Da die Bauindustrie zunehmend auf Konstruktionen mit geringeren Kohlenstoffemissionen achtet, werden Hybridkonstruktionen, bei denen Holz mit Stahl oder anderen Materialien kombiniert wird, zunehmend als Lösung gesucht. Wir bei Buro Happold nehmen dies zur Kenntnis und unterstützen diese...
Holz bietet sowohl Vielseitigkeit als auch hervorragende seismische Eigenschaften; Stahl bietet Festigkeit und Verbindungen. Die Kombination beider Materialien für Ihr Projekt ist oft der effizienteste Weg, um optimale Ergebnisse zu erzielen.
Anpassungsfähigkeit
Hybride Konstruktionen sind oft leistungsfähiger als reine Holzkonstruktionen. Ihr Erfolg hängt jedoch oft von mehreren Faktoren ab, u. a. davon, wie gut die Komponenten miteinander verbunden sind und ob sie angemessen getestet wurden. Aufgrund der Komplexität und des Zeitaufwands, die mit Konstruktionsprozessen wie diesem verbunden sind, sollten sich Konstrukteure die nötige Zeit nehmen, um ein effizientes Verbindungssystem zu entwickeln und für Belastungen zu testen, denen sie in der Praxis ausgesetzt sind.
Da sich Bauherren verstärkt auf die Verringerung ihres Kohlenstoff-Fußabdrucks konzentrieren, haben Fachleute aus dem Bereich des Bauwesens effiziente Konstruktionen mit geringerem Energieverbrauch als wichtiges Ziel der Tragwerksplanung ins Auge gefasst. Eine Methode zur Erreichung dieses Ziels ist die Kombination von Brettsperrholz (CLT)-Bodenplatten mit Stahlrahmen. Um dieses Ziel effektiver zu erreichen, wurde in dieser Studie untersucht, welche CLT-Stahl-Hybridbodenquerschnitte bei der Bewertung mehrerer Entscheidungskriterien für die Reduzierung der Treibhausgasemissionen in der Produktionsphase eine optimale Effizienz bieten.
Damit dies effektiv funktioniert, muss die Tragfähigkeit der Hybridbauteile maximiert werden. Daher wurden verschiedene Methoden getestet, um den Verbund zwischen Holz und Stahl zu erhöhen. Klebstoffe erwiesen sich im Vergleich zu dübelförmigen Befestigungen und gestanzten Metallplattenbefestigungen (PMPF) als ideale Methode für die Verbindung dieser Materialien. Anhand kleiner Proben wurde die Verbundfestigkeit zwischen den Materialien bewertet; Klebstoffverbindungen erwiesen sich im Vergleich zu dübelförmigen Befestigungen und PMPF-Befestigungen als um bis zu 82% überlegen, was zu einer maximalen Tragfähigkeit von 82% Scherkraft des Hybridbauteils führte!
Da die Nachfrage nach Holz- und Hybridkonstruktionen steigt, passen sich Bauherren, Planungsteams und die zuständigen Behörden schnell an. In diesem aufgezeichneten Webinar werden innovative Projekte vorgestellt, bei denen Hybridsysteme aus Holz und Stahl die Vorteile beider Materialien maximieren. Außerdem werden einige Herausforderungen im Zusammenhang mit der Integration von Hybridelementen in hohen Holzgebäuden sowie Lösungen diskutiert.
Energie-Effizienz
Die Verwendung von Hybridkonstruktionen, bei denen Holz mit Stahl oder anderen Materialien kombiniert wird, führt zu energieeffizienteren Gebäuden. Dieser Ansatz verbindet die strukturelle Effizienz mit der Wärme und Flexibilität von Holz und erhöht die Widerstandsfähigkeit gegen seismische oder windbedingte Gefahren. Die Hybridbauweise trägt auch dazu bei, den in Gebäuden enthaltenen Kohlenstoff zu verringern.
Ein hybrider Konstruktionsansatz ist die Kombination von Brettschichtholz mit Stahlrippen, um eine hybride Fachwerkkonstruktion zu bilden. Der Stahl sorgt für die nötige Steifigkeit und Festigkeit, um die schlanken Holzelemente zu stützen. Ein Hybridsystem bietet eine wirtschaftliche Lösung, die sowohl einfach als auch vielseitig anwendbar ist. Holz und Stahl vertragen sich nicht immer optimal, daher muss dies bei der Planung berücksichtigt werden. So ist es z. B. wichtig, dass die Holzbauteile in der Nähe des Obergurtes (auf Druck) angeordnet werden, während der Stahl am Untergurt (auf Zug) verbleibt. Darüber hinaus sollten die Verbindungen so ausgelegt werden, dass keine Wärmeausdehnungsfugen zwischen den Bauteilen entstehen. Es ist auch von entscheidender Bedeutung, mit Herstellern zusammenzuarbeiten, die sich sowohl mit der Holz- als auch mit der Stahlherstellung auskennen, da sich die Verbindungsdetails erheblich von den AESS-Standards unterscheiden.
Holzwerkstoffe werden schon seit langem im Bauwesen eingesetzt, doch erst in jüngster Zeit haben sie als Material der Wahl für den Bau von Großbauten an Bedeutung gewonnen. Dieser Trend lässt sich auf seine Vorteile gegenüber Beton und Stahl zurückführen: Einer dieser Vorteile ist seine Vielseitigkeit bei der Schaffung komplizierter Formen, ohne dass die Kosten erheblich steigen. Holzwerkstoffe ermöglichen es Architekten, ihre Visionen zu verwirklichen und gleichzeitig Kosten zu sparen.
Holz bietet viele Vorteile: Es speichert Kohlenstoff und ist ein nachwachsender Rohstoff; seine ästhetischen Qualitäten übertreffen die von Stahl und Beton. Allerdings mangelt es dem Holz an der Steifigkeit und Festigkeit, die Hochhäuser benötigen - daher kombinieren Ingenieure Holz oft mit anderen Materialien, die eine höhere Steifigkeit oder Tragfähigkeit bieten, als das Material selbst.
Die gängigste Methode zur Verbindung von Holz und Stahl ist die Verklebung mit Klebstoffen. Es wurden verschiedene Methoden getestet, darunter dübelartige Befestigungen und gestanzte Metallplattenbefestigungen (PMPF). Eine kürzlich durchgeführte Studie kam zu dem Schluss, dass Klebeverbindungen bei Holz-Stahl-Hybridprofilen im Vergleich zu Dübeln (bis zu 9-mal höhere Zugfestigkeit) und PMPF (5,55-mal höhere Scherkraftkapazität als Dübel) die bessere Leistung erbringen. Darüber hinaus können hybride Stahl-Holz-Gebäude im Vergleich zu Stahl-Beton-Gebäuden den Gesamtkohlenstoffgehalt der Struktur um bis zu 5-35% reduzieren.
Flexibilität
Hybridkonstruktionen bieten eine größere Flexibilität als Konstruktionen aus einem einzigen Material, da sie bei Bedarf die vorteilhaften Eigenschaften von Holz nutzen und bei Bedarf andere Materialien einsetzen. CLT-Fußböden (Brettsperrholz) können die Kohlendioxidemissionen reduzieren, während Stahlträger die Erdbebensicherheit verbessern können. Durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Materialien können Hybridkonstruktionen ein Gleichgewicht zwischen Nachhaltigkeit und Stärke herstellen - ein Aspekt, der bei umweltbewussten Projekten unbedingt berücksichtigt werden muss.
Die Hybridbauweise ist ein sich schnell entwickelnder Bereich des Bauwesens, und es werden ständig neue technische Lösungen entwickelt, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. Peikko hat vor kurzem ein standardisiertes Sortiment an Holz-Stahl-Verbindungselementen auf den Markt gebracht, das den Entwurf von Hybridkonstruktionen vereinfachen soll und den Ingenieuren die Erstellung zuverlässiger Hybridkonstruktionen erheblich erleichtert.
Viele Experten sind sich jedoch darüber im Klaren, dass eine breitere Einführung von Hybridkonstruktionen mit Herausforderungen verbunden ist, insbesondere in Australien, wo Hochhäuser in Holz-Stahl-Bauweise bisher nicht weit verbreitet sind. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, führen Forscher mehrere Experimente durch, um das australische Potenzial für Hybridkonstruktionen aus Holz und Stahl zu erkunden.
Eines dieser Experimente umfasst die Prüfung der Leistung von Stahl-Holz-Hybridträgern. Diese Träger bestehen aus Kiefer- und Douglasienholzlamellen, die mit ummantelten Stahlprofilen verklebt wurden. Bei diesen Studien werden die Biegefestigkeit, die Tragfähigkeit und die Auswirkungen von Klebstofftypen, Größe/Standort/Typ usw. bewertet, um effizientere Konstruktionspläne für hybride Stahl-Holz-Gebäude in Australien zu entwickeln.
Diese Forschung könnte einen enormen Einfluss darauf haben, wie Hochhäuser in Australien entworfen werden. Ziel ist es, ihr Treibhauspotenzial (GWP) durch eine geringere Verwendung von Beton zu reduzieren.
In der Bauindustrie ist eine internationale Verlagerung hin zu hybriden Stahl-Holz-Bauweisen für Hochhäuser zu beobachten, die durch verschiedene Faktoren wie die vorherrschende Geografie, die Funktion des Gebäudes, die Höhe und andere Variablen bestimmt wird.
Nachhaltigkeit
Im Zuge der Entwicklung umweltfreundlicherer Baupraktiken hat sich Holz zu einem begehrten Baumaterial entwickelt, das sowohl ökologische als auch architektonische Vorteile bietet. Leider sind der Verwendung von Holz bei bestimmten Projekten aufgrund seiner Festigkeit und Dauerhaftigkeit Grenzen gesetzt. Um in solchen Fällen den Nutzen zu maximieren, wenden sich viele Planungsteams hybriden Strukturen zu, die die Vorteile von Massivholz mit der Festigkeit von Stahl oder Beton kombinieren, um die perfekte Hybridstruktur zu schaffen.
Hybride Konstruktionen können auch erhebliche Vorteile in Bezug auf die Nachhaltigkeit bieten. Der gemeinsame Einsatz verschiedener Materialien kann die verkörperten Kohlenstoffemissionen insgesamt verringern und die Energieeffizienz verbessern und bietet gleichzeitig Flexibilität, Anpassungsfähigkeit und Kosteneinsparungen. Die Kombination von Holz und Beton kann die Baukosten senken und den Bauprozess beschleunigen. Es ist jedoch wichtig, dass geeignete Materialkombinationen gewählt werden, um die strukturelle Integrität der Gebäude zu schützen.
Hybride Gebäude sparen nicht nur Kohlenstoff ein, sondern können im Vergleich zu herkömmlichen Stahl-Beton-Konstruktionen auch eine höhere Erdbebensicherheit bieten. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden sechs bahnbrechende Fallstudien von Hybridkonstruktionen untersucht, bei denen Stahlskelett- und Holzfachwerkkonstruktionen zu Zwecken der Erdbebensicherheit kombiniert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass hybride Konstruktionen umweltfreundlichere Alternativen bieten und gleichzeitig alle Erdbebenanforderungen des AEC-Codes erfüllen.
Der Holzbau ist seit Jahrtausenden bekannt; sein jüngstes Wiederaufleben ist auf die verstärkte Beachtung nachhaltiger Praktiken und geringerer Kohlenstoffemissionen zurückzuführen. Immer mehr Bauunternehmen setzen auf Holz als Teil eines Plans zur Bekämpfung des Klimawandels und zur Schaffung einer gesünderen Umwelt.
Microsoft und Gensler haben in Zusammenarbeit mit Thornton Tomasetti kürzlich eine Studie durchgeführt, die gezeigt hat, dass die Verwendung von nachhaltigem Holz den CO2-Fußabdruck eines Rechenzentrums im Vergleich zu einer konventionellen Stahlkonstruktion erheblich und im Vergleich zu einer Betonfertigteilkonstruktion um 65 Prozent senken kann. In Verbindung mit innovativen technischen Lösungen und sorgfältiger Teamplanung ist die Hybridbauweise eine attraktive Option für Bauherren, die die Umweltauswirkungen ihres Projekts minimieren wollen.
Holz ist ein ideales Material für Hochleistungsgebäude, doch seine Stärken und Schwächen müssen bei der Planung sorgfältig berücksichtigt werden. Ingenieure müssen seine Stärken (Steifigkeit, Dauerhaftigkeit), Schwächen (Durchlässigkeit) und Umweltauswirkungen kennen, bevor sie mit seiner Verwendung fortfahren. Die Hybridbauweise erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da sie die Vorteile verschiedener Materialien kombiniert, um einzigartige Strukturen mit dauerhafter optischer Attraktivität und Funktionalität zu schaffen.
