Schnelles Bauen – Motivation, Historie und Konzepte

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Betonfertigteile müssen Toleranzen einhalten, um sie montieren zu können und Tragfähigkeit sowie Gebrauchstauglichkeit sicherzustellen. Ansonsten sind Nachbearbeitungen nötig, die den Bauprozess verzögern. Klassischer Toleranzausgleich erfolgt über Pressfugen, die auch die nötigen Kräfte übertragen. Bei modularen Bauweisen steht die Schnellmontage im Vordergrund. Es bieten sich dann Schnellverbinder wie etwa Schrauben oder Trockenfugen an. Aus der feineren Modulteilung entstehen zudem weit mehr Verbindungen, sodass sich Ungenauigkeiten superponieren. Die Anforderungen an die geometrische Genauigkeit steigen rapide. Im Beitrag werden die Herstelltoleranzen für automatisierte Fertigungen seriengerechter Module zusammengestellt und dem Stand der Technik gegenübergestellt. Für ausgewählte Modultypen werden Abweichungen mittels Fehlerfortpflanzung nachverfolgt und für einzelne Bauabschnitte bzw. ganze Tragwerke überlagert. Es zeigt sich, dass in der Regel automatisierte Fertigungen nötig sind und handwerkliche ausscheiden. Linienartige Modultragwerke erreichen bis etwa 30 m Länge Abweichungen unter 1 mm bei gängigem Zuverlässigkeitsniveau von 2σ. Bei scheibenartigen Tragwerken resultieren Lochspiele unter 0,5 mm, und zwar für hohe Zuverlässigkeitsniveaus von 4σ. Dies gelingt in qualitätsgesicherter, automatisierter Vorfertigung.

Section: Allgemeinesunclassified

Fertigungstoleranzen von Betonfertigteilen für die modulare Bauweise

Forman

Mark

2022

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“…Stahlfasern werden eingesetzt, um Anteile tragender Stabbewehrungen zu ersetzen, denn Bewehren ist weit aufwendiger als die Zugabe von Fasern zum Frischbeton [1, 2]. Typisch ist ihr Einsatz bei der Rissbreitenbeschränkung gezwängter Bauteile oder zur Verbesserung der Querkrafttragfähigkeit als Ersatz für Bügel oder Schubzulagen [3].…”

Section: Motivationunclassified

Stahlfasern ersetzen Bewehrung – Fundamente aus Halbfertigteilen mit hoher Fasermenge

Look

Mark

2022

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Ziel des Beitrags ist es, kreuzweise Oberflächenbewehrungen von ca. 4 bis 8 cm2/m vollständig durch Stahlfaserbeton zu ersetzen. Dies gilt für die Tragfähigkeit genauso wie für die Abschätzung der Rissbreiten. Dazu werden Halbfertigteile (HFT) mit sehr hohen Fasermengen vorgefertigt und anschließend mit Ortbeton ergänzt. Das Konzept ist für die untere Bewehrung von Fundamenten oder für Wände in Halbfertigteilbauweise geeignet. Es vereinfacht und beschleunigt den Bauablauf und reduziert erheblich die Bewehrungsarbeiten. Im Beitrag wird das Konzept an einem Einzelfundament lx × ly × h = 1,1 × 1,1 × 0,3 [m] mit einem 10 cm hohen HFT und 140 kg/m3 endverankerten hochfesten Stahlfasern umgesetzt. In zwei realmaßstäblichen Experimenten wird die Biegetragfähigkeit des Fundaments mit HFT gegenüber einem klassisch bewehrten Stahlbetonfundament als Referenz getestet. Beide waren so ausgelegt, dass die Bewehrungsmenge bei Fließen in etwa dieselbe Zugkraft aufnimmt wie der Stahlfaserbeton nach Rissbildung. Die Faserbetonlösung besitzt eine rund 14 % höhere Tragfähigkeit, eine höhere Steifigkeit nach Rissbildung, eine geringere Verformungskapazität auf dem Lastniveau der Tragfähigkeit und auf Lastniveau der Gebrauchstauglichkeit etwa gleiche Rissbreiten.

“…In der Ortbetonbauweise werden Bauwerke monolithisch auf freiem Feld unter wechselhaften Witterungsbedingungen und dadurch stark streuenden Materialeigenschaften zumeist handwerklich hergestellt [1]. Betonfertigteile hingegen können unter kontrollierten Bedingungen vorgefertigt und vor Ort montiert werden, da Produktion und Montage räumlich getrennt sind [2]. Die Bauteile werden zumeist individuell auf einen Anwendungsfall hin produziert, sodass geringe Wiederholungsraten eine effiziente Serienfertigung verhindern.…”

Section: Introductionunclassified

Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke – Teil 1: Beschreibung von geometrischen Abweichungen infolge Schwinden

Stindt

Frey

Forman

et al. 2022

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Modulares Bauen bietet gegenüber der Ortbetonbauweise ökonomische Vorteile. Die Module können qualitätsgesichert im Werk vorgefertigt und vor Ort montiert werden. Um eine störungsfreie Montage der Module zu ermöglichen, ist eine Tolerierung erforderlich, die die mehrdimensionale Aggregation von Maßabweichungen der Module in komplexen Tragwerken berücksichtigt. Eindimensionale arithmetische und statistische Methoden sind dafür nur bedingt geeignet. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode entwickelt, die modulare Wabenstrukturen mittels direkter Kinematik modelliert und sowohl translatorische als auch rotatorische Lageabweichungen berücksichtigt, die aus Maßabweichungen von Y‐förmigen Modulen infolge Schwindverformungen entstehen. Für ausgewählte Szenarien hinsichtlich Tragwerksgröße und verwendetem Beton werden damit die zur Verbindung der Module notwendigen Lochspiele und Gesamtabweichungen hergeleitet und mit den im Bauwesen gängigen Verfahren des Toleranzmanagements untersucht. Die geometrischen Abweichungen in horizontaler Richtung infolge der Schwinddehnungen unterschiedlicher Betone werden von den normativen Methoden z. T. unterschätzt, da keine Rotationen der Module berücksichtigt werden. Vertikale Abweichungen werden hingegen konservativ abgeschätzt. Die erforderlichen Nennlochspiele steigen mit zunehmender Strukturgröße, sodass Abmessungen von ca. 30 m des klassischen Hochbaus mit normalen Schraubverbindungen Δd ≤ 3 mm assembliert werden können.