Freigeformte CFK-Beton Verbundstrukturen
Der Wunsch an freier Formgenerierung in der Architektur ist groß, doch in den meisten Fällen ist eine wirtschaftliche Umsetzung schwierig und die Ausführungsqualität solcher Projekte leidet darunter. Dies liegt zum einen daran, dass die Tragstruktur mit den herkömmlichen Materialien und Konstruktionsprinzipien nur schwer umzusetzen sind. Für frei geformte Stahlkonstruktionen sind die Kosten für Umformung von Blechen oder Profilen sehr hoch. Außerdem wird hier klassisch noch in Haupt- und Nebentragwerk gedacht, was einen gewissen Mehraufwand bei der Umsetzung und Installation bedeutet. Im Stahlbetonbau wird hingegen das Schalentragverhalten genutzt, dennoch steht man hier vor einigen technischen Problemen. Die freie Formbarkeit des Betons ist zwar sehr gut, aber gerade die benötigte Schalung und deren Herstellung für die Generierung von frei geformten Betonstrukturen ist ein erheblicher Kostenfaktor. Hinzu kommt, dass der hohe Bewehrungsgrad und die schlechten Korrosionseigenschaften von Baustahl die Bauteildicke ansteigen lässt und der Aufwand für Armierungsarbeiten erheblich ist. Neben den technischen Aspekten besitzt die Simulation und Analyse einen hohen Komplexitätsgrad. Hierzu sind ebenfalls Ansätze und Wege gefragt, die es dem Architekten und Tragwerksplaner frühzeitig in der Entwurfsphase möglich machen, die Geometrie und Materialität zu optimieren.
Durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen, versucht die Forschungsgruppe mit einem aktuellen Forschungsprojekt, effizientere Freiformstrukturen aus Beton umzusetzen und zu erforschen. Diese Materialien besitzen hohe Festigkeit und Steifigkeit und ermöglichen dem Ingenieur, sein Material selbst zu definieren. Dies bedeutet, dass Architekten und insbesondere Tragwerksplaner große Freiheiten besitzen und nicht wie üblich auf vorgefertigte Materialien zurückgreifen müssen. Durch die Wahl der Materialkomponenten, der Anzahl der Schichten und speziell durch die Orientierungen der Fasern, lassen sich die anisotropen Werkstoffeigenschaften steuern. Ingenieure haben also die Möglichkeit, das Bauteil auf äußere Einwirkungen wie Wind, Schnee, etc. so zu gestalten, dass das Material hocheffizient genutzt wird. Das in dem Forschungsprojekt angestrebte Konstruktionsprinzip verfolgt das Ziel, hochpräzise gefertigte, frei geformte, faserbasierte Platten als verloren gegangene Schalungen für Betonfreiformflächen zu entwickeln. Dabei sollen die Platten ohne aufwendige Unterkonstruktion selbsttragend auf der Baustelle montiert werden und anschließend zum Betoniervorgang als Schalung herangezogen werden. Nach dem Aushärten des Betons, bleiben die CFK-Elemente im Bauteil und werden zum Lastabtrag herangezogen, hauptsächlich für die Aufnahme der Zugkräfte. Die neue Konstruktionsart ermöglicht es, aufwendige Schalungsarbeiten zu vermeiden, einen hohen Grad an Ausführungsqualität aufgrund der Vorfertigung zu garantieren und materialsparende Konstruktionen umzusetzen. Durch Versuche konnten erste zufriedenstellende Erkenntnisse zum Tragverhalten des Verbundes zwischen Beton und Carbon geschaffen werden und in die Simulation implementiert werden.
Durch den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen, versucht die Forschungsgruppe mit einem aktuellen Forschungsprojekt, effizientere Freiformstrukturen aus Beton umzusetzen und zu erforschen. Diese Materialien besitzen hohe Festigkeit und Steifigkeit und ermöglichen dem Ingenieur, sein Material selbst zu definieren. Dies bedeutet, dass Architekten und insbesondere Tragwerksplaner große Freiheiten besitzen und nicht wie üblich auf vorgefertigte Materialien zurückgreifen müssen. Durch die Wahl der Materialkomponenten, der Anzahl der Schichten und speziell durch die Orientierungen der Fasern, lassen sich die anisotropen Werkstoffeigenschaften steuern. Ingenieure haben also die Möglichkeit, das Bauteil auf äußere Einwirkungen wie Wind, Schnee, etc. so zu gestalten, dass das Material hocheffizient genutzt wird. Das in dem Forschungsprojekt angestrebte Konstruktionsprinzip verfolgt das Ziel, hochpräzise gefertigte, frei geformte, faserbasierte Platten als verloren gegangene Schalungen für Betonfreiformflächen zu entwickeln. Dabei sollen die Platten ohne aufwendige Unterkonstruktion selbsttragend auf der Baustelle montiert werden und anschließend zum Betoniervorgang als Schalung herangezogen werden. Nach dem Aushärten des Betons, bleiben die CFK-Elemente im Bauteil und werden zum Lastabtrag herangezogen, hauptsächlich für die Aufnahme der Zugkräfte. Die neue Konstruktionsart ermöglicht es, aufwendige Schalungsarbeiten zu vermeiden, einen hohen Grad an Ausführungsqualität aufgrund der Vorfertigung zu garantieren und materialsparende Konstruktionen umzusetzen. Durch Versuche konnten erste zufriedenstellende Erkenntnisse zum Tragverhalten des Verbundes zwischen Beton und Carbon geschaffen werden und in die Simulation implementiert werden.
Ansprechpartner: Frédéric Waimer, Jan Knippers
