Errichtung einer Pyramide aus Schalsteinen : Konzept- und Machbarkeitsstudie über die Errichtung einer monolithischen Pyramide aus Schalsteinen

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit versteht sich als Konzept- und Machbarkeitsstudie zur Errichtung einer monolithischen Pyramide aus Schalsteinen. Ziel der Studie ist es, Grundlagen für die Planung eines Weinproduktionsgebäudes zu schaffen, das vom Betrachter als eine aus einzelnen Blöcken errichtete Pyramide wahrgenommen wird. Das Bauwerk muss hohl sein, eine möglichst große nutzbare Innen-fläche aufweisen und dennoch mit massiven Wänden ausgestattet sein. Als Werkstoff kommt nur bewehrter Beton in Frage. Neben den Entwurfsgrößen hinsichtlich der Grundfläche (min. 22m x 22m), der Wandstärke (1,20m bis 2,00m) und des Neigungswinkels der Pyramidenseitenflächen (52°) sowie der Vorgabe der Errichtung in Schalsteinbauweise, existieren keine weiteren Entwurfsfestlegungen. Nach der Abhandlung der theoretischen Grundlagen zu den Pyramidenkörpern allgemein, den Pyramidenbauwerken generell und der Schalsteinbauweise selbst, folgt die Durchführung der Entwurfsarbeiten. Auf der Grundlage der Entwurfsvorgaben werden mehrere Entwürfe erarbeitet, nach welchen eine Pyramide aus Schalsteinen errichtet werden könnte. Die Entwicklung geeigneter Schalsteine, deren konventioneller Einsatz bisher auf vertikale Wände beschränkt war, stellt dabei die Kernaufgabe dar. Dafür wird über eine mathematische Betrachtung zunächst ein Blockbild entwickelt, das beim Betrachter den Eindruck erweckt, dass die Pyramide aus einzelnen gleichgearteten Blöcken errichtet wurde. Darauf basierend erfolgt die Planung der verschiedenen Schalsteinformen, die nötig sind um ein Pyramidenbauwerk aufzubauen. Dabei wird nicht nur versucht mit möglichst wenigen Formen das Auslangen zu finden, um den Schalungsaufwand gering zu halten, sondern auch Formen zu entwickeln, die konstruktive Vorteile bieten. Als oberstes Ziel gilt dabei die Planung von Schalsteinen, die die Ausbildung eines definierten inneren Füllbetonkörpers ermöglichen - der durch das Verfüllen der Schalsteine resultierende Betonkörper stellt den eigentlichen statisch wirksamen Teil des Schalsteintragwerks dar. Am Ende der Entwurfsarbeiten liegt schließlich eine Entwurfsvariante mit Schalsteinen vor, die dazu geeignet ist ein Pyramidenbauwerk nach den gegebenen Vorgaben zu errichten. Sie ermöglicht auch die Ausbildung eines definierten inneren Betonkörpers, der aus vertikalen und horizontalen, miteinander verbundenen Betonsäulen besteht. Im Zuge einer statischen Abschätzung wird dieser Betonkörper als Tragwerk idealisiert und so in ein statisches Trägerrost-Modell überführt. Im Anschluss an die Ermittlung der nach Eurocode anzusetzenden Lasten, erfolgt die computergestützte Abschätzung der zu erwartenden Bewehrungsmengen zufolge der Lastfallkombination des Grenzzustandes der Tragfähigkeit. Schlussendlich lässt sich auf diesem Weg feststellen, ob die prinzipielle Projektidee umsetzbar ist oder verworfen bzw. angepasst werden muss.

The present thesis is a concept and feasibility study on the construction of a monolithic pyramid made of formwork blocks. The principal purpose of this study is to provide a basis for planning a pyramid, which is perceived by the observer as a pyramid built from single blocks like a historic pyramid. The building needs to be hollow, the useable inside area should be as capacious as possible, and the walls need to be massive. Therefore, the only feasible material for this task is reinforced concrete. There are given specification requirements related to the base area (22m x 22m), the wall thickness (1,20m to 2,00m), and the inclination angle of the pyramid faces (52°). Yet no further particulars are given. After a theoretical part about the geometry of pyramidal bodies, pyramid buildings and the building technique of formwork blocks, details of the design process follow. Based on the design specifications, several designs are developed. The main aim is the development of formwork stones which can be used to build a pyramid with a consistent block image. Therefore, the number of formwork stones should be as low as possible to reduce casing costs. Furthermore, the formwork stones should have a shape which allows the formation of a defined inner concrete core after filling the stones witch concrete - this concrete core is in fact the static effective part of the formwork stone structure. At the end of the design process a final design variant was found which is suitable to build a pyramid structure according to the given specifications. This variant allows the formation of a defined inner concrete body which consists of vertically and horizontally connected concrete columns. This concrete body is idealized as a frame. In connection with this idealization, a static estimation gives information about the necessary reinforcements. The estimation is performed computer assisted and based on the current norms of Eurocode. Finally, it is possible to give a statement about the general feasibility of the project idea.