Holzbasierte Geschossdecke als nachhaltige Alternative zu Stahlbeton
Forschende der Universität Stuttgart haben ein innovatives Deckensystem namens „UniversalTimberSlab“ entwickelt, das sich durch seine schlanke Bauweise und hohe Nachhaltigkeit auszeichnet. Dieses System wurde erfolgreich in einem Belastungstest geprüft und soll künftig im „Zukunftsforum“ in Oberkochen eingesetzt werden.
Nachhaltige Lösung für mehrgeschossige Gebäude
Traditionelle Geschossdecken aus Stahl und Beton verursachen etwa 40 Prozent der grauen Emissionen bei Gebäuden. Für komplexe, mehrgeschossige Bauwerke fehlten bislang praktikable Alternativen. Die Universität Stuttgart hat nun mit einem Baudemonstrator gezeigt, wie eine nachhaltige Geschossdecke aus einem neuartigen Holz-Beton-Verbundsystem realisiert werden kann.
Der Demonstrator wurde im Juni beim Future Cleantech Festival in Remscheid vorgestellt und stellt die erste punktgestützte, mehrachsig weit gespannte Flachdecke dieser Art dar. „UniversalTimberSlab“ basiert auf mehrjähriger Forschung und nutzt digitale Planungs- und Fertigungsmethoden, erklärt Prof. Achim Menges, Leiter des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD).
Technische und gestalterische Vorteile
Das System kombiniert die schlanke Bauweise und Leistungsfähigkeit von Stahlbetondecken mit den ökologischen Vorteilen des nachwachsenden Rohstoffs Holz. Im Vergleich zu herkömmlichen Holzdeckensystemen, die bei größeren Spannweiten Unterzüge benötigen, reduziert „UniversalTimberSlab“ die Konstruktionshöhe um 30 bis 70 Zentimeter. Dies ermöglicht eine höhere Geschosszahl bei gleicher Gebäudehöhe und eine Reduktion der Fassadenfläche um bis zu 20 Prozent.
Die punktgestützte Konstruktion erlaubt eine flexible Anordnung von Wänden, da keine tragenden Zwischenwände erforderlich sind. Dadurch können unterschiedliche Raumaufteilungen für Mischgebäude mit Handel, Gastronomie, Büros und Wohnungen realisiert und bei Bedarf später leicht verändert werden. Dies fördert die Anpassungsfähigkeit und Umnutzungsmöglichkeiten innerstädtischer Holzgebäude.
Innovative Deckensegmentierung und digitale Planung
Ein zentrales Merkmal des Systems ist eine neuartige, zum Patent angemeldete Segmentierungsmethode, die komplexe und unregelmäßige Deckengeometrien ermöglicht. Vorfertigbare Brettschichtholzsegmente mit geraden Lamellen sorgen für Kosteneffizienz, während die Fasern entsprechend der Belastung ausgerichtet sind, um die Tragfähigkeit zu optimieren.
Darüber hinaus wurden KI-gestützte digitale Werkzeuge entwickelt, die bei der Planung zahlreiche Varianten von Grundrissen und Gebäuden modellieren und die Entwurfsoptimierung unterstützen. Änderungen, wie das Verschieben einer Stütze, zeigen unmittelbar Auswirkungen auf Kosten, Deckenhöhe und Nachhaltigkeit auf.
Belastungstest und Demonstrator in Remscheid
Der Demonstrator mit den Maßen 9 x 5 Meter wurde innerhalb von drei Monaten realisiert und entspricht einem zweiachsig weit gespannten Deckenfeld von 8 x 4 Metern. Mit einer Konstruktionshöhe von nur 36 Zentimetern ist die Decke vergleichbar schlank wie eine Stahlbetondecke, benötigt jedoch rund zwei Drittel weniger Stahlbeton.
Im Belastungstest wurde die Konstruktion mit 20 Tonnen zusätzlich zum Eigengewicht geprüft. Die Ergebnisse bestätigten die vorherigen FEM-Simulationen: Die maximale Verformung betrug lediglich 12 Millimeter, und die Eigenfrequenz lag bei über 8 Hertz, womit die Anforderungen an Durchbiegung und Schwingungsverhalten für Bürogebäude erfüllt wurden.
Ausblick und Pilotprojekt
Mit dem erfolgreichen Nachweis der Machbarkeit ist ein wichtiger Schritt für den breiten Einsatz von „UniversalTimberSlab“ im mehrgeschossigen Holzbau gelungen. Das System nutzt vorhandene Fertigungskompetenzen der Holzbauindustrie und soll nach weiteren Entwicklungsschritten zügig in größeren Bauprojekten angewendet werden.
Ein erstes Pilotprojekt ist bereits in Planung: Die Stadt Oberkochen plant ein dreigeschossiges Gebäude mit 1.400 m² Nutzfläche, das als „Zukunftsforum“ Ausstellungen, Arbeitsbereiche, Makerspaces, Werkstätten und Labore beherbergen wird.
Projekt und Beteiligte
Die Entwicklung von „UniversalTimberSlab“ erfolgt im Rahmen eines EIC Pathfinder Projekts, gefördert durch den European Innovation Council im Programm Horizon Europe. Das Projekt ist Teil des Exzellenzclusters IntCDC (Integratives computerbasiertes Planen und Bauen für eine transformative Architektur) und umfasst mehrere Institute der Universität Stuttgart sowie das BUILT CoLAB in Porto.
Die Deckensegmente wurden vom Industriepartner HASSLACHER Gruppe gefertigt und von Dünschede Holzbau innerhalb von zwei Tagen montiert.
Kontaktinformationen
- Prof. Achim Menges, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart
Telefon: +49 711 685-82886
E-Mail: mail@icd.uni-stuttgart.de - Hans Jakob Wagner, Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart
Telefon: +49 711 685-81928
E-Mail: hans.jakob.wagner@icd.uni-stuttgart.de
