Tragende Massivholzelemente mit mineralisch gebundenen Holzleichbetonlagen

Neuartige Konstruktions- und Planungsarten werden sich auf vielfache Art von den gegenwärtigen unterscheiden müssen. Aktuell öffnet sich die Architektursprache neuen ästhetischen und ethischen Kriterien. Nur ein Verzicht auf all jene Gebäude, die Material- und Wasserressourcen aufzehren und durch hohe CO2-Emissionen an der Zerstörung der Atmosphäre mitwirken kann unsere klimaaktive Haltung untermauern. Das gegenständige Forschungsprojekt "Building construction with composite elements of woodconcrete compounds and timber" setzt sich zum Ziel, im Sinne der Entwicklung eines CO2-neutralen Gebäudesektors wirtschaftlich umsetzbare, emissions- und energieoptimierte Wand- und Deckensysteme (Versteifungskonstruktionen) in ökologischer Holz-Verbundbauweise zu entwickeln und deren praktischen Einsatz bei Demonstrationsgebäuden zu untersuchen. Diese Systeme bestehen aus Holzelementen verschiedenerer Bauweisen und tragenden Holzleichtbetonelementen, die schubfest miteinander verbunden sind. Neue innovative konstruktive Lösungsansätze beruhend auf Überlegungen und Versuchsergebnissen von durchgeführten Forschungsarbeiten des Antragstellers (Institut für Architekturwissenschaften: Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau (ITI); Technische Universität Wien, Prof. Wolfgang Winter) sollen auf Anwendbarkeit überprüft werden. 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 zu erweitern sowie die Einsatzmöglichkeiten insbesondere im Bereich der Gebäudefassaden und -aussteifungen 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. 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 Forschungsprojekte der Antragsteller in der Vergangenheit bewiesen haben. Bei dieser Bauweise wird angestrebt, Material und Beanspruchung optimal einander zuzuordnen und zugleich die bauphysikalischen Erfordernisse im Verbundquerschnitt zu berücksichtigen. Bauteile in Holzverbundbauweise können durch bessere wärmetechnische sowie schalltechnische Eigenschaften neben einer statischen und dynamischen Ertüchtigung einen positiven Beitrag zur thermischen Sanierung der Althäuser liefern. 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 Grundlagen für Bauteile aus Holz und Holzleichtbeton. 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 bearbeitet: als tragender Baustoff (Rezepturen, Stoffgesetze, Produktion) in Decken- und Wandelementen (Entwurfsgrundlagen, Verbindungsmittel, kurzfristiges 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 können.ZielVerschiedene Mischrezepturen für Holzleichtbeton werden entwickelt und als tragender Baustoff beurteilt. Zusammen mit Resultaten aus der Prüfung verschiedener Verbindungsmittel werden Decken- und Wandelemente entworfen. Mit Hilfe bisher im Holzbau kaum angewendeter Bemessungsmethoden werden das Tragverhalten ganzer Bauteile bis zum Bruch vorausgesagt, in großmaßstäblichen Belastungsversuchen geprüft, und praxisnahe Bemessungsansätze 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 öko- logische Wettbewerbsfähigkeit.ResultateRezepturen für Holzleichtbetone (HLB) konnten so formuliert werden, dass ein neuer gießbarer, selbst- verdichtender, leichter, und wirtschaftlicher Baustoff zur Verfügung steht. HLBs weisen große thermische Speicherkapazität auf, ihre thermischen Isolationseigenschaften sind vergleichbar mit anderen Leichtbetonen (u. a. mit Blähton). Mechanische Eigenschaften (z.B. Elastizitätsmodul oder Druckfestigkeit) von HLBs sind jedoch 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. HLBs können als Brandschutz eingesetzt werden, z.B. als Ummantelung von Holzteilen. Dennoch können HLBs dank des beachtlichen Heizwerts in der (Kehricht-)Verbrennung recycelt werden. Besondere Rauchgasbehandlung oder Feuerwehrausrüstung ist beim Verbrennen von HLBs nicht erforderlich. Wegen der hohen Verbrennungsrückstände sollten HLBs zusammen mit anderen Brennstoffen verbrannt werden.Deckenelemente aus Holz und HLB wurden entworfen, experimentell bis zum Bruch geprüft und analytisch verifiziert. Praktische Empfehlungen für Tragwerksnachweise und Konstruktion wurden entwickelt. Das Tragverhalten erlaubt den Einsatz solche Deckenelemente im Wohn-, Büro- und Schulbau, wo sie außerdem zum Schallschutz beitragen. Wandelemente aus Holz und HLB für Gebäude mit bis zu sechs Stockwerken wurden ebenfalls entworfen und experimentell untersucht. 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 leichter als traditionelle Holz-Beton-Verbundbauteile 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 verfüg- baren Holzvorrats wettbewerbsfähiger zu nutzen.