EP1512804A2 - Verfahren zur Herstellung der Wandung eines Bauwerks - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Wandung eines Bauwerks, wobei eine an mindestens einer Stelle anticlastisch gekrümmte, die Form der Wandung etwa definierende erste Membran unter Vorspannung gehalten wird. Derart hergestellte Bauwerke müssen durch ständige Vorspannung stabilisiert werden und sind keine dauerhaften Bauwerke mit Licht-, Wärme- und Schallschutz.

Die Aufgabe, das Verfahren so weiterzubilden, dass ein geschütztes, dauerhaftes, stabiles, witterungsbeständiges und den Innenraum vor Umwelteinflüssen abschirmendes Bauwerk entsteht, wir dadurch gelöst, dass die erste Membran in vorgespanntem Zustand mit einem Versteifungsmaterial beschichtet wird, welches sich während des anschließenden Aushärtens innig mit der ersten Membran verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Wandung eines Bauwerks nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Tragwerksstrukturen aufzubauen, die im wesentlichen aus einer relativ dünnen Membran und ggf. zusätzlichen Spann- bzw. Verstärkungselementen bestehen. Bekannte Beispiele für derartige Bauwerke sind Traglufthallen, wie sie beispielsweise zur Überdachung von Schwimmbädern eingesetzt werden. Hierbei wird eine relativ dünne Membran in dem Berührungsbereich mit dem Grundbauwerk luftdicht abgeschlossen und im Innenraum "aufgepumpt". Das Bauwerk wird durch den in seinem Inneren befindlichen erhöhten Luftdruck stabilisiert, selbstverständlich nur, solange Maßnahmen getroffen werden, die diesen Luftdruck aufrechterhalten. Bei diesen Traglufhallen handelt es sich um sog. synclastische Strukturen, welche im wesentlichen dadurch gekennzeichnet sind, dass ihre Krümmung über die gesamte Oberfläche in einer Richtung (synclastisch) verläuft, mit anderen Worten also Ballonstrukturen.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Tragwerksstrukturen bekannt, bei denen Membranen in verschiedene Raumrichtungen gekrümmt sind, was man als anticlastische oder sattelförmige Strukturen bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel für eine derartige Form ist die Überdachung des Olympiastadions in München. Alle mechanisch vorgespannten Membrankonstruktionen und Seilnetzkonstruktionen können auftretende Eigenlasten und Verkehrslasten lediglich als Zugkräfte abtragen. Aus diesem Grunde ist es notwendig, an jedem Punkt der Membranfläche eine räumlich gegengekrümmte Oberfläche zu erzeugen, da nur diese Voraussetzung eine Vektorzerlegung der auftretenden Kräfte in unterschiedliche Richtungen auf Nur-Zugkräfte ermöglicht. Eine derartige Form kann zusätzlich nur stabilisiert werden, indem sie unter ständiger Vorspannung gehalten wird. Hierbei erzeugen die ständigen Lasten und die Vorspannung die Form der Bauwerks bzw. Bauteils. Um die Vorspannkräfte einzubringen werden konstante mechanische Vorspannelemente benötigt. Diese sind integrale Bestandteile einer Membrankonstruktion, da sie die Vorspannung ständig aufrecht erhalten müssen.
Nicht ständige Lasten wie Schnee oder Wind können diese Konstruktionen dadurch abtragen, dass sich die Oberfläche in ihrer Form den neuen Lastfällen anpasst und über diese Formveränderung einen neuen Gleichgewichtszustand herstellt. Diese Formveränderung ist abhängig vom Grad der Vorspannung. Je höher die Vorspannung desto geringer die Formveränderung und ungekehrt. Alle auftretenden Kräfte innerhalb der vorgespannten Membran können nur über Zugkräfte und eine entsprechende Formänderung abgetragen werden. Es könne keine Druckkräfte oder gar Biegemomente aufgenommen werden. Scherkräfte sind nur in ganz geringem Umfang über die Gewebesteifigkeit des textilen Materials aufnehmbar. Einzellasten senkrecht zur Oberfläche können nur über starke lokale Formveränderungen aufgenommen werden, bzw. stanzen durch das Bauteil, was zu Beschädigung oder Zerstörung führt.

Das Tragwerk muss also durch eine nicht unerhebliche Veränderung seiner Form auf die Lastveränderungen reagieren können um auch unter veränderten Lasten einen neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Diese dynamische Struktur des Tragwerks ist oft unerwünscht und führt zu Anschlussproblemen, vor allem wenn feste Raumzellen geschaffen werden sollen. Darüber hinaus weist ein solches Tragwerk praktisch keinen Schall- und Wärmeschutz auf. Es dient nicht als festes Bauwerk, in welchem sich Sachen oder Personen geschützt vor den äußeren Einflüssen aufhalten können. Der Schutz gegen Eindringen fremder Personen ist gering, da mittels eines einfachen Schneidewerkzeugs (Messer) ein Eindringen ermöglicht werden kann.

Es besteht daher die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der Wandung eines Bauwerks so weiterzubilden, dass ein geschütztes, dauerhaftes, stabiles, witterungsbeständiges und den Innenraum vor Umwelteinflüssen abschirmendes Bauwerk entsteht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem genannten Stand der Technik einer bereits anticlastisch gekrümmten Membran unter Vorspannung im wesentlichen dadurch, dass diese Membran in dem vorgespannten Zustand mit einem Versteifungsmaterial beschichtet wird, welches sich während des anschließenden Aushärtens innig mit der ersten Membran verbindet.

Mit dieser Maßnahme geht man den Schritt von einer gespannten Membran zu einem echten Bauwerk, da das Versteifungsmaterial durchaus die Stärke einer üblichen Wandung eines Bauwerks erreichen kann und alle Eigenschaften haben kann, welche an die Wandung eines Bauwerks gestellt werden, insbesondere Lichtschutz, Schallschutz, Wärme- und Kälteschutz, die Abtragung von Lasten etc.. Hierbei ist es unerheblich, ob die Wandung nur die Decke oder auch die Seitenwände umfasst oder kuppelartig (jedoch immer anticlastisch) ausgebildet ist.

Wichtig ist, dass sich das Versteifungsmaterial während des Aushärtens innig mit der Membran verbindet. Hierdurch wird ein Effekt erzeugt, wie er an sich aus Spannbetonkonstruktionen bekannt ist. Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung erzeugt die Vorspannung der Membran während des Aushärtens des darüber angebrachten Versteifungsmaterials ebenfalls eine besonders hohe Stabilität, die dann gewährleistet ist, wenn sich das Versteifungsmaterial innig mit der Membran verbindet, also sowohl Membran als auch Versteifungsmaterial zusammen die Wandung bilden und nicht mehr oder nur noch schwer voneinander trennbar sind. Es entsteht ein Bauwerk bzw. Bauteil, bestehend aus einem Verbundbaustoff, der lokal sowohl Druckkräfte, Scherkräfte und Biegemomente aufnehmen kann, in Verbindung mit einer Bauwerksform die eine optimale Lastabtragung von Normalkräften, also Zug- oder Druckkräften, bedingt durch ihre Formfindung als reine Zugkonstruktion, ermöglicht. Ob das Bauwerk mehr als Zugkonstruktion mit minimierter Formveränderung, oder als druckbeanspruchte Schale reagiert, hängt vom Grad der Versteifung ab. Lokales Ausbeulen wird durch die eingebrachte und über die Versteifung "eingefrorene" Vorspannung verhindert. Ebenso wird das Einbringen von Einzellasten ermöglicht ohne dass eine gravierende Formveränderung bzw. ein "Durchstanzen der Konstruktion" auftritt. Das Zerstören der Wandung mittels eines einfachen Werkszeugs wird durch die "bewehrte Versteifung" verhindert.

Als mögliche Membranen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle Membranen zum Einsatz kommen, die sich aufgrund ihrer Materialeigenschaften in der Bautechnik bewährt haben oder bewähren können. Insbesondere können Polyestermembranen, Stahl- oder Glasfasermembranen, Ethyltetrafluorethylen-Membranen etc. eingesetzt werden.

Als mögliche Versteifungsmaterialien kommen faserverstärkte Polyesterharze in Betracht, wobei die Verstärkung mit Kunststoff-, Aramid-, Kohlenstoff-, Glasfasern oder mit Stahlgewebe erfolgen kann. Ferner kommen faserverstärkte Epoxidharze in Betracht, bei denen die Verstärkung ebenfalls mit den genannten Fasern und Geweben erfolgen kann.

Eine andere Möglichkeit anstelle der Fasern oder eines Gewebes ist die Verwendung von Blähglas- oder Blähtonkügelchen oder einem anderen aufgeblähten, stabilen Material (Kunststoff, Stahl ...), welches mit dem aushärtenden Material und der Membran einen Verbund eingeht. Das aushärtende Material könnte alternativ zu den genannten auch Leim oder Kleber sein.

Darüber hinaus kommt Gipsspachtel in Betracht oder auch Kunststoffputz.

Die Aufbringung des Versteifungsmaterials kann in an sich bekannten Verfahren durchgeführt werden, beispielsweise durch Handlaminieren, im Faserspritzverfahren, im Vakuumverfahren, im Autoklav-Verfahren, im Injektionsverfahren, im Wickelverfahren, im Pressverfahren, im Pultrusionsverfahren und im Gießverfahren, wobei die Gipsspachtel und der Kunststoffputz auch im Spachtel-, Spritz-, Pump- und Gießverfahren aufgebracht werden können. Der genaue Verfahrensablauf der beschriebenen Verfahren wird hier nicht näher dargelegt, da er in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben ist.

Die Dicke der Versteifungsschicht kann von wenigen Millimetern bis zu einigen Dezimetern variieren, wobei übliche Wanddicken eines Bauwerks insbesondere in Betracht kommen.

Nach Aushärtung des Versteifungsmaterials kann die Wandung in an sich bekannter Weise bearbeitet werden, beispielsweise mit Dübeln oder anderen Befestigungselementen für Aufoder Anbauten versehen werden. Darüber hinaus können Aussparungen für Fenster und Türen vorgenommen werden, die dann in an sich bekannter Weise in diese Aussparungen eingesetzt werden.

Darüber hinaus kann während des Aufbringens des Versteifungsmaterials in diesem eine weitere Bewährung angeordnet werden, die jedenfalls bis zum Aushärten des Versteifungsmaterials etwa in Richtung der Zugspannung der Membran gespannt gehalten wird und mit der sich das Versteifungsmaterial auch innig verbindet. Dies erzeugt einen zusätzlichen "Spannbeton-Effekt".

In einer weiteren Ausgestaltung kann parallel und im wesentlichen Abstandsgleich zu der ersten Membran eine weitere Membran angeordnet sein, welche mit der ersten Membran beispielsweise durch Abstandshalter verbunden ist. Hier wird dann das Versteifungsmaterial in den Zwischenraum zwischen den beiden Membranen eingebracht, z. B. durch Pumpen, und verbindet sich während des anschließenden Aushärtens innig mit diesen beiden Membranen.

Ob nach dem Aushärtevorgang die mechanische Vorspannkonstruktion der Membran beibehalten oder weggenommen wird hängt davon ab, ob eine "Versteifte Zugkonstruktion" oder gänzlich zur Schale konvertierte Konstruktion angestrebt wird. In den meisten Fällen wird die Vorspannkonstruktion als Teil eines hybrid reagierenden Tragwerks, oder zur Sicherung gegen Beulen oder Versagen der Schale beibehalten werden. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Spannkonstruktion zu entfernen, nachdem sich die Membran innig mit dem Versteifungsmaterial verbunden hat.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung der Wandung eines Bauwerks, wobei eine an mindestens einer Stelle anticlastisch gekrümmte, die Form der Wandung etwa definierende erste Membran unter Vorspannung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran in vorgespanntem Zustand mit einem Versteifungsmaterial beschichtet wird, welches sich während des anschließenden Aushärtens innig mit der ersten Membran verbindet.
2. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen abstandsgleich zu der ersten Membran eine weitere Membran angeordnet ist, das Versteifungsmaterial in den Zwischenraum zwischen den beiden Membranen eingebracht wird und sich während des anschließenden Aushärtens innig mit beiden Membranen verbindet.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Versteifungsmaterial eine Bewehrung angeordnet wird, die jedenfalls bis zum Aushärten des Versteifungsmaterials etwa in Richtung der Zugspannung der ersten Membran gespannt gehalten wird und mit der sich das Versteifungsmaterial innig verbindet.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Membran und ggf. weitere Membran aus den Materialien Kunststoff, insbesondere Polyester und Ethyltetrafluorethylen, Glasfasern, Metall oder einer Kombination dieser Materialien ausgewählt wird.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsmaterial aus den Materialien Polyesterharz, Epoxidharz, Gipsspachtel, Kunststoffputz, ausgewählt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsmaterial faser- bzw- gewebeverstärkt ist und die Verstärkungsfasern bzw. -gewebe aus den Materialien Kunststoff, Aramid, Kohlenstoff, Glas und Stahl ausgewählt werden.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsmaterial durch Handlaminieren, Spachteln, Spritzen, insbesondere Faserspritzen, im Vakuumverfahren, im Autoklav-Verfahren, im Injektionsverfahren, im Wickelverfahren, im Pressverfahren, im Pultrusionsverfahren, im Pumpverfahren, im Gießverfahren oder in einer Kombination dieser Verfahren aufgebracht wird.