Stabnetze aus Textilbeton : geometrische und konstruktive Studien zur Verwendung von Textilbetonbauteilen bei einlagigen Stabwerkschalen

Schätzke, Christian; Schneider, Hartwig N. (Thesis advisor); Feldmann, Markus (Thesis advisor)

Aachen (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Stabnetze und Gitterschalen sind ein- oder mehrfach gekrümmte, aus Stäben und Knoten zusammengesetzte Tragwerke. Aufgrund ihres äußerst günstigen Verhältnisses von überspannter Fläche und dem dazu eingesetzten Material verfügen sie über eine leichte und filigrane Gestalt. Stahl und Holz sind bei der Herstellung derartiger Strukturen die bevorzugen Materialien der tragenden Konstruktion, während sich Beton als Baustoff hier aufgrund seiner mechanischen, konstruktiven und gestalterischen Eigenschaften nicht eignet. Mit dem Textilbeton liegt seit einigen Jahren ein neuer Verbundwerkstoff vor, der über Materialeigenschaften verfügt, die sich von denen des Stahlbetons deutlich unterscheiden und einen Einsatz bei leichten Stabwerken sinnvoll erscheinen lassen. Wesentlich ist hierbei die Frage, wie sich Strukturform, Produktionstechnik und Fügemethoden auf die Bauteilgestalt auswirken. Aufgrund der flächig vorliegenden textilen Bewehrungsmaterialien eignet sich der Textilbeton vorrangig für flächige Anwendungen wie Fassadenelemente und monolithische Schalentragwerke. Stabwerkschalen hingegen bestehen aus einem Netz aus lasttransportierenden, stabförmigen Bauteilen, in denen sich nur ein geringer Bewehrungsgrad realisieren lässt. Daher sind bei der Verwendung von Textilbetonbauteilen bei Stabwerkschalen vorrangig Struktursysteme sinnvoll, die in den Baugliedern vorwiegend Druckbelastungen und keine oder geringe Biegebelastungen auslösen. Darüber hinaus verfügt der Textilbeton über eine ausgesprochene Fertigteilcharakteristik, die eine Fügung mehrerer Stäbe im Fertigungsprozess sinnvoll erscheinen lässt und zu polygonalen und graphenförmigen Bauteiltypen führt. Derartige Bauteilkonzepte finden sich ansatzweise bereits bei einigen historischen Betonkonstruktionen aus den 1940er bis 1960er Jahren.Im Gegensatz zu Stab-Knoten-Systemen weisen polygonale und graphenförmige Bauteile einen anderen Bezug zum Referenznetz des Stabwerks auf, was zu anderen lokalgeometrischen Situationen in den Netzknoten führt und sich in anderen Fügeprinzipien niederschlägt. Durch geometrische Analysen werden diese Aspekte für verschiedene ein- und mehrfach gekrümmte Strukturformen und Bauteilkonzepte untersucht. Dabei zeigen sich besonders bei den polygonalen Bauteilen Möglichkeiten einer radikalen Vereinfachung der lokalgeometrischen Situation im Fügepunkt.In konstruktiven Studien werden die Auswirkungen der Lokalgeometrie, sowie Einflüsse von Produktionstechnik und Fügemethode exemplarisch untersucht und durch Prototypen belegt. Wie in den geometrischen Analysen zeigen sich auch bei der konstruktiven Durchbildung wesentliche Vorteile bei den Polygonkonzepten. Die Führung der textilen Bewehrung und die Fügung der Bauteile beeinflussen hier maßgeblich die Bauteilgestalt. Die knotenlose Verbindung der Elemente erlaubt die Bildung äußerst homogener Stabnetze mit ästhetischen Eigenschaften, die mit Beton bislang nicht in Verbindung gebracht wurden.