P 751 - Bestimmung der Tragfähigkeit von geschweißten T-Knoten aus kaltgeformten Hohlprofilen mit dreiecksförmigen Querschnitten

P 753 - Entwicklung eines modularen Bausystems in Stahlleichtbauweise Gebäude aus unterschiedlichen Komponenten zusammenfügen und wie Autos fertigen, mit hoher Präzision und eigener Ästhetik? Im Rahmen des Forschungsvorhabens P 753 wurde diese Zukunftsvision Realität. Entwickelt wurde ein modulares Bausystem in Stahl- Leichtbauweise, dass die Vorteile der seriellen Vorfertigung mit den Ansprüchen an eine zeitgemäße Architektur in vielfältigen Variationen verbindet. Der Geschossbau in Deutschland ist in der Regel geprägt durch konventionelle Bauweisen mit den bekannten Nachteilen: Viele Gewerke und Schnittstellen, witterungsabhängige Fertigung in Nassbauweise und aufwändige Baustellenlogistik machen das Bauen langwierig und teuer. Sinnvoll ist es daher, Planungsaufwand und Einsatz von Material zu optimieren und industrielle Produktions-methoden, ähnlich denen in der Automobilindustrie, zu adaptieren. Aus den entwickelten, in der Werkstatt vorgefertigten Bauelementen in Stahl-Leichtbauweise, können Gebäude modular mit bis zu sechs Geschossen zusammengefügt werden. Das Baukastensystem ist universell einsetzbar für unterschiedliche Nutzungen wie Büros, Werkstätten, Schulen, Krankenhäuser, Hotels und Wohnheime. Die Idee beruht auf dem seit Jahrhunderten eingesetzten Prinzip der Reihung gleicher Grundelemente in der urbanen Architektur. Dieses Gestaltungsmuster bildet auch heute noch die Basis für eine zeitgemäße Baukunst. Bei der entwickelten Komponentenbauweise handelt es sich um ein integriertes System ohne Trennung von Tragwerk und Gebäudehülle, das prinzipiell nur aus zwei Elementen besteht. Wandpfeiler mit einem Standardmaß von 3,00 x 1,25 Meter bilden im Wechsel mit Öffnungen den äußeren Raumabschluss und gliedern den Innenraum in flexible Einheiten.  Deckenplatten mit Maßen von 5,00 x 2,50 Meter bis 7,50 x 2,50 Meter werden über Bolzenverbindungen an die Wandelemente angeschlossen. Entsprechend den städtebaulichen und funktionalen nforderungen können die Fenster- und Fassadenelemente in vielfältiger Form gestaltet werden. Wand- und Deckenelemente werden als umlaufende  Rahmenkonstruktion aus 10 Millimeter dicken, gekanteten Stahlblechen gefertigt, in die Stahltrapezprofile eingelegt werden. Um die statisch erwünschte, kraftübertragende Scheibenwirkung zu erzielen, werden die Rahmenelemente mit den  Trapezprofilen sowie an Ober- und Unterseite mit 2 Millimeter dicken Blechtafeln zu einem Kasten geschlossen und verschweißt. Die Gesamtdicke der Bauteile, die in der Werkstatt witterungsunabhängig nach Bedarf vorgefertigt werden können, beträgt 150 bis 200 Millimeter. Alle tragenden Wand- und Deckenelemente erhalten eine allseitige  Brandschutzverkleidung. Im Rahmen des Projekts wurden von den beteiligten Forschungsstellen bauphysikalische  Detaillösungen zu sommerlichem und winterlichem Wärmeschutz, Luftdichtheit und Schallschutz erarbeitet. Damit ist das modulare Bausystem für den universellen Einsatz geeignet und interessant für Stahlbauunternehmen und Investoren, die das System in die Praxis umsetzen wollen. Durch die Straffung der Planungs- und Ausführungsprozesse, die modulare Vorfertigung standardisierter Bauteile und den für die Stahl-Leichtbauweise üblichen schnellen Bauablauf lassen sich wirtschaftliche Vorteile gegenüber konventionellen Bauweisen erzielen. Mit dem Einsatz energieeffizient hergestellter, dünnwandiger Wand- und Deckenelemente mit geringem Gewicht und hoher Tragfähigkeit sowie dem hohen Recyclingpotenzial des Baustoffs Stahl leistet das modulare Bausystem einen innovativen Beitrag zum nachhaltigen Bauen in der modernen Architektur. Das Forschungsprojekt wurde von ASP Architekten Schneider Meyer Partner, Drewes + Speth Beratende Ingenieure im Bauwesen, Prof. Dr.-Ing. Bohne Ingenieure GmbH und Prof. Michael Lange Ingenieuregesellschaft mbH mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: W. Schneider, W. Meyer, P. Kahl, H. Fliess, H. Drewes, M. Speth, A. Claußen, D. Bohne, J. Schurr, M. Lange, J. Düker, R. Lorenz, A. Kolbaske, R. Hass, W. Schneider Veröffentlichung: 2012

P 757 - Stahlleichtverbund - Bauweise Entwicklung, Optimierung und wirtschaftlicher Einsatz im Bauwesen Stahlverbundkonstruktionen lassen sich im Bauwesen technisch und wirtschaftlich sinnvoll einsetzen. Innovative Lösungen tragen dazu bei, weitere Marktanteile im Bereich des Geschoss- und Brückenbaus zu gewinnen. Eine Optimierung und Weiterentwicklung dieser Bauweise ist daher zielführend. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sind  Stahlleichtverbundmodule für Geschossdecken aus (ultra-) hochfesten Werkstoffen entwickelt worden, die bei einer geringen Bauhöhe sehr große Spannweiten stützenfrei überbrücken können. Der Einsatz (ultra-) hochfester Werkstoffe erfordert eine extrem tragfähige Verbundfuge. Klassische Kopfbolzendübel eignen sich nur bedingt für diese Aufgabe, so dass auf Puzzleleisten als innovatives Verbundmittel zurückgegriffen wurde. Als besonders effizient hat sich die  Ausführung der Stahlträger als Wabenträgern erwiesen. Schon beim Zuschnitt der Wabenträger kann die Puzzleleiste in das Stegblech  geschnitten werden, wodurch sich weitere Arbeitsschritte für die Realisierung der Verbundsicherung erübrigen. Zudem können die Stegblechöffnungen sehr effizient zur Verlegung der technischen Gebäudeausrüstung genutzt werden, was Konstruktionshöhe einspart. Das Trag- und Verformungsverhalten der Verbundfuge wurde in umfangreichen  experimentellen Untersuchungen analysiert und die Anwendbarkeit der in der Literatur vorhandenen Bemessungsmodelle überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass das für Anwendungen bei größeren Bauteilabmessungen entwickelte  Bemessungsmodell die Tragfähigkeit der Verbundfuge in guter Übereinstimmung wiedergibt. Die dynamischen Eigenschaften und das Trag- und Verformungsverhalten der Stahlleichtverbundmodule wurden in numerischen Berechnungen untersucht und ein Bemessungskonzept für die Nachweisführung erarbeitet. Die Ergebnisse der FE - Analysen sind zusätzlich in Großbauteilversuchen verifiziert worden. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Einsatz von Walzprofilen aus S355 und S460 zu wirtschaftlichen Konstruktionen führt. In Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen auf Basis der Herstell- und Montagekosten sind die Stahlleichtverbund-module mit konventionellen Ortbetonlösungen an einem Referenzgebäude verglichen worden. Die hohen Materialkosten für den ultrahochfesten Beton sind im Wesentlichen preisbestimmend für die Stahlleichtverbundelemente. Es wurden Einsparpotentiale aufgezeigt und konzeptionelle Vorschläge für eine weitere Steigerung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit vorgestellt. Das Forschungsvorhaben wurde vom Lehrstuhl Stahlbau der Technischen Universität Dortmund mit fachlicher Begleitung und mit finanzieller Förderung durch die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf, aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung, Essen, durchgeführt. Autoren: G. Seidl, M. Stambuk, D. Ungermann, S. Schneider Veröffentlichung: 2014