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Leichtbau im Bauwesen Ein Praxis-Leitfaden zur Entwicklung und Anwendung

ressourcen- und emissionsreduzierter Bauprodukte

02 03Leichtbau im BauwesenLeichtbau im Bauwesen

Vorwort 02

Kurzfassung 04

Einfhrung 05 LEICHTBAU IM BAUWESEN 05

LEICHTBAUANWENDUNGEN 07

BETRACHTETE LEICHTBAUPRODUKTE 09

AUFBAU DES PRAXIS-LEITFADENS 09

DER PROJEKTBEIRAT 09

Anwendungen 10 ANGEWANDTE BEWERTUNGSMETHODEN 10

Gradientenbeton 11 STECKBRIEF 12

KONTAKT 12

ANWENDUNG VON GRADIENTENBETON AM BEISPIEL EINER GESCHOSSDECKE 13

POTENZIALE FR DIE BAUBRANCHE 14

Holzmodulbauweise 15 STECKBRIEF 16

KONTAKT 16

ANWENDUNG VON HOLZMODULBAU AM BEISPIEL EINER AUSSENWAND 17

POTENZIALE FR DIE BAUBRANCHE 20

Textile Gebudehllen 21 STECKBRIEF 22

KONTAKT 22

ANWENDUNG VON TEXTILEN GEBUDEHLLEN AM BEISPIEL EINES

PROTOYPISCHEN TEXTILEN FASSADENMODULS 23

POTENZIALE FR DIE BAUBRANCHE 24

Zusammenfassung und Ausblick 25

Literaturverzeichnis 27

Impressum 27

Sehr geehrte Damen und Herren,

Leichtbauwerkstoffe und -materialien spielen eine entscheidende Rolle, um mit weniger Gewicht eine

hhere Belastbarkeit und bessere Funktionalitt zu erreichen. Der Leichtbau gilt als eine der Schlssel-

technologien des 21. Jahrhunderts und hilft dabei, die Wirtschaft nachhaltiger zu gestalten. Whrend

diese Technologie im Fahrzeugbau und der Luft- und Raumfahrtindustrie bereits seit langem fest veran-

kert ist, steht das Thema in der Bauwirtschaft erst seit kurzem wieder verstrkt im Fokus.

Der vorliegende Praxis-Leitfaden ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit von Wirtschaft und Wis-

senschaft. Er zeigt gezielt die Anwendungsbereiche des Leichtbaus in der Bauwirtschaft auf, die sowohl

wirtschaftlich tragfhig als auch kologisch vorteilhaft sind. Zahlreiche Unternehmen und Verbnde

haben die Forscher dabei untersttzt, die konkreten Bedrfnisse und Herausforderungen insbesondere

kleiner und mittlerer Unternehmen herauszuarbeiten.

Als Wirtschafts- und Bauministerin ist es mein Ziel, unsere mittelstndisch geprgte Bauwirtschaft darin

zu untersttzen, den sich abzeichnenden Strukturwandel aktiv zu gestalten. Durch Building Information

Modeling (BIM) hat die Digitalisierung auch auf die Bauwirtschaft zunehmend Einfluss. Innovative Pro-

duktionsverfahren wie die Modulbauweise oder die additive Fertigung knnen die Art und Weise, wie wir

Gebude planen, errichten, nutzen und recyceln deutlich verndern.

Dieser Wandel ist eine Chance fr Baden-Wrttemberg. Als Technologiefhrer knnen wir die Wett-

bewerbsfhigkeit unserer Bauwirtschaft erhhen und durch effizienteres Bauen Kosten senken. Lassen

Sie uns diese Chance gemeinsam nutzen!

Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut MdL

Ministerin fr Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau des Landes Baden-Wrttemberg

04 05Leichtbau im BauwesenLeichtbau im Bauwesen

LEICHTBAU IM BAUWESEN

Schon vor ber 75 Jahren postulierte der Stutt-

garter Bauingenieur und Leichtbaupionier Fritz

Leonhardt die These, dass Leichtbau eine For-

derung unserer Zeit sei [Leonhardt, 1940]. Dies

wird umso mehr durch die Tatsache deutlich,

dass das Bauwesen heute zu 50 % bis 60 % des

globalen Ressourcenverbrauchs beitrgt [Sobek,

2014]. Unter Anbetracht weltweit wachsender

Bevlkerungszahlen und der Endlichkeit von

Ressourcen fhrt dies zu erheblichen Vernde-

rungen der Rahmenbedingungen fr die Bau-

branche. Der Trend zur Urbanisierung ist gleich-

zeitig ungebrochen: Schon heute wohnen 54

Prozent der Menschen in Stdten, bis zum Jahr

2050 sollen es laut Prognosen rund 70 Prozent

sein das heit, in den kommenden dreiig Jah-

ren werden ber 1,2 Milliarden Menschen dem

lndlichen Raum den Rcken kehren und in

Stdte ziehen [Vereinte Nationen, 2014]. Das hat

auch zur Folge, dass im Zuge dieser Umwand-

lung Ressourcen wie Baumaterialien, freie Fl-

chen und Energie verbraucht werden. Das The-

ma Umwelt spielt dabei eine zentrale Rolle,

denn allein die Produktion von Zement verur-

sacht rund fnf Prozent der globalen CO2-Emis-

sionen [CDIAC, 2014]. Hier lsst sich mit inno-

vativen Leichtbaukonstruktionen ein groer Fort -

schritt erzielen, denn es knnen nicht nur der Mate-

rialverbrauch und die Kosten fr Baumaterialien,

sondern im gleichen Zug auch der Aussto von

Treibhausgasemissionen gesenkt werden. Die Ent-

wicklung von Leichtbauprodukten ist somit eine

Notwendigkeit. Sich dieser Herausforderung zu

stellen, erffnet gleichzeitig Chancen und Poten-

ziale, die genutzt werden sollten.

Im Projekt Leichtbau im Bauwesen, das vom

Ministerium fr Wirtschaft, Arbeit und Wohnungs-

bau Baden-Wrttemberg gefrdert wurde, unter-

suchten daher das Fraunhofer-Institut fr Bau-

physik und das Institut fr Leichtbau Entwerfen

und Konstruieren der Universitt Stuttgart mit

Untersttzung der Leichtbau BW GmbH, wel-

che Potenziale sich aus kologischer und kono-

mischer Sicht aus Leichtbauanwendungen fr die

Baubranche in Baden-Wrttemberg ergeben.

Hauptziel der Leichtbauweise ist die drastische

Reduktion von Masse unter Beibehaltung der

Eigenschaften vergleichbarer konventioneller Bau-

weisen bis hin zur Integration von zustzlichen

Funktionen.

Wurde Leichtbau frher zur berbrckung gro-

er Spannweiten und zum Erreichen groer H-

hen eingesetzt, so ist Leichtbau heute zwingend

erforderlich, um die verbaute Masse einer

tragenden Konstruktion zu reduzieren

und folglich Ressourcen einzusparen

und nicht rezyklierbare Abflle zu

vermeiden. Der Leicht bau lsst sich

grundstzlich in drei Kategorien,

den Material-, den Struktur- und

den Systemleichtbau, unter-

gliedern [Sobek, 1995]. Beim

Entwerfen von Leichtbau-

konstruktionen knnen diese

auf unterschiedliche Art mit-

einander kombiniert werden.

Einfhrung

Das Bauwesen trgt heute zu 50 % bis 60 % des globalen Ressourcenverbrauchs bei. Die weltweit wach-senden Bevlkerungszahlen, die Endlichkeit von Ressourcen sowie die globale Erwrmung durch Treibhausgasemissionen fhren zu erheblichen Vernderungen der Rahmenbedingungen fr die Bau-branche. Durch innovative Leichtbaukonstruktionen knnen nicht nur der Materialverbrauch und die Kosten fr Baumaterialien, sondern auch der Aussto von Treibhausgasemissionen sowie das Abfall-aufkommen gesenkt werden. Die Entwicklung von Leichtbauprodukten ist somit eine Notwendigkeit. Sich dieser Herausforderung zu stellen, erffnet gleichzeitig Chancen und Potenziale fr die Baubranche.

Der vorliegende Praxis-Leitfaden soll die Baubranche untersttzen, sich ber Leichtbauweisen zu informieren und diese in die Praxis einzubringen. Er richtet sich an Bauherren, Architekten/Planer und Hersteller von Bauprodukten und stellt eine Kommunikationsbasis zur gemeinsamen Umsetzung von Leichtbauprodukten zur Verfgung.

Die kologischen und konomischen Potenziale von Leicht bauanwendungen fr das Bauwesen werden anhand der drei Leichtbauweisen Gradientenbeton, Holzmodulbauweise und textile Gebudehllen identifiziert. Die Beschreibung der Leichtbauweisen folgt dabei dem folgenden Ablauf:

Grundlagen zur Leichtbauweise

Steckbrief der Leichtbauweise, der dem Anwender auf einen Blick die wichtigsten techni-

schen, kologischen und konomischen Aspekte fr eine erfolgreiche Umsetzung bereitstellt

Anwendungsbeispiel, das die kologischen und konomischen Vorteile der Leichtbauweise

gegenber aktuell verfgbaren Referenzprodukten aufzeigt

Potenziale der Anwendung der Leichtbauweise fr die Baubranche in Baden-Wrttemberg

Die diesem Leitfaden zugrunde gelegte Lebenszyklusperspektive ermglicht eine ganzheitliche Analy-se der Potenziale der Leichtbauweisen. Fr alle exemplarisch betrachteten Leichtbauprodukte ergeben sich kologische und konomische Vorteile gegenber den marktblichen Referenzprodukten. Durch die Anwendung der Leichtbauweisen verringert sich der Ressourcenverbrauch signifikant. Der Einsatz von Leichtbau fhrt darber hinaus zu einer Senkung der Treibhausgasemissionen sowie der Material- und Energiekosten.

Fr die Baubranche in Baden-Wrttemberg ergeben sich durch die innovativen Leichtbauweisen groe Zukunfts potenziale. Neben den kologischen und konomischen Vorteilen verfgen die Leichtbauweisen ber einen hohen Vorfertigungsgrad. Die so ermglichte Werksfertigung der Leicht-bauprodukte bringt eine gesteigerte Bauqualitt mit sich, die die Qualitt der Referenzprodukte bertreffen kann. Zustzlich wird eine Steigerung der regionalen Wertschpfung unter dem Einsatz heimischer Rohstoffe und das Schlieen von Stoffkreislufen ermglicht. Durch die Anwendung der Leichtbauweisen kann sich die Bauindustrie einen Technologievorsprung verschaffen, der gleichzeitig kologische und konomische Einsparungen mit sich bringt.

Kurzfassung

Stuttgarter SmartShell (Quelle: ILEK, Foto: Gabriela Metzger)Olympiastadion Mnchen (Quelle: ILEK Bildarchiv)

Kategorien des Leichtbaus

(Quelle: ILEK)

Prof. Werner Sobek, ILEK:Baden-Wrttemberg ist die Wiege des Leichtbaus im Bauwesen. Mit unserer Innovationskraft knnen wir auch die Zukunft des Leichtbaus gestalten.

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