Projektinhalt:

Der Bausektor stellt in Deutschland nicht nur den rohstoffintensivsten Wirtschaftsbereich dar, sondern er weist zudem den größten CO2-Ausstoß auf. Zur Erreichung der nationalen Klimaschutzziele ist neben der Minimierung des Energieverbrauchs im Lebenszyklus eines Gebäudes insbesondere eine Effizienzsteigerung bei Neubauten erforderlich. Durch das Bauen mit dem nachwachsenden Rohstoff Holz kann nicht nur der Einsatz energieintensiver Werkstoffe wie beispielsweise Beton reduziert, sondern gleichzeitig große Mengen an CO2 in den Bauwerken gespeichert werden. Vor dem Hintergrund der bei hohen Mehrgeschossbauten stark zunehmenden statischen Anforderungen zeigen sich jedoch auch die Grenzen der reinen Holzbauweise. So sind zunächst sehr große Stützenquerschnitte erforderlich, um die beim mehrgeschossigen Bau von Büro- und Verwaltungsgebäuden auftretenden hohen Lasten abtragen zu können. Durch die vorteilhafte Kombination der Werkstoffe Holz und Stahl können die notwendigen Querschnittsabmessungen signifikant reduziert werden. Gegenstand des beantragten Forschungsprojektes ist die Neuentwicklung hybrider Holz-Stahl-Stützen, die durch die Einbettung normal- oder hochfester Stahlprofile in Holzquerschnitte charakterisiert sind. Bei der Entwicklung der Hybridstützen werden zwei Konstruktionsansätze verfolgt. Zum einen sollen Pendelstützen (beidseitig gelenkig gelagert), bei denen ein hochfestes Stahlprofil reibungsfrei in einem umgebenden Holzmantel gebettet wird, entwickelt und untersucht werden. Der Holzmantel stellt hierbei eine elastische Bettung für das Stahlprofil dar und schützt dieses vor einem frühzeitigen Stabilitätsversagen. Alternativ dazu wird beim Konstruktionskonzept der Verbundstütze ein klebtechnisch hergestellter Verbund zwischen den beiden Werkstoffen untersucht. Mit einem klebtechnischen Verbund kann ein sehr steifer, flächiger Verbund der Werkstoffe hergestellt werden. Zudem können geometrische Imperfektionen sowie Kriechen und Schwinden durch den Klebstoff kompensiert werden.
Im Detail sollen nachfolgende wissenschaftlich-technische Forschungsergebnisse erzielt werden:

• Auswahl und Charakterisierung geeigneter Holz- und Stahlwerkstoffe sowie Profilquerschnitte für Verbund- und Pendelstützen und Entwicklung geeigneter Fertigungsprozesse
• Detaillierte Konstruktion und Optimierung von Lasteinleitungsdetails in Verbundstützen
• Experimentelle Untersuchung des Verbundtrag- und Versagensverhaltens bei zentrischer Lasteinleitung in Verbund- und Pendelstützen
• Validierung von Fertigung und Tragverhalten an großbauteiligen Hybridstützen
• Ökobilanzielle Bewertung und Vergleich zu konventionellen Bauweisen
• Entwicklung eines normennahen Bemessungsmodells zur Auslegung der Verbundquerschnitte

Förderhinweis:

Das Projekt "Entwicklung und systematische Untersuchung von Holz-Stahl-Hybridstützen für den Mehrgeschossbau – HolzStahlStütze " wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dieses IGF-Vorhaben 01IF23377N / P 1759 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wird am KIT Stahl- und Leichtbau sowie am KIT Holzbau und Baukonstruktion durchgeführt.