PP Kap 1 20090918 MS - Professur für Tragwerksentwurf · Solche expressiven Formexperimente...

Vorlesung vom: 18.09.2009Folie Nummer 1

Kurzbeschreibung der Folie:

prof. schwartz Tragwerksentwurf III 1

Tragwerksentwurf III

Tragwerksentwurf III




Inhaltsverzeichnis




Inhalt Tragwerksentwurf III

1. Einführung in den Stahlbetonbau

2. Expo Pavillon in Lissabon von Àlvaro Siza

3. Studio von Livio Vaccini in Locarno

4. Beispiele Stahlbetonbauten

5. Einführung in den Stahlbau

6. Haus R128 in Stuttgart von Werner Sobek

7. Picture Window House von Shigeru Ban

8. Beispiele Stahlbau

Inhaltsverzeichnis




1.1 Geschichtliche Entwicklung des Stahlbetons

Unter dem Begriff Beton wird ein künstliches Gestein verstanden dessen Hauptbestandteile Zement, ein Gemisch aus Kies und Sand, die so genannte Gesteinskörnung, und Wasser sind. Der Zement wirkt dabei alshydraulisches Bindemittel und erstarrt zusammen mit dem Wasser zum Zementstein, welcher die Gesteinskörnung zusammenbindet. Dem Beton können zudem Zusatzmittel und Zusatzstoffe beigemischt werden. AlsZusatzmittel werden vorwiegend flüssige Zusätze, und als Zusatzstoffe mehlkörnige fette Zusätze verstanden, mit welchen sich die physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften des Frischbetons sowie desFestbetons gezielt beeinflussen lassen.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 5Geschichtliche Entwicklung des Stahlbetons

Chinesische Mauer, 300 v Chr.

Bei Abschnitten der um 300 v. Chr. gebauten chinesischen Mauer kam nachweislich Kalkmörtel zur Anwendung. Hier kann sogar eine Bodenverfestigung mit Kalk zur Verbesserung des Tragverhaltens des Baugrundesfestgestellt werden.




1 Opus Caemenitium, Fundationsschicht2 Vorbereitung des Mörtels3 Gerüst4 Schalung aus Mauerwerk

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Geschichtliche Entwicklung des Stahlbetons

Im antiken Rom wurde im 3. Jahrhundert v. Chr. eine neue Mauertechnik entwickelt. Vitruv beschreibt diese in seinem Hauptwerk „De architectura libri decem“. Dabei wurde beim Mauerbau der Zwischenraum zwischen denbeiden äusseren Schalen, die aus behauenen und in einem Mörtelbett verlegten Steinen bestanden, mit einem Gemisch aus unbehauenen Steinbrocken und Kalkmörtel aufgefüllt (Bild 1.2). Vitruv schreibt: „Ein anderesMauerwerk ist das, was die Griechen Emplekton (Füllmauer) nennen, dessen sich auch unsere Landsleute bedienen; …unsere vorzugsweise Schnelligkeit anstrebenden Landsleute stellen dünne Wände her und bedienen sichdieser als Futtermauern, die Mitte nun füllen sie mit Gussmasse aus Bruchsteinstückchen und Mörtel aus.“Die Römer nannten diesen Baustoff Opus Caementitium (Opus = Werk, Bauwerk und Caementitium [von Caementum = behauene oder unbehauene Gesteinskörnung]). Diese Caementa wurden mit materia oder mortar (=Mörtel) gemischt und ergaben nach der Erhärtung einen sehr druckfesten Kunststein. Der Mörtel selber wurde aus sauberem Sand und aus gelöschtem Kalk hergestellt. Das Opus Caementitium ist durchaus vergleichbar mitheutigen Betonen gleicher Druckfestigkeit. Als äussere Oberfläche werden hauptsächlich Stein- und Ziegelwände verwendet, die vielfach reich verziert sind. Schalungsrauhe Betonoberflächen sind lediglich bei reinenZweckbauten, wie Zisternen Thermen und grossen Fundamenten anzutreffen.




Pantheon in Rom, 27 v. Chr


Ein eindrückliches Beispiel eines historischen Betonbauwerks ist der 27 v. Chr. erstellte Pantheon in Rom (vgl. auch Tragwerksentwurf I, Kapitel 7). Mit einem Durchmesser von 43.4 m überspannt die Kuppel den unterenzylindrischen Raum. Wie Untersuchungen gezeigt haben, enthalten der Unterbau und die Kuppelkonstruktion Betone unterschiedlicher Dichte, so dass sich das Gewicht nach oben, zur 9 m grossen Lichtöffnung im Scheitel,erheblich verringert.




Dom mit Glockenturm zu Pisa, 1173 n. Chr.


Eines der letzten grossen Bauwerke römischer Tradition in Italien ist der Schiefe Turm von Pisa, dessen Bau 1173 begonnen wurde. Ein monolithischer Betonzylinder von 2.7 m Wandstärke beinhaltet die gewendelte Treppeund ist beidseitig mit Marmor verkleidet




Blumentöpfe aus armierten Beton, 1850, Joseph Monier


Der Eisenbeton respektive Stahlbeton ist eine spätere Entwicklung, welche parallel an verschiedenen Orten gleichzeitig stattfand. Allen diesbezüglichen Bestrebungen lag der Gedanke zugrunde, die vergleichsweise geringeZugfestigkeit des Betons mithilfe von Stahleinlagen zu kompensieren. Der französische Gärtner Joseph Monier (1823-1906) stellte seit etwa 1848 seine Blumenkisten aus mit einem Drahtgeflecht bewehrtem Zementmörtel herund erwarb schliesslich 1867 ein Patent für diese Bauart. Er wendete das Prinzip auch im Brückenbau an. Bereits 1854 erhielten allerdings der englische Stukkateurmeister William Boutland Wilkinson (1891-1902) sowie derfranzösische Bauunternehmer François Coignet (1814-1888) je ein Patent für bewehrte, feuersichere Betondecken und der Franzose Joseph Louis Lambot (1814-1887) patentierte 1855 die Herstellung von Booten ausEisenbeton, den er ‚Ferciment‘ nannte. Der Amerikaner Thaddeus Hyatt (1843-1898) führte zudem diverse Versuche zum Brandwiderstand von Stahlbeton durch und erwarb diesbezüglich 1878 ein Patent.




Systeme Hennebique, Auszug aus der Patentzeichnung, 1892, F. Hennebique


Das erste Haus in Eisenbeton entsteht 1873 in den USA. Die Entwicklung der Eisenbeton-Bauweise erfolgte, ähnlich wie die Entwicklung des Baumaterials selbst, parallel aber weitgehend unabhängig zeitgleich in verschiedenenLändern. Viele Namen wären hier zu nennen, unter anderem François Hennebique (1842-1921), der die Möglichkeiten der Bauweise wie kein anderer erkannte und durch die konsequente Anwendung der Idee des Monoliths,also der kontinuierlichen Verbindung der verschiedenen Bauteile zu einem unlösbaren Ganzen, stark gefördert hat. Hennebique patentierte sein System 1892 und es wurde jahrzehntlang weltweit unter Lizenz angewendet.




Lagerhaus in der Giesshübelstrasse, Zürich, 1910, Ing. R. Maillart


Im Jahr 1902 erschien, verfasst von Emil Mörsch (1872 - 1950), die erste wissenschaftliche Darstellung der Wirkungsweise von Eisenbeton. Zur gleichen Zeit führte der Bauingenieur und Unternehmer Robert Maillart (1872-1940) Versuche zur Bemessung von schwer belasteten Decken durch und entwickelte im Jahr 1909 eine Bemessungsmethode für unterzugslose Decken. Bereits ein Jahr später baut er das bekannte Lagerhaus an derGiesshübelstrasse in Zürich.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 12Stahlbeton in der Architektur des 20. Jahrhunderts

Systeme Hennebique bei der Ford Motor Company, Highland Park, 1909, Arch: Albert Khan

Mit der Entwicklung des Eisenbetons bricht eine neue Ära im Bauwesen an: Eisenbeton ist der erste Kompositbaustoff, der durch seine künstliche Zusammensetzung über deutlich bessere Eigenschaften verfügt als seineEinzelkomponenten. Keiner der anderen primär verwendeten Baustoffe wie Holz, Mauerwerk oder Eisen ist so belastbar oder besitzt einen vergleichbar guten Brandwiderstand. Zudem ist Eisenbeton aus überwiegendpreiswerten, allerorts verfügbaren Materialien zusammengesetzt.Neben der Belastbarkeit und der Verfügbarkeit sind es vor allem die materialgerechte monolithische Bauweise und die plastische Formbarkeit die Eisenbeton zu einem grundlegenden Baumaterial für die Architektur werdenlassen und einen völlig neuen Ausdruck im Bauen ermöglicht. Anders als im Holz- und Stahlbau kann im Bauen mit Eisenbeton beispielsweise auf Balken und Unterzüge unter den Decken verzichtet und, wie beim SystemHennebique dargestellt, generell die Trennung zwischen tragenden und getragenen Elementen aufgehoben werden.




Jahrhunderthalle, Breslau, 1913, Arch.: Max Berg

Einer der grössten Betonbauten dieser Zeit ist die 1913 fertiggestellte Jahrhunderthalle von Max Berg in Breslau. Sie ist der erste repräsentative Bau dieser Grössenordnung bei welchem Sichtbeton sowohl Innen wie auch Aussendominiert. Die Konzeptfindung und die statischen Berechnungen des Tragwerks sind eine herausragende Ingenieurleistung: die rund 65 m weit gespannte Gitterkuppel übertrifft nach fast 1800 Jahren erstmals die Spannweite desPantheons in Rom.Trotz aller Modernität und Kühnheit der Konstruktion sind historische Bezüge offensichtlich. Der Grundriss ist den italienischen Renaissance-Kirchen nachempfunden, während das Tragwerk mit dem umlaufenden Ring ausStrebepfeileren gotische Züge aufweist.




Unity Church, Oak Park, Illinois, 1906, Arch.: Frank Lloyd Wright

Wegen der Möglichkeit zum Überspannen grosser Spannweiten findet der Stahlbeton auch in der Sakralarchitektur rasch Anwendung. Frank Lloyd Wright errichtet 1906 mit der Unity Church in Illinois, wie er selbst sagt, „denersten Betonmonolithen der Welt“ (Bild 1.10). Die Modernität des Baus ist im Wesentlichen in Wrights Umgang mit dem Material begründet: er lässt die Struktur und die Farbe des Betons durch das Beimischen eines speziellenKieses beeinflussen.




Heilig Geist Kirche, Wien, 1913, Arch.: Josef Plecnik

Mit der Heilig Geist-Kirche in Wien von Josef Ple!nik entsteht 1913 die erste Kirche aus Sichtbeton in Europa. In Ple!niks basikilalem Baukörper werden die Seitenschiffe jedoch nicht durch Arkaden vom Hauptschiffabgetrennt, sondern durch einen 20 m frei gespannten Träger wodurch sich die Seitenschiffe zum Hauptschiff räumlich öffnen und sowohl die Sicht zum Altar wie auch die Akustik verbessert wird.




Notre Dame in Raincy bei Paris, 1922, Arch.: Auguste Perret

Durch den Einsatz von Stahlbeton wird es möglich, die Wand durch eine nach innen gezogene Tragstruktur in ein transparentes Gittersystem aufzulösen, wie etwa in der 1922 Auguste Perret erbauten Kirche Notre-Dame inRaincy bei Paris (Bild 1.12). Der dabei entstandene Raum mit hoher Transparenz beeinflusst nachhaltig die 1927 entstandene St.-Antoniuskirche in Basel von Karl Moser.

Vorlesung vom: 18.09.2009

Folie Nummer 17



Zweites Gotheanum, Dornach, 1928, Arch.: Rudolf Steiner

Ein weiteres Beispiel ist das 1924 entstandene zweite Goetheanum in Dornach von Rudolf Steiner. Bei all diesen Bauten beruht die für das Giessen von Beton notwendige Schalung auf einer aufwendigen Spantenkonstruktion

wie sie auch im Schiffsbau eingesetzt wird. Die zahlreichen damit verbundenen geometrischen und technischen Komplikationen waren 1919 auch massgebend für die Ausführung des Einsteinturms in Potsdam von Erich

Mendelsohn in verputztem Mauerwerk anstelle des ursprünglich im Entwurf vorgesehenen Stahlbetons.


Folie Nummer 18



Wallfahrtskirche, Neviges, 1968, Arch.: Gottfried Böhm

Neben der Belastbarkeit und der monolithischen Bauweise ist es insbesondere die plastische Formbarkeit von Stahlbeton die im Kontext des Sakralbaus des 20. Jahrhunderts architektonisch erprobt wird. Exemplarisch sind

hierfür die expressiven Gewölbeschalen in den Bauten von Dominikus Böhm, etwa die 1921 erbaute Benediktinerabtei in Vaals und die 1968 von seinem Sohn Gottfried Böhm entworfene Wallfahrtskirche in Neviges.




Maison Domino, 1914, Arch.: Le Corbusier

Solche expressiven Formexperimente spielen in der Architektur der Moderne allerdings nur eine untergeordnete Rolle. Im Fokus der Protagonisten der Moderne wie etwa Le Corbusier, Mies van der Rohe oder Adolf Loos stehtin den 1920ern vielmehr die Reduktion auf Grundformen und Fragen des Raumflusses. Zwar werden in den Entwürfen immer wieder Bezüge zur Industrialisierung gesucht, diese allerdings nur auf einer formalen odermetaphorischen Ebene, nicht aber im Sinne einer materialgerechten Betrachtung von Stahlbeton.Auf theoretischer Ebene entwickelt Le Corbusier 1914 bereits die Domino-Häuser aus vorfabrizierten Standardelementen und Mies van der Rohe legt mit seinem Projekt für ein Bürohaus in Berlin 1922 den Grundstein für dieVerwendung des Stahlbetonskelettbaus gekoppelt mit Bandfenstern im Bürohausbau. In der Praxis werden jedoch sowohl in den puristischen Villen von Le Corbusier wie auch dem Dach des Barcelona-Pavillons von Mies vander Rohe oder dem Haus Schröder in Utrecht von Gerrit Thomas Rietvelt betontypische Formen vielfach entweder traditionell gemauert und verputzt oder mittels verblendeten Stahlkonstruktionen umgesetzt.




Penguin Pool, London Zoo, 1933-34, Arch.: Berthold Lubetkin und Lindsey Drake

Erst in den 1930er Jahren treten bei den Architekten der klassischen Moderne die materialtypischen Eigenschaften des Betons in den Vordergrund und werden für die Entwürfe nutzbar gemacht. Ein Beispiel hierfür ist die freischwebende Rampe in dem von Berthold Lubetkin und Lindsey Drake entworfenen Pinguin Haus von 1934.




„House Falling Water“, Mill Run, Pennsylvania, 1939, Arch.: Frank Lloyd Wright

Es ist aber insbesondere Frank Lloyd Wright, der an verschiedenen Bauten eindrucksvoll die unterschiedlichen entwerferischen Möglichkeiten demonstriert, welche sich aus dem Umgang mit dem Material Stahlbeton ergeben.Zu erwähnen sind das als Fallingwater bekannt gewordene Haus Kauffmann bei Mill Run, dessen nach allen Seiten auskragende Stahlbetonplatten die statischen Möglichkeiten des Materials geradezu radikal ausnützen, dasVerwaltungsgebäude der Johnson Wax Company in Racine, Wisconsin (vgl. 1. Jk. Abschnitt 13.3) oder auch das Guggenheim Museum in New York, dessen spiralförmiger, trichterartiger Baukörper in keinem anderen Materialhätte realisiert werden können.




Das Dach der Unité d`habitation, Marseille, 1947, Arch.: Le Corbusier

Auch in den Projekten von Le Corbusier zeigt sich in dieser Zeit eine zunehmend intensivere Auseinandersetzung mit dem Material, vor allem mit den plastischen Möglichkeiten von Stahlbeton. Ausdruck findet dies in derbewussten Verwendung der Schalungsstruktur zur Oberflächengestaltung in Sichtbeton, dem béton brut, etwa in den skulpturalen Dachaufbauten der Unité d' habitation in Marseille von 1947 oder dem Dominikaner-Noviziat laTourette in Eveux, 1960 fertigstellt (nächste Folie). Der das Raue und Rohe des Betons zelebrierende Bau lebt dabei vom Wechselspiel des Lichts: bei Sonne erscheint das Gebäude kontrastreich und klar, bei Regen dagegendüster und fast melancholisch. In der Wallfahrtskirche Notre-Dame-du-Haut bei Ronchamp (übernächste Folie) wird die plastische Eigenschaft von Stahlbeton dagegen nicht zur Intensivierung der Oberfläche verwendet,sondern der gesamte Bau als räumliche Skulptur plastisch geformt.




Dominikaner-Noviziat la Tourette, Eveux,1960 , Arch.: Le Corbusier

siehe Folie vorher




Notre Dame du Haut, Ronchamp, 1954 , Arch.: Le Corbusier

siehe zwei Folien vorher




TWA Terminal, J.F. Kennedy-Flughafen, New York, 1962, Arch.: Eero Saarinen

Im Zuge des wirtschaftlichen Aufschwungs wurden insbesondere in den 1950ern und 1960ern vermehrt expressive durchgeformte Bauten realisiert. Als eines der Ikonen der Architekturgeschichte gilt dabei Eero SaarinensEntwurf für das TWA-Terminal am Kennedy-Flughafen in New York von 1962. Saarinen gelingt es virtuos, die funktionalen Anforderungen eines Terminals mit einem Formexperiment zu verbinden. Das Resultat ist einfuturistisch anmutender Baukörper, der die Schwerkraft zu überwinden scheint und so zum Symbol des Fliegens wird.




Sydney Opera, 1956-1973, Arch.: Jorn Utzon, Ing.: Peter Rice

Eine vergleichbare ikonografische Qualität hat das Opernhaus von Sydney entwickelt. Dieses wurde vom Architekten Jørn Utzon zusammen mit dem jungen Ingenieur Peter Rice (Ove Arup) zwischen 1956 und 1973 realisiert.Die das Ganze überdeckenden weissen Stahlbetonschalen geben dem Opernhaus den gestalterischen Charakter eines leicht dahinschwebenden Segelschiffes. Die Schalen waren erst nach mehreren Anläufen und aufwändigenExperimenten statisch und herstellungstechnisch umsetzbar. Die Oper von Sydney stellt trotz ihrer langen Bauzeit und aller eingegangener Kompromisse einen einmaligen Bau dar, welcher zum Wahrzeichen eines ganzenKontinents geworden ist.Das TWA-Terminal und die Sydney Opera sind Extrembeispiel für die Entwicklungen im Schalenbau die durch den Stahlbeton möglich geworden sind. Schalenkonstruktionen aus Stahlbeton ermöglichen seit den 1930er JahrenRaumbildungen ohne Zwischenstützen von besonders grossen Dimensionen und bislang nicht realisierbaren Formen.




Hippodromo de la Zarzuela, Madrid, 1935, Ing.: Eduardo Torroja

Der Ingenieur Eduardo Torroja gilt als Meister im Umgang mit dieser Bauweise. Mit seinen Kuppelschalen für die Markthalle in Algeciras und die Tribüne der Pferderennbahn la Zarzuela in Madrid (1935) verhilft er derBauweise zu allgemeiner Anerkennung. Auch der Ingenieur Felix Candela setzt zusammen mit dem Architekten Enrique de la Mora den Stahlbeton mit extrem hohen gestalterischen Absichten ein. Sie demonstrieren neue,ungeahnte Möglichkeiten des Materials. Sowohl bei der Konstruktion der Kirche Medalla Milagrosa (nächste Folie) in Mexico City (1953) als auch beim Restaurant Los Manantiales in Xochimilcho (vgl. Tragwerksentwurf I,Kapitel 7, Abschnitt 7.7 Schalen) werden die Schalen nicht nur aufgrund hoher statisch-konstruktiver Kenntnisse, sondern auch mit hoher gestalterischer Intuition entwickelt.




Kirche Medalla Milagrosa, 1953, Arch.: Enrique de la Mora, Ing.: Felix Candela

siehe vorherige Folie




Jonas Salk Institute in La Jolla, San Diego, 1959-1965, Arch.: Louis Kahn

Die Ausdruckskraft macht Sichtbeton zum prägenden Element in der Architektur der 1950er und 1960er. Neben der plastischen Formbarkeit und Belastbarkeit treten hierbei aber zunehmend die phänomenologischen Aspektedes Materials in den Vordergrund. Eines der frühen Beispiele hierfür ist das 1959 erbaute Salk Institute in La Jolla von Louis Kahn. Die klare Rasterung der glatten Schalung und das Sichtbarbleiben der systematisch gesetztenBindlöcher prägen das taktile Erscheinungsbild. Dieses wird noch gesteigert durch die klare Reduktion und Rhythmisierung der Formensprache und der meditative Gesamtorganisation des Projektes.




Church of Light, Osaka, 1999, Arch.: Tadao Ando

Kahns Verwendung des Materials hat auch zeitgenössische Architekten wie etwa Tadao Ando stark geprägt. In seinen zurückhaltenden Bauten erreicht Ando dabei eine nur selten verwirklichte Perfektion in derOberflächenausbildung von Sichtbeton.




Friedhof Brione, S. Vito d`Altivole, 1972, Arch.: Carlo Scarpa

Eine völlig andere Auseinandersetzung mit der Materialität des Eisenbeton zeigt sich in der Erweiterung des privaten Grabs der Familie Brion von Carlo Scarpa. Bei dieser zwischen 1969 und 1978 erbauten Raumskulptur wird inpoetischer Art und Weise das Gesteinsartige des Betons und dessen zeitliche Veränderungs- und Verfallsprozesse in den Mittelpunkt gestellt. Diese verknüpfen sich mit einer semantischen Ausdrucksweise mit vielfältigen undfantasievollen Formen gleichnishaften Gehalts.




Bibliothek in Eberswalde, 1997. Arch.: Herzog & de Meuron

Bei der 1997 fertiggestellten Fachhochschul-Bibliothek in Eberswalde setzen die Architekten Herzog & De Meuron beispielsweise vorfabrizierte Fassadenelemente aus Beton ein, die in einem Siebdruckverfahren bedrucktwurden. Das Gebäude wirkt als Quader streng und monolithisch, spielt aber gleichzeitig durch seine nahezu vollflächig mit Bildern bedeckte Oberfläche mit der Wahrnehmung des Betrachters. Herzog & de Meuron arbeiten hiermit Widersprüchen wie z.B. Ornament und barocke Bilderfülle gegen minimalistische Reduktion der grauen "Box", bedruckte Haut einer Oberfläche im Gegensatz zur Tiefe eines schweren Betons, hermetische und imstädtebaulichen Kontext fast abweisende Geschlossenheit gegen Lochfassaden und transparente Glasstreifen.




Kunstmuseum Liechtenstein, 2000, Arch.: Morger & Degelo und Kerez, Ing.: J. Schwarttz

Beim Museumsgebäude in Vaduz der Architekten Morger & Degelo und Kerez (Zürich) wurden die Betonoberflächen nachträglich bearbeitet. Die Aussenwände des einfach und klar strukturierten Baukörpers von 60 MeternLänge, knapp 25 Metern Breite und 12 Metern Höhe wurden fugenlos in Beton aus grünem und schwarzem Basalt sowie Untervazer Flusskies gegossen. Es entstehen so durchgehende Fassadenflächen, die lediglich von denFensterbändern durchbrochen werden. Die dunkel glänzende Betonfassade wurde anschliessend geschliffen, poliert und imprägniert, wodurch eine glatte, reflektierende Oberfläche entstanden ist, in der die Kornstruktur des

Betons sichtbar wird. Gleichzeitig spiegeln sich hier die Konturen der Umgebung wider.




Schaulager Münchenstein, Basel, 2003, Arch.: Herzog & de Meuron

Weiter werden zur gestalterischen Nachbearbeitung der Sichtbetonoberflächen Verfahren wie Sandstrahlen, Wasserhöchstdruckstrahlen, Stocken und Scharrieren (Kratzen) angewendet. So haben Herzog & de Meuron diemonolithischen Aussenwände des Schaulagers in Münchenstein aus Schichten von aufgekratztem Beton zusammengesetzt, der aus dem Aushub für das Bauwerk gewonnen wurde. Zudem kann der Beton durch künstliche(Zugabe von Farbpigmenten) oder natürliche Massnahmen („farbige“ Gesteinskörnung) eingefärbt werden. Ein Beispiel hierfür ist etwa das in rotem Beton gehaltene Atelier Bardill in Scharans, gebaut 2007 von Valerio Olgiati.




Wohnhaus Gartmann, Chur, 2003. Arch. & Ing.: Patrick Gartmannn

In den letzten Jahren haben weitere Entwicklungen eingesetzt, mit der Zielsetzung, die Zusammensetzung des Betons grundlegend zu verändern, um spezifische Eigenschaften zu beeinflussen. Durch das Einlegen von optischenFasern kann transluzenter Beton hergestellt werden. Bei hochfesten und ultrahochfesten Betonen, welche mit Fasern verstärkt sind, kann auf die Bewehrung verzichtet werden, so dass extrem dünne Stärken möglich werden.Weiter wurde leichter und der infraleichter Beton entwickelt, mit der Zielsetzung, die Wärmedämmeigenschaften so weit zu verbessern, dass ein einschichtiger Wandaufbau aus so genanntem Wärmedämmbeton möglich wird.Erste realisierte Beispiele hierfür sind das Haus Gartmann in Chur oder das Nationalparkzentrum in Zernez von Valerio Olgiati.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 36Zusammensetzung des Betons

Schnitt durch Beton mit gebrochenem (links) und nicht gebrochenem Material als Gesteinskörnung

Wie bereits erwähnt ist moderner Beton ein Konglomerat bestehend aus den Komponenten Gesteinskörnung (i.a. Kies und Sand), Bindemittel (i.a. Portlandzement) und Wasser sowie eventuell Zusatzmittel und Zusatzstoffe.Durch intensives Vermischen dieser Komponenten in einem abgestimmten Verhältnis zueinander entsteht ein giessfähiger und damit beliebig formbarer Brei, der in diesem Zustand als Frischbeton bezeichnet wird. DieMöglichkeit, den Beton auf der Baustelle ohne allzu grosse Schwierigkeiten in eine Schalung von praktisch beliebiger Form und Abmessung zu bringen, hat wesentlich dazu beigetragen, dass dieser Baustoff eine so weiteVerbreitung gefunden hat.Nach dem Einbringen des Frischbetons in die Schalung und nach dem Verdichten dieses Frischbetons bindet der Zement infolge einer chemischen Reaktion des Bindemittels mit dem Anmachwasser ab und erhärtet dabei auchunter Wasser. Eine Zufuhr von Luft ist für den Bindevorgang nicht nötig. Da der Zement die einzelnen Kies- und Sandkörner gleichmässig umgibt, entsteht so eine Art Kunststein bei dem das Kies-Sandgemisch das Korngerüstdarstellt und der erhärtete Zementbrei, der sogenannte Zementstein, als Haftmittel das Korngerüst zusammenhält.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 37Gesteinskörnungen

Gesteinskörnungen



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 38Zusatzmittel und Zusatzstoffe

Mit Zusatzmitteln werden hauptsächlich die folgenden Eigenschaften des Betons verbessert:

• Konsistenz: Zusätze sollen die Verarbeitbarkeit günstig beeinflussen, ohne dass derWasserzementwert verändert wird. Hierzu werden dem Beton Fliessmittel zugesetzt.

• Abbinde-Anfang: Der Beginn des Abbindeprozesses soll beschleunigt werden durch dieZugabe von Beschleunigern.

• Abbinde-Ende: Damit soll der Abbindeprozess, insbesondere das Erhärten des Betons,hinausgeschoben werden, so dass eine längere Verarbeitungszeit zur Verfügung steht. Diehierfür verwendeten Mittel heissen Verzögerer.

• Frostbeständigkeit: Zur Erhöhung der Frostbeständigkeit eines Betons werden künstlichLuftporen eingebaut. Die dazu eingesetzten Mittel heissen daher Luftporenmittel.

• Frostschutz: Wenn im Winter oder auf Hochgebirgsbaustellen gearbeitet werden muss, dannkann es sinnvoll sein, dem Gefrieren des Frischbetons durch den Einsatz einesFrostschutzmittels entgegenzuwirken.

• Wasserdichtheit: Zur Verbesserung der Wasserundurchlässigkeit werden Dichtungsmittelzugesetzt.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 39Zusatzmittel und Zusatzstoffe

Unter Betonzusatzstoffen versteht man im Allgemeinen feinkörnige Mineralien, welche ebenfallseingesetzt werden, um bestimmte Betoneigenschaften ganz gezielt zu verändern.

Folgende Eigenschaften können mittels Zusatzstoffen beeinflusst werden:

• Verarbeitbarkeit des Frischbetons

• mechanische Eigenschaften des Festbetons

• Dichtigkeit des Festbetons

• Verminderung der Wärmeentwicklung beim Abbinden.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 40Festigkeiten des Festbetons

Bruchbild eines Betonwürfels

Da in einem Bauteil normalerweise keine Reibung wirksam ist und damit die Querdehnung des Betons nicht behindert wird, darf nicht mit der Würfeldruckfestigkeit als der massgebenden Festigkeit gerechnet werden, welcheüblicherweise ohne Aufhebung der Reibung zwischen Prüfmaschine und Probekörper ermittelt wird. Somit kann gefolgert werden, dass die massgebende Betondruckfestigkeit die Zylinderdruckfestigkeit ƒc ist, wobei folgenderZusammenhang zwischen der Würfeldruckfestigkeit ƒcw und der Zylinderdruckfestigkeit ƒc besteht: ƒc! ƒcw . Die entsprechenden Werte sind in der Tabelle (nächste Folie) dargestellt.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 41Festigkeiten des Festbetons

Druck- und Zugfestigkeiten von Beton nach Norm SIA 262



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 42Festigkeit des Festbetons

Festigkeitsentwicklung des Betons

Der Hydratationsvorgang des Zementes ist ein Prozess, der sich über Jahre hinweg abspielen kann. Deshalb ist es auch nicht erstaunlich, dass die Festigkeiten des Betons von der Zeit abhängige Grössen sind. Dabei spielen aberauch noch die Lagerungsbedingungen, die Temperatur und die Umgebungsfeuchtigkeit eine ausschlaggebende Rolle. Üblicherweise werden die Festigkeitswerte auf ein. Betonalter von 28 Tagen bezogen. Alle Normangaben überdie Festigkeiten des Betons beziehen sich auf dieses Alter.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 43Bezeichnung der Betonsorten

Bezeichnung der Betonsorten

Die Expositionsklasse (X) sagt aus, unter welchen Umwelteinflüssen der Beton eingesetzt werden soll. Dabei steht 0 für extrem harmlose Umwelteinflüsse, C für Karbonatisierungsrisiko, D für Chlorideinwirkung (Tausalz,Chlor), F für Frosteinwirkung und A für Angriffe durch natürliche Böden und Grundwasser. Die einzelnen Buchstaben werden ergänzt durch eine Zahl von 1 bis 4, welche Auskunft über den Grad der entsprechendenEinwirkung gibt.Bei der Konsistenz wird ein physikalisches Mass (in mm) des Frischbetons angegeben, welches mittels einer normierten Prüfung ermittelt wird. Dabei steht F für das Ausbreitmass; S für das Setzmass und c für dasVerdichtungsmass. Mit zunehmender Zahl nimmt die Fliessfähigkeit des Frischbetons zu, d.h. die Verarbeitbarkeit wird verbessert.



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 44Verformung des Betons

Verformung des Betons



prof. schwartz Tragwerksentwurf III 45Schalung und Oberflächenbeschaffenheit von Sichtbeton

Verformung des Betons




Trägerschalung Typ „Doka“ (links) und Rahmenschalung Typ „Peri“ (rechts)


Folie Nummer 47



Deckenschalung


Folie Nummer 48



Schalungstypen


Folie Nummer 49



Oberflächenbeschaffenheit des Sichtbetons in Abhängigkeit der Schalungsoberfläche


Folie Nummer 50



Nachbearbeitete Sichtbetonoberflächen: ausgewaschen, sandgestrahlt, gestockt, scharriert, poliert

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