Vorteile der Betonbauweise
Der Baustoff Beton zeichnet sich durch seine hohe Leistungsfähigkeit und seine große Flexibilität aus, die in dem idealen Zusammenwirken der unterschiedlichen Ausgangstoffe begründet ist. Beton ist nahezu universell einsetzbar und ermöglicht die gleichzeitige Ausnutzung des Werkstoffs in vielfacher Hinsicht. Seine Robustheit und unkomplizierte Herstellung bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit der Grundstoffe sowie die einfache Verarbeitung sind Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit der Betonbauweise. Beton wird aus natürlichen Ausgangsstoffen hergestellt und ist in technischer und ökonomischer Hinsicht für modernes Bauen unverzichtbar. Dies wird durch den hohen Anteil dieses Baustoffs bei nahezu allen Tragwerksformen bestätigt.
- Hoch- und Industriebau
- Wasser-, Tief- und Tunnelbau
- Brücken- und Verkehrswegebau
- Behälterbau und Bauten für den Umweltschutz
- Türme und Masten
- Zusammenfassung
Hoch- und Industriebau
- Ein hohes Maß an plastischer Formbarkeit des Baustoffs Beton gibt dem Architekten und dem entwerfenden Ingenieur im Hochbau eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten.
- Moderne Schalungstechniken erlauben eine Strukturierung der Oberfläche sowie nahezu beliebige Querschnitts- und Bauformen.
- Entsprechende Zusätze gestatten eine Einfärbung des Baustoffs und unterstreichen die Möglichkeiten einer phantasievollen Gestaltung.
- Bauteile aus Beton werden im allgemeinen Hochbau sowohl für Tragstrukturen als auch für den Raumabschluß verwendet.
- Bauphysikalische Eigenschaften (Schallschutz, Wärmeschutz) lassen sich durch die entsprechende Zusammensetzung der Ausgangsstoffe (z.B. Leichtzuschläge) in weiten Bereichen steuern.
- Das große Speichervermögen des Baustoffs für Wärme bzw. Kälte wirkt sich positiv auf das Raumklima und die Behaglichkeit massiver Gebäude insbesondere im Hinblick auf den sommerlichen Wärmeschutz aus.
- Beton ist nicht brennbar und kann im Brandfall unter hohen Temperaturen den eingelegten Bewehrungsstahl lange Zeit vor übermäßiger Erwärmung schützen und beeinflußt daher entscheidend die Feuerwiderstandsdauer der tragenden Konstruktion; er wird daher im Hoch- und Industriebau vielfach zur Begrenzung von Brandabschnitten eingesetzt.
- Die Verwendung unterschiedlicher Zemente und Zuschlagsstoffe erlaubt eine belastungsorientierte Festlegung der Materialfestigkeit, wodurch eine optimale Ausnutzung des Werkstoffs möglich ist (z.B. Verwendung von hochfestem Beton mit Festigkeiten von bis zu 120 N/mm² für hochbeanspruchte Druckglieder).
- Für den Industrie- und im Hallenbau ist Beton ein unverzichtbarer Werkstoff im Hinblick auf die wirtschaftliche Realisierung weitgespannter Tragstrukturen mit hoher Nutzungsvariabilität im Inneren.
- Durch Vorspannung der Bewehrungseinlagen können äußerst schlanke Biegetragglieder mit geringen Querschnittsabmessungen realisiert werden.
- Die serienmäßige Vorfertigung einzelner Bauteile erlaubt nicht nur die witterungs- und jahreszeitunabhängige Produktion von Bauelementen unter stationären Fertigungsbedingungen, sondern verbessert durch den hohen Mechanisierungsgrad nachhaltig die Arbeitsbedingungen der eingesetzten Fachkräfte.
- Durch Trennung von Fertigung und Montage ist eine drastische Reduzierung von Bauzeit und Baukosten möglich. Bei geeigneter konstruktiver Ausbildung der Verbindungen der einzelnen Fertigteile ist auch eine spätere Demontage im Ganzen möglich. Dies wiederum gestattet die Wiederverwendung von Bauteilen und erleichtert die sortenreine Trennung im Rahmen von Recyclingprozessen. Lärm- und staubintensive Abbruchverfahren sind bei entsprechender Konstruktion vermeidbar oder werden auf ein Minimum reduziert.
Wasser-, Tief- und Tunnelbau
- Beton ist der derzeit wirtschaftlichste Baustoff zur Übertragung von Druckkräften und daher im Tiefbau unverzichtbar (Streifen-, Einzel- oder Plattenfundamente).
- Tiefgründungen mit Hilfe von Bohr- oder Rammpfählen ermöglichen die Aufnahme hoher Belastungen aus dem aufgehenden Gebäude (z.B. durch die sogenannten kombinierten Pfahl-Platten-Gründungen für Hochhäuser, bei denen ein Teil der Gebäudelast oberflächennah über eine Fundamentplatte und der Rest der Vertikalkräfte über Bohrpfähle in große Tiefen abgetragen wird).
- Fundamentplatten im Grundwasser lassen sich als Teil einer sogenannten "weißen Wanne" aus Beton so ausbilden, dass die Wasserdichtheit sichergestellt wird.
- Beton eignet sich hervorragend, um dichte Bauwerke gegen drückendes Wasser ohne besondere zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen herstellen zu können.
- Im Wasserbau findet Beton in großen Umfang bei Kanälen, Wehranlagen und Staumauern Verwendung. Die Erzeugung von Strom aus umweltfreundlicher Wasserkraft wäre ohne die zugehörigen Staumauern aus Beton nicht möglich.
- Die dichtende Eigenschaft des Baustoffs Beton und die wirtschaftliche Übertragung von Druckkräften ist ein wesentlicher Grund für den großen Anwendungsbereich von Beton im Tunnelbau.
- Neuartige, äußerst wirtschaftliche Bauverfahren des Tunnelbaus wie die Spritzbetonbauweise oder die Tübbingbauweise unter Verwendung vorgefertigter Tunnelsegmente sind vorteilhaft mit diesem Werkstoff möglich. Beton zeichnet sich auch hier durch seine hohe Flexibilität, große Wirtschaftlichkeit und eine exzellente Dauerhaftigkeit gegen äußere Umwelteinflüsse aus.
Brücken- und Verkehrswegebau
Im modernen Brückenbau ist Beton als wichtiger Baustoff nicht wegzudenken. Die meisten der derzeit bestehenden Brücken Deutschlands sind aus Beton hergestellt. Mitte bis Ende des 19. Jahrhunderts entstanden die ersten Gewölbebrücken aus unbewehrten Stampfbeton. Die Erkenntnis, dass durch die Einlage von Bewehrungseisen die Biegetragfähigkeit von Betontragwerken wesentlich verbessert werden kann, gestattete die Errichtung von Balkenbrücken mit zunächst geringer Spannweite.
Die Erfindung des Plattenbalkenquerschnitts ermöglichte die noch bessere Ausnutzung des Werkstoffs Beton auf Druck in Verbindung mit dem Werkstoff Stahl auf Zug und führte zu immer schlankeren Konstruktionen mit sehr geringem Materialverbrauch. Die Formbarkeit von Beton erlaubt dabei eine nahezu beliebige Anpassung der Querschnittsabmessungen an die örtlich wirkenden Beanspruchungen. Die Brücke Berching über den Rhein-Main-Donau-Kanal mit einer Spannweite von 105 m zeigt, welche technischen und architektonischen Möglichkeiten die Massivbauweise auch im Brückenbau bietet.
Ein weiterer Meilenstein im Brückenbau war die Erfindung des Spannbetons. Die Vorspannung der eingelegten Bewehrung im Beton erlaubt nicht nur eine weitere Reduktion der Querschnittsabmessungen und damit der Eigengewichtsanteile sondern war vor allem für die Entwicklung neuartiger Bauverfahren im Brückenbau von entscheidender Bedeutung. Die maßgeblichen Erfindungen betreffen den Freivorbau (Finsterwalder) sowie das Taktschiebeverfahren (Leonhardt). Beide Verfahren erlauben es, Brückenbauwerke mit großer Spannweite herzustellen, ohne dass es einer entsprechenden Unterstützung (Rüstung) im Bauzustand bedarf. Damit ist eine deutliche Reduzierung der Baukosten möglich.
Neuere Entwicklungen:
- Neueste Entwicklungen des Massivbrückenbaus betreffen die Segmentbauweise in Verbindung mit dem sogenannten "Match-a-Cast-Verfahren", welche die Ausnutzung der Vorteile einer stationären Fertigung einzelner Brückensegmente bei gleichzeitig extrem hohen technischen und äsethischen Ansprüchen gestattet. Um die Dauerhaftigkeit der Konstruktion weiter zu steigern, kann die Spannbewehrung auch außerhalb des Betonquerschnittes in besonderen Hüllrohren angeordnet werden. Bei einer derartigen externen Vorspannung ist eine Kontrolle der Spannkraft und ein Austausch der Spannglieder jederzeit möglich.
- Im Eisenbahnbau kommt der Werkstoff Beton nicht nur in Form von Spannbetonschwellen sondern neuerdings auch als sogenannte "feste Fahrbahn" zum Einsatz. In letzterem Fall erübrigt sich das im Unterhalt aufwendige Schotterbett, da die Schienen direkt auf einer fugenlos konzipierten Gründungsplatte befestigt sind.
- Im Straßenbau bestehen viele Fahrbahnen aus Beton, da dieser äußerst widerstandsfähig gegen mechanische Beanspruchung ist. Dabei wird bei Fahrbahnen der Zuschlag vielfach durch recycliertes Material aus dem Abbruch von Straßen und Gebäuden ersetzt (Recyclingbeton). Beton ist also auch recyclingfähig, was mit Blick auf die ökologische Dimension der Nachhaltigkeit von großer Bedeutung ist.
Behälterbau und Bauten für den Umweltschutz
- Im Behälter- und Silobau dienen große Schalentragwerke aus Beton der Lagerung von Nahrungsmitteln (z. B. Getreide) oder von anderen Baustoffen (z. B. Zement).
- Spannbeton-Behälter mit spezieller Innenabdichtung werden für die Speicherung von Gas bei extrem niedrigen Temperaturen von bis zu -200° C verwendet.
- In großen Wasserbehältern aus Beton wird hygienisch einwandfreies Trinkwasser gespeichert und in Rohre verteilt. Bei geeigneter konstruktiver Ausbildung ist es möglich die Behälter wasserdicht auszuführen, wodurch teure und ressourcenverbrauchende Wasserverluste vermieden werden. Eine spezielle Oberflächenbehandlung erübrigt sich, da Beton nach dem Erhärten auch unter Wasser dauerhaft ist.
- Die Entsorgung und Wiederaufbereitung des Abwassers erfolgt nahezu ausschließlich mit Bauwerken aus Beton. Beispielhaft seien hier die Klärbecken und die Faulbehälter in Kläranlagen aufgeführt, bei denen die Dichtigkeit ebenfalls von besonderer Bedeutung ist.
- Betonbauwerke eignen sich aufgrund ihrer Undurchlässigkeit und ihrer Robustheit ideal zum Lagern, Abfüllen und Umschlagen umweltgefährdender Stoffe und finden daher bei Bauten für den Umweltschutz vielfach Anwendung. Bei besonders hohen Dichtigkeitsanforderungen ist eine Vorspannung sinnvoll. Vielfach genügt es jedoch, die dauerhafte Dichtigkeit durch entsprechende Bauteilabmessungen und eine geeignete Bewehrungswahl zur Rissbreitenbegrenzung sicherzustellen.
Türme und Masten
- Die Telekommunikation stellt in der modernen Informationsgesellschaft hohe Anforderungen an die Präzision der technischen Anlagen. Die Übertragung analoger und digitaler Signale über große Distanzen erfolgt dabei auch heute noch über Sendeanlagen, welche in großer Höhe auf Stahlbetontürmen montiert sind. Diese "Fernsehtürme" stellen aufgrund der großen in den Boden abzuleitenden Windkräfte hohe Ansprüche an den planenden Ingenieur. Gleichzeitig sind sie aber wegen ihrer Höhe und damit städtebaulichen Dominanz Wahrzeichen einer Stadt und bedürfen besonderer architektonischer Überlegungen.
- Beton ist für derartige Türme besonders vorteilhaft. Die beliebige Formbarkeit erlaubt die ideale Anpassung der erforderlichen Querschnitte an die einwirkenden Schnittgrößen. Gleichzeitig können ästhetisch äußerst anspruchsvolle Bauwerke realisiert werden, wie das Beispiel des Fernsehturms in Stuttgart zeigt.
- Zur Einsparung fossiler Energien und zur Reduzierung der CO 2- Emission kommt den natürlichen Energieträgern wie Wind- und Sonnenenergie zunehmend Bedeutung zu. Um die Windenergie optimal nutzen zu können, wurden große Windrotoren mit einem Flügeldurchmesser bis zu 60 m entwickelt. Die Tragkonstruktion derartiger Rotoren können aus vorgespannten Betonmasten bestehen, welche die hohen dynamischen Beanspruchungen zielsicher in den Baugrund ableiten. Beton ist bei geeigneter Spannungsbegrenzung in der Lage einer dynamischen Schwellbelastung dauerhaft zu widerstehen.
Zusammenfassung
Die dargestellten Anwendungsbeispiele für Beton verdeutlichen dessen große Bedeutung für modernes Bauen. Durch Einsatz neuer Betonarten, wie z. B. SIFCON, Hochleistungsbeton und Fasern, lässt sich die Anwendungspalette noch erweitern. Die hohe Flexibilität und die beliebige Formbarkeit ermöglichen ästhetisch und architektonisch anspruchsvolle Bauwerke. Der Baustoff Beton eignet sich zur Abtragung statischer und dynamischer Einwirkungen und kann auch unter sehr hohen oder sehr tiefen Temperaturen eingesetzt werden. Durch Variation der natürlichen Ausgangsstoffe lassen sich sowohl die Festigkeit als auch die bauphysikalischen Eigenschaften gezielt beeinflussen.
Bauteile aus Beton sind demontierbar und recyclingfähig und daher in ökologischer Hinsicht vorteilhaft. Betonbauwerke sind äußerst dauerhaft und erfordern nur einen geringen Bauwerksunterhalt. Sie sind robust gegen mechanische Einwirkungen und können flüssigkeitsdicht ausgebildet werden. Neben den technischen und ökologischen Aspekten zeichnen sich Tragwerke aus Beton vor allem durch ihre hohe Wirtschaftlichkeit - insbesondere bei der Übertragung von Druckkräften - aus. Mit diesem Baustoff wurden eine Vielzahl moderner und rationeller Bauverfahren erst realisierbar.
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