Zentrum für leichte und umweltgerechte Bauten ZELUBA

Forschungsprojekt

ZELUBA-Anschubprojekt

Globale Herausforderungen wie der Klimawandel, das Bevölkerungswachstum, Landflucht und große transnationale Migrationsströme stellen neue Anforderungen an die Funktionalität und Umweltbilanz von Gebäuden. Im ZELUBA-Anschubprojekt arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer WKI und der TU Braunschweig gemeinsam an der konzeptionellen Entwicklung der Bauteile und Bauprodukte für ein modulares hybrides Konstruktionssystems für leichte und umweltgerechte Bauten. Die zu entwickelnden Bausysteme eröffnen neue Absatzmöglichkeiten, die weltweit Anwendung finden, beispielsweise als »Rapid Deployment Systems« oder Standardlösungen für den Wohnungsbau. 

Projektziele

Performance-Kriterien für hybride Bausysteme

Performance-Kriterien werden in der Regel für einzelne Parameter wie Wärmedämmung, Durchbiegungen oder Brandverhalten betrachtet. In (hybriden) Systemen beeinflussen die individuellen Anforderungen andere Funktionen auf direkte und indirekte Weise. Zum Beispiel können energetische und akustische Anforderungen die Wanddicke bestimmen. Daher kann die Wanddicke aus Sicht der statischen Last überdimensioniert sein. Solche Zusammenhänge werden natürlich zumindest auf rudimentärer Ebene während der Entwurfsphase optimiert. Es existiert aber keine systematische Lösung, welche alle wichtigen Herausforderungen komplex beurteilen und potenzielle Extreme identifizieren kann. Wir untersuchen Performance-Kriterien als komplettes System für Wohn- und Gewerbebauten und entwickeln einen einheitlichen Risiko-Ansatz für die Sicherheit des Systems.

 

Entwicklung eines Modellsystems für leichte und umweltgerechte Bauten

Es gibt einen rapide steigenden Bedarf nach umweltfreundlichen Leichtbausystemen, die sich modular zusammensetzen, einfach transportieren und mehrfach hintereinander nutzen lassen. Schwere Baumaterialien wie Beton, Stahl und Stein sind hierfür wenig optimal. Außerdem erfordert ihre Herstellung einen großen energetischen Aufwand. Reine Holzkonstruktionen sind aufgrund ihrer bauphysikalischen Eigenschaften jedoch nur begrenzt einsetzbar. Hybride Bausysteme nutzen gezielt die Vorteile der verschiedenen Baustoffe. Sie ermöglichen die Herstellung modularer und nachhaltig nutzbarer Gebäude, einen verstärkten Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen im mehrgeschossigen Hochbau sowie eine effiziente Nutzung lokaler Ressourcen.

Die Konzeption hybrider Bausysteme erfordert komplexes Fachwissen hinsichtlich Materialeinsatz, Konstruktion, Design, rechtlichen Anforderungen, Versorgungssystemen und energetischen Systemen unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten. Für die Anwendung einzelner Baumaterialien in Gebäuden liegen umfangreiche Erfahrungen vor. Beispiele für den Einsatz hybrider Systeme  sind jedoch bisher selten und nicht gut dokumentiert.

Ein wesentliches Ziel unserer Forschung ist daher die Entwicklung eines Modellsystems mit hybriden, modularen Komponenten und Konstruktionseinheiten, sodass je nach vorliegenden Anforderungen des Standorts aus einer Art Baukasten-System ein situativ optimal ausgerichtetes Gebäude erstellt werden kann. 

Die Entwicklung des Modellsystems umfasst folgende Teilprojekte:

  • Entwicklung von hybriden modularen Bausystemen
  • Entwicklung von innovativen Verbindungsmitteln für hybride Bausysteme
  • Entwicklung von multikriteriellen Optimierungsverfahren für hybride Bausysteme
  • Entwicklung des räumlichen Flächentragwerks aus dünnwandigen Blechen
  • Entwicklung der modularen dezentralen Gebäude- und Energietechnik
  • Entwicklung des Brandschutzkonzepts für hybride Bausysteme

 

Rapid Deployment Systems

Gemäß der Statistik der Vereinigten Nationen (UN) leben über eine Milliarde Menschen in unzureichenden Unterkünften. Der UN zufolge stellt die Schaffung adäquater Wohnbedingungen eine fundamentale Lösung für die durch Flüchtlingskrisen ausgelösten Probleme dar. Leichte und umweltgerechte Bauten eröffnen die Möglichkeit, ein komplett neues Konzept für ein Rapid Deployment System (RDS) zu entwickeln. Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz des RDS sind die Kosten, die Einfachheit und die Geschwindigkeit des Bauprozesses. Das RDS hat das Potenzial, eine Reihe der in Deutschland hergestellten Produkte für den internationalen Markt zu entwickeln und gleichzeitig technische Lösungen für dringende Weltprobleme zu liefern.

Die Entwicklung des RDS umfasst folgende Teilprojekte:

  • Entwicklung der Bausysteme für statische und dynamische Belastungen
  • Entwicklung von duktilen, schnell einsetzbaren Anschlüssen für dreidimensionale hybride Rahmenkonstruktionen
  • Entwicklung von analytischen Modellen für Leichtsysteme mit Optimierungsanalyse inklusive Kostenanalyse
  • Entwicklung des Brandkonzepts für das System
  • Leichte Verbunddecken- und Wandsysteme
  • Technische Gebäudesysteme
  • Dämmsysteme

Status Quo

Die erste Projektphase diente der inhaltlichen und organisatorischen Verknüpfung der Projektteilnehmer sowie der Grundlagenforschung. Aktuell liegt der Fokus auf der Einbindung von Industriepartnern und der Akquise von Forschungsprojekten zur System- und Produktentwicklung.

Unsere Partner an der TU Braunschweig

  • Institut für Baukonstruktion und Holzbau (Prof. Dr.-Ing. Mike Sieder)
  • Institut für Tragwerksentwurf (Prof. Dr.-Ing. Harald Kloft)
  • Institut für Stahlbau (Prof. Dr. Klaus Thiele)
  • Institut für Gebäude- und Solartechnik (Prof. Dr.-Ing. Norbert Fisch)
  • Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, Fachgebiet Brandschutz (Prof. Dr.-Ing. Jochen Zehfuß)
  • Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (Prof. Dr.-Ing. Christoph Herrmann)

Förderung

Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Laufzeit: 1.1.2013 bis 30.6.2018