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

Schätzke, Christian; Schneider, Hartwig N.; Feldmann, Markus

doi:34355

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

Schätzke, Christian^RWTH*

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christian Schätzke

ImpressumAachen 2015

Umfang262 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak02

Hauptberichter/Gutachter
Schneider, Hartwig N. (Thesis advisor) ; Feldmann, Markus (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-08-24

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-052274
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/538345/files/538345.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/538345/files/538345.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Baukonstruktion II (211410)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Architektur (frei) ; Textilbeton (frei) ; Stabnetze (frei) ; Gitterschalen (frei) ; Stabwerkschalen (frei) ; Strukturform (frei) ; Produktionstechnik (frei) ; Fügemethode (frei) ; textile Bewehrung (frei) ; lokale Netzgeometrie (frei) ; polygonale Bauteile (frei) ; Rautenfachwerk (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 720

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.

Lattice nets and grid shells are single- or multiply curved bearing structures which consist of bars and nodes. Due to the very convenient ratio of spanned area and material input they have a light and filigree appearance. Steel and timber are the preferred materials for the construction of the supporting structure, while concrete is not suitable here due to its mechanical, constructive and design properties. Textile reinforced concrete (TRC) exists for a few years now and is a new composite material with material characteristics that clearly differ from reinforced concrete and make it useful for light-weight frameworks. In this context, the main issue is how structural shape, production technology and joining methods influence the component design.Due to the two-dimensional textile reinforcement material, using TRC is mainly suitable for flat surfaces like façade elements or monolithic shell structures. However, grid shells consist of a net of load-bearing rod-shaped parts that allow only a very low level of reinforcement. Therefore, when using TRC parts in grid shells, the types of structure systems that induce compression loads and no or low bending loads in the building elements are most suitable. Beyond that, TRC has pronounced prefabrication characteristics which makes joining multiple rods in the manufacturing process useful and results in construction parts with a polygonal or graphene shape. Such types of building element concepts can to some extent already be found in a few historic concrete structures from the 1940s to the 1960s. Compared to systems with bars and nodes, parts with a polygonal or graphene shape show a different relation to the corresponding net of the lattice structure which leads to different local geometrical situations in the nodes of the net and results in different joining principles. By geometric analysis, these aspects are examined in various single- and multiply curved structure shapes and building element concepts. Here, particularly polygonal elements offer options for a radical simplification of the local geometrical situation in the joins.In constructive studies, the effects of local geometry, production technology and joining methods are exemplarily examined and documented with prototypes. As in the geometric analyses, polygonal concepts also show significant advantages in the constructive design. The integration of the textile reinforcement and the joining of the building elements have a strong influence on the shape of the component. The knotless connection of the elements allows the construction of very homogenous lattice nets with aesthetic qualities that have not been connected with concrete in the past.

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