Infraleichtbeton – Entwurf | Konstruktion | Bau

Einleitung

Infraleichtbeton ist ein Hochleistungsbeton, der aufgrund seiner geringen Rohdichte als tragende Wärmedämmung dauerhafte, nachhaltige und ansprechende Bauten verspricht. Monolithische Tragwerke aus Sichtbeton können wieder ökonomische und ökologische Anforderungen erfüllen. Der Baukultur und dem werkstoffgerechten Entwerfen und Konstruieren stehen neue Wege offen.

 

 

Infraleichtbeton (ILC) ermöglicht monolithisches und somit einfaches Bauen ohne komplizierte Anschlüsse und Details. Als Baustoff verfügt er über günstige bauphysikalische Eigenschaften. Außenwände aus ILC benötigen keine zusätzliche Wärmedämmung und schaffen ein angenehmes Raumklima. Er gewährleistet Schallschutz, ist dauerhaft und gleichzeitig recyclebar.

 

Als leichter, gefügedichter Beton weist er einen geringen Zementanteil von ca. 250 kg/m³ auf. Zu seiner Herstellung kommt klinkerarmer Zement (CEM III B) zum Einsatz. Aufgrund von schneller Carbonatisierung verfügt ILC über einen reduzierten CO2-Fußabdruck. ILC ermöglicht zudem eine Verwendung von Recyclingzuschlägen, wie etwa aufgeblähtem Altglas.

Projekte

REWE Supermarkt (www.pivopix.de/Christoph Große)
REWE Supermarkt (www.pivopix.de/Christoph Große)
ILC Wand
ILC Wand
ILC Betonage
Brandversuch für die ZiE - Foto MFPA Leipzig GmbH
Brandversuch für die ZiE - Foto MFPA Leipzig GmbH

REWE Markt
Berlin, 2023

Architekt: Baumgardt Franke Architekten
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: –
Weitere Beteiligte: –

Beim Rewe Markt handelt es sich um ein Pilotprojekt im Gewerbebau mit Vorbildcharakter. Die Gebäudehülle besteht aus monolithischem Sichtbeton, der als tragende Wärmedämmung fungiert. Die Außenwände aus ILC8-D0,70 sind bis zu 9,00 m hoch und 40 cm stark. Da diese teilweise Brandwandanforderungen REI 90-M erfüllen müssen, wurden für die Zustimmung im Einzelfall erstmals Brandwandversuche nach DIN EN 1365-1 durchgeführt. Dabei wird auch das Abplatzverhalten an der beflammten Oberfläche untersucht. Infraleichtbeton kommt neben den Außenwänden auch bei den Vordächern des Gebäudes zum Einsatz. Eine weitspannende Dachkonstruktion aus Leimholzbindern ergänzt das nachhaltige Gebäudekonzept.

Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)
Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)
Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)
Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)
Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)
Bau Einfamilienhaus in Infraleichtbetonbauweise (Vincent Mosch)

K40
Kleinmachnow, 2023

Architekt: Baumgarten Simon Architekten BDA, Berlin
Bauingenieur: Weiske und Partner GmbH Beratende Ingenieur VBI
Prüfingenieur: schlaich bergermann partner
Weitere Beteiligte: –

Südlich von Berlin entsteht ein Einfamilienhaus mit einer Gebäudehülle aus Infraleichtbeton und Leichtbeton. In dem zweigeschossigen Gebäude werden neben den mit Vertikallasten beanspruchten ILC-Wänden auch ILC-Bauteile auf Biegung beansprucht. Außerdem tragen die ILC-Wände auch zur Gebäudesteifigkeit bei. Eingesetzt wird ein Infraleichtbeton der Güte ILC8-D0,8 mit verzinkter Betonstahlbewehrung.

Technoscape - The architecture of engineers
Technoscape - The architecture of engineers

Technoscape – The architecture of engineers
MAXXI Rome, 2022

Technische Universität Berlin

Im Rahmen der Technoscape-Ausstellung im MAXXI (Museo Nazionale delle Arti del XXI Secolo) stellt der Lehrstuhl für “Entwerfen und Konstruieren – Massivbau” Exponate aus den eigenen Forschungsbereichen aus. Unter anderem werden Modelle und Möglichkeiten der Verwendung von Infraleichtbeton vorgestellt.

Garage Berlin (Ansicht)
Garage Berlin (Ansicht)
Garage Berlin (wilfried-dechau.de)
Garage Berlin (Ansicht)
Garage Berlin (innen)
Garage Berlin (innen)

Garage
Berlin, 2019

Architekt: Prof. Clemens Bonnen (Berlin)
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: Prof. Karsten Geißler
Weitere Beteiligte: –

Bei dem Bauvorhaben handelt es sich um eine Garage aus Infraleichtbetonwänden mit einem Dach aus vorgespanntem Carbonbeton in Form eines Trapezfaltwerks. Das Dach besteht aus fünf vorgefertigten Trapezfaltwerken mit einer Spannweite von 8,31 m, einer Bauteilbreite von 1,20 m und Querschnittsstärke von 4 cm. Für die 40 cm starken Wände wurde ein ILC8 – D0,80 eingesetzt, wobei begleitende Prüfkörper auf der Baustelle eine mittlere Betondruckfestigkeit von filcm = 10,9 MPa und eine Trockenrohdichte von ρtr = 799 kg/m³ erreichten.

Familienwohnhaus Ruppiner Land
Familienwohnhaus Ruppiner Land
Familienwohnhaus Ruppiner Land
Familienwohnhaus Ruppiner Land

FAMILIENWOHNHAUS RUPPINER LAND
Großwoltersdorf (in Planung, Fertigstellung 2022)

Architekt: Prof. Clemens Bonnen (Berlin), Besonias Almeida Arquitectos (Bueonos Aires)
Bauingenieur: neubauer + ernst ingenieure
Prüfingenieur: Mike Schlaich
Weitere Beteiligte: –

Rund 60 Kilometer nördlich von Berlin entsteht ein neues Wohnhaus für eine 6-köpfige Familie aus Sichtbeton innen und außen. Die kubisch gestaffelte Gebäudekubatur resultiert aus der dynamischen Fügung unterschiedlich dimensionierter ein- und zweigeschossiger Volumen aus Stahlbeton. Dementsprechend verfügt sie über Flachdächer in unterschiedlichen Ebenen. Das im Ergebnis komplex in Erscheinung tretende Gebäude steht aber nach allen Seiten frei und wird so auf dem Grundstück platziert, dass ausreichend Abstandsflächen zum öffentlichen Straßenraum und zu den angrenzenden Grundstücken verbleiben. Sämtliche Wände mit Außenbezug werden zur Einhaltung der ENEV aus Infraleichtbeton hergestellt.

 

Atelier Albert Oehlen (Paloma Lasso de la Vega)
Atelier Albert Oehlen (Paloma Lasso de la Vega)
Großversuch für die Zustimmung im Einzelfall (ZiE)
Großversuch für die Zustimmung im Einzelfall (ZiE)

Atelier Albert Oehlen
Weidingen (Konzeptstudie inklusive ZIE-Erstellung)

Architekt: Enguita & Lasso De la Vega‎
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: –
Weitere Beteiligte: Albert Oehlen, Anja Axt

Für das Studio Albert Oehlen am Standort Weidingen wurde ein monolithisches Sichtbetongebäude aus Infraleichtbeton mit einer geneigten segmentierten Glasfassade mit Zugbändern aus Carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) entworfen.

Sowohl Infraleichtbeton als auch Zugglieder aus CFK bieten enormes Innovationspotential, sind jedoch bisher bauaufsichtlich nicht geregelt. Jede Innovation ist mit einem Risiko behaftet. Um dieses Risiko zu minimieren wurde das Büro schlaich bergermann partner vom Bauherrn beauftragt Machbarkeit, Genehmigungsfähigkeit und Kostenrahmen zu untersuchen.

ZiE-Versuche an Dachelementen zeigten zum wiederholten Mal, dass biegebeanspruchte Bauteile kein technisches Risiko darstellen.

Mockup
Fassade mit U-Element (Sofistik-Modell)
Fassade mit T-Element (Stabwerkmodell und Spannungstrajektorien)
Gebäude aus Raummodul (Sofistik-Modell)

Forschungsprojekt Technische Universität Berlin 
Vorfabrikation von Fertigteilen aus Infraleichtbeton für den Geschosswohnungsbau (ILVO)

Laufzeit 2019-2020

Architekt: Anna Mendgen, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau (TU Berlin)
Bauingenieur: Claudia Lösch, Fachgebiet Entwerfen und Konstruieren – Massivbau (TU Berlin)
Bauherr: HOWOGE
Weitere Beteiligte: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), Transsolar KlimaEngineering, GBJ Geithner Betonmanufaktur Joachimsthal GmbH

Wissenschaftler der TU Berlin forschen, in dem von der DBU geförderten interdisziplinären Projekt ILVO, seit Anfang 2019 erstmals an der Anwendung von großformatigen Fertigteilen aus Infraleichtbeton im sozialen Geschosswohnungsbau.

Großformatige monolithische dreidimensionale Elemente aus diesem Werkstoff haben den Vorteil, dass der Fugenanteil minimiert werden kann, wodurch die Kosten für Fügung und Montage reduziert werden. Es eröffnet sich eine Vielzahl an neuen Gestaltungsmöglichkeiten, die eine einzigartige und gleichzeitig effiziente Bauweise ermöglichen.
Durch die enge Zusammenarbeit von Bauherr, Industrie, Ingenieurwesen und Architektur wird von Beginn an ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt. Auf diese Weise wird ein zukunftsweisender Geschosswohnungsbau, gemeinsam mit der HOWOGE Wohnungsbaugesellschaft, umgesetzt.

Wettbewerb urban living (Quelle: Barkow Leibinger)

GESCHOSSWOHNUNGSBAU
Berlin (in Planung)

Architekt: Barkow Leibinger
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: –
Weitere Beteiligte: Transsolar

Die Wohnungsbaugesellschaft Mitte in Berlin plant mit Barkow Leibinger, schlaich bergermann partner und Transsolar einen Geschosswohnungsbau, der auf dem Entwurf des urban living Wettbewerbs basiert.

 

https://www.wbm.de/de/bauprojekte/friedrichshain-kreuzberg/wohnturm-aus-infraleichtbeton/

Betonoase (Alexander Blumhoff)
Projekt Betonoase
Projekt Betonoase
Projekt Betonoase
Projekt Betonoase

BETONOASE
Berlin-Lichtenberg, 2017

Architekt: Gruber+Popp Architekten
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: Specht Kalleja + Partner
Weitere Beteiligte: HeidelbergCement

Die „Betonoase“ ist eine eingeschossige Jugendfreizeitstätte des Jugendamtes Berlin-Lichtenberg. Der Entwurf von Gruber+Popp Architekten BDA setzte sich im März 2016 gegen fünf Konkurrenten durch. Im Zuge der Erteilung einer Zustimmung im Einzelfall (ZiE) wurden an der TU Berlin Bauteilversuche durchgeführt und eine Musterwand hergestellt. Die Tragwerksplanung des Projekts erfolgte durch das Berliner Büro von
schlaich bergermann partner. Am 04.12.2018 wurde die Betonoase eröffnet.

 

https://www.beton.org/aktuell/news/details/betonoase-mit-infraleichtbeton/

http://www.sbp.de/news/richtfest-beim-infraleichtbeton-bauvorhaben-betonoase-in-berlin-lichtenberg/

https://www.baunetzwissen.de/beton/objekte/freizeit-sport/betonoase-in-berlin-5564052

http://www.alexander-blumhoff.com

Smart Material House (Quelle: Barkow Leibinger)
Smart Material House Mock-up (Quelle: Barkow Leibinger)

WETTBEWERB ZUM SMART MATERIAL HOUSE
IBA-Hamburg, Probewand Berlin 2012

Architekt: Barkow Leibinger
Bauingenieur: schlaich bergermann partner
Prüfingenieur: –
Weitere Beteiligte: Transsolar

Beim „Smart Material House“ steht, wie der Name sagt, das Material im Vordergrund. Die Grundidee war, Infraleichtbeton als „tragende Wärmedämmung“ zu nutzen. Mehrfach bikonkav geschwungene Wandscheiben sollen dabei nicht nur als Tragelemente und Wärmedämmung dienen, sondern auch als Heiz- und Kühlsystem wirken. Hierzu werden Rohrschlangen für das Heiz- und Kühlsystem integriert. Die ca. 50 cm starken Elemente bestehen aus dem weiterentwickelten Infraleichtbeton, der nun eine ausreichend hohe Druckfestigkeit für mehrstöckige Gebäude aufweist. Ohne zusätzliche Wärmedämmung, Putz oder andere Verkleidung ist so Sichtbetonbau möglich.

Projekt Einfamilienhaus Berlin (wilfried-dechau.de)
Projekt Einfamilienhaus Berlin (wilfried-dechau.de)
Projekt Einfamilienhaus Berlin
Projekt Einfamilienhaus Berlin
Projekt Einfamilienhaus Berlin
Projekt Einfamilienhaus Berlin

Einfamilienhaus
Berlin-Pankow, 2007

Architekt: Prof. Clemens Bonnen + Amanda Schlaich
Bauingenieur: Mike Schlaich + Lars Werner
Prüfingenieur: Specht Kalleja + Partner
Weitere Beteiligte: Horst Kasimir Bauunternehmung, Lichtner Beton

Der kubische dreigeschossige Baukörper wird aus Betonwänden gebildet, die auf der Süd- und Nordseite von großen Verglasungen durchbrochen sind. Durch das Zurücksetzten dieser großen Fensterflächen gewinnt das Volumen an Plastizität. Die durch das Glas von außen sichtbaren raumhohen Vorhänge im Inneren verleihen der Außenhaut eine Weichheit, die im Kontrast zur harten Betonoberfläche steht. Eine reduzierte Farbpalette von grauem Sichtbeton, schwarzen Fensterprofilen, weißen Vorhängen und silbernen Jalousien geben dem Haus dabei eine einfache Klarheit.

 

https://www.beton.org/inspiration/architektur/objekt-details/wohnhaus-in-berlin/

Video

Interview Mike Schlaich (deutsch)

Interview Mike Schlaich (englisch)

Interview Regine Leibinger und Mike Schlaich (deutsch)

Interview Alex Hückler (deutsch)

Geschichte

2023

Beginn der Ausarbeitung einer DAfStb Richtlinie

 

2023

Im Mai wird in Berlin der REWE Supermarkt mit Außenwänden aus Infraleichtbeton eröffnet

 

2022

Ausstellung “Technoscape – The architecture of engineers” im MAXXI (Museo Nazionale delle Arti del XXI Secolo) in Rom mit einem Beitrag zur Verwendung von Infraleichtbeton

 

2021

Veröffentlichung Infraleichtbetonbeitrag im Betonkalender 2021

 

2019

Fertigstellung der ILC Garage

 

2018

Veröffentlichung des Buches Infraleichtbeton – Entwurf, Konstruktion, Bau von Claudia Lösch, Philip Rieseberg, Hrsg.: Mike Schlaich, Regine Leibinger

 

2018

Eröffnung der Betonoase am 04. Dezember 2018.

 

2014

Aus dieser Phase wurden diverse Drittmittelprojekte erfolgreich beantragt und bearbeitet. Der Forschungsauftrag durch Drittmittel in dieser Phase bestand (und besteht) einerseits aus Grundlagenforschung, deren Ergebnisse in Bemessungskonzepte einfließen, und andererseits aus anwendungsorientierten Untersuchungen, die sich mit architektonischen, konstruktiven und entwurflichen Fragestellungen beschäftigen.

 

2010

In der zweiten Phase (2010–2014) wurde in einem ersten Schritt, ausgehend von der ursprünglichen Rezeptur, die Druckfestigkeit bei gleicher Dichte nahezu verdoppelt. Die Anwendbarkeit dieser Laborrezeptur wurde in einem Fertigteilwerk erfolgreich getestet. Das Ergebnis war eine 1:1 Probewand für den Entwurf des „Smart Material House“ von Barkow Leibinger, Transsolar und schlaich bergermann und partner, das mit dem zweiten Global Holcim Innovations-Preises ausgezeichnet wurde. In einem weiteren Schritt konnte dann für bessere Dämmeigenschaften das Gewicht reduziert werden. Daraus entstand eine ILC-Familie bestehend aus Rezepturen, zur gezielten Herstellung von ILC in abgestuften Trockenrohdichten von 550, 600, 650, 700, 750 und 800 kg/m³ bei entsprechenden Druckfestigkeiten zwischen 5 und 13 MPa.

 

2006

Die Forschungsaktivitäten zum Infraleichtbeton an der TU Berlin durchliefen seit 2006 verschiedene Phasen. Bis 2010 wurden grundlegende Kenntnisse über Herstellung und Verarbeitung gewonnen sowie zahlreiche Untersuchungen zur Bestimmung der Frisch- und Festbetoneigenschaften durchgeführt. Als Ergebnis wurde ein Einfamilienhaus in Berlin errichtet und neben diversen Veröffentlichungen durch die Dissertation von El Zareef 2010 abgeschlossen.

Literatur

ELSHAHAWI, M. ; HÜCKLER, A. ; SCHLAICH, M.: Strut effectiveness factor and maximum shear strength of Infra Lightweight Concrete (ILC). In: Engineering Structures 286 (2023), S. 116134; https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2023.116134.

 

ELSHAHAWI, M. ; HÜCKLER, A. ; SCHLAICH, M.: Shear behavior of infra lightweight concrete (ILC) with stirrups. In: Journal of Building Engineering 72 (2023), S. 106667; https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106667

 

ELSHAHAWI, M.; HÜCKLER, A.; SCHLAICH, M.: Shear behaviour of infra lightweight concrete (ILC) without stirrups. In: Structures 45 (2022), S. 1587–1606; https://doi.org/10.1016/j.istruc.2022.09.114.

 

ELSHAHAWI, M.; HÜCKLER, A.; SCHLAICH, M.: Constitutive relations and finite element modelling of Infra Lightweight Concrete (ILC). In: Journal of Building Engineering 48 (2022), S. 103869; https://doi.org/10.1016/j.jobe.2021.103869 .

 

SCHLAICH, M.; HÜCKLER, A.; LÖSCH, C.: Infraleichtbeton. In: Beton-Kalender 2021: Fertigteile; Integrale Bauwerke, (Hrsg.) Konrad Bergmeister, Frank Fingerloos und Johann-Dietrich Wörner, Ernst & Sohn Verlag, Berlin, 2021, S. 907–950.

 

LIU, Y.; TAFSIROJJAMAN, T.; DOGAR, A. U. R.; HÜCKLER, A.: Bond behaviour improvement between infra-lightweight and high strength concretes using FRP grid reinforcements and development of bond strength prediction models, In: Construction and Building Materials (2020), 121426, ISSN 0950-0618, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121426.

 

LÖSCH C; RICHTER A; SCHLAICH M.; Structural behavior of multifunctional inhomogeneous infra-lightweight concrete elements. In: Structural Concrete (2020); S. 1–15

 

ELSHAHAWI, M.; HÜCKLER, A.; SCHLAICH, M.: Infra lightweight concrete: A decade of investigation (a review). In: Structural Concrete – Journal of the fib (2020); S. 1–17. DOI: 10.1002/suco.202000206.

 

LIU, Y.; TAFSIROJJAMAN, T.; DOGAR, A. U. R.; HÜCKLER, A.: Shrinkage behavior enhancement of infra-lightweight concrete through FRP grid reinforcement and development of their shrinkage prediction models. In: Construction and Building Materials (2020) Nr. 258, S. 1–12. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.119649.

 

Schlaich, M.; Hückler, A.:Infraleichtbeton. In: Der Prüfingenieur 56 (05/2020)

 

Schlaich, Mike (Hrsg.); Leibinger, Regine (Hrsg.); Lösch, Claudia; Rieseberg, Philip: Building with Infra-lightweight Concrete: Design, Planning, Construction. Berlin: Fraunhofer IRB Verlag,  2020

 

Lösch, C.; Hückler, A.; Schlaich, M.: Infraleichtbeton – Grundlagen, bauphysikalische Eigenschaften und Referenzbauwerke In: Bauphysik 41 (2019), Nr. 1, S. 1–6

 

Hückler, Alex; Schlaich, Mike: Structural Behavior of Reinforced Infra-Lightweight Concrete (ILC). In: ACI Structural Concrete. March-April 2019

 

Schlaich, Mike; Gruber, Doris; Popp, Bernhard: Infraleichtbeton – Leichter als Wasser. In: Deutsche BauZeitschrift (2019), Nr. 2, S. 62–65

 

Schlaich, Mike (Hrsg.); Leibinger, Regine (Hrsg.); Lösch, Claudia; Rieseberg, Philip: Infraleichtbeton: Handbuch für Entwurf, Konstruktion und Bau. Berlin: Fraunhofer IRB Verlag,  2018

 

Schlaich, Mike; Hückler, Alex: Infraleichtbeton: Reif für die Praxis. In: Beton- und Stahlbetonbau (2017), Nr. 12, S. 772-783

 

Schlaich, Mike; Hückler, Alex; Lösch, Claudia: Infra-Light Weight Concrete – A monolythic building skin. In: AUER, Thomas; KNAAK, Ulrich; SCHNEIDER, Jens (Hrsg.): Proceedings of Powerskin Conference. Delft: TU Delft Open, 2017, S. 293–304

 

LEIBINGER, Regine; Schlaich, Mike; Lösch, Claudia; Rieseberg, Philip; Ballestrem, Matthias: Infraleichtbeton im Geschosswohnungsbau (INBIG): Abschlussbericht. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag, 2017 (Forschungsinitiative Zukunft Bau F 3018)

 

Hückler, Alex ; Schlaich, Mike: Zur Biegung von Infraleichtbetonbauteilen – Werkstoff-, Verbund-, Trag- und Verformungsverhalten. In: Beton- und Stahlbetonbau 112 (2017), Nr. 5, S. 282–292

 

Hückler, Alex: Trag- und Verformungsverhalten von biegebeanspruchten Bauteilen aus Infraleichtbeton (ILC). Dissertation. 1. Auflage. Göttingen: Sierke Verlag, 2016

 

Lösch, Claudia; Rieseberg, Philip; Schlaich, Mike; LEIBINGER, Regine; BALLESTREM, Matthias: Infra-Lightweight Concrete in Multi-Story Residential Buildings. In: Economic Forum (Hrsg.): 10th Conference on Advanced Building Skins: 3-4 November 2015, Bern, Switzerland, S. 932–941

 

Hückler, Alex; Schlaich, Mike: Bond and deformation behaviour of reinforced Infra-Lightweight Concrete (ILC). In: Proceedings of fib Symposium 2015, Copenhagen, S. 116–117

 

Hückler, Alex; Schlaich, Mike: Infraleichtbeton – Forschung an der Technischen Universität Berlin. In: Baukammer Berlin – Nachrichten für die im Bauwesen tätigen Ingenieure (2015), Nr. 1, S. 21–24

 

Hückler, Alex; Schlaich, Mike: Low Tech Konstruktionen mit Infraleichtbeton: Diese Außenwand kann Multitasking. In: Deutsche BauZeitschrift (2013), Nr. 2, S. 84–86

 

Schlaich, Mike; Hückler, Alex: Infraleichtbeton 2.0. In: Beton- und Stahlbetonbau 107 (2012), Nr. 11, S. 757–766

 

El Zareef, Mohamed Ahmed Mohamed (Hrsg.): Conceptual and structural design of buildings made of lightweight and infra-lightweight concrete. Aachen : Shaker., 2010

 

Schlaich, Mike; El Zareef, Mohamed: Infraleichtbeton. In: Beton- und Stahlbetonbau 103 (2008), Nr. 3, S. 175–182