SPP 1542:  Leicht Bauen mit Beton - Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien

• Fachliche Zuordnung: Bauwesen und Architektur
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172438440

Beton ist vor seiner Erhärtung plastisch bis flüssig und kann nahezu jede beliebige Form im Erstarrungsprozess konservieren. Die Möglichkeit der freien Gestaltung ist bei der Stahlbetonbauweise also gegeben. Allerdings wurde die Formensprache von gewöhnlichen Bauwerken aus Stahlbeton besonders aus Kostengründen mit der Zeit immer einfacher. Ebene Oberflächen und rechteckige Geometrie sind heute die Regel. Zwei wesentliche Ziele haben wir uns gestellt: (1) Angestrebt ist ein ästhetischer Paradigmenwechsel, denn die Erweiterung des heute üblichen Formenspektrums im Betonbau vergrößert den Gestaltungsspielraum beim Bauen mit Beton. Die Bauwerke sollen zweckmäßig sein, gleichzeitig aber auch variablen Nutzungsanforderungen genügen.
(2) Leichtbau entsprechend 'form follows force' führt zu einer Reduktion des Eigengewichts der Bauteile, zur Einsparung von natürlichen Ressourcen und von Energie bei der Bereitstellung der Baumaterialien, aber auch zu einer Verminderung des CO2-Ausstoßes.
Unser Anliegen ist, dass maßgebende Konstruktionselemente wie Decken, Wände und Stützen ihre Geometrie nach dem Prinzip 'form follows force' als Folge des gegebenen, aber auch beeinflussbaren Kräfteflusses im Bauteil erhalten. Es sollen die theoretischen und konstruktiven Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bau frei geformter und leichter Konstruktionen aus Beton bereitgestellt werden.
Kernpunkt wird die bauteilspezifische Grundlagenforschung sein. Dabei soll die Gesamtheit baubarer Strukturen - Schalen, Platten, Scheiben und stabförmige Tragelemente - betrachtet werden. Die nach Kraftfeldern entworfenen Bauteile sollen idealerweise gewichtsminimal sein. Anhaltspunkte für effiziente Tragstrukturen bietet die Natur mithilfe der Bionik.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von Schalungssystemen und Bautechnologien für frei geformte Betonbauteile. Fügetechniken sind im Hinblick auf Rückbau und Wiederverwendbarkeit (von Teilen) von Betonkonstruktionen von Interesse. Zudem müssen geeignete Berechnungsverfahren für dynamisch kritische und stabilitätsgefährdete Strukturen zur sicheren Auslegung einzelner Bauteile und gesamter Bauwerke entwickelt werden.
Hauptziel anwendungsorientierter mathematischer Forschung (Fachgebiet Differentialgeometrie) ist, die Formensprache für den Betonleichtbau beschreibbar zu machen, Kräfteverläufe zu analysieren und mathematisch zu definieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Additive Fertigung frei geformter, bewehrter Betonbauteile durch selektives Binden mit calciumsilikatbasierten Zementen (Antragsteller Gehlen, Christoph ;  Winter, Stefan )
• Automatisierte adaptive Schalungsmethoden zur Herstellung von Betonbauteilen mit gekrümmten Oberflächen (Antragsteller Sobek, Werner )
• Dünnwandige Faltwerke aus zementbasierten Verbundwerkstoffen (Antragsteller Chudoba, Rostislav ;  Hegger, Josef )
• Effiziente automatisierte Herstellung multifunktionaler gradierter Bauteile mit mineralisierten Hohlkörpern (Antragsteller Garrecht, Harald ;  Sawodny, Oliver ;  Sobek, Werner )
• Entwurf und Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit bionisch inspirierten Krafteinleitungssystemen durch Einsatz flexibler GFK-Schalungen (Antragstellerinnen / Antragsteller Gelbrich, Sandra ;  Kroll, Lothar )
• Flexible mehrschichtige GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit stabilisierten Abstandsgewirken (Antragsteller Kroll, Lothar )
• Formaktives Schalungssystem mit leichter Doppelmembran (Antragsteller Graubner, Carl-Alexander ;  Knaack, Ulrich )
• Formoptimierte filigrane Stäbe aus UHPC und korrosionsfreier CFK-Bewehrung für variable räumliche Stabtragwerke (Antragsteller Fischer, Oliver )
• Funktionale Gradierung, Schalungs- und Herstelltechnologie unter Berücksichtigung der Segmenttopologie" (Antragsteller Gehlen, Christoph )
• Füge- und Entwurfsprinzipien für ebene und räumliche Stabtragsysteme aus formoptimierten filigranen Stäben aus UHPC und korrosionsfreier CFK-Bewehrung (Antragsteller Fischer, Oliver )
• Konstruktion und Optimierung von Klebeverbindungen für Platten- und Scheibenbauteile aus ultrahochfestem Beton (Antragsteller Andrä, Heiko ;  Kohlmeyer, Christian )
• Koordination, zentrale Aufgaben und Öffentlichkeitsarbeit des SPP 1542 (Antragsteller Curbach, Manfred )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Curbach, Manfred )
• Leichte Deckentragwerke aus geschichteten Hochleistungsbetonen (Antragsteller Curbach, Manfred )
• Leichte Platten aus Beton mit biaxialem Lastabtrag als bionische Strukturen (Antragstellerin Schnellenbach-Held, Martina )
• Leichte verformungsoptimierte Schalentragwerke aus mikrobewehrtem UHPC am Beispiel von Parabolrinnen solarthermischer Kraftwerke (Antragsteller Mark, Peter ;  Schnell, Jürgen )
• Methoden und Werkzeuge für Entwurf und Herstellung schalenartiger und dünnwandiger Betonbauteile mit Regelflächengeometrie. Kurz: Dünnwandige Betonbauteile mit Regelflächengeometrie. (Antragsteller Lordick, Daniel ;  Schlaich, Mike )
• Modellreduktion und Substrukturtechnik am Beispiel von modularen Schalentragwerken aus ultrahochfestem Beton (Antragstellerin Reese, Stefanie )
• Nichtlineare Optimierung geometrisch definierter Fugen von räumlich gekrümmten Betonfertigteilen für unterschiedliche Lastfallkombinationen unter Beachtung von Material und Tragwerksaspekten mit isogeometrischen Verfahren (Antragsteller Bletzinger, Kai-Uwe )
• Non-Waste-Wachsschalungen: Neuartige Präzisions-Schalungen aus 100 % recycelbaren Industrie-Wachsen zur Herstellung von geometrisch komplexen Beton-Bauteilen (Antragsteller Dröder, Klaus ;  Kloft, Harald )
• Optimalstrukturen aus funktional gradierten Betonbauteilen - Entwurf, Berechnung und automatisierte Herstellung (Antragsteller Reinhardt, Hans-Wolf ;  Sawodny, Oliver ;  Sobek, Werner )
• Querschnittsadaption für stabförmige Druckbauteile (Antragsteller Curbach, Manfred )
• Sandwichkonstruktionen aus dünnen gefalteten und gekrümmten Betondeckschichten (Antragsteller Hegger, Josef )
• Ultraleichte, dünnwandige stabförmige Betonhohlbauteile unter Querkraft- und Torsionsbeanspruchung (Antragsteller Empelmann, Martin )
• Untersuchungen zu Trageigenschaften von plattenförmigen Betonleichtbauelementen in CC-Technologie (Antragsteller Jäger, Wolfram )
• Von der Bauteilfügung zu leichten Tragwerken: Hybride, trocken gefügte Stab-, Flächen- und Raumtragelemente aus UHPFRC (Antragsteller Budelmann, Harald ;  Kloft, Harald )
• Wickelverstärkte Hybridrohre (Antragsteller Lohaus, Ludger )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Manfred Curbach