STAHO
Standardisierter, kreislaufeffizienter Hochleistungsträger aus Recyclingstahl und Holz
Aktenzeichen: 10.08.18.7-22.11
Projektlaufzeit: 01.2023 bis 03.2025
Gefördert durch:
Dieses Projekt wurde gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR) im Auftrag des Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen (BMWSB) aus Mitteln des Innovationsprogramms Zukunft Bau.
Abbildung 1 Standardisierter, kreislaufeffizienter Hochleistungsträger aus Recyclingstahl und Holz in einer weitgespannten Halle
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein Hybridfachwerkträger mit Holzgurten aus Buchenfurnierschichtholz (BauBuche GL75) (Breite = 300 mm, Höhe = 120 mm) und Stahlfüllstäben unter dem Leitgedanken der kreislaufeffektiven Bauweise entwickelt. Im Ergebnis entstand ein Strebenfachwerk. Ergänzend wurde ein darauf abgestimmtes Fertigungskonzept erarbeitet. Die Langlebigkeit des Trägers wird durch standardisierte Konstruktionsmaße garantiert. Des Weiteren wurden sowohl die Rückbaubarkeit des gesamten Fachwerkträgers mittels der Zangenkonstruktion und des Konusadapters aus Kunstharzpressholz (KP) der Schmeing GmbH & Co. KG als auch die Zerlegbarkeit der einzelnen Baukomponenten durch den Einsatz der im Rahmen des Projekts entwickelten Anschlussblechs mit Schubknoten konstruktiv sichergestellt.
Abbildung 2: Reversible Knotenverbindung mit Anschlussblech, Schubknoten und Konusmuffen. A: Einschrauben der Konusmuffen in den BauBuche-Gurt, B: Verbindung mittels Zylinderkopfschrauben zur Befestigung des Anschlussblechs. C: Konusfräser entwickelt zusammen mit der Firma Leitz
Die Entwicklung des Fachwerkträgers sowie des Verbindungskonzepts erfolgte kontinuierlich unter Berücksichtigung sowohl der statischen Leistungsfähigkeit als auch des ökologischen Verhaltens des Trägers und der gesamten Hallenkonstruktion. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Projekts gemeinsam mit RAMPA GmbH & Co. KG eine neuartige Konusmuffe (siehe Abbildung 2) entwickelt. Zusätzlich entstand in Kooperation mit der Firma Leitz GmbH & CO. KG ein speziell auf die Konusmuffe abgestimmter Fräser (siehe Abbildung 2).
Die Fachwerkträger wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens gemäß der Ergebnisse aus der Vorstudie für Spannweiten von 16 m bis 30 m sowie Trägerabstände von 2,5 m und 5,0 m hinsichtlich ihrer Trägerhöhe optimiert und standardisiert. Die Trägerhöhe beträgt ca. h/L = 1/10 und variiert zwischen 1,66 m bei einer Spannweite L = 16 m und 2,90 m bei einer Spannweite L = 30 m.
Die Bilanz des globalen Erwärmungspotentials (GWP-Bilanz) eines Fachwerkträgers bis zum Lebensende liegt in Abhängigkeit der Herkünfte der Füllstäbe und der Spannweiten sowie Trägerabstände des Fachwerkträgers zwischen 579,0 – 888,6 kg CO₂-Äq. bei der Verwendung recycelter Stahlprofile und zwischen 831,7 – 1363,5 kg CO2-Äq. beim Einsatz neu hergestellter Stahlprofile. Es zeigt sich, dass durch die Verwendung von recyceltem Stahl im Mittel eine Emissioneneinsparung je Träger um 30% - 35% möglich ist.
Auf Basis des Konzepts des kreislaufgerechten Bauens wurde eine neuartige, reversible Knotenverbindung zur Verbindung von Stahlfüllstäben und Holzgurten entwickelt (Abbildung 3 und 4). Die Schubknoten mit einer geprüften Breite von 100 mm weist neben einer charakteristischen Schubtragfähigkeit in BauBuche GL75 von 215,8 kN einen hohen Verschiebungsmodul (Kser) mit einem Mittelwert von 293,074 kN/mm auf.
Die Tragfähigkeit der Konusmuffe gegenüber Durchziehen wurde in entsprechenden Versuchsreihen experimentell ermittelt. Im Vergleich zur zylindrischen Einschraubmuffe von Rampa Typ SKL mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Einbindelänge von 60 mm zeigt die Konusmuffe mit einer Einbindelänge von 60 mm einen bis zu 46 % höheren charakteristischen Wert der Durchziehtragfähigkeit (Abbildung 5).
Abbildung 3: Anschlussblech mit drei trapezprofilierten Schubknoten
Abbildung 4: Knotenverbindung mit dem Anschlussblech und den Konusmuffen
Abbildung 5: Ausziehwiderstand der Konusmuffe
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein praxisorientiertes Fertigungskonzept entwickelt – von der Bereitstellung der einzelnen Baukomponenten bis hin zur Montage des Fachwerkträgers. Die Praxistauglichkeit des Fertigungskonzepts wurde durch den Bau eines 1:1-Mock-ups überprüft und weiter optimiert (Abbildung 6).
Abbildung 6 Fertigungsprozesse des 1:1 Mock-ups des Hybridfachwerkträgers aus BauBuche-Gurten und Stahlfüllstäben
