Forschung

Am Institut für Baukonstruktion und Holzbau kann durch das breit gefächerte Wissen seiner Mitarbeiter*innen eine Vielzahl holzbauspezifischer Fragestellungen gelöst werden. Die Bandbreite reicht von Fragestellungen der räumlichen und ebenen Mechanik aktueller und historischer Konstruktionen, über Fragen zum Materialverhalten und der Materialsimulation bis zur Bauphysik und Bauwerkserhaltung. Zusätzlich kann durch Kooperationen auf das Wissen, die Erfahrung und die Ausstattung des Fraunhofer WKI und der MFPA Leipzig zurückgegriffen werden.

Kernkompetenzen
  • Holzbau
  • Baukonstruktion
  • Bauphysik
  • Bauen im Bestand
Schwerpunkte
  • Historische Holzkonstruktionen
  • Bauwerkserhaltung
  • Aufstockung
  • Mehrgeschossiger Holzbau
  • Nachwachsende Rohstoffe
  • Holztafelbau
  • Ermüdung
  • Kleben im Holzbau

Aktuelle Forschungsprojekte

Erforschung des Ermüdungsverhaltens selbstbohrender Schrauben zum Anschluss von Stahlblechen an Brettsperrholzbauteile

Holz als Baustoff bietet zahlreiche ökologische Vorzüge gegenüber den herkömmlichen energieintensiven und emmissionsreichen Hochleistungsbaustoffen Stahl und Stahlbeton. Darüber hinaus erlaubt der Holzbau in besonderer Weise die Nutzung regionaler Ressourcen mit kurzen Transportwegen und Beschäftigung regionaler Akteure. Die nachhaltige Implementierung der Holzbauweise kann einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung regionaler Wirtschaftsnetze mit besonderer Berücksichtigung kleiner und mittlerer Unternehmen leisten.  Eine flächendeckendere Anwendung der Holzbauweise stellt durch die Vorteile bezüglich Nachnutzung und Wiederverwendung bis hin zur thermischen Verwertung der Bauteile einen deutlichen Mehrwehrt für die Kreislaufwirtschaft dar. 

Es werden die Grundlagen für die Anwendung selbsbohrender Schrauben bei Stahlblech-Holz-Verbindungen mit Brettsperrholz unter nicht vorwiegend ruhenden Belastungen erarbeitet. Diese können beispielsweise Anwendung bei der Befestigung von Aufzuganlagen in Brettsperrholz-Schächten finden, darüber hinaus sind u.a. weitere Anwendungen in der Aussteifung mehrgeschossiger Holztragwerke, der Befestigung von Kranbahnen, aber auch im Turm- und Brückenbau möglich.  
Für die im Projekt betrachteten Schrauben werden die maßgeblichen Trag- und Versagensmechanismen identifiziert und experimentell dediziert untersucht. Besonderes Augenmerk wird auf die Versagensfälle "Abreißen im Gewindebereich", "Kopfabreißen" und "Herausziehen" gelegt. Im Anschluss an die getrennte Untersuchung der Versagensmechanismen werden die Erkenntnisse in ein ingenieurmäßiges Bemessungsmodell zur ganzheitlichen Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens der Verbindungen überführt.

Das Proejekt wird mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau gefördert.

Standard Holzbausysteme mit nachwachsenden Rohstoffen“ zur Förderung der Verwendung von Holz plus nachwachsende Rohstoffe bei öffentlichen Gebäuden

Holzmodulbauweise

Ziel des Vorhabens ist die Bereitstellung eines Holzbausystems, das universell einsetzbar ist für unterschiedliche Nutzungen, um eine bessere Verwendbarkeit tragender und raumbildender Holzbaukonstruktionen bei öffentlichen Gebäuden zu ermöglichen. Durch das Vorhaben ist nachzuweisen, dass die Verwendung von Holz bei öffentlichen Gebäuden im Vergleich zu den heute üblichen Konstruktionen aus Mauerwerk und Stahlbeton große Vorteile bietet.
Die Bereitstellung eines vollständigen Holzbausystems und Bauteilkataloges inklusive Beispiele der Integration technischer Gebäudeausrüstung als Endergebnis des Vorhabens, soll die Wettbewerbsfähigkeit des Holzbaus und der Anteil an Gebäuden in Holzbauweise bei der öffentlichen Hand maßgeblich steigern. Ökonomische und ökologische Aspekte werden berücksichtigt, um eine wirtschaftliche, standardisierte Bauweise zu ermöglichen, die Konkurrenzfähig zu anderen Bausystemen ist.

Das Forschungsvorhaben soll Projektbegleitend mit dem wissenschaftlichen Beirat bestehend aus Vertretern der Wissenschaft, der Holzbauwirtschaft und Holzbau Unternehmen diskutiert werden, und die abgeleiteten Schlussfolgerungen im Vorhaben Berücksichtigung finden. Die Ergebnisse werden in einem umfangreichen Konstruktionskatalog sowie Seminarreihen für Planer und Verwender verbreitet.

Mit einem interdisziplinär entwickelten systematischen Ansatz für den Holzbau von öffentlichen Gebäuden sind schnellere Planungs-, Genehmigungs- und Bauabläufe, einfachere Prozesse und effizientere Gebäude aus Holz möglich. Mit der geplanten Holzsystembauweise werden Planungsinstrumente entwickelt, die auf Fertigung und Montage, Rückbaubarkeit und Weiterwendung eines Gebäudes und seiner Bauteile übertragen werden können, ohne dabei auf gestalterische Individualität und Vielfalt verzichten zu müssen. Dank vielfältiger Einsatzmöglichkeiten, flexibler Raumaufteilungen in Kombination mit optionalen Komfort-Lösungen und einer variablen Fassadengestaltung lassen sich weitaus mehr verschiedene Gebäudetypen realisieren, als man üblicherweise vom Konzept der „Standardisierung“ erwarten würde.

Gefördert wird das Projekt durch Mittel der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR). Bei Fragen zu dem Projekt wenden Sie sich gerne an Michael Müller.

Verbundpartner:

  • Hochschule Wismar, University of Applied Science, Technology, Business and Design, Wismar (Projektleitung)
  • Haas Fertigbau GmbH, Falkenberg
  • Hauptverband der Deutschen Holzindustrie (HDH e.V.)
  • Technische Universität Braunschweig - Institut für Bauklimatik und Energie der Architektur
  • Technische Universität Braunschweig - Institut für Baukonstruktion und Holzbau

Entwicklung einer Messmethodik zur Überwachung des Trocknungsverhaltens von Holz-Beton-Verbund-Konstruktionen

Im Rahmen dieses Entwicklungsvorhabens soll eine Messmethodik zur Überwachung des Trocknungsverhaltens von HBV-Konstruktionen entwickelt werden. Mit Hilfe einer kleinen Messsensorik, die in die Holzbauteile eingebracht wird und deren Kopfseite mit dem fließfähigen Beton in Kontakt steht, soll der Feuchtigkeitsgehalt des Betons und des Holzes sowie deren Änderung über der Zeit erfasst und an einen im Raum positionierten Empfänger gesandt werden. Dieser Empfänger soll die Daten von bis zu zehn Messsensoren erfassen können und gleichzeitig die Temperatur und relative Luftfeuchte des Raumes erfassen, so dass aus diesen Werten Rückschlüsse auf das Verhalten des Betons und dessen Aushärtezustand sowie auf die Feuchtebeanspruchung des Holzbauteils gezogen werden können. Hierdurch soll der ideale Zeitpunkt bestimmbar werden, ab dem der Beton ohne die Gefahr einer Schädigung betreten werden und die Baumaßnahme fortgesetzt werden darf. Die Sensoren sollen günstig und klein ausgeführt werden und in der HBV-Konstruktion verbleiben.

Gerfördert wird das Vorhaben durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM).

Das Projekt wird zusammen mit der Elascon GmbH bearbeitet. Fragen zum Projekt können Sie gerne an Yannick Plüss richten.

Durchlaufwirkung von Holz-Beton-Verbunddecken für die Anwendung im Mehrgeschoss- und Bürobau

Um die Anforderungen des Pariser Klimaschutz-Abkommens zu erreichen, ist die konsequente und umfassende Verwendung von Holz als Baumaterial mit dem Potential der CO2-Reduzierung unabdingbar. Parallel dazu ist eine der heutigen Herausforderungen, kostengünstig Wohnraum zu schaffen. Da die Materialkosten ein wesentlicher Kostenfaktor beim Bauen darstellen, gelingt die Schaffung von kostengünstigen Wohnraum durch eine Optimierung der Bauteilabmessungen und damit einer verbundenen Ressourcenschonung der zur Verfügung stehenden Materialien. Diese Ziele können erfüllt werden, wenn die Anwendung von Holz als Baumaterial in den Bereich des Büro- und Mehrgeschossbaus erweitert wird, indem die Bauteile als Verbundbauteile ausgeführt werden. Der Anwendung dieser Bauweise können aber bisher nicht vollumfänglich genutzt werden, da aufgrund des bisher möglichen Systems des Einfeldträgers bei HBV-Deckenkonstuktionen Einschränkungen im Grundriss und damit in der späteren Nutzung und der Gestaltungsqualität im baulichen Kontext vorliegen. Gelingt das Projektziel, die Bestimmung des Trag- und Verformungs-verhaltens im negativen Momentenbereich, können auch mehrgeschossige Bauwerke mit einem großen Anteil an regenerativen Werkstoffen ausgeführt werden, so dass durch diesen Projektantrag die Zielerreichung der Bundesinteresse „CO2-Reduktion“, „bezahlbarer Wohnungsraum“ und „Ressourcenschonung“ unterstützt wird. Zeitgleich wird aufgrund der Reduktion der Einschränkungen in der Architektur die Möglichkeiten der Gestaltungsqualitäten im baulichen Kontext erhöht. Im Hinblick auf die Bundesinteressen ist darüber hinaus zu erwähnen, dass prinzipiell die gesamte Wertschöpfung des Holzes in der Bundesrepublik erbracht werden kann. Dies betrifft dabei sowohl die Materialerzeugung, die verarbeitenden Betriebe als auch die Werkzeughersteller, sodass aufgrund der vermehrten Verwendung des Holzes der Mittelstand – dem oft zitierten Rückgrat der deutschen Wirtschaft – gestärkt wird.

Gefördert wird das Projekt mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau. Bei Fragen zu dem Projekt wenden Sie sich gerne an Christian Kaluza.

TimberPlan+ - Digital basierte, integrale Planungsmethodik für Systemhallendächer aus Holz mit Fokussierung auf automatisierte Fertigungs- und Vormontageprozesse

FLEX-Dach

Das Projekt fokussiert auf eine Erhöhung der Nutzungsquote von Holz für den Bau landwirtschaftlich genutzter Hallen. Es thematisiert die Entwicklung einer digital basierten, parametrisierten Planungsmethodik. Diese soll alle erforderlichen Fachplanungen integrieren und informationsverlustfrei verknüpfen, sodass im Ergebnis eine wirtschaftlich hoch effiziente, voll- oder teilautomatisierte, NC-gesteuerte Fertigung und Vormontage durch regional agierende KMU möglich wird.
Konkret angesprochen wird der Bau von materialeffizienten und robusten Systemdachkonstruktionen aus Holz und Holzwerkstoffen in regionaler Produktion nach dem System „ReFlexRoof“. Die flächendeckend gegebenen Bearbeitungs- und Montagekompetenz durch das Zimmerer- und Dachdeckerhandwerk soll dabei im Kontext digitaler Methoden gezielt weiterentwickelt werden.
Mit dem Projekt werden folgende Forschungsthemen adressiert:

  • Konzept für eine alternative Organisation des Planungsprozesses auf Basis einer vollständig digitalen Kommunikation und Interaktion der Planungsbeteiligten
  • Organisatorische Beschreibung der Leistungspakete von Vorplanung bis Montageanleitung, inkl. klarer inhaltlicher Abgrenzungen und Definition von Informations-Schnittstellen
  • Modellierung der Systemdachkonstruktion unter Berücksichtigung aktueller BIM-Schnittstellen
  • Entwicklung eines integralen, parametrischen Bemessungskonzepts für Tragwerksplanung, Bauphysik und Brandschutz in Abhängigkeit von Gebäudekubatur, Nutzung und Standort
  • Berücksichtigung der Themen Rückbaubarkeit, Recycling und Ökobilanzierung im Gesamtkonzept
  • Sicherung der Schnittstellenübereinstimmung zwischen den einzelnen Bearbeitungsparametern

Das Forschungsprojekt soll die Grundlagen für die Etablierung eines vermarktungsfähigen, vollständig digital basierten, integrierten Planungs-, Bau- und Vertriebssystems für materialsparende Systemdachkonstruktionen aus Holz für landwirtschaftliche Gebäude nach dem Prinzip „ReFlexRoof“ liefern.

Weitere Informationen zum Vorhaben finden Sie hier. Bei Fragen zu dem Projekt wenden Sie sich gerne an Katrin Vögele.

Holz in der Aufstockung – Bewertung und Umsetzung von Holz in Aufstockungsmaßnahmen (HolzAuf)

Aufstockungen stellen eine sinnvolle Möglichkeit dar in bereits dicht besiedelten innerstädtischen Flächen Wohnraum zu schaffen. Gerade für den Holzbau kann das Thema der Aufstockung von Gebäudebeständen eine Zukunftsaufgabe sein, da sich die Vorteile des Holzbaus hier gut umsetzen lassen. Holzbau kann gerade durch sein geringes Gewicht und die große Tragfähigkeit und Vorfertigung für Sanierung / Umbau / Anbau / Aufstockung genutzt werden. Aufstockungen bieten eine Vielzahl von verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten, die neben Kosteneinsparungen auch ökologische Potentiale bilden. Im Rahmen dieses Projektes werden konstruktive Problematiken (hauptsächlich Anschlussbereich Bestand an Holzbau) sowie ökologische Vorgehensweisen überarbeitet. Das Forschungsvorhaben erarbeitet Aufstockungskonstruktionen und bietet Planern und Entscheidungsträgern einen freien Zugang darauf. Dazu wird ein baukonstruktiver Detailkatalog mit verschiedenen Aufstockungskonstruktionen (Wand, Dach, Decke) in Holz erstellt, der neben konstruktiven Lösungen auch eine ökologische Bewertung beinhaltet. Insbesondere der Anschluss des Bestands an die neu zu erstellende Aufstockung wird untersucht und Lösungen für typische Konstruktionen aus verschiedenen Baualtersklassen angeboten. Aus ökologischer Sicht wird eine transparente Vorgehensweise zur ökologischen Bewertung von Aufstockungsmaßnahmen erstellt und eine Integration des Detailkatalogs in eLCA umgesetzt. Um die Forschungsergebnisse zu verifizieren und weitere anwendungsbezogene Probleme zu identifizieren, ist eine Zusammenarbeit mit Praxispartnern aus dem Wohnungsbau geplant. Damit leistet das Vorhaben einen wesentlichen Beitrag, die Verwendung von Holz im Baubereich weiter zu stärken und die in der Charta für Holz 2.0 dargestellten Ziele praktisch umzusetzen, die mit den Aufstockungsmaßnahmen verbundenen klimarelevanten Effekte und Potentiale durch die Substitutions- und Kohlenstoffspeicherwirkung bewertbar zu machen.

Gerfördert wird das Vorhaben durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR), weiter Informationen finden Sie hier.

Das Projekt wird zusammen mit dem Lehrstuhl für Ressourceneffizientes Bauen an der Ruhr-Universität Bochum bearbeitet. Fragen zum Projekt können Sie gerne an Maren Fath richten.

Selbsttragende Freiformflächen aus Buchenholzfurnier – Hybridwerkstoffen für den Einsatz in Fußgänger- und Fahrradbrücken

Ziel dieses Projektes ist es, Hybridwerkstoffe aus einer Kombination von frisch geschälten, feuchten und damit noch flexiblen Laubholzfurnieren in Verbindung mit Glas-, Kohle- Natur- und insbesondere Basaltfasern in einem speziellen Vakuumtrocknungs- und Infusionsverfahren für die Herstellung selbsttragender 3D-Freiformflächen herzustellen. Der Fokus zielt unter anderem auf die Einsatzmöglichkeiten im Holzbrückenbau, sowohl als statisch integrativer Bestandteil der Primärkonstruktion wie auch für Belag- und Deckschichten oder Vorhangschalen als Sekundärbauteile.

Ansprechpartnerin: Maria Loebjinski

Gebrauchstauglichkeit und Komfort von dynamisch beanspruchten Holztragwerken im urbanen mehrgeschossigen Hochbau

Projektlogo DBH

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse von Schwingungs- und Erschütterungsphänomenen im modernen, urbanen Holzbau sowie die Entwicklung von konkreten Orientierungshilfen in Form von technischen Empfehlungen und digitaler Bereitstellung von Mess- und Ergebnisdaten für Planer und Projektentwickler. So werden wichtige Beiträge zur Vermeidung von Baumängeln infolge unzureichender Berücksichtigung schwingungsabhängiger Komforteigenschaften von Holzgebäuden geleistet.

Weitere Informationen finden Sie hier.

Ansprechpartner: Yannick Plüss, M.Sc.


Einsatz der Holz(keil)dolle als Möglichkeit neuer Reparaturverbindungen für die Denkmalschutzanforderungen des schonenden Substanzumgangs und der Materialgerechtigkeit

Holzkeildolle

Ziel des Projektes ist die Erarbeitung eines Leitfadens für den statisch-konstruktiven Einsatz von Holz-Holz-Reparaturverbindungen mit Holz(keil)dollen. Der Leitfaden wird den verschiedenen, an Baudenkmalen beteiligten Akteuren helfen, die Ausführungsart fachlich und auch im baurechtlichen Einvernehmen vertreten zu können. Dieser soll die Fertigungs- und Montagetechniken, die allgemeinen mechanischen Grundlagen, die statische Modellierung und die Darstellung der Tragfähigkeit und des Verformungsverhaltens der Reparaturverbindung mit der gekeilten Holzdolle enthalten. Der Leitfaden wird die relevanten Beanspruchungsfälle dieser Holz-Holz-Verbindungen darstellen und die dafür anwendungsspezifischen Sanierungsdetails und Haupt-Anwendungsparameter definieren. Für diese Best Practice Beispiele wird ein tragwerksplanerisches Nachweiskonzept erarbeitet, um die Holzkeildollen in ein nachweisbares Verhältnis zu den bislang überwiegend bevorzugten Metallverbindungen zu setzen.

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Elena Perria

Zwischenbericht


Abgeschlossene Forschungsprojekte