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Forschungsbericht: PREFAB HOUSING

PREFAB HOUSING

Untersuchung von Produktionsprozessen im Hinblick auf Effizienzsteigerung und Kostensenkung für bedarfsgerechten Wohnraum
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3195
Jutta Albus, Hans Drexler
TU Dortmund, Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen, Juniorprofessur Ressourceneffizientes Bauen
DGJ Architektur GmbH, Frankfurt/Main
2020, 71 S., 48 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
ISBN 978-3-7388-0489-8


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Inhaltsverzeichnis [PDF]

Kurzbericht [PDF] deutsche Version
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Inhalt

In dieser Studie werden industrielle Fertigungsprozesse für Bausysteme mit hohem Vorfertigungsgrad im Hinblick auf ihr Potenzial zur Schaffung von kostengünstigem und hochwertigem Wohnraum untersucht. Im Fokus steht nicht das Gebäude als Produkt, sondern die Produktion der Subsysteme und deren Zusammenspiel. Gegenstand der Untersuchungen sind Systeme, zu deren Referenzdaten Zugang besteht und aktuelle Produktionsverfahren, die den vorgefertigten Wohnungsbau repräsentieren. In der best-practice Studie wird nicht nur die Konstruktion eines Gebäudes, sondern auch die Produktionskette einer genauen Analyse unterzogen. 4 bis 6 Referenzprojekte ausgewählter Firmen werden einer einheitlichen Analyse von Produktionszeiten und Kostenanteilen unterzogen. Die Analyse der Produktion der baukonstruktiven Bereiche zusammen mit der Betrachtung von Montage, Fertigungs- und Bauzeiten sowie Kostenanteilen lässt eine Bewertung des Gesamtsystems und des Optimierungspotenzials für künftige Umsetzungen und Veränderungen der Stückzahlen ableiten. Die Herstellungsmethoden und der Grad der Vorfertigung werden untersucht und in Verhältnis zu den Kosten und Qualitäten gesetzt. Ein Vergleich der Systeme und Materialien kann Grenzen und Potenziale der Systeme aufzeigen. Die Baukonstruktionen sollen zum einen im Hinblick auf die besonderen konstruktiven und bautechnischen Anforderungen im Wohnungsbau betrachtet werden, zum anderen sollen die Gebäudetypologien und Gebäudeklassen benannt werden, für deren Einsatz sie sich eignen.


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Jutta Albus, Kirsten Hollmann-Schröter, Felix Lowin, Matthäus Johann Nowak
Systematisierte Planungs- und Bauprozesse
Hintergründe, Strategien und Potenziale industrieller Vorfertigungstechnologien.
2021, 217 S., 154 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Die Publikation bietet einen Überblick über die Bereiche Vorfertigung, standardisierte Planungsmethoden und die Anwendung innovativer Konstruktionstechnologien beim Bauen. Vor dem Hintergrund der geschichtlichen Einordnung sowie den baurechtlichen Anforderungen wird der Status quo neuer, innovativer Planungsansätze und gängiger Systembauweisen, die mittels industrieller Herstellungsmethoden realisiert werden, erläutert. Im Fokus der Betrachtungen steht die Verbesserung und adäquate Anpassung an eine sich wandelnden Produktion. Dadurch soll bei den noch stark konventionellen Abläufen im Bauen und damit verbundenen Planungsprozessen sowohl eine Steigerung der Effizienz durch innovative technologische Herangehensweisen als auch eine hohe architektonische Qualität erreicht werden. Anhand von Projektbeispielen aus dem Bereich Wohnungs- und Bürobau werden die Vielseitigkeit der Herangehensweisen aufgezeigt und die Potenziale einer systematisierten, auf Vorfertigung und industrielle Produktionsprozesse ausgerichteten Planungsmethodik dargestellt. Insbesondere der Einsatz neuer Planungswerkzeuge unterstützt eine Abgrenzung zu früheren, allseits bekannten Formen der Standardisierung und erreicht durch eine stärkere Einbindung von digitalisierten Entwurfs- und Produktionsprozessen eine Verbesserung der gestalterischen Varianz.


Alfred Steinle, Hubert Bachmann, Mathias Tillmann
Bauen mit Betonfertigteilen im Hochbau
Bauingenieur-Praxis
3., Aufl.
2018, 336 S., 40 Tabellen. 24 cm, Softcover
Ernst & Sohn
 
 
Der Band führt in die Betonfertigteilbauweise ein und vermittelt das notwendige Wissen für die Konstruktion, Berechnung und Bemessung. Auch die geschichtliche Entwicklung und der Stand der europäischen Normung werden aufgezeigt. Der Dreh- und Angelpunkt für den wirtschaftlichen und fehlerfreien Einsatz von Betonfertigteilen und Hauptanliegen des Buches ist der fertigungs- und montagegerechte Entwurf. Neben den zu beachtenden Randbedingungen werden typische Fertigteilkonstruktionen zur Diskussion gestellt. Die Verbindungen der Betonfertigteile sind als Schwachstelle gerade bei Horizontallasten besonders zu beachten. Daher wird die Aussteifung von Fertigteilgebäuden ausführlich behandelt. Insbesondere aufgrund von kritischen Detailnachweisen ist eine ingenieurmäßige vereinfachende Betrachtung der Aussteifung gegenüber einer computergestützten Berechnung vorzuziehen. Besonderheiten der Bemessung, z.B. Lager, Knoten und Stöße, werden vertieft dargestellt. Ein zunehmend wichtiger Anwendungsbereich für Betonfertigteile ist der Fassadenbau, welchem ein eigenes Kapitel gewidmet ist. Hier spielt der Einsatz von neuen Betonen und Bewehrungen eine große Rolle, wie z.B. ultrahochfester Beton mit Glasfaser- oder Carboneinlagen. Abschließend wird auf die Fertigung eingegangen, um beim Leser das Verständnis für die Bauweise unter Berücksichtigung der Herstellung zu erweitern. Für die 3. Auflage wurde das Buch vom erweiterten Autorenteam komplett überarbeitet.


Systembau
Prinzipien der Konstruktion
Prinzipien der Konstruktion
2012, 133 S., 154 b/w ill., 57 b/w ld. 270 mm, Hardcover
Birkhäuser Berlin
 
 
Seit einigen Jahren wird der Systembau, die Verwendung von vorgefertigten Elementen in der Architektur, wieder engagiert diskutiert. Lange als monoton abgestempelt, weisen heutige Bauelemente in Wirklichkeit einen hohen Differenzierungsgrad auf, der die Kreativität der Architekten nachhaltig stützen und verstärken kann. Zahlreiche Bauten arbeiten mit solchen vorgefertigten Elementen und es sind ästhetisch anspruchsvolle Modulsysteme erhältlich. Der Band stellt die verschiedenen Systeme und ihre Einsatzmöglichkeiten insbesondere im Wohnungs-, Büro- und Industriebau vor. Die Prozesse und Komponenten im Systembau werden erklärt, und das Verhalten der unterschiedlichen Materialien bei dieser Bauweise erläutert. Die Autoren stellen Strategien für Planung und Entwurf mit vorgefertigten Systemen vor, damit diese vom Architekten nutzbringend eingesetzt werden können. Zahlreiche Zeichnungen erklären die Prinzipien im Systembau; gebaute Beispiele sorgen für den Brückenschlag zur Baupraxis.


Peter Bindseil
Stahlbetonfertigteile nach Eurocode 2
Konstruktion, Berechnung, Ausführung
4., Aufl.
2012, XI, 359 S., m. Abb. 24 cm, Buch
Reguvis Fachmedien
 
 
Das Buch behandelt schwerpunktmäßig die tragenden Strukturen. Die aufgeführten Grundlagen stellen das Handwerkszeug in der Planung dar. Die Zusammenarbeit zwischen Bauingenieur und Architekt nimmt in letzter Zeit erfreulich zu, nicht zuletzt, weil innovative Entwicklungen neuer Betonsorten und zusätzliche Möglichkeiten der Oberflächenbearbeitung ("Architekturbeton") die Gestaltungsspielräume der Fertigteilbauweise erweitern. Auch die Integration immer umfangreicherer technischer Gebäudeausrüstung hat zu neuen konstruktiven Anforderungen und Lösungen geführt. Die Gedanken der Nachhaltigkeit haben ebenfalls Einfluss auf die Fertigteilbauweise. Die vierte Auflage wurde insbesondere durch die für das Jahr 2012 vorgesehene Ablösung der Normenreihe DIN 1045 durch die neueste Fassung der Eurocode-Reihe EC2 erforderlich. Die Gliederung in vier Teile wird beibehalten: Die Teile A und B enthalten einen allgemeinen Überblick über die Anwendung von Stahlbetonfertigteilen sowie die wesentlichen Grundlagen der Planung. In Teil C erfolgt eine vertiefte Behandlung der für den Fertigteilbau spezifischen statisch-konstruktiven Probleme. In Teil D wurden die Abschnitte über den baulichen Brandschutz und über Verankerungstechnik aktualisiert. Zu Schadensfällen kann leider noch immer keine Entwarnung gegeben werden. Verschiedene Schadensursachen an Fertigteilkonstruktionen sind Gegenstand des Teiles D, ebenso Möglichkeiten von Bauteiluntersuchungen nach dem Auftreten von Schäden aber auch vor dem Umbau bestehender Bauwerke. Überlegungen zu wiederkehrenden Prüfungen werden ebenfalls angestellt.


Ralf Möller, Hans Pöter, Knut Schwarze
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2011, XV, 668 S., 63 Tabellen, 584 SW-Abb. 24 cm, Hardcover
Ernst & Sohn
 
 
Das Bauen mit dünnwandigen Profilen aus Stahl und Aluminium erlebte in der zweiten Hälfte des 20. Jh. mit der Produktion von Trapezprofilen und Sandwichelementen in kontinuierlichen Herstellungsverfahren den Durchbruch im Industriebau. Der Konstruktionsatlas gibt mit zahlreichen Detaildarstellungen Planungs- und Qualitätssicherheit, insbesondere hinsichtlich des Wärme- und Feuchteschutzes.


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PREFAB HOUSING
Untersuchung von Produktionsprozessen im Hinblick auf Effizienzsteigerung und Kostensenkung für bedarfsgerechten Wohnraum
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3195
2020, 71 S., 48 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
In dieser Studie werden industrielle Fertigungsprozesse für Bausysteme mit hohem Vorfertigungsgrad im Hinblick auf ihr Potenzial zur Schaffung von kostengünstigem und hochwertigem Wohnraum untersucht. Im Fokus steht nicht das Gebäude als Produkt, sondern die Produktion der Subsysteme und deren Zusammenspiel. Gegenstand der Untersuchungen sind Systeme, zu deren Referenzdaten Zugang besteht und aktuelle Produktionsverfahren, die den vorgefertigten Wohnungsbau repräsentieren. In der best-practice Studie wird nicht nur die Konstruktion eines Gebäudes, sondern auch die Produktionskette einer genauen Analyse unterzogen. 4 bis 6 Referenzprojekte ausgewählter Firmen werden einer einheitlichen Analyse von Produktionszeiten und Kostenanteilen unterzogen. Die Analyse der Produktion der baukonstruktiven Bereiche zusammen mit der Betrachtung von Montage, Fertigungs- und Bauzeiten sowie Kostenanteilen lässt eine Bewertung des Gesamtsystems und des Optimierungspotenzials für künftige Umsetzungen und Veränderungen der Stückzahlen ableiten. Die Herstellungsmethoden und der Grad der Vorfertigung werden untersucht und in Verhältnis zu den Kosten und Qualitäten gesetzt. Ein Vergleich der Systeme und Materialien kann Grenzen und Potenziale der Systeme aufzeigen. Die Baukonstruktionen sollen zum einen im Hinblick auf die besonderen konstruktiven und bautechnischen Anforderungen im Wohnungsbau betrachtet werden, zum anderen sollen die Gebäudetypologien und Gebäudeklassen benannt werden, für deren Einsatz sie sich eignen.


Ondrej Kyjanek, Oliver David Krieg, Tobias Schwinn, Achim Menges
Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau: Potentiale für die Vorfertigung
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3180
2020, 69 S., 24 Abb. u. 2 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Der Holzbau basiert heute auf Leichtbausystemen mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad. Der Automatisierungsgrad der Fertigung im Holzbau ist jedoch im Vergleich zu anderen Industriebranchen immer noch sehr gering. Ziel dieses Projektes ist es daher, einen möglichen Einsatz der Mensch-Roboter-Kooperationsfertigung zu analysieren und zu bewerten, um den Automatisierungsgrad in der Holzbauvorfertigung zu erhöhen und flexibel zu halten. Die Forschungsarbeit verfolgt einen vierstufigen Forschungsansatz bestehend aus Analyse, Systematisierung, Entwicklung und Evaluierung: basierend auf der Analyse des aktuellen Stands der Technik im Holzbau und der verfügbaren Technologien der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) und der Systematisierung der Ergebnisse, werden praktikable MRK-Workflows entwickelt und diese abschließend durch eine Reihe von Produktionssystemprototypen bewertet.


Viktor Mechtcherine, Jens Otto, Frank Will, Viacheslav Markin, Christof Schröfl, Venkatesh Naidu Nerella, Martin Krause, Charlotte Dorn, Mathias Näther
CONPrint3D-Ultralight - Herstellung monolithischer, tragender Wandkonstruktionen mit sehr hoher Wärmedämmung durch schalungsfreie Formung von Schaumbeton
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3181
2020, 127 S., 78 Abb. u. 35 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Beton-3D-Druck ist eine kontinuierliche, schalungsfreie Bautechnologie nach dem Prinzip der additiven Fertigung, die wirtschaftliche Errichtung von Bauwerkstrukturen unter Baustellenbedingungen ermöglicht. Das Projekt beschäftigte sich mit der Erweiterung des Verfahrens auf Schaumbeton mit dem Ziel, die Grundlagen einer Technologie zur Erstellung tragender Wände zu entwickeln. Schaumbeton zeichnet sich durch geringe Rohdichte und gute Wärmedämmeigenschaften aus. Die entwickelten Schaumbetone, technologischen und baustofflich-analytischen Prozesse und Verfahren, sowie die Maschinenelemente einschließlich deren Integration stellen elementare Grundlagen dar, die zur großtechnischen und baupraktischen Umsetzung von schalungsfreien Formgebungsverfahren mit Schaumbetonen notwendig sind. Die Projektergebnisse können von Baustoff- und Zusatzmittelherstellern, Baumaschinenherstellern sowie Baufirmen genutzt werden, um mit beschränktem Aufwand aus dem prototypisch nachgewiesenen 3D-Druck von Schaumbeton marktfähige Produkte und Technologien mit ausgeprägten Alleinstellungsmerkmalen weiterzuentwickeln. Die erfolgte positive Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Bauverfahrens stellt eine ausgezeichnete Grundlage für deren Überführung in die Baupraxis dar.


Gregor Wisner, Frauke Bunzel, Elisabeth Stammen, Klaus Dilger
Entwicklung von nachhaltigen Sandwichelementen aus Holzschaum und Textilbeton - HoTeSa
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3143
2019, 40 S., 39 Abb. u. 5 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Der vermehrte Einsatz nachwachsender Rohstoffe im Bauwesen hilft Energie und Bodenschätze einzusparen. Ein neuer Ansatz zur Substituierung von typischen Kunststoffschäumen stellt der neu entwickelte Holzschaum aus Holz und Holzresten dar. In diesem Projekt sollte ein Bauelement als Sandwich aus Holzschaum und dünnwandigen Deckschichten aus textilbewehrtem Beton entwickelt und geeignete Anwendungen im Massiv- wie Fertigbau identifiziert werden. Die Ziele im Projekt waren die Identifikation der technischen Eigenschaften ausgewählter Holzschaumarten mit der Funktion als Kernwerkstoff im Sandwich. Weiterhin sollten geeignete Fügetechniken untersucht und wesentliche Verbundeigenschaften charakterisiert werden. Holzschaum aus Buchen- oder Kiefernholz mit einer Mindestdichte ab etwa 70 kg/Kubikmeter stellt einen gut technisch nutzbaren Kernwerkstoff in Sandwichbauweisen dar. Der Verbund kann durch konventionelle Klebtechnik wie auch im direkten flüssigem Benetzen mit dem Beton realisiert werden. Die untersuchten Kombinationen mit relativ dünnen Deckschichten ermöglichen leichte und sehr nachhaltige Innen- wie Außenanwendungen im Bauwesen.


Patrick Schwerdtner, Frank Kumlehn, Julian Schütte
Kostengünstiger Wohnungsbau: Identifikation bestehender Hemmnisse für den Einsatz von Raummodulen im Wohnungsbau. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3097
2018, 134 S., 36 Abb. u. 8 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag
 
 
Der Einsatz vorgefertigter Raummodule mit anschließender Montage auf der Baustelle stellt vor dem Hintergrund des aktuellen Defizits an (bezahlbarem) Wohnraum eine alternative Ausführungsvariante im Wohnungsbau dar. Durch Befragungen der Nachfrage- und Anbieterseite sollten die Hemmnisse beim Einsatz von Raummodulen im Wohnungsbau identifiziert werden, um hieraus Handlungserfordernisse für die Praxis abzuleiten. Das Forschungsprojekt basiert im Wesentlichen auf Befragungen, die in zwei Arbeitsschritten durchgeführt wurden. Zunächst wurde eine Befragung der Nachfrageseite im Wohnungsbau durchgeführt. Bei den Nachfragern im Wohnungsbau sollten die Barrieren und Hemmnisse identifiziert werden, die einem Einsatz der Raummodulbauweise als Alternative zur traditionellen Bauverfahren bisher entgegenstehen. Im zweiten Arbeitsschritt wurden neun Anbieter von Raummodulen aus Holz, Stahl und Beton in Form von Interviews ebenfalls einer Befragung unterzogen. Die Sichtweise der im Raummodulbau tätigen Unternehmen im Hinblick auf die Ursachen der (bislang) geringen Verbreitung der Raummodulbauweise im Wohnungsbau sollte herausgearbeitet werden. Aus den durchgeführten Befragungen konnten neben der Identifikation wesentlicher Hemmnisse auch bestehende Lösungen für den Einsatz von Raummodulen im Wohnungsbau dargelegt werden. Die identifizierten Hemmnisse wurden in die Handlungsfelder "Information", "Planungsaspekte" und "Vergabe- und Vertragsmodelle" gegliedert.


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Otto, Benjamin; Neumann, Maik W.
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Bundesbaublatt, 2021

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