Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Modernes Bauen mit längst vergessenen Techniken

12.04.2017

Forscher des Departements Architektur der ETH Zürich haben Bodenelemente aus Beton entwickelt, die ohne Stahlverstärkung auskommen und 70 Prozent leichter sind als herkömmliche Betonböden. Bei der Konstruktion liessen sie sich von historischen Bauprinzipien inspirieren.

In den Städten ist der Platz knapp. Deshalb suchen Architekten nach Wegen, kompakt zu bauen – und das noch möglichst günstig und umweltfreundlich.


Die Platten, aus denen dieser Boden zusammengefügt wurde, bestehen aus 3D-gedrucktem Sand.

ETH Zürich / Peter Rüegg

Ein Ansatz ist dabei die Leichtbauweise: Je dünner beispielsweise die Decken eines mehrstöckigen Gebäudes sind, desto mehr Platz bleibt für zusätzliche Etagen. Weil sie weniger Gewicht tragen müssen, lässt sich auch bei Fundamenten und Mauern Baumaterial sparen, was die Kosten senkt.

Doch bei der heute üblichen Bauweise mit Beton ist es kaum möglich, Gewicht zu reduzieren: Damit die Böden der Geschosse tragfähig sind, müssen sie im Durchschnitt 25 Zentimeter dick sein und im Innern zusätzlich mit Stahlstäben oder -gittern verstärkt werden, so genannten Bewehrungen. Dadurch sind sie sehr schwer.

... mehr zu:
»3D-Druck »Beton »Betonelemente »CO2 »ETH »Gewölbe »Kühlung

Tragfähig ohne Stahl

Einen neuen Lösungsansatz präsentieren nun Forschende des Instituts für Technologie in der Architektur der ETH Zürich. Sie haben Bodenelemente aus Beton entworfen, deren tragende Platte nur zwei Zentimeter dick, aber trotzdem sehr stabil ist.

«Damit sparen wir im Vergleich zu herkömmlichen Betonböden 70 Prozent Gewicht», sagt Philippe Block, ausserordentlicher Professor für Architektur und Struktur und Stellvertretender Direktor des Nationalen Forschungsschwerpunkts Digitale Fabrikation. Das schont zugleich die Umwelt, da weniger Beton benötigt wird, bei dessen Herstellung grosse Mengen CO2 anfallen.

Möglich wird die Gewichtsreduktion deshalb, weil die Platten nicht flach, sondern gewölbt sind – ähnlich wie die Deckengewölbe in gotischen Kathedralen. Allein durch ihre Form können sie sehr grossen Belastungen standhalten, sodass sie keinen Bewehrungsstahl zur Verstärkung benötigen.

Bauen wie die alten Meister

«Wir haben uns beim Design an historischen Bauprinzipien und -techniken orientiert, die in Vergessenheit geraten sind», sagt Block. Dazu analysierten die Forscher unter anderem Bauwerke im Stil der katalanischen Gewölbe.

Diese traditionelle Bauweise brachte der spanische Architekt Rafael Guastavino Ende des 19. Jahrhunderts von Spanien in die USA. Seine gemauerten Gewölbe verstärkte er auf der Oberseite durch schmale, senkrechte Rippen. Diese dienen einerseits dazu, eine ebene Fläche für den Fussboden zu schaffen. Andererseits erhöhen sie die Stabilität bei asymmetrischer Belastung, also wenn das Gewicht von Personen oder Gegenständen nicht gleichmässig im Raum verteilt ist.

Das Prinzip der Verstärkungsrippen machten sich die ETH-Forscher für ihre Betonelemente zunutze. Mit einem eigens entwickelten Computerprogramm berechneten sie, wie die Rippen angeordnet sein müssen, um bei Belastung auftretende Druckkräfte optimal zu verteilen. Das Resultat ist ein filigranes Muster dünner Linien, die jeweils an den Ecken zusammenlaufen.

Das Element selbst wird in einen Stahlrahmen eingespannt, der die Druckkräfte aufnimmt – er hat damit dieselbe Funktion wie die Strebepfeiler, auf denen die Gewölbe von Kathedralen gelagert sind. «Die Konstruktion ist extrem stabil», sagt Block. Belastungstests haben gezeigt, dass sie einer asymmetrische Last von 4,2 Tonnen standhält. Das ist sogar zweieinhalb mal mehr, als die in der Schweiz geltenden Baunormen erfordern.

Praxistest im NEST

Die neuartigen Bodenplatten werden die Forscher nun erstmals in der Praxis testen, und zwar im Forschungsgebäude NEST in Dübendorf bei Zürich. Auf dessen Dach soll ab diesem Sommer ein zweigeschossiges Gäste-Penthouse entstehen. Dafür werden fünf Mal fünf Meter grosse Bodenelemente verwendet, die modular vorgefertigt und dann vor Ort eingebaut werden. Sie bieten einen weiteren Vorteil: In den Hohlräumen zwischen den Betonrippen lassen sich problemlos Leitungen für Lüftung, Kühlung und Heizung verlegen, was zusätzlich Platz spart.

Die Herstellung der Elemente ist bisher allerdings teuer, weil man dafür beidseitige Gussformen benötigt, die exakt aufeinander passen müssen. Deshalb sind Block und sein Team einen Schritt weitergegangen: Um die Herstellungskosten zu senken, haben sie erste Elemente mit Hilfe von 3D-Druck gefertigt – jedoch nicht aus Beton, sondern aus Sand und einem Bindemittel. Diese halten Lasten von 1,4 Tonnen stand und erfüllen damit ebenfalls die Schweizerischen Baunormen. « Mit unseren Konstruktionsprinzipien lassen sich auch Materialien verwenden, die bisher nicht zum Bauen geeignet waren», sagt Block. «Man muss sie nur in die richtige Form bringen, damit daraus eine sehr stabile Struktur entsteht.»

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2017/04/modernes-b...

Peter Rüegg | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Weitere Berichte zu: 3D-Druck Beton Betonelemente CO2 ETH Gewölbe Kühlung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Architektur Bauwesen:

nachricht Ein Dorf wird gehoben: Hochwasserschutz für Brockwitz
29.11.2018 | Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

nachricht Forscherteam der Bauhaus-Universität Weimar entwickelt digitale Bauwerksüberwachung
08.11.2018 | Bauhaus-Universität Weimar

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Architektur Bauwesen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Im Focus: Researchers develop method to transfer entire 2D circuits to any smooth surface

What if a sensor sensing a thing could be part of the thing itself? Rice University engineers believe they have a two-dimensional solution to do just that.

Rice engineers led by materials scientists Pulickel Ajayan and Jun Lou have developed a method to make atom-flat sensors that seamlessly integrate with devices...

Im Focus: Drei Komponenten auf einem Chip

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT gelingt wichtige Weiterentwicklung auf dem Weg zum Quantencomputer

Quantencomputer sollen bestimmte Rechenprobleme einmal sehr viel schneller lösen können als ein klassischer Computer. Einer der vielversprechendsten Ansätze...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

Plastics Economy Investor Forum: Treffpunkt für Innovationen

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Klein und vielseitig: Schlüsselorganismen im marinen Stickstoffkreislauf nutzen Cyanat und Harnstoff

10.12.2018 | Studien Analysen

Ungesundes Sitzen vermeiden: Stuhl erkennt Sitzposition und motiviert zur Änderung der Körperhaltung

10.12.2018 | Energie und Elektrotechnik

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics