Die optimale Lösung der Schnittstelle zwischen Material und Konstruktion unterliegt einer beständigen Entwicklung.
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Aktuelle Werkstoffinnovationen bzw. Entwicklungen in der Bautechnik eröffnen neue Konstruktionsmöglichkeiten. Angesichts umfangreicher Anforderungen an die Ausführung und Eigenschaften von Gebäuden rückt dabei besonders die Ausbildung der Schnittstelle zwischen Konstruktion und Material in den Fokus. Wie verändern neue Werkstoffe die Konstruktionsgrundsätze?
Während im konstruktiven Ingenieurbau, also bei Planung und Ausführung von Brücken, Untertagebauten, Masten oder Rohrleitungen neben der Gewährleistung der Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit vergleichsweise wenige zusätzliche Anforderungen an die Bauteile gestellt werden, ist das Anforderungsprofil an Bauteile und Bauwerke des Hochbaus wesentlich komplexer. Hier kommt es vielfach zu einer funktionalen Trennung von Tragkonstruktion und sonstigen Eigenschaften wie z.B. der Raumabschluss unter den Anforderungen des Wärme-, Brand- und Schallschutzes, des Feuchteschutzes, der Belichtung usw. Waren es bei Vitruv noch drei Anforderungen an Gebäude – Festigkeit (firmitas), Nützlichkeit (utilitas) und Anmut (venustas) – sind mittlerweile einige dazugekommen:
der Gesundheits-, Brand-, Schall- und Wärmeschutz,
die Ressourcenschonung, Kreislauffähigkeit, Dauerhaftigkeit und Umweltverträglichkeit,
die Reparatur- bzw. Austauschfähigkeit, eine geringe Emission und der Einsatz von Sekundärrohstoffen sowie
die Wirtschaftlichkeit.
Konstruktionsgrundsätze modifizieren
Anhand einiger Beispiele erläutert Peter Maydl vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie mit angeschlossener Technischer Versuchs- und Forschungsanstalt (TVFA) an der Technischen Universität Graz, wie aktuelle Entwicklungen in der Bautechnik Konstruktionsgrundsätze beeinflussen:
Mineralische Werkstoffe mit bisher nicht gekannten Festigkeitseigenschaften wie z.B. UHPC (Ultra High Performance Concrete) eröffnen neue Konstruktionsmöglichkeiten und erfordern andere Konstruktionsgrundsätze: Nicht zuletzt aus Kostengründen wird hier geringster Materialverbrauch durch schlanke Querschnitte, analog dem Stahlbau, im Vordergrund stehen, jedoch mit anderen Möglichkeiten der Formgebung.
Integrales, also fugenloses Bauen erfordert eine wesentlich genauere Erfassung des Deformationsverhaltens von Betonbauteilen unter Zwängungsspannungen, als dies bei konventioneller Bemessung der Fall ist.
Neue Verbindungsmittel wie Kleben ermöglichen neue Fügetechniken mit modifizierten Konstruktionsgrundsätzen, wobei auch die spätere Lösbarkeit im Hinblick auf die Kreislauffähigkeit zu bedenken ist.
Life-Cycle-Design
Im Sinne des lebenszyklusoptimierten Bauens und des Bauens im Bestand ist eine intensive Beschäftigung mit dem Alterungsverhalten von Werkstoffen sowie mit den Einflüssen auf die Lebensdauer von Baustoffen unter Berücksichtigung der Umgebungs- und Einbaubedingungen unerlässlich. Auch der künftig zu erwartende vermehrte Einsatz von Sekundärbaustoffen erfordert aufgrund des Vorhandenseins unvermeidlicher Fremdstoffe neue Qualitätssicherungsmaßnahmen, um eine akzeptable Lebensdauer im zweiten oder dritten Kreislauf sicherzustellen.
Hinzu kommt die Bewertung der Zuverlässigkeit von Tragkonstruktionen unter Berücksichtigung von Wartungsplänen und Instandhaltungsmanagement, um die Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit über die geplante Nutzungsdauer hinaus sicherzustellen: z.B.
Referenznutzungsdauer im Sinne der DIN EN 15643-1:2010-12 Nachhaltigkeit von Bauwerken – Bewertung der Nachhaltigkeit von Gebäuden – Teil 1: Allgemeine Rahmenbedingungen oder
ISO 15686-8 Hochbau und Bauwerke - Planung der Lebensdauer - Teil 8: Referenznutzungsdauer und Bestimmung der Nutzungsdauer.