Ein Betonträger muss nicht überall gleich dick sein. Ein Forschungsteam des MIT und der Boston University hat einen drei Meter langen Versuchsträger so entworfen, dass Material vor allem dort sitzt, wo es Kräfte aufnimmt. Gegossen wurde die ungewöhnliche Form in eine genähte Stoffschalung.
Der Vergleich ist auffällig: Für den optimierten Entwurf waren nach Angaben der Forschenden 67,2 Prozent weniger Beton und 52 Prozent weniger Stahl nötig als für einen geraden Vergleichsträger, der für dieselbe Last ausgelegt wurde. Die Zahlen stammen aus einem konkreten Versuchsaufbau, nicht aus einem Vergleich fertiger Gebäude. Das Abstract der Studie beschreibt den Träger als Machbarkeitsnachweis.
Material dorthin bringen, wo Kräfte wirken
Ein herkömmlicher Träger hat oft über seine Länge einen rechteckigen Querschnitt. Das ist einfach herzustellen, bedeutet aber nicht, dass jeder Teil des Materials gleichermaßen zur Tragwirkung beiträgt. Das Team nutzte ein rechnerisches Entwurfsverfahren, um Bereiche mit geringerem Beitrag zu verkleinern und die tragenden Bereiche zu erhalten.
Beton nimmt Druck gut auf, Zugkräfte dagegen schlechter. Deshalb enthält Stahlbeton eine Bewehrung aus Stahl, die Zugkräfte übernimmt. Die Forschenden legten zunächst den Verlauf dieser Bewehrung fest und optimierten anschließend die Form des Betons. So entstand ein Träger mit einem breiten oberen Teil, schrägen schmalen Stegen und einem dünnen unteren Abschnitt.
Solche Formen sind mit starren Formen aus Holz oder Stahl aufwendig herzustellen. Die Idee des Teams: Stoffstücke werden zugeschnitten und zu einer Schalung vernäht. Ein Holzrahmen hält sie beim Befüllen. Nach dem Aushärten lässt sich der Stoff entfernen.
Die Form muss sich verformen dürfen
Stoff verhält sich anders als eine starre Gussform: Frischer Beton drückt ihn nach außen. Der Zuschnitt muss diese Verformung daher bereits berücksichtigen. Das Team übersetzte den dreidimensionalen Entwurf mit einem automatisierten Verfahren in flache Stoffteile und nähte daraus die Schalung.
Auch die Mischung spielte eine Rolle. Durch das Baumwollgewebe kann Wasser austreten; zu flüssiger Beton würde zudem stärker gegen den Stoff drücken. Laut MIT-Mitteilung verwendete das Team eine mäßig feuchte, sandreiche Mischung mit kleinen Steinen. Sie musste durch die schmalen Stege fließen. Die Forschenden verdichteten sie von Hand und bearbeiteten den Stoff von außen.
Für denselben Entwurf entstanden drei Formen aus unterschiedlich vielen Stoffstücken. Mehr Nähte erlaubten eine feinere lokale Kontrolle der Form, machten den gesamten Träger aber nicht automatisch genauer. Im Versuch bot die Variante aus 56 Teilen den besten Ausgleich zwischen geometrischer Kontrolle und Aufwand.
Was der Belastungstest aussagt
Einen der Träger belastete das Team schrittweise mit wassergefüllten Eimern. Die Belastung erreichte rund 30 Prozent der Auslegungslast und sollte Bedingungen im gewöhnlichen Gebrauch abbilden. Dabei maßen die Forschenden, wie stark sich die Mitte absenkte. Die gemessene Durchbiegung lag innerhalb von etwa zwei Prozent der Computervorhersage.
Das ist ein Vergleich von Messung und Modell für diesen Versuch, keine Aussage über die Bruchlast. Mehrere Träger bis zum Versagen zu testen, nennt das Team als nächsten Schritt. Größere Spannweiten benötigen zudem eine neue Auslegung, weil sich Eigengewicht und Druck auf die Stoffform ändern.
Weniger Material bedeutet nicht immer geringere Kosten
Ob sich das Verfahren rechnet, hängt auch vom Nähen und von den örtlichen Kosten ab. Für die Herstellung eines einzelnen Trägers berechnete das Team im globalen Norden je nach Form Mehrkosten von etwa 16 bis 55 Prozent gegenüber der konventionellen Variante. In den untersuchten Annahmen für den globalen Süden ergaben sich dagegen Einsparungen von rund 10 bis 20 Prozent. Das sind Modellvergleiche für einen Träger, keine Preisangaben für eine konkrete Baustelle.
Interessant erscheint der Ansatz deshalb besonders für individuelle Bauteile oder kleine Serien, bei denen eine komplexe Form gebraucht wird. Für viele gleiche rechteckige Träger können wiederverwendbare starre Schalungen wirtschaftlicher bleiben. Der Versuch zeigt, wie sich eine berechnete materialsparende Form mit vergleichsweise einfacher Ausrüstung herstellen lässt; seine Eignung für größere Bauwerke muss weiter untersucht werden.
Quellen
- Shape DeCo Lab: Affordable Construction of Topology Optimized Reinforced Concrete through Fabric Formwork, Studienabstract, 2026
- MIT News: Fabric molds could bring material-saving concrete beams within reach, 6. November 2026
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