Eine Betonkuppel zum Aufblasen

Große Schalenbauten aus Beton oder Stein werden heute kaum noch errichtet. Das liegt daran, dass man für den Bau von Kuppeln normalerweise aufwändige, teure Stützkonstruktionen aus Holz benötigt. An der TU Wien wurde nun allerdings ein neues Bauverfahren entwickelt, das ganz ohne Holzgerüst auskommt: Eine Betonplatte wird flach am Boden ausgehärtet, danach bläst man einen Luftpolster unter der Betonplatte auf, und der Beton krümmt sich in kurzer Zeit zu einer belastbaren, stabilen Schale. Ganze Veranstaltungshallen kann man in diesem Verfahren bauen.

Die fertig gekrümmte Betonkuppel. Auf den Aspanggründen in Wien wurde ein Kuppelgebäude mit dieser neuen Technik errichtet / Bild: © TU Wien

"Man kann sich das so ähnlich vorstellen wie eine Orangenschale, die man regelmäßig einschneidet, und dann flach auf dem Tisch ausbreitet", sagt Prof. Johann Kollegger. "Wir machen es eben umgekehrt, wir beginnen in der Ebene und stellen daraus eine gekrümmte Schale her." Johann Kollegger und Benjamin Kromoser (beide vom Institut für Tragkonstruktionen, TU Wien) entwickelten die neue Schalenbautechnik, die nun in den Aspanggründen in Wien mit großem Erfolg getestet wurde.

Die "Pneumatic Wedge Methode"

Zunächst wird mit gewöhnlichem Beton eine ebene Betonfläche gegossen. Dabei muss die geometrische Form genau stimmen: Die Platte ist in mehrere Segmente unterteilt. Abhängig von der Form, die letztendlich entstehen soll, müssen bei der Herstellung der Betonfläche genau passende keilförmige Stücke ausgespart werden.

Wenn die Betonplatte ausgehärtet ist, wird ein darunterliegender Pneu aus zwei miteinander verschweißten Kunststoffolien aufgepumpt. Gleichzeitig wird ein außen um die Betonplatte verlaufendes Stahlseil zusammengezogen, sodass der Beton innen gehoben und außen zusammengedrückt wird. Um sicherzustellen, dass sich alle Teile der Betonplatte gleichmäßig heben, sind die Segmente der Betonplatte mit Metallschienen verbunden. Im Experiment an der TU Wien war dieser Arbeitsschritt nach etwa zwei Stunden abgeschlossen, die Betonschale hatte dann eine Innenhöhe von 2,90 m.

Während sich der Beton verbiegt, entstehen unzählige kleine Risse - doch für die Stabilität der Schale ist das kein Problem. "Man kennt das ja von alten Steinbögen", erklärt Johann Kollegger. "Wenn die Form stimmt hält jeder Stein den anderen fest und die Konstruktion hält." Am Ende wird das Bauwerk noch verputzt, danach hält es genauso großen Belastungen stand wie eine auf herkömmliche Weise errichtete Kuppel.

Betonkuppel Anwendungsmöglichkeit: Brücke / Bild: © TU Wien

Neue Methode bietet vielfältige architektonische Möglichkeiten

"Wir haben uns ganz bewusst dafür entschieden, nicht bloß eine einfache, rotationssymmetrische Halbkugel zu bauen", erklärt Benjamin Kromoser. "Unser Bauwerk ist langgezogen, sie lässt sich geometrisch gar nicht so leicht beschreiben. Damit wollten wir beweisen, dass sich mit unserer Technik auch komplexere Freiformen herstellen lassen." In der Architektur spielen spielerische freie Formen heute eine wichtige Rolle. Durch eine sorgsame Planung der Betonplatte und des aufblasbaren Pneus ist bei der "Pneumatic Wedge Methode" eine große Vielfalt von Formen möglich.

"Kuppeln mit 50 Metern Durchmesser wären auf diese Weise problemlos machbar", sagt Johann Kollegger. Die wahre Herausforderung liegt eher bei komplizierten Formen mit engen Krümmungsradien. Im Versuchslabor an der TU Wien wurde getestet, wie sehr sich Beton im Extremfall mit dieser Methode verformen lässt - lokale Krümmungsradien von bloß drei Metern lassen sich realisieren.

Betonkuppel Anwendungsmöglichkeit: Musik-Pavillon / Bild: © TU Wien

Das Team hofft, dass sich die neue Betonbaumethode nun bald durchsetzt - mit Unterstützung des Forschungs- und Transfersupports der TU Wien wurde die Technik bereits patentiert. Wenn für den Schalenbau keine Holzgerüste mehr notwendig sind, spart das nicht nur viel Zeit und Ressourcen, sondern auch eine Menge Geld: Etwa die Hälfte der Baukosten können durch die Luftpolstertechnik eingespart werden, schätzt Benjamin Kromoser - bei besonders großen Bauten sogar noch mehr.

Weitere Informationen:
www.tuwien.ac.at