Leicht bauen mit Beton – ausgewählte Forschungsarbeiten des ILEK – Teil 2: Strukturleichtbau

Blandini, Lucio; Kovaleva, Daria; Haufe, Carl Niklas; Nething, Christoph; Nigl, David; Nitzlader, Markus; Smirnova, Maiia; Strahm, Benedikt; Bosch, Matthias; Funaro, Daniele; Nistler, Maximilian

doi:10.1002/best.202300026

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“…Der Teil des Bindemittels, welcher sich im Wasser gelöst hat, kann durch neues ersetzt werden. Diese Technologie kann leicht an die digitale Produktion und die Herstellung komplexerer Schalungsformen durch 3D‐Druck angepasst werden (Bild 8 mittig, rechts), was in Teil 2 dieses Beitrags näher erläutert wird [27].…”

Section: Rezyklierbare Sandschalungenunclassified

Leicht bauen mit Beton – ausgewählte Forschungsarbeiten des ILEK – Teil 1: Materialleichtbau

Blandini

Kovaleva

Nething

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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Seit mehr als 20 Jahren beschäftigt sich das Institut für Leichtbau Entwerfen und Konstruieren (ILEK) der Universität Stuttgart in interdisziplinären Forschungsarbeiten mit dem scheinbaren Paradoxon „Leicht bauen mit Beton“. In einem zweiteiligen Beitrag werden nun Auszüge aus der aktuellen Forschung des ILEK zu diesem Thema vorgestellt. Der erste Teil betrachtet die Entwicklungen auf der Materialebene (Materialleichtbau). Hier geht es um das Ziel der Reduktion der Verwendung von primären Ressourcen, der materialbedingten Emissionen und des Abfalls in den verschiedenen Nutzungsphasen eines Bauwerks. Zu den hier vorgestellten Entwicklungen gehören: die Substitution der natürlichen Gesteinskörnung mit Rezyklaten, biomineralisiertes Calciumcarbonat als innovativer Ersatz für Portlandzement, Basaltfaserverbundbewehrungen als Alternative zum konventionellen Beton‐ und Spannstahl sowie rezyklierbare Sandschalungen zur abfallfreien Herstellung leichter Betonstrukturen.

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Section: Rezyklierbare Sandschalungenunclassified

Leicht bauen mit Beton – ausgewählte Forschungsarbeiten des ILEK – Teil 1: Materialleichtbau

Blandini

Kovaleva

Nething

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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“…Sie hängen maßgeblich von der Biegesteifigkeit ab. Durch die mittige Platzierung der Hohlkörper im Querschnitt bleiben die Flanschbereiche der Decke erhalten, sodass die Biegesteifigkeit zwar reduziert wird [50], dies aber lediglich in geringem Umfang von ca. 10 %.…”

Section: Anmerkungenunclassified

Optimierungsgestützte Platzierung individueller Hohlkörper in Platten

Clauß,

Forman,

Rose

et al. 2023

Beton und Stahlbetonbau

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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.

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“…Therefore, structures are segmented into a large number of equal (or similar) components that form construction kits [11][12][13][14]. The components of these kits can even be structurally optimized for low-weight, sustainable and resource-efficient design [15][16][17]. Additionally, the production can be accelerated by non-standard heat treatment of the concrete elements [18].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Sensitivity-Based Permutation to Balance Geometric Inaccuracies in Modular Structures

Forman,

Ahrens,

Mark

2024

Sustainability

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In modular structures, inaccuracies of the modules superimpose over the entire structure. Depending on the placement of the modules, these inaccuracies have (different) effects on stresses and total deformations. Especially for structures with many individual modules, it is favorable to place them according to their influence. To cover structural diversity, column-, beam-, and wall-like modular structures made from plane modules are investigated. In numerical simulation, geometric inaccuracies are applied via an equivalent temperature approach, which allows almost arbitrary nodal deviations of the modules. With the elementary effects method, the sensitivities of the modules’ inaccuracies regarding their structural impact can be determined with minimal computational effort. On a predefined control node, the overall structural inaccuracies are examined in a simplified manner. Column-like structures experience higher deformations due to inclination than beam-like or wall-like structures. For column-like, the bottommost modules are decisive for the overall inaccuracy, as they contribute significantly to the inclination. By contrast, modules at the supports are identified as particularly sensitive for beam- and wall-like structures. Controlling module placement towards their mean absolute influence, the deformation at the control node is mathematically reduced by at least 43% compared to random placement. Thereby, even modules that do not comply with tolerance requirements for structural components can be used in areas of low influence for a sustainable and low-waste design.

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Leicht bauen mit Beton – ausgewählte Forschungsarbeiten des ILEK – Teil 2: Strukturleichtbau

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Leicht bauen mit Beton – ausgewählte Forschungsarbeiten des ILEK – Teil 1: Materialleichtbau

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Sensitivity-Based Permutation to Balance Geometric Inaccuracies in Modular Structures

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