CEILTEC® Story #4 – Leichtbau – Knochenbälkchen
Stahlbetonrippen wie Knochenbälkchen entlang der Trajektorien > Ein Bauwerk zugleich leicht und stabil
Das Vorbild für leichte aber dennoch leichte Strukturen findet sich in dem röhrenförmigen Aufbau des Knochengerüsts. Die feinen Knochenbälkchen formen ein engmaschiges vernetztes Gerüst. Diese Leichtbauweise ermöglicht Einsparungen an Material bei hoher Stabilität.
Ein Knochen besteht im Inneren aus einem Netz von Knochenbälkchen, die sich nur an belasteten Stellen bilden. Die einzelnen Knochenbälkchen verlaufen entlang einer Linie die nur auf Druck oder nur auf Zug belastet werden. So entstehen die einzelnen Belastungslinien (Spannungstrajektorien). Dieses Leichtbauprinzip der Natur führt zu stabilen aber auch leichten Bauelementen. Diese bionische Bauweise nutzte Karl Culmann als Beweis für seine graphische Statik.
Eine freitragende Deckenkonstruktion für ein Hörsaalgebäude in Freiburg i. Br. deckt bei einem Durchmesser von 23.86 m eine Fläche von 444.00 m² ab. Die Deckenkonstruktion wird durch drei Auflagerzonen getragen, zwei gebogenen Wandscheiben und einer Hohlstütze. Die gewählte Rippenkonstruktion orientiert sich an den Spannungstrajektorien wie beim Aufbau der Knochen. Die Konstruktion macht sich die Erkenntnisse aus der biologischen Forschung zu Eigen. Als besonderes Merkmal erweisen sich die nicht rechteckig verlaufenden Flächen zwischen den Rippen.
Eine zeitgemäße Variante mit in dem Vollquerschnitt angeordneten Verdrängungskörpern in Form von Hohlkugeln reduziert wie die Rippendecke das Eigengewicht der Decke. Die Stabilität wird durch die zwischen den Hohlkörpern vorhandenen Massivstreifen wie bei der Rippendecke gewährleistet.
Die Technik der Vorspannung reduziert durch die Umlenkkräfte die Beanspruchungen, weshalb die Abmessungen für den Querschnitt geringer ausfallen. Die Anordnung der Spannbündel orientiert sich an der direkten Lastabtragung zwischen den Auflagern. Die vorgespannten Gurtstreifen wirken wie ein elastisches Auflager für die restliche Deckenkonstruktion und damit reduziert sich der Querschnitt.
CEILTEC® Deckenelemente nutzen das vorgenannte Prinzip der Rippen in Verbindung mit der Vorspannung, um die Konstruktion weiter zu optimieren. Die Querschnitte der vorgefertigten Deckenelemente reduzieren sich durch die werkseitige Vorspannung der Rippen. Die deckengleichen Unterzüge mit ergänzender Vorspannung tragen die Einwirkungen direkt zu den Auflagern ab.
CEILTEC® Deckenelemente sind leicht aber dennoch sehr stabil. So lassen sich große Spannweiten mit einem geringen Eigengewicht umsetzen. Mit der Vorfertigung wird das Leichtbauprinzip noch konsequenter umgesetzt. Material aber auch lohnintensive Arbeiten werden eingespart. Wir nutzen das Leichtbauprinzip der Natur konsequent, um den Nutzen unserer Kunden zu optimieren.
Information basierend auf:
Florian Antony; Rainer Grießhammer; Thomas Speck; Olga Speck:
„Sustainability assessment of a ligthweight biomimetic ceiling structure“
Bioinspiration & Biomimetics Volume 9, February 2014
