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Entwicklung und Bemessung von statisch wirksamen Holz-Glas-Verbundkonstruktionen zum Einsatz im Fassadenbereich

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[Quelle: http://www.ub.tuwien.ac.at]

Aufbauend auf eine vorangegangene Dissertation, in welcher erfolgreich an orientierenden Versuchen gezeigt wurde, dass eine sinnvolle Anwendung von Holz-Glas-Verbundbauteilen zur Realisierung der Gebäudeaussteifung im Holzhausbau möglich ist, setzt diese Arbeit einen Schwerpunkt auf die tatsächliche Realisierung und Bemessung solcher Holz-Glas- Verbundelemente. Der erste Abschnitt des experimentellen Teils befasst sich mit der Klebstoffverbindung selbst und untersucht zwei unterschiedliche Klebstoffarten. Es wird die Belastungsrichtung, Belastungsdauer, Geometrie der Klebefuge sowie Auswirkungen von Umwelteinflüssen auf das Tragverhalten von Holz-Glas- Klebstoffverbindungen untersucht. Des Weiteren wird das im Vorgängerprojekt entwickelte Prototypen-Tragsystem in ein bauphysikalisch funktionsfähiges Fassadensystem übergeführt, wobei nicht nur Aspekte der Luft- und Schlagregendichtheit, Widerstand gegen Windbelastungen und Differenzklimaten untersucht werden, sondern auch eine Optimierung der Produktions- und Montagetechnik durchgeführt wird. Anschließend wird die statische Leistungsfähigkeit an zahlreichen Großelementen durch Wandscheibenuntersuchungen ermittelt. Im theoretischen Teil der Arbeit werden zwei Rechenmodelle (analytisch und numerisch) gegenübergestellt um eine Prognose der Tragfähigkeit und Verformbarkeit von Holz-Glas-Verbundelementen zu ermöglichen. Durch die gesammelten Grundlagen aus dem experimentellen Teil der Arbeit wird ein mögliches Bemessungskonzept erarbeitet. Anhand von typischen Gebäudegeometrien des Einfamilienhausbaus werden das Bemessungskonzept angewendet und eine Einsetzbarkeit von HGV-Elementen zur Übertragung von Lasten aus dem Gebäude evaluiert. Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse an Hand von realen Prototypen-Bauwerken umgesetzt und bilden die Grundlage für die Serienfertigung von HGV-Elementen sowie die Möglichkeit eines langfristigen Monitorings von Holz-Glas-Verbundelementen.

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Aus der Architektur ist Glas nicht wegzudenken. Es unterscheidet sich aber wesentlich von anderen Baustoffen, denn Glas bricht spontan! Sebastian Sage erklärt, was bei der Verwendung von Glas in Bauwerken beachtet werden muss. Kompakt stellt er den Baustoff Glas und die Einsatzgebiete von unterschiedlichen Fensterkonstruktionen über absturzsichernde und begehbare bis zu Schutzverglasungen vor. In der 3. Auflage wird ein besonderes Augenmerk auf die kritischen Nahtstellen, wo Glas in Fenster und Fenster in Gebäude eingebaut werden, gerichtet. Ein umfangreiches Verzeichnis der geltenden Normen und Richtlinien gibt dem Planer den erforderlichen Überblick, gleichzeitig werden aber auch Schwachstellen in der Normung benannt.

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Das Thema der Fassaden hat in den vergangenen Jahren in der architektonischen Praxis und in der öffentlichen Wahrnehmung weiter an Bedeutung gewonnen. Neben Schutzhülle und Schauseite, Wärme- und Stromlieferant, steht die Außenseite der Gebäude in unmittelbarer Wechselwirkung mit dem umgebenden öffentlichen Raum. Der Fassaden Atlas in seiner Neuauflage vermittelt in Form eines kompakten Nachschlagewerks technische und gestalterische Planungsgrundlagen. Er bietet gezielt Informationen zu ausgeführten Beispielen bis in die konstruktiven Details. Die Charakteristika der Baustoffe werden dabei in ihrem besonderen Anwendungspotenzial und ihren spezifischen Bedingungen sichtbar. Funktional bestimmt und materialübergreifend sind Kapitel zu mehrschaligen Gebäudehüllen, "Manipulatoren" zur Wirkungsänderung bei Fassadenöffnungen und zur Nutzung von Umweltenergie. Ergänzend behandeln aktuelle Projekte Themen wie installierte und begrünte Fassaden sowie Strategien zur energetischen Sanierung. Eine umfassende Auswahl internationaler Anwendungsbeispiele zeigt verschiedene Lösungsansätze im Detail.

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Glasbau 2020
2020, X, 394 S., 45 SW-Abb., 217 Farbabb., 24 Tabellen. 244 mm, Softcover
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Das Buch präsentiert in zahlreichen Beiträgen renommierter Autoren den aktuellen Stand der Technik im konstruktiven Glasbau. Die Planung und die Ausführung wegweisender Glasarchitektur werden ausführlich erläutert, die Bemessung und die Konstruktion tragender Glasbauteile praxisgerecht erklärt. Die Optimierung zukunftsfähiger Gebäudehüllen wird in gleicher Tiefe behandelt wie die energetische Sanierung denkmalgeschützter Fassaden. Nicht zuletzt vermitteln die jüngsten Ergebnisse anerkannter Forschungseinrichtungen einen zuverlässigen Einblick in die Leistungsfähigkeit des gesamten Glasbaus.

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Bionisch bauen
Von der Natur lernen
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Bionik ist ein faszinierendes Grenzgebiet zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung, zwischen Architektur und Biologie: Die Analyse biologischer Konstruktionen kann zu verblüffenden technischen Lösungen führen. Das Buch verfolgt an einer Vielzahl von Beispielen den Weg von der Erkenntnis, wie etwas funktioniert, über die Abstraktion in Computermodellen und den Bau erster Prototypen bis zur funktionierenden Fertigung und Produktion.

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Peter Mehrtens
Integration Scan-Basierter-Techniken und Parametrischer-Methoden in einen Prozess zur Verbesserung der Effizienz im Planungs- und Bauablauf komplexer Fassaden
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3158
2020, 12 S., 15 Abb. u. 2 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Projekt untersuchte inwiefern Scan-basierte Techniken (terrestrische 3d-Scans bzw. deren Auswertung) geeignet sind für die Einbindung in parametrische Planungsprozesse für Fassaden. Grundsätzliche Feststellung ist, dass obwohl für die einzelnen Arbeitsschritte des Vermessens und auch der Planung von Fassaden entsprechende digitale Werkzeuge existieren, die bestehenden Werkzeuge aufgrund ihrer jeweiligen Bedienungskonzepte nicht direkt zueinander kompatibel sind. Bei der Auswertung von Punktwolken wird üblicherweise Software verwendet, deren Ergebnis variiert je nach Interaktion des Benutzers mit der grafischen Benutzeroberfläche. Parametrische Planungsmethoden hingegen verwenden möglichst Funktionen, deren Argumente in replizierbarer Art aus vorherigen Schritten abgeleitet werden. Bedarf an weiterführender Forschung in diesem Bereich ist anzunehmen.

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Frederik Ecke, Helmut Fligge, Jan Juraschek, Heike Klussmann
Plotbot/Crawler - Entwicklung eines neuartigen webbasierten und sensorgeführten Bewegungsautomaten für den Auftrag komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3200
2020, 93 S., 58 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Projekt PLOTBOT/CRAWLER der Forschungsplattform BAU KUNST ERFINDEN an der Universität Kassel wurde ein neuartiger, webbasierter und sensorgeführter Bewegungsautomat für den Auftrag und die Erneuerung komplexer Schichtsysteme zur Funktionalisierung von Gebäudeoberflächen entwickelt. Mittels einer konsistent verzahnten Werkzeug?Software?Logik werden Oberflächen von Bauelementen beliebiger Geometrie instantan angesteuert oder nach einer zuvor digital erstellten Bearbeitungssystematik beschichtet. Das Forschungsvorhaben bietet in dieser Hinsicht einen eigenständigen und zugleich exemplarischen Ansatz. Neuartig und von Vorteil ist die Zusammenführung und die eindeutige Schnittstellendefinition des Verbunds von "Hightech" (Plotbot/ Crawler) und "Lowtech" (Fassadenelement). Die Entwicklung derartiger Systeme für das Bauwesen ist bislang wenig fortgeschritten.

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Bernd Saß, Sandra Heinrichsberger, Norbert Sack
Erarbeitung eines Bauteilkatalogs zur Ermittlung der Luftschalldämmung von opaken Ausfachungen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3206
2020, 140 S., 81 Abb. u. 21 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

In der bauakustischen Planung von Gebäuden werden Angaben zur Luftschalldämmung von Außenbauteilen benötigt. Für opake Ausfachungen (Paneele) lassen sich solche Angaben - im Gegensatz zu transparenten Ausfachungen (Verglasungen) - derzeit nur anhand von Messungen im Labor nachweisen. Eine Möglichkeit zur Planung und Nachweisführung über ein Tabellenverfahren existiert nicht. Durch die Erarbeitung eines Bauteilkatalogs für opake Ausfachungen könnten für standardisierte Paneele Angaben zur Luftschalldämmung ohne Messungen nachgewiesen werden. Die so verfügbaren Informationen zu den akustischen Eigenschaften könnten dann genutzt werden, um die Luftschalldämmung des kompletten Bauelementes (Fenster- bzw. Vorhangfassade) zu bestimmen. Die noch vorhandene Lücke (fehlende Eingangsdaten der Luftschalldämmung von Paneelen) bei der Bestimmung der Luftschalldämmung von Vorhangfassaden wäre somit geschlossen. Dadurch reduziert sich der Aufwand zum Nachweis erheblich. Dies beeinflusst sowohl die Kosten als auch den zeitlichen Ablauf in der Planung. Zusätzlich erhöht sich durch eine fundierte Datenbasis die Planungssicherheit.

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Katarzyna Zdanowicz, Michael Hansen
Chemische Vorspannung von textilbewehrten Sichtbetonbauteilen mit Quellbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3197
2020, 87 S., 90 Abb. u. 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Ziel dieses Forschungsprojekts lag in der Entwicklung von dünnen Fassadenbauteilen in Sichtbetonqualität. Dafür sollte die chemische Vorspannung von textilbewehrtem Beton untersucht werden, die durch Zugabe von Quellmitteln zur Betonrezeptur entsteht. Dafür wurden Betone mit unterschiedlichen Rezepturen analysiert, wobei ihr Quellen und das damit verbundene Vorspannverhalten an Betonprobekörpern mit Betonstahl- und Textilbewehrung untersucht wurde. In dem Forschungsprojekt wird aufgezeigt, dass chemisch vorgespannte dünne Betonelemente mit Carbontextilbewehrung viele Vorteile im Bereich der Tragfähigkeit und insbesondere der Gebrauchstauglichkeit aufweisen. Durch die Vorspannung infolge einer kontrollierten, durch innenliegende Bewehrung behinderten Ausdehnung des Betons sind keine zusätzlichen mechanischen Vorspannvorrichtungen oder -verankerungen erforderlich. Insbesondere für die Fertigteilindustrie wäre die chemische Vorspannung mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden, da sich die Produktion der Fertigteile durch den Einsatz von Quellmitteln verkürzen würde.

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Oliver Fischer, Christopher Bert
Tragverhalten von Sandwichfassaden unter mechanischen und thermischen Einwirkungsgrößen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3114
2019, 161 S., 55 Abb., 27 Tab. u. 77 Diagr., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Sandwichwände werden bisher üblicherweise aus Stahlbeton mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm hergestellt. Durch Einsatz korrosionsbeständiger Textilbewehrung ist es möglich, die äußere Deckschicht signi?kant in ihrer Dicke zu reduzieren. Im Hinblick auf diese Entwicklungen und den Forschungsbedarf ist das Ziel des Vorhabens, die für die Bemessung maßgebenden Temperaturgrößen und -gradienten sowohl numerisch als auch experimentell nachzuweisen. Das behandelte Forschungsprojekt entstand aus der Intention heraus für neuartige innovative Bauweisen mit ?ligranen textilbewehrten Vorsatzschalen maßgebende klimatische Einwirkungsgrößen herzuleiten und den als Stand der Technik zu bezeichnenden Lastansatz nach DIBt 1995/5 um derartige Anwendungsfälle zu erweitern. Im Zuge der Forschung konnte diese Notwendigkeit jedoch nicht nur für neuartige Vorsatzschalensysteme, sondern auch für die üblicherweise angewendeten Stahlbetonsysteme mit Vorsatzschalendicken zwischen 70 und 100 mm ermittelt werden. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Lastansatz nach DIBt 1995/5 keine Querschnittsabhängigkeit aufweist. Auch veränderte klimatische Verhältnisse mit immer extremeren Witterungsbedingungen sind dabei als Begründung zu nennen.

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Zeitschriftenartikel

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Schoof, Jakob
Ausbildungszentrum in Genk
Detail, 2020

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Parametrisches Fassadengeflecht. Das BIZZZ in Offenburg (kostenlos)
Metallbau, 2020

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Didelon, Valery
Eigensinn des Materials. Wiederentdecktes Bauen mit Stein
Werk Bauen + Wohnen, 2020

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Pawlitschko, Roland
Wohnhaus in Zürich
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Pawlitschko, Roland
Kulturzentrum in Prag
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