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KnitCrete: stay-in-place knitted formworks for complex concrete structures

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[Quelle: https://www.research-collection.ethz.ch]

Um der immer dringender werdenden Forderung nach der Reduktion grauer Energie und des Abfallaufkommens im Bauwesen gerecht zu werden, stellt diese Dissertation eine neuartige Art von flexibler und kostengünstiger Schalung für Betonstrukturen unter Verwendung von 3D-Stricktechnologie vor. Das Einbeziehen tragstruktureller und geometrischer Kriterien in den Entwurfsprozess birgt das Potential Bauwerke in besonderem Masse ästhetisch, wirtschaftlich und materialeffizienz auszugestalten. Für die Herstellung dieser Strukturen kommt meist Beton zum Einsatz, da er sich in fast jede gewünschte Form bringen lässt. Dennoch stellt deren Bau unter Inanspruchnahme traditioneller Schalungstechniken, welche auf Einwegschalugen aus Holz oder gefrästen Schaumstoff basieren, eine grosse Herausforderung da. Diese aufwändigen Sonderkonstruktionen machen etwa die Hälfte bis zu zwei Drittel der Kosten eines Bauwerks aus. Um das Potenzial von nicht standardisierten und massgeschneiderten Betonkonstruktionen voll auszuschöpfen, müssen die für den Bau verwendeten Schalungssysteme überdacht werden. Die Verwendung von gestrickten technischen Textilien als verlorene Schalung für Betonkonstruktionen stellt eine mögliche Lösung dar, ohne dass teure, materialintensive und zeitaufwändige Schalungsbauten erforderlich sind. Im Gegensatz zu den traditionell verwendeten Geweben können gestrickte Textilien auf doppelt gekrümmte und räumlich komplexe Formen angepasst werden, was die Integration von Details und die Einbettung spezifischer Eigenschaften ermöglicht, ohne dass mehrere Teile miteinander verklebt, verschweißt oder vernäht werden müssen. Gestrickte Textilien können durch die Programmierung von industriellen Strickmaschinen einfach vorgefertigt werden. Eine digitaler Prozess bestehend aus Algorithmen und Entwurfswerkzeugen wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt, um beliebige 3D-Formen automatisiert in ein Strickmuster zu übersetzen. Mit Hilfe dieser Software-Pipeline können mit handelsüblichen CNC-Strickmaschinen aufwendig gestrickte Textilien, die leicht, kompakt und mühelos zur Baustelle transportiert werden können produziert werden. Durch Spannen wird das speziell vorgefertigte Textil in die gewünschte Form gebracht und mit einer eigens entwickelten Zementpaste beschichtet und ausgesteift. Dieses Prinzip und Schalungssystem liefert die Grundlage für die effiziente Herstellung komplexer Betonstrukturen. Die Umsetzbarkeit des Systems wird mit einer Reihe von kleineren Prototypen bis hin zu grossmasstäblichen Demonstratoren aufgezeigt. Sie zeigen, dass die ultraleichten Schalungen den Bedarf an Stützstrukturen und Gerüstaufbauten drastisch reduzieren, die Logistik auf der Baustelle vereinfachen und das Potenzial haben, die Effizienz entlang der gesamten Prozesskette vom Entwurf bis zur Herstellung zu steigern.

Folgendes könnte Sie auch interessieren:

Bücher, Broschüren

Lean Construction
DBV-Heft, Band 49
Empfehlungen zu Standards für Planung und Bauausführung
Fassung Januar 2022.
2022, 64 S., 30 Abb., 8 Tab., Softcover

 

 

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Innsbrucker Bautage 2022
Festschrift zum 60. Geburtstag von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix
2022, 479 S., 24 cm, Softcover
Studia

 

 

Die Festschrift anlässlich des 60. Geburtstages von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jürgen Feix bietet einen Überblick zu Forschung und Praxis aus dem Fachgebiet konstruktiver Betonbau und einen Einblick in die Forschungsfelder des Arbeitsbereichs für Massivbau und Brückenbau der Universität Innsbruck.

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202. Beton-Kalender / Beton-Kalender 2022, 2 Teile
Beton-Kalender
Schwerpunkte: Nachhaltigkeit, Digitalisierung, Instandhaltung (2 Teile)
2022, LXXX, 924 S., 445 SW-Abb., 56 Farbabb., 183 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Der immer tiefgreifendere Einzug der Digitalisierung in allen Phasen des Bauens und die detaillierte Zusammenstellung von Instandsetzungsstrategien für den Hoch- und Ingenieurbau sind die bestimmenden Themen des Beton-Kalender 2022. In drei eigenständigen Beiträgen wird ein umfassender Überblick zum derzeitigen Regelwerk für den Schutz und die Instandhaltung von Betonbauwerken in Deutschland, Österreich und der Schweiz gegeben. In weiteren Beiträgen wird über neue Erhaltungsstrategien für Brücken und Bundesfernstraßen in Deutschland berichtet. Abgerundet wird dieser erste Themenkomplex mit einer kritischen und wegweisenden Diskussion um die Nachhaltigkeit im Betonbau. Unter dem Schwerpunkt "Digitalisierung" findet sich ein umfassender Überblick zum aktuellen Stand von digitaler Fertigung im Betonbau und den Herausforderungen, welche das digitale Bauen und Planen für Ingenieure bereithalten. In weiteren Beiträgen wird über die Möglichkeiten des Einsatzes schwacher Künstlicher Intelligenz für ingenieurtechnische Anwendungen und den aktuellen Stand der additiven Fertigung im Betonbau berichtet. Weitere Beiträge befassen sich mit den Besonderheiten der Tragwerksplanung im Bestand, speziell in Österreich, sowie mit den Möglichkeiten zur Verstärkung von Tragwerken mit Carbonbeton. Den Abschluss des Kalenders 2022 bildet ein Hintergrundbeitrag zur Notwendigkeit und den Zielen der Neufassung der DAfStb-Richtlinie "Belastungsversuche an Betonbauwerken" sowie der vollständige Abdruck der Richtlinie in der Ausgabe von Juli 2020 im Kapitel "Normen und Regelwerke".

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Dauerhaftigkeit von Betonbauteilen in Parkbauten
DBV-Heft, Band 46
Hintergründe und Erläuterungen zum DBV-Merkblatt (Fassung 2018)
Fassung Januar 2021.
2021, 145 S., 106 Abb., 17 Tab., Softcover

 

 

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Martin Krause
Baubetriebliche Optimierung des vollwandigen Beton-3D-Drucks
Baubetriebswesen und Bauverfahrenstechnik
2021, xxix, 314 S., XXIX, 314 S. 253 Abb. 210 mm, Softcover
Springer

 

 

Beton-3D-Druckverfahren werden es zukünftig ermöglichen, Bauprozesse planbarer, produktiver und nachhaltiger zu realisieren. Durch die höchst anspruchsvollen Randbedingungen auf Baustellen und die im Bauwesen typische Unikatbauweise unterliegen Beton-3D-Druckverfahren besonderen Herausforderungen. Die innovativen Technologien stehen darüber hinaus im wirtschaftlichen Wettbewerb zu konventionellen Bauverfahren. Um die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit von Beton-3D-Druckverfahren zu gewährleisten, sind die 3D-Druckstrategie und maßgebende Prozessparameter unter baubetrieblichem Fokus zu optimieren. Das Buch beinhaltet eine wissenschaftliche Untersuchung zur baubetrieblichen Optimierung des vollwandigen Beton-3D-Drucks. Speziell werden drei Schwerpunkte genauer untersucht. Im ersten Schwerpunkt werden die verfahrensspezifischen Randbedingungen fokussiert. Schwerpunkt zwei behandelt die wirtschaftliche Optimierung des Druckpfads unter Anwendung von Methoden des Operations Research. Im Schwerpunkt drei wird eine umfassende zeitliche Simulationsstudie am Beispiel eines Einfamilienhauses durchgeführt. Das Buch liefert Erkenntnisse zur Druckzeitoptimierung und der Relation maßgebender Prozessparameter.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
Portal Bauforschung

Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Wolfram Jäger, Angelika Mettke, Hassan Youssef, Stephanie Schmidt, Viktoria Arnold, Christian Matthes, Jakob Fischer
Entwicklung und Anwendung von komplett demontablen Wohneinheiten aus ressourcenschonendem Beton - RC-WE-Modul
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3192
2020, 297 S., 291 Abb. u. 36 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Demonstration einer massiven, modularen, transportablen und voll demontablen/recyclinggerechten Wohneinheit für die schnelle Bereitstellung von Wohnraum und ggf. temporären Unterkünften, die am Ende ihrer Nutzungszeit umsetzbar sind. Dabei waren die Anforderungen der Next-Generation-Buildings zu erfüllen und Stoffkreisläufe nach dem Prinzip Cradle to Cradle (kreislaufgerechtes Bauen auf Bauteilebene) zu schließen, d. h. flexibel (schnell, demontierbar, anpassungsfähig etc.), schadstofffrei und ressourcenschonend mit System (modulare Bauweise) zu bauen. Dazu gehören die sortenreine Trennbarkeit und die Wiederverwendbarkeit ganzer Bauteile des Rohbaus sowie deren nachhaltige Herstellung durch die Nutzung von Recyclingmaterial. Einmal hergestellt, befinden sich ganze Module im Nutzungskreislauf ohne eine Zerstörung am Nutzungsende. Daher wird mit der Wiederverwendungsoption ein Beitrag zur Werterhaltung geleistet (Upcycling). Bei dem Projekt standen die Erprobung der erarbeiteten Grundlagen und die Optimierung von wiederholbaren, adaptiven Konstruktionslösungen sämtlicher Gebäudeteile im Mittelpunkt.

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Daniel Schmeer, Benjamin Schönemann, Olga Arkhipkina, Walter Haase, Harald Garrecht, Oliver Sawodny, Werner Sobek
Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3194
2020, 130 S., 96 Abb. u. 37 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Bauwesen steht vor der Herausforderung, für mehr Menschen mit weniger Materialaufwand mehr zu bauen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Technologien, die auf ein möglichst leichtes Bauen, die Minimierung des Verbrauchs an fossil erzeugter Energie sowie der vollständigen Rezyklierbarkeit der Bauteile abzielen. In diesem Kontext bestand das Ziel des Forschungsvorhabens in der Entwicklung von rein mineralischen, multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild sowie den Wärmeschutz zu erfüllen. Eine deutliche Massenersparnis, eine signifikante CO2-Reduktion sowie eine sortenreine Rezyklierbarkeit gegenüber herkömmlichen Massivbauteilen sollten erzielt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes konnte durch die Entwicklung von rein mineralischen multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche den tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen gerecht werden, erreicht werden. Hierzu konnten sowohl die Berechnungsansätze auf der Basis normativer Regelungen formuliert und validiert werden, als auch die zielführenden Verfahren zur Bauteilherstellung identifiziert und weiterentwickelt werden. Zum Abschluss des Projektes konnte mit der Technologie eine Masseneinsparung von rund 60 % gegenüber Massivwänden mit Wärmedämmverbundsystem erzielt werden, bei vergleichbaren Baukosten. In nachfolgenden Projekten gilt es die erzielten Lösungen final zu erforschen und weiterführende Versuche durchzuführen, um die Technologie letztlich praxisreif zu machen.

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Lars Meyer, Serdar Bilgin, Sebastian Filusch, Thomas Freimann, Ulli Heinlein, Knut Herrmann
Bauwerksabdichtung mit Frischbetonverbundfolie - Grundlagen zur Erstellung eines Regelwerks für eine innovative Bauart
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3183
2020, 249 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Frischbetonverbundsysteme (FBVS) werden in Deutschland i. d. R. als zusätzliche wasserseitige Abdichtungsebene auf wasserundurchlässigen Stahlbetonkonstruktionen (WU-Betonkonstruktion) angeordnet. Diese Form der Bauwerksabdichtung wird in Deutschland vermehrt seit 2012 eingesetzt und ist als neue Bauart bisher keinen Regelwerken zuzuordnen. Zum einen werden die FBVS i. d. R. nicht als eigenständige Abdichtung nach DIN 18533 angesehen, zum anderen werden sie derzeit nicht in der DAfStb-Richtlinie "Wasserundurchlässige Bauwerke aus Beton" behandelt. Der Verwendbarkeitsnachweis wurde bisher über allgemein bauaufsichtliche Prüfzeugnisse (abP) erbracht, der allerdings nicht auf einheitlichen Prüfgrundsätzen beruhte. Wesentliche Merkmale verschiedener Produkte können daher nur schwer miteinander verglichen werden. Neben diesen Unklarheiten zur Vergleichbarkeit von Produkten sind am Markt nach wie vor zahlreiche Planungs- und Anwendungsfragen zur Bauart vorhanden.

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Matthias Pahn, Dirk Bayer, Sven O. Krumke, Christian Caspari, Tillman Gauer, Dirk Miguel Schluppkotten, Michael Holzhauser, Torsten Weiler
Großdemonstrator - Multifunktionale Betonfertigteile für energetisch nutzbare Gebäudetragstrukturen. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3135
2019, 100 S., 64 Abb. u. 28 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung und Umsetzung des Großdemonstrators Smallhouse IV. Hierbei wird ein Gebäudeenergiekonzept erarbeitet, welches die Gebäudemasse aktiv zur Wärmespeicherung heranzieht. Ähnlich wie in Solaraktivhäusern soll die gesamte Wärmebereitstellung mittels einem minimalen primärenergetischen Bezug gewährleistet werden. Hierfür soll jedoch die solare Wärme nicht in überdimensionalen Wasserspeichern, sondern in der vorhandenen Gebäudemasse gespeichert werden. Zu diesem Zweck werden thermisch aktivierte Betonfertigteile entwickelt, die neben ihren statischen Aufgaben auch die thermischen Funktionen Wärmedämmung, Wärmespeicherung und Temperierung übernehmen. Diese Bauteile werden als multifunktionale Betonfertigteile bezeichnet.

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Holger Falter, Volker Schmid, Jonas Schmidt, Tobias Nettekoven
Entwicklung eines modularen Fachwerkträgers aus HPC-Fertigteilen und gezahnten Hochleistungs-Verbindungsdetails. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3088
2019, 220 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Große Betonfertigteile lassen sich entweder gar nicht oder nur mit großem Aufwand transportieren. Daher werden hochbeanspruchte Verbindungen im Stahlbetonbau noch monolithisch vor Ort betoniert. Dies ist mit einem großen Platzbedarf, einer aufwändigen Baustelleneinrichtung und großen Herausforderungen zur Sicherstellung der Qualität, bedingt durch Witterungseinflüsse auf der Baustelle, verbunden. Es wird ein weitspannender, modularer Referenzfachwerkträger aus Hochleistungsbeton entworfen, dessen einzelne Elemente mit Hilfe einer innovativen Verbindungstechnologie einfach hergestellt und effizient gefügt werden können. Der Entwurf des modularen Referenzfachwerkträgers umfasst Studien zur Geometrieoptimierung, zu Segmentverbindungen, zum Montagekonzept und den Bauzuständen, zum Brandschutz und zur Dauerhaftigkeit. Die daraus resultierenden Anforderungen liefern die Grundlage zur Entwicklung der Verbindung.

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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Amadi, Ichebadu G.; Beushausen, Hans; Alexander, Mark G.
Alternativen zu natürlichen Gesteinskörnungen für den Betonbau
BWI - BetonWerk International, 2022

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Zielinski, Krzysztof; Kostecki, Micha?
The impact of sucrose on the process of hardening of cement slurry and mortar mixtures (kostenlos)
BFT International, 2022

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Zum Tod von Eberhard Schöck
Bauphysik, 2022

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Grünewald, Alexander; Biscoping, Michaela
Transportbeton - Festlegung, Bestellung, Lieferung, Abnahme. Zement-Merkblatt Betontechnik, B 6, 6.2021
Beton, 2022

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Meyer, Lars
Green means lean - der Weg zur "Klimaneutralen Betonbaustelle". Nachhaltiges Bauen mit Beton heißt auch konsequent Lean Construction
Bautechnik, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022