Load-bearing 3D-printed concrete elements subjected to compression

Evaluation of an innovative Structural Concept for a Central Control Building

Autorin: Sina Fluri
Sprache: Englisch

Kurzfassung

3D-gedruckter Beton bietet bedeutende Vorteile, wie den Verzicht auf Schalungen, die präzise Materialplatzierung und die Möglichkeit, komplexe Formen zu realisieren. Diese Studie untersucht, ob 3D-gedruckter Beton die ursprüngliche Bauweise im zentralen Kontrollgebäude des Fadhili-Ölfelds in Saudi-Arabien ersetzen könnte, während dieselben strukturellen und funktionalen Anforderungen erfüllt werden. Dabei standen die hohen Temperaturen von bis zu 50˚C während des Bauprozesses und das erforderliche Design auf Explosionsbelastungen als wesentliche Heraus-forderungen im Fokus, die insbesondere im Bauablauf und bei der Wahl des Tragkonzepts berücksichtigt wurden. Damit der innere Bereich vom Gebäude vor Explosion geschützt ist, werden Wände um das Gebäude gelegt. Im Inneren sorgen Stützen für den optimalen vertikalen Lastabtrag und werden zusätzlich auf Anprall bemessen.

Die grundlegenden Prinzipien von 3D-gedrucktem Beton, einschliesslich der Materialzusammen-setzung, Bewehrungsstrategien und Bautechniken, wurden untersucht. Es wurde ein strukturelles Konzept für tragende Wände und Stützen entwickelt, das die konventionellen Betonelemente des ursprünglichen Projekts ersetzt und gleichzeitig die spezifischen Umweltanforderungen berück-sichtigt. Statische Berechnungen zeigten, dass die vorgeschlagenen gedruckten Betonelemente die erforderlichen Sicherheits- und Leistungsstandards erfüllen.  Darüber hinaus konnte die Bauzeit für Stützen und Wände im Vergleich zu einer konventionellen Bauweise mit Ortbeton um 50% reduziert werden.

 Die Ergebnisse verdeutlichen, dass 3D-gedruckter Beton nicht nur ein vielversprechendes Potenzial für Tragkonstruktionen im Industriebau bietet, sondern auch Bauprozesse effizienter gestaltet und die Bauzeit signifikant verkürzt. Dabei müssen die Umweltbedingungen für die Ausführung des Projekts sorgfältig berücksichtigt und die Formen der Stützen- und Wandquerschnitte den Last-anforderungen angepasst werden. Zukünftige Forschung sollte sich auf die Weiterentwicklung der Tragkonstruktion durch Integration des Dach-systems sowie auf einen abschliessenden Vergleich des vorgeschlagenen Konzepts mit dem ursprünglichen Projekt hinsichtlich Material-verbrauch und Nachhaltigkeit konzentrieren.