Genauigkeitsgrenzen modularer Betontragwerke – Teil 1: Beschreibung von geometrischen Abweichungen infolge Schwinden. Issue 5 (19th April 2022)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Stindt, Jan; Frey, Alex Maximilian; Forman, Patrick; Lanza, Gisela; Mark, Peter
• Is Part Of: Beton- und Stahlbetonbau. Volume 117:Issue 5(2022)
• Page Start: 296
• Page End: 309
• Publication Date: 2022-04-19
• Subjects: Modulbau -- Toleranzanalyse -- kinematisches Mehrkörpersystem -- hochfester Beton; modular construction -- tolerance analysis -- kinematic multi‐body system -- high‐performance concrete; Nachhaltigkeit -- Digitalisierung -- Versuche -- Baustoffe -- Bauausführung; Reinforced concrete construction -- Periodicals; 624.18341
• DOI: 10.1002/best.202200010
• Languages: English
• ISSNs: 0005-9900

Abstract

Abstract: 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. Abstract: Accuracy limits of modular concrete structures – Part 1: Description of geometric deviations due to shrinkage Modular construction offers economic advantages over in‐situ concrete construction. Modules can be prefabricated quality‐assured in factories and just be assembled on site. To enable undisturbed assembly, tolerance is essential that takes into account the multidimensional accumulation of dimensional deviations of the modules in complex structures. One‐dimensional arithmetic and statistical methods are only conditionally suited for this purpose. In this work, a method is developed to model modular honeycomb structures by direct kinematics that accounts for both translational and rotational deviations in position caused by dimensional variations of Y‐shaped modules due to shrinkage deformations. With this method and for selected scenarios differing in structural size and concrete, the hole clearances and total deviations necessary to connect the modules are derived and investigated with tolerance management procedures commonly applied in civil engineering. Horizontal geometric deviations due to concrete‐dependent shrinkage strains are partly underestimated by the methods in nowadays standards that neglect module rotations throughout. Vertical deviations, in contrast, are estimated conservatively with these. The nominal hole clearances required increase with the size of the structure, so that dimensions of approx. 30 m of conventional buildings can still be assembled with standard bolted connections Δd ≤ 3 mm.