EP4726128A1

EP4726128A1 - Leichtbausystem

Info

Publication number: EP4726128A1
Application number: EP25207859.7A
Authority: EP
Inventors: Alexander Kahnt; Matthias Tietze; Annika SCHMOLL; Susanne Kirmse; Otto Grauer
Original assignee: Kahnt & Tietze GmbH
Current assignee: Kahnt & Tietze GmbH
Priority date: 2024-10-10
Filing date: 2025-10-10
Publication date: 2026-04-15

Abstract

Leichtbausystem (100), umfassend Halbfertigteilstützen (1) und Halbfertigteilbalken (2). Nach der Erfindung sind zumindest die Halbfertigteilstützen (1) und die Halbfertigteilbalken (2) jeweils als eine verlorene Schalung zur Betonage mit Ortbeton (10) ausgebildet, wobei ein erstes justierbares Verbindungssystem (66) zur Verbindung der Halbfertigteilstützen (1) mit den Halbfertigteilbalken (2) vorgesehen ist, und weiterhin umfassend Wandfertigteile (3), wobei ein zweites justierbares Verbindungssystem (65) zur Verbindung der Halbfertigteilstützen (1) mit den Wandfertigteilen (3) vorgesehen ist, wobei durch den Ortbeton (10) eine dichte Fuge zwischen den Halbfertigteilstützen (1) und den Halbfertigteilbalken (2) und zwischen den Halbfertigteilstützen (1) und den Wandfertigteilen (3) ausgebildet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbausystem, umfassend Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken.
Im Betonbau unterscheidet man zwischen Bauteilen aus Ortbeton, Halbfertigteilen mit einer Ortbetonergänzung und Fertigteilen gänzlich ohne Ortbeton. Bauteile aus Ortbeton oder Halbfertigteile mit einer Ortbetonergänzung gehen über den Ortbeton und der Anschlussbewehrung bzw. Verbindungsmittel einen Verbund und einen Kraftschluss ein. Dieses Verfahren ermöglicht es die positiven Eigenschaften eines monolithisch gefertigten und fugenfreien Bauteils zu nutzen, um damit die statischen und bauphysikalischen Eigenschaften eines Bauwerks positiv und simpel zu gestalten. Fertigteile ohne Ortbetonergänzung hingegen werden über Verbindungsmittel aneinander oder an vorhandene Baustrukturen befestigt und bilden entlang dieser Verbindungsstellen in den Fugen zwischen den Bauteilen meist bauphysikalische und statische Schwachstellen aus. Diese Schwachstellen müssen über andere technische Lösungen ausgeglichen werden.
Für Stützen im Stahlbetonbau werden üblicherweise Fertigteile eingesetzt oder Ortbeton-Stützen, welche mit Einweg- oder Mehrwegschalungen auf der Baustelle hergestellt werden. Auch sind verlorene Schalungen aus verschiedenen Materialien gängig, welche jedoch nicht wie im beschriebenen Leichtbausystem selbigen Zweck erfüllen. Meist werden die verlorenen Schalungen im Bauwerk belassen, da die Zugänglichkeit nach dem Betonier-Vorgang stark eingeschränkt ist oder um eine Dämmwirkung oder optische Effekte zu erzielen. Eine beispielsweise U-förmige Halbfertigteilstütze, welche einen Verbund zwischen Wandfertigteilen der Fassade und Tragsystem sowie eine fugenfreie Außenhülle schafft, ist nicht bekannt. Auch ist generell keine Halbfertigteilstütze und kein Halbfertigteilbalken in der Textilbetonbauweise bekannt.
Weiterhin werden als Halbfertigteilelemente oft Doppel- oder Thermowände, Fundamente oder Elementdecken hergestellt und als Fertigteilelemente oft Fundamente, Sandwichwände, Stützen, Balken oder auch Treppen. Bei dem Einsatz von Doppel- oder Thermowänden wird über die Ortbetonschicht im Verbund mit den als verlorene Schalung wirkenden Innen- und Außenschalen (bei Thermowänden nur die Innenschale) aus Stahlbeton eine statisch wirksame - also tragende und/oder aussteifende - Wand geschaffen. Diese wirkt aus statischer und bauphysikalischer Sicht - wie oben genannt - gleich wie eine monolithisch hergestellte Ortbetonwand.
Eine Sandwichwand hingegen (Fertigteil ohne Ortbeton) besitzt lediglich eine jeweils vollständig vorgefertigte Innen- und Außenschale aus Stahlbeton sowie einen innenliegend verbauten Dämmkern. Oft wird die Dämmschicht in einer Sandwichwand durch eine Art in der Wand integrierten und statisch wirksamen Stütze unterbrochen und hierüber lokale Wärmebrücken geschaffen. Alternativ kann die Innenschale der Sandwichwand in einer Stärke ausgebildet werden, welche es ermöglicht - analog zum Prinzip der Thermowand, jedoch ohne Ortbetonergänzung - eine statisch tragende und/oder aussteifende Innenschale zu stellen. Hier ist das erhöhte Transportgewicht gegenüber einer Thermowand mit Ortbetonergänzung gleicher Wandstärke neben den bauphysikalischen und statischen Schwachstellen (Fugen) ein großer Nachteil. Auch kann eine Sandwichwand theoretisch als vorgehängtes und nichttragendes Element an ein Skeletttragwerk befestigt werden - analog zur üblichen Praxis bei Sandwichwänden im Metallbau. Für vorgehängte und nichttragende Sandwichelemente ist es jedoch sehr unvorteilhaft massive und schwere Stahlbetonwände zu nutzen, weswegen dies in der Praxis unüblich ist.
Bei den Deckenfertigteilen kommen Fertigteildecken und Halbfertigteildecken in Betracht. Eine Hohldecke, nachfolgend als Fertigteildecke bezeichnet, und eine Filigrandecke, nachfolgend als Halbfertigteildecke bezeichnet, sind beides Deckenarten im Hochbau, unterscheiden sich aber deutlich in Aufbau und Herstellung:

Hohldecke (Hohlkörperdecke, Hohlkammerdecke)

Aufbau: Vorgefertigte Elemente (Betonfertigteile) mit Hohlräumen oder eingeschobenen Hohlkörpern (z. B. Kunststoff, Leichtbeton).
Ziel: Materialeinsparung, Gewichtsminderung und bessere Wärmedämmung, ohne die Tragfähigkeit wesentlich zu beeinträchtigen.
Fertigung: Meist komplett industriell im Werk hergestellt und auf der Baustelle als großformatige Fertigteile versetzt.
Vorteile: geringes Eigengewicht, damit kleinere Stützweiten und geringere Fundamentlasten, schnelle Montage, da kaum Ortbetonarbeiten nötig sind, hohe Spannweiten möglich
Typische Anwendung: Büro- und Verwaltungsbauten, Industrie- und Hallenbau.

Halbfertigteildecke

Aufbau: Dünne Stahlbetonplatten (ca. 5 bis 7 cm dick), die im Werk gefertigt werden, mit bereits eingelegter unterer Bewehrung.
Montage: Die Platten werden auf der Baustelle aufgelegt, abgestützt und anschließend mit Ortbeton übergossen (ca. 12 bis 15 cm). Dadurch entsteht eine monolithische Stahlbetondecke (ca. 17 bis 22 cm).
Merkmale: Verbindung von Fertigteiltechnik (schnelles Schalen, sichere Lage der Bewehrung) und Ortbeton (tragende Schicht, Verbundwirkung); der Ortbetonanteil ist entscheidend für die Tragfähigkeit.
Vorteile: hohe Maßgenauigkeit durch Fertigteile, schnelle Bauausführung, keine zusätzliche Schalung nötig, flexibel anpassbar (z. B. Aussparungen, Leitungsführungen)
Typische Anwendung: Wohnungsbau, kleinere bis mittlere Spannweiten.

Zusammenfassung:

Hohldecke = vollwertiges Fertigteil, leicht durch Hohlräume, kaum Ortbeton.
Halbfertigteildecke, dünne Fertigteilplatten + Ortbetonergänzung → ergibt eine Ortbetondecke mit Fertigteilunterstützung.

Durch aktuelle Innovationen in der Baustoff- und Materialtechnologie entstehen auch neue Lösungspotentiale für Erfinder und Wissenschaftler innerhalb der Bauindustrie. Diese innovativen Materialien können für die Schaffung neuer Bauteile oder vollständig neu gedachter Bauteilsysteme genutzt werden. Hierbei versucht man über das Ausnutzen der Vorteile dieser neuen Baustoffe innovative Lösungswege zu finden, welche über die Anwendung alter Baustoffe nicht umsetzbar gewesen wären. Der Einsatz neuer Materialien mit ihren jeweils neuen Eigenschaften bedarf auch neuer Herstellungsprozesse, neuer Einsatzgebiete, neuer Verbindungsmittel, neuer Materialkombinationen und neuer Detaillösungen. Die Chancen und Vorteile, welche durch die Anwendung von Textilbeton und Hochleistungsdämmungen wie Aerogelen theoretisch entstehen, können nach dem aktuellen Stand der Technik noch nicht im vollen Umfang ausgenutzt werden. Hier setzt die Erfindung von Kahnt & Tietze GmbH an, um den Wissensstand über folgend beschriebenes und zu patentierendes System zu erweitern und ein neues Lösungskonzept für die erfolgreiche Anwendung von Beton in der Leichtbauweise zu schaffen.
Eines der genannten Innovationen ist der Baustoff Textilbeton. Hierbei handelt es sich um einen leistungsstarken Verbundwerkstoff, der aus mehreren Materialien zusammengesetzt wird. Die beiden Einzelkomponenten bilden der Beton (bzw. die Betonmatrix) und eine nichtmetallische Bewehrung (in Abgrenzung zum Stahlbeton). Diese Bewehrung besteht in der Regel aus einer Verstärkungsfaser (z. B. Glas-, Carbon-, Basalt- oder Naturfaserfilamente) und aus einer Tränkung (auf organischer oder mineralischer Basis) und kann in Stab- oder Gitterform (1D, 2D, 3D) eingesetzt werden. Alternativ kann Textilbeton auch mit einer nichtmetallischen Verstärkung aus Kurzfasern hergestellt werden. Das Spezielle an diesem Verbundwerkstoff ist, dass besonders schlanke (und damit ressourcenarme) Bauteile aus Textilbeton hergestellt werden können. Je nach Anwendungsbereich werden etwa sechzig Prozent weniger Materialien benötigt. Diese Bauteile können aufgrund der überaus leichten und leistungsstarken Textilbewehrung trotz der sehr schmalen Bauteilquerschnitte die gleichen statischen Lasten tragen wie Stahlbetonbauteile größerer Abmessung. Auch wird in der Regel eine hochfeste Betonmatrix eingesetzt, welche einige bauphysikalische Vorteile (z. B. verbesserter Wasserdampfdiffusionswiderstand) mit sich bringt. Der Hauptvorteil liegt in der nichtmetallischen Bewehrungsstruktur, welche nicht korrodieren kann. Dadurch bietet sich der Verbundwerkstoff für Einsatzbereiche mit hoher Expositionsklasse (z. B. stark beansprucht durch Witterung) an oder für Bauteile mit alternativen (ökologischen, aber weniger alkalischen) Bindemitteln.
Eine weitere Innovation in der Baustofftechnologie sind die sogenannten Hochleistungsdämmungen - im Besonderen genannt sind hier Aerogele und Vakuumisolationspaneele. Diese Baustoffe bieten (bei gleicher Dämmstärke) einen etwa doppelt so hohen Wärmeschutz im Vergleich zu herkömmlich genutzten Dämmstoffen (z. B. Mineralwolle). Hierdurch lassen sich die benötigten Dämmstoffdicken in Außenwänden für die gleiche Wirkung bezüglich des Wärmeschutzes in etwa halbieren. Auch wird hierdurch der Abstand zwischen der Innen- und der Außenschale halbiert, was wiederum völlig neue Verbindungsmittel ermöglicht. In der Anwendung für die Verbindung zweier Schalen von Sandwichwänden werden die punktuellen oder linienförmigen Verbindungsmittel aus glasfaserverstärktem Kunststoff, kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff, Holz oder Edelstahl aufgrund der geringen Dämmstärken somit auch nur in halber Tiefe benötigt und somit die Hälfte an Material und den damit verbundenen Treibhausgasemissionen eingespart. Ein statischer Vorteil ergibt sich zudem durch den geringeren Hebelarm zwischen den beiden Schalen. Das Eigengewicht der Außenschale, welches bei Sandwichwänden über die genannten Verbindungsmittel in die Innenschale eingeleitet wird, erzeugt durch den kleineren Hebelarm auch ein geringeres aufzunehmendes Moment.
Für den Industriebau gibt es bereits verwandte Ansätze, jedoch mit anderen Materialien, Verbindungen und geminderten Anforderungen an die Nutzungszwecke. Diese Lösungen werden jedoch aufgrund der materialspezifischen Nachteile in dieser Form selten für den Büro- oder Wohnungsbau eingesetzt. Hier werden extrem schmale und leichte Metallbleche als Innen- und Außenschalen mit einer Dämmung im Kern verwendet und diese an ein filigranes Skeletttragwerk (meist aus Stahl) gehängt bzw. verschraubt. Das Sandwichelement dient nur als Gebäudehülle, zur Wärmedämmung, als Schutz vor Wind und der Witterung. Diese Lösung wird vor allem im Hallen- und Industriebau als kostengünstig und effizient erachtet. Nachteile sind für den Büro- und Wohnungsbau jedoch die hohe Wärmeausdehnung der Metallschalen, der schlechte Schallschutz durch fehlende Masse, die schlechten Gebrauchseigenschaften für die Nutzung im Wohn- oder Arbeitsbereich, die geringe Lebensdauer und das schlechte Raumklima, weil wärme- und feuchtespeichernde Schichten fehlen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Vorteile der Fertigteilbauweise und die der monolithischen Bauweise miteinander zu verknüpfen, ohne die jeweiligen Nachteile der Systeme zu übernehmen und zugleich Potenziale für die Immobilisierung klimaschädlicher Stoffe zu erschließen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Leichtbausystem, umfassend Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken. Nach der Erfindung sind zumindest die Halbfertigteilstützen und die Halbfertigteilbalken jeweils als eine verlorene, beispielsweise U-förmige, trapezförmige oder mit anderweitigem offenen Querschnitt geformte Schalung zur Betonage mit bewehrtem (metallisch oder nichtmetallisch) oder unbewehrtem Ortbeton ausgebildet ist. Die Bewehrung kann nach einer vorteilhaften Ausführungsform auch vorgespannt sein. Auch die Halbfertigteilstützen und/oder die Halbfertigteilbalken weisen nach einer vorteilhaften Ausführungsform eine Bewehrung auf. Diese ist nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform eine vorgespannte Bewehrung.
Das Leichtbausystem umfasst weiterhin Wandfertigteile, wobei ein erstes justierbares Verbindungssystem zur Verbindung der Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken miteinander sowie ein zweites justierbares Verbindungssystem zur Verbindung von Halbfertigteilstützen (bzw. Halbfertigteilbalken) und Wandfertigteilen miteinander umfasst ist. Durch den Ortbeton kann eine dichte Fuge zwischen Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken und zwischen Halbfertigteilstützen (bzw. Halbfertigteilbalken) und Wandfertigteilen ausgebildet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Wandfertigteile zwei durch ein Schalenverbindungssystem beabstandet zueinander verbundene Wandschalen, eine Innenwandschale und eine Außenwandschale, und einen Dämmkern aus einem thermisch isolierenden Material in dem Abstand zwischen den beiden Wandschalen aufweist. Vorzugsweise besteht der Dämmkern aus einer Hochleistungsdämmung, möglichst auf dem Leistungsniveau einer Aerogeldämmung, in Form von Platten, Granulat, Schüttung oder einem Presskern oder aus einem Vakuumisolationspaneel. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens eine der beiden Wandschalen als Brandwand aus Stahlbeton ausgebildet.
Das wenigstens eine Deckenfertigteil als eine Halbfertigteildecke ausgeführt ist. Sie umfasst eine dünne, vorzugsweise 2 bis 5 cm dicke Schale aus Textilbeton, d. h. mit nichtmetallischer Bewehrung, alternativ mit metallischer Bewehrung. Die Bewehrung ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform eine vorgespannte Bewehrung. Die Halbfertigteildecke ist als verlorene Schalung ausgeführt und bauseitig befestigt und ausgerichtet. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird auf die dünne Schale eine Schicht Ortbeton, ausgeführt als Textilbeton oder als Stahlbeton, aufgebracht. Der Ortbeton wirkt statisch mit der verlorenen Schalung zusammen und trägt die Lasten ab. Er stellt zudem eine dichte Fuge zwischen den Deckenfertigteilen (einschließlich Deckenhalbfertigteilen) und den Halbfertigteilbalken her.
Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Deckenfertigteil als eine Fertigteildecke und als filigrane Hohldecke mit schlaffer oder vorgespannter Bewehrung ausgeführt, befestigt und ausgerichtet.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die verlorene Schalung und/oder die Wandschalen aus Textilbeton, unbewehrtem Beton, Holz oder einem Holzwerkstoff ausgeführt ist. Für die Deckenfertigteile sind vorrangig Fertigteil- oder Halbfertigteilelemente aus Textilbeton angedacht. Es ist jedoch problemfrei möglich, viele der derzeit handelsüblichen Deckenfertigteile (auch aus Holz) in das beschriebene Leichtbausystem zu integrieren.
Vorzugsweise ist in die Hohlräume der Fertigteildecke und/oder auf die Halbfertigteildecke, nach Aufbringen der optionalen Ortbetonschicht, eine Schüttung gebracht, die zum Ausgleich des Masseverlustes durch den materialsparenden Textilbeton für den massebezogenen Schallschutz sorgt. Im Interesse einer Klimawirksamkeit und der Bindung von CO₂, einem besonders wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung, besteht die Schüttung aus CO₂ bindendem Material in Form von Pflanzenkohle oder Carbonblack, Olivin oder einem Rezyklat aus Beton- oder Ziegelbruch oder Mineralien, mineralische Gesteine oder industriell gefertigte und gezielt mineralisierte Endprodukte aus mineralischen Gesteinen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist in der verlorenen Schalung der Halbfertigteilstütze und/oder in der verlorenen Schalung des Halbfertigteilbalkens und/oder in wenigstens einer der beiden Wandschalen des Wandfertigteils und/oder in dem Deckenfertigteil nach einer ersten Ausführungsform ein flächig ausgedehnter Mäander aus elektrisch kontaktiertem, elektrisch leitfähigem Garn oder nach einer zweiten Ausführungsform eine flächig ausgedehnte Kapillarrohrmatte mit wenigstens einem parallel oder mäandrisch verlaufenden Kapillarrohr zur Wärmeabgabe oder zur Wärmeaufnahme mittels eines Wärmeträgerfluids, das in dem Kapillarrohr zirkuliert, angeordnet. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des leitfähigen Garns sieht vor, dass dieses als ein Heizleiter zur Wärmeabgabe oder als ein thermoelektrisches Element zur Abkühlung ausgeführt ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des leitfähigen Garns sieht vor, dass dieses als Antenne oder als Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen angeordnet ist. Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Wandschale des Wandfertigteils als Außenwandschale und als Textilbetonplatte ausgeführt ist und durch die Integration der Kapillarrohrmatte oder eines Kapillarrohrs nach der vorgenannten zweiten Ausführungsform als ein Massivabsorber zur Wärmegewinnung nutzbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass auch Dachfertigteile an den Halbfertigteilbalken befestigt werden und durch den eingebrachten Ortbeton eine dichte Fuge zwischen Halbfertigteilbalken und den Dachfertigteilen erzeugt wird.
Eine Halbfertigteilstütze und ein Halbfertigteilbalken sind Bestandteil eines Leichtbausystem, wie oben beschrieben bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Halbfertigteilstütze und der Halbfertigteilbalken als eine verlorene Schalung zur Betonage mit Ortbeton ausgebildet sind und wenigstens ein justierbares Verbindungssystem umfassen. Ein Wandfertigteil ist ebenfalls vorzugsweise Bestandteil eines Leichtbausystems wie zuvor beschrieben bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Wandfertigteil als eine verlorene Schalung zur Betonage mit bewehrtem oder unbewehrtem Ortbeton ausgebildet sein kann und ein justierbares Verbindungssystem umfasst. Ein Deckenfertigteil ist ebenfalls vorzugsweise Bestandteil eines Leichtbausystems wie zuvor beschrieben bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Deckenfertigteil als eine verlorene Schalung zur Betonage mit bewehrtem oder unbewehrtem Ortbeton ausgebildet ist.
Ein vorteilhaftes Bauwerk umfasst ein Leichtbausystem wie zuvor beschrieben bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 15. Demnach sind die als verlorene Schalungen ausgebildeten Halbfertigteilstützen, Halbfertigteilbalken, Wandfertigteile und Deckenfertigteile mit bewehrtem oder unbewehrtem Ortbeton betoniert.
Für die Ausnutzung der Potentiale neuer Baustoffe, insbesondere Textilbeton, bietet die Erfindung ein System an, in welchem innovative Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken aus Textilbeton oder Holz (oder gleichwertiges) als verlorene Schalung in U-Form mit einer Ortbetonergänzung (bewehrt mit Textil- oder Stahlbewehrung) einen Verbund und Kraftschluss zwischen dem Tragwerksskelett und der Außenhülle eines Gebäudes schaffen.
Die nachfolgend beschriebene Gebäude-Außenhülle des Bauwerks besteht aus tragendenden oder als nichttragend betrachteten Textilbeton-Sandwichelementen. Die Frage der statischen Mitwirkung der Textilbeton-Sandwichwände ist zum derzeitigen Stand der Technik ausschließlich durch den Brandschutz beschränkt. Die verlorene Schalung in Form der Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken sorgt für die Standsicherheit während der Montage sowie der Sicherstellung der max. Durchbiegung im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG, geringe Durchbiegungen). Die Sicherstellung des Grenzzustandes der Tragfähigkeit (GZT, hohe Durchbiegungen) wird über den bewehrten Ortbetonkern der Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken sichergestellt. Somit kann diese Leichtbauweise das zum Zeitpunkt der Antragstellung bestehende Problem des Brandschutzes lösen. Gerade hohe Anforderungen können durch eine verlorene Schalung aus einer speziell isolierenden Textilbetonmatrix oder Holz oder Holzwerkstoffen gelöst werden.
Die Hülle des Gebäudesystems besteht aus schmalen und leichten Fertigteil-Sandwichelementen aus Textilbeton, Holz oder Holzwerkstoffen (oder gleichwertig) und Dämmungen (z. B. Hochleistungsdämmstoff aus Aerogelen). Die Wandfertigteile in der Fassade übernehmen im mindesten die Windlasten sowie ihr Eigengewicht und leiten diese weiter in das Skeletttragsystem. Die innere Wandscheibe eignet sich in diesem System sehr gut zur Aussteifung des Tragwerks, da sie fest mit den Stützen und Balken verbunden ist.
Da bei Bausystemen mit schmalen Elementen und geringen Abständen generell schon kleine Ungenauigkeiten einen großen (unerwünschten) Effekt haben können, sollten geringere Maßtoleranzen eingehalten werden, als dies in der Massivbauweise üblich ist. Dies ist im erfindungsgemäßen Leichtbausystem berücksichtigt und wird über justierbare und aufgrund des geringen Gewichts auch leichter montierbare Halbfertigteilstützen und -balken ermöglicht. Das Skelettsystem einer oder mehrerer Etagen besteht somit im ersten Schritt aus justierbaren verlorenen Schalungen, an welche die Wand- und Deckenfertigteile wiederum justierbar befestigt werden. Erst im zweiten Schritt erfolgt dann der Verbund mit der Ortbetonergänzung der Halbfertigteilstütze oder des Halbfertigteilbalkens.
Bei dem Einsatz einer hochfesten Betonmatrix für eine Textilbeton-Innenwandschale und bei der fugenfreien Verbindung über den Ortbetonkern zur Stütze und zum Balken kann auf eine Dampfbremse in der Innenschale verzichtet werden. Zudem wird dadurch die Luftdichtigkeit der Hülle gewährleistet. Hier entsteht ein Äquivalent zu einer in dieser Hinsicht vorteilhaften monolithischen Fertigung anstelle einer hierfür sonst üblicherweise unvorteilhaften und teuren Fertigteilverbindung. Auch ist die Fuge bei einem eventuellen Brandaufkommen dicht gegen eine Brand- und Rauchausbreitung.
Beim Einsatz von Textilbeton als verlorene Schalung der Halbfertigteil-Stützen, -Balken und -Decken ist davon auszugehen, dass auf eine Unterstützung im Bauzustand durch Decken- und Montagestützen (während des ersten Monats der Festigkeitsentwicklung des Betons) weitestgehend verzichtet werden kann. Dies würde einen schnellen, unkomplizierten und somit auch kostengünstigen Baustellenverlauf ermöglichen.
Die Skelettbauweise bringt allgemein gegenüber der Bauweise mit (statisch betrachteten) Vollwänden den Vorteil, dass deutlich weniger Material benötigt wird. Besonders im Hinblick auf die Treibhausgasemissionen wird der großflächige Einsatz von Beton momentan kritisch bewertet. Es hat sich überraschend gezeigt, dass es sehr erfolgsversprechend ist, die ressourcensparende und somit auch emissionsärmere Skelettbauweise mit der ebenso material- und emissionsarmen Textilbetonbauweise zu verknüpfen. Auch das geringere Transportgewicht der schmalen Fertigteilwände und -decken, der Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken ist hier als Vorteil zu betonen.
Dieser beschriebene Lösungsansatz ist nur über den Einsatz von Hochleistungsbaustoffen sinnvoll umsetzbar. Vergleicht man das erfindungsgemäße Leichtbausystem mit den Möglichkeiten des Stahlbetonbaus, so wird deutlich, dass eine Reduzierung der Außen- und Innenschalen der Wandfertigteile von einer mindestens 7 cm starken Stahlbetonschale (tendenziell noch mehr) auf eine 2 cm bis 4 cm starke Textilbetonschale und von einer - hier beispielhaft für U-Wert von 0,24 W/(m²K) - 16 cm starken Dämmschicht an Mineralwolle auf eine 8 cm starke Schicht an Aerogeldämmung möglich ist. Aufgrund der erforderlichen Betondeckungen im Stahlbetonbau (insbesondere wegen des Korrosionsschutzes), des höheren Gewichts der Stahlbewehrung allgemein und des Mehrbedarfs an Stahl aufgrund der geringeren Festigkeiten (z. B. im Vergleich zu Carbonfasern) können keine ebenso schmalen Stahlbetonschalen für diesen Einsatzbereich verwendet werden.
Textilbetonschalen hingegen können in einer extrem schmalen Ausführung umgesetzt werden und eignen sich zudem besonders gut als Außenwandfertigteile der Fassade. Dies ergibt sich aus der fehlenden Korrosionsgefahr der Bewehrung, zudem müssen deutliche niedrigere Betondeckungen einhalten werden und sie sparen besonders zusammen in Kombination mit einer Hochleistungsdämmung viel Gewicht und Fläche ein. Der schmale Wandaufbau wirkt sich durch das geringe Gewicht und dem geringen Hebelarm zwischen der Innen- und Außenschale positiv auf die Statik aus. All diese beschriebenen Eigenschaften ermöglichen es, die Vorteile der Massivbauweise für den Betonbau beizubehalten und trotzdem in ähnlicher Weise wie Sandwichwände in der Leichtbauweise (z. B. wie im Metallbau) eingesetzt zu werden.
Würden für denselben Lösungsansatz Stahlbetonschalen und herkömmliche Dämmungen genutzt, so wäre bei Wandstärken von mindestens 30 cm (tendenziell deutlich mehr) und dem hohen Gewicht der Stahlbetonplatten ein solches Wandsystem für die Fassade nicht vorteilhaft oder sinnvoll. Vielmehr wäre es hier naheliegend, die Stahlbetoninnenschale als statisch tragende und aussteifende Vollwand auszubilden und hierdurch das notwendige Material und die Fläche für ein zusätzliches Skeletttragsystem einzusparen. Dies ist daher auch der momentane Stand der Technik im Betonbau. Bei den geringen Wandstärken der Textilbeton-Sandwichwände und bei deren geringem Gewicht ist dieser Leichtbauansatz im Sinne der Erfindung auch in der Betonbauweise umsetzbar.
Auch sind der enorme Flächengewinn und die Material- und Emissionseinsparung dieser Vorgehensweise für zukünftige Betrachtungen entscheidend. Bei bestehendem Flächenmangel in Großstädten und bei der Notwendigkeit, Sand, Kies, Zement und Wasser zum Schutz der Umwelt und unserer Lebensräume einzusparen, kann das erfindungsgemäße Leichtbausystem einen entscheidenden Beitrag leisten.
Beton bringt viele Vorteile mit sich. Zum einen lässt sich Beton im frisch hergestellten Zustand in beinahe jede gewünschte Form gießen, zum anderen bietet er viele bauphysikalische Vorteile. Durch die vergleichsweise hohe Rohdichte besitzt Beton schallschluckende und wärmespeichernde Eigenschaften und ist weder entflammbar noch dünstet er im Brandfall schädliche Gase aus. Auch können Festigkeitseigenschaften an den Verwendungszweck angepasst werden. Im Besonderen Textilbeton hat eine sehr hohe Lebensdauer und kann architektonische Ansprüche für beispielsweise Sichtbetonwände im Hochbau erfüllen und hiermit eine ansprechende Optik schaffen. Die dünnen und trotzdem leistungsstarken Betonschalen sind für das Anbringen von Anbauteilen geeignet, bieten durch die hohe Masse einen guten Schallschutz und durch das dichte Gefüge des porenarmen und hochfesten Betons einen außergewöhnlich guten Wasserdampfdiffusionswiderstand. Auch die Material- und Emissionsersparnis ist in Anbetracht der aktuellen klimatischen Herausforderungen zu betonen. Für die Anwendung von Textilbeton wird abhängig vom Einsatzbereich weniger als die Hälfte der Betonmenge benötigt im Vergleich zum Stahlbetonbau. Hierfür müssen somit keine Primärrohstoffe abgebaut, verarbeitet, transportiert, eingebaut oder wieder recycelt werden.
Für Halbfertigteildecken, U-förmige Halbfertigteil-Stützen und -Balken aus Textilbeton gelten andere vorteilhafte Bedingungen als bei leistungsschwächeren Materialien. Ähnlich wie bei der Bauwerksinstandsetzung von Stahlbetonbauteilen - in welcher Textilbeton bereits sehr erfolgreich eingesetzt wurde - kann eine sehr dünne Schicht Textilbeton bereits einen sehr großen statischen Effekt auf das hiermit verstärkte Tragwerk (aus Stahlbeton) erzielen. Dieser Effekt wurde bereits ausgenutzt, um bei abrissreifen Gebäuden die Unterzüge und Stützen mit einer sehr dünnen Schicht Textilbeton zu ummanteln und ihre Tragfähigkeit damit wiederherzustellen. Auch bei Instandsetzungen von Deckenplatten (aus Stahlbeton) wurden bereits durch sehr dünne Schichten Textilbeton in der Zugzone statisch signifikante Verbesserungen erzielt. Aus statischer Perspektive ist die Optimierung der Tragstruktur durch eine Lage Textilbeton ungemein stark und es ist daher auch sinnvoll, dies nun unter Nutzung der erfindungsgemäßen Lösungen im Neubau umzusetzen.
Da die verlorene Textilbeton-Schalung somit statisch ausnutzbar und sehr wirkungsvoll ist, kann die Dimensionierung des Ortbetonkerns - selbst bei der Verwendung von Stahlbeton anstelle von Textilbeton - auf ein Minimum reduziert werden. Hier ist erneut mit einer enormen Flächen- und Ressourcenersparnis zu rechnen, sowohl bei den Stützen und Balken als auch bei einer Halbfertigteil- oder Fertigteildecke.
Für die Halbfertigteilelemente aus Textilbeton wird eine Platte unterseitig schalungsglatt auf der Umlaufanlage im Beton-Fertigteilwerk hergestellt und mit einer textilen Bewehrung versehen. Die raue Oberseite der Platte sorgt später für einen Verbund mit der Ortbetonschicht, welche auf der Baustelle betoniert wird. Alternativ kann eine zweidimensionale oder dreidimensionale Textilbewehrung für einen zusätzlichen Kraftschluss zur Ortbetonschicht sorgen. Für die Ortbetonschicht kann ein Stahlbeton oder ein Textilbeton eingesetzt werden. Durch die große statische Nutzhöhe - von der Textilbewehrung in der verlorenen Schalung der Halbfertigteildecke bis zur Oberkante der Ortbetonschicht - kann die Textilbewehrung, beispielsweise ausgeführt als Biaxialgelege, optimal ausgenutzt werden. Da die Betondeckung zum Textil zudem ungemein klein ausfällt, wirkt dieses statisch noch vorteilhafter. Hierdurch kann bei der Dimensionierung der Ortbetonschicht (Stahlbeton oder Textilbeton) eine minimale Schichtdicke gewählt werden. Diese minimale Schichtdicke wird vorausschauend durch die Begrenzung der Durchbiegung bestimmt. Zudem können die Decken auch ohne durchgehenden Ortbetonkern, nur mit einer Granulatschüttung auf den Deckenfertigteilen (siehe unten) ausgeführt werden.
Da bei Deckenplatten eine größere Masse generell vorteilhaft auf den Schallschutz wirkt, kann der gewonnen Platz und das gewonnene Gewicht durch die Betoneinsparung mit gebundenem CO₂ als Schüttung in Pulver- oder Granulatform, z. B. Pflanzenkohle oder Carbonblack, aber auch Rezyklat aus z. B. Beton- oder Ziegelbruch, oder Mineralien, mineralische Gesteine, z. B. Olivin, Serpentinit, Serpentin, Pyroxene, Plagioklas-Feldspäte, basaltische Gesteine, Magnesium-Silikat-Hydrat, oder industriell gefertigte und gezielt mineralisierte Endprodukte aus diesen Gesteinen aufgefüllt werden. Hierdurch kann ein zusätzlicher Beitrag zu einer Ressourcen- und Emissionseinsparung erfolgen.
Als Fertigteildecke können Hohldecken aus Textilbeton eine besonders materialsparende Variante innerhalb des Systems darstellen. Hier können wiederum als Schüttung in Pulver- oder Granulatform z. B. Pflanzenkohle oder Carbonblack aber auch Rezyklat aus z. B. Beton- oder Ziegelbruch oder Mineralien, mineralische Gesteine (z. B. Olivin, Serpentinit, Serpentin, Pyroxene, Plagioklas-Feldspäte, basaltische Gesteine, Magnesium-Silikat-Hydrat) oder industriell gefertigte und gezielt mineralisierte Endprodukte aus diesen Gesteinen, aufgefüllt werden, um die verlorene Masse auszugleichen und CO₂ im Bauwerk zu binden.
Die Herstellung der mehrschichtigen Wandfertigteile bzw. Sandwichwände soll in Betonfertigteilwerken auf Fertigteilumlaufanlagen stattfinden. Hier werden die besonders schlanken Betonplatten aus einer für Textilbeton geeigneten und meist hochfesten Betonmischung auf Stahltischen einseitig schalungsglatt gegossen und mit einer textilen Bewehrung verstärkt. In die erste Schale der Wandfertigteile werden punktuelle oder linienförmige Verbindungselemente (in Abhängigkeit der verwendeten Dämmung) mit einbetoniert oder eingeschraubt, um diese später in einer Weise mit der zweiten Schale zu verbinden, dass mit Abstand zueinander ein Zwischenraum geschaffen wird, in welchem entweder während der Herstellung im Werk oder auf der Baustelle eine Wärmedämmung als Dämmkern verfüllt werden kann. Für das mehrschichtige Wandfertigteil ist keine Ortbetonschicht vorgesehen.
Bei dem Einsatz einer Holzschale anstelle einer Textilbetonschale für die Innen- oder Außenschale wird die als Holzplatte ausgeführte Holzschale separat in einem Abbundzentrum, wo Holzbauelemente gefertigt werden, hergestellt und mit den Verbindungselementen versehen. Diese werden zum Betonfertigteilwerk oder alternativ direkt zur Baustelle geliefert, um die Holzschale nach analogem Prinzip mit der zweiten Schale aus Textilbeton mit einem Abstand zueinander zu verbinden, sodass im Vorfeld bei der Fertigung oder auf der Baustelle eine Wärmedämmung als Dämmkern verfüllt bzw. eingebaut werden kann.
Für den Dämmkern des Wandfertigteils wird eine Hochleistungsdämmung, z. B. Aerogeldämmung, in Form von Platten, Granulat, Schüttung oder einem Presskern oder ein Vakuumisolationspaneel (oder gleichwertiges) verwendet. Alternativ kann auch eine konventionelle Dämmung, z. B. Mineralwolle, verwendet werden.
Vorteile ergeben sich auch aus einem Verfahren zur Herstellung eines Bauwerks, wie es oben beschrieben wurde. Dabei werden die als verlorene Schalungen ausgebildeten Halbfertigteilstützen, Halbfertigteilbalken, Wandfertigteile und Deckenfertigteile mit bewehrtem oder unbewehrtem Ortbeton betoniert.
Die Montage des Leichtbausystems erfolgt vollständig ohne zusätzliche Montagestützen, da sich das Rahmentragwerk aus Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken zusammensetzt. Dieses steift sich selbst sowie die auftretenden Montagelasten in den unterschiedlichen Montagezuständen vollständig aus. Dadurch kann die Bauzeit verkürzt werden: zum einen durch die schnelle Begehbarkeit der Decken, zum anderen durch den Verzicht auf Montagestützen, da sofort auf jedem neu erstellten Geschoss uneingeschränkt gearbeitet werden kann. Zudem wird die Ausführungsqualität deutlich gesteigert, da durch die Justierbarkeit der leichten Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken eine hohe Genauigkeit erreicht wird. Die schweren Fertigteilwände sowie die Fertigteil- und Halbfertigteildecken können anschließend auf das präzise ausgerichtete und gesicherte Rahmentragwerk aufgelegt werden, ohne Montagestützen einsetzen zu müssen. Insgesamt können die Baustoffmassen durch den Verzicht auf einen Ortbetonkern deutlich reduziert werden, ohne auf die gewohnte Wirtschaftlichkeit sowie die technischen und bauphysikalischen Vorteile des Betonbaus verzichten zu müssen.
Der genaue Montageablauf stellt sich wie folgt dar: Auf einer Bodenplatte oder Kellerdecke werden die Halbfertigteilstützen auf justierbaren Auflagerkonsolen aufgestellt. Aufgrund ihres geringen Eigengewichts müssen sie nicht zusätzlich mit Montagestützen gesichert werden. Anschließend erfolgt das Auflagern der Halbfertigteilbalken auf den Auflagerkonsolen. Die Justierung erfolgt über Verbindungselemente zwischen Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken. Danach werden die Fertigteilwände gestellt und mittels Verbindungselementen zwischen Halbfertigteilstützen bzw. Halbfertigteilbalken und Wandfertigteilen justiert. Anschließend werden die Deckenfertigteile oder Deckenhalbfertigteile auf die Halbfertigteilbalken aufgelegt. Danach wird das justierte Rahmentragwerk aus Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken in Verbindung mit den Wandfertigteilen sowie den Deckenfertig- oder Halbfertigteilen ausbetoniert. Anschließend kann eine zusätzliche CO₂-bindende Schüttung auf die Decke aufgebracht werden.
Die Vorteile dieses Vorgehen liegen darin, dass nur 1/5 der üblichen Ortbetonmassen benötigt werden. Dies führt zu deutlich geringerem CO₂-Fußabdruck und Kostenvorteilen, insbesondere

Integrationsmöglichkeit von CO₂-bindenden Schüttungen, damit Schaffung von vollständig mineralischen CO₂-neuntralen Bauteilen
Entfall jeglicher Schalungen auf der Baustelle
Entfall jeglicher Montagestützen auf der Baustelle
deutlicher Qualitätsgewinn in der Ausführungsgenauigkeit
deutlicher Zeitgewinn durch direkte Nutzung der Flächen
vollständige Sichtbetonqualität möglich
kreislaufgerechtes Bauen über leichte Demontagemöglichkeiten über einfaches Trennen von Halbfertigteilstützen und Halbfertigteilbalken von Wandfertigteilen und Deckenfertigteilen und Deckenhalbfertigteilen.

Das Verfahren ermöglicht Herstellung und Umsetzung eines innovativen Textilbeton-Leichtbausystems in der Skelettbauweise für den Hochbau, bestehend aus Halbfertigteilstützen, Halbfertigteilbalken und dünnwandigen Wand-, Decken oder Dachfertigteilen. Hierbei bestehen die Halbfertigteilstützen und die Halbfertigteilbalken je aus einer U-Schale aus Textilbeton, Holz oder Holzwerkstoffen (oder gleichwertiges) und erfüllen den Zweck einer verlorenen Schalung. Das Innere der U-Schalen wird durch eine Ortbetonergänzung mit nichtmetallischer Bewehrung oder Stahlbewehrung verfüllt. Über Verbindungselemente werden die dünnwandigen Wand-, Decken- oder Dachfertigteile an den Halbfertigteilstützen und -balken befestigt und ausgerichtet. Über die Ortbetonergänzung im Inneren der Halbfertigteilstützen und -balken wird ein Verbund zu den dünnwandigen Wand-, Decken- oder Dachfertigteilen geschaffen.
Das dünnwandige Wandfertigteil besteht aus einer Fertigteil-Sandwichwand ohne Ortbetonergänzung, mit einer Innenschale aus beispielsweise Textilbeton oder Holz und einer Außenschale aus beispielsweise Textilbeton oder Holz - jedoch mindestens eine der Schalen aus Textilbeton - und einem innen liegenden Dämmkern aus beispielsweise einer Aerogeldämmung oder einem Vakuumisolationspaneel (oder gleichwertiges).
Vorzugsweise sind die Innen- und Außenschale aus Textilbeton durch textile Verbindungselemente miteinander verbunden, die einstückig mit der textilen Bewehrung der beiden Schalen verbunden, insbesondere gemeinsam gefertigt sind. Beispielsweise erfolgt die Fertigung der textilen Bewehrung der beiden Schalen als Abstandsgewirk.
Vorteile resultieren aus einem Verfahren zur Herstellung eines Wandfertigteils als Bestandteil eines Leichtbausystem, wie zuvor beschrieben bzw. nach einem der Ansprüche 1 bis 15, vorzugsweise auf einer Fertigteilumlaufanlage. Dabei wird die erste Wandschale in einem ersten Betonierabschnitt gefertigt und im Anschluss eine zweite Wandschale in einem zweiten Betonierabschnitt gefertigt. Jeweils während des Betonierabschnitts wird ein biaxiales Gelege in den Beton eingebracht. Der zweite Betonierabschnitt umfasst auch die Verbindung der ersten Wandschale mit der zweiten Wandschale, indem die im ersten Betonierabschnitt hergestellte Wandschale mit dem bereits ausgehärteten Beton um eine Achse entlang ihrer Flachseite um 180 Grad gedreht und mittels abragender Distanzelemente des Schalenverbindungssystems in den noch weichen Beton der zweiten Wandschale eingedrückt wird. Alternativ wird die zweite Wandschale aus Textilbeton für den zweiten Betonierabschnitt ohne Drehung bzw. Wendung, sondern stattdessen direkt, auf der Dämmung betoniert.
Vorzugsweise wird die erste Wandschale als vorgefertigte Holzschale mit der zweiten Wandschale über Distanzelemente verbunden. Als lösbare Verbindung können eine Schraube oder ein Bolzen verwendet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Dämmung im Laufe des ersten Betonierabschnitts an der ersten Wandschale in den noch weichen Beton eingebunden wird, oder wobei die Dämmung an die erste Wandschale aus vorgefertigtem Holz oder Beton verklebt wird.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die erste Wandschale und die zweite Wandschale aus unterschiedlichen, miteinander kombinierten Baustoffen, wie Textilbeton oder Holz, bestehen und entweder verklebt oder mechanisch fixiert, insbesondere lösbar miteinander verschraubt, werden. Dies erfolgt vorzugsweise automatisiert mittels Robotik.
Die Herstellung der Halbfertigteilstützen und -balken findet in Betonfertigteilwerken mithilfe von Schalelementen in Negativform zum fertigen Betonbauteil statt. Die textile Bewehrung wird in geeigneter Form vorgefertigt und in die Betonschicht der beispielsweise U-förmigen Halbfertigteilstütze oder des -balkens einbetoniert. Ein Ortbetonkern wird nachträglich auf der Baustelle in die Halbfertigteilstützen und -balken gefüllt und somit ein Formschluss zwischen Stütze und Balken und angrenzenden Elementen realisiert.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die textile Bewehrung mit der verlorenen textilen Schalung einstückig verbunden, insbesondere gemeinsam gefertigt, z. B. als Abstandsgewirk. Analog hierzu können die Halbfertigteilstützen oder -balken aus Holz im Abbundzentrum beispielsweise in U-Form hergestellt und nach selbigen Prinzip auf der Baustelle mit Ortbeton verfüllt und selbiger Formschluss zwischen Stütze und Wandfertigteil umgesetzt werden. Zur Herstellung des Verbundes werden vorzugsweise Schrauben oder Bolzen zur Verzahnung zwischen Holz und Beton verwendet.
Bei der Anwendung von Textilbeton besteht zudem die Möglichkeit, über ein elektrisch leitfähiges Textilgarn und einen elektrischen Kontakt eine Strom- oder Datenleitung oder auch Flächentemperierung zu schaffen. Auch eine Nutzung als Antenne oder Abschirmung vor elektromagnetischen Wellen ist über das textile Bewehrungsgarns des Leichtbausystems möglich.
Die Vorteile liegen im Kern in der Verbindung der Halbfertigteilstützen und -balken und den Fertigteilwänden und -decken zu einem neuen Bausystem welches einen Halbfertigteilskelettrahmen vor der Montage der Wand- und Deckenfertigteile stellt sowie der Integration von CO₂-speichernden Pulver oder Granulat in den Hohlräumen des Bausystems.
Die Umsetzung des Systems ist zusammen mit weiteren Einzelheiten, Merkmalen und Vorteilen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen zu entnehmen.

Fig. 1: Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbausystems als Skelettsystem;
Fig. 2: Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem und Textilbeton-Wandfertigteilen.
Fig. 3: Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem, Wandfertigteilen und Deckenfertigteilen;
Fig. 4: Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbausystems in zweistöckiger Ausführung mit einem Skelettsystem, Wandfertigteilen und Deckenfertigteilen;
Fig. 5: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung eines Details einer Ausführungsform mit Fertigteildecken eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem, umfassend justierbare Halbfertigteilstützen und -balken mit einer Ortbetonergänzung;
Fig. 6: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung eines Details einer weiteren Ausführungsform mit Fertigteildecken eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem, umfassend justierbare Halbfertigteilstützen und -balken mit der Ortbetonergänzung;
Fig. 7: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform mit Halbfertigteildecken des erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen und -balken mit der Ortbetonergänzung;
Fig. 8: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform mit Halbfertigteildecken des erfindungsgemäßen Leichtbausystems mit einem Skelettsystem bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen und -balken mit der Ortbetonergänzung;
Fig. 9: eine perspektivische Prinzipdarstellung einer Halbfertigteilstütze und dem Halbfertigteilbalken und der Wandfertigteile;
Fig. 10: in horizontal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden oder mittragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand (Sandwichwand);
Fig. 11: in horizontal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand (Sandwichwand);
Fig. 12: in horizontal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit Metallinnen- und Metallaußenschalen;
Fig. 13: in horizontal-geschnittener Darstellung eine Prinzipdarstellung der Verbindung zwischen Halbfertigteilstütze, Ortbetonergänzung der Stütze und Wandfertigteil;
Fig. 14: in vertikal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus einer Halbfertigteilwand, ausgeführt als Thermowand mit Stahlbetoninnen- und Stahlbetonaußenschalen;
Fig. 15: in vertikal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand mit Stahlbetoninnen- und Stahlbetonaußenschalen;
Fig. 16: in vertikal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand mit Metallinnen- und Metallaußenschalen;
Fig. 17: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Bauelements als nichttragender oder mittragender Wandaufbau einer Fertigteilwand;
Fig. 18: vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauelements als nichttragender oder mittragender Wandaufbau einer Fertigteilwand;
Fig. 19: vertikal geschnittene Darstellung einer Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Bauelements als nichttragender oder mittragender Wandaufbau einer Fertigteilwand;
Fig. 20: schematische längsgeschnittene Darstellung einer Ausführungsform einer Textilbetonschale des Bauelements mit elektrischen Anschlüssen;
Fig. 21: schematische längsgeschnittene Darstellung einer Ausführungsform einer Textilbetonschale des Bauelements mit einer Kapillarrohrmatte oder ein konventionellen Rohrregister.
Fig. 22: schematische längsgeschnittene Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Textilbetonschale des Bauelements mit einer Kapillarrohrmatte oder einem konventionellen;
Fig. 23: Legende, die die geschnittenen Flächen eines Betonfertigteils, von Ortbeton, von einem Holzwerkstoff, Metall, Dämmung und einer Schüttung unterscheidbar macht.

Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2, als verlorene U-Schalung ausgebildet, vor der Verfüllung mit Ortbeton 10 (siehe ab Fig. 5), hier beispielhaft mit umlaufender Auflagerkonsole 68 (siehe Fig. 9) an den Halbfertigteilstützen 1 zur Lagerung der Halbfertigteilbalken 2.
Fig. 2 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2, wie in Fig. 1, und zusätzlich dünnwandigen Wandfertigteilen 3, die als dünnwandige Sandwichelemente ausgebildet sind und Wandschalen 20, 30 aus Textilbeton aufweisen (siehe ab Fig. 17). Die Wandfertigteile 3 werden vor der Verfüllung des Skeletts mit Ortbeton 10 an den Halbfertigteilstützen 1 justiert.
Fig. 3 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2 sowie dünnwandigen Wandfertigteilen 3, welche vor der Verfüllung des Skeletts mit Ortbeton 10 an den Halbfertigteilstützen 1 justiert werden. Sie weisen zusätzlich ressourcenschonende Deckenfertigteile 4,5 mit gebundenem CO₂ als Schüttung in Pulver- oder Granulatform auf.
Fig. 4 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 in zweistöckiger Ausführung mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2 sowie dünnwandigen Wandfertigteilen 3, welche vor der Verfüllung des Skeletts mit Ortbeton 10 an den Stützen justiert werden und ressourcenschonenden Deckenfertigteilen mit gebundenem CO₂ als Schüttung in Pulver- oder Granulatform.
Fig. 5 zeigt eine schematische, vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, umfassend justierbare Halbfertigteilstützen 1 (hier nicht sichtbar) und - balken 2 in U-Form. Die Ergänzung durch den Ortbeton 10 in der U-förmigen verlorenen Schalung, insbesondere auch im Fugenbereich der Fertigteilwände bildet dort eine dichte Fuge 67 aus. Die Fertigteildecke 5, hier ausgeführt als runde Hohldecke, gefüllt mit einer Schüttung 7, z. B. Pflanzenkohle-, Carbonblack-, Serpentin- oder Olivin-Schüttung. Zudem ist ein variabler Fußbodenaufbau 6 über der Fertigteildecke 5 ist vorgesehen.
Fig. 6 zeigt eine schematische, vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2 in U-Form mit einer Ortbetonergänzung 10 im Bereich der Fuge 67 der Wandfertigteile 3 und der Deckenfertigteile 5, hier eine ausgeführt als eine viereckige Hohldecke, wobei die Hohlräume mit z. B. Pflanzenkohle-, Carbonblack-, Serpentin- oder Olivin-Schüttung 7 gefüllt sind.
Fig. 7 zeigt eine schematische, vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem, bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und Halbfertigteilbalken 2 in U-Form mit einer Ortbetonergänzung 10 im Bereich der Fugen 67 der Wandfertigteile 3 und der Deckenfertigteile 4 (ausgeführt als Halbfertigteildecken 4 aus Textilbeton als Halbfertigteil mit Ortbetonergänzung 10 und mit Schüttung 7, z. B. aus Pflanzenkohle-, Carbonblack-, Serpentin- oder Olivin).
Fig. 8 zeigt eine schematische, vertikal geschnittene Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit einem Skelettsystem bestehend aus justierbaren Halbfertigteilstützen 1 und -balken 2 (U-Form) mit einer Ortbetonergänzung 10 im Bereich der Fugen 10 der Wandfertigteile 3 und der Deckenfertigteile 4, hier ausgeführt als vorgespannte Halbfertigteildecke 4 aus Textilbeton als Vollfertigteil ohne Ortbetonergänzung und mit Schüttung 7, z. B. aus Pflanzenkohle-, Carbonblack-, Serpentin- oder Olivin.
Fig. 9 zeigt eine schematische, perspektivische Prinzipdarstellung einer Halbfertigteilstütze 1 mit umlaufender Auflagerkonsole 68 zur Lagerung der Halbfertigteilbalken 2 vor der Verfüllung mit Ortbeton und der Wandfertigteile 3 vor der Befestigung und Justierung aller Elemente.
Fig. 10 zeigt in einer schematischen, horizontal geschnittenen Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Wandaufbaus 46 (oder mittragenden Wandaufbaus) einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit Stahlbetoninnenschalen 12 und Stahlbetonaußenschalen 12, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16, konventionell, z. B. Mineralwolle, zur Anwendung als raumabschließende Außenwand und angehängt an ein tragendes Stahlbetonskelett-Tragwerk.
Fig. 11 zeigt in einer schematischen, horizontal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus 45 einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit Innenschalen 20 aus Stahlbeton 12 und Außenschalen 30 aus Stahlbeton 12, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand.
Fig. 12 zeigt in einer schematischen, horizontal geschnittenen Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Wandaufbaus 47 einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit Innen- und Außenschalen 20, 30 aus Metall 14, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand.
Fig. 13 zeigt in einer schematischen, horizontal geschnittenen Darstellung eine Prinzipdarstellung der Verbindung zwischen Halbfertigteilstütze 1 (hier als Textilbetonbauteil), Ortbetonergänzung 10 der Stütze und Wandfertigteil 3 des erfindungsgemäßen Leichtbausystems 100 mit nichttragenden oder mittragenden Wandfertigteilen 3 in Form einer Fertigteilwand (Sandwichwand) hier mit Textilbeton Innenschalen 20 und Außenschalen 30 jeweils aus Textilbeton, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand. Verbindungselemente 65 ermöglichen die Justierung des bzw. des Wandfertigteils 3 gegenüber der Halbfertigteilstütze 1. Zwischen zwei Wandfertigteilen 3 wird eine dichte Fuge 67 geschaffen.
Fig. 14 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittener Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus einer Halbfertigteilwand (hier als Thermowand 44 ausgeführt) mit Innen- und Außenschalen 20, 30 aus Stahlbeton 12, einer Ortbetonergänzung 10 und Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand.
Fig. 15 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittenen Darstellung den Stand der Technik eines tragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand (Sandwichwand 45) mit Innenschalen 20 und Außenschalen 30 aus Stahlbeton 12, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand.
Fig. 16 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittenen Darstellung den Stand der Technik eines nichttragenden Wandaufbaus einer Fertigteilwand 47 (Sandwichwand) mit Metallinnenschale 20, 14 und Metallaußenschale 30, 14, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung 16 zur Anwendung als raumabschließende Außenwand.
Fig. 17 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittenen Prinzipdarstellung eine Ausführungsform eines Wandfertigteils 3 als nichttragender oder mittragender Wandaufbau einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit den Schalen 20, 30 als Innenwandschale 20 aus Textilbeton 11 und als Außenwandschale 30 ebenfalls aus Textilbeton 11, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung, speziell einer Aerogeldämmung 17. Das Wandfertigteils 3 ist zur Anwendung als raumabschließende Außenwand vorgesehen.
Fig. 18 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittenen Prinzipdarstellung eine Ausführungsform eines Wandfertigteils 3 in einem nichttragenden oder mittragenden Wandaufbau einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit Innenwandschale 20 aus Holz 13 und Außenwandschale 30 aus Textilbeton, wobei auch die umgekehrte Materialanordnung oder alternativ eine Ausführung mit zwei Holzschalen möglich ist. Eine Ortbetonergänzung ist nicht vorgesehen, jedoch eine Dämmung, ausgeführt als einer Aerogeldämmung 17. Das Wandfertigteil 3 dient zur Anwendung als raumabschließende Außenwand. Schematisch dargestellt sind Verbindungelemente zwischen den Schalen, hier als Distanzelemente 19 ausgeführt. Die Distanzelemente 19 sind punktuell oder linienförmig wirkende Verbindungsmittel zwischen den Schalen (z. B. Textilbetonschale zu Textilbetonschale).
Fig. 19 zeigt in einer schematischen, vertikal geschnittenen Darstellung eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Wandfertigteils 3 als nichttragender oder mittragender Wandaufbau einer Fertigteilwand (Sandwichwand) mit den Schalen 20, 30 als Innenwandschale 20 aus Textilbeton 11 und als Außenwandschale 30 ebenfalls aus Textilbeton 11, ohne Ortbetonergänzung und mit Dämmung, einer Aerogeldämmung 17. Das Wandfertigteil 3 dient zur Anwendung als raumabschließende Außenwand, mit schematischer Darstellung der Verbindungelemente zwischen den Schalen, einem Schalenverbindungssystem 18.
Fig. 20 zeigt in einer schematischen, längsgeschnittenen Darstellung, als Ansicht von oben, einer Ausführungsform einer Wandschale 20, 30, ausgeführt als Textilbetonschale, des Wandfertigteils 3, welche zusätzlich geeignet ist zur Nutzung als eine dielektrische Heizfläche in einer Betonplatte mit Umlenkpunkten 58 für ein Carbontextil, ein Garn mit elektrischen Anschlüssen 57, das als Leiter dient und als ein beschichtetes Garn 54 oder als ein besandetes Garn 56 ausgeführt ist.
Fig. 21 zeigt in einer schematischen, längsgeschnittenen Darstellung als Ansicht von oben, eine Ausführungsform einer Wandschale 20, 30, ausgeführt als Textilbetonschale, des Wandfertigteils 3, welche eine Kapillarrohrmatte 60 oder ein konventionelles Rohrregister zur thermischen Beeinflussung der Wandschale 20, 30 umfasst, mit einer die Matte oder das Register durchströmenden Sole als Wärmeträger mit Anschlüssen 64 für den Vorlauf und Rücklauf. Eine potentielle Nutzung als Massivabsorber oder als solarthermische Heiz- oder Kühlfläche ist hierdurch im erfindungsgemäßen Leichtbausystem 100 möglich.
Fig. 22 zeigt in einer schematischen, längsgeschnittenen Ansicht von oben eine Ausführungsform einer Wandschale 20, 30 aus Textilbeton des Wandfertigteils 3, welche eine Kapillarrohrmatte 60 oder ein konventionelles Rohrregister, eine flexible Rohrstruktur 62 zur thermischen Beeinflussung der Schale umfasst, ohne parallele Wärmeverteilung, sondern mit einem als Mäander über Umlenkpunkte 58 verlegten Rohrregister. Damit kann eine Beheizung oder Kühlung des Wandfertigteils 3 erfolgen oder es kann Wärme, z. B. bei Sonneneinstrahlung, gewonnen werden, indem am Anschluss 94 ein Fluid eingeleitet bzw. ausgeleitet wird.
Fig. 23 zeigt eine Legende, die die geschnittenen Flächen eines Betonfertigteils, von Ortbeton, von einem Holzwerkstoff, Metall, Dämmung und einer Schüttung unterscheidbar macht.

Bezugszeichenliste

1: Halbfertigteilstütze
2: Halbfertigteilbalken
3: Wandfertigteil
4: Deckenfertigteil, Halbfertigteildecke
5: Deckenfertigteil, Fertigteildecke, Hohldecke
6: variabler Fußbodenaufbau
7: Schüttung
9: unbewehrter Beton
10: Ortbeton
11: Beton mit nichtmetallischer Bewehrung, Textilbeton
12: Beton mit metallischer Bewehrung, Stahlbeton
13: Holz, Holzwerkstoff
14: Metall, Metallwand
15: Bewehrung, Textilbewehrung
16: Dämmung
17: Hochleistungsdämmung in Plattenform, Aerogeldämmung
18: Schalenverbindungssystem
19: Distanzelement
20: erste Wandschale, Innenwandschale
30: zweite Wandschale, Außenwandschale
44: Tragende Stahlbeton-Thermowand
45: Tragende Stahlbeton-Sandwichwand als Vollfertigteil nach Stand der Technik
46: Nichttragende Stahlbeton-Sandwichwand nach Stand der Technik
47: Nichttragende Metall-Sandwichwand nach Stand der Technik
48: Stahlbetonstütze als Fertigteil
49: Stahlstütze als Fertigteil
54: Garn beschichtet
56: Garn besandet
57: Anschluss elektrisch
58: Umlenkpunkt
60: Kapillarrohrmatte oder Rohrreister
62: flexible Rohrstruktur
64: Anschluss für Flüssigkeit (Sole)
65: Verbindungselement zwischen Halbfertigteilstütze und Wandfertigteil (justierbar)
66: Verbindungselement zwischen Halbfertigteilstütze und Halbfertigteilbalken (justierbar)
67: dichte Fuge
68: Auflagerkonsole
100: Leichtbausystem

Claims

Leichtbausystem (100), umfassend Halbfertigteilstützen (1) und Halbfertigteilbalken (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Halbfertigteilstützen (1) und die Halbfertigteilbalken (2) jeweils als eine verlorene Schalung zur Betonage mit Ortbeton (10) ausgebildet sind, wobei ein erstes justierbares Verbindungssystem (66) zur Verbindung der Halbfertigteilstützen (1) mit den Halbfertigteilbalken (2) vorgesehen ist, und weiterhin umfassend Wandfertigteile (3), wobei ein zweites justierbares Verbindungssystem (65) zur Verbindung der Halbfertigteilstützen (1) mit den Wandfertigteilen (3) vorgesehen ist, wobei durch den Ortbeton (10) eine dichte Fuge zwischen den Halbfertigteilstützen (1) und den Halbfertigteilbalken (2) und zwischen den Halbfertigteilstützen (1) und den Wandfertigteilen (3) ausgebildet werden kann.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 1, wobei die Wandfertigteile (3) zwei durch ein Schalenverbindungssystem (18) beabstandet zueinander verbundene Wandschalen (20, 30), eine Innenwandschale (20) und eine Außenwandschale (30), und einen Dämmkern (17) aus einem thermisch isolierenden Material in dem Abstand zwischen den Wandschalen (20, 30) aufweist.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 2, wobei der Dämmkern (17) aus einer Hochleistungsdämmung (17) in Form von Platten, Granulat, Schüttung oder einem Presskern besteht oder aus einem Vakuumisolationspaneel.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei wenigstens eine der beiden Wandschalen (20, 30) als Brandwand aus Stahlbeton (12) ausgebildet ist.
Leichtbausystem (100) nach einem der vorherige Ansprüche, wobei wenigstens ein Deckenfertigteil (4, 5) umfasst ist, wobei das wenigstens eine Deckenfertigteil (4, 5) nach einer ersten Ausführungsform als eine Halbfertigteildecke (4), umfassend eine Schale aus Textilbeton (11) oder Stahlbeton (12), und als verlorene Schalung ausgeführt ist,
Leichtbausystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das wenigstens eine Deckenfertigteil (4, 5) nach einer zweiten Ausführungsform als eine Fertigteildecke (5) und als filigrane Hohldecke ausgeführt ist.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 5, wobei auf die Schale eine Schicht Ortbeton (10), ausgeführt mit nichtmetallischer Bewehrung (11) oder metallischer Bewehrung (12) aufgebracht wird, und wobei durch den eingebrachten Ortbeton (10) eine dichte Fuge zwischen dem Halbfertigteilbalken (2) und dem Deckenfertigteil (4, 5) erzeugt wird.
Leichtbausystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die verlorene Schalung und/oder die Wandschalen (20, 30) und/oder Deckenschalen (4, 5) aus Textilbeton (11), unbewehrtem Beton (9), Holz (13) oder einem Holzwerkstoff ausgeführt ist.
Leichtbausystem (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei in die Hohlräume der Fertigteildecke (5) und/oder auf die Halbfertigteildecke (4) eine Schüttung gebracht ist, die zum Ausgleich des Masseverlustes durch den materialsparenden Textilbeton (11), Holz (13) oder Holzwerkstoffe für den massebezogenen Schallschutz sorgt.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Schüttung aus CO₂ bindendem Material in Form von Pflanzenkohle oder Carbonblack, Olivin oder einem Rezyklat aus Beton- oder Ziegelbruch (7) oder Mineralien, mineralische Gesteine oder industriell gefertigte und mineralisierte Endprodukte aus mineralischen Gesteinen besteht.
Leichtbausystem (100) nach einem der vorherige Ansprüche, wobei in der verlorenen Schalung der Halbfertigteilstütze (1) und/oder in der verlorenen Schalung des Halbfertigteilbalkens (2) und/oder in wenigstens einer der beiden Wandschalen (20, 30) des Wandfertigteils (3) und/oder in dem Deckenfertigteil (4, 5) nach einer ersten Ausführungsform ein flächig ausgedehnter Mäander aus elektrisch kontaktiertem, elektrisch leitfähigem Garn (54, 56) oder nach einer zweiten Ausführungsform eine flächig ausgedehnte Kapillarrohrmatte (60) mit wenigstens einem parallel oder mäandrisch verlaufenden Kapillarrohr (62) zur Wärmeabgabe oder zur Wärmeaufnahme mittels eines Wärmeträgerfluids, das in dem Kapillarrohr (62) zirkuliert, angeordnet ist.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 11, wobei das leitfähige Garn (54, 56) als ein Heizleiter zur Wärmeabgabe oder als ein thermoelektrisches Element zur Abkühlung ausgeführt ist.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei das elektrisch leitfähige Garn (54, 56) als Antenne oder als Abschirmung gegenüber elektromagnetischen Wellen angeordnet ist.
Leichtbausystem (100) nach Anspruch 11, wobei die zweite Wandschale (30) des Wandfertigteils (3) als Außenwandschale (30) und als Textilbetonplatte ausgeführt ist und durch die Integration der Kapillarrohrmatte (60) oder eines Kapillarrohrs (62) nach der zweiten Ausführungsform als ein Massivabsorber zur Wärmegewinnung nutzbar ist.
Leichtbausystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Dachfertigteile (3) an den Halbfertigteilbalken (2) befestigt werden und durch den eingebrachten Ortbeton (10) eine dichte Fuge zwischen Halbfertigteilbalken (2) und den Dachfertigteilen (3) erzeugt wird.