Gekrümmte Hallendächer aus Holz - Ressourceneffizient, Flexibel, Recycelbar (ReFlexRoof)

Generierung des parametrischen Geometriemodells gefolgt von der Formulierung eines Datenübergabemodells zur Verwendung im Rahmen der statischen Berechnung sowie der Fertigung der Lamellen, Planung, Durchführung und Auswertung von Versuchen zur Prüfung der Rechenergebnisse und zur Gewährleistung der Tragqualität.

Im Fokus des Forschungsprojekts steht die Entwicklung einer segmentierten, kreisbogenförmigen Brettrippendachkonstruktion aus Holz für die Anwendung im modernen Hallenbau. Unter Werkstattbedingungen sollen hierbei einfach stapel- und transportierbare „Bogendachsegmente“ vorgefertigt werden. Auf der Baustelle erfolgt die Komplettierung zu „Bogendachabschnitten“ und der Einbau per Kranmontage auf Stützen oder Wänden. Dadurch wird es möglich, die Dachfläche direkt zu schließen, eine Schalenwirkung zu erreichen, den Montageaufwand erheblich zu reduzieren und die Baukosten auf ein konkurrenzfähiges Maß zu senken.

Keywords: Holz, Holzbau, Dachkonstruktion, Segmentierung, Holz-Stabwerksschalen, ressourceneffizient, Brettrippen, Zollinger, Parametrik, Kostenkalkulation, Nachhaltig, Statik, Konstruktive Lösung

Reduzierter Montageaufwand durch vorgefertigte Segmente

Das Kernmotiv des Projekts bildet die signifikante Reduktion des Montageaufwandes von Brettrippendächern auf der Baustelle. Die derzeit übliche Herstellung von Brettrippendächern erfolgt Baustellenseitig und erfordert daher eine Volleinrüstung der Dachgrundfläche. Dieser Aufwand führt durch die langen Vorhaltzeiten von Gerüsten, die aufwendigen Montage und die zeitlich lange „Blockade“ der Baustelle zu hohen Herstellungskosten. Durch eine werkseitige Produktion von transportablen Dachsegmenten sollen diese erheblich reduziert werden.

Optimierte Planung durch digitalisierte Prozessketten

Im Rahmen des Projektes wird eine Parametrik zur Beschreibung der Lamellen- und Segmentgeometrie in Abhängigkeit der Grundfläche, des Systemrasters und des Bogenstiches erarbeitet. Dazu werden Parameterstudien zur Ableitung sinnfälliger Strukturgeometrien in Abhängigkeit des Bogenstiches und der Wirtschaftlichkeit im Bereich Fertigung und Montage durchgeführt. Die erarbeitete Geometrie soll über eine direkte Schnittstelle an die statische Brechung, die Fertigungsstrecke der Abbundanlage und die Kostenkalkulation übergeben werden können.

Optimierte Herstellung durch Werkseitige Vorfertigung

Neben dem Motiv der Bauzeitoptimierung bietet die Fertigung der Segmente den ausführenden Betrieben eine höhere Fertigungstiefe im eigenen Unternehmen und gewährleistet eine hochpräzise Ausführung. Der hohe Herstellungs- und Montageaufwand üblicher Netzrippendächern führt dazu das diese derzeit nur in repräsentativen Bauprojekten Anwendung finden. Dieser Sachlage soll durch die werkseitige Produktion der Dachsegmente entgegengewirkt werden.

Für die effiziente und individuelle Herstellung der Dachsegmente werden folgende Lösungsansetze angestrebt und untersucht:

• Maschineller Abbund der Bauteile auf CNC-gesteuerten Anlagen

• Individuell verstellbarer „Schaltisch“ zur Herstellung der Segmente

• Verwendung von „Handhabbaren“ Bauteildimensionen

• Bodennahe und leicht erreichbare Herstellungsbedingungen

• Konstruktive Detaillösungen zur Fügung der Segmente quer- und längs zur Spannrichtung

• Konstruktive Lösungen für den Verbund der Bauteile. Insbesondere der Verbund zwischen Lamelle und Dachschalung bildet hierbei einen Kernbereich des Projekts (sie mittragen Dachschalung)

• Transportbedingung und Abmessungen für einem LKW Transport und die Krahnmontage

Erhöhte Ressourceneffizienz durch mittragende Dachschalung

Um die Materialaufwand weiter zu senken ist es ein Ziel der Projektarbeit die Dachschalung als mittragendes Element einzubeziehen. Hölzerne Bogen- bzw. Schalentragwerke verbinden ein äußerst effizientes Lastabtragungsprinzip mit den hervorragenden Materialeigenschaften des einzigen regenerativen Baustoffs Holz. Auf dem Rippennetzwerk wird, als Trägerschicht für die darüberlegende Dichtungs- und eventuelle Dämmschicht, eine Holzschicht aufgebracht. Diese soll, mit der entsprechenden Dimensionierung, genutzt werden um die Subkraftbeanspruchungen im Rippentagwerk zu reduzieren und Biegemomente zu übertragen.

In enger Zusammenarbeit mit dem Statikbüro und Projektpartner DSH Ingenieure werden hierzu verschiedene Verbindungstechniken untersucht. Im Laufe des Forschungsprojektes sind zudem mehrere Großversuche geplant um die Verbindungstechniken zu testen.

Kostenkalkulation durch flexibles Berechnungstool

Für eine schnelle und aussagekräftige Kostenermittlung wird in direkter Zusammenarbeit mit dem Holzbauunternehmen und Projektpartner STRAB Ingenieurbau ein umfängliches Berechnungstool erstellt. Dieses Berechnungssystem soll dabei flexibel auf die individuellen Gegebenheiten reagieren und mit der Digital mit der Geometrieerzeugung vernetzt sein. So soll es auch jederzeit möglich sein die Wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit der Netzrippendächer mit den am Markt noch üblicheren Hallendachkonstruktionen zu vergleichen.

Ausblick

ReFlexRoof soll von Holzbauunternehmen am Markt angeboten werden, die bereits im Hallenbausektor tätig sind. Deren Eigeninteresse besteht, neben dem Ressourceneffizientem Bauen, in der höheren Wertschöpfung durch eine größere Fertigungstiefe im eigenen Unternehmen. Typische Anwendungsfelder sind industrielle Hallenbauten (Lagerhallen, Werkhallen) und Veranstaltungs- oder Sporthallen. Aufträge sind also aus dem gewerblichen Bereich und der öffentlichen Hand zu erwarten. Während bei gewerblichen Bauten die Flexibilität in Kombination mit der Wirtschaftlichkeit des Systems und, je nach Nutzungsart der Halle, mit Holz als Konstruktionsmaterial überzeugen, kommen z.B. bei Veranstaltungs- und Sporthallen die besondere und ästhetische Anmutung, eine für die Nutzung gute Akustik, sowie das positive Image von Holz hinzu. Zudem wird ökologisches Bauen zunehmend wichtiger. ReFlexRoof kann diesbezüglich alle Anforderungen ideal abdecken.