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Papier Fassaden. Entwicklung konstruktiver Prinzipien für Fassaden aus Papierwerkstoffen mit Fokus auf Brandschutz, Wärmedämmung, Feuchteschutz und ökologische Eigenschaften

  Link zum kostenlosen Volltext   

[Quelle: http://d-nb.info]

Der Klimawandel und die voranschreitende Ressourcenverknappung sind ausschlaggebend für die aktuellen Entwicklungen des Bauwesens zu nachhaltigem und energieeffizientem Bauen. Papierwerkstoffe weisen große Potenziale für den kreislaufgerechten Einsatz im Bauwesen auf, da sie zum einen auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und zum anderen über optimierte Rezyklierprozesse verfügen, sodass sie zu großen Teilen als Sekundärrohstoffe wiedergenutzt werden können. Erste gebaute Projekte sowie Grundlagenforschungen belegen die Eignung von Papierwerkstoffen für den bautechnischen Einsatz. Damit allerdings Architekten, Ingenieure und Fachplaner Papier in alltäglichen Bauprojekten einsetzen können, mangelt es an Materialkennwerten und Erfahrungen. Aus diesem Grund werden im Rahmen dieser Doktorarbeit konstruktive Prinzipien für den Einsatz von Papierwerkstoffen in Fassaden bzw. Außenwandkonstruktionen entwickelt, da diese die höchsten bauphysikalischen Anforderungen haben. Die Hauptfragestellung der Arbeit ist: Welche konstruktiven Prinzipien eignen sich, um den erhöhten Einsatz von Papierwerkstoffen als Baustoffe durch Architekten, Ingenieure und Fachplaner zu ermöglichen? Um diese Frage zu beantworten werden vor allem die Themen der Brand- und Feuchteanfälligkeit des Materials und der daraus resultierenden Bauteile sowie die wärmedämmenden und ökologischen Eigenschaften untersucht. Die Arbeit ist in acht Kapitel aufgeteilt. Im ersten Kapitel erfolgt die Einleitung. Im zweiten Kapitel werden die Grundlagen zu Papierwerkstoffen im Bauwesen wie die Geschichte und wichtige Materialparameter vorgestellt. Kapitel drei befasst sich mit den materialtechnischen Analysen. Es werden die Brandschutz-, Wärmedämmung-, Feuchteschutz- und ökologischen Eigenschaften der verschiedenen Papierwerkstoffe auf Materialebene untersucht und in den Kontext herkömmlicher Baustoffe eingeordnet. Papierwerkstoffe mit geringer Rohdichte sind leicht entflammbar und dürfen somit nur in Kombination mit anderen Werkstoffen, Beschichtungen oder Additiven eingesetzt werden. Für wärmedämmende Funktionen und wasserdampfdiffusionsoffene Bauteilschichten sind sie jedoch gut geeignet und bereits vergleichbar mit herkömmlichen Baustoffen. Papierwerkstoffe mit hoher Rohdichte sind brandschutztechnisch vergleichbar mit Holzwerkstoffen durch das Ausbilden einer stabilen Kohleschicht unter Beflammung. Sie eignen sich demnach vor allem für die tragenden und äußeren Bauteilschichten. Außerdem sind sie wasserdampfdiffusionsdichter, was es bei der bauphysikalischen Auslegung zu berücksichtigen gilt. Die Klebstoffe zur Fügung der einzelnen Papierlagen haben ebenfalls beachtliche Auswirkungen auf den Feuchteschutz. Die ökologischen Materialeigenschaften sind vergleichbar mit denen von Holz. Durch die Verwendung des gleichen Rohstoffs sind die Werte des Treibhauspotenzials sowie des Primärenergiebedarfs ähnlich und liegen deutlich unter denen der meisten Baustoffe. In Bezug auf den Rohstoffbedarf weist der Großteil der Papierwerkstoffe durch den hohen Anteil an Sekundärrohstoff vergleichsweise die besten Werte auf. In Kapitel vier erfolgen die konstruktiven Analysen auf Bauteilebene. Es werden Fassadenkonstruktionen entsprechend der Konstruktionstypologien: monolithische, geschichtete und skelettartige Außenwandkonstruktion entworfen, bauphysikalisch dimensioniert, brandschutztechnisch konzeptioniert und ökologisch berechnet. Die funktionalen Eigenschaften werden als Vergleichsgrundlage gleichgesetzt, um die sich daraus ergebenden Papier-Fassadenkonstruktionen unter ökologischen Aspekten mit herkömmlichen Konstruktionen vergleichen zu können. Das Ergebnis ist, dass Papierkonstruktionen ökologisch schlechter einzuordnen sind als vergleichbare Holzkonstruktionen, dafür jedoch deutlich besser als vergleichbare Konstruktionen aus herkömmlichen Baustoffen. Lediglich die Skelett-Konstruktionen aus Papierwerkstoffen sind im Gesamtvergleich besser. Im fünften Kapitel werden die konstruktiven Umsetzungen und Prüfungen von einer monolithischen, einer geschichteten und einer skelettartigen Konstruktion beschrieben. Die drei Fassaden werden mittels Bauteilprüfungen auf Brandschutz, Wärmedämmung, Feuchteschutz und Dekonstruktion geprüft. Die Brandschutzprüfungen verdeutlichen, dass noch weiterer Forschungsbedarf zu diesem Thema besteht. Zwei der drei Fassaden fallen durch die Prüfung durch. Lediglich die monolithische Konstruktion hält der Beflammung ausreichend stand. Die Prüfungen zur Wärmedämmfähigkeit der Konstruktionen bestätigen die positiven Ergebnisse der Materialversuche. Im Rahmen der Beregnungsversuche kann kein Anstieg der Feuchtigkeit hinter der Wetterschutzschicht festgestellt werden. Die Schadensbilder des Feuchtigkeitseintrags innerhalb der Wetterschutzschicht werden analysiert und sind auf unzureichende Ausführung der Beschichtung zurückzuführen. Die Prüfungen zur Dekonstruktion erzielen ebenfalls positive Ergebnisse, da lediglich oberflächliche Materialverluste durch die Trennung der verklebten Schichten entstehen. Aus den Erkenntnissen der vorherigen Kapitel werden im sechsten Kapitel 16 konstruktive Prinzipien entsprechend der fokussierten Thematiken abgeleitet. Wichtige Parameter dieser Prinzipien sind die Rohdichte der verbauten Materialien, der Aufbau des Bauteils sowie die eingesetzten Beschichtungen bzw. Klebstoffe. Den Abschluss der Doktorarbeit bilden das Fazit im siebten und ein Ausblick auf offene Forschungsthemen im achten Kapitel.

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Bücher, Broschüren

Ausbau und Fassade
Wissen - Fakten - Erkenntnisse - Lösungen
15. Internationale Baufach- und Sachverständigentagung.
2022, 111 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Hermann G. Meier, Sylvia Stürmer
Sanierputzsysteme
Planung, Ausführung, Fehlervermeidung
2021, 240 S., 149 Abb., 12 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Sanierputzsysteme wurden für feuchtes, salzbelastetes Mauerwerk entwickelt. Richtig angewendet ermöglichen sie langfristig schadenfreie Putzflächen auf problematischen Untergründen. Leider kommen immer wieder Fehlanwendungen vor. Es treten Flecken und Ausblühungen auf, der Putz wird zerstört, weil grundlegende Voraussetzungen für die Planung und Ausführung missachtet wurden. Das Buch vermittelt das notwendige Grundwissen für die Vermeidung solcher Fehler. Sanierputzsysteme bestehen in der Regel aus dem Spritzbewurf, dem Sanierputz als Grundputz und einem Oberputz oder einem Farbanstrich. Diese Materialien müssen genau aufeinander abgestimmt werden, damit sie in der Lage sind, Salze aufzunehmen und Feuchtigkeit zu speichern. Außerdem müssen sie zum jeweiligen Untergrund passen. Vorhandene Salzbelastung, Durchfeuchtungsgrad, Tragfähigkeit des Putzgrunds, Saug- und Trocknungsverhalten sind nur einige der Eigenschaften, an die das System angepasst werden muss. Diese komplexen Zusammenhänge zwischen Untergrund und Putzmörteleigenschaften sind wissenschaftlich gut erforscht und in den technischen Regelwerken berücksichtigt. Die Autoren bereiten dieses Wissen für die praktische Anwendung auf. Mit anschaulichen Erklärungen und aussagekräftigen Bilder gelingt es ihnen, die komplexen Schadensmechanismen von Putzen und Mauerwerk darzustellen und die Funktionsweise von Sanierputzsystemen zu erklären. Das Buch enthält alle Informationen, die Planer und Ausführende für die Herstellung dauerhafter Putze auf problematischen Untergründen benötigen, einschließlich der Lösungen für die besonders schwierigen Gebäudesockel und denkmalgeschützte Fassaden.

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Sebastian Sage
Glasschäden am Bau vermeiden
Kompaktes Wissen rund um den Baustoff Glas.
3., vollst. überarb. Aufl.
2021, 184 S., 117 Abb., 24 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Fassadenkonstruktionen - Problempunkte, Qualitätssicherung und Sanierung
53. Frankfurter Bausachverständigentag am 28. September 2018
2018, 72 S., 72 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Fassade eines Gebäudes ist die Schutzhülle vor Witterungseinflüssen und prägt das äußere Erscheinungsbild eines Bauwerks. Innovative Fassadenkonstruktionen haben darüber hinaus weitere Funktionen und können Energie liefern oder das Klima regulieren. Trotz sorgfältiger Planung und Ausführung tauchen vielfältige Bauschäden und Qualitätsmängel an Fassaden auf, mit denen sich Bausachverständige auseinandersetzen müssen. Der Tagungsband des 53. Frankfurter Bausachverständigentags thematisiert die Problempunkte, die Qualitätssicherung und die Sanierung von Schäden an Fassadenkonstruktionen. Namhafte Bausachverständige und Experten stellen den Stand der Technik und neue Entwicklungen bei Fassadenkonstruktionen vor und erläutern schadensträchtige Details. Anhand von Praxisbeispielen werden ausgewählte Problempunkte, zum Beispiel im Zusammenhang mit dem Brandschutz oder der Putzausbildung, näher erklärt. Abgerundet wird der Band mit einem ausführlichen und fundierten Überblick über die für Planer, Bauausführende und vor allem auch für Bausachverständige wichtigen Aspekte des neuen Bauvertragsrechts und der EU-Bauproduktenverordnung.

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Ökologie und Ökonomie des Dämmens
Analyse und Bewertung von Dämmmaßnahmen in der Altbausanierung
2018, 306 S., 106 Abb. u. 37 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Buch stellt das große Thema der nachträglichen Gebäudedämmung aus ökologischer wie ökonomischer Sicht und über die gesamte Lebensdauer einer Dämmmaßnahme umfassend dar. Zusammen mit dem WTA-Merkblatt 2-13 "Wärmedämm-Verbundsysteme - Wartung, Instandsetzung, Verbesserung", das in dem Buch vollständig enthalten ist, gibt das Werk einen ausführlichen Überblick über die gesetzlichen und normativen Rahmenbedingungen und Regelungen in Europa und deren Umsetzung in nationale Regelwerke. Alle Aspekte einer Dämmung, von der Wirtschaftlichkeit und Amortisation über die Frage gesundheitlicher Auswirkungen bis hin zu ihrem Lebenszyklusende und ihrer umweltgerechten Entsorgung, werden erörtert und analysiert. Das Buch erläutert auch Umweltkennzeichnungen, Qualitätsauszeichnungen und Zertifizierungssysteme sowie Fördermöglichkeiten. Darüber hinaus werden sowohl die verschiedenen Schritte bei der Planung und Realisierung von Dämmmaßnahmen im Bestand als auch die Materialwahl, Untergrundvorbereitung und Applikation sowie Fragen der Ökotoxikologie und Qualitätssicherung betrachtet. So wird das Werk zu einem unverzichtbaren Kompendium für Planende und Ausführende in der Altbausanierung.

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Forschungsberichte

Bauforschungsberichte, Kurzberichte, Dissertationen, Hinweise auf laufende und abgeschlossene Forschungsvorhaben sowie Bauforschungs-Informationen aus dem deutschsprachigen Raum können Sie sich kostenlos/kostenpflichtig als Download direkt auf den Bildschirm holen oder online auf Papier bestellen.
Weitere Informationen rund um das Thema Bauforschung finden Sie in unserem
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Anmeldung zum Informationsdienst Bauforschung aktuell

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Wolfgang Jehl, Norbert Sack, Benno Eierle
Erarbeitung einer Handlungsanleitung zur Bewertung der Absturzsicherung von Fenstern in der Gebäudehülle und deren Einbau sowie einer Erläuterung zur Anwendung der ETB-Richtlinie
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3387
2021, 94 S., 38 Abb. u. 18 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bauteile der Gebäudehülle mit absturzsichernden Eigenschaften sind gegenüber statischen und stoßartigen Belastungen bezüglich der ausreichenden Tragfähigkeit des Bauteils einschließlich der Verankerung im tragenden Untergrund nachzuweisen. Die anzuwendenden Regelwerke wurden zu deutlich unterschiedlichen Zeitpunkten erarbeitet und veröffentlicht. Insbesondere die ETB Richtlinie stammt aus dem Jahr 1985 und entspricht nicht mehr den heutigen Sicherheitskonzepten. Daher war es das Ziel des beantragten Vorhabens eine Anleitung zu erarbeiten, die die notwendige Nachweisführung für absturzsichernde Fenster sowie die hierfür möglichen Nachweiswege eindeutig festlegt. Des Weiteren sollte analysiert werden, wie und unter welchen Randbedingungen beim Nachweis der Fensterbefestigung die statische Ersatzlast für den Anprall auf mehrere Befestigungspunkte verteilt werden kann. Um das Forschungsziel zu erreichen wurden die aktuellen Anforderungen bzgl. der Nachweiswege und Nachweisverfahren für absturzsichernde Fenster analysiert und auf Konsistenz hinsichtlich der unterschiedlichen zu verwendenden Regelwerke überprüft.

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Milan Schultz-Cornelius, Stefan Carstens, Matthias Pahn
FIUHFA - Unbewehrte Ultrahochleistungsbeton Fassadenplatten
Wirklichkeitsnahes Tragverhalten von unbewehrten, filigranen Ultrahochleistungsbeton Fassadenplatten
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3239
2021, 87 S., 47 Abb. u. 14 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Innovative Entwicklungen im Bereich der Ultrahochleistungsbetone (UHPC) ermöglichen den Bau filigraner und nachhaltiger Architekturbetonfassaden mit wenigen Zentimetern Bauteildicke. Aufwendige Bewehrungslösungen stellen jedoch ein Hemmnis für den flächendeckenden Einsatz von UHPC-Fassaden dar. Für die Ausführung unbewehrter Fassadenplatten fehlen weitergehende Erkenntnisse zu den Einwirkungen und den Widerständen in der Bemessung. Die großformatige Ausführung der Fassadenplatten aus Ultrahochleistungsbeton bedingt eine mehrfach punktgestützte Lagerung, die eine statische Unbestimmtheit erzeugt. Indirekte Einwirkungen wie Temperaturänderungen, das Schwinden der Vorsatzschale aus Ultrahochleistungsbeton oder hygrische Einwirkungen bewirken daher zusätzliche Beanspruchungen der Fassadenplatte und dessen Verankerung, die in der Bemessung zu berücksichtigen sind. In der Bemessung sind weiterhin mehraxiale Spannungszustände, Maßstabseffekte und der Einfluss erhöhter Temperaturen auf die Festigkeit des Ultrahochleistungsbetons zu berücksichtigen. Durch das Forschungsvorhaben wurde es ermöglicht, tiefgreifende Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten von filigranen, unbewehrten großformatigen Fassadenplatten aus Ultrahochleistungsbeton durchzuführen und die genannten Erkenntnislücken zu schließen.

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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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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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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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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Daiber, Bärbel
Tierwelt und Fassadenarbeiten
Ausbau + Fassade, 2022

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Schmid, Stefan
Quadrolith in Baar. Glänzende An- und Aussichten für einen selbstbewussten Wirtschaftsraum
Fassade, Facade, 2022

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Merath, Anton
Totalschaden vermeiden. Putzschäden
Ausbau + Fassade, 2022

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Russi, Mario; Schuler, Daniel
Risikobeurteilung von Einscheiben-Sicherheitsglas. Glastechnik
Fassade, Facade, 2022

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Stollberg, Maren; Hietel, Elke; Birgelen, Alexander von
"Unkräuter" in der Dach- und Fassadenbegrünung. Erfahrungsbericht aus der Forschung in Bingen und Geisenheim
Stadt + Grün : das Gartenamt, 2022

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Highlights aus dem Programm