Technik: Leichte Betontragwerke
Die stetige Weiterentwicklung der Betontechnologie hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten zu einem erheblichen Schub an Innovationen und technischen Neuerungen geführt, den so genannten Hochleistungsbetonen.1 Neben der Entwicklung von immer höheren Festigkeiten und selbstverdichtenden Betonen stellt der textilbewehrte Beton hierbei einen bemerkenswerten Fortschritt dar, der nicht ohne Auswirkungen auf die Arbeit von Architekten und Ingenieuren bleiben wird. Der neue Verbundwerkstoff wird zurzeit im Rahmen eines durch die Deutsche For- schungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereiches (SFB 532 Textilbewehrter Beton) an der RWTH Aachen in interdisziplinärer Zusammenarbeit verschiedenster Hochschulinstitute entwickelt. Der Lehrstuhl Baukonstruktion 2 untersucht dabei die Einsatzmöglichkeiten für Textilbeton in der Architektur und erstellt exemplarisch Bauteile. Bei Textilbeton handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Faserbetons. Im Gegensatz zu diesem werden hier keine Kurzfasern, sondern technische Textilien - Gewebe und Gelege - aus Glasfasern oder Karbon als Bewehrungsmaterial eingesetzt. Dadurch kann die Bewehrung zielgerichteter und damit deutlich wirtschaftlicher genutzt werden. Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit ist ein guter Verbund zwischen textiler Bewehrung und der umhüllenden Betonmatrix. Daher werden sehr fließfähige Feinbetone mit einem Größtkorn von 1 mm verwendet (Abb. 2). Die Kombination dieser beiden Komponenten bestimmt die wesentlichen Eigenschaften des neuen Werkstoffs: Zum einen entfällt durch den Einsatz der textilen Bewehrung die Notwendigkeit einer starken Betonüberdeckung als Korrosionsschutz. So können sehr dünnwandige Bauteile mit Dicken von 10 bis 20 mm hergestellt werden. Des Weiteren ermöglicht der selbstverdichtende, fließfähige Feinbeton hochwertige Sichtbetonoberflächen und scharfkantige Konturen. Diese Eigenschaften des Textilbetons lassen erhebliche Anwendungspotenziale in allen Bereichen der Architektur erwarten: von Tragwerken über Gebäudehüllen bis hin zu Ausbau und Innenausstattung. Gerade dort, wo das Erscheinungsbild von Beton als qualitätvolle Sichtoberfläche gefordert ist, also bei Gebäudefassaden und Wandsystemen für den Innenausbau, bieten die schlanken Bauteilquerschnitte große Vorteile gegenüber herkömmlichen Betonkonstruktionen. Bedingt durch die Gewichtsersparnis, können sie mit leichten Hebewerkzeugen einfacher montiert und demontiert werden, ihre Unterkonstruktion ebenfalls leichter ausgebildet und Außenwandquerschnitte verringert werden. Im Bereich der Gebäudehüllen ist der Einsatz sowohl als hinterlüftetes Fassadensystem als auch als tragendes oder nichttragendes Sandwichbauteil möglich und wurde bereits bei der Fassade für die Versuchshalle des Instituts für Massivbau der RWTH Aachen nachgewiesen (Abb. 1). Durch geringe Bauteilstärke und Gewicht sowie die materialsparende Konstruktion werden wesentliche Aspekte nachhaltigen Bauens berührt, nämlich Fragen der zu Herstellung und Transport benötigten Energien, der Flexibilität in der Nutzung und schließlich des Recyclings von Bauwerken. Ein wichtiges Anwendungsfeld, bei dem besonders die Gewichtsersparnis wirksam wird, sind die Tragsysteme. Der Einsatz von Beton zur Lastabtragung ist heute insbesondere im Geschossbau von geometrisch anspruchslosen und wenig materialsparenden Konstruktionen wie zum Beispiel Flachdecken geprägt. Die vielleicht wichtigste Eigenschaft des Betons, seine plastische Formbarkeit, wird kaum noch zu einer intelligenten Formgebung im Sinne geringen Materialverbrauchs und effizienten Tragverhaltens genutzt. Ein Blick in die Geschichte des Betonbaus zeigt, dass dies nicht immer so war. Besonders in den 40er- bis 60er-Jahren des 20. Jahrhunderts finden sich zahlreiche Beispiele für Dachtragwerke, bei denen die bewusst sparsame Verwendung des Materials zu Bauwerken von hoher konstruktiver Intelligenz und gestalterischer Eleganz geführt hat, so beispielsweise bei Hallenbauten der Vorreiter dieser Entwicklung wie Pier Luigi Nervi, Felix Candela oder Angelo Mangiarotti. Neben diesen herausragenden Vertretern prägen aber auch zahlreiche weniger bekannte Beispiele mit höchst effizienten Dachtragwerken aus Beton den Gewerbe- und Industriebau dieser Zeit. All diesen Tragsystemen gemeinsam sind die geringen Bauteilstärken von 4 bis 6 cm. Allerdings verhindert die zum Korrosionsschutz geforderte Mindestüberdeckung deren heutige Verwendung. Mit dem neuen Werkstoff Textilbeton können für mittlere Spannweiten derartige Dachkonstruktionen aus schlanken dünnwandigen Bauteilen wieder hergestellt werden. Um die dafür notwendigen Bauteile und ihre Fügung für den Textilbeton entwickeln zu können, erscheint es sinnvoll, historische Beispiele zu analysieren und ihre Konstruktions-, Herstellungs- und Fügeprinzipien herauszuarbeiten.
