Table Of ContentMechanik, Werkstoff e und Konstruktion im Bauwesen | Band 58
Sascha Hickert
Fabrik
Formwork
Entwicklung und Bewertung eines
textilen Schalungssystems
Mechanik, Werkstoffe und Konstruktion im
Bauwesen
Band 58
Reihe herausgegeben von
Ulrich Knaack, Darmstadt, Deutschland
Jens Schneider, Darmstadt, Deutschland
Johann-Dietrich Wörner, Darmstadt, Deutschland
Stefan Kolling, Gießen, Deutschland
Institutsreihe zu Fortschritten bei Mechanik, Werkstoffen, Konstruktionen, Gebäudehüllen
und Tragwerken. Das Institut für Statik und Konstruktion der TU Darmstadt sowie das In-
stitut für Mechanik und Materialforschung der TH Mittelhessen in Gießen bündeln die For-
schungs- und Lehraktivitäten in den Bereichen Mechanik, Werkstoffe im Bauwesen, Statik
und Dynamik, Glasbau und Fassadentechnik, um einheitliche Grundlagen für werkstoffge-
rechtes Entwerfen und Konstruieren zu erreichen. Die Institute sind national und internati-
onal sehr gut vernetzt und kooperieren bei grundlegenden theoretischen Arbeiten und
angewandten Forschungsprojekten mit Partnern aus Wissenschaft, Industrie und Verwaltung. Die
Forschungsaktivitäten finden sich im gesamten Ingenieurbereich wieder. Sie umfassen die
Modellierung von Tragstrukturen zur Erfassung des statischen und dynamischen Verhaltens,
die mechanische Modellierung und Computersimulation des Deformations-, Schädigungs-
und Versagensverhaltens von Werkstoffen, Bauteilen und Tragstrukturen, die Entwicklung
neuer Materialien, Produktionsverfahren und Gebäudetechnologien sowie deren Anwendung
im Bauwesen unter Berücksichtigung sicherheitstheoretischer Überlegungen und der
Energieeffizienz, konstruktive Aspekte des Umweltschutzes sowie numerische Simulationen
von komplexen Stoßvorgängen und Kontaktproblemen in Statik und Dynamik.
Weitere Bände in der Reihe http://www.springer.com/series/13824
Sascha Hickert
Fabrik Formwork
Entwicklung und Bewertung eines
textilen Schalungssystems
Sascha Hickert
FB Bau-und Umweltingenieurwissenschaften
TU Darmstadt, Darmstadt, Deutschland
Vom Fachbereich 13 – Bau- und Umweltingenieurwissenschaften der Technischen Universität
Darmstadt zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte
Dissertation von Sascha Hickert aus Soest 1. Gutachten: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Knaack 2. Gutachten:
Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Kolling Tag der Einreichung: 03.10.2019 Tag der mündlichen Prüfung:
19.12.2019 Darmstadt 2020 D17
ISSN 2512-3238 ISSN 2512-3246 (electronic )
Mechanik, Werkstoffe und Konstruktion im Bauwesen
ISBN 978-3-658-31923-6 ISBN 978-3-658-31924-3 (eBook )
https://doi.org/10.1007/978-3-658-31924-3
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte
bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
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„…Beton ist gegossener Fels.
Er ist im wahrsten Sinn felsenfest […]
Und nun das Wunder: Beton ist am Anfang flüssig!
Nicht wie Magma nur bei einigen tausend Grad Hitze und großen Druck,
nicht wie Metall nur im Hochofen.
Nein bei normaler Raumtemperatur. […]
Das wohl Faszinierendste aber ist: Er kann jede Form annehmen.
Es ist mir heute noch ein völliges Rätsel, warum 99,9 % des Betons nur in Form von
Balken, von Platten oder von anderen kubischen Gestalten verwendet werden. […]
Obwohl wir in der Natur von ausschließlich organischen Formen umgeben sind,
sind wir nicht oder nicht mehr in der Lage,
uns der organischen Formen zu bedienen…“ Heinz Isler (1926 - 2009)
Isler, H.: Moderner Schalenbau. In: Arcus 18: Zum Werk von Felix Candela – Die Kunst
der leichten Schalen. Köln : Verlagsgesellschaft Rudolph Müller, 1992, S. 50.
Danke
Kurzfassung
Ziel dieser Arbeit ist es ein Schalungssystem zu entwickeln bzw. eine neuartige Scha-
lungsmethode vorzustellen, die es erlaubt, auch geometrisch komplexere konstruktive
Bauteile herzustellen, die bisher nicht bzw. nur mit erheblichem Material- und Ressour-
cenaufwand herzustellen waren. Etablierte Schalungssysteme weisen ein meist rigides,
wenig duktiles Verformungsverhalten auf, was den Wunsch nach individuellen Bauteil-
konturen stark einschränkt. Gleichermaßen steht aber auch das Ausgangsmaterial, Be-
wehrung und Frischbeton, im Verhältnis zur Ausführung der Schalung. In einer Grundla-
genanalyse wurden etablierte Baustoffe beschrieben, um einzelne Materialparameter wie
die Fließfähigkeit (Konsistenzbereiche des Frischbetons) ohne Heraufsetzen des Wasser-
zementwertes beeinflussen zu können.
Weiter wurde eine umfängliche Untersuchung zu etablierten und experimentellen Scha-
lungsmethoden durchgeführt, die aufzeigte, dass selbst nach einigen Rationalisierungs-
maßnahmen an Systemschalungen das Schalen zwar vereinfacht, allerdings aufgrund
systembedingter, eingeschränkter Anpassungsfähigkeit eine Kostensenkung durch Zeit-
ersparnis und eine daraus resultierende Lohnsenkung (Lohnkosten pro Quadratmeter
Schalung) nur bedingt erreicht wurde. Schalungsarbeiten sind nach wie vor handwerklich
dominiert. Um ein neuartiges Schalungssystem zu entwickeln, galt es allgemeine Anfor-
derungen an Schalungssysteme und Ergebnisse der Evaluation der Vor- und Nachteile
bestehender etablierter Schalungsverfahren mit in die Entwicklung einfließen zu lassen.
Als Ausgangspunkt zum Entwurf der einzelnen, textilgeschalten Bauteile stand die
Grundlagenermittlung der konstruktiven Bauteile. Die Einflussparameter, die nach nor-
mativen Anforderungen der Bemessungsgrundlagen im direkten Verhältnis zur Schalung
stehen, flossen in die Entwurfsphase mit ein und wurden verwendet, um eine möglichst
hohe Effektivität des Betonbauteils zu gewährleisten.
Um eine Vergleichbarkeit der textilen Schalung gegenüber etablierten Verfahren zu ge-
währleisten, wurden Parameter aus unterschiedlichen, am Bau beteiligten Disziplinen
identifiziert. Mit diesen identifizierten und definierten Parametern wurden die entwickel-
ten textilen Schalungen in einem weiteren Schritt mit den etablierten Schalungssystemen
der jeweiligen Bauteile verglichen und bewertet.
Zu einzelnen Bewertungsparametern wurde, je nach konstruktivem Bauteil, eine zusätz-
liche Gewichtung impliziert, um ein genähertes, anwendungsorientiertes Ergebnis zu
gewährleisten. Dies liegt begründet in den Einsatzbedingungen der jeweiligen Bauteile.
Das Ergebnis dieser Bewertung zeigt die Potenziale und möglichen Einsatzgebiete der
textilen Schalung auf.
Abstract
The aim of this work is to develop a formwork system or to present a new formwork
method that allows the production of geometrically more complex structural components
than could hitherto be produced or could only be produced with considerable material and
resource input. Established formwork systems show a mostly rigid, less ductile deforma-
tion behaviour, which strongly limits the desire for individual component contours. How-
ever, the starting material, reinforcement and fresh concrete, are also in proportion to the
design of the formwork. In a basic analysis, established building materials were described
so that individual material parameters such as the flowability (consistency ranges of the
fresh concrete) can be influenced without increasing the water/cement ratio.
Furthermore, a comprehensive investigation of established and experimental formwork
methods was carried out which showed that even after some rationalisation measures on
system formwork, the formwork was simplified, but due to system-related, limited adap-
tability, a cost reduction through time savings and a resulting wage reduction (wage costs
per square metre of formwork) was only achieved to a limited extent. Formwork work is
still dominated by craftsmanship. In order to develop an innovative formwork system,
general requirements for formwork systems and results of the evaluation of the advanta-
ges and disadvantages of existing established formwork methods had to be incorporated
into the development.
The starting point for the design of the individual, textile-switched components was the
basic determination of the constructive components. The influencing parameters, which
are directly related to the formwork according to the normative requirements of the de-
sign basis, flowed into the design phase and were used to ensure the highest possible
effectiveness of the concrete component.
In order to ensure comparability of the textile formwork with established methods, para-
meters from different disciplines involved in the construction were identified. With these
identified and defined parameters, a further step was to compare and evaluate the deve-
loped textile formwork with established formwork systems of the respective components.
Depending on the structural component, additional weighting was implied for individual
evaluation parameters in order to guarantee an approximate, application-oriented result.
This is due to the operating conditions of the respective components. The result of this
evaluation shows the Potenzials and possible fields of application of the textile formwork.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Motivation 1
1.2 Problemstellung und Zielsetzung 3
1.3 Aufbau der Arbeit 7
2 Grundlagen 11
2.1 Betontechnologie 11
2.2 Auswahl moderner Betonsorten 21
2.3 Sichtbeton und Schalhaut 28
2.4 Sichtbeton als Gestaltungsmerkmal 36
3 Bauwerksgeometrie und deren Schalungsmethoden 43
3.1 Geometriestudie angewandter Radien auf dem Bausektor 43
3.2 Schalungssysteme 52
3.2.1 Einteilung der Schalungssysteme 52
3.2.2 Deckenschalungen 55
3.2.3 Wandschalungen 61
3.2.4 Stützenschalung, Säulenschalung 65
3.2.5 Unterzugschalungen 71
3.2.6 Pneumatische Schalung 73
3.2.7 Freiformschalungen 74
3.2.8 Experimentelle Schalungen 77
4 Textilien 85
4.1 Entwicklung des textilen Schalungsbaus 85
4.2 Einteilung und Herstellung textiler Flächengebilde 98
4.3 Textilversuche 108
