EP4202137B1

EP4202137B1 - Verfahren zur errichtung eines gebäudes und nach dem verfahren erstelltes gebäude

Info

Publication number: EP4202137B1
Application number: EP21000362.0A
Authority: EP
Inventors: Klaus Eckelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2026-03-04
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: EP4202137A1; DE202022002668U1

Description

Die Erfindung betrifft eine technische Lösung für ein aus mehreren Stahlplatten erstelltes Gebäude für Wohnzwecke.
Für die Errichtung von Gebäuden und deren Fundamenten sind verschiedenartige technische Lösungen bekannt. So beschreibt US 10 309 073 B1 als Fundament konzipierte stabförmige Tragstrukturen in einer Ausführung als Bewehrungskorb mit axial angeordneten Stahlstäben und radial umlaufenden Stahlringen.
US 6 904 724 B1 betrifft ein Gebäude, dessen Fundament aus pfahlförmigen Segmenten gebildet ist, die in Bohrungen im Erdreich oder auf der Geländeoberfläche abgestützt sind.
Neben konventionellen Ziegel-, Beton- und Holzbauten werden zahlreiche alternative Lösungen realisiert, beispielsweise Gebäudestrukturen mit Bauelementen aus Hartschaum und ähnlichen Werkstoffen.
Seit einigen Jahren werden neue Gebäude unabhängig von ihrer konkreten Ausführung zunehmend unter energetischen Aspekten konzipiert, beispielsweise durch eine Nutzung von Solarthermie, Photovoltaik und Erdwärme sowie durch eine weitgehend optimale Dämmung der Gebäudehülle. Derartige Ausstattungen sind unter ökologischen Aspekten vorteilhaft und haben sich inzwischen umfangreich bewährt.
Allerdings ist festzustellen, dass andere ökologische Aspekte bei der Konstruktion und Errichtung von Gebäuden bisher weniger beachtet werden. Dies betrifft insbesondere Veränderungen aufgrund des Klimawandels, in dessen Folge beispielsweise Hochwasser häufiger und oftmals intensiver auftreten. Ein solches Beispiel ist die Hochwasserkatastrophe vom Juli 2021 im Ahrtal in Deutschland mit mehr als 130 Todesopfern. Dabei wurden auch zahlreiche Ziegel- und Holzgebäude mitsamt ihrem Fundament vom Boden weggerissen und regelrecht fortgespült.
Um derartige Katastrophen künftig weitgehend vermeiden zu können, ergibt sich aktuell ein Entwicklungsbedarf an neuartigen Gebäudekonzepten. Dabei ist es sinnvoll, auch Lösungen zu beachten, die seit längerer Zeit grundsätzlich bekannt sind, jedoch seit Jahrzehnten aus verschiedenen Gründen kaum realisiert worden sind.
Dies betrifft beispielsweise Stahlhäuser. Der Begriff "Stahlhaus" wird üblicherweise und deshalb auch in der vorliegenden Beschreibung nicht für Konstruktionen verwendet, bei denen in freie Bauräume eines Stahlskeletts plattenförmige Elemente eingesetzt werden, die in Gesamtheit eine Gebäudehülle ausbilden oder bei denen eine Gebäudehülle durch miteinander verbundene Blechplatten in Form von Sandwichelementen mit Dämmschicht ausgebildet wird. Solche Konstruktionen werden vorzugsweise für Sporthallen, Werkhallen, Supermärkte und temporäre Baustellenunterkünfte verwendet, jedoch nicht für dauerhafte Wohnzwecke. Stattdessen beschreibt der Begriff "Stahlhaus" Gebäude, die dauerhaft zum Wohnen geeignet sind und bei denen Stahlplatten zur Errichtung von Wohngebäuden verwendet werden,
Aus WO 2010/138 993 A1 ist ein Verfahren zur Errichtung eines aus mehreren Stahlplatten erstellten Gebäudes bekannt, bei dem zunächst mehrere stabförmige Tragstrukturen aus Stahl vertikal in einen Baugrund eingebracht werden, von denen jeweils ein Teilabschnitt nach oben aus dem Baugrund herausragt, auf dessen stirnseitigen Endabschnitt mindestens ein Abschnitt einer horizontal angeordneten Stahlplatte mittels Schweißen oder Schrauben befestigt wird, wobei danach diese auf den Tragstrukturen befestigten Stahlplatten zu einem gemeinsamem Flächengebilde zusammengefügt werden, auf dem nachfolgend mehrere vertikal angeordnete Stahlplatten befestigt werden, die an ihren oberen Stirnseiten wiederum mittels Schweißen oder Schrauben mit weiteren horizontal angeordneten Stahlplatten zu einem gemeinsamem Flächengebilde zusammengefügt werden.
In AT 118 891 werden Bauelemente zur Verbindung separater Stahlplatten zur Ausbildung eines zerlegbaren Stahlhauses beschrieben.
Aus AT 135 554 ist ein Wohngebäude bekannt, das aus Stahlplatten besteht und primär für erdbebengefährdete Regionen konzipiert ist.
DE 37 467 betrifft ein Wohngebäude aus Stahlplatten, die Durchbrechungen zur Aufnahme von Leitungen, Verbindungselementen und dergleichen aufweisen.
Obwohl somit die Grundidee eines aus Stahlplatten montierten Wohngebäudes grundsätzlich bekannt ist, haben derartige Konstruktionen bisher kaum Akzeptanz am Markt gefunden. Dies liegt vermutlich an einem Vorbehalt der Fachwelt, die noch immer davon ausgeht, dass Stahlplatten zur Errichtung von Wohngebäuden nicht geeignet sind, weil Stahl wegen seiner Werkstoffcharakteristik vermeintlich klimatechnische und akustische Nachteile ergibt. Dabei wird jedoch übersehen, dass diesbezügliche Probleme durch die Nutzung moderner technischer Mittel (z.B. Dämmbeschichtungen, Schallschutzfolien usw.) kaum noch relevant sind, so dass für Stahlhäuser neben einer ausreichenden statischen Festigkeit auch gute Wärmedämm-, Schallschutz- und Klimaeigenschaften erreicht werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung für ein aus Stahlplatten erstelltes Gebäude (Stahlhaus) zu schaffen, das für eine dauerhafte Nutzung für Wohnzwecke geeignet ist und insbesondere auch in geografischen Regionen mit Hochwassergefährdung errichtet werden kann. Dabei sollen zumindest Wohnbauten in einer Größenordnung eines Einfamilienhauses zu marktfähigen Kosten errichtet werden können. Vorzugsweise wird jedoch eine technische Lösung angestrebt, mit der auch mehrgeschossige Gebäude und Reihenhausanlagen errichtet werden können.
Die Aufgabe wird gelöst, indem mehrere vertikale Stahlplatten zu einer Last-Kreuz-Stütze zusammengefügt sind, wobei die Last-Kreuz-Stütze zur Abstützung und Führung von Versorgungsleitungen ausgestaltet ist.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass diese Stahlplatten aus wetterfestem Corten-Stahl bestehen. Somit wird eine hohe Lebensdauer für die Grundstruktur des Gebäudes erreicht, die vermutlich bis zu 200 Jahre betragen kann. Außerdem wird durch Verwendung von Corten-Stahl eine optisch dauerhaft ansprechende Fassadengestaltung gewährleistet.
Vorzugsweise sind die Stahlplatten jeweils mit umlaufenden Stegkonturen ausgestaltet. Dadurch wird eine lagestabile Positionierung während der Montage vereinfacht. In diesen Stegkonturen sind vorzugsweise auch Durchbrüche für Schrauben ausgestaltet. Somit können benachbarte Stahlplatten zunächst miteinander verschraubt und danach miteinander verschweißt werden, so dass die Montage weiter vereinfacht wird.
Weiterhin weisen die Stahlplatten Durchbrüche zur Ausgestaltung von Fenstern und Türen auf und sind mit Elementen für Wärmedämm-, Schallschutz- und Klimafunktionen ausgestattet.
Für die Realisierung diesbezüglicher Funktionen ist es ebenso möglich, dass zumindest einige Segmente im Gießverfahren als Aluminiumteile gefertigt werden. Dann können z.B. Aufnahmen für Kunststoffrohre ausgebildet werden, die für Heizungszwecke nutzbar sind.
Die erfindungsgemäße technische Lösung kann unter Beachtung der jeweils konkreten Standortbedingungen und der Wünsche der Nutzer weiter ausgestaltet werden. So ist nicht nur in dem Bereich der Belichtung eine Kombination aus Metall und Faserverbundelementen ähnlich wie im Flugzeugbau möglich. Weiterhin können die Elemente nicht nur durch Biegen der Stahlplatten gestaltet werden, sondern auch durch Gießen aus Stahl oder anderen zum Gießen geeigneten Materialen. Bei dieser Art der Gestaltung bietet es sich auch an, gleich ein äußeres Gestaltungsbild der Fassaden mit in die Form einzubringen. Somit ist es auch möglich, je nach Epoche der Bauzeit Freiräume für die Optik bei einer Sanierung und der zukünftig gewünschten Gestaltung zu schaffen. Außerdem ermöglicht es die stabile Bauweise auch, an Aussparungen für die Belichtung und an Öffnungen den Rahmen einzusparen, da diese direkt mit Dichtungen ausgestattet werden und somit nur noch ein Flügel notwendig wird.
Mit der erfindungsgemäßen technischen Lösung werden neuartige Einsatzgebiete für sog. Stahlhäuser geschaffen, die für eine dauerhafte Nutzung für Wohnzwecke geeignet sind. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, dass solche aus Stahlplatten erstellten Gebäude nunmehr auch in geografischen Regionen mit Hochwassergefährdung errichtet werden können. Durch die tiefe Abstützung der stabförmigen Tragstrukturen im Baugrund unterhalb der Geländeoberkante wird eine große Widerstandskraft gegen bei Hochwasser eventuell anströmende Wassermassen gewährleistet. Somit ergeben sich neben dem Sicherheitsvorteil für die Bewohner auch Möglichkeiten zur Wohnbebauung an hydrologisch sensiblen Bereichen, indem beispielsweise Wohnbauten als Einfamilienhaus, als mehrgeschossiges Gebäude oder als Reihenhausanlage an Uferbereichen von Flüssen in Städten zu marktfähigen Kosten errichtet werden können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine stabförmige Tragstruktur 1, ausgebildet als ein Stahlrohr, auf dessen oberen, zum Baugrund entfernten stirnseitigen Endabschnitt ein Flansch 8 zur Verbindung mit einem Abschnitt einer (hier nicht dargestellten) horizontal angeordneten Stahlplatte 2 angeschweißt ist. Am Flansch 8 sind mehrere Bohrungen 9 ausgestaltet, in denen Schrauben zur Lagefixierung einer Stahlplatte 2 abgestützt werden können.
Fig. 2 zeigt zwei stabförmige Tragstrukturen 1, ebenfalls ausgebildet als ein Stahlrohr, auf deren oberen, zum Baugrund entfernten stirnseitigen Endabschnitten jeweils ein Abschnitt einer horizontal angeordneten Stahlplatte 2 angeschweißt ist. In der Stahlplatte 2 ist eine kreisförmige Aussparung 3 zur Durchführung einer weiteren (hier nicht dargestellten) stabförmigen Tragstruktur 1 ausgestaltet. Die Stahlplatte 2 ist mit umlaufenden Stegkonturen 5 ausgestaltet, in denen jeweils Durchbrüche 6 für (hier nicht dargestellte) Schrauben ausgestaltet sind.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten oberen Abschnitte der stabförmigen Tragstrukturen 1 können auch als separate Rohrhülsen ausgestaltet werden, die vorab gefertigt und erst auf der Baustelle auf die Tragstrukturen 1 aufgesteckt werden. Dies vereinfacht die Montage.
Fig. 3 zeigt das grundsätzliche Konstruktionsprinzip eines erfindungsgemäß errichteten Gebäudes in stilisierter Darstellung. Dabei sind mehrere mit Abstand zueinander angeordnete stabförmige Tragstrukturen 1 aus Stahl vertikal in einem Baugrund ("Erdreich") soweit eingebracht, dass ein Teilabschnitt jeder stabförmigen Tragstruktur 1 nach oben aus dem Baugrund herausragt. Beispielsweise ragt jede stabförmige Tragstruktur 1 etwa vier Meter aus dem Baugrund heraus. Auf jeder dieser im Baugrund lagefixierten stabförmigen Tragstrukturen 1 ist an ihrem jeweils oberen, zum Baugrund entfernten stirnseitigen Endabschnitt mindestens ein Abschnitt einer horizontal angeordneten Stahlplatte 2 befestigt. Diese Stahlplatten 2 werden mittels Schweißen oder Schrauben zu einem gemeinsamem Flächengebilde zusammengefügt, das funktionell eine Grundplatte einer Geschossebene darstellt.
Auf diesem ersten Flächengebilde aus den horizontal angeordneten Stahlplatten 2 sind mehrere vertikal angeordnete Stahlplatten 4 befestigt, auf deren oberen Stirnseiten mittels Schweißen oder Schrauben wiederum mehrere Stahlplatten 2 horizontal angeordnet und zu einem zweiten gemeinsamem Flächengebilde zusammengefügt werden. Im gezeigten Beispiel sind die oberen horizontalen Stahlplatten 2 um 90° versetzt zu den unteren horizontalen Stahlplatten 2 angeordnet. Dies ergibt zusätzliche Stabilitätsvorteile für die gesamte Gebäudekonstruktion. Zwischen den Flächengebilden können mehrere vertikale Stahlplatten zu einer Last-Kreuz-Stütze 7 zusammengefügt werden, die beispielsweise zur Abstützung und Führung von Versorgungsleitungen ausgestaltet ist. An Bohrungen der Abkantungen der in Fig. 3 dargestellten vertikalen Stahlplatten 4 können auch Halterungen für alternativ mögliche Verblendungen und Verkleidungen aufgenommen werden, ebenso auch für eine mögliche Außendämmung oder Begrünung.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäß errichteten Gebäudes in perspektivischer Darstellung aus zwei unterschiedlichen Betrachtungswinkeln.
Nachfolgend wird beispielhaft ein Montageablauf zur Anwendung der erfindungsgemäßen technischen Lösung erläutert:
Die Gründung wird durch Bewehrungskorb oder Rohrpfahl oder Spundwand mit den jeweils erforderlichen Querschnitten durch die Statik festgelegt und ausgeführt. Eine mögliche Gefährdung sollte mit Weitsicht auf die Klimaveränderung und den damit verbundenen Naturkatastrophen betrachtet werden. Aus diesem Grund wird ein Abstand von Erdoberfläche bis Unterkante Gebäude von vier Metern empfohlen. Bei Grundstückslagen ohne Hochwassergefährdung kann alternativ auch auf Punktfundamenten vorzugsweise aus Stahlrohr oder auf Trägern mit einer oder mehreren Stahlplatten das Gebäude errichtet werden.
Danach wird das Verbindungsstück zwischen der Gründung und dem räumlichen Gebilde durch eine Baugruppe gemäß Fig 1 als Flanschplatte eckig oder rund von 200 mm bis zu einer geeigneten und notwendigen Größe z.B. auch 1600 mm angebracht durch Schraub- oder Schweißverbindung.
Je nach gewählter oder notwendiger Art der stabförmigen Tragstrukturen, die im Baugrund zur Standfestigkeit extremer Lasten eingebracht sind, richtet sich die Verbindung zwischen Gründung und Gebäude. Geeignet sind Schraub- und/oder Schweißverbindungen.
Die Baugruppen sind vorzugsweise nach den Formaten der Stahlindustrie gefertigt, um Abfall zu vermeiden und gleichzeitig Wirtschaftlichkeit zu erzielen. Jedoch ist es auch noch möglich, großformatige Baugruppen zu erstellen, welche weit über ein Grundmaß von 2000 x 3000 oder 2000 x 6000 mm möglich sind. An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass auch bei einem möglichen Rückbau des Gebäudes nach 200 Jahren oder noch später der Stahl wieder eingeschmolzen werden kann und somit als Ressource für neue Anwendungen verfügbar ist.
Durch das Eigengewicht der einzelnen Baugruppen und eventuell weiteren Geschosse kann gegebenenfalls auf eine kraftschlüssige Verbindung (je nach Entscheidung des Statikers) beim Zusammenfügen der Baugruppen verzichtet werden, da die Höhe der Bundkragen (vorzugsweise 300 mm) funktionell als ein Gleitlager dienen oder auch als eine bewegliche Hülse ausgebildet werden kann, wie dies aus dem Brückenbau mit Stahl bekannt ist.
Die Montage der separaten Stahlplatten wird so häufig durchgeführt wie es zur Ausbildung der Gebäudestruktur bzw. aus statischen Gründen erforderlich ist. Dabei ist eine Anordnung mehrerer vertikaler Stahlplatten in Form einer Last-Kreuz-Stütze zu empfehlen, die auch mit einer Schachtkontur ausgestaltet werden kann. Über diese Anordnung wird die Last in das Fundament abgeleitet. Gleichzeitig bildet eine solche Schacht-Last-Kreuz-Stütze auch eine räumliche Grundlage für Versorgungsleitungen aller Art sowie auch einen zentralen Punkt für Messvorgänge während der weiteren Montage. Diese Baugruppe kann sowohl in Teilstücken als auch in geschosshohen Ausführungen angewendet werden, wobei Teilstücke vorzugsweise mit Flanschplatten vertikal und horizontal ausgeführt sind. Dabei weisen vertikale Flanschplatten den Vorteil auf, dass sie bei der Montage als Führung und Montagehilfe genutzt werden können. Nach einer externen Montage von Versorgungsleitungen und Haustechnik in der Schacht-Last-Kreuz-Stütze in der jeweilige Etage sind die einzelnen Abschnitte zu verschließen mit schiebefähigen Verkleidungen für die Wartung und Instandhaltung.
Die Schacht-Last-Kreuz-Stütze ergibt als Messpunkt auch Vorteile bei der Montage der Stahlplatten für die Seitenwände und Deckenelemente mit einem Kran, indem diese am Hilfsmittel angeschlagen werden können, wodurch sich eine genau Montage erleichtert
Die Schacht-Last-Kreuz-Stütze ist auch geeignet, um beispielsweise in der letzten oberen Etage die Dachneigung so anzupassen, dass diese korrekt verläuft und Träger sowie Stahlplatten oder Lastverteiler aller Materialien aufnehmen kann. Eine kraftschlüssige Verbindung erfolgt dabei vorzugsweise durch angebrachte Flansche oder Lochkränze mit geeignetem Lochbild zur Verschraubung unter statischen Aspekten.
Schließlich ist die Schacht-Last-Kreuz-Stütze in größerer Dimensionierung geeignet zur Aufnahme von Aufzügen im Gebäude. Außerdem ist es möglich, je nach Verwendung des Gebäudes, die Schacht-Last-Kreuz-Stütze so zu gestalten, dass auch eine Wendeltreppe daran abstützbar oder ein Müllschlucker baulich integrierbar ist. Deshalb wird die Anzahl der Schacht-Last-Kreuz-Stützen je nach Gebäudegröße variieren.
Nachdem die als ein gemeinsames Flächengebilde aus horizontal angeordneten Stahlplatten gebildete Grundplatte und die Schacht-Last-Kreuz-Stütze für die erste Etage montiert wurden, wird die Montage der Wandelemente auf der Grundplatte auch hier durch vorbereitete Bohrungen verschraubt. Nach der kompletten Montage der Gebäudehülle mit eventuellen Auf- und Anbauten, werden alle Stöße zwischen den jeweils benachbarten Stahlplatten verschweißt.
Durch Abkantungen und Aufkantungen kann die Form eines Gebäudes beliebig gestaltet werden. Auch mehreckige Gebäude und Wohntürme sind durch die besondere Art der Bauweise möglich. Durch eine eventuelle Erhöhung der Materialstärke ergeben sich große Möglichkeiten. Letztlich wird eine sehr stabile Bauweise zum Schutz der Bewohner vor Hochwasserkatastrophen erreicht.
Nachdem die Wandelemente vollständig mit Schraubverbindungen montiert wurden, werden auf diese die einzelnen Deckenelemente eingelegt. Dabei ist es möglich, dass die einzelnen Elemente, welche die Decke bilden vorab verbunden werden und als komplette Baugruppe beispielsweise mittels M 30 Schraubverbindung an den Wänden verschraubt werden.

Bezugszeichenliste

1: stabförmige Tragstruktur
2: horizontale Stahlplatte
3: Durchbruch / Aussparung in Stahlplatte 2
4: vertikale Stahlplatte
5: umlaufende Stegkontur an Stahlplatte 2
6: Durchbruch an Stegkontur 5
7: Last-Kreuz-Stütze
8: Flansch
9: Bohrung

Claims

Gebäude, errichtet aus mehreren Stahlplatten auf einem Fundament, das mehrere stabförmige Tragstrukturen (1) aus Stahl aufweist, die jeweils als eine Spundwand und/oder als ein Stahlrohr und/oder als ein Bewehrungskorb mit axial angeordneten Stahlstäben und radial umlaufenden Stahlringen ausgestaltet sind und wobei die Gebäudestruktur oberhalb des Fundamentes eine Vielzahl von horizontal angeordneten Stahlplatten (2) und von vertikal angeordneten Stahlplatten (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere vertikale Stahlplatten (4) zu einer Last-Kreuz-Stütze (7) zusammengefügt sind, wobei die Last-Kreuz-Stütze (7) zur Abstützung und Führung von Versorgungsleitungen ausgestaltet ist.
Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatten (2; 4) jeweils mit umlaufenden Stegkonturen (5) ausgestaltet sind.
Gebäude nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Stegkonturen (5) Durchbrüche (6) für Schrauben ausgestaltet sind.
Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatten (4) Durchbrüche zur Ausgestaltung von Fenstern und/oder Türen aufweisen.
Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatten (2; 4) aus wetterfestem Corten-Stahl bestehen,
Gebäude nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatten (2; 4) mit Elementen für Wärmedämm-, Schallschutz- und Klimafunktionen ausgestattet sind.