Holz ist bei landwirtschaftlichen Gebäuden der am häufigsten verwendete Baustoff, Tendenz steigend. Ziel des Projektteams im Verbundvorhaben TimberPlan+ war es, Planung, Vorfertigung und Bau von Systemdachkonstruktionen aus Holz digital systematisch zu verschränken, um Wirtschaftlichkeit und Effizienz im Holzbau zu steigern. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft mit einem Betrag von 1,95 Milionen Euro über die FNR aus dem Förderprogramm Nachwachsende Rohstoffe unterstützt.
»Mit TimberPlan+ haben wir ein grundlegendes Konzept zur direkten Verknüpfung von Planung, Vorfertigung und Montage materialsparender Dachkonstruktionen aus Holz für landwirtschaftliche Gebäude geschaffen. Das Konzept basiert auf einer parametrischen Definition von Geometrie und Konstruktion und ist direkt mit Werkzeugen zur statischen Berechnung verbunden. Dadurch können die Planungsschritte wesentlich beschleunigt und Informationsverluste nahezu vollständig eliminiert werden. Das ist ein bedeutender Schritt für die Holzbaubranche und unterstützt die Nutzung des nachwachsenden Rohstoffs Holz in der Bauwirtschaft«, erklärt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Alexander Stahr von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK).
Die sechs Verbundpartner aus Forschung und Praxis erarbeiteten eine digital basierte Planungsmethodik für Dachkonstruktionen, basierend auf dem von der Forschungsgruppe FLEX an der HTWK Leipzig entwickelten ReFlexRoof-System für landwirtschaftlich genutzte Hallen. Mit dieser Methode lassen sich sämtliche Fachplanungen verknüpfen, was die Ausführung automatisierter, NC-gesteuerter Fertigungs- und Vormontageprozesse in kooperierenden Holzbauunternehmen ermöglicht.
Nach Recherche der Anforderungen an landwirtschaftliche Gebäude entwickelte das Projektteam ein digitales Gesamtmodell für ein flexibel adaptierbares und ressourceneffizientes Holzdachtragwerk. Teil der Arbeit an dem digitalen Modell war das Erstellen eines parametergesteuerten Konzeptes zur statischen Modellierung und Berechnung des Tragverhaltens. Die daraus abgeleiteten Konstruktionsmerkmale flossen in das digitale Modell ein, ebenso die auf der Dachgeometrie basierende Planungsmethodik und ein nutzungsabhängiges, u.a. mit Brandversuchen an Prüfkörpern getestetes Brandschutzkonzept.
Zur Evaluierung ihrer Erkenntnisse errichteten die Projektbeteiligten mit Praxispartnern auf dem Gelände des Innovationsparks Bautechnik Leipzig ein 12 mal 12 Meter großes Tonnendach als Innovationsprojekt. An diesem Dach untersuchten sie unter realen Bedingungen u.a. das im Projekt entwickelte diagonale, rhombisch gekrümmte Layout der Segmente hinsichtlich ihrer Montierbarkeit. Zur Stabilisierung der offenen Dachränder an der Stirnseite des gewölbten Daches montierten sie einen Bohlenbinder nach d’Orme'scher Art – eine Konstruktion speziell miteinander verbundener Holzbinder – und ein auf die rhombische Geometrie der Rauten abgestimmtes, prototypisches Oberlicht.
Parallel dazu erstellte das Projektteam einen umfassenden Workflow und die Wertschöpfungskette zur Herstellung, Vorfertigung und Montage des Holzdachtragwerks, dazu ein adaptierbares Kooperationsmodell für regionale kleine und mittelständische Unternehmen. Relevante Akteure in der Wertschöpfungskette des Holzbaus wie Architekten, Statiker, Bauphysiker, Brandschutzgutachter sowie Holzbauer, Zimmerer und Dachdecker wurden im Kontext des digitalen TimberPlan+-Modells zusammengeführt, um Bauherren mit regional tätigen Planungs- und Baubeteiligten zu vernetzen.
Bis zur Marktfähigkeit sind allerdings weitere inhaltliche und rechtlich-organisatorische Herausforderungen zu bestreiten. Digitale Werkzeuge und Konzepte bieten dabei eine klar definierte Plattform und eine bedeutsame Chance, sich von tradierten Handlungsmustern zu lösen, um das Bauen der Zukunft deutlich effizienter zu machen.
Hintergrund
Integrale Planungsmethoden bzw. -konzepte, die darauf abzielen, Fertigungsdaten für numerisch gesteuerte Maschinentechnik zu generieren, haben erhebliches Potenzial für den ressourcensparenden Einsatz von Material, Zeit und Personal sowohl in der Planungsphase als auch in der Vorfertigung und Montage systembasierter Konstruktionskonzepte.
Das Dachtragwerk ReFlexRoof besteht aus einer segmentierten, kreisbogenförmigen Brettrippendachkonstruktion aus Holz für die Anwendung im modernen Hallenbau. Unter Werkstattbedingungen werden einfach stapel- und transportierbare Bogendachsegmente vorgefertigt. Auf der Baustelle erfolgen die Komplettierung zu Bogendachabschnitten und der Einbau per Kranmontage auf Stützen oder Wänden. Dadurch wird es möglich, die Dachfläche direkt zu schließen, eine Schalenwirkung zu erreichen, den Montageaufwand erheblich zu reduzieren und die Baukosten zu senken. Das Tragwerk eignet sich auch für andere Gebäudenutzungssektoren wie Sport- und Versammlungshallen.
Nach seiner technischen und wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit komplexen Tragwerken im Holzbau benennt das TimberPlan+-Konsortium weiteren Forschungsbedarf etwa zur Umsetzung deutlich erhöhter Toleranzanforderungen an die Elemente, zur anforderungsgerechten Abstimmung der Tragwerkssteifigkeit und zum Einsatz von Holz-Holz-Verbindungen anstelle metallischer Verbindungsmittel.
Projektinformation
Verbundvorhaben: Digital basierte, integrale Planungsmethodik für Systemhallendächer aus Holz mit Fokussierung auf automatisierte Fertigungs- und Vormontageprozesse, Akronym: TimberPlan+
