Wiederverwendbare flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen

Für die Herstellung großformatiger dünnwandiger Schalentragwerke bedarf es geeigneter Schalungssysteme, die eine frei geformte Geometrie, eine erhöhte Wiederverwendbarkeit sowie eine glatte Sichtbetonqualität der Elemente ohne Fehlstellen (Architekturbeton) in Kombination mit einer hohen Produktivität gestatten [1]. Derzeit ist die Herstellung frei geformter Beton-Leichtbauelemente sowohl mit einem erheblichen Material- und Montageals auch Kostenaufwand verbunden [2]–[4]. Zu üblichen Schalungstechniken zählen konventionell segmentierte Holz- und Stahlsysteme, pneumatisch gestützte und modellierte Schalungen sowie deren Kombinationen. Für einfach verformbare Schalungssysteme sind dazu einige Patente angemeldet worden, z. B. [5]–[7]. Aktuelle Forschungen (wie bspw. [8]–[11]) beschäftigen sich weiterhin mit flexiblen Schalungssystemen, die über zahlreiche einstellbare Aktuatoren frei formbare Flächen mit zumeist polymeren Schalhäuten erzeugen.For the production of large-size concrete shell structures with thin walls, it is necessary to provide formwork systems, which permit freely formed geometries, enhanced reusability and smooth, fair-faced concrete quality of the elements without defects (architectural concrete) in combination with high productivity [1]. Currently, the production of lightweight, freeformed concrete elements is characterized by high material and installation eff orts as well as costs [2]–[4]. Common formwork techniques include segmented systems made of wood or steel, pneumatically supported and modelled formworks as well as combinations thereof. There are some pending patents on simply deformable formwork systems, e.g. [5]–[7]. Furthermore, recent research activities encompass flexible formwork systems, which generate free-form areas with the help of numerous adjustable actuators and polymer membranes [8]–[11]

Gekrümmte Beton-Leichtbauelemente mit bionisch inspirierten Krafteinleitungssystemen durch Einsatz flexibler GFK-Schalungen

Die Architektur des 21. Jahrhunderts ist geprägt von der freien Formfindung, wobei Ressourceneinsparung in Kombination mit Funktionsintegration immer stärker in den Fokus effizienter Bauweisen rücken. Klassische Werkstoffe, wie z. B. Stahlbeton, stoßen hinsichtlich organischer Formen und Funktionalisierung schnell an ihre Grenzen. Darüber hinaus sind beim Stahlbeton aufgrund der Korrosionsneigung der Stahlbewehrung hohe Betonüberdeckungen gefordert, was der Umsetzung filigraner Bauweisen mit geringen Dicken entgegensteht (s. etwa [1], [2]). Daher ist die Erforschung von neuartigen Betonstrukturen mit Leichtbaueigenschaften unter Anwendung von textilen Bewehrungen seit einigen Jahren Gegenstand intensiver wissenschaftlicher Arbeiten, z. B. in den DFG-SFB 528 und 532, im BMBF-Vorhaben C³ und zahlreichen internationalen Projekten, z. B. [1], [3]–[5]). [Aus: Ausgangsfragen und Zielsetzung]The architecture of the 21st century is characterized by free form finding, whereby saving resources in combination with functional integration are increasingly important for efficient construction methods. Classic materials, such as steel reinforced concrete, quickly reach their limits in terms of organic shapes and functionalization. In addition, due to the corrosion tendency of the steel reinforcement, high concrete coverings are required, which prevents the implementation of filigree construction methods with small thicknesses (see e.g. [1], [2]). Therefore, the research of new types of concrete structures with lightweight properties using textile reinforcement has been the subject of intensive scientific work for some years, e.g. DFG–SFB 528 and 532, BMBF project C³ and numerous international projects, e.g. [1], [3]–[5]). [Off: Initial questions and objectives

Flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit stabilisierten Abstandsgewirken

Zur effizienten Fertigung gekrümmter Freiformschalen mit großen Abmessungen wurde ein neuer konstruktiv-technologischer Lösungsansatz in Form eines flexibel formbaren, mehrschichtigen Schalungssystems aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) erarbeitet. Diese GFK-Schalungselemente gestatten unter Ausnutzung ihres anisotropiebedingten Strukturverhaltens eine gezielte Einstellung von definierten Krümmungszuständen. In umfassenden Untersuchungen zum Systemaufbau der entwickelten GFK-Schalungen und Beton-Leichtbauelemente mit stabilisierten Abstandsgewirken wurden repräsentative, gekrümmte Freiformflächen mit verschiedenen Krümmungsradien entworfen, numerisch berechnet, hergestellt sowie die Konturengenauigkeit und die belastungsgerechte Integration der Gewirke verifiziert

Wiederverwendbare flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen

Für die Herstellung großformatiger dünnwandiger Schalentragwerke bedarf es geeigneter Schalungssysteme, die eine frei geformte Geometrie, eine erhöhte Wiederverwendbarkeit sowie eine glatte Sichtbetonqualität der Elemente ohne Fehlstellen (Architekturbeton) in Kombination mit einer hohen Produktivität gestatten [1]. Derzeit ist die Herstellung frei geformter Beton-Leichtbauelemente sowohl mit einem erheblichen Material- und Montageals auch Kostenaufwand verbunden [2]–[4]. Zu üblichen Schalungstechniken zählen konventionell segmentierte Holz- und Stahlsysteme, pneumatisch gestützte und modellierte Schalungen sowie deren Kombinationen. Für einfach verformbare Schalungssysteme sind dazu einige Patente angemeldet worden, z. B. [5]–[7]. Aktuelle Forschungen (wie bspw. [8]–[11]) beschäftigen sich weiterhin mit flexiblen Schalungssystemen, die über zahlreiche einstellbare Aktuatoren frei formbare Flächen mit zumeist polymeren Schalhäuten erzeugen.For the production of large-size concrete shell structures with thin walls, it is necessary to provide formwork systems, which permit freely formed geometries, enhanced reusability and smooth, fair-faced concrete quality of the elements without defects (architectural concrete) in combination with high productivity [1]. Currently, the production of lightweight, freeformed concrete elements is characterized by high material and installation eff orts as well as costs [2]–[4]. Common formwork techniques include segmented systems made of wood or steel, pneumatically supported and modelled formworks as well as combinations thereof. There are some pending patents on simply deformable formwork systems, e.g. [5]–[7]. Furthermore, recent research activities encompass flexible formwork systems, which generate free-form areas with the help of numerous adjustable actuators and polymer membranes [8]–[11]

Interactive sandwich facade made of renewable resources

This paper reports about the development and implementation of a free forming facade system, consisting of biobased sandwich elements. The build-up of the sandwich contains face sheets from natural fibre reinforced polymer (NFRP), using biobased epoxy resin and flax fibres, and a stuck cardboard core structure. Furthermore a formwork system was designed enabling biobased sandwich elements to be produced with special needs according to efficiency and architectural design. As a result, the biobased and sustainable sandwich elements exhibit low system weight, high sound reduction and sufficient load capacity for the use of facade elements. Additionally LED-stripes were integrated for illuminating the facade elements. Because of the regular pattern of the stuck cardboard core and the translucent face sheet laminates the facade works like a screen on which each created pixel can be controlled in rgb-colours. Therefore an area of 10 m x 5 m biobased sandwich facade with 25 elements is planned as a reference object in Chemnitz, forming a facade with 100 x 48 pixels. In summary the illuminated biobased sandwich elements produced with an efficient technology of production and with the use of renewable resources can replace extensively 3D-formed customary facade systems

Wiederverwendbare flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen

Für die Herstellung großformatiger dünnwandiger Schalentragwerke bedarf es geeigneter Schalungssysteme, die eine frei geformte Geometrie, eine erhöhte Wiederverwendbarkeit sowie eine glatte Sichtbetonqualität der Elemente ohne Fehlstellen (Architekturbeton) in Kombination mit einer hohen Produktivität gestatten [1]. Derzeit ist die Herstellung frei geformter Beton-Leichtbauelemente sowohl mit einem erheblichen Material- und Montageals auch Kostenaufwand verbunden [2]–[4]. Zu üblichen Schalungstechniken zählen konventionell segmentierte Holz- und Stahlsysteme, pneumatisch gestützte und modellierte Schalungen sowie deren Kombinationen. Für einfach verformbare Schalungssysteme sind dazu einige Patente angemeldet worden, z. B. [5]–[7]. Aktuelle Forschungen (wie bspw. [8]–[11]) beschäftigen sich weiterhin mit flexiblen Schalungssystemen, die über zahlreiche einstellbare Aktuatoren frei formbare Flächen mit zumeist polymeren Schalhäuten erzeugen.For the production of large-size concrete shell structures with thin walls, it is necessary to provide formwork systems, which permit freely formed geometries, enhanced reusability and smooth, fair-faced concrete quality of the elements without defects (architectural concrete) in combination with high productivity [1]. Currently, the production of lightweight, freeformed concrete elements is characterized by high material and installation eff orts as well as costs [2]–[4]. Common formwork techniques include segmented systems made of wood or steel, pneumatically supported and modelled formworks as well as combinations thereof. There are some pending patents on simply deformable formwork systems, e.g. [5]–[7]. Furthermore, recent research activities encompass flexible formwork systems, which generate free-form areas with the help of numerous adjustable actuators and polymer membranes [8]–[11]

An application of asymmetrical glass fibre-reinforced plastics for the manufacture of curved fibre reinforced concrete

There was developed a novel technological and constructive approach for the low-cost production of curved freeform formworks, which allow the production of single and double-curved fibre reinforced concrete. The scheduled approach was based on a flexible, asymmetrical multi-layered formwork system, which consists of glass-fibre reinforced plastic (GFRP). By using of the unusual anisotropic structural behavior, these GFRP formwork elements permitted a specific adjustment of defined curvature. The system design of the developed GFRP formwork was examined exhaustively. There were designed, numerically computed and produced prototypical curved freeform surfaces with different curvature radii. The fibre reinforced concrete had a compressive strength of 101.4 MPa and a 3-point bending tensile strength of 17.41 MPa. Beyond that, it was ensured that the TRC had a high durability, which has been shown by the capillary suction of de-icing solution and freeze thaw test with a total amount of scaled material of 874 g/m² and a relative dynamic E-Modulus of 100% after 28 freeze-thaw cycles

An application of asymmetrical glass fibre-reinforced plastics for the manufacture of curved fibre reinforced concrete

There was developed a novel technological and constructive approach for the low-cost production of curved freeform formworks, which allow the production of single and double-curved fibre reinforced concrete. The scheduled approach was based on a flexible, asymmetrical multi-layered formwork system, which consists of glass-fibre reinforced plastic (GFRP). By using of the unusual anisotropic structural behavior, these GFRP formwork elements permitted a specific adjustment of defined curvature. The system design of the developed GFRP formwork was examined exhaustively. There were designed, numerically computed and produced prototypical curved freeform surfaces with different curvature radii. The fibre reinforced concrete had a compressive strength of 101.4 MPa and a 3-point bending tensile strength of 17.41 MPa. Beyond that, it was ensured that the TRC had a high durability, which has been shown by the capillary suction of de-icing solution and freeze thaw test with a total amount of scaled material of 874 g/m² and a relative dynamic E-Modulus of 100% after 28 freeze-thaw cycles

Flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit stabilisierten Abstandsgewirken

Die Herstellung mehrfach gekrümmter großflächiger Tragwerke aus Beton erfordert komplexe Schalungskonstruktionen, die in der Regel material- und kostenaufwändig sind [2]. Durch die im Projekt durchgeführte Entwicklung und Erprobung von flexiblen Strukturen aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) für den Schalungsbau in Kombination mit dem Einsatz von textilverstärktem Beton sollten diese Defizite behoben werden. [Aus: Ausgangsfragen und Zielsetzung]The practical implementation of large-scale curved concrete elements requires complex formwork constructions, which are rather expensive and therefore reach their limits easily [2]. Flexible glass fibre reinforced plastic (GFRP) formwork to produce textile reinforced concrete elements, which was developed and tested within the project, is expected to eliminate those deficits. [Off: Initial question and objective

Flexible GFK-Schalungen zur Herstellung von doppelt gekrümmten Beton-Leichtbauelementen mit stabilisierten Abstandsgewirken

Zur effizienten Fertigung gekrümmter Freiformschalen mit großen Abmessungen wurde ein neuer konstruktiv-technologischer Lösungsansatz in Form eines flexibel formbaren, mehrschichtigen Schalungssystems aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) erarbeitet. Diese GFK-Schalungselemente gestatten unter Ausnutzung ihres anisotropiebedingten Strukturverhaltens eine gezielte Einstellung von definierten Krümmungszuständen. In umfassenden Untersuchungen zum Systemaufbau der entwickelten GFK-Schalungen und Beton-Leichtbauelemente mit stabilisierten Abstandsgewirken wurden repräsentative, gekrümmte Freiformflächen mit verschiedenen Krümmungsradien entworfen, numerisch berechnet, hergestellt sowie die Konturengenauigkeit und die belastungsgerechte Integration der Gewirke verifiziert