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Bauen mit Bambus
Diplom-Ingenieur Christoph Tönges
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verbindungen

Zur Entwicklung einer sinnvollen Verbindung von Bambusrohren haben sich schon etliche Architekten und Ingenieure Gedanken gemacht und viele verschiedene Lösungsansätze präsentiert. Ihre Bandbreite reicht von einfachen Steck-, Binde-, und Klebetechniken über kombinierte Lösungen bis hin zu den komplexen Verbindungen, bei denen Beton injiziert wird und über Schrauben und Stahllaschen die Kräfte übertragen werden.

Verbindungen von Arce-Villalobos
 (78) Oscar Antonio Arce-Villalobos, 1993
 
Schema zur Kraftübertragung

Will man eine Verbindung gestalten, die besonders die enorme Zugfestigkeit von Guadua ausnutzen kann, so muß man sich zunächst mit seinen Festigkeitseigenschaften auseinandersetzen. Die Fasern des äußeren Drittels (1) des Bambusquerschnitts sind die leistungsfähigsten, also muß man versuchen, auf sie die Kraft (2) zu übertragen (4). Und zwar möglichst verteilt (3), da Bambus aufgrund der streng axialen Faserausrichtung zur Längsspaltung neigt.

Im Test auf Zugfestigkeit versagten die Verbindungen von Simón Vélez, weil sich die Außenwand der Guaduarohre aufspaltete. Begünstigt wird dies durch die lineare Anordnung der Bolzen. Die Tests wurden anläßlich der Konstruktion des ZERI Pavillons an der FMPA-Stuttgart durchgeführt.

 (79) Schema zur Kraftübertragung
 

Nach einer gründlichen Auseinandersetzung mit existierenden Verbindungen und den Eigenschaften von Guadua wollte auch ich einige Experimente durchführen.
Zwei unterschiedliche Ideen zur Kraftübertragung fand ich hierzu besonders interessant.
1. Übertragung der Kraft über eine hohe Anzahl von Schrauben und
2. Übertragung der Kraft über einen Konus:

Idee von I.C. David Trujillo Cheattle Idee von J.J.A. Janssen
 (80) I.C. David Trujillo Cheattle, 2001  (81) J.J.A. Janssen, 1981
 
Prototyp 1 Prototyp 1

zu 1: Ein Blech mit einer bestimmten Anordnung von Löchern dient sowohl als Schablone, als auch als 'Unterlegscheibe' für Schrauben, welche in vorgebohrte Löcher geschraubt werden. Die hohe Anzahl der Schrauben und ihre gleichmäßige Verteilung soll für eine gleichmäßige Kraftübertragung auf den Bambusquerschnitt bzw. auf seine zugfeste Außenhaut sorgen.
In das Rohrende wird ein Verbindungsmittel gelegt (Bolzen, Blech) und es wird mit Mörtel verfüllt.

 (82) Prototyp 1, C. Tönges, 2002  (83) Prototyp 1 (ohne Mörtel)
 

zu 2: Die andere Idee ist die, das Bambusende kreuzweise einzuschlitzen und durch das Anziehen einer Stahlschelle einen Innenkonus zu erzeugen. Dieser Innenkonus wird ebenso mit Mörtel verfüllt. Der Innenkonus soll für die Kraftübertragung auf die äußeren, zugfesten Fasern sorgen.

Einschlitzen mit Kettensäge Prototyp 2
 (84) Einschlitzen mit Kettensäge  (85) Prototyp 2, C. Tönges, 2002
 
Tests in Manizales

Tests

Um zu erfahren, wie sich die Verbindungen unter einwirkender Zugbelastung verhalten habe ich die Prototypen im Labor für Materialprüfungen an der Universidad Nacional de Colombia in Manizales zerreißen lassen.
Die Proben wurden mittels der zuvor einbetonierten Stahlteile in die Maschine eingespannt und einer kontinuierlich ansteigenden Zugkraft ausgesetzt. Dabei wurde das Verhalten der einzelnen Materialien beobachtet und die einwirkenden Kräfte notiert.

 (86) Tests in Manizales
 

zu 1: Der zugbelastete Mörtelzylinder übertrug die Kraft auf die Schrauben, dies hatte mit ansteigender Zugbelastung zur Folge, dass die Schrauben sowohl in den Bambus gedrückt wurden (ca. 0,5 cm) als auch in Richtung der Kraft verdreht wurden. Weiterhin wurde das Ende des Bambusrohres leicht aufgespalten. Bei weiterer Erhöhung der Zugkraft versagte die Verbindung durch das Herausbrechen des Mörtels.
Durch einen qualitativ hochwertigeren Mörtel könnte die Leistungsfähigkeit der Verbindung zwar deutlich gesteigert werden, jedoch hat der Versuch zwei Gegenargumente für die Verbindung offenbart. Einerseits ist der Aufwand zur Herstellung sehr groß und andererseits ist die Verbindung selber nicht steif genug, weist also bei einwirkender Last zuviel Anfangsschlupf auf.

Versagen, Prototyp 1
 (87) Versagen, Prototyp 1
 
Versagen, Prototyp 2

zu 2: Der in das konische Ende eingebrachte Mörtel übertrug die stetig ansteigende Zugkraft so lange, bis auch hier der Mörtel versagte. Ein zylinderförmiges Stück Mörtel vom Durchmesser der Anfangsöffnung wurde aus der Verbindung herausgezogen. Es war weder eine Verformung der Stahlschelle, noch ein Aufspalten des Guaduarohres zu beobachten bzw. messbar.
Auch hier gilt, dass die Leistungsfähigkeit durch qualitativ hochwertigeren Mörtel gesteigert werden kann. Die Messergebnisse sind somit auch nicht aussagekräftig. Abschließend möchte ich jedenfalls behaupten, dass das Konstruktionsprinzip des Prototyps 2 für weitere Versuche interessant erscheint.

 (88) Versagen, Prototyp 2
 

Weiterentwicklung

Die gewonnenen Erkenntnisse wurden dazu genutzt, den Stabanschluss weiter zu entwickeln. In Deutschland wurden zahlreiche Prüfungen durchgeführt, Modelle gebaut und Anwendungen erdacht.

Im Wintersemester 2003/2004 widmete sich Christoph Tönges im Rahmen seiner Diplomarbeit intensiv dem Thema 'Knotenstabtragwerke in Bambus'. Ausgehend vom konischen Stabanschluss machte er Empfehlungen zu möglichen Knotensystemen, schrieb Tabellen zur einfachen Vorbemessung von tragenden Bambuselementen und entwarf neuartige Bambus-Tragstrukturen.

Mehr: www.bambus-conbam.de

Tetraeder mit conbam-Stabanschluss
 (169) Tetraeder mit conbam-Verbindungstechnik
 
Quellenverzeichnis
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Autor und Copyright:  CONBAM
erstellt am: 28.02.2002 ------------- zuletzt geändert am: 23.07.2005