Abstract
Die Arbeit stellt ein integriertes Konzept aus einem hoch dämmenden Leichtbetonmaterial und einer vergussfreien Verbindungstechnik vor, die unter der Voraussetzung der trockenen Fügung der Bauteile den Ansprüchen eines nachhaltigen und wieder verwendbaren Bausystems für Wohngebäude in massiver Elementbauweise gerecht wird.
Heutige Fertigteilbauweisen sehen die Verbindung der Bauteile über Verguss vor, die
zu einem monolithischen Baukörper führen. Eine Nachnutzung ist am wirtschaftlichsten durch die Wiederverwertung zerkleinerten Abbruchmaterials möglich. Ein Weg, die Nachhaltigkeit von Betonfertigteilbauweisen zu steigern, besteht in der trockenen Fügung von Elementen, um diese nach einem abgeschlossenen Nutzungszyklus unbeschädigt zu trennen und der Wiederverwendung auf Bauteilebene zuführen zu können.
Die notwendige Infrastruktur für diesen Nutzungsweg wurde in den letzten Jahren aus
Anlass des Rückbaus von Plattenbausiedlungen erforscht und aufgebaut.
Die Verbindung der Elemente erfolgt mit Hilfe eines Stecksystems, das im Zuge der
Montage sowohl eine kraftschlüssige Verbindung der Elemente als auch die Übertragung von Medien (Wasser, Strom) über die Fuge ermöglicht. Im Rahmen eines durch das BMBF geförderten Forschungsprojekts wurde das bestehende System für den Einsatz als statisch wirksames Verbindungsmittel untersucht und in dieser Arbeit weiterentwickelt.
Dies geschah insbesondere unter Berücksichtigung der im Betonbau auftretenden Toleranzen. Um die im Rückbau gewonnenen Elemente in gleichwertiger Nutzung wiederverwenden zu können, müssen diese einen fortschrittlichen energetischen Standard erfüllen.
Die Arbeit befasst sich im ersten Teil mit aerogelhaltigen Leichtbeton, welcher aufgrund seiner extrem niedrigen Wärmeleitfähigkeit einschalige Außenwände ohne zusätzliche Dämmung ermöglicht. Dieses Vorgehen beinhaltet ein großes Vereinfachungspotential in der Planungs- und Fertigungsphase, und gewährleistet ausreichend Bauraum für die Integration der Leitungsführung im Element. Die erforderliche Steigerung der Festigkeitseigenschaften des Werkstoffs erfolgt durch eine Gefügeoptimierung auf der Grundlage des ultrahochfesten Betons. Um die besonderen Unterschiede und Gemeinsamkeiten dieses neuen Materials mit herkömmlichem Leichtbeton zu verdeutlichen, erfolgt eine gegenüberstellende Betrachtung der Werkstoffgrundlagen beider Materialien.
Für die Ausbildung einer trockenen und demontierbaren Fuge zwischen den Elementen wird ausgehend vom Stand der Technik ein konstruktiver und lösbarer Fugenaufbau vorgeschlagen, der modular und montagegerecht konzipiert ist. Es werden Empfehlungen ausgesprochen, um die Elemente nach statischen und montagetechnischen Gesichtspunkten optimiert zu fügen.
Durch experimentelle Belastungstests wurde die Tragfähigkeit und Steifigkeit des Verbindungssystems Munitec ermittelt, um dessen Anwendbarkeit als statisch wirksames Verbindungsmittel zu beurteilen. Anhand der Finite-Elemente Simulation eines Beispielgebäudes wird der Vergleich zwischen der herkömmlichen Bauweise mit Fugenverguss und einer Bauweise mit punktuell eingesetzten Verbindungsmitteln gezogen. Das untersuchte Verbindungssystem Munitec leistet nur in Kombination mit Verguss die erforderliche statische Wirksamkeit. Auf Basis der durchgeführten Untersuchungen erfolgt eine Neuentwicklung des Systems unter der Vorgabe des sofortigen Kraftschlusses und der reversiblen Einsatzmöglichkeit. Die FE-Simulation bestätigt die Funktionsweise dieses Konzepts und liefert Parameter für die Dimensionierung des Systems. Die Simulation des Tragwerks mit ausgefallenen Bauteilen erlaubt eine Aussage zur Robustheit des Systems.
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