Integration biegeelastischer Verbundelemente für den überhängenden Beton 3D Druck optimierter tragender Strukturen

Der Forschungsansatz „Hybride CO₂ reduzierter 3D gedruckte Gitterschalen“ ergibt sich aus der Notwendigkeit der Baubranche Verantwortung für den menschengemachten Klimawandel zu übernehmen. Im Rahmen der Bauwende soll hiermit ein entscheidender Beitrag zur ressourcenschonenden Konstruktion von tragenden, überhängenden Dachstrukturen erzielt werden. Mithilfe optimierter Geometrien wie Gitterschalen können über 90% an Bauteilmasse und damit grauer Energie eingespart werden. Der wirtschaftliche Bau dieser Strukturen wird durch eine vollständig digitalisierte Prozesskette, von der Konstruktion und Berechnung bis zur robotischen Fertigung, möglich. Dadurch wird die seit 30 Jahren stagnierende Produktivität im Bauwesen gesteigert sowie durch Kosten- und Zeitersparnis ein Beitrag zum Schaffen bezahlbaren Wohnraums geliefert. Forschungsgegenstand ist die Integration von überhängenden Strukturen, wie bspw. Dächern, in den Beton 3D-Druckprozess. Hierzu wird nach dem Druck der Wände (Stand der Technik) eine Gitterschalenstruktur aus biegeelastischen Carbon- oder Holzlamellen (elastic bending gridshell) aufgelegt. Die elastische Gitterschale kann aus ebenen Streifen mit einem Minimum an Materialaufwand hergestellt werden. Im Verbund mit dem direkt aufgedruckten Aufbeton wird ein finales Tragsystem erreicht, welches hohe Kapazitäten und Steifigkeit für zusätzliche Lasten erzielt. Die Notwendigkeit einer Schalung entfällt. Relevante Ziele sind die Erforschung geeigneter Geometrien mithilfe von Formfindungsverfahren. Die geometrischen Modelle bilden die Grundlage der numerischen Simulationen zur Vorhersage des Tragverhaltens. Mithilfe von Material- und Bauteilversuchen werden die Simulationen validiert. Die robotische Fertigung wird im Labor und in der Praxis mit dem Bau von Prototypen und Demonstratoren erforscht. Die Umwelteinwirkungen werden mithilfe von LCA Analysen belegt. Der Transfer in die Praxis erfolgt mithilfe der Industriepartner und dezidierten Veröffentlichungen.