduls 1 ist außen mit lasttragenden Platten 3 verschalt, welche fest genug sind, um das Gewicht der Mitglieder des Montageteams zu tragen, welche beschäftigt sind, um aus einer Vielzahl derartiger Moduleinheiten ein Gebäude zu errichten. Die obere Oberseite 2d des Eckstreifens 2 liegt in einer Ausnehmung, welche in der Oberseite der lasttragenden Platten 3 gebildet ist, und über der oberen Oberseite 2d ist ein Streifen 4 einer akustischen Isolierung angeheftet, beispielsweise ein Streifen aus Gummi oder elastomerem Material, wie beispielsweise hochdichtem Neoprenschaum. Ein weiterer derartiger Streifen 5 einer akustischen Isolierung ist über der unteren Oberseite 2b des Eckstreifens 2 angeheftet, um eine gute akustische Isolierung zwischen vertikal benachbarten aufgestapelten Modulen 1 zu bilden. Eine alternative Schallisolierungsbarriere könnte durch Auflegen des Eckstreifens 2 über eine Schicht aus Gummi oder Elastomer oder einer anderen Schallabsorbierenden Beschichtung erreicht werden.
• 3 zeigt die Einzelheiten des unteren Umfangs jedes Moduls 1, und zeigt auch, wie das Bodendetail mit der Umfangsausnehmung um die obere Kante des Moduls vertikal unter ihr im fertigen Gebäude zusammenwirkt. Dieses untere Modul ist in 3 gestrichelt dargestellt, es ist jedoch in Bezug auf 4 exakt beschrieben. In 3 sind die Streifen 4 und 5 der akustischen Isolierung komprimiert dargestellt, wie sie auch in der Praxis, aufgrund des Gewicht des Moduls oder Module 1, welche sich vertikal darüber befinden vorliegen würden.
• Das Bodendetail des Moduls 1 ist mit einem Eckstreifen versehen, welcher kaltverformt ist, um einen sich nach unten erstreckenden Positionierungsflansch 6 zu definieren, in welchem die (nicht gezeigten) Struktursäulen des Moduls ruhen. Eine äußere Wand des Flansches 6 erstreckt sich nach oben, als ein äußerer Wandabschnitt 7 des Eckstreifens, welcher an der Außenseite des skelettförmigen Gebäudemoduls 1, beispielsweise durch Punktschweißen oder Bolzenschweißen befestigt ist. Die innere Wand des Flansches 6 ist gebogen, um dem Winkel der schrägen Fläche 2c des oberen Eckstreifens 2 zu folgen, welcher in einem Bodenplattenabschnitt 8, welcher mit den Böden einer Reihe von (nicht gezeigten) Querbalken verschweißt ist, welche den Boden des Moduls 1 tragen. Obwohl bei dem besonderen erläuterten Beispiel als Befestigungsverfahren der Wahl Schweißen angegeben wurde, sind andere Befestigungsverfahren, wie beispielsweise Schrauben, Nieten oder sogar Klebstoffe, abhängig von der Lebensdauer des geplanten Gebäudes und den Belastungen, welches dieses Erwartungsgemäß ausgesetzt werden soll, mögliche Alternativen.
• Wenn ein Gebäude aus einer Vielzahl von Modulen gemäß der Erfindung errichtet wird, wird zuerst eine unterste Reihe von Modulen 1 in Position gebracht und an Fundamenten verankert. Dann werden die Module 1 des nächsten Stockwerks nacheinander von einem Kran in Position gehoben. Wenn die Module 1 von dem Kranführer abgesenkt werden, werden sie von einer Arbeitsgruppe in Position geschoben. Die Eckpositionierung schafft eine exakte Positionierung der Module auf den Modulen des unteren Stockwerks, und die Arbeiter können frei auf den Dächern der Module 1 der Erdgeschossgruppe herumlaufen, da die Dachplatten 3 tragfähig sind.
• Wenn jedes obere Stockwerkmodul 1 sich etwa in Position befindet, senkt der Krankführer es um seine letzten wenigen Zentimeter, und die schrägen Seiten 2c führen es elegant, jedoch genau in Passung mit dem darunter befindlichen Modul.
• Die montierten Module können miteinander verriegelt werden, wie dies in meiner ebenfalls anhängigen Patentanmeldung Nr. WO68006 beschrieben und beansprucht wird. Alternativ kann ein Endloskabel durch die Wandhohlräume gefädelt werden, welche durch zueinander ausgerichtete vertikale Struktursäulen aufeinander folgender Stockwerke des Gebäudes definiert sind und als ein durchgehendes Kabel von den Gebäudefundamenten bis zum Dach gespannt werden, um die Module vertikal gegeneinander zu verriegeln. Anstelle eines Kabels kann eine Reihe von miteinander verbundenen Rohren oder Stangen verwendet werden, welche jeweils ein Stockwerk hoch sind, wie in meiner ebenfalls anhängigen Anmeldung Nr. WO68007 beschrieben ist. In ähnlicher Weise verbundene Rohre oder Stangen können quer zum Gebäude in der Horizontalebene verwendet werden. Es wird jedoch im Allgemeinen ausreichend sein, die Module horizontal unter Verwendung von Dachrinnenplatten zu verbin den, welche die Wanderbewegungen horizontal benachbarter Module überspannen, welche für Schallisolierungszwecke üblicherweise mit schmalen horizontalen, dazwischen befindlichen Schlitzen gestapelt werden. Die Dachrinnenplatten verbinden die benachbarten Module nicht nur horizontal miteinander, sie verhindern während des Aufbaus auch das Eindringen von Regen zwischen benachbarten Modulen.
• 4 zeigt eine Nivellierungseinheit, welche in der Praxis über die Fundamente oder jegliche Art vorgegebene Reihe eines Gebäudes gelegt und exakt nivelliert wird, bevor die nächsten Reihen von Gebäudemodulen in Position gehoben werden. Die Nivellierungseinheit nach 4 ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen und hat eine Umfangsstruktur von C-förmigen Abschnitten 11, welche jeweils aus einem leichtgewichtigen kaltverformten Strukturstahl hergestellt sind. Parallel zueinander zwischen den C-fömigen Abschnitten 11 verläuft eine Gruppe von C-förmigen Querbalken 12, welche die langen Kanten der Basisnivellierungseinheit 10 bilden, welche jeweils mit dem korrespondierenden C-förmigen Umfangsbalken 11 in exakt der gleichen Weise verbunden sind, wie die Boden- und Dachquerbalken in den Gebäudemodulen nach 1 bis 3 verbunden sind. Für eine zusätzliche Festigkeit können (nicht gezeigte) Abstandshalter mit einem C-förmigen Querschnitt in abgestuften Intervallen zwischen benachbarten Paaren von Querbalken 12 eingeschweißt werden, um eine vollständig starre Anordnung zu schaffen. Wenn es gewünscht wird, obwohl dies nicht in 4 gezeigt ist, kann diese Anordnung über ihre obere Oberfläche mit einem tragfähigen Boden verkleidet werden, welcher den Platten 3 von 2 ähnlich ist.
• Um den äußeren Rand der Basisnivellierungseinheit 10 (obwohl dies wieder nicht in 4 gezeigt ist) verläuft ein Eckstreifen, welcher eine Umfangsausnehmung definiert, welcher genau dem Eckstreifen 2 entspricht, welcher unter Bezugnahme auf 2 beschrieben und erläutert wurde, um die Oberseite jedes vollständigen Gebäudemoduls gemäß der Erfindung herum. Dementsprechend könnte 2 in gleicher Weise ein Schnitt durch eine der Kanten der Basisnivellierungseinheit 10 nach 4 sein, mit der Ausnahme, dass die Linie in 2, welche das Bezugszeichen 1 trägt und welche das Gebäudemodul angibt tatsächlich die Außenwand der Nivellierungseinheit 10 und der C-förmigen Umfangsglieder 11 angibt.
• Im Einsatz ist es wesentlich einfacher, eine Nivellierungseinheit 10, als ein vollständig ausgestattetes Gebäudemodul 1 zu handhaben. Demnach wird nach der Vorbereitung der Fundamente des Gebäude eine derartige Nivellierungseinheit 10 in Position gebracht, um den Grundriss jedes zu schaffenden Raums auf folgenden Etagen des fertiggestellen Gebäudes zu definieren. Das Nivellieren der einzelnen Nivellierungseinheiten 10 kann durch Einsatz von metallenen Ausgleichsstücken oder die Verwendung von Abdrückschrauben erreicht werden und wird präzise ausgeführt, bis ein genaues Basisniveau oder eine untere Niveaulage für die oberen Reihen der individuellen Gebäudemodule 1 des fertiggestellten Gebäudes geschaffen ist. Wenn jede Nivellierungseinheit 10 exakt positioniert und nivelliert ist, kann sie mit den Fundamenten oder der Bodenniveaustruktur über Verankerungsschrauben, Zugstreifen oder andere zweckmäßige Verankerungseinrichtungen (nicht gezeigt) gesichert werden, sodass die Basisreihe für die oberen Stockwerke des Gebäudes sicher nivelliert ist und mit den Fundamenten oder mit der Bodenniveaustruktur verbunden ist.
• Danach werden einzelne Gebäudemodule 10 mit einem Kran in Position gehoben und über die Eckausnehmungen in den Nivellierungseinheiten 10 exakt, wie oben in Bezug auf die exakte Montage der oberen Stockwerke des Gebäudes, in Position gebracht.

Claims (7)

1. Modulare Baueinheit (1) mit einer Skelettschale, welche so ausgerichtet ist, dass sie die Wände eines Raums oder von Räumen definiert, wobei die Baueinheiten (1), wenn sie in einer vertikalen und horizontalen Reihe aufgestapelt sind, zusammenwirken, um die miteinander verbundenen Räume eines Gebäudes zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass, zur präzisen Lokalisierung eines Moduls oder eines Teils hiervon vertikal über einem anderen in dem sich ergebenden Gebilde, jedes Modul am Umfang seiner Basis mit einem sich nach unten erstreckenden Aufstellungsflansch (6) versehen ist, und dass jedes Modul auch mit einer äußeren Dachbedeckung einer Last tragenden Schalung (3) versehen ist, welche sich bis nahe an jedoch nicht ganz zu dem äußeren Umfang der Oberseite des Moduls hin erstreckt, und dass der äußere Umfang des Moduls mit einer Kante (2) eines kalt verformten Leichtgewichtstahls kaschiert ist, welche einen ersten Abschnitt (2a, 2b) aufweist, welcher über die Oberseite der Seiten- und Endwände des Moduls überlappt und einen zweiten Abschnitt (2c, 2d) aufweist, welcher über den äußeren Rand der Schalung (3) überlappt, so dass zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Kanten eine umgebende Aufstellungsausnehmung (2b, 2c) gebildet ist, in welche der Aufstellungsflansch (6) eines vertikal benachbarten Baumoduls genau eingesetzt werden kann.
2. Modulare Baueinheit nach Anspruch 1, wobei die Umfangsausnehmung (2b, 2c) eine innere Seitenwand hat, welche schräg nach oben und nach innen relativ zu dem Baumodul verläuft, um das vertikal anschließende Baumodul in Position zu führen, wenn die Module während des Baus eines Gebildes hieraus, eines über dem anderen, gestapelt werden.
3. Modulare Baueinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die modulare Baueinheit (1) eine Skelettschale von strukturellen Stahlsäulen und Querbauteilen aufweist, welche ausgerichtet sind, um die Wände des Raums zu bilden.
4. Modulare Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ausgerichtete Skelettschale mit der genannten äußeren Dachbedeckung einer Last tragenden Schalung (3) kaschiert ist, welche sich bis nahe an jedoch nicht ganz zu dem äußeren Umfang der Oberseite des Moduls erstreckt, so dass die Kante der Schalung entlang des Innenrands der Aufstellungsausnehmung liegt.
5. Modulare Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufstellungsausnehmung mit einer Gummi- oder Elastomer- oder einer anderen Schall absorbierenden Beschichtung (4, 5) beschichtet ist.
6. Modulare Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Berandung des kalt verformten Leichtgewichtstahls (2) über einer Schicht einer Gummi- oder Elastomer- oder anderen Schall absorbierenden Beschichtung (4, 5) liegt.
7. Verfahren zum Errichten eines Gebäudes unter Verwendung von modularen Baueinheiten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine oder mehrere Nivellierungseinheiten (10), welche jede eine Skelettschale aus strukturellen Stahlumfangsgliedern (11) und Quergliedern (12) aufweisen, welche eine Bodenberührungsfläche einer modularen Baueinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 definieren, über ein Fundament oder einem Bodenniveaurahmen des Gebäudes positioniert werden, und wobei jede Einheit genau nivelliert und relativ zu den benachbarten Nivellierungseinheiten, unter Verwendung von Distanzstücken oder Abdrückschrauben zwischen den Nivellierungseinheiten (10) und dem Gebäudefundament oder der Grundstruktur, angeordnet werden, und wobei die Nivellierungseinheiten (10) fest an dem Gebäudefundament oder dem Grundniveaurahmen befestigt werden, bevor einzelne modulare Baueinheiten (1) darauf gesetzt werden, und wobei diese modularen Baueinheiten (1) durch Eingriff des sich im Wesentlichen um den Umfang der Basis jeder Baueinheit in eine Umfangsausnehmung (2b, 2c) erstreckenden Aufstellungsflansches (6) positioniert werden, welcher um die entsprechende Nivellierungseinheit (10) herum gebildet ist, in welcher der Aufstellungsflansch (6) der korrespondierenden modularen Baueinheit (1) exakt angeordnet werden kann.