Branchenausblick: Wie lässt sich die intelligente Fertigung von Verbundplatten aus Betonfertigteilen verwirklichen?

Der folgende Artikel stammt von: Zhiju – Grüne Fertigteilgebäude          
         
Vorwort          
         
         

FertigteilgebäudeAls neuartige Gebäudeart weisen Fertigteilgebäude gegenüber herkömmlichen Bauweisen deutliche Vorteile bei der Verbesserung der Bauqualität, der Schonung von Ressourcen und der Beschleunigung der Bauausführung auf. Vor dem Hintergrund, dass der Staat Fertigteilgebäude derzeit nachdrücklich fördert, ist die Realisierung derintelligenten maschinellen Fertigung der Bauteile von Fertigteilgebäudeninzwischen zum wichtigsten Ziel der Branche geworden. Daher konzentriert sich dieser Artikel auf diederzeitam weitesten verbreitete vorgefertigte Beton-Verbunddecke in Fertigteilgebäuden und untersucht schwerpunktmäßig den künftigen Technologiepfad der intelligenten Fertigung vorgefertigter Beton-Verbunddecken.

         
         

          

          

Wie vorgefertigte Beton-Verbunddecken intelligent gefertigt werden können          

          

Für die intelligente Fertigung sind vor allem die folgenden drei Bereiche maßgeblich:

              

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automatisierte Verarbeitung der Bewehrung und Einlegen in die Form

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automatisches Betonieren

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automatisierte Ein- und Auslagerung zur Nachbehandlung des Betons

         
         
         

Um bei Beton-Verbunddecken eine intelligente Fertigung zu erreichen, sind derzeit drei Schritte erforderlich: die automatisierte Bearbeitung der Bewehrung und ihr Einlegen in die Form, das automatisierte Betonieren sowie die automatisierte Ein- und Auslagerung zur Nachbehandlung des Betons. Nach dem derzeitigen Stand sind das automatisierte Betonieren und die automatisierte Ein- und Auslagerung zur Nachbehandlung in der Fließfertigungsstraße bereits umgesetzt, sodass insoweit eine intelligente Fertigung weitgehend erreicht ist. Der aktuelle Engpass bei der Umsetzung der intelligenten Fertigung liegt daher in der automatisierten Bearbeitung der Bewehrung und deren Einlegen in die Form.

          

Das Bild zeigt die derzeitige Fließfertigungsstraße für das automatische Betonieren sowie die automatische Ein- und Auslagerung zur Nachbehandlung.    

Die automatische Verarbeitung der Bewehrung kann derzeit mit Mattenverarbeitungsmaschinen umgesetzt werden: Über das Anlagensteuerungssystem einer vollautomatischen Schweißlinie für Bewehrungsmatten lassen sich die Abmessungen und Spezifikationen der Matten, die Arbeitsweise der Anlage sowie die Produktionsaufgaben einstellen; die Linie unterstützt darüber hinaus die ununterbrochene automatische Fertigung mehrerer Matten unterschiedlicher Spezifikationen in Folge.

          

Das Bild zeigt die derzeitige vollautomatische Produktionslinie für Bewehrungsmatten.    

          

Nach der automatischen Verarbeitung muss die Bewehrung angehoben und in die Form eingelegt werden. Da jedoch die meisten Verbunddecken konstruktiv so ausgelegt sind, dass an allen vier Seiten Bewehrung austritt, muss die Form der Decke für viele Bewehrungsstäbe jeweils eine eigene Austrittsöffnung vorsehen; Dutzende solcher Austrittsöffnungen führen wegen der sich summierenden Fertigungstoleranzen dazu, dass sich die Mattenbewehrung nur schwer präzise in die Form einlegen lässt. Aus diesem Grund lässt sich die automatisierte Bearbeitung der Bewehrung samt Einlegen in die Form derzeit nicht in der Praxis umsetzen.

          

Das Bild zeigt eine Prozessanimation der Verbunddeckenfertigung: Das automatische Einlegen der Bewehrung in die Form ist schwierig.    

          

Um die intelligente Fertigung von Beton-Verbunddecken vollständig zu verwirklichen, liegt der Schwerpunkt daher nicht in der fortlaufenden Modernisierung der Anlagen, sondern in einer Konstruktion der Verbunddecke, bei der an keiner der vier Seiten Bewehrung austritt: Die Form muss also an allen vier Seiten ohne Öffnungen für die Bewehrung auskommen (die Bewehrung wird entweder vollständig im Inneren der Form verlegt oder ragt als hochgebogene Bewehrung über die Form hinaus).

         
         
         
Problem 1 der an allen vier Seiten austretenden Bewehrung: erschwerte Bauausführung

   

Die an allen vier Seiten austretende Bewehrung ist nicht nur ein Engpass der intelligenten Fertigung von Gitterträger-Verbunddecken, sondern verursacht auch bei der Montage auf der Baustelle zahlreiche Probleme und beeinträchtigt Montageeffizienz und -qualität erheblich. Die Bewehrung herkömmlicher Gitterträger-Verbunddecken muss in dasAuflagereingreifen; daher kollidieren die hervorstehenden Bewehrungsenden (sog. Schnurrbart-Bewehrung) bei der Bauausführung vor Ort leicht mit der oberen Bewehrung der Unterzüge, was die Bauausführung erschwert. Wie die Abbildung zeigt, biegen die Arbeiter bei der Montage die Bewehrung häufig zunächst gewaltsam zur Seite und richten sie anschließend wieder auf; dieses gewaltsame Vorgehen kann die Steifigkeit beeinträchtigen und birgt erhebliche Sicherheitsrisiken.

          

          

          

Problem 2 der an allen vier Seiten austretenden Bewehrung: zahlreiche Fugenprobleme

   

Darüber hinaus sind bei der Bauweise mit zweiachsig gespannten Platten die Abstützung und die Schalung wegen der vielen kleinen Schalungsfugen aufwendig; außerdem müssen nach dem Betonieren wegenZementleimaustrittan der Schalung nachträglich Schleif- und Nivellierarbeiten durchgeführt werden, was die Effizienz und Qualität der Bauausführung erheblich beeinträchtigt.

          

         
         
   

          

          

          

         
   

Die neueste, auf der Grundlage von T/SCQA 208-2023 „Technische Vorschriften für die Anwendung vorgefertigter Betonrippenplatten“ entwickelte Verbunddecke aus ultrahochfestem Beton (kurz „TF-Platte“) überwindet jedoch den Schwachpunkt der an allen vier Seiten austretenden Bewehrung: Sie kann ohne austretende Bewehrung auf der Oberseite und – durch das dichte Stoßen einachsig gespannter Platten – auch an allen vier Seiten ohne austretende Bewehrung ausgeführt werden.

          

         
Verwirklichung ohne austretende Bewehrung auf der Oberseite

Gemäß Abschnitt 5.3.2 der seit dem 1. Dezember 2020 geltenden „Technischen Vorschriften für die Anwendung von Gitterträger-Beton-Verbunddecken“ (T/CECS715-2020) darf bei einer dicht gestoßenen monolithischen Fugenverbindung die Dicke dernachträglich aufgebrachten Verbundschicht aus Ortbeton-Nachtragnicht weniger als das 1,3-Fache der Dicke der Gitterträger-Fertigteilplatte und nicht weniger als 75 mm betragen. Da die Bodenplatte der TF-Platte nur 50 mm dick ist und die Ortbetonschicht mit über 75 mm das 1,3-Fache der Fertigteilplattendicke erreicht, kann die Konstruktion ohne austretende Bewehrung auf der Oberseite verwirklicht werden: Die Verankerung erfolgt über zusätzliche, vor Ort verlegte Bewehrung, sodass das Problem des schwierigen Einlegens in die Form während der Fertigung entfällt; die Nutzungseffizienz der Bewehrungsmatten-Schweißmaschine für Verbunddecken wird erheblich gesteigert und der Bewehrungseinbau industrialisiert.

          

         
Einachsig gespannte Platten im Dichtstoß: Verwirklichung ohne austretende Bewehrung an allen vier Seiten    

Bei einachsig gespannter Ausführung kann die Verbunddecke aus ultrahochfestem Beton (Typ TF) auch an den Seitenflächen ohne austretende Bewehrung ausgeführt werden. Auf der Oberseite der Fuge können zusätzliche, senkrecht zur Fuge verlaufende Bewehrungsstäbe angeordnet werden.

          

         
ProjektbeispieleBei einem Projekt in der Provinz Hainan wurde eine 125 mm dicke TF-Verbunddecke mit an allen vier Seiten nicht austretender Bewehrung entworfen; das Ergebnis war sehr zufriedenstellend.    

Das linke Bild zeigt das direkt gefertigte Ergebnis eines Projekts in Shanghai mit einachsig gespannten Platten im Dichtstoßverfahren; wie die Abbildung zeigt, sind die Fugen der als einachsig gespannte Platten dicht gestoßenen TF-Platten sehr klein – ein ideales Ergebnis.

          

          

Konstruktion der Fugenplatten bei zweiachsig gespannten Platten:

Die Form bleibt ungelocht; vor Ort liegen die Unterseiten auf gleicher Höhe.

Bei zweiachsig gespannten TF-Platten kann, wenn eine monolithische, nachträglich zu betonierende Fuge gewählt wird, die Konstruktionsform einer Fugenplatte verwendet werden: Wie die folgende Abbildung zeigt, werden die an der Plattenseite austretenden Bewehrungsenden als hochgebogene Bewehrung ausgeführt, und an der Fuge wird eine Fugenplatte als verlorene Schalung (nicht auszuschalende Bodenschalung) eingesetzt. Auf diese Weise entfallen auf der Baustelle Montage- und Demontagearbeiten für die Schalung; und da die hochgebogene Bewehrung in der Fabrik über die seitliche Form hinausgeführt wird, muss die Seitenform der Platte nicht gelocht werden – wirtschaftlich und effizient.

          

          

Zusammenfassung

Die TF-Platte erreicht dies, indemauf der Oberseite keine Bewehrung austritt；an den Seitenflächen einachsig gespannter Plattentrittkeine austretende Bewehrung aus; bei zweiachsig gespannten Plattenwird die Bewehrung alshochgebogene Bewehrung ausgeführt, und die Platten werden vor Ort überFugenplattenverbunden; damit muss die Form der Verbunddecke an allen vier Seiten nicht gelocht werden. Da die von der Bewehrungsmattenmaschine gefertigten Bewehrungsmatten keine Bewehrungsöffnungen der Form durchqueren müssen, können sie mühelos in die Form gehoben werden, wodurch die intelligente Fertigung verwirklicht wird.

          

          

          

Weitere Vorteile der TF-Platte

         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
         
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Zunächst ermöglicht die hohe Steifigkeit der Betonrippenplatte vom Typ TF eine stützenfreie oder stützenarme Ausführung vor Ort (bei Spannweiten bis 3 m ganz ohne Stützen); dadurch kann der in Shanghai geltende hohe Fertigteilquote-Koeffizient von 0,55 für die schalungs- und stützenfreie Bauweise in Anspruch genommen werden, und der Fertigteilquote-Score für den Deckenbereich liegt um mehr als 20 % höher.

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An TF-Betonrippen-Verbunddecken (Typ TF) und Gitterträger-Verbunddecken gleicher Größe mit den Außenabmessungen 3,6 m × 1,5 m wurden Typprüfungen durchgeführt:

          

Bei der Gitterträger-Verbunddecke wurde unter einer Stützweite von 3 m bis zu einer Belastung von 150 kg/m² geprüft: Die gemessene Durchbiegung betrug 6,8 mm; es bildeten sich Risse, und es trat plastische Verformung auf.

          

Unter denselben Bedingungen betrug die gemessene Durchbiegung der Betonrippen-Verbunddecke vom Typ TF 2,1 mm – nur ein Drittel der Durchbiegung der Gitterträger-Verbunddecke – und verlief durchgängig linear; nach dem Entfernen der Lastgewichte befand sich die Platte weiterhin im elastischen Bereich.

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Bei der Bauausführung vor Ort zeigt sich, dass die Bewehrung auf der Oberseite der TF-Platte bequem verlegt und aufgerichtet werden kann; dadurch lassen sich ein Vertreten und Verschieben der Bewehrung und damit eine Beeinträchtigung der Steifigkeit vermeiden.

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Darüber hinaus bilden die Schweißverbindungen zwischen den Rippen und der Plattenoberseite der TF-Platte trapezförmige Öffnungen in den Rippen, durch die sich Leitungen einfacher führen lassen. Konflikte zwischen Leitungen und Bewehrung auf der Baustelle werden vermieden, und die Steifigkeit bleibt unbeeinträchtigt.

          

          

Zusammenfassung          

Zusammenfassend lässt sich sagen: Da die intelligente Fertigung ein großer Trend bei der Produktion von Verbunddecken ist, löst die derzeitige Bauweise der TF-Verbunddecke – deren vorgefertigte Bodenplatte im Dichtstoßverfahren oder über Fugenplatten an allen vier Seiten ohne austretende Bewehrung ausgeführt wird – die Schwierigkeiten der intelligenten Fertigung vorgefertigter Verbunddecken in hohem Maße. Ist die Ausführung ohne austretende Bewehrung an allen vier Seiten erreicht, lässt sich die Fertigung der Verbunddecke in der Produktionslinie mit der Bewehrungsmattenmaschine zu einer intelligenten Fertigung verbinden. Auf diese Weise ist die Wiederverwendungsrate der Produktionsformen hoch, das Anheben und Entschalen wird erleichtert, die Verfahren lassen sich leichter standardisieren und zugleich sinken die Kosten und steigt die Effizienz.

Damit legt die TF-Platte das Fundament für die künftige intelligente Fertigung vorgefertigter Beton-Verbunddecken, löst die Probleme, mit denen die intelligente Fertigung herkömmlicher Gitterträger-Verbunddecken konfrontiert ist, und erfüllt die Anforderungen einer intelligenten industriellen Produktion.

          

END

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