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Forschungsbericht: Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton

Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton

Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3194
Daniel Schmeer, Benjamin Schönemann, Olga Arkhipkina, Walter Haase, Harald Garrecht, Oliver Sawodny, Werner Sobek
Univ. Stuttgart, Institut für Leichtbau, Entwerfen und Konstruieren -ILEK-
Univ. Stuttgart, Institut für Systemdynamik -ISYS-
Univ. Stuttgart, Institut für Werkstoffe im Bauwesen -IWB-
2020, 130 S., 96 Abb. u. 37 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
Best.-Nr. F 3194 (Kopie des Manuskripts)
ISBN 978-3-7388-0499-7

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Inhaltsverzeichnis [PDF]

Kurzbericht [PDF] deutsche Version
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Inhalt

Das Bauwesen steht vor der Herausforderung, für mehr Menschen mit weniger Materialaufwand mehr zu bauen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Technologien, die auf ein möglichst leichtes Bauen, die Minimierung des Verbrauchs an fossil erzeugter Energie sowie der vollständigen Rezyklierbarkeit der Bauteile abzielen. In diesem Kontext bestand das Ziel des Forschungsvorhabens in der Entwicklung von rein mineralischen, multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild sowie den Wärmeschutz zu erfüllen. Eine deutliche Massenersparnis, eine signifikante C02-Reduktion sowie eine sortenreine Rezyklierbarkeit gegenüber herkömmlichen Massivbauteilen sollten erzielt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes konnte durch die Entwicklung von rein mineralischen multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche den tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen gerecht werden, erreicht werden. Hierzu konnten sowohl die Berechnungsansätze auf der Basis normativer Regelungen formuliert und validiert werden, als auch die zielführenden Verfahren zur Bauteilherstellung identifiziert und weiterentwickelt werden. Zum Abschluss des Projektes konnte mit der Technologie eine Masseneinsparung von rund 60 % gegenüber Massivwänden mit Wärmedämmverbundsystem erzielt werden, bei vergleichbaren Baukosten. In nachfolgenden Projekten gilt es die erzielten Lösungen final zu erforschen und weiterführende Versuche durchzuführen, um die Technologie letztlich praxisreif zu machen.

Verfügbare Formate

Publikationslisten zum Thema:
Wand, Außenwand, Wandelement, Vorfertigung, Fertigteil, Fertigteilbau, Beton, Betonbau, Betonfertigteil, Multifunktionalität, Recycling, Kreislauf, Nachhaltiges Bauen, Ökologie, Ökonomie, Bauweise, Bausystem, Gradientenbeton, Technologie, Dauerhaftigkeit, Wärmeschutz, Wandbauteil, Innovationsprogramm Zukunft Bau,

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Forschungsberichte

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Hans Drexler, Filipa Almeida, Marie Deilmann, Frederik Ehling, Anna Rehfinger, Philip von Rüdiger, Tobias Götz, Tobias Riehle, Tobias Brüggemann
Holz: Form- und kraftschlüssig
Entwicklung eines Voll-Holz-Bausystems mit form- und kraftschlüssigen geometrischen Verbindungen
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3215
2020, 233 S., 123 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Mit der Entwicklung eines reinen Holzbausystems, das sich auch für den mehrgeschossigen Wohnbau eignet, soll nachgewiesen werden, dass auch ohne den Verbund mit Beton oder Stahl leistungsfähige Konstruktionen errichtet werden können. Zudem werden sowohl ökologische als auch ökonomische Vorteile des Baustoffes Holz gegenüber anderen Bauweisen dargelegt. Das Forschungsprojekt hat die Entwicklung eines Tragsystems für den mehrgeschossigen Wohnungsbau zum Ziel, das ohne den Einsatz von metallischen Verbindungsmittel allein mit form- und kraftschlüssigen Verbindungen hergestellt werden kann. In einer Konzept- und Entwicklungsphase wurden grundlegende Parameter für die Systementwicklung definiert. Allgemeine Anforderungen an den Holzbau und den Wohnungsbau bilden dabei einen ersten Rahmen für die Anwendung des Materials und des Systems. In prototypischen Testaufbauten wurden Zwischenstände der Systementwicklung erprobt. Es wurden zwei Rastermodule als Demonstrationsbau errichtet. Die Betrachtung des globalen Tragwerks wurde durch die Entwicklung eines Bemessungstools vertieft, mit dessen Hilfe Bauteile der primären Holzkonstruktion dimensioniert und somit überschlägige Holzmengen für eine Gesamtkonstruktion ermittelt werden können.

Stefan Schäfer, Alexander Pick
Entwicklung von planaren Ziegelfertigteilen für die Herstellung von weitspannenden Schalentragwerken
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3188
2020, 157 S., 206 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Schalentragwerke besitzen unter baukulturellen, tragkonstruktiven und ästhetischen Gesichtspunkten hohe Potentiale für das Bauwesen. Obwohl sie zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Konstruktionen aufweisen, kommen sie in der heutigen Architektur aufgrund hoher Kosten nur noch selten zur Anwendung. Die Relevanz des Forschungsthemas wird deutlich an dem geringen Anteil von Schalentragwerken an der Anzahl neuer Bauprojekte. Dies ist auf den hohen Ressourceneinsatz an Personal, Schalung und Unterkonstruktionen, wie z. B. Lehrgerüsten zurückzuführen. Um dieser Problematik entgegenzuwirken gilt es, den Anteil an Personal und Schalung zu reduzieren, Lehrgerüste zu vereinfachen und den Planungs-, Produktions- und Bauprozess zu vereinfachen. Unser Forschungsansatz sieht eine Methodik zur wirtschaftlichen Herstellung von mehrfach gekrümmten Ziegelschalen durch einfache, planare Bauteile vor. Ziel ist es, komplexe Bauwerke wie Schalentragwerke durch einen erhöhten Vorfertigungsgrad konkurrenzfähiger zu machen und damit die Diversität des Spektrums an Bauwerken dieser Art wieder zur erhöhen. Durch die Verlagerung eines Großteils der Arbeiten von der Baustelle in die Vorfertigung lässt sich diesem Problem entgegenwirken.

Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton

Daniel Schmeer, Benjamin Schönemann, Olga Arkhipkina, Walter Haase, Harald Garrecht, Oliver Sawodny, Werner Sobek
Entwicklung einer ökologischen und ökonomischen Bauweise durch den Einsatz vorgefertigter multifunktionaler Wandbauteile aus gradiertem Beton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3194
2020, 130 S., 96 Abb. u. 37 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Das Bauwesen steht vor der Herausforderung, für mehr Menschen mit weniger Materialaufwand mehr zu bauen. Dies erfordert die Entwicklung neuer Technologien, die auf ein möglichst leichtes Bauen, die Minimierung des Verbrauchs an fossil erzeugter Energie sowie der vollständigen Rezyklierbarkeit der Bauteile abzielen. In diesem Kontext bestand das Ziel des Forschungsvorhabens in der Entwicklung von rein mineralischen, multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche in der Lage sind, die Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Dauerhaftigkeit, das architektonische Erscheinungsbild sowie den Wärmeschutz zu erfüllen. Eine deutliche Massenersparnis, eine signifikante CO2-Reduktion sowie eine sortenreine Rezyklierbarkeit gegenüber herkömmlichen Massivbauteilen sollten erzielt werden. Das Ziel des Forschungsprojektes konnte durch die Entwicklung von rein mineralischen multifunktional gradierten Wandbauteilen, welche den tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen gerecht werden, erreicht werden. Hierzu konnten sowohl die Berechnungsansätze auf der Basis normativer Regelungen formuliert und validiert werden, als auch die zielführenden Verfahren zur Bauteilherstellung identifiziert und weiterentwickelt werden. Zum Abschluss des Projektes konnte mit der Technologie eine Masseneinsparung von rund 60 % gegenüber Massivwänden mit Wärmedämmverbundsystem erzielt werden, bei vergleichbaren Baukosten. In nachfolgenden Projekten gilt es die erzielten Lösungen final zu erforschen und weiterführende Versuche durchzuführen, um die Technologie letztlich praxisreif zu machen.

Entwicklung und Anwendung von komplett demontablen Wohneinheiten aus ressourcenschonendem Beton - RC-WE-Modul

Wolfram Jäger, Angelika Mettke, Hassan Youssef, Stephanie Schmidt, Viktoria Arnold, Christian Matthes, Jakob Fischer
Entwicklung und Anwendung von komplett demontablen Wohneinheiten aus ressourcenschonendem Beton - RC-WE-Modul
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3192
2020, 297 S., 291 Abb. u. 36 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung und Demonstration einer massiven, modularen, transportablen und voll demontablen/recyclinggerechten Wohneinheit für die schnelle Bereitstellung von Wohnraum und ggf. temporären Unterkünften, die am Ende ihrer Nutzungszeit umsetzbar sind. Dabei waren die Anforderungen der Next-Generation-Buildings zu erfüllen und Stoffkreisläufe nach dem Prinzip Cradle to Cradle (kreislaufgerechtes Bauen auf Bauteilebene) zu schließen, d. h. flexibel (schnell, demontierbar, anpassungsfähig etc.), schadstofffrei und ressourcenschonend mit System (modulare Bauweise) zu bauen. Dazu gehören die sortenreine Trennbarkeit und die Wiederverwendbarkeit ganzer Bauteile des Rohbaus sowie deren nachhaltige Herstellung durch die Nutzung von Recyclingmaterial. Einmal hergestellt, befinden sich ganze Module im Nutzungskreislauf ohne eine Zerstörung am Nutzungsende. Daher wird mit der Wiederverwendungsoption ein Beitrag zur Werterhaltung geleistet (Upcycling). Bei dem Projekt standen die Erprobung der erarbeiteten Grundlagen und die Optimierung von wiederholbaren, adaptiven Konstruktionslösungen sämtlicher Gebäudeteile im Mittelpunkt.

Bauen mit Weitblick - Systembaukasten für den industrialisierten sozialen Wohnungsbau

Stefan Winter, Markus Lechner, Claudia Köhler, Joachim Brech, Moritz Segers, Christian Schühle, Anne Niemann, Hermann Kaufmann, Lukas Lauss, Johanne Schöner, Rafael Gramm, Johannes Gantner, Thomas Kirmayr, Sebastian Schäller, Sandra Fleischmann, Friedrich Hermann, Ernest Berghofer, Thomas Auer, Fritz Frenkler
Bauen mit Weitblick - Systembaukasten für den industrialisierten sozialen Wohnungsbau
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3082
2019, 426 S., 183 Abb. u. 28 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

Vielerorts herrscht weiterhin ein großer, sich verschärfender Mangel an bezahlbarem Wohnraum. Politik und Wohnungswirtschaft müssen dringend sozial verträglich Wohnraum schaffen. Unter Wahrung architektonischer Vielfalt ist eine Industrialisierung des Wohnungsbaus erforderlich. Mögliche Wege zur Industrialisierung und deren Umsetzungsfähigkeit wurden im Projekt untersucht. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung der Methodik und die Bereitstellung eines "Systembaukasten Geschosswohnungsbau", der industrialisierten sozialen Wohnungsbau mit hoher nachhaltiger Bauqualität ermöglicht. Dazu werden zunächst in einem Anforderungskatalog, basierend auf Förderkriterien etc., alle Leistungsanforderungen definiert. Aus den Anforderungen wurden die Funktions- und Produktstrukturen für einen Systembaukasten entwickelt. Für spezifische Bauweisen wurde die Entwicklung eines Systembaukastens basierend auf Baugruppen ermöglicht. Aufbauend auf den Ergebnissen können nun auch bauweisenspezifische, firmenunabhängige Systembaukästen entwickelt werden, die mittels Konfiguratoren durch unabhängige Planer verwendet und offen ausgeschrieben werden können.

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Zeitschriftenartikel

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Lechner, Markus; Winter, Stefan
Bauen mit Weitblick. Systembaukasten für den Wohnungsbau.
Quartier, 2020

Glossar. Typisierung, Vorfertigung, serielles Bauen
Der Architekt, 2019

Götz, Tobias
"Modulares Bauen" - Bedeutung und Zukunft. Sanieren in der Stadt - Geschosswohnbau profitiert vom Holzbau (2)
Bauen plus, 2018

Vermeulen, Paul
Raum gewinnen durch Vorfabrikation. Studentenwohnhaus in Eindhoven von Office Winhov und Office Haratori (kostenlos)
Werk Bauen + Wohnen, 2017

Wohlfühl-Oase. Gesund bauen und Wohnen
Bauen, 2016

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