Entwurf eines Schalentragwerks aus Carbonbeton (D943)
Allgemeine Angaben:
- Diplomarbeit Nr. D943
- Bearbeiter: Juliane Wagner
- Verantwortl. Hochschullehrer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Manfred Curbach
- Betreuer: Elisabeth Schütze, Karoline Holz
- Tag der Verteidigung: 22/10/2015
Zusammenfassung
Überdachung einer Freifläche mit einer Carbonbetonschale
Für die Überdachung der Lagerfläche des Otto-Mohr-Laboratoriums wurde ein Schalentragwerk aus Carbonbeton entworfen. Aus mehreren Vorentwürfen wurde zunächst eine Vorzugsvariante gewählt. Diese bestand aus drei sternförmig in einem Viertelkreis angeordneten hyperbolischen Paraboloiden, die im Grundriss Deltoide bilden. Zuerst wurde eine geeignete Unterkonstruktion entworfen und in einer Parameterstudie optimiert. Hierbei standen die Verringerung der Biegemomente des Pylons und der Verformungen der Pylonspitze und der Stahlträger im Vordergrund. Anschließend wurde die Geometrie der Schalen näher betrachtet. Das Augenmerk lag hierbei auf deren mathematischer Beschreibung und FE-Modellierung. Es wurden aber auch verschiedene Schalenkrümmungen untersucht und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die Überdachung beurteilt.
Die günstigste Schalengeometrie wurde anschließend in das Gesamtsystem integriert, welches anschließend vorbemessen und nachgewiesen wurde. Hierfür wurden vereinfachte Lastannahmen getroffen. Lediglich Belastungen aus Eigenlast und asymmetrischer Windlast fanden Berücksichtigung. Sowohl die Schale, die Seile als auch die Stahlprofile erfüllten die Nachweise der Tragfähigkeit. Um die Umsetzbarkeit des Schalentragwerkes zu belegen, waren mehrere Detailnachweise zu führen. Hauptsächlich umfassten diese die Bemessung von Knotenblechen und Schweißnähten. Der Nachweis des Grenzzustandes der Gebrauchstauglichkeit des Gesamtsystems erfolgte über dessen vertikale Verformungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Tragfähigkeit und Machbarkeit der Konstruktion unter den betrachteten Belastungen gegeben ist.