Komplexer neuer Baustoff. Die Bauingenieure gewannen neue Erkenntnisse über das Tragverhalten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs (CFK): Fid-Bau Portal

Komplexer neuer Baustoff. Die Bauingenieure gewannen neue Erkenntnisse über das Tragverhalten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffs (CFK)

Kurat, Josef / Büren, Rebecca von

Abstract

Kohlenstofffaser verstärkter Kunststoff (CFK) zeichnet sich durch ein geringes spezifisches Gewicht, eine geringe Korrosions- und Ermüdungsanfälligkeit sowie eine äußerst geringe bis leicht negative Ausdehnung bei Temperaturerhöhung aus. Dadurch qualifiziert er sich unter anderem auch für den Einsatz im Hochbau, sowohl für Tragwerks-Verstärkungen, wie auch für verschiedene Einsatzbereiche im Neubau. Anhand eines experimentellen mobilen Gebäudes, einem Pavillon mit anpassungsfähiger Infrastruktur des Tragwerks, der ganz aus CFK besteht, wurden neue Erkenntnisse zu diesem Werkstoff gewonnen. Der Pavillon besteht aus einem 8 m hohen Gebäude mit einem Grundriss von 30 m Länge und 6 m Breite. Seine Tragstruktur ist als Raumfachwerk konzipiert, dass auf sechs Stützen steht. Die überwiegend auch quer belasteten Fachwerkstäbe bestehen aus CFK, die gekreuzten Verbände aus vorgespannten Stahlseilen. Die in Querrichtung biegesteif ausgeführten, bis zum Dach durchlaufenden Stützen sind aus Sicherheitsgründen (Anprallschutz) CFK-umhüllte Stahlstützen ausgebildet. Diese sind in Längsrichtung zum Boden hin mit Stahlseilen abgespannt. Die rechteckigen Fachwerkstäbe wurden in einem modifizierten Wickelverfahren hergestellt. Die Stabenden in Stahl sind mittels Stahlstangen untereinander verspannt, so dass die angeschweißten Laschen auch Querkräfte aufnehmen können. Durch gegenseitige Vorspannung der Knoten wurde eine einfache mechanische Verbindung erzielt, durch die keine zusätzlichen Kräfte in den Carbonstab eingeleitet werden und auch die empfindlichen Endbereiche geschützt sind. Die Vorspannung überdrückt die inneren Zugkräfte zwischen Stabwandung und Endknoten infolge der entstehenden Momente aus den Gelenkquerkräften. Carbonfasern weisen Zugfestigkeiten von 3500 bis zu 7000 Newton/mm² auf. Querzug-und Schubfestigkeit der Faser betragen dagegen nur 1-3 % dieses Wertes. Konstruktionsbedingt liegen die nutzbaren mechanischen Eigenschaften des Verbundbauteiles je nach Schichtenaufbau und Kraftwirkung daher 50-95 % niedriger als die eigentliche Zugfestigkeit der Faser. Die bauwerksbegleitenden umfassenden Untersuchungen zeigten, dass CFK quer zur Faser noch schwächer ist als erwartet. Da aber in den letzten Jahren die Kosten der Carbonfaser stark gesunken sind, lassen sich die baustoffspezifischen Vorteile dennoch Gewinn bringend nutzen.