EP2912238B1

EP2912238B1 - Wandelement für gebäude in fertigbauweise

Info

Publication number: EP2912238B1
Application number: EP13779769.2A
Authority: EP
Inventors: Anna GALLINAT
Original assignee: Areva GmbH
Current assignee: Areva GmbH
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP2016500773A; EP2912238A1; HUE030735T2; DE102012219209A1; JP6218843B2; CN104736781A; CN104736781B; WO2014063919A1

Description

Die Erfindung betrifft ein als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement zur Errichtung eines Bauwerks. Sie betrifft ferner ein unter Verwendung derartiger Wandelemente hergestelltes Bauwerk, insbesondere ein Betriebs- oder Anlagengebäude eines Kernkraftwerks.
Sicherheitsrelevante Gebäude von nuklearen Anlagen, beispielsweise solche Gebäude, die die Notstromaggregate beherbergen, wurden bislang fast ausschließlich als Ortsbetonkonstruktion ausgeführt. Die im gewöhnlichen Wohngebäudebau erprobte Fertigbauweise kam im nuklearen Sektor aufgrund des sehr hohen Lastniveaus bislang praktisch nicht zur Anwendung.
Das Gebäude / die Konstruktion muss dort nämlich allen Lasten und Lastverbindungen von folgenden Ereignissen aus den Gruppen EVI - Einwirkung von Innen - und EVA - Einwirkung von außen - widerstehen:

Normalbetrieb:

Ständige Lasten
Variable Lasten inklusive Lasten bedingt durch Transport und Installation
Kombinierte Lasten

Einflüsse durch von außen verursachte Personenereignisse:

Explosion
Abstürze von Flugmaschinen
Feuer im Außenbereich

Einflüsse durch innere unvorhergesehene Ereignisse:

Innerbetriebliches Feuer
Einsturz des inneren Designs
Fallende Lasten
Interne Überflutung
Interne Explosion

Unwahrscheinliche Ereignisse:

Erdbeben
Extreme Winde
Extremer Schnee und Vereisung
Tornadolasten, Einfluss von Tornado-Geschossen
Extreme Außentemperaturen
Externe Überflutung
Extremer Niederschlag
Objektschutz
Explosive Druckwelle
Explosive Gaswolke

Die Verwendung von Fertigbauteilen - obwohl wegen der damit einhergehenden Standardisierung und der Optimierung der gesamten Planung, Konstruktion und Bauabläufe als durchaus wünschenswert angesehen - stieß in diesem Kontext bislang auf erhebliche Schwierigkeiten und unterblieb daher. Dies liegt insbesondere an den bislang im Fertigbau gebräuchlichen Verbindungstechniken, die entweder die im nuklearen Sektor gestellten Anforderungen hinsichtlich Lastabtrag nicht erfüllen oder nicht in der Lage sind, die dort anzutreffenden, zulässigen Bauteiltoleranzen einzuhalten und zugleich flexible Anschlüsse auf der Baustelle zu ermöglichen und Ausrichtungsungenauigkeiten bei der Montage zu überwinden.
Die Tatsache, dass für jedes Kernkraftwerk im Wesentlichen die gleichen Gebäude, mit der gleichen Funktionalität neu geplant werden, führt zu der Überlegung, wie die Planungs- und Ausführungskosten reduziert werden können.
Eine Reduzierung ist möglich durch Systeme, die es ermöglichen, mit vorgefertigten Modulen die gewünschten Räume und ihre Belegung flexibel zu planen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass die Einführung der Fertigteilbauweise bisher vor allem auf Schwierigkeiten bezüglich der kraftschlüssigen Verbindung zwischen den einzelnen Bauelementen und der Überwindung der damit einhergehenden Toleranzen und Maßungenauigkeiten sowie Ausrichtungsungenauigkeiten bei der Montage stieß.
In einer Voranmeldung der AREVA NP GmbH mit der Veröffentlichungsnummer WO 2012/123067 A1 wurde ein Wandelement der eingangs genannten Art offenbart, das sich auf einfache Weise mit weiteren derartigen Wandelementen zu einem Bauwerk, speziell einem Gebäude oder Gebäudekomplex, zusammensetzen und verbinden lässt, das nicht nur für gewöhnliche Betriebslasten ausgelegt ist, sondern darüber hinaus auch unwahrscheinlichen extremen Belastungen - einzeln oder gar in Kombination - standhält, etwa Überflutung, Erdbeben, Dauerregen, Eislasten, Windlasten, Wirbelstürme, extreme Umgebungstemperaturen, Einschlag von Geschossen, Flugzeugabstürze etc.
Demnach ist ein als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement - dort Wandmodul genannt - zur Errichtung eines Bauwerks mit einem Wandkörper vorgesehen, mit einer Mehrzahl von in ihrer Gesamtheit ein regelmäßiges Bewehrungsgitter bildenden, vorzugsweise jeweils parallel zu den Rändern des Wandkörpers verlaufenden Bewehrungsstäben, die in den Wandkörper eingegossen sind, wobei zumindest einige der Bewehrungsstäbe den Wandkörper jeweils im Wesentlichen von Rand zu Rand durchdringen und an ihren Enden mit Verbindungselementen versehen sind, die zur Herstellung einer Verbindung mit komplementären Verbindungselementen eines unmittelbar benachbarten Wandelelements ausgebildet sind. Dabei ist das jeweilige Verbindungselement - jedenfalls im gelösten, nicht mit einem komplementären Verbindungselement verbundenen Zustand - derart spielbehaftet bzw. beweglich mit dem zugehörigen Bewehrungsstab verbunden, dass es in einer zur Längsrichtung des Bewehrungsstabes senkrechten Ebene allseitig um mindestens 2 Millimeter gegenüber einer vorgesehenen Zentralposition verschiebbar ist.
Ferner wurde als bevorzugte Ausführungsform ein Wandelement beschrieben, bei dem der Wandkörper nach Art einer Sandwichbauweise eine Außenschale, eine Innenschale und eine dazwischen liegende Kernfüllung besitzt, wobei die Außenschale und die Innenschale über Bewehrungselemente schub- und zugfest miteinander verbunden sind. Allerdings wurde dieses Grundkonzept der Sandwichbauweise dort nicht näher hinsichtlich möglicher Ausführungsformen konkretisiert.
An dieser Stelle setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, die in der genannten Voranmeldung beschriebenen Wandelemente weiterzuentwickeln. Es soll eine modular vorgefertigte massive Stahlbetonkonstruktion aus Stahlbetonplatten und Fugenverbindungselementen entstehen, die nach dem Verbinden der einzelnen Elemente als eine monolithische Einheit das hohe Lastniveau unter den verschiedenen eingangs genannten Lastfällen abträgt. Dabei soll insbesondere eine mit akzeptablem Aufwand zu errichtende und für die genannten Anforderungen ausgelegte Bewehrungsstruktur für die Stahlbetonplatten und für die Fugenverbindungen geschaffen werden. Außerdem sollen die beim Aneinanderreihen der Wandelemente vorhandenen und mit Ortbeton oder einer anderen Füll-masse - beispielsweise Mörtel - zu vergießenden Fugen ein möglichst geringes Volumen besitzen, so dass auf der Baustelle nur wenig Ortbeton und Schalungsmaterial benötigt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Konkretisierungen des Grundprinzips gehen aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Es zeigen jeweils in vereinfachter und schematischer Darstellung:

FIG. 1: ein in Sandwichbauweise gefertigtes Wandelement mit einer Innenschale, einer Außenschale und einer Kernfüllung in perspektivischer Ansicht,
FIG. 2: den Aufbau der Bewehrung der Innenschale des Wandelementes in einem Zwischenstadium während der Fertigung in perspektivischer Ansicht,
FIG. 3: einen Längsschnitt durch das Wandelement,
FIG. 4: einen Ausschnitt aus FIG. 3,
FIG. 5: den Aufbau der Bewehrung der Innenschale des Wandelementes vor dem Gießen der die Bewehrung umgebenden Betonmasse in perspektivischer Ansicht,
FIG. 6: die Innenschale des Wandelementes nach dem Gießen der Betonmasse in perspektivischer Ansicht,
FIG. 7: die Verbindung zwischen der Innenschale und der Außenschale des Wandelements in perspektivischer Ansicht,
FIG. 8: die Verbindung zwischen der Innenschale und der Außenschale des Wandelements in perspektivischer Ansicht, wobei die Betonmasse der Außenschale zeichnerisch ausgeblendet (oder transparent gemacht) wurde,
FIG. 9: eine Draufsicht von oben auf die Verbindung zwischen der Innenschale und der Außenschale des Wandelements,
FIG. 10: von oben nach unten verschiedene Zwischenstadien bei der Verbindung zweier nebeneinander aufgestellter Wandelemente in jeweils perspektivischer Ansicht,
FIG. 11: ein weiteres Zwischenstadium bei der Verbindung zweier nebeneinander aufgestellter Wandelemente, nämlich beim Vergießen der vertikalen Stoßfuge zwischen den beiden Wandelementen,
FIG. 12: einen Ausschnitt der in FIG. 2 dargestellten Bewehrung in seitlicher Draufsicht,
FIG. 13: ein Detail der Fugenbewehrung in der vertikalen Stoßfuge zweier nebeneinander aufgestellter Wandelemente in perspektivischer Ansicht,
FIG. 14: einen Querschnitt durch die Verbindungsregion zweier übereinander aufgestellter Wandelemente, und
FIG. 15: einen Längsschnitt durch die Verbindungsregion zweier übereinander aufgestellter Wandelemente.

Im Folgenden beziehen sich alle Positions- und Richtungsangaben wie "oben", "unten", "vertikal", "horizontal" usw. auf die in den Figuren dargestellte übliche Einbauposition der Wandelemente.
FIG. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein in Sandwichbauweise gefertigtes quaderförmiges Wandelement 2, beispielsweise zur Verwendung in einem Kernkraftwerksgebäude. Das zur Anordnung in einer Seitenwand eines Gebäudes vorgesehene und im Regelfall eine komplette Geschosshöhe ausbildende Wandelement 2 weist eine als Stahlbetonkonstruktion errichtete Innenschale 4, eine entsprechende Außenschale 6 und eine dazwischen liegende Kernfüllung 8, beispielsweise aus Schwerbeton, auf. Die Innenschale 4 und die Außenschale 6 sind jeweils annähernd spiegelbildlich zueinander in ansonsten gleichartiger Weise aufgebaut, wie weiter unten noch näher beschrieben wird. Am oberen Rand ragen aus der Außenschale 4 und aus der Innenschale 6 mehrere Verbindungselemente 10 zur Ausbildung von Schraubverbindungen zum darüber liegenden Wandelement (hier nicht sichtbar) heraus. An der (hier verdeckten) Unterseite des Wandelements 2 sind in entsprechender Weise dazu funktionell komplementäre Verbindungselemente angeordnet. Außerdem sind unten im Bereich der jeweiligen Frontfläche 12 der Innenschale 4 und der Außenschale 6 Eingriffsöffnungen 14 zur Bewerkstelligung der Verschraubungen bei der Montage des Wandelementsystems vorhanden. Die Eingriffsöffnungen 14 durchsetzen jeweils nach Art eines Kanals den Querschnitt der Innenschale 4 bzw. der Außenschale 6. An den beiden seitlichen Rändern ragen Bewehrungsschlaufen / U-förmige Bügel, kurz U-Bügel 16, mit ihrem Bogenende aus der Innenschale 4 und der Außenschale 6 des Wandelementes 2 heraus, die zur Ausbildung der Anschlüsse zu daneben liegenden Wandelementen (hier nicht sichtbar) vorgesehen sind.
FIG. 2 veranschaulicht den Aufbau der Innenschale 4 des Wandelements 2, gewissermaßen in einer ersten Phase beim Aufbau des inneren Bewehrungskorbs, noch vor dem Gießen des Betons. Das rechts daneben liegende, im fertig gestellten Zustand dargestellte Wandelement sowie die teilweise vergossen Fuge sind einstweilen wegzudenken (sie sind aus Gründen der Bildgenerierung mit Hilfe eines CAD-Programms vorhanden, wobei aus der kompletten Konstruktion einzelne Layer selektiv ausgeblendet wurden). Die Außenschale 6 ist wie bereits erwähnt analog zur Innenschale 4 aufgebaut.
Die auch als Biegebewehrung bezeichnete, zur Aufnahme und Weiterleitung von Zugkräften im Verbund der Wandelemente 2 ausgelegte Hauptbewehrung 18 umfasst ein in der Erstreckungsebene des Wandelementes 2 liegendes rechteckiges Gitter aus horizontalen Bewehrungsstäben 20 (in FIG. 2 sind nur die untersten beiden dargestellt) und vertikalen Bewehrungsstäben 22, die sich an den Kreuzungspunkten berühren und dort beispielsweise mit Draht umflochten und so gegeneinander fixiert sind. Die horizontal und somit parallel zur oberen und unteren randseitigen Kante des Wandelements 2 ausgerichteten Bewehrungsstäbe 20 sind äquidistant zueinander angeordnet, ebenso die vertikal und somit parallel zu den Seitenkanten des Wandelements 2 ausgerichteten Bewehrungsstäbe 22. Der Stabdurchmesser beträgt in beiden Fällen - horizontal und vertikal - bevorzugt rund 30 bis 35 mm. Der Abstand zwischen den Längsachsen der Bewehrungsstäbe 20, 22 beträgt in beiden Fällen vorzugsweise rund 200 mm (quadratisches Gitter).
Je zwei in horizontaler Richtung aufeinanderfolgende, an ihren oberen Enden jeweils mit einem Schraubgewinde versehene vertikale Bewehrungsstäbe 22 sind in zugehörige Aufnahmen eines Verbindungsstücks 24 geschraubt, alternativ darin verschweißt. In eine dazwischen liegende zentrale Aufnahme des Verbindungsstücks 24 ist ein nach oben aus dem Gitterverbund hervorstehender, ebenfalls mit einem Außengewinde versehener Anschlussbolzen 26 geschraubt. Auf den vertikal ausgerichteten Anschlussbolzen 26 lässt sich von oben eine mit einer Zentralausnehmung versehene Halteplatte 28 aufschieben und darüber eine Mutter 30 aufschrauben. Am unteren Ende des auf diese Weise miteinander verbundenen Stabpaares ist ein aus vier miteinander verschweißten Stahlplatten zusammengesetzter oder alternativ in einem Stück gegossener, im Querschnitt rechteckiger Kasten 32 (Box) aus Stahl vorhanden, der passgenau zwischen den zwei vertikalen Bewehrungsstäben 22 angeordnet und mit ihnen an der Außenseite verschweißt, alternativ verschraubt ist. Die Anordnung der Verbindungsstücke 24 und der Kästen 32 ist so gewählt, dass sie beim späteren Gießen der Betonmasse bündig mit dem oberen bzw. unteren Rand der Innenschale 4 abschließen, so dass nur der obere Teil der Anschlussbolzen 26 oben herausragt. Ferner sind die Kästen 32 derart in den Beton eingebettet, dass der quaderförmige Innenraum des jeweiligen Kastens 32 sowie ein im Wesentlichen quaderförmiger Montageraum unmittelbar darüber frei bleibt. Der so jeweils insgesamt gebildete, zusammenhängende Hohlraum ist einerseits von unten über die frei bleibende untere Kastenöffnung als auch von der Frontseite 12 über die ebenfalls frei bleibende Eingriffsöffnung 14 zugänglich (siehe auch FIG. 1).
Damit ist insgesamt ein System von Verbindungselementen 10 ausgebildet, mit deren Hilfe sich bei der späteren Montage des Bauwerks übereinander liegende Wandelemente 2 verschrauben lassen. Dazu wird das obere Wandelement 2 derart auf das darunter liegende Wandelement 2 abgesetzt, dass die oberen Enden der Anschlussbolzen 26 des unteren Wandelements 2 jeweils die zugeordneten Kästen 32 des Gegenstücks durchgreifen. Anschließend werden durch die Eingriffsöffnungen 14 in der Frontseite 14 der Innenschale 4 (und analog bei der Außenschale 6) die Halteplatten 28, welche die Kästen 32 an deren oberen Kanten seitlich übergreifen, auf die Enden der Anschlussbolzen 26 aufgeschoben und durch Aufschrauben und Festziehen der Muttern 30 gesichert / verspannt. Die Halteplatten 28 übernehmen dabei gewissermaßen die Funktion von Unterlegscheiben. Der Querschnitt der Kästen 32 ist so gewählt, dass der jeweilige Anschlussbolzen 26 darin bei der Montage in alle Richtungen ein paar Millimeter Spiel hat, um so eventuelle Maßungenauigkeiten bei der späteren Montage auf der Baustelle auszugleichen. Dies entspricht der bereits in der internationalen Offenlegungsschrift WO 2012/123067 A1 der AREVA NP GmbH beschriebenen Auslegungsphilosophie. Anzumerken ist noch, dass in FIG. 1 und FIG. 2 zwar des besseren Überblicks halber die Halteplatten 28 und die Muttern 30 in ihrer Montageendposition auf den Anschlussbolzen 26 dargestellt sind, dass diese in Wirklichkeit aber erst nach dem Aufstellen der Wände und dem Zusammenfügen der jeweiligen Verbindungspartner dort angebracht und festgeschraubt werden.
Zurück zum Aufbau der Innenschale 4 gemäß FIG. 2. Außer der Hauptbewehrung 18 ist noch eine Oberflächenbewehrung 34, ebenfalls in Gestalt sich kreuzender, gitterartig angeordneter Bewehrungsstäbe 36, 38 mit einem Durchmesser von rund 100 mm und mit gleicher Maschengröße wie beim Hauptgitter vorhanden (quadratisches Gitter mit einem Stababstand von etwa 200 mm). Das aus den horizontalen Bewehrungsstäben 36 und den vertikalen Bewehrungsstäben 38 gebildete Gitter der Oberflächenbewehrung 34 ist parallel zum Gitter der Hauptbewehrung 18 angeordnet, und zwar in einem Abstand in Richtung zur (hier rückwärtigen) Frontseite 14 der Innenschale 4. In lateraler Richtung sind die Kreuzungspunkte der beiden Bewehrungsgitter bevorzugt um eine halbe Maschenlänge gegeneinander versetzt. Die Kreuzungspunkte der Oberflächenbewehrung 34 liegen also im Zentrum der Maschen der Hauptbewehrung 18 und umgekehrt (siehe auch FIG. 12).
Des Weiteren sind an den Seitenkanten der Innenschale 4 wie bereits erwähnt nach außen abstehende U-Bügel 16 oder (Bewehrungs-) Schlaufen aus Stahl für die spätere Ausbildung und Fixierung der seitlichen Wandelement-Stöße angebracht. Die einzelnen U-Bügel 16 weisen zwei horizontal und parallel zur Längserstreckungsrichtung des späteren Wandelements 2 verlaufende Schenkel 40 auf, die im Zwischenraum zwischen der Hauptbewehrung 18 und der Oberflächenbewehrung 34 liegen und bevorzugt die vertikalen Bewehrungsstäbe 22 der Hauptbewehrung 18 berühren (an den Berührpunkten gemeinsam mit Draht umflochten sind), und zwar auf derjenigen Seite, auf der auch die horizontalen Bewehrungsstäbe 20 angeordnet sind. Der eine Schenkel 40 des jeweiligen U-Bügels 16 liegt dabei oberhalb des ihm zugeordneten horizontalen Bewehrungsstabes 20 der Hauptbewehrung 18, der andere unterhalb. Mit anderen Worten liegt jeder der horizontalen Bewehrungsstäbe 20 der Hauptbewehrung 18 in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln 40 eines koplanar ausgerichteten U-Bügels 16 (siehe auch FIG. 12). Die innerhalb der Innenschale 4 befindlichen Abschnitte der Schenkel 40 sind vergleichsweise lang gehalten und erstrecken sich hier im Beispiel über mehr als vier Gittermaschen der Hauptbewehrung 18, also über mehr als 800 bis 1.000 mm. Die nach außen herausragenden Abschnitte haben in horizontaler Richtung gesehen inklusive des endseitigen Bogens 42 jeweils eine Länge von bevorzugt rund 400 mm. Die spätere Montage und Verbindung im Bereich der vertikal verlaufenden Stoßfuge zwischen zwei Wandelementen 2 wird weiter unten näher beschrieben.
Schließlich weist die Bewehrung der Innenschale 4 rechtwinklig abgewinkelte (etwa gebogene oder in dieser Form gegossene) U-Bügel 44 oder Schlaufen aus Stahl auf, deren Schenkelende 46 jeweils im Zwischenraum zwischen der Hauptbewehrung 18 und der Oberflächenbewehrung 34 liegt. Die vergleichsweise kurzen, sich über weniger als oder maximal eine Gittermasche erstreckenden Schenkelabschnitte des Schenkelendes 46 liegen parallel zu den horizontalen Bewehrungsstäben 20 der Hauptbewehrung 18. Das Bogenende 48 dieser U-Bügel 44 steht senkrecht von der der Frontseite 14 gegenüber liegenden Rückseite 50 ab und ragt mindestens 200 mm in die spätere Kernfüllung 8 hinein. Dabei umgreift / hintergreift der jeweilige U-Bügel 44 an der Abwinklung bzw. Knick- oder Biegestelle 52 einen der vertikalen Bewehrungsstäbe 22 der Hauptbewehrung 18 und berührt diesen dort. Dies ist gut in FIG. 3 und FIG. 4 zu erkennen, die einen entsprechenden Längsschnitt durch das spätere Wandelement 2 darstellen. Auf diese Weise ist zumindest einigen Maschen, bevorzugt den meisten Maschen, vorzugsweise jeder Masche der Hauptbewehrung 18 ein derartiger U-Bügel 44 zugeordnet. Das ist in FIG. 5 zu erkennen, die den vollständigen Aufbau des Bewehrungsverbundes der Innenschale 4 kurz vor der Betonierung zeigt. In FIG. 6 ist der Zustand nach der Betonierung dargestellt.
Nachdem die Innenschale 4 gemäß FIG. 6 und eine entsprechend aufgebaute Außenschale 6 hergestellt wurden, werden diese mit Hilfe der in die spätere Kernfüllung 8 hineinragenden U-Bügel 44 zu einem Wandelement 2 miteinander verbunden. Dazu werden die beiden Schalen 4, 6 in die gewünschte Relativposition zueinander gebracht, so dass jeweils das Bogenende 48 eines U-Bügels 44 der Innenschale 4 und eines U-Bügels 44 der Außenschale 6 direkt nebeneinander liegen und sich die geraden Schenkelabschnitte dort überlappen und berühren. Dabei umschließen die Bögen der beiden U-Bügel 44 eine im Wesentlichen O-förmige Öffnung 54. Dies ist gut in FIG. 7 oder FIG. 8 zu sehen, wobei in FIG. 8 für eine bessere Sicht die Betonfüllung der Außenschale 6 zeichnerisch ausgeblendet wurde. Man erkennt auch, dass die U-Bügel 44 in Reihen angeordnet sind, wobei die O-förmigen Öffnungen 54 oder Schlaufen einer Reihe in Horizontalrichtung gesehen in einer Flucht liegen. In Vertikalrichtung gesehen sind mehrere diesen Reihen übereinander liegend über die komplette Höhe des Wandelements 2 hinweg gleichmäßig verteilt angeordnet (hier sind zur Vereinfachung nur zwei Reihen dargestellt). In jede dieser Reihen werden zwei Bewehrungsstäbe 56 eingeschoben, die sich über die komplette Breite des Wandelements 2 erstrecken und entsprechend der Bügelanordnung horizontal ausgerichtet sind. Der eine Bewehrungsstab 56 ist entsprechend dem durch die O-förmigen Öffnungen 54 der Bügelanordnung gewährten Freiraum zur Innenschale 4 hin orientiert, der andere zur Außenschale 6 hin. Die Bewehrungsstäbe 56 berühren dabei die entsprechenden Bögen der U-Bügel 44 von innen in deren Scheitelpunkten.
Nach dem Einbringen aller Bewehrungsstäbe 56 in den Zwischenraum zwischen Innenschale 4 und Außenschale 6 wird die Kernfüllung 8 gegossen. Die Kernfüllung 8 kann aus Schwerbeton hergestellt werden, wobei etwaig vorgegebene Anforderungen an die Abschirmwirkung gegenüber radioaktiver Strahlung zu berücksichtigen sind. Die Schwerbetonkernfüllung wird auch zum Lastabtrag der Lasten herangezogen (nämlich von Druckbelastungen im Elementverbund). Zur Herstellung eines hochwertigen Verbundes sollten die Betonflächen, die über den Verguss eine Verbindung erfahren, eine korngerüstfreigesetzte Oberfläche aufweisen. Beton ist ein mineralischer Baustoff und kann als künstliches Gestein betrachtet werden. Er besteht aus einem Gemisch von Zement, Zuschlag und Wasser. Als Zuschlag werden hauptsächlich Sand, Kies und Splitt verwendet. Er wird erst kurz vor dem Einbau in die formgebende Schalung eingebracht. Als Zuschlagstoffe für Normalbeton werden vorwiegend natürliche Stoffe wie Kies aus Ablagerungen oder gebrochenes Gestein (Schotter, Splitt) verwendet. Der Zuschlag bestimmt wesentlich die Verarbeitbarkeit und Festigkeit des Betons. Durch eine geeignete Abstufung von unterschiedlichen Zuschlagskorngrößen wird eine möglichst dichte Packung der Körner mit wenigen Hohlräumen, in denen sich der Zementleim befindet, angestrebt. Die dichte Packung ermöglicht die Lastabtragung im Beton über das Korngerüst.
Nach dem Aushärten der Kernfüllung 8 wirkt der in FIG. 1 dargestellte Verbund aus Außenschale 6, Kernfüllung 8 und Innenschale 4 wie ein monolithisches Objekt. Die Innenschalen 4 und die Außenschalen 6 haben eine Wandstärke S von jeweils vorzugsweise mindestens 240 mm. Die Stärke / Dicke T der Kernfüllung ist variabel. Sie kann beispielsweise variieren zwischen 200 und rund 550 mm. Dementsprechend hat das Wandelement 2 insgesamt eine Dicke D im Bereich von rund 700 mm bis zu 1.000 mm oder etwas mehr. Siehe hierzu auch die Aufsicht auf das Wandelement 2 gemäß FIG. 9, in der die Kernfüllung 8 noch nicht vorhanden ist.
In FIG. 10 sind von oben nach unten die verschiedenen Schritte beim Zusammenfügen und Verbinden von zwei nebeneinander liegenden Wandelementen 2 auf der Baustelle dargestellt. Zunächst werden die beiden Wandelemente 2 in die gewünschte Position relativ zueinander gebracht, in welcher sich die randseitigen U-Bügel 16 der Innenschale 4 einerseits und der Außenschale 6 andererseits paarweise überlappen und berühren. Der Bogen des jeweiligen Bügels 16 berührt dabei die Schalenkante des angrenzenden Wandelementes 2. Mit anderen Worten durchsetzen die aus der Betonmasse herausragenden Bügelabschnitte die vertikal verlaufende Stoßfuge 58 zwischen den beiden Wandelementen 2 vollständig über deren Breite hinweg.
Anschließend werden verschließbare Klammern 60 oder Schienen aus Stahl über die gepaarten U-Bügel 16 geschoben. Die Klammern 60 bilden im Montageendzustand jeweils einen geschlossenen Rechteckrahmen, dessen Längsstreben 64 horizontal und senkrecht zur Gitterebene der Hauptbewehrung 18 (und damit auch senkrecht zu den U-Bügeln 16) ausgerichtet sind, und dessen Querstreben 66 vertikal ausgerichtet sind. Der Rechteckrahmen umgreift / umspannt die beiden ihm zugeordneten, auf gleicher Höhe liegenden Bügelpaare der Innenschalen 4 und der Außenschalen 6 von zwei nebeneinander angeordneten Wandelementen 2 und berührt diese von außen. Dabei sind jedem Bügelpaar mehrere, hier vier, in vorzugsweise gleichem Abstand nebeneinander liegende, parallel zueinander ausgerichtete Klammern 60 zugeordnet (siehe auch FIG. 13).
In der Draufsicht auf die vertikale Stoßfuge 58 wird diese durch die U-Bügel 16 und die Klammern 60 in kleinere rechteckige Zwischenräume unterteilt, die in Richtung der Höhenerstreckung des Wandelements in einer Flucht liegen. Es bilden sich somit gewissermaßen voneinander abgegrenzte vertikale Teilkanäle innerhalb der Fugenbewehrung aus, in die in einem weiteren Schritt vertikal ausgerichtete Bewehrungsstäbe 62, hier drei Stück, eingeschoben werden.
Schließlich wird die dermaßen bewehrte, vorteilhafterweise nicht wesentlich mehr als 400 mm breite vertikale Stoßfuge 58 mit Beton vergossen, und zwar bevorzugt mit feinkörnigem Beton von vergleichbarer Güte wie der Beton der Innenschalen 4 und Außenschalen 6 der Wandelemente 2 (Betonqualität C 50/60 oder besser). Ein Zwischenstadium beim Gießvorgang ist schematisch in FIG. 11 darstellt.
Die Zugkraftübertragung in der horizontalen Fuge zwischen zwei übereinander angeordneten Wandelementen 2 erfolgt wie bereits beschrieben über Verschraubung der vertikalen Hauptbewehrung 18.
Die horizontale Fuge 68 (Lagerfuge) zwischen zwei Wandelementen 2, die - durch flache Abstandshalter 70 voneinander beabstandet - übereinander aufgestellt werden, ist etwa 50 mm hoch und wird nach dem Aufstellen der Wände mit einem hochwertigen Vergussmörtel vergossen. Die Öffnungen für die Verschraubung der Verbindungselemente 10 werden ebenfalls für den Endzustand vergossen.
Alle Wandelemente 2 werden auf die beschriebene Weise unverschiebbar miteinander verbunden und bilden als Ganzes eine schubfeste Konstruktion, die die vorteilhaften Eigenschaften eines monolithischen Platten-Scheiben-Elementes aufweist. Die Kraftübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen ist durch spezifisch ausgebildete Verbindungen und Anschlüsse (zug- und schubfeste Verbindungen) gewährleistet.
Es versteht sich, dass zahlreiche Variationen der Wandelemente möglich sind, um beispielsweise Deckenanschlüsse, T-Stöße zwischen Außen- und Innenwänden, Eckverbindungen usw. zu ermöglichen.
Neben einer Verwendung der beschriebenen Wandelemente und Verbindungstechniken im nuklearen Kraftwerksgebäudebau ist natürlich auch eine Anwendung bei anderen Gebäuden mit ähnlich hohen Anforderungen (z. B. Militärgebäude, Industrieanlagengebäude etc.) möglich.

Bezugszeichenliste

2: Wandelement
4: Innenschale
6: Außenschale
8: Kernfüllung
10: Verbindungselement
12: Frontseite (der jeweiligen Schale)
14: Eingriffsöffnung
16: Bewehrungsschlaufe / U-Bügel (seitlicher Anschluss)
18: Hauptbewehrung
20: horizontaler Bewehrungsstab (Hauptbewehrung)
22: vertikaler Bewehrungsstab (Hauptbewehrung)
24: Verbindungsstück
26: Anschlussbolzen
28: Halteplatte
30: Mutter
32: Kasten
34: Oberflächenbewehrung
36: horizontaler Bewehrungsstab (Oberflächenbewehrung)
38: vertikaler Bewehrungsstab (Oberflächenbewehrung)
40: Schenkel
42: Bogen
44: U-Bügel (zur Schalenverbindung)
46: Schenkelende
48: Bogenende
50: Rückseite
52: Abwinklung / Knickstelle
54: O-förmige Öffnung
56: horizontaler Bewehrungsstab (Kernbewehrung)
58: vertikale Stoßfuge
60: Klammer
62: vertikaler Bewehrungsstab (Fugenbewehrung)
64: Längsstrebe
66: Querstrebe
68: horizontale Fuge (Lagerfuge)
70: Abstandshalter

Claims

Als Betonfertigbauteil ausgebildetes Wandelement (2) zur Errichtung eines Bauwerks mit einem eine im Wesentlichen rechteckige Grundfläche und vier Rändern aufweisenden Wandkörper, der nach Art einer Sandwichbauweise eine Innenschale (4), eine Außenschale (6) und eine dazwischen liegende Kernfüllung (8) besitzt, wobei
• die Innenschale (4) in Stahlbetonbauweise gefertigt ist und eine Hauptbewehrung (18) aus insgesamt gitterförmig angeordneten, jeweils parallel zu den Rändern verlaufenden horizontalen Bewehrungsstäben (20) und vertikalen Bewehrungsstäben (22) aufweist, welche die Innenschale (4) jeweils im Wesentlichen von Rand zu Rand durchdringen,

• die vertikalen Bewehrungsstäbe (22) an ihren Enden mit Verbindungselementen (10) versehen sind, die zur Herstellung einer Schraub- oder Spannverbindung mit komplementären Verbindungselementen (10) eines darüber oder darunter liegenden Wandelements (2) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass

• eine Mehrzahl von jeweils rechtwinklig abgewinkelten, ein Schenkelende (46) und ein Bogenende (48) aufweisenden U-Bügeln (44) vorhanden ist, die mit ihrem Schenkelende (46) in die Innenschale (4) eingegossen sind, wobei der jeweilige U-Bügel (44) im Bereich der Abwinklung (52) einen der vertikalen Bewehrungsstäbe (22) umgreift und mit seinem Bogenende (48) in die Kernfüllung (8) hineinragt, und

• die Außenschale (6) analog zu Innenschale (4) aufgebaut ist.
Wandelement nach Anspruch 1, wobei im Wesentlichen jeder der Gitterschlaufen der Hauptbewehrung (18) ein in die Kernfüllung (8) hineinragender U-Bügel (44) zugeordnet ist.
Wandelement (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die U-Bügel (44) der Innenschale (4) und die U-Bügel (44) der Außenschale (6) sich an ihren Bogenenden (48) paarweise überlappen und jeweils eine O-förmige Öffnung (54) umschließen, durch mindestens ein horizontaler Bewehrungsstab (56) als Bestandteil der Kernbewehrung hindurchgeführt ist.
Wandelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine parallel zur Hauptbewehrung (18) verlaufende Oberflächenbewehrung (34) vorhanden ist.
Wandelement (2) nach Anspruch 4, wobei die Schenkelenden (46) der U-Bügel (44) zwischen der Hauptbewehrung (18) und der Oberflächenbewehrung (34) liegen.
Wandelement (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Herstellung einer Verbindung zu seitlich benachbarten Wandelementen (2) seitlich aus dem Wandkörper herausragende U-förmige Bewehrungsschlaufen (16) in die Innenschale (4) und in die Außenschale (6) eingegossen sind.
Verbund von mehreren nebeneinander angeordneten Wandelementen (2), die jeweils gemäß Anspruch 6 ausgebildet sind, wobei die Bewehrungsschlaufen (16) von unmittelbar benachbarten Wandelementen (2) sich in der vertikalen Stoßfuge (58) paarweise überlappen, und wobei je ein Schlaufenpaar der Innenschale (4) mit einem Schlaufenpaar der Außenschale (6) durch eine Klammer (60) umspannt ist.
Verbund nach Anspruch 7, wobei in der vertikalen Stoßfuge (58) mindestens ein vertikaler Bewehrungsstab (62) angeordnet ist.
Verbund von Wandelementen (2), die jeweils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind, wobei übereinander angeordnete Wandelemente (2) über die Verbindungselemente (10) miteinander verschraubt oder verspannt sind.
Verbund von Wandelementen (2) nach Anspruch 9, wobei horizontale Lagerfugen (68) und vertikale Stoßfugen (58) zwischen den Wandelementen (2) mit Beton und/oder Mörtel vergossen sind.