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Österreichische Innovation

22.11.2004

Aus flachen Scheiben werden binnen einer Stunde Kuppeln, Konstruktionen bis zur doppelten Größe des Petersdoms möglich sein.

Einsparungen von mehr als 50 Prozent beim Bau von Kuppeln und neue architektonische Möglichkeiten soll eine österreichische Innovation im Betonbau eröffnen, die am Institut für Tragkonstruktionen der Technischen Universität Wien entwickelt wurde – mit Unterstützung der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie (VÖZ), des Güteverbands Transportbeton (GVTB) und des Verbands österreichischer Beton- und Fertigteilwerke (VÖB). Nebenbei eignet sich diese „Schalen-Technologie“ für High-Tech-Kuppeln aus Eis für Events und als Saison-Attraktion von Wintersportorten.
Nach Versuchen an der TU Wien wurde die Betonschalentechnik kürzlich im Rahmen einer Live-Demonstration in Klosterneuburg erstmals im Großformat angewandt. Aus flachen Eis- und Betonscheiben entstanden dabei innerhalb von jeweils einer Stunde Kuppeln mit einem Durchmesser bis zu 15 Metern und einer Höhe bis zu drei Metern.

Renaissance des Kuppelbaues möglich
Bisher mussten Kuppeln in einer entsprechend geformten Schalung, die genau den Hohlraum der Kuppelkonstruktion frei lässt, betoniert werden. Das kostet enorm viel Zeit und Geld. „Kuppeln sind daher in der modernen Architektur selten geworden“, erklärt Univ. Prof. Dr. Johann Kollegger, an dessen Institut die neue Technik entwickelt wurde. Die bereits zum Patent angemeldete neue österreichische Kuppelbaumethode von Univ. Prof. Dr. Kollegger und DI Clemens Preisinger ermöglicht es, aus einer dünnen, flachen Scheibe Beton mit Stahlbewehrung Kuppeln mit einem Durchmesser von bis zu 80 Metern zu formen. Damit soll eine Renaissance des Kuppelbaues in der modernen Architektur, die auf Kuppeln weitgehend verzichtete, in naher Zukunft möglich werden. Mit Glasfasergewebe verstärkte Kuppeln aus Eis können einen Durchmesser von bis zu 30 Metern erreichen. Bunt eingefärbt und beleuchtet könnten diese transparenten Kuppeln zur Attraktion von Winter-Events werden.

Spitzentechnologie „made in Austria“
Weniger um Events als um eine echte technologische Innovation geht es der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie, die Kolleggers Entwicklung gefördert hat. „Mit dieser Unterstützung nehmen wir unsere Verantwortung für die technologische Entwicklung der Betonbauweise wahr“, erklärt DI Felix Friembichler, Geschäftsführer der Vereinigung der Österreichischen Zementindustrie (VÖZ). Friembichler: „Wie im Straßen- und Tunnelbau sind österreichische Ingenieure auch im Hochbau Weltspitze. Die Schalentechnologie für Kuppeln ermöglicht sensationelle neue Bauwerke aus leichten und hochfesten Materialien zu einem konkurrenzlos günstigen Preis. Dieses Know-how sichert nicht nur die Wettbewerbsfähigkeit unserer Unternehmen, sondern in weiterer Folge auch hoch qualifizierte Arbeitsplätze für die AbsolventInnen der verschiedenen Ausbildungswege im Baubereich.“

Angewandte Geometrie biegt Beton und Eis
Das Patentrezept der Schalentechnologie basiert auf angewandter Geometrie. Eine flache Scheibe wird ähnlich einer Torte in Segmente unterteilt. Die einzelnen Betonsegmente der Scheibe sind mit Bewehrungsstahl verstärkt, damit sie beim Biegen nicht bersten. Zwischen den Betonsegmenten sind Hartschaumkeile eingelegt, die sich ausgehend vom Rand nach innen immer mehr verengen und eine Länge von etwa zwei Drittel des Radius der Scheibe haben. Beim Betonieren der Scheibe wird der Beton im Bereich der Hartschaumkeile ausgespart.
Am Rand der künftigen Kuppel ist eine so genannte „Spanndrahtlitze“ eingelegt. Dabei handelt es sich um ein Stahlseil von 16 Millimeter Durchmesser, das beweglich in einem Kunststoffrohr liegt. Kollegger: „Die Vorbereitungen für den Kuppelbau dauern rund eine Woche, dann kann die Kuppel aufgestellt werden.“ Zu diesem Zweck wird die Spanndrahtlitze hydraulisch zusammengezogen und gleichzeitig die Kuppelmitte angehoben. Das kann beispielsweise durch einen Luftpolster geschehen, der unter der Scheibe liegt. Im Versuch war die Zugkraft an der Spanndrahtlitze anfangs sieben Tonnen, zum Schluss, als die Kuppelform erreicht war, aber nur noch eine Tonne. Kollegger: „Werden größere Kuppeln gebaut, nimmt man einfach zwei oder drei Spanndrahtlitzen.“

Leichte Bauweise, hohe Belastbarkeit
Durch die Zugkraft am Rand und die Hebekraft in der Mitte stellt sich die vorher flache Scheibe zu einer perfekten Kuppel auf. Diese wird umso gleichmäßiger, je öfter die Scheibe in Segmente unterteilt wird. Pro fünf Meter Durchmesser der Scheibe beträgt die spätere Kuppelhöhe 90 Zentimeter. Die Dicke der benötigten Betonscheibe für eine Kuppel mit zehn Meter Durchmesser beträgt lediglich vier Zentimeter. Kollegger: „Damit spart man insgesamt enorm Zeit und Aufwand und hat dennoch eine äußerst tragfähige Konstruktion. Bei Versuchen an der TU Wien hielt eine 5-Meter-Kuppel aus Beton mit einer Dicke von lediglich zwei Zentimetern einer Last von 1500 Kilo stand, ohne sich nennenswert zu verformen.“

Serienreif
Mit der Demonstration im großen Maßstab in Klosterneuburg hat die neue Kuppeltechnologie die „Serienreife“ erreicht. Eine erste Eiskuppel für einen Event wird voraussichtlich noch diesen Winter entstehen. Bei Architekten und Bauingenieuren herrscht großes Interesse für den Einsatz im Hochbau. „Erste Einsatzmöglichkeiten wären beispielsweise Veranstaltungshallen oder weit überdachte Gebäude in völlig neuem Design, die mit ihren Kuppeln von bis zu 80 Metern bisher gewohnte Größenvorstellungen sprengen“, erklärt Kollegger. Zum Vergleich: Die Kuppel des Petersdoms in Rom hat einen Durchmesser von 42,34 Metern.
Ein Input wie die Kuppelbauweise eröffnet ganz neue Möglichkeiten für den intelligenten Einsatz von Beton. DI Felix Friembichler: „Die sensationelle Innovation der Kuppelherstellung nach dem Verfahren Kolleggers beweist einmal mehr, wie notwendig und sinnvoll universitäre Forschung und Entwicklung ist. Österreich hat damit einen technologischen Vorsprung für mehrere Jahre, der nicht so leicht einzuholen ist. Die praxisgerechte Aufbereitung dieser tollen Idee ist mit aller Vehemenz voranzutreiben. Wir können uns gut vorstellen, das Projekt bis zur Markteinführung zu begleiten.“

Hansjörg Preims

Autor/in:
Redaktion Bauzeitung
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