Forschung

Eine große gesellschaftliche Herausforderung ist der Umgang mit dem Klimawandel bzw. der Klimaschutz und somit die Vermeidung von Kohlenstoffdioxid-Emissionen bzw. die Speicherung von Kohlenstoffdioxid. Einen wesentlichen Beitrag hierzu liefert die stoffliche Bindung von CO2 in Holzprodukten. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die vorhandenen und größtenteils endlichen Ressourcen effizient und sparsam einzusetzen. Endlichen Ressourcen können durch Holz als nachwachsendes, energieeffizient bereitstellbares bzw. bearbeitbares und somit nachhaltiges Material ersetzt werden. Die Holzverwendung im Bauwesen hat in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen und wird weiterhin zunehmen, wie die Entwicklung der Holzbauquote belegt. Durch die Novellierung der Landesbauordnungen zu Gunsten des Holzbaus sind inzwischen mehrgeschossige Bauwerke bis hin zu Hochhäusern möglich. Im europäischen Ausland werden bereits Hochhäuser mit bis zu 24 Geschossen in Holzbauweise errichtet. Somit steigt der Bedarf an anwendungsorientierter Forschung, insbesondere seitens kleiner und mittelständischer Unternehmen. Die Holzbauforschung erfordert aufgrund streuender und komplexer natürlicher Materialeigenschaften neben analytischen und numerischen Lösungsansätzen die Validierung durch experimentelle Untersuchungen im Bauteilmaßstab. Daher soll durch Einrichtung eines neuen umfangreich ausgestatteten Holzbaulabors nebst erforderlicher Werkstätten und Klimaräume ein bisher in NRW und Nordwestdeutschland fehlendes Zentrum für Holzbauforschung entstehen. Durch die resultierende Stärkung der Innovationsfähigkeit und die Zunahme der umsetzungsorientierten Forschung profitieren regionale und überregionale Holzbauunternehmen und Zulieferer mit den entsprechenden positiven wirtschaftlichen Effekten. Da die Gebäude der FH Aachen nicht über entsprechende Aufnahme- bzw. Ausbaukapazitäten verfügen, ist ein Neubau zur Einrichtung der Forschungslabore erforderlich.

Durch die Ansiedlung am BGZ Simmerath der Handwerkskammer Aachen bestehen im Hinblick auf den Technologietransfer, den Zugang von KMUs zur Forschungseinrichtung sowie bezüglich der Personalgewinnung sehr gute Randbedingungen. Weiterhin werden wirtschaftliche Impulse für die strukturschwache, aber forst- und holzwirtschaftlich geprägte Region Eifel erwartet.

Ermittlung des Trag- und Verformungsverhaltens von Holz-Naturstein-Verbundkonstruktionen

In diesem FuE-Projekt sollen "Holz-Naturstein-Verbundkonstruktionen (HNV)" als ökologische und wirtschaftliche Alternative zu Holz-Beton-Verbundkonstruktionen (HBV) und Brücken mit Bohlenbelag entwickelt werden. Das Produkt kann als tragendes Bauteil im Brückenbau insbesondere bei Rad- und Gehwegbrücken Verwendung finden. HNV-Konstruktionen sollen sowohl mit Nadel- als auch Laubholz als Holzträger realisiert werden können.

Im Gegensatz zu HBV-Konstruktionen bestehen bei HNV-Konstruktionen beide Bestandteile des Verbundquerschnitts aus natürlichen Baustoffen. Die Trennbarkeit der einzelnen Komponenten am Ende einer Nutzungsphase stellt einen entscheidenden Teilaspekt für die Nachhaltigkeit von Bauprodukten dar. Holz-Naturstein-Verbundkonstruktionen sind zugunsten einer anschließenden Wieder- bzw. Weiterverwertung vergleichsweise einfach in ihre einzelnen Komponenten (Baustoffe und Verbindungsmittel) zerlegbar.

Die geplanten analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen dienen neben der Produktentwicklung und der Ausarbeitung von Bemessungsvorschlägen auch als Grundlage und Vorarbeit zur Etablierung der neuartigen Verbundkonstruktion.

Ziel dieses FuE-Projekts ist die Entwicklung von "Klebstofffreiem Balkenschichtholz" als tragendes Bauteil für Decken-, Dach- und Wandkonstruktionen. Es besteht aus einzelnen Kanthölzern, die durch formschlüssige Verbindungen hoher Steifigkeit zusammengefügt werden. Die präzise Herstellung des Formschlusses der Verbindungen ist durch marktübliche CNC-gesteuerte Abbundanlagen in Zimmereien wirtschaftlich realisierbar.

Das ökologische und nachhaltige Bauprodukt „Klebstofffreies Balkenschichtholz" setzt nur natürliche Emissionen frei. Ein weiterer wichtiger Aspekt seiner Nachhaltigkeit ist die Trennbarkeit der einzelnen Komponenten am Ende einer Nutzungsphase. Dies ermöglicht eine materialeffiziente Wieder- und Weiterverwertung des Rohstoffs Holz.

Die geplanten analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen dienen neben der Produktentwicklung und der Ausarbeitung von Bemessungsvorschlägen auch als Grundlage und Vorarbeit zur Etablierung des marktreifen Produkts entsprechend der bauaufsichtlichen Anforderungen.

In den letzten Jahren wurden häufig Rad- und Gehwegbrücken aus Holz durch vorgefertigte Konstruktionen aus Stahl oder Aluminium ersetzt. In einigen Fällen handelt es ich um Brücken aus den 1980er und 1990er Jahren, die aufgrund eines mangelhaften konstruktiven Holzschutzes oder vernachlässigter Wartung die ursprünglich geplante Lebensdauer nicht erreicht haben. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, Standardbrückentypen in Holzbauweise zu entwickeln, die eine lange Lebensdauer aufweisen, wirtschaftlich zu produzieren und mit geringen Kosten zu unterhalten sind. Erreicht wird das Ziel durch den Einsatz neuer Materialien, durch die Entwicklung neuartiger Verbindungen sowie durch innovative Lösungen für den konstruktiven Holzschutz.

Zu Beginn des Forschungsprojektes werden im Rahmen einer Bestandsanalyse möglichst viele bestehende Holzbrücken in NRW untersucht. Hierzu werden vorhandene Dokumentationen von den Bauherren angefordert und ausgewertet. Außerdem werden Brücken vor Ort begutachtet. Die erfassten Daten werden statistisch aufbereitet und analysiert, sodass Stärken und Schwächen bestehender Konstruktionen katalogisiert werden können.

<link menschen uibel internal-link internal link in current>Prof. Dr.-Ing. Thomas Uibel
<link moorkamp internal-link internal link in current>Prof. Dr.-Ing. Wilfried Moorkamp

Mitarbeitende:
Christian Bedbur M.Eng.
Jered Kampf B.Eng.
Julia Sundermann B.Eng.
Jonas Thull M.Eng.

Förderlinie:
EFRE EnergieUmweltwirtschaft.NRW

Projektzeitraum:
15.11.2016 – 14.11.2019

Projektpartner:

• Ingenieurbüro Miebach,
  Haus Sülz 7, 53797 Lohmar

• A.Conrads Ingenieurbüro und Holzbaubetrieb e.K.,
  Industriestraße 14, 52224 Stolberg

• Landesbetrieb Wald & Holz NRW, Regionalforstamt Hocheifel-Zülpicher Börde,
  Römerplatz 12, 53947 Nettersheim

• Stadt Mechernich,
  Bergstraße 1, 53894 Mechernich