Nachhaltiges und ressourcenschonendes Konstruieren führt zwangsläufig zu formoptimierten, schlankeren und damit auch leichteren Baustrukturen. Diese lassen sich mit stabförmigen Bauteilen besonders vorteilhaft gestalten, da die einwirkenden Beanspruchungen sehr konzentriert, mit wenig Materialeinsatz und damit effizient an den Kraftfluss der Konstruktion angepasst werden können. Leichte und filigrane Tragstrukturen werden derzeit im Allgemeinen in Stahlbauweise hergestellt. Allerdings geben die in jüngster Zeit entwickelten Hochleistungsbetone einen guten Ansatz für leichte Stabwerkskonstruktionen aus Beton. Die Formbarkeit des Betons ermöglicht nahezu unbegrenzte Möglichkeiten für eine anspruchsvolle Gestaltung in architektonischer Hinsicht. Daneben sind Betonkonstruktionen gegenüber Stahlkonstruktionen dauerhafter, nachhaltiger und vorteilhafter in Bezug auf Lebenszyklusbetrachtungen. Im Rahmen des SPP 1542 wurden am Fachgebiet Massivbau des Instituts für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz (iBMB) der TU Braunschweig in einem Teilprojekt Untersuchungen zur Herstellung sowie zum Trag- und Verformungsverhalten von bionisch inspirierten Betonhohlbauteilen durchgeführt. Hierin konnte gezeigt werden, dass durch das gewählte Schalungskonzept (und insbesondere durch die mit dem „heißen Draht“ einfach zu bearbeitende Polystyrol-Innenschalung) beliebige und durch das bionische Vorbild des Bambus inspirierte Geometrien hergestellt werden können, durch den verwendeten hochfesten Feinkornbeton ein dichtes und homogenes Gefüge, auch bei den unterschiedlichen Bewehrungskonzepten, sichergestellt werden kann, die gewählten dünnwandigen Betonhohlbauteile in hoher und reproduzierbarer Qualität hergestellt werden können, das mathematische Modell der DIN EN 1992 für die Beschreibung des Druckspannungs-Stauchungs-Verhaltens für den verwendeten Feinkornbeton und die hiermit hergestellten dünnwandigen Betonhohlbauteile in guter Näherung mit geringfügiger Anpassung des Verhältnisses von Tangenten- zu Sekantenmodul E_c⁄E_cm angesetzt werden kann, ein negativer Einfluss der Dünnwandigkeit bzw. ein Randzoneneffekt nicht festgestellt werden konnte. Zum Erreichen dieser Ergebnisse waren aufgrund der Dünnwandigkeit zwar hohe Anforderungen an die Herstellung der Schalung und des Betons sowie die Arbeitsabläufe während der Betonage zu stellen. Im Ergebnis zeigen die Untersuchungen jedoch, dass mit den heute zur Verfügung stehenden, modernen Hochleistungsbetonen sehr dünnwandige Bauteile mit einer bionisch inspirierten Formgebung in sehr hoher Qualität hergestellt werden können.
Thin-walled hollow concrete components made of high strength, fine grained, concrete
Sustainable construction that conserves resources leads inevitably to more slender, and therefore also lighter, structures of optimized shape. This can be particularly advantageously achieved with elongated components because the applied stress can be highly concentrated with the use of less material and can therefore be adapted efficiently to the flow of forces in the structure. At the moment light-weight and filigree structures are generally constructed of steel. However, the high performance concretes developed very recently provide a good starting point for light-weight framework structures made of concrete. The formability of concrete allows almost unlimited options for ambitious architectural designs. Concrete structures are also more durable, more sustainable and better from the aspect of life cycle considerations than steel structures. Investigations into the production as well as the load-bearing and flexural characteristics of bionically inspired hollow concrete components were carried out in a secondary project within the framework of the SPP 1542 at the Solid Construction faculty of the Institute for Building Materials, Solid Construction and Fire Protection at Braunschweig Technical University. It was shown that any geometric shapes, including those inspired by the bionic pattern of the bamboo, can be produced by the chosen formwork system (especially with the internal polystyrene formwork that is easy to work on with a “hot wire”), an impervious and homogeneous microstructure can be ensured through the high strength, fine grained, concrete used, including with the various reinforcement systems, the selected thin-walled, hollow concrete components can be produced in a high and reproducible quality, the mathematical model given in DIN EN 1992 for describing the upsetting deformation behaviour under compressive stress of the fine grained concrete used and the thin-walled hollow concrete components produced with it can be applied, to a good approximation, with a slight adjustment of the ratio of tangent modulus to secant modulus, no negative effect of the thin walls or any edge zone effect could be detected. Because of the thin walls strict demands were made on the production of the formwork and the concrete as well as on the working procedure during the concreting to achieve these results. However, the investigations ultimately showed that very high quality, very thin-walled, components with a bionically inspired design can be produced with the modern high performance concretes that are now available.