Modern épület rég elfeledett technikákkal - Innovációs jelentés
Az emeletet alkotó táblák 3D nyomtatott homokból készülnek. ETH Zürich/Peter Rüegg
A városokban kevés a hely. Az építészek ezért a kompakt építés módját keresik - ugyanakkor a lehető legolcsóbban és környezetbarátabban.
Az egyik megközelítés a könnyű konstrukció: minél vékonyabbak például egy többszintes épület mennyezetei, annál több hely van további emeletek számára. Mivel kevesebb súlyt kell viselniük, az építőanyagok az alapokon és a falakon is megtakaríthatók, ami csökkenti a költségeket.
A mai betonnal való hagyományos konstrukcióval azonban nehezen lehet csökkenteni a súlyt: úgy, hogy az emeletek padlói stabilak legyenek, átlagosan 25 centiméter vastagságúaknak kell lenniük, és ezen kívül belül acélrudakkal vagy rácsokkal, úgynevezett megerősítésekkel kell megerősíteni őket. Ez nagyon megnehezíti őket.
Teherhordó acél nélkül
Az ETH Zürichi Építészeti Technológiai Intézet kutatói most új megközelítést mutatnak be. Betonból készült padlóelemeket tervezett, amelyek tartólemeze csak két centiméter vastag, de mégis nagyon stabil.
"Ez 70 százalékos súlyt takarít meg nekünk a hagyományos betonpadlókhoz képest" - mondja Philippe Block, az építészet és a szerkezet docense és a digitális gyártással foglalkozó nemzeti kutatási igazgatóhelyettes. Ez ugyanakkor védi a környezetet is, mivel kevesebb betonra van szükség, amelynek előállítása nagy mennyiségű CO2-t eredményez.
A súlycsökkentés azért lehetséges, mert a panelek nem laposak, inkább íveltek - hasonlóan a gótikus székesegyházak boltíves mennyezetéhez. Egyedül alakjukból adódóan nagyon nagy terhelést képesek elviselni, így a megerősítéshez nincs szükségük megerősítő acélra.
Építsen, mint a régi mesterek
"A tervezés során az elfelejtett történelmi építési elvekre és technikákra orientáltuk magunkat" - mondja Block. Ebből a célból a kutatók elemezték többek között a katalán boltozatok stílusában épült épületeket.
Rafael Guastavino spanyol építész a 19. század végén hozta el ezt a hagyományos építkezési módszert Spanyolországból az USA-ba. A felső oldalán tégla boltozatait keskeny, függőleges bordákkal erősítette meg. Ezek egyrészt sík felület kialakítását szolgálják a padló számára. Másrészt növelik a stabilitást aszimmetrikus terhelések esetén, azaz amikor az emberek vagy tárgyak súlya nem egyenletesen oszlik el a helyiségben.
Az ETH kutatói betonelemeiknél a megerősítő bordák elvét alkalmazták. Egy speciálisan kifejlesztett számítógépes program segítségével kiszámolták, hogy a bordákat hogyan kell elrendezni a terhelés alatt fellépő nyomáserők optimális elosztása érdekében. Az eredmény egy vékony vonalak filigrán mintája, amely a sarkokban konvergál.
Maga az elem acél vázba van rögzítve, amely elnyeli a nyomóerőket - így ugyanaz a funkciója, mint a támpilléreknek, amelyeken a katedrálisok boltozatai vannak támasztva. "A konstrukció rendkívül stabil" - mondja Block. A terhelési tesztek azt mutatták, hogy 4,2 tonna aszimmetrikus terhelést képes ellenállni. Ez még két és félszer több, mint amit a Svájcban alkalmazandó építési szabványok előírnak.
Gyakorlati teszt a NEST-ben
A kutatók most először tesztelik az új padlólemezeket a gyakorlatban, a Zürich melletti dübendorfi NEST kutatóépületben. A tetőn emelettől kétemeletes vendégház penthouse-t kell építeni. Ehhez öt-öt méter nagyságú padlóelemeket használnak, amelyeket modulárisan előre gyártanak, majd a helyszínen felszerelnek. További előnyt kínálnak: A beton bordák közötti üregekben gond nélkül lefektethetők a szellőzés, hűtés és fűtés vezetékei, ami helyet is takarít meg.
Az elemek gyártása mindeddig drága volt, mert mindkét oldalon olyan öntőformákra van szükség, amelyeknek pontosan illeszkedniük kell egymáshoz. Ezért Block és csapata egy lépéssel tovább ment: A gyártási költségek csökkentése érdekében az első elemeket 3D nyomtatás segítségével készítették el - de nem betonból, hanem homokból és kötőanyagból. Ezek ellenállnak az 1,4 tonna terhelésnek, és így megfelelnek a svájci építési előírásoknak is. "Építési alapelveinkkel olyan anyagok is felhasználhatók, amelyek korábban nem voltak alkalmasak építésre" - mondja Block. "Csak meg kell hoznia a megfelelő formába, hogy nagyon stabil szerkezet legyen."