Topological Exploration of Reinforced Concrete Shells

Autorin: Caterina Rovati
Sprache: Englisch

Kurzfassung

Die stetig wachsenden Anforderungen an die Infrastruktur und der daraus verbundene Ressourcenverbrauch stellen eine grosse technische und ökologische Herausforderung dar. Diese Masterarbeit untersuchte das Potential und geeignete Anwendungsgebiete von dünnen gekrümmten Betontragwerken. Es wurde dafür ein optimiertes Verfahren für den Entwurf und die Bemessung von Freiformschalen entwickelt. Die Effizienz der Schalen bezüglich ihrer Tragfähigkeit und des Materialverbrauchs wurden anhand verschiedener Kriterien bewertet. Die Verformungen des Tragwerks unter normativer Belastung wurden mit den Gebrauchstauglichkeitsgrenzen verglichen. Mithilfe eines Bemessungsansatz basierend auf dem Sandwichmodell, welches ein mittig liegendes orthogonales Bewehrungsnetz aus zwei Lagen berücksichtigt, konnte die erforderliche Bewehrung in jedem Punkt der Schale ermittelt werden. Aus der daraus folgenden Bewehrung sowie der Schalendicke wurde der CO2-Fussabdruck der Tragwerke miteinander verglichen. Das Ziel war es, die Schlüsselparameter zu identifizieren, die zu den effizientesten Schalen führen. Aus der Analyse ergab sich, dass kontinuierlich gestützte Schalen mit konkaver Grundrissgeometrie am effizientesten waren, insbesondere wenn der Schalenrand bei den Auflagern stärker gekrümmt war. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass die erzielten Ergebnisse nur eine Schätzung sind, da das Sandwich-Modell nicht in jedem Fall anwendbar war. Ausserdem wurde die Bedeutung einer flexiblen Optimierung der Betondicke aufgezeigt, da der Beton erwartungsgemäss die grösste Rolle bei der Ermittlung des CO2-Fussabdrucks spielte. Schliesslich spielt die Diskretisierung des FE-Netzes eine wesentliche Rolle für die Anwendbarkeit des Sandwich-Modells, was grosses Potential für Verbesserungen sowohl bei der Modellierung als auch bei der erreichbaren Bemessungseffizienz der Schalen bietet.