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Sep 14, 2023

ETH Zürich schafft dramatisch konturierte Betonplattendecke

Forscher der Technischen Universität ETH Zürich haben eine tief geriffelte Decke namens HiRes Concrete Slab geschaffen, die ihrer Meinung nach Energie spart und gleichzeitig eine spektakuläre Ästhetik bietet. Die HiRes

Forscher der Technischen Universität ETH Zürich haben eine tief geriffelte Decke namens HiRes Concrete Slab geschaffen, die ihrer Meinung nach Energie spart und gleichzeitig eine spektakuläre Ästhetik bietet.

Die HiRes-Betonplatte ist ein Prototyp, der im NEST-Forschungsgebäude der ETH Zürich im schweizerischen Dübendorf installiert wurde und dort die Decke eines Büroraums bildet, der von Robotikforschern genutzt wird.

Das Team Digital Building Technologies (DBT) der ETH Zürich hat gemeinsam mit der Block Research Group (BRG) und Architecture and Buildings Systems (A/S) die dünnschalige Platte entwickelt.

Es wurde entwickelt, um die Vorteile der Verwendung von 3D-gedruckten Schalungen zu demonstrieren, darunter „Materialreduzierung, integrierte Gebäudetechnik und die spektakuläre Ästhetik der freien Form“, sagte das Team.

Zur Herstellung der Decke wurde Beton in 43 dünne 3D-gedruckte Formen gegossen – die dicksten Konturen auf der Platte sind die Nähte, an denen diese Formen aufeinander trafen. Die Formen wurden von einer lasergeschnittenen Holzwaffel getragen.

Die Bauweise erfordert einen minimalen Materialaufwand und ermöglichte es den Forschern, Gebäudetechnik wie Heizung, Kühlung und Belüftung während des Bauprozesses zu integrieren.

Vier vom A/S-Team entwickelte kundenspezifische Lüftungskanäle wurden vor dem Gießen des Betons mit Polymer in die Struktur 3D-gedruckt.

„Die Geometrie dieser Kanäle ist darauf ausgelegt, den Luftstrom zu optimieren und mechanische Energie zu minimieren“, sagte DBT-Doktorand Andrei Jipa gegenüber Dezeen.

„Grundsätzlich sind diese 3D-gedruckten Luftkanäle aufgrund ihrer aerodynamischen Geometrie effizienter als Standardsysteme.“

Darüber hinaus spielt die komplexe Musterung der Platte eine funktionale Rolle, da sie Teil des hydronischen Heiz- und Kühlsystems ist.

„Das Muster auf der Untersicht wird durch die Heiz- und Kühlkreisläufe der vom A/S-Team entworfenen Wasserrohre bestimmt“, sagte Jipa. „Die resultierende Oberfläche ist eine sehr effiziente Strahlungsoberfläche mit einer besseren Wärmeleistung als herkömmliche Flachplatten.“

Das Muster wurde rechnerisch optimiert, um die erforderlichen Kriterien zu erfüllen, wobei das menschliche Designteam die Ergebnisse kuratierte, um eine ausgewogene Komposition zu schaffen.

Das Team musste nicht nur die Konturen hinsichtlich der thermischen Leistung optimieren, sondern auch sicherstellen, dass das Schalungsdesign in den 3D-Druckkasten passt und dass es leicht aus der Form entfernt werden kann.

Die Platte ist nur 50 Millimeter dick, ihre dicksten Konturen sind 300 Millimeter tief und 25 Millimeter breit.

Die Form ist leicht gewölbt, da diese Form die hohe Druckfestigkeit des Betons ausnutzt und somit weniger Material verbraucht als bei einer Flachdecke.

„Das Gewölbe hat eine präzise gestaltete Seilbahnform, die alle Lasten durch reine Kompression überträgt“, sagte Jipa. „Das Gewölbe so zu konstruieren, dass es nur Druckkräfte aufnimmt, wirkt sich negativ auf die Festigkeit von Beton aus, der schwächer in Bezug auf Spannung ist.“

„Das bedeutet, dass der Beton aufgrund der Seilgeometrie sehr effizient und ausschließlich unter Druck genutzt wird und wir daher die Menge an Beton reduzieren können, die wir verwenden.“

Um dem vom Bogen erzeugten horizontalen Schub standzuhalten, sind vier Zuganker angebracht, einer an jeder Kante der Platte.

Die Deckenplatte schmückt das Büro des EMPA Robotics-Teams, das darunter in der HiLo-Einheit des NEST-Gebäudes stationiert ist. Die Rippen sind nicht nur optisch ansprechend, sondern tragen auch dazu bei, den Schall zu streuen, sodass es im Büro nicht so laut ist.

Das NEST-Gebäude beherbergt auch das DFAB-Haus, das modernste digitale Bautechnologien präsentiert, darunter eine frühere Version der Betonplattendecke.

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