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Materialeffizienz Abgespeckte Betondecken halten auch gut genug

Quelle: TU Wien 4 min Lesedauer

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Forscher an der Technischen Hochschule Wien untersuchen, wie man durch einen digitalen Herstellungsprozess sogenannte topologieoptimierte Stahlbetondecken bauen kann.

Was man hier sieht, ist ein Demonstrator einer Stahlbetondecke, die an der TU Wien mithilfe eines neuen Entwicklungsansatzes hergestellt wurde. Damit können viel Beton und CO2 eingespart werden, wenn sich die Innovation breitflächig durchsetzt.(Bild: TU Wien)
Was man hier sieht, ist ein Demonstrator einer Stahlbetondecke, die an der TU Wien mithilfe eines neuen Entwicklungsansatzes hergestellt wurde. Damit können viel Beton und CO2 eingespart werden, wenn sich die Innovation breitflächig durchsetzt.
(Bild: TU Wien)

Ohne Decken gäbe es keine vor Wind und Wetter geschützte Häuser, keine Büros und keine Schulen. Gleichzeitig zählen Stahlbetondecken aber zu den materialintensivsten Bauteilen eines Gebäudes und machen bis zu 60 Prozent des gesamten Betonvolumens aus, wie die Experten von der TU Wien sagen. Weil die Zementproduktion weltweit rund acht Prozent der CO₂-Emissionen verursacht, ist vor allem in puncto Beton das Einsparpotenzial besonders groß. An der TU Wien kann man nun aber zeigen, wie sich mit einer neuen Generation von Stahlbetondecken der Materialeinsatz um bis zur Hälfte reduzieren lässt – ohne Einbußen bei der Tragfähigkeit in Kauf nehmen zu müssen! Möglich wird das durch eine Kombination aus mathematischer Topologieoptimierung und digitaler, weitgehend automatisierter Fertigung, wie die Forscher wissen lassen.

Beton wird nur dort eingesetzt, wo er wirklich nötig ist

Konventionelle Betondecken werden meist als massive Flachdecken ausgeführt, wie es weiter heißt. Für ihre Tragfähigkeit wäre allerdings nur ein Teil des Betons tatsächlich nötig. Aber viel Material werde vor allem deshalb verbaut, weil sich einfache, massive Formen bisher besonders wirtschaftlich herstellen ließen. „Beton ist ein hervorragender Baustoff! Wir müssen ihn aber viel gezielter einsetzen. Das Ziel ist es, Material nur dort zu verwenden, wo es aus statischer Sicht tatsächlich gebraucht wird“, so Dr. Tobias Huber vom Forschungsbereich Stahlbeton- und Massivbau der TU Wien. Genau an diesem Punkt setzt das Forschungsprojekt „Topologieoptimierte Stahlbetondecken mit digitaler Schalung und Bewehrung (TOPS)“ den Verbesserungshebel nun an. Mithilfe von Optimierungsalgorithmen wird etwa berechnet, an welchen Stellen Beton tatsächlich benötigt wird und wo darauf verzichtet werden kann.

Jetzt können auch komplexere Betonteile entstehen

Heraus kommen dabei organisch geformte Tragstrukturen mit Rippen, die den Kräften im Bauteil folgen. Materialsparende Deckensysteme wie Rippendecken im Waffelmuster sind zwar seit Langem bekannt, die Herstellung ist jedoch aufwendig und deshalb teuer. Die im Projekt entwickelten, topologieoptimierten Strukturen gehen deshalb noch einen Schritt weiter: Sie sparen zusätzlich Material, wären mit herkömmlichen Bauverfahren jedoch kaum wirtschaftlich machbar. Huber merkt an: „Solche Formen lassen sich zwar am Computer berechnen, in der Praxis sind sie bisher aber meist an der Herstellung gescheitert. Genau diese Lücke schließen wir mit unserem neuen Ansatz!“

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