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Information für die Wissenschaft Nr. 37 | 27. Juli 2010
Schwerpunktprogramm 1542 „Leicht Bauen mit Beton“

Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Einrichtung des Schwerpunktprogramms (SPP) 1542 „Leicht Bauen mit Beton. Grundlagen für das Bauen der Zukunft mit bionischen und mathematischen Entwurfsprinzipien" beschlossen. Als Laufzeit sind zwei dreijährige Förderperioden vorgesehen.

Die Möglichkeit der freien Gestaltung begleitet und charakterisiert die Stahlbetonbauweise seit mehr als einem Jahrhundert, denn Beton ist vor seiner Erhärtung plastisch bis flüssig und kann nahezu jede beliebige Form im Erstarrungsprozess konservieren. Diese Möglichkeit wurde bereits in der Vergangenheit von Ingenieuren und Architekten genutzt. Herausragende Beispiele für leichtes Bauen mit Beton – schlanke Schalen, große Kuppeln, elegant gevoutete Brücken oder organische Bauten – blieben aber örtlich oder zeitlich solitär, nicht zuletzt durch den relativ großen Aufwand bei der Herstellung. Die Formensprache von gewöhnlichen Bauwerken aus Stahlbeton wurde besonders aus Kostengründen in den letzten Jahrzehnten immer einfacher, der Trend ging verstärkt zu ebenen Oberflächen und rechteckiger Geometrie.

Durch intensive Forschungen in den letzten zehn Jahren hat sich die heutige Ausgangssituation grundlegend geändert. Es stehen heute neue Hochleistungsbetone mit speziellen Eigenschaften, neuartige Bewehrungen und Herstellungstechniken zur Verfügung, die ein leichtes Bauen mit Beton durch einen am Kraftfluss orientierten Entwurf technisch und wirtschaftlich wieder möglich werden lassen. Mit diesem SPP sollen für den Leichtbau aus Beton innovative Chancen aufgezeigt werden.

Im Schwerpunktprogramm  wird  ein grundlegend neuer Ansatz verfolgt, um bei allen Bauwerken Leichtbau mit Beton betreiben zu können. Dabei erhalten maßgebende Konstruktionselemente wie Decken, Wände und Stützen ihre Geometrie nach dem Prinzip „form follows force“ als Folge des gegebenen, aber durchaus auch beeinflussbaren Kräfteflusses im Bauteil selbst. Die geplante Forschung soll die theoretischen und konstruktiven Grundlagen für Entwurf, Berechnung und Bau  frei geformter und leichter Konstruktionen aus Beton bereitstellen. Konkret sollen folgende Themenfelder im Mittelpunkt des Schwerpunktprogramms stehen: 

Bauteilspezifische Grundlagenforschung. Besonderes Augenmerk soll auf folgende Bauteilgruppen gelegt werden:

  • doppelt gekrümmte Flächen/Schalentragwerke
  • ebene bzw. schwach gekrümmte Platten und Scheiben
  • stabförmige Tragelemente
  • fraktale und insgesamt duktile Strukturen 

Entwurf und Bionik.Die genannten Tragelemente sollen nach dem Kraftfluss optimiert und geformt werden, denn das Entwerfen nach Kraftfeldern bzw. Kräftesystemen bildet die Grundlage gewichtsminimaler Betonbauten. In der Natur findet man viele Anhaltspunkte für effiziente Tragstrukturen. Deshalb sollen innerhalb des SPP Experten des Fachgebietes Bionik, die vorzugsweise Erfahrungen mit mineralischen Baustoffen haben, vor allem im Hinblick auf die Tragwerksoptimierung und Formfindung gemeinsam mit Ingenieuren forschen. 

Mathematische Forschung. Die Modellierung dieser technisch-naturwissenschaftlichen Aufgaben ist ein Grundanliegen des SPP und damit das Hauptziel anwendungsorientierter mathematischer Forschung. Die Formensprache für den Betonleichtbau muss entwickelt und beschreibbar gemacht, Kräfteverläufe müssen analysiert und mathematisch definiert werden, Formen der Natur müssen erfasst und für die Analyse zugänglich werden. Auch bei der Konzipierung flexibler Schalungsmodule ist die Differentialgeometrie ein hochaktuelles und wichtiges Forschungsgebiet. 

Herstellung. Die praktikable Herstellung muss bei jeder der Bauteilkategorien bedacht werden. Die Entwicklung von Schalungssystemen und Bautechnologien für frei geformte Betonbauteile ist deshalb ein weiterer Forschungsschwerpunkt. Im Hinblick auf Rückbau und Wiederverwendbarkeit (von Teilen) von Betonkonstruktionen sind außerdem Fügetechniken für Betonbauteile von Interesse.

Die erfolgreiche Bearbeitung dieses umfangreichen Aufgabenfeldes erfordert die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Kollegen aus den Bereichen:

  • Massivbau (Fachrichtung Bauingenieurwesen)
  • Diskrete Differentialgeometrie (Fachrichtung Mathematik)
  • Bionik (Fachrichtung Biologie)

Fächerübergreifende Anträge werden ausdrücklich begrüßt. Außer Anträgen von renommierten Wissenschaftlern der genannten Fachgebiete werden Anträge insbesondere von ambitionierten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern erwartet. Mit Blick auf die  Herstellung von speziellen Formen und neuartigen Schalungen ist die Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen aus dem Fachbereich Fertigungstechnik möglich und bei der Beantragung von Teilprojekten zu berücksichtigen. Außerdem kann die Kooperation mit Baustatikern/Baumechanikern erforderlich werden, wenn es um die Modellierung und Prognose der von den Initiatoren des SPP angestrebten schlanken, im Querschnitt veränderlichen Strukturen unter Berücksichtigung der physikalisch und geometrisch nichtlinearen Eigenschaften von Betonstrukturen geht.

Das Ergebnis der Grundlagenforschung in diesem SPP sollen Methoden und Strukturen sein, die von Ingenieuren und Architekten in der Baupraxis angewendet und umgesetzt werden können. Zu den Forschungsthemen, die nicht im Rahmen des SPP gefördert werden sollen, gehören:

  • Projekte, die sich ausschließlich mit architektonischen Entwürfen beschäftigen.
  • Vorhaben, die die alleinige Erforschung oder Weiterentwicklung von Baustoffen zum Thema haben. Im Wesentlichen soll auf die Vielzahl bekannter und schon erforschter Hochleistungswerkstoffe zurückgegriffen werden. (Ausgenommen ist die Materialforschung, wenn sie unverzichtbarer Bestandteil des Teilprojektes ist.)
  • Forschungsprojekte, deren Schwerpunkt die Entwicklung von Stoffgesetzen oder Simulationsmethoden ist. Wie bei den Baustoffen soll auch bei Modellbildung und Prognose hauptsächlich auf vorhandenen Verfahren und Methoden aufgebaut werden.

Die vollständigen Anträge für die erste Förderperiode sind in elektronischer Form auf CD-ROM und in zweifacher, ungebundener, gelochter Ausfertigung bis spätestens 31. Oktober 2010 unter dem Stichwort „Leicht Bauen mit Beton (SPP 1542)“ bei der DFG einzureichen. Ein weiteres Exemplar des Antrages ist in elektronischer Form direkt an den Koordinator des SPP zu senden.
Die Begutachtung wird voraussichtlich im Januar/Februar 2011 stattfinden. Der genaue Termin wird rechtzeitig bekannt gegeben.

Weiterführende Informationen

Koordinator des SPP und Ansprechpartner für inhaltliche Rückfragen ist:

Ansprechpartner für fachliche Fragen der Antragstellung bei der DFG ist:

  • Dr.-Ing. Holger Eggemann
    Deutsche Forschungsgemeinschaft
    Kennedyallee 40
    53175 Bonn
    Tel.: +49 228 885-2655,
    holger.eggemann@dfg.de

Ansprechpartnerin für formale Fragen der Antragstellung bei der DFG ist:

  • Bettina Rausch
    Deutsche Forschungsgemeinschaft
    Kennedyallee 40
    53175 Bonn
    Tel.: +49 228 885-2447
    ing4@dfg.de

Anforderungen zum inhaltlichen und formalen Aufbau des Antrages regelt das DFG-Merkblatt 1.02 „Merkblatt für Anträge auf Sachbeihilfen mit Leitfaden für Antragstellung“. Das Merkblatt finden Sie unter:

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