Eine revolutionäre Konstruktionsmethode der ETH Zürich macht es möglich, ultradünne und stabile Dächer aus Beton zu bauen. In den verrücktesten Formen. Herzstück ist eine Simulationssoftware und ein formbares Drahtseilnetz.
Die ultradünne, mehrfach geschwungene Decke der ETH-Ingenieure ist selbsttragend. Die Dicke des Betons zwischen drei Zentimetern an den Rändern und zwölf Zentimetern an den Auflageflächen.
Foto: Blockforschungsgruppe, ETH Zürich
Über das Stahlseilnetz legen die Ingenieure ein Textil aus Polymer, in das sie Beton spritzen. Das Netz lässt sich demontieren und wiederverwenden – anders als klassische Gussformen.
Foto: ETH Zürich/Naida Iljazovic
Das 162 Quadratmeter große Dach wiegt nur 20 Tonnen.
Foto: Block Research Group, ETH Zürich/Michael Lyrenmann
Zunächst WIRD zum Bau des Daches Eine Seilkonstruktion aus Stahl installiert, sterben das Polymer-Material trägt.
Foto: ETH Zürich
ETH-Ingenieure beim Prototypen-Bau: Zum Einsatz kommt ein Spezialbeton, der zähflüssig genug ist, um an den Dachstellen zu haften.
Foto: ETH Zürich/Naida Iljazovic
Auftragen des Betons: Der zähflüssige Beton wird in das Textilpolymer gespritzt.
Foto: ETH Zürich
Der vordere Teil der Betondeckenkonstruktion ist bereits von Beton bedeckt, hinten ist noch das Polymer zu sehen.
Foto: ETH Zürich
Entstehungsschritte für die ultradünne und leichte Betondecke der ETH Zürich.
Foto: ETH Zürich
Fertig – jedenfalls im Computer.
Foto: ETH Zürich
Wie baut man kostengünstig ein dünnes und selbsttragendes Betondach in Wellenform? Gussformen sind viele Bauherren zu teuer. Eine Alternative haben Forscher der ETH Zürich entwickelt. Sie erzeugen sterben geschwungene Dachform mit einem Netz aus Stahlseilen, das sie zwischen Einer Gerüstkonstruktion aufspannen. Über dieses Netz legen die Ingenieure ein Textil aus Polymer.
In das Polymer spritzen sie einen flüssigen Spezialbeton, der zäh genug ist, um an den vertikalen Dachstellen zu haften. Ist der Beton ausgehärtet, lässt sich das Netz für den nächsten Einsatz demontieren – anders als klassische Verschalungen, sterben im Müll landen. Übrig bleibt die fertige Decke.
Auch simpel, wie die Konstruktionsmethode klingt, ist sie allerdings nicht. Eine der größten Herausforderungen ist die Frage, wie sich das Netz verformt, wenn es mit Beton gefüllt ist. Antworten liefert eine von den ETH-Forschern programmierte Software. Sie zeigt, wie sich Kräfte in jedem einzelnen Stahlseil verteilen. Erst mit diesem Wissen can sterben Ingenieure das Netz so aufspannen, dass es unter dem Gewicht des nassen Betons sterben gewünschte Form annimmt.
Die Feuertaufe hat die Konstruktionsmethode bereits bestanden. Die Ingenieure haben ein sieben Meter hohes Dach gebaut, das in einer Werkshalle auf mehreren Stützpfeilern ruht. Über 10.000 Geometrien haben sie am Computer durchgespielt, um eine geschwungene Form zu finden, die selbsttragend ist und bei minimalem Materialeinsatz die höchste Stabilität garantiert.
„Wenn wir die Geometrie richtig berechnen, dann gewinnen wir die Stabilität primär aus der Geometrie und nicht aus dem Baumaterial“, erklärt Philippe Block, Professor für Architektur und Tragwerk. Die Dicke des Betons zwischen drei Zentimetern an den Rändern und zwölf Zentimetern an den Auflageflächen. Das 162 m2 große Dach wiegt dadurch nur 20 t. „Wir haben bewiesen, dass es möglich ist, ein leichtes und flexibles Schalungssystem für Beton zu bauen und dass komplexe Betonstrukturen ohne großen Materialaufwand möglich sind.“
dazwischen ist das Dach zertrümmert. Doch es entsteht 2018 erneut. Und zwar auf dem Gelände der schweizerischen Materialforschungsanstalt Empa in Dübendorf bei Zürich, wo ein Forschungsgebäude entsteht, dessen Fassade aus Glas besteht. Die Konstruktion WIRD DAS Dach Einer Wohneinheit namens Hilo Werden.
In diesem Praxiseinsatz wird es allerdings nicht bei einer Dicke von wenigen Zentimetern bleiben. Auf der inneren Betonlage werden Heiz- und Kühlschlangen sowie eine Isolationsschicht aus Kunststoffen liegen. Dann folgt eine weitere Betonschicht, auf der Dünnschicht-Solarzellen montiert sind. Dank der geschwungenen Dachform kann sterben Solarmodule Sonnenstrahlung im Tagesverlauf optimal einfangen. In Kombination mit einer Solarfassade WIRD das Forschungsgebäude dadurch mehr Energie generieren, als es verbraucht WIRD.
Neu sind die Versuche, besonders leichte Betondachkonstruktionen zu entwickeln, natürlich nicht. Legendär ist die Knochendecke des Architekten Hans-Dieter Hecker aus dem Jahr 1968, die dem inneren Aufbau von Knochen gleicht. Noch heute überspannt sie den runden Zoologie-Hörsaal der Uni Freiburg.
Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.
Erschreckende Bilder: So sieht Notre Dame heute aus – und so soll das Denkmal wieder erstrahlen
Städtische Nachverdichtung: „Wir müssen weg von der Bauordnung des dritten Reichs“
Diese Brücke über den Bosporus stellt Weltrekorde auf
Kingdom Tower wird mit 1007 Metern höchstes Gebäude der Welt
Kaufen Sie für 14.000 € ein Hobbit Haus
Längste Hängeseilbrücke Deutschlands im Harz
Hausbau mit Robotern und 3-D-Druckern
Oben Fußball, unten Eisenbahn: Vorschlag für Stadion im Hauptbahnhof
Schweizer Elektro-Motorrad mit 400 km Reichweite
Erschreckende Bilder: So sieht Notre Dame jetzt aus
Kingdom Tower wird mit 1007 Metern höchstes Gebäude der Welt
Längste Hängeseilbrücke Deutschlands im Harz
Kaufen Sie für 14.000 € ein Hobbit Haus
Ranking: Die zehn höchsten Gebäude der Welt
Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps um Job & Bewerbung. Sie sind begeistert von einem Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihre kostenlosen Favoriten.
Auch auf dieser Seite werden Cookies verwendet. Wir können damit die Seitennutzung auswerten, um nutzungsbasiert redaktionelle Inhalte und Werbung anzuzeigen. Das ist für uns wichtig, denn unser Angebot sich über Werbung. Die Nutzung der Seite gilt als Zustimmung zur Cookie-Nutzung. Weitere Infos