Gewölbekonstruktion aus Ziegeln mit 3D-Modell wiederbelebt
Gewölbekonstruktionen aus Ziegel sind schick, aber aufwändig herzustellen und teuer. Ein Forscherteam der TU Darmstadt hat gemeinsam mit Klinkerherstellern das Problem angepackt und die Lösung gefunden: Mit Hilfe eines Computermodells entwickelten sie eine Gewölbekonstruktion, die deutlich wirtschaftlicher ist, als herkömmliche Konstruktionen.
Bei der Herstellung von Ziegelgewölben wird großer Aufwand betrieben. Neu entwickelte Fertigteile aus gekrümmten Ziegelschalen erleichtern nun den Prozess. Architekt Alexander Pick und sein Team vom Institut für Konstruktives Gestalten und Baukonstruktion (KGBauko) der TU Darmstadt haben im Rahmen der Forschungsinitiative ZukunftBau ein optimiertes Verfahren entwickelt. „Die Grundidee unseres Projekts besteht darin, aus ausschließlich ebenen viereckigen Modulen eine gewölbte und gekrümmte Form herzustellen“, so Pick über das Projekt.
Hintergrund dieser Neuerung: Die bisherige Technik ist vor allem aus Material- und Personalkostengründen nicht ökonomisch und wird daher so gut wie nie angewendet. Um eine stabile Konstruktion zu erhalten, ist ein vollflächiges Lehrgerüst zur Unterstützung nötig. Diese Unterkonstruktion gibt die Wölbung vor und hält die Ziegel zusammen. Erst nach der kompletten Fertigstellung kann sie entfernt werden. Dieser Prozess kostet Zeit und Geld. Schalentragwerke aus Ziegeln, so nennt man die dünnen tragenden und gleichzeitig gekrümmten Konstruktionen, sind dagegen hoch belastbar, sehen elegant aus und können bei geringen Querschnitten große Spannweiten überdecken.
Gewölbekonstruktionen haben eine lange Geschichte: Schon Ägypter und Römer benutzten die aufwendige Technik und schufen damit außergewöhnliche Bauwerke, wie beispielsweise das Pantheon. Epochen- und kulturübergreifend finden sich eindrucksvolle Kuppelkonstruktionen in Sakralbauten, die den enormen Einfluss von Gewölbekonstruktionen auf die architektonische Entwicklung unterstreichen.
Dieses kulturhistorische Erbe gilt es nun fortzuschreiben und die Konstruktion ästhetischer Gewölbekonstruktionen mit weniger Aufwand zu ermöglichen. Dazu entwickelte das Forschungsteam Fertigteile am Computer, die eine Längs-und Querbewehrung aufnehmen und somit durch einen Übergreifungsstoß verbunden werden können. So kommen sie ohne ein vollflächiges Lehrgerüst aus.
In Zukunft werden nun statt einzelnen Ziegeln stabile, vorgefertigte Module verbaut. Die Unterkonstruktion ist anhand des Computermodells direkt mitentwickelt und optimiert worden.
So konnten alle wichtigen Details bezüglich der Ziegel, der Module (Größe und Winkel) und die Anordnung und Abmessung des Lehrgerüsts zur Ausführung weiterentwickelt werden. Die Herstellung und Ausführung von einer gekrümmten Ziegelkonstruktion konnte wieder wirtschaftlich gestaltet werden.
Im Ergebnis sieht die neu entwickelte Konstruktion nicht nur elegant aus. Die Ziegel erfüllen die baukonstruktiven Anforderungen und halten der Belastung stand. Alexander Pick ist von dem digital entwickelten Schalentragwerk überzeugt: „Das Forschungsvorhaben zeigt, dass sich ein hocheffizientes Tragwerk mit einem extrem dünnen Querschnitt- beziehungsweise Spannweite-Verhältnis und einer mehrfach gekrümmten Geometrie durch die entwickelte Methode realisieren lässt.“ Das Forschungsteam der TU Darmstadt hat viel Zuversicht, dass ihre neue Gewölbekonstruktion den Bau von Ziegelgewölben für Architekten und Bauherren erleichtern wird. „Wir sehen uns bestätigt, dass diese infolge hoher Ausführungskosten immer seltener werdende Bauweise unsere Architektur auch in Zukunft bereichern kann“, so das Fazit von Professor Stefan Schäfer, dem Leiter des KGBauko.
