Tragende Holzelemente mit Holzleichtbetonlagen (WooCon 2)

Das gegenständige Forschungsprojekt Tragende Holzelemente mit Holzleichtbetonlagen (WooCon 2) setzt sich zum Ziel, im Sinne der Entwicklung eines CO2-neutralen Gebäudesektors wirtschaftlich umsetzbare,emissions- undenergieoptimierteWand-undDeckensysteme (Versteifungskonstruktionen) in ökologischer Holzleichtbeton-Verbundbauweise zu entwickeln. Diese Systemebestehen aus HolzelementenverschiedenererBauweisen undtragenden Holzleichtbetonelementen, die schubfest miteinander verbunden sind. Neue innovative konstruktive Lösungsansätze beruhend auf Überlegungen und Versuchsergebnissen von durchgeführten Forschungsarbeiten am Institut für Architekturwissenschaften; Fachbereich Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau (ITI) an der Technische Universität Wien, sollen auf Anwendbarkeit überprüft werden. Bei dieser Bauweise wird angestrebt, Material und Beanspruchung optimal einander zuzuordnen und zugleich die bauphysikalischen Erfordernisse im Verbundquerschnitt zu berücksichtigen. Bauteile in Holzleichtbeton-Verbundbauweise können durch bessere wärmetechnische sowie schalltechnische Eigenschaften neben einer statischen und dynamischen Ertüchtigung einen positiven Beitrag zur thermischen Sanierung der Althäuser liefern. Der Einsatz der Wand- und Deckensysteme in ökologischer Holzverbundweise bietet sowohl bei der Althaussanierung Versteifung von bestehenden Bauten, als auch beim mehrgeschossigen Neubau, Vorteile. Die Holzverbundelemente können als Scheiben-, Platten- oder Biegeträgerelemente eingesetzt werden, wie die bisherigen Forschungsprojekte ITI in der Vergangenheit bewiesen haben. Die bisherigen Erfahrungen zeigen, dass Holzleichtbeton eine Reihe interessanter Optionen vor allem im Bereich des Ressourcen schonenden Bauens aufweist. Daher ist es vordergründiges Ziel des gegenständigen Forschungsprojekts, aufbauend auf vorhandene Grundlagen die Kenntnisse von wesentlichen Parametern der Materialeigenschaften (u. a. Brand- und Langzeitverhalten) zu erweitern sowie die Einsatzmöglichkeiten insbesondere im Bereich mehrfeldriger Decken zu untersuchen. Darüber hinaus sollen Einsichten in das enorme Potenzial der Holzleichtbeton- Massivholz-Verbundbauweise gewonnen sowie Untersuchungen zur Klärung von Grunddetails für die Anwendung im allgemeinen Hochbau durchgeführt werden. Nach Abschluss des Projektes soll eine Überleitung dieser innovativen Technologien zur industriellen Fertigung möglich sein. Damit werden eine Verbreitung dieser Technologien und des begleitenden Know-hows in die Bauwirtschaft erreicht. Diese Innovation wird langfristig zur Klimaentlastung und zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit österreichischer Anbieter durch Erreichung bzw. Absicherung des Technologievorsprunges beitragen.

EinführungDas Forschungsprojekt befasst sich mit der Entwicklung neuer Konzepte für Bauteile aus Holz und Holzleichtbeton (HLB). Neben der statischen Funktion tragen diese neuartigen Bauelemente zur akustischen und thermischen Isolation bei, und weisen damit wirtschaftliche und ökologische Vorteile auf. ProjektbeschreibungFragestellungen zum Einsatz von Holzleichtbeton in Bauteilen, im Verbund mit Holz, werden auf mehreren Ebenen und in der Tiefe von Konzeptprüfungen bearbeitet:Als tragender Baustoff (Rezepturen, Stoffgesetze, Langzeitverhalten, Produktion) in Decken- und Wandelementen (Entwurfsgrundlagen, Verbindungsmittel, kurz- und langfristiges Bauteilverhalten, Bemessungsmethoden) mit weiteren bauphysikalischen Eigenschaften (Wärmedämmung, thermische Speicherung, akustische Isolation) und wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen.HintergrundZementgebundene Holzprodukte werden schon lange für nicht-tragende Zwecke eingesetzt, etwa als Schall- oder Brandschutzplatten. Dabei wäre Holzleichtbeton in allenfalls neuartiger Zusammensetzung auch in Decken- und Wandelementen verwendbar, und könnte damit einen Beitrag an die Tragfähigkeit leisten. Gegenwärtig sind die Kenntnisse für eine praktische Anwendung von Tragelementen mit Holzleichtbeton jedoch noch zu gering. Es fehlen insbesondere Angaben dazu, welche Zusammensetzung er für einen bestimmten Einsatzzweck aufweisen sollte, welcher Art die verwendeten Verbindungsmittel sein sollen, wie ganze Decken- und Wandelemente wirtschaftlich konzipiert werden, und mit welchen Methoden solche Bauteile bemessen werden.ZielVerschiedene Mischrezepturen für Holzleichtbeton werden entwickelt und als tragender Baustoff beurteilt. Zusammen mit Prüfresultaten für verschiedene Verbindungsmittel werden Decken- und Wandelemente entworfen. Mit Hilfe bisher im Holzbau kaum angewendeter Bemessungsmethoden wird das Tragverhalten ganzer Bauteile bis zum Bruch vorausgesagt, in großmaßstäblichen Kurzzeit- und Lang- zeit-Belastungsversuchen geprüft, und praxisnahe Bemessungsansätze werden abgeleitet. Mittels weiterer Vorversuche und Fallstudien beurteilen die Forschenden andere zu erwartende Vorteile, so für die Wärmeisolation und -speicherung, für den Brand- und Schallschutz, sowie die wirtschaftliche und ökologische Wettbewerbsfähigkeit.ResultateRezepturen für Holzleichtbetone konnten so formuliert werden, dass ein neuer gießbarer, selbstverdichtender, leichter, und wirtschaftlicher Baustoff zur Verfügung steht. HLBs weisen große thermische Speicherkapazität auf, ihre thermischen Isolationseigenschaften sind vergleichbar mit anderen Leichtbetonen (Lecca-Beton). Mechanische Eigenschaften (z.B. Elastizitätsmodul oder Druckfestigkeit) von HLBs sind jedoch sehr gering und verhindern ihren Einsatz als Substitutionsmaterial für üblichen Leichtbeton. Bei Verwendung in Bauteilen müssen HLBs mit anderen Komponenten im Verbund wirken können. Praxisnahe Vorschläge für die Modellierung von HLBs und Holz auf Druck wurden aus mechanisch raffinierteren Überlegungen hergeleitet. Die Langzeitverformungen von HLBs sind beachtlich und müssen im Tragwerksentwurf berücksichtigt werden. HLBs können hervorragend als Brandschutz eingesetzt werden, z.B. als Ummantelung von Holzteilen. Dennoch können HLBs dank des beachtlichen Heizwerts thermisch rezykliert werden (z.B. Kehrichtverbrennung). Besondere Rauchgasbehandlung oder Feuerwehrausrüstung ist beim Verbrennen von HLBs nicht erforderlich. Wegen des hohen Ascheanteils sollten HLBs aber zusammen mit anderen Brennstoffen verbrannt werden.Deckenelemente aus Holz und HLB wurden entworfen, experimentell geprüft und ihr Trageverhalten analytisch verifiziert: bis zum Bruch, aber auch bezüglich Langzeitverhalten.Praktische Empfehlungen für Tragwerksnachweise und Konstruktion wurden entwickelt. Das Tragverhalten erlaubt den Einsatz solcher Deckenelemente im Wohn-, Büro- und Schulbau, wo sie außerdem zum Schallschutz beitragen. Wandelemente aus Holz und HLB wurden ebenfalls entworfen und experimentell untersucht, welche Tragfähigkeiten für Gebäude mit bis zu sechs Stockwerken aufweisen. Praxisnahe Bemessungsmethoden, analog zu bekannten Ansätzen, wurden entwickelt. Die Wandelemente tragen ebenfalls bedeutend zum Wärmeschutz bei, und erlauben damit die Reduktion von (nicht-tragender) Wärmeisolation.Bedeutung für Forschung und PraxisTragende Bauteile mit Holzleichtbeton sind deutlich leichter als traditionelle Holz?Beton?Verbundbau? teile und bieten integrierten Schall?, Wärme? und Brandschutz sowie Wärmespeicher. Dank des hohen Holzanteils basieren die neuartigen Bauteile weitgehend auf erneuerbaren Ressourcen, können nach ihrem Abbruch in der Wärmegewinnung verbrannt werden, und weisen damit gegenüber anderen Baustoffen ökologische Vorteile auf. Die entwickelten Bemessungsansätze können das Bauen mit Holz und Holzleichtbeton effizienter machen und so dazu beitragen, die Nutzung des in Österreich verfügbaren Holzvorrats wettbewerbsfähiger zu nutzen.