Beton- und Stahlbetonbau最新文献

Zum Titelbild: Beim Neubau des 415 Natoma, einer Brookfield Property in San Francisco, gingen die Architekten von IwamotoScott Architecture und House & Robertson bei der Planung und Ausführung des polierten Sichtbetonbodens im Untergeschoss innovative Wege: Um dauerhaft funktionale Oberflächeneigenschaften sowie Schönheit zu gewährleisten, entschied man sich gegen die traditionelle Leistungsbegutachtung nach Glanz und folgte stattdessen dem internationalen Trend, in die Bewertung der nano-modifizierten Betonoberfläche quantifizierbare Oberflächeneigenschaften, wie die durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) und den Reibungskoeffizienten (COF), mit einzubeziehen. Beitrag siehe S. A4 f. (Foto: IwamotoScott, House & Robertson)

Ein neues modulares Konstruktionsprinzip hat das Potenzial, die Betonbauweise zu revolutionieren: topologische Verriegelung von Bausteinen. Durch die innovative Anordnung dieser Verriegelungsblöcke wird eine kinematische Beanspruchung einzelner Bausteine durch die gesamte Baugruppe effektiv unterbunden, indem die Blöcke sich gegenseitig immobilisieren. Diese Studie untersucht die Synergie zwischen topologisch ineinandergreifenden Baugruppen (TIA = englisch „topological interlocking assemblies“) und 3D-Betondruck und führt eine umfassende Analyse der Herstellungsverfahren und der strukturellen Leistungsfähigkeit durch. Die ohne Bindemittel ineinandergreifenden Verriegelungsblöcke bieten herausragende Perspektiven für nachhaltiges Bauen. In der Untersuchung wird eine Methode zur Optimierung der Blockgeometrien für den 3D-Druck vorgestellt, um die Integrität der Verriegelung sicherzustellen. Drei spezifische Blockgeometrien werden für den 3D-Betondruck entwickelt und getestet. Verschiedene Methoden werden angewendet, um Verriegelungsblöcke herzustellen. Eine Geometrie wird ausgewählt und sowohl im kleinen als auch im großen Maßstab erprobt. Es folgen experimentelle Prüfungen, einschließlich präziser 3D-Fotogrammetriemessungen, zur Bewertung des strukturellen Verhaltens dieser Plattensysteme. Die Ergebnisse demonstrieren eindrucksvoll die Machbarkeit und das enorme Potenzial der Integration von topologischer Verriegelung und 3D-Betondruck für zukunftsfähige Bauanwendungen.

Das Museum Reinhard Ernst (mre) in Wiesbaden beherbergt mit knapp 1000 Gemälden und Skulpturen abstrakter Kunst die Sammlung des Unternehmers und Stifters Reinhard Ernst. Das Gebäude geht auf den Entwurf und die Planung des kürzlich verstorbenen japanischen Pritzker-Preisträgers Fumihiko Maki zurück. Es ist das zehnte Museum des Architekten und sein einziges in Europa. Mit der Umsetzung des Vorhabens wurde das Frankfurter Architekturbüro schneider+schumacher beauftragt, Bollinger+Grohmann waren für die Tragwerksplanung zuständig. Ein vollverglaster Eingangsbereich und ein nach oben offenes Atrium lassen das Innere des Gebäudes hell und einladend erscheinen. Die hohen Decken und breiten Wände bieten den teils großformatigen Kunstwerken auf rund 2500 m² Ausstellungsfläche viel Platz und Raum. Im Juni 2024 nahm das Museum seinen Ausstellungsbetrieb auf. Der Neubau wurde zu großen Teilen in Ortbetonbauweise ausgeführt. Das Tragwerkskonzept zeichnet sich durch einige Besonderheiten aus, die den hohen Ausstellungsräumen mit einer Regelspannweite von über 12 m und den Rücksprüngen des Gebäudes auf der Süd- und Nordwestseite sowie zum Atrium geschuldet sind.

Im Forschungsprojekt COUNT (COncreting UNder Traffic) wurden die Auswirkungen von Verkehrserschütterungen auf jungen Beton umfangreich untersucht. Diese Fragestellung hat in letzter Zeit an Relevanz gewonnen, denn bei Erneuerungs- oder Erweiterungsarbeiten an Brücken werden oft Verkehrssperren verhängt, da man fürchtet, dass die vom Verkehr verursachten Erschütterungen den jungen Beton schädigen könnten. COUNT zielte darauf ab, kritische Erschütterungswerte und zugrundeliegende Schädigungsmechanismen anhand von drei Versuchsserien zu ermitteln. Im bereits veröffentlichten 1. Teil des Aufsatzes wurde über die ersten beiden Serien berichtet, bei welchen unbewehrter Beton bzw. der Beton-Stahl-Verbund untersucht wurde. Der vorliegende 2. Teil des Aufsatzes handelt vorwiegend von der dritten Serie, bei welcher Versuche in großem realitätsnahem Maßstab durchgeführt wurden. Es wurden Platten aus Beton hergestellt, die in direktem Kontakt zu einer schwingenden vorgefertigten Betonplatte standen. Mögliche Schäden wurden später anhand von Rissmessungen, Biegeversuchen und Permeabilitätstests untersucht. Am Ende werden Empfehlungen für die Praxis gegeben, wobei auch Erkenntnisse fremder Forschungsarbeiten berücksichtigt werden.

Steigende Anforderungen an die Nachhaltigkeit von Bauwerken erfordern den Übergang von massiven zu dünnwandigen, hocheffizienten Bauteilen. Basierend auf der Faltbarkeit textiler Bewehrungen bieten dünnwandige Origami-Faltschalen aus Carbonbeton eine effizient herstellbare Alternative zu traditionellen Stahlbetonstrukturen. Trotz intensiver Forschung existieren bislang keine etablierten Bemessungs- und Analysemethoden, die eine hinreichend genaue Vorhersage des Tragverhaltens gefalteter Schalen erlauben und somit eine zielgerichtete Entwicklung hinsichtlich Tragfähigkeit, Spannungsumlagerungen und Versagensmechanismen unterstützen können. Vor diesem Hintergrund werden zwei FEM-Modellierungsansätze zur Analyse von Faltschalenmodulen vorgestellt. In diesen Ansätzen wird die Carbonbewehrung sowohl in verschmierter als auch in aufgelöster Form modelliert. Das Materialverhalten des Betons wird mithilfe eines Schädigungsplastizitätsmodells abgebildet. Der Modellierungsansatz wird anhand von getesteten Prototypen validiert. Der Ansatz bildet eine allgemeine Grundlage für den Entwurf und die Analyse gefalteter Origami-Schalen.

Die in den letzten Jahrzehnten exponentiell angestiegene Betonproduktion hat einen hohen Rohstoffverbrauch und einen großen Anteil an den weltweiten CO₂-Emissionen zur Folge. Für einen schonenderen Ressourceneinsatz können materialeffiziente Strukturen wie Schalentragwerke, die an den Kraftverlauf angepasst sind, zugrunde gelegt werden. Aufgrund ihrer gekrümmten Geometrie ist die Herstellung von Schalentragwerken häufig aufwendig. Das modulare Bauen mit industriell vorproduzierten Betonbauteilen kann dabei einen Beitrag zu effizienteren Produktions- und Errichtungsprozessen leisten, sodass Vorteile der Vorfertigung mit den Vorteilen materialeffizienter Tragstrukturen kombiniert werden. In diesem Beitrag wird ein Konzept zur Modularisierung von einfach gekrümmten Schalentragwerken vorgestellt und eine Methode zur schnellen Errichtung gekrümmter Strukturen mit vorproduzierten einzelnen Fertigteilen und vorgespannten Trockenfugen aufgezeigt. Die Machbarkeit wird mit experimentellen Untersuchungen demonstriert.

Der Zusammenbau modularer Tragwerke erfordert eine hohe geometrische Präzision in seinen Betonfertigteilen. Neben Fertigungstoleranzen müssen dabei auch transiente, materialbedingte Abweichungen infolge von Schwinden und Kriechen beachtet werden. Für die Schwindverformungen wurde bereits in [1] gezeigt, dass eine rapide Wärmebehandlung bei Hochleistungsbetonen das Schwinden maßgeblich reduziert. In diesem Beitrag soll der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Kriechverformung untersucht werden. Fokus liegt auf dem kurzzeitigen Kriechen innerhalb der ersten 28 d nach Betonage, um frühe Bauzustände experimentell abzubilden. Untersucht werden Wärmebehandlungsdauern von 2, 4 und 24 h bei 80 °C und 60 % RH direkt nach der Betonage sowie Proben ohne Wärmebehandlung als Referenz. Belastungsbeginn ist 48 Stunden nach Betonage, um minimale Zeiten zwischen Herstellung und Montage zu erfassen. Die Experimente erfolgen an zylindrischen Probekörpern (D/H=100/200 mm) und Belastungsgraden von 20 und 40 % der frühen Betonfestigkeit. Es zeigt sich, dass durch die Wärmebehandlung die Kriechdehnungen effektiv reduziert werden, und zwar affin zur Dauer um bis zu 66 % (24 h) bzw. 21 % (2 h). Trotz der hohen Anfangsfestigkeit des Betons zeigt sich auch nichtlineares Kriechen. Die Untersuchungsergebnisse werden für verschiedene Wärmebehandlungsdauern und Belastungsgrößen verallgemeinert und zu funktionalen Zusammenhängen polynomialer Antwortflächen aufgearbeitet.