WO2002029178A1 - Stützkonstruktion bzw. schalung - Google Patents

Stützkonstruktion bzw. schalung Download PDF

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WO2002029178A1
WO2002029178A1 PCT/AT2001/000314 AT0100314W WO0229178A1 WO 2002029178 A1 WO2002029178 A1 WO 2002029178A1 AT 0100314 W AT0100314 W AT 0100314W WO 0229178 A1 WO0229178 A1 WO 0229178A1
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WO
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composite material
support structure
formwork
basic elements
elements
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PCT/AT2001/000314
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French (fr)
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Wieland Becker
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Innovationsagentur Gesellschaft M.B.H.
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    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G17/00—Connecting or other auxiliary members for forms, falsework structures, or shutterings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G11/00—Forms, shutterings, or falsework for making walls, floors, ceilings, or roofs
    • E04G11/04—Forms, shutterings, or falsework for making walls, floors, ceilings, or roofs for structures of spherical, spheroid or similar shape, or for cupola structures of circular or polygonal horizontal or vertical section; Inflatable forms
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G9/00—Forming or shuttering elements for general use
    • E04G9/08—Forming boards or similar elements, which are collapsible, foldable, or able to be rolled up

Definitions

  • the invention relates to a support structure or formwork for the production of spatially curved wall, floor or ceiling elements and a method for erecting a support structure or formwork.
  • Formwork and support systems for the production of freely shaped surfaces for the construction industry are usually only very complex and expensive to manufacture. Particularly in the case of formwork systems for the production of self-supporting domes, arches or roof surfaces, which have to transmit large tensile and compressive forces when applying reinforced concrete, complex supports or sliding formwork systems are required. Slipform systems, such as those used for example in tunnel construction, are not suitable for the production of any freely shaped surfaces, so that their use is restricted to structures that have the same profile (e.g. tunnel profile) along one axis.
  • a formwork element for double-wall elements which has rod-shaped elements with an alternating triangular and square cross-section, with adjacent elements being connected on both sides with a fabric.
  • the formwork element is designed in such a way that it can be easily removed from the space between two flat wall elements, since the rod-shaped elements arranged between two flat cover plates and from a folded position can be brought into an extended position, thereby increasing the thickness or height the formwork element is reduced. Due to the two flat cover plates, however, no spatially curved wall elements can be produced with such a formwork element.
  • a composite material consisting of rigid, essentially flat basic elements, which have the shape of a polygon, preferably a triangle or quadrangle, with adjacent edges of the basic elements being articulated.
  • edges of the basic elements are joined with a joint adapted to the local curvature and possibly to the global structure of the wall, floor or ceiling element to be produced, the articulated connection being made by a flexible membrane or by a textile Fabric is made that bridges the gap between the edges of the basic elements.
  • the composite material can thus initially be laid out flat on the construction site and only takes up the desired spatial shape of the component or component to be erected by selective or linear lifting or support.
  • the composite material is stabilized by joint closure and transmits normal forces (pressure and tension) in the axial direction of the plate, so that a stable installation condition is achieved.
  • the material verbünd is suitable for the production of all curved surfaces in the construction industry.
  • Suitable materials for the flat basic elements are all compression and bending resistant materials, preferably compressed or non-compressed plywood, e.g. veneer plywood or middle plywood, extruded hard foam panels, preferably with double-sided fabric reinforcement or so-called honeycomb core panels (honeycomb), which are covered on both sides with veneer plywood.
  • Technical felts or fabrics made of organic or inorganic fibers, for example polyester, glass, carbon or aramid fibers, are suitable as textile fabrics on one or both sides.
  • Plastic sheets or thin metal strips made of aluminum, copper etc. can be used as flexible membranes that bridge the joints between the basic elements. Particularly when using sheets made of extruded hard foam, an extremely light material composite (approx.
  • the flat basic elements can be glued onto a textile fabric, preferably with the aid of a thermosetting adhesive.
  • the textile fabric is applied at least on the convex side or in convex areas of the formwork or support structure, but can also be done on both sides, in particular when constructing components that are curved in opposite directions.
  • the desired spatial shape is established by lifting or supporting the composite material.
  • the predetermined joint cross-section or joint distance to the neighboring basic element defines the shape of the local curvature.
  • the overall system stabilizes through joint closure.
  • the stabilized material composite can now be processed in a further work step, for example with wood, preferably board or plate material, or reinforced with reinforced concrete, preferably in-situ or shotcrete.
  • the individual elements of the composite material or the desired shapes of the stabilized composite material to be erected are calculated on the basis of the shape-finding principles of low-stress, thin-walled surfaces.
  • computer-assisted modeling methods e.g. finite element methods
  • finite element methods can be used to generate the shapes.
  • Another advantage of the present invention lies in the fact that for many solutions to problems in the outer dimensions, similar basic elements can be put together to form a material composite.
  • Both the shape of the basic elements for example equilateral and / or right-angled triangles, squares or rectangles
  • their optimal size which is dependent on the maximum occurring radius of curvature, are calculated using the computer-aided form-finding principle.
  • the optimal joint or the play between the individual basic elements is calculated, which can be designed differently in terms of location to produce an optimal joint closure.
  • the shape of the cross section of the joint between the basic elements for example by changing the joint width and / or by chamfering the edges and / or by inserting spacer or wedge elements, to the local curvature of the wall to be produced -, floor or ceiling element is adapted. Furthermore, the cutting angle of the edges can be varied along their course.
  • the support structure or formwork according to the invention can either be removed after erection of the component or form a permanent part of the component.
  • a reinforcement for the subsequent application of in-situ or shotcrete.
  • the actual supporting structure can then remain on the structure, for example as thermal and / or sound insulation.
  • extruded polystyrene rigid foam panels can be used as basic elements, which can serve both as thermal insulation material and as a plaster base for the interior design.
  • the material composite is additionally stabilized by at least partially fixing the outer edge of the material composite to existing components or to the floor.
  • the outer edge of the composite material can have anchoring elements, or edge elements can also be provided which differ in their outer shape from that of the basic elements.
  • FIG. 1 shows a plan view of a section of the support structure or formwork according to the invention for producing spatially curved wall, floor or ceiling elements
  • FIGS. 2a and 2b each show a section through a support structure
  • FIGS. 3 and 4 show a section 5 shows a three-dimensional representation of a further variant of a supporting structure or formwork
  • FIGS. 5a and 5b details of the variant according to FIG. 5,
  • FIGS. 6 to 8 variant embodiments for fixing the edges of individual areas of the supporting structure 9 to 13 design variants of the support structure or formwork in detail in each case in a sectional view
  • FIGS. 14 to 18 three-dimensional representations of different design variants of the formwork or support structure according to the invention
  • FIG. 19 the surface-level development of a formwork or support structure.
  • the section shown in FIG. 1 from a support structure or formwork consists of a composite material 1 made of rigid, essentially flat, similar basic elements 2, which in the example shown have the cut shape of a right-angled, isosceles triangle and are applied to a textile fabric 3. Adjacent edges 5 and 5 'of the basic elements 2 are connected to one another in an articulated manner.
  • 2 joints 4 are provided between the individual basic elements, which are bridged on the convex side or in convex areas of the formwork by a flexible membrane or a textile fabric 3.
  • the basic elements for example made of plywood, can be applied extensively to the textile fabric 3 with an adhesive.
  • the geometric cut shape and size of the basic elements 2, their thickness or the width and the cross-sectional shape of the joints 4 provided therebetween can be determined in accordance with the desired envelope surface geometry by computer-aided shape-finding programs, so that after the selective lifting respectively.
  • Support of the composite material 1 sets the desired spatial shape according to FIG. 2b and is stabilized by joint closure.
  • a further stabilization of the spatially curved formwork or support structure can be achieved, for example, by anchoring 6 the outer edge of the composite material 1 to existing components or on the floor 7, or by at least one tensioning element 19 (e.g. tension belt or tension cable).
  • the shape of the material composite 1 stabilized by joint closure can be e.g. can be stiffened with a two-layer wooden formwork 8, 9. 3, the wooden formwork 8, 9 is attached to the convex side of the composite material 1, in FIG. 4, however, on the concave side.
  • the wooden formwork can, for example, be the component to be erected itself or only serve as formwork for the application of a reinforced concrete layer, not shown here.
  • FIG. 5 shows a three-dimensional view of a support structure or formwork according to the invention already stabilized in the desired spatial shape, the construction here being made from a plurality of individual areas 10 (each closed) (see FIGS. 5a and 5b).
  • free areas 11 are provided between the individual areas 10 in the case of planing for assembly (see FIG. 5b on a reduced scale), so that after lifting or support at the support point 12, the individual areas 10 rest against the edges 13 and are fixed to one another can.
  • the structure can be additionally fixed at edge points 14.
  • the initially flat structure according to FIG. 5 b is lifted up during assembly in the support point 12 and fixed in the edge points 14.
  • a spatial assembly stiffening state arises from the geometry of the base plates 2 and from the selected joint spacing or joint cross section between the individual base plates 2.
  • the optimal shape now corresponds to the bend-free membrane or shell condition.
  • a double-shell wooden formwork can now be applied to the material composite 1 by nailing or screwing (flexible composite) (see FIGS. 3 and 4).
  • the composite material serves as lost formwork and becomes part of the overall load-bearing structure.
  • reinforced concrete or fiber concrete to the construction according to FIG. 5 using the shotcrete method.
  • composite 1 serve as formwork, which is subsequently removed.
  • anchoring elements to appropriately connect the surface of the composite material 1 to the steel or fiber reinforced concrete, so that the composite material 1 also becomes part of the overall construction.
  • the material composite 1 can - as already explained further above - be made from a wide variety of materials.
  • material combinations such as shown in FIGS. 9 and 10 are suitable for achieving extremely light material composites.
  • the basic elements consist, for example, of extruded polystyrene rigid foam panels with fabric reinforcement on both sides, and the textile fabric 3 consists of a polyester fabric.
  • the local radius of curvature is determined by the width and shape of the joint 4 and the thickness of the rigid foam panels. It is also possible that the shape of the cross section of the joint 4 between the basic elements 2 is adapted to the local curvature of the wall or floor element or ceiling element, for example by chamfering the edges 5, 5 'at a certain angle.
  • a particularly light material composite can also be achieved by using panels with a honeycomb core (honeycomb) and a cover layer on both sides made of veneer plywood according to FIG. 11. Furthermore, it is possible - as shown in Fig. 12 - to produce hollow body shapes with compressed plywood (pressed wood), the edges of the compressed plywood being inclined and the joint 4 between the basic elements 2 having an opening angle ⁇ which closes when the support structure is erected.
  • a reinforcement 18 can be provided on the composite material 1 for the in-situ or shotcrete to be applied.
  • the support structure according to FIG. 14 shows a free crease shape, which can be used, for example, to produce a landfill seal or to fasten deep soils. It is usually not necessary to fix the outer edge of the composite material 1.
  • 15 and 18 show formwork for tunnel-shaped structures with a continuously changing profile, whereby in the embodiment according to FIG. 18 triangular and square basic elements are used mixed.
  • the edge fixation can be done by tensioning cables 19.
  • 16 and 17 show formwork or support structures composed of several individual areas 10, for example for hall roofs.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Forms Removed On Construction Sites Or Auxiliary Members Thereof (AREA)

Abstract

Stützkonstruktion bzw. Schalung zur Herstellung von räumlich gekrümmten Wand- Boden- oder Deckenelementen, gekennzeichnet durch einen Werkstoffverbund (1) aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen Grundelementen (2), welche die Zuschnittsform eines Vielecks, vorzugsweise eines Drei- oder Vierecks aufweisen, wobei benachbarte Kanten (5, 5') der Grundelemente (2) gelenkig verbunden sind.

Description

Stützkonstruktion bzw. Schalung
Die Erfindung betrifft eine Stützkonstruktion bzw. Schalung zur Herstellung von räumlich gekrümmten Wand- Boden- oder Deckenelementen sowie ein Verfahren zur Errichtung einer Stützkonstruktion bzw. Schalung.
Schalungs- bzw. Stützsysteme zur Herstellung frei geformter Flächen für das Bauwesen sind meist nur sehr aufwendig und teuer herzustellen. Insbesondere bei Schalungssystemen zur Herstellung von freitragenden Kuppeln, Bögen oder Dachflächen, welche beim Aufbringen von Stahlbeton große Zug- und Druckkräfte übertragen müssen, sind aufwendige AbStützungen bzw. Gleitschalungssysteme erforderlich. Gleitschalungssysteme, wie sie beispielsweise im Tunnelbau eingesetzt werden, eignen sich allerdings nicht zur Herstellung beliebiger, frei geformter Flächen, so dass deren Anwendung auf Bauwerke beschränkt ist, welche entlang einer Achse dasselbe Profil (beispielsweise Tunnelprofil) aufweisen.
Für frei geformte Dachflächen ist es bekannt, räumliche Stabwerk- oder Seilkonstruktionen zu verwenden, deren Einzelteile (Seile bzw. Stabtragwerke) auf der Baustelle unter großem Aufwand einzeln montiert und an den Knotenpunkten verbunden werden müssen. Erst danach kann das Tragwerk mit der eigentlichen Dachhaut oder einer Schalung versehen werden.
Aus der JP 10-280677 ist ein Schalungselement für Doppelwandelemente bekannt, welches stabförmige Elemente mit einem abwechselnd dreieckigen und viereckigen Querschnitt aufweist, wobei benachbarte Elemente beidseitig mit einem Gewebe verbunden sind. Das Schalungselement ist derart ausgeführt, dass es aus dem Zwischenraum zwischen zwei ebenen Wandelementen leicht entfernt werden kann, da sich die zwischen zwei ebenen Deckplatten angeordneten stab- förmigen Elemente und aus einer zusammengefalteten Stellung in eine gestreckte Stellung bringen lassen, wodurch die Dicke bzw. Höhe des Schalungselementes verringert wird. Aufgrund der beiden ebenen Deckplatten können allerdings mit einem derartigen Schalungselement keine räumlich gekrümmten Wandelemente hergestellt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den baustellenseitigen Montageaufwand zur Herstellung von Stützkonstruktionen bzw. Schalungen für räumlich ge- krümmte Wand-, Boden- oder Deckenelemente zu minimieren, wobei möglichst keine Einschränkungen in Hinblick auf die Umsetzung ambitionierter architektonischer Ideen auftreten sollen. Weiters soll eine derartige Stützkonstruktion bzw. Schalung möglichst einfach und kostengünstig hergestellt und transportiert werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Werkstoffverbund aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen Grundelementen vorgeschlagen, welche die Zuschnittsform eines Vielecks, vorzugsweise eines Drei- oder Vierecks aufweisen, wobei benachbarte Kanten der Grundelemente gelenkig verbunden sind.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Kanten der Grundelemente mit einer an die lokale Krümmung und ggf. an die globale Struktur des herzustellenden Wand- Boden- oder Deckenelementes angepassten Fuge zusammengefügt sind, wobei die gelenkige Verbindung durch eine biegsame Membran oder durch ein textiles Gewebe hergestellt ist, welches die Fuge zwischen den Kanten der Grundelemente überbrückt.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Stützkonstruktion bzw. Schalung ist durch folgende Punkte gekennzeichnet:
a) Herstellung eines ebenen Werkstoffverbunds aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen Grundelementen, deren benachbarte Kanten zueinander Fugen aufweisen und gelenkig miteinander verbunden sind;
b) Punktuelle oder lineare Anhebung bzw. Unterstützung des Werkstoffverbundes, bis sich die gewünschte räumliche Form des Wand-, Boden- oder Deckenelementes einstellt;
c) Stabilisierung des Werkstoffverbundes in der gewünschten räumlichen Form durch Fugenschluss zumindest eines Großteils άer Fugen, vorzugsweise aller Fugen, im Werkstoffverbund.
Der Werkstoffverbund kann somit zunächst auf der Baustelle flächig ausgelegt werden und nimmt erst durch punktuelle oder lineare Anhebung bzw. Unterstützung die gewünschte räumliche Form des zu errichtenden Bauelementes bzw. Bauteils ein. In dieser Form stabilisiert sich der Werkstoffverbund durch Fugenschluss und überträgt auftretende Normalkräfte (Druck und Zug) in axialer Plattenrichtung, so dass ein stabiler Montagezustand erreicht wird. Der Werkstoff- verbünd eignet sich zur Herstellung aller ein- und gegensinnig gekrümmter Flächen im Bauwesen.
Als Werkstoffe für die flächigen Grundelemente eignen sich alle druck- und biegesteifen Materialien, vorzugsweise verdichtetes oder unverdichtetes Lagenholz, beispielsweise Furniersperrholz oder Mittellagensperrholz, extrudierte Hartschaumplatten, vorzugsweise mit beidseitiger Gewebearmierung oder sogenannte Wabenkernplatten (Honeycomb), welche beidseitig mit Furniersperrholz bedeckt sind. Als textiles Gewebe eignen sich ein- oder beidseitig äpplizierte technische Filze oder Gewebe aus organischen oder anorganischen Fasern, beispielsweise Polyester-, Glas-, Carbon- oder Aramidfasern. Als biegsame Membranen, welche die Fugen zwischen den Grundelementen überbrücken, können Kunststoffbahnen oder dünne Metallstreifen aus Aluminium, Kupfer etc. verwendet werden. Insbesondere bei Verwendung von Platten aus extrudiertem Hartschaum kann somit ein extrem leichter Werkstoffverbund (ca. 10 kg/m2) hergestellt werden, womit sich beliebige ein- oder gegensinnig gekrümmte Dach-, Wand- oder Bodenflächen, wie Tonne, Kuppel, Sattelfläche (Hyparfläche) und weitere Regelflächen mit geringem Unterstützungsaufwand herstellen lassen. Ein weiterer Vorteil besteht im geringen Gewicht des Werkstoffverbundes und darin, dass der Werkstoffverbund gefaltet oder gerollt transportiert werden kann.
Erfindungsgemäß können die flächigen Grundelemente auf ein textiles Gewebe, vorzugsweise mit Hilfe eines duroplastischen Klebstoffes, aufgeklebt werden. Die Aufbringung des textilen Gewebes erfolgt zumindest auf der konvexen Seite oder in konvexen Bereichen der Schalung bzw. Stützkonstruktion, kann aber auch beidseitig erfolgen, insbesondere bei der Errichtung von gegensinnig gekrümmten Bauteilen.
Weites ist es möglich, die flächigen Grundelemente durch ein- oder beidseitiges Befestigen einer biegsamen Membran (Kunststoffbahn bzw. dünnes Metallband) zusammenzufügen, wobei die biegsame Membran aufgeklebt, aufgeklammert oder durch andere mechanische Befestigungsverfahren fixiert werden kann.
Durch das Anheben bzw. Unterstützen des Werkstoffverbundes stellt sich die gewünschte räumliche Form ein. Der vorgegebene Fugenquerschnitt bzw. Fugenabstand zum Nachbargrundelement definiert dabei die Form der örtlichen Krümmung. Nachdem die beabsichtigte Krümmung erreicht ist, stabilisiert sich das Gesamtsystem durch Fugenschluss. Erfindungsgemäß kann nun der stabilisierte Werkstoffverbund in einem weiteren Arbeitsschritt beispielsweise mit Holz, vor- zugsweise Brett- oder Plattenmaterial, oder mit Stahlbeton, vorzugsweise Ortoder Spritzbeton, versteift werden.
Erfindungsgemäß werden die einzelnen Elemente des Werkstoffverbundes bzw. die gewünschten, zu errichtenden Formen des stabilisierten Werkstoffverbundes auf der Basis der Formfindungsprinzipien biegespannungsarmer, dünnwandiger Flächen berechnet. Dazu können computerunterstützte Modellierungsmethoden (z.B. Finite-Elemente-Verfahren) zur Generierung der Formen herangezogen werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass für viele Problemlösungen in den äußeren Abmessungen gleichartige Grundelemente zu einem Werkstoffverbund zusammengesetzt werden können. Dabei wird über das computerunterstützte Formfindungsprinzip sowohl die Form der Grundelemente (beispielsweise gleichseitige und/oder rechtwinkelige Dreiecke, Quadrate oder Rechtecke) errechnet als auch deren optimale Größe, welche von den maximal auftretenden Krümmungsradien abhängig ist. Weiters wird in Abhängigkeit der Dicke der verwendeten Grundplatten die optimale Fuge bzw. das Spiel zwischen den einzelnen Grundelementen errechnet, welches zur Herstellung eines optimalen Fugenschlusses örtlich unterschiedlich ausgebildet sein kann.
In diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, wenn die Form des Querschnitts der Fuge zwischen den Grundelementen, beispielsweise durch Änderung der Fugenbreite und/oder durch Abschrägung der Kanten und/oder durch Einfügen von Distanz- oder Keilelementen, an die lokale Krümmung des herzustellenden Wand-, Boden- oder Deckenelementes angepasst ist. Weiters kann der Schnittwinkel der Kanten längs deren Verlauf variiert werden.
Die erfindungsgemäße Stützkonstruktion bzw. Schalung kann entweder nach Errichtung des Bauteils entfernt werden oder einen bleibenden Bestandteil des Bauteiles bilden. So ist es beispielsweise möglich, eine Seite des Werkstoffverbundes mit einer Vorbewehrung für die nachfolgende Aufbringung von Ort- oder Spritzbeton auszustatten. Die eigentliche Stützkonstruktion kann dann beispielsweise als Wärme- und/oder Schalldämmung am Baukörper verbleiben. So können beispielsweise extrudierte Polystyrol-Hartschaumplatten als Grundelemente verwendet werden, welche sowohl als Wärmedämmmaterial als auch als Putzträger für die Innengestaltung dienen können. Erfindungsgemäß ist weiters vorgesehen, dass die Stabilisierung des Werkstoffverbundes zusätzlich durch eine zumindest teilweise Fixierung des äußeren Randes des Werkstoffverbundes an bestehenden Bauteilen oder am Boden erfolgt. Zu diesem Zweck kann der äußere Rand des Werkstoffverbundes Verankerungselemente aufweisen bzw. es können auch Randelemente vorgesehen sein, welche in der äußeren Form von jener der Grundelemente abweichen.
Die Erfindung wir im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Stützkonstruktion bzw. Schalung zur Herstellung von räumlich gekrümmten Wand-, Boden- oder Deckenelementen, Fig. 2a und 2b jeweils einen Schnitt durch eine Stützkonstruktion, Fig. 3 und Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante einer Stützkonstruktion, Fig. 5 eine dreidimensionale Darstellung einer weiteren Variante einer Stützkonstruktion bzw. Schalung, Fig. 5a und 5b Details der Variante nach Fig. 5, Fig. 6 bis 8 Ausführungsvarianten zum Fixieren der Ränder von Einzelbereichen der Stützkonstruktion, Fig. 9 bis 13 Ausführungsvarianten der Stützkonstruktion bzw. Schalung im Detail jeweils in einer Schnittdarstellung, Fig. 14 bis 18 dreidimensionale Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Schalung bzw. Stützkonstruktion, sowie Fig. 19 die flächenebene Abwicklung einer Schalung bzw. Stützkonstruktion.
Der in Fig. 1 dargestellte Ausschnitt aus einer Stützkonstruktion bzw. Schalung besteht aus einem Werkstoffverbund 1 aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen, gleichartigen Grundelementen 2, welche im dargestellten Beispiel die Zuschnittsform eines rechtwinkeligen, gleichschenkeligen Dreiecks aufweisen und auf ein textiles Gewebe 3 appliziert sind. Benachbarte Kanten 5 bzw. 5' der Grundelemente 2 sind gelenkig miteinander verbunden.
Wie aus der Schnittdarstellung in den Fig. 2a und 2b ersichtlich, sind zwischen den einzelnen Grundelementen 2 Fugen 4 vorgesehen, welche auf der konvexen Seite bzw. in konvexen Bereichen der Schalung durch eine biegsame Membran oder ein textiles Gewebe 3 überbrückt werden. Die Grundelemente 2, beispielsweise aus Sperrholz, können mit einem Klebstoff flächenhaft auf das textile Gewebe 3 appliziert werden. Die geometrische Zuschnittsform und Größe der Grundelemente 2 deren Dicke bzw. die Breite und die Querschnittsform der dazwischen vorgesehenen Fugen 4 (siehe Fig. 9 bis 13) kann entsprechend der gewünschten Hüllflächengeometrie durch rechnergestützte Formfindungspro- gramme ermittelt werden, so dass sich nach der punktuellen Anhebung bzw. Unterstützung des Werkstoffverbundes 1 die gewünschte räumliche Form gemäß Fig. 2b einstellt und durch Fugenschluss stabilisiert wird. Eine weitere Stabilisierung der räumlich gekrümmten Schalung bzw. Stützkonstruktion kann beispielsweise durch eine Verankerung 6 des äußeren Randes des Werkstoffverbundes 1 an bestehenden Bauteilen oder am Boden 7 erfolgen oder durch zumindest ein im Bereich des äußeren Randes 13 des Werkstoffverbundes 1 angreifendes Spannelement 19 (z.B. Spanngurt oder Spannseil).
Wie an einem Detail der Schnittdarstellung in den Fig. 3 und 4 gezeigt, kann die durch Fugenschluss stabilisierte Form des Werkstoffverbundes 1 in einem weiteren Arbeitsschritt z.B. mit einer zweilagigen Holzschalung 8, 9 versteift werden. Dabei ist in Fig. 3 die Holzschalung 8, 9 an der konvexen Seite des Werkstoffverbundes 1 angebracht, in Fig. 4 hingegen an der konkaven Seite. Die Holzschalung kann beispielsweise der zu errichtende Bauteil selbst sein oder nur als Schalung für die Aufbringung einer hier nicht dargestellten Stahlbetonschicht dienen.
Fig. 5 zeigt in einer dreidimensionalen Ansicht eine erfindungsgemäße Stützkonstruktion bzw. Schalung bereits in der gewünschten räumlichen Form stabilisiert, wobei hier die Konstruktion aus mehreren, jeweils geschlossenen, Einzelbereichen 10 (siehe Fig. 5a bzw. 5b) hergestellt ist. In Abhängigkeit der herzustellenden globalen Struktur sind bei der ebenen Montagevorbereitung Freiflächen 11 zwischen den Einzelbereichen 10 vorgesehen (siehe Fig. 5b in verkleinertem Maßstab), so dass nach dem Anheben oder Unterstützen im Unterstützungspunkt 12 die Einzelbereiche 10 an den Rändern 13 anliegen und aneinander fixiert werden können. Eine zusätzliche Fixierung der Struktur kann an Randpunkten 14 erfolgen. Die zunächst ebene Struktur gemäß Fig. 5b wird bei der Montage im Unterstützungspunkt 12 hochgehoben und in den Randpunkten 14 fixiert. Ein räumlicher Montage-Versteifungszustand stellt sich durch die Geometrie der Grundplatten 2 sowie durch den gewählten Fugenabstand bzw. Fugenquerschnitt zwischen den einzelnen Grundplatten 2 ein. Die optimale Form entspricht jetzt dem biegestörungsfreien Membran- bzw. Schalenzustand.
In weiteren Arbeitsschritten kann nun beispielsweise eine zweischalige Holzschalung durch Nageln oder Schrauben (nachgiebiger Verbund) auf den Werkstoffverbund 1 aufgebracht werden (siehe Fig. 3 bzw. 4). Hierbei dient der Werkstoffverbund als verlorene Schalung und wird Teil der tragenden Gesamtkonstruktion. Es ist aber auch möglich, auf die Konstruktion gemäß Fig. 5 Stahlbeton oder Faserbeton im Spritzbetonverfahren aufzubringen, hierbei kann der Werk- stoffverbund 1 als Schalung dienen, welche nachträglich beseitigt wird. Es ist allerdings auch möglich, durch Verankerungselemente eine entsprechende Strukturgestaltung der Oberfläche des Werkstoffverbundes 1 diesen formschlüssig mit dem Stahl- oder Faserbeton zu verbinden, so dass der Werkstoffverbund 1 ebenfalls Teil der Gesamtkonstruktion wird.
Falls die Gesamtfläche des Werkstoffverbundes 1 zu groß wird und dieser beispielsweise zum leichteren Transport in Einzelbereiche unterteilt werden muss, oder wenn Strukturen gemäß Fig. 5 hergestellt werden, welche aus mehreren Einzelbereichen 10 zusammengesetzt sind, so müssen diese Einzelteile baustel- lenseitig zusammengefügt werden.
In den Fig. 6 bis 8 sind nun einzelne Ausführungsvarianten zum Fixieren der Ränder der Einzelbereiche dargelegt. Mit 2 ist jeweils das randständige Grundelement 2 eines Einzelbereiches 10 bezeichnet und mit 3 das darauf applizierte textile Gewebe. Vom zweiten Einzelbereich 10' ist zur besseren Übersicht das textile Gewebe 3' ohne randständiges Grundelement dargestellt. In Fig. 6 erfolgt die Verbindung der beiden Einzelbereiche 10, 10' durch ein Klebeband 15, wobei allerdings von dieser Verbindung nur geringe Kräfte aufgenommen werden können. In Fig. 7 ist eine Keederverbindung 16 mit Schlaufe und Schnürung dargestellt. Fig. 8 zeigt einen Keeder mit Klemmelementen 17, 17', welche verschraubt werden können, sodass die entsprechende Verbindung relativ große Zugkräfte aufnehmen kann.
Der Werkstoffverbund 1 kann - wie bereits weiter vorne ausgeführt - aus unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden. Neben der Verwendung von Furniersperrholz und Mittellagensperrholz für die Grundelemente 2 eignen sich zur Erzielung extrem leichter Werkstoffverbünde Materialkombinationen wie beispielsweise in Fig. 9 und Fig. 10 dargestellt. Die Grundelemente bestehen beispielsweise aus extrudierten Polystyrol-Hartschaumplatten mit beidseitiger Gewebearmierung, das textile Gewebe 3 aus einem Polyestergewebe. Der örtliche Krümmungsradius wird durch die Breite und Form der Fuge 4 und die Dicke der Hartschaumplatten bestimmt. Es ist auch möglich, dass die Form des Querschnittes der Fuge 4 zwischen den Grundelementen 2, beispielsweise durch Abschrägung der Kanten 5, 5' in einem bestimmten Winkel, an die lokale Krümmung des herzustellenden Wand- Boden, oder Deckenelementes angepasst wird. Ein besonders leichter Werkstoffverbund kann auch durch die Verwendung von Platten mit einem Wabenkern (Honeycomb) und beidseitiger Decklage aus Furniersperrholz gemäß Fig. 11 erzielt werden. Weiters ist es möglich - wie in Fig. 12 dargestellt - Hohlkörperformen mit verdichtetem Lagenholz (Pressholz) herzustellen, wobei die Ränder des verdichteten Lagenholzes geneigt sind und die Fuge 4 zwischen den Grundelementen 2 einen Öffnungswinkel α aufweist, welcher sich beim Errichten der Stützstruktur schließt.
Schließlich kann gemäß Fig. 13 auf dem Werkstoffverbund 1 eine Vorbewehrung 18 für den aufzubringenden Ort- oder Spritzbeton vorgesehen sein.
In den Fig. 14 bis Fig. 18 sind einige Ausführungsbeispiele für Stützkonstruktionen bzw. Schalungen dargestellt, aus welchen die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten erkennbar sind.
Die Stützkonstruktion gemäß Fig. 14 zeigt eine freie Knitterform, welche beispielsweise zur Herstellung einer Deponieabdichtung oder zur Befestigung tiefgründiger Böden verwendet werden kann. Dabei ist meist keine Fixierung des äußeren Randes des Werkstoffverbundes 1 notwendig.
Fig. 15 und 18 zeigen Schalungen für tunnelförmige Baukörper mit sich stetig änderndem Profil, wobei in der Ausführung nach Fig. 18 drei- und viereckige Grundelemente gemischt eingesetzt werden. Die Randfixierung kann durch Spannseile 19 erfolgen.
Die Fig. 16 und 17 zeigen aus mehreren Einzelbereichen 10 zusammengesetzte Schalungen bzw. Stützkonstruktionen beispielsweise für Hallendächer.
Die Fig. 19 zeigt die flächige Abwicklung einer Schalung für einen tunnelförmigen Baukörper.

Claims

PATENTANSPRUCH E
1. Stützkonstruktion bzw. Schalung zur Herstellung von räumlich gekrümmten Wand- Boden- oder Deckenelementen, gekennzeichnet durch einen Werkstoffverbund (1) aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen Grundelementen (2), welche die Zuschnittsform eines Vielecks, vorzugsweise eines Drei- oder Vierecks aufweisen, wobei benachbarte Kanten (5, 5') der Grundelemente (2) gelenkig verbunden sind.
2. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten (5, 5') der Grundelemente (2) mit einer an die lokale Krümmung und ggf. an die globale Struktur des herzustellenden Wand- Boden- oder Deckenelementes angepassten Fuge (4) zusammengefügt sind.
3. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gelenkige Verbindung durch eine biegsame Membran oder durch ein textiles Gewebe (3) hergestellt ist, welches die Fuge (4) zwischen den Kanten (5, 5') der Grundelemente (2) überbrückt.
4. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biegsame Membran oder das textile Gewebe (3) zumindest einer auf der konvexen Seite oder in konvexen Bereichen des Werkstoffverbundes (1), appliziert ist.
5. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Querschnitts der Fuge (4) zwischen den Grundelementen (2) beispielsweise durch Änderung der Fugenbreite und/oder durch Abschrägung der Kanten (5, 5') an die lokale Krümmung des herzustellenden Wand-, Boden- oder Deckenelementes angepasst ist.
6. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den äußeren Abmessungen gleichartige Grundelemente (2) zu einem Werkstoffverbund (1) zusammengesetzt sind.
7. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Grundelemente (2) aus verdichtetem oder unverdichtetem Lagenholz, beispielsweise aus Furniersperrholz oder Mittellagensperrholz, aus extrudierten Hartschaumplatten, vor- zugsweise mit beidseitiger Gewebearmierung, oder aus Wabenkernplatten (Honeycomb) bestehen.
8. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 3 bis 7 ', dadurch gekennzeichnet, dass das textile Gewebe (3) ein technischer Filz ist oder Polyester-, Glas-, Carbon- oder Aramidfasern enthält.
9. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als biegsame Membran eine die Fugen (4) zwischen den Grundelementen (2) überbrückende Kunststoffbahn, oder ein dünner Metallstreifen, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer etc. vorgesehen ist.
10. Stützkonstruktion bzw. Schalung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des Werkstoffverbundes (1) mit einer Vorbewehrung (18) für die nachfolgende Aufbringung von Ort- oder Spritzbeton ausgestattet ist.
11. Verfahren zur Errichtung einer Stützkonstruktion bzw. Schalung zur Herstellung von räumlich gekrümmten Wand-, Boden- oder Deckenelementen gekennzeichnet durch folgende Punkte:
a) Herstellung eines ebenen Werkstoffverbunds (1) aus biegesteifen, im Wesentlichen flächigen Grundelementen (2), deren benachbarte Kanten (5, 5') zueinander Fugen (4) aufweisen und gelenkig miteinander verbunden sind;
b) Punktuelle oder lineare Anhebung bzw. Unterstützung des Werkstoffverbundes (1), bis sich die gewünschte räumliche Form des Wand-, Boden- oder Deckenelementes einstellt;
c) Stabilisierung des Werkstoffverbundes (1) in der gewünschten räumlichen Form durch Fugenschluss zumindest eines Großteils der Fugen (4), vorzugsweise aller Fugen, im Werkstoffverbund (1).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung des Werkstoffverbundes (1) zusätzlich durch eine zumindest teilweise Fixierung des äußeren Randes (13) des Werkstoffverbundes (1) an bestehenden Bauteilen oder am Boden erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierung des Werkstoffverbundes (1) zusätzlich durch zumindest ein im Bereich des äußeren Randes (13) des Werkstoffverbundes (1) angreifendes Spannelement (19) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Grundelemente (2) gemäß Punkt a) auf ein textiles Gewebe (3), vorzugsweise mit Hilfe eines duroplastischen Klebstoffes, aufgeklebt werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Grundelemente (2) gemäß Punkt a) durch ein- oder beid- seitiges Befestigen einer biegsamen Membran zusammengefügt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der stabilisierte Werkstoffverbund (1) gemäß Punkt c) in einem weiteren Arbeitsschritt mit Holz, vorzugsweise Brett- oder Plattenmaterial, oder Stahlbeton, vorzugsweise Ort- oder Spritzbeton, versteift wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente des Werkstoffverbundes (1) bzw. die gewünschten Formen des stabilisierten Werkstoffverbundes (1) auf der Basis der Formfindungsprinzipien biegespannungsarmer, dünnwandiger Flächen berechnet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des ebenen Werkstoffverbundes (1) gemäß Punkt a) mehrere lose oder zusammenhängende, jeweils in sich geschlossene Einzelbereiche (10, 10') des Werkstoffverbundes (1) hergestellt werden, wobei in Abhängigkeit der herzustellenden globalen Struktur Freiflächen (11) zwischen den Einzelbereichen (10, 10') bestehen, sowie dass nach der Anhebung oder Unterstützung der Einzelbereiche (10, 10') gemäß Punkt b) die Ränder (13) aneinanderstoßender Einzelbereiche (10, 10') aneinander fixiert werden.
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