Tragverhalten zweiachsiger Hohlkörperdecken

Materialeinsparungen sind im Bauwesen unerlässlich. Ohne sie lassen sich die weltweit gesteckten Klimaziele nicht erreichen. Bei Betonplatten sind Hohlkörper eine Möglichkeit dazu. Sie verdrängen bis etwa 35 % an Betonvolumen, und zwar in Bereichen geringer Querkraft‐ und Biegebeanspruchung. Dabei wird bislang nur je eine Hohlkörperform eingesetzt. Im Beitrag wird ein Verfahren hergeleitet, das gegenüber den bisherigen Berechnungskonzepten zwei wesentliche Verbesserungen liefert. Zum einen sind beliebige Hohlkörperformen und ‐größen das Ergebnis, sodass innerhalb einer Platte je nach Tragfähigkeitsreserve verschieden große Hohlkörper nutzbar sind. Die Formen können beliebig rechteckig, kugelförmig oder ellipsoid ausfallen und werden generalisiert über sogenannte Superellipsoide beschrieben. Zum anderen ist die Optimierung an die Schnittgrößenermittlung der Platte gekoppelt, sodass die Veränderung der Schnittgrößenverteilung aus der Steifigkeitsbeeinflussung durch die Hohlkörper direkt ins Verfahren mit eingeht. Nachlaufende Kontrollen von Schnittgrößenumlagerungen entfallen. Kern des Optimierungsverfahrens ist die rechnerische Variation der Dichte, die mit dem verbliebenen Betonmaterial gleichgesetzt wird. Die Tragfähigkeit wird durch minimal einzuhaltende Druckzonenhöhen (Biegung) und reduzierte Widerstände schubunbewehrter Platten (Querkraft) nachgewiesen. Zwei Beispiele zeigen die praktische Anwendung an Plattenstreifen bzw. Flachdecken.

“…Lokal, das heißt im direkten Einflussbereich eines Hohlkörpers, sind Volumenreduktionen von ca. 35 % möglich [31]. Über die gesamte Decke betrachtet, also inkl.…”

Section: Formenunclassified

Optimierungsgestützte Platzierung individueller Hohlkörper in Platten

Clauß,

Forman,

Rose

et al. 2023

“…Durch einen Berechnungsgang mit reduzierter Biegesteifigkeit lassen sich gewünschte Bereiche ermitteln und durch eine dem Eigengewicht entgegengerichtete Flächenlast entsprechend lastbezogen abmindern. Die Wirkungsweise von Hohlkörperdecken wird in näher beschrieben.…”

Section: Tragwerkskonzept: Große Spannweiten Und Doppelt Gekrümmte Scunclassified

ESO Supernova, Besucherzentrum und Planetarium

Orlinski

Heimrath

Hofbeck

et al. 2019

Die Europäische Südsternwarte (ESO) hat von der Klaus Tschira Stiftung ein neues Planetarium und Besucherzentrum für ihren Hauptsitz in Garching bei München erhalten. Das neue Zentrum möchte die Öffentlichkeit für die Astronomie faszinieren. Angelehnt an ein Doppelsternsystem, bei dem ein Stern Masse auf den anderen überträgt, was schließlich zur Explosion des schweren Sterns als Supernova führt, entstand der Entwurf aus zwei kreisenden Körpern, die gemeinsam zu einem Gebäude mit anspruchsvoller Geometrie verschmelzen. Die ESO Supernova umfasst vier Geschosse, davon ein Untergeschoss. Die tragenden Bauteile sind in Stahlbeton ausgeführt. Das Gebäude besteht aus zwei Kernen, welche sich aus je einer Innen‐ und Außenschale, die durch ein Rampensystem miteinander verbunden sind, zusammensetzen. Zwischen den beiden Kernen spannen die brückenartigen Geschossdecken. Aufgrund der hohen geometrischen Komplexität des Projekts brachte der Entwurf für das neue ESO Besucherzentrum eine Vielzahl an Herausforderungen an Planung und Realisierung mit sich. Die dynamischen Formen des schräg geneigten und gekrümmten Rohbaus bedurften eines dynamischen, flexiblen Werkzeugs und eines adaptiven Planungsprozesses, der weit über eine kartesische Beschreibung eines Systems hinausging. So wurde der komplette Rohbau innerhalb des Planungsprozesses anhand eines 3D‐Modells entwickelt und kommuniziert. Auch die Information zur Schalplanung war vollständig im 3D‐Modell enthalten. Zur Übertragung der Information in das Berechnungsprogramm der Statik wurde eine Systematik entwickelt, um diese Information aus dem 3D‐Rohbaumodell in 2D‐Schalplan‐Zeichnungen automatisiert zu übersetzen.

“…im Hochbau für Decken in Form von rotationssymmetrischen Volumenkörpern, wie z. B. Kugeln oder abgeflachte Ellipsoide, eingesetzt werden . Die Hohlkörper werden vorzugsweise in der statisch günstigen Neutralebene des Querschnitts zwischen der oberen und unteren Bewehrung angeordnet und je nach Anwendungsfall zu Reihenmodulen bzw.…”

Section: Konzeptstudien Und Umsetzungunclassified

“…Für die Kugel gilt stets, dass die relative Abnahme der Steifigkeitskennwerte geringer verbleibt als die Volumenreduktion, sodass im Vergleich zu einem Vollquerschnitt kleinere elastische Verformungen resultieren. Der Vergleich effektiver Steifigkeitskennwerte zwischen einer Näherungsformel aus mit denen der Einzelzelle mit Kugel als Hohlkörper zeigt bis d/h = 0,80 eine sehr gute Übereinstimmung, wobei die Einzelzelle bei größerem d/h ‐Verhältnis eher konservative Ergebnisse liefert. Im Vergleich zur Biegesteifigkeit nimmt die Dehnsteifigkeit für beide Hohlkörperformen wesentlich ausgeprägter ab.…”

Section: Konzeptstudien Und Umsetzungunclassified

Parabolschalen aus Hochleistungsbeton als Solarkollektoren

Forman

Kämper

Stallmann

et al. 2016

Parabolrinnen in solarthermischen Kraftwerken werden bisher vornehmlich als Stahlfachwerke mit punktgestützten Spiegelelementen hergestellt. Um die Stromerzeugung kostengünstiger zu gestalten, wurde bereits an einem kleinformatigen Demonstrator mit Parabolschale gezeigt, dass solche Kollektormodule auch aus Beton hergestellt werden können [1]. Unterschiedliche Konzepte, welche sich in ihrer Apertur sowohl an etablierten Kollektormodulen mit ca. 6 m Öffnungsweite als auch an großformatigen Kollektoren mit bis zu 10 m großen Aperturweiten orientieren, wurden im Rahmen des von der DFG geförderten Schwerpunktprogramms SPP 1542 „Leicht Bauen mit Beton” innerhalb des Kooperationsprojekts zwischen der Technischen Universität Kaiserslautern und der Ruhr‐Universität Bochum entwickelt. Sie unterscheiden sich zusätzlich durch ihre Lagerungsart und in der Querschnittsausbildung entweder als einwandige Schale mit kraftflussaffinen Aussteifungselementen oder als Hohlstruktur mit hergeleiteten, effektiven Steifigkeiten. Die entwickelten Module genügen dem Anspruch einer leichtgewichtigen und materialeffizienten Konstruktion. Wesentliche Einwirkungen auf Parabolschalen sind dabei Eigen‐, Wind‐ und antriebsbedingte Torsionslasten, welche als lokale und globale Lastansätze dargestellt werden und deren Einfluss auf die Auslegung der Schalen beschrieben wird.