Betonschale aus Stahlseilen und gestrickter Schalung

KnitCandela ist eine geschwungene Betonschale, die aus einem ultraleichten Stahlseilnetz und einer gestrickten Schalung besteht. Die gestrickten Stoffbahnen wurden in lediglich zwei Koffern zur Baustelle transportiert. Der Prototyp im Museo Universitario Arte Contemporáneo in Mexiko-Stadt ist eine Hommage an den Meister des Betonschalenbaus Félix Candela (1910-1997). Um gerade Schalungselemente wiederzuverwenden, verwendete Candela hyperbolische Paraboloid-Oberflächen (kurz Hypars). Mit dem gleichen Ziel, den Materialverbrauch beim Schalungsbau zu reduzieren, erweitert das Stahlseilnetz- und Strickschalungssystem die Palette der antiklastischen – also gegenseitig gekrümmten – Geometrien um eine effiziente und wirtschaftlich zu realisierende Variante.

55 kg Schalung für 5 Tonnen Beton
KnitCandelas doppelt gekrümmte Betonschale umfasst eine Oberfläche von fast 50 m² und wiegt mehr als 5 Tonnen, obwohl die textile Schalung, die in einen temporären Schalgerüst-Rahmen gespannt wurde, nur 55 kg wog. Das Stahlseil- und Strickschalungssystem ist eine Weiterentwicklung des Prinzips des HiLo-Dachprototyps (High performance, Low energy), einem geschwungenen, ultraleichten Betondach. Der wesentliche Vorteil bei dem aktuellen Projekt ist, dass die leichte Vor-Ort-Schalung aus einem benutzerdefinierten 3D-gestrickten, technischen Textil besteht. Besprüht mit einer speziellen Zementbeschichtung, wurde eine ausreichende Steifigkeit für die Betonapplikation geschaffen. Im Vergleich zu gewebten Stoffen kann durch die Technik des Strickens der Bedarf an Schnittmustern zur Erzeugung komplexer Oberflächen minimiert und die Integration zusätzlicher Merkmale wie Kanäle und Öffnungen in einem nahtlosen Prozess ermöglicht werden.

Digitales 3D-Schnittmuster
Die Textilschalung besteht aus vier langen Streifen mit einer Länge von 15 bis 26 m, die in nur 36 Stunden durch eine industrielle Strickmaschine hergestellt wurden. Jedes der vier Elemente ist ein doppellagiges Textil, das in nur einem Arbeitsschritt erstellt wurde. Seine zwei Schichten erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Die sichtbare, ästhetische Innenschicht zeigt ein buntes Muster. Die äußere, technische Schicht enthält Öffnungen zum Einfügen, Führen und Positionieren der Stahlseile und weiterer Schalungselemente. Zwischen den beiden Textillagen entstandene Taschen wurden mit Standard-Modellier-Luftballons aufgeblasen, deren Form durch die Verwendung unterschiedlicher Strickdichten der äußere Lage gesteuert werden kann. Nach der Fixierung der gestrickten Schalungsoberfläche mit einer schnell aushärtenden, zementösen Beschichtung, wurde von lokalen Handwerkern die Faserbetonschicht von Hand aufgebracht. Die manuell mit Ballons gefüllten Taschen wurden zu Hohlräumen in der Betonschale und bildeten eine aussteifende Rippenstruktur.

Das Projekt konnte in nur dreieinhalb Monaten realisiert werden. Dies war durch einen digitalen Berechnungs-, Konstruktions- und Fertigungprozess möglich, der das individuelle Strickmuster automatisch generierte. Die ultraleichte Schalung von KnitCandela war einfach zu transportieren, der reduzierte Bedarf an zusätzlichen Tragstrukturen oder Gerüsten vor Ort vereinfachte die Logistik der Baustelle. Aufgrund des Zeitdrucks wurde zur Herstellung des Prototyps das äußere Baugerüst speziell für dieses Projekt entworfen und gefertigt. In Zukunft ist jedoch denkbar, die Montage vor Ort mit standardisierten Gerüstkomponenten zu realisieren. Abzüglich der Kosten für den Gerüstbau betrugen die Gesamtmaterialkosten der 50 m² großen Konstruktion nur 1.600 EUR.

Die Block Research Groupe (BRG) führte die computerbasierten Berechnungen, die Tragwerksplanung und die Herstellung der Schale und ihrer Konstruktion durch. Die spezielle Zementbeschichtung wurde am Lehrstuhl für Physikalische Bauchemie der ETH Zürich entwickelt. Die Computational Design Group (ZHCODE) von Zaha Hadid Architects gestaltete die architektonische Form und generierte das Farbmuster, während Architecture Extrapolated (R-Ex) das Baustellenmanagement übernahm.