Nachhaltigkeit/Fertigungsmethoden

Das Projekt »Minimal Mineral«

Wie historische Bausysteme durch den Einsatz moderner digitaler Technologien in innovative, ressourcenschonende Decken­systeme verwandelt werden können, wird im Projekt »Minimal Mineral« erforscht. Ihre Optimierung durch Computational Design, Simulation und 3-D-Druck bietet enormes Potenzial für die Reduktion von Treibhausgasemissionen und Ressourcen. Das Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Entwicklung von Bauteilen, die nicht nur materialsparend und klimaschonend, sondern auch kreislauffähig sind. Durch die Transformation bewährter Baukonstruktionen werden neue effiziente und multifunktionale Lösungen geschaffen, die einen entscheidenden Beitrag zur Bauwende leisten können.

Deckensysteme stellen eine der größten Herausforderungen und gleichzeitig auch ein großes Potenzial auf dem Weg zu einem emissionsarmen, ressourcenschonenden Hochbau dar. Als Teil des Primärtragwerks, das den wesentlichen Anteil des Embodied-Carbon eines Gebäudes ausmacht [1], verursachen sie aufgrund ihrer hohen Volumen- und Massenanteile neben der Gründung den größten Anteil (ca. 50%) von Treibhausgasemissionen im Neubau [2].

Dies spiegelt sich gleichsam auch in ihrem großen Ressourcenverbrauch. Die Fokussierung auf adaptive Nutzungen, größtmögliche Flexibilität der Planung von technischer Gebäudeausrüstung, schnelle Herstellbarkeit und Anforderungen an den bauphysikalischen Komfort haben zu einer Monokultur von materialintensiven Deckenkonstruktionen in Stahlbetonbauweise mit hohen Treibhausgasemissionen geführt [3].

Die Forschung im Rahmen des Projekts »Minimal Mineral« entwickelt Handlungsalternativen für den Einsatz effizienter Deckentragwerke in unterschiedlichen vorwiegend mineralischen Materialkombinationen. Zwei Tragwerkstypen stehen dabei im Fokus. Als einachsig gespanntes System wird die bekannte traditionelle Kappendecke aus Vollsteinmauerwerk und Stahlträgern transformiert.

Aufbauend auf den zirkulären Eigenschaften des Konstruktionssystems werden durch die Substitution der emissionsintensiven Stahlträger das Global Warming Potential (GWP) der Bauweise weiter optimiert, ihre multimodalen Eigenschaften im Hinblick auf Schallschutz und Raumakustik verbessert und durch den Einsatz einer robotischen Vorfertigung ihr Anwendungsspektrum neu entwickelt.

Aufseiten der zweiachsig gespannten Systeme steht die Stahlbetonrippendecke im Zentrum. Mit der Anwendung von digitalen Entwurfsmethoden können materialsparende, individualisierbare 3-D-gedruckte Aussparungskörper hergestellt werden. Die damit mögliche schalungsfreie Generierung von komplexen Geometrien erlaubt darüber hinaus die Wiederentdeckung von sehr hocheffizienten Elementdecken in Form von Schalen- und Falttragwerken.

Neue Ziele im konstruktiven Entwurf

Neue Entwurfsparameter in der Konstruktion

Die oben beschriebenen Herausforderungen erweitern das Spektrum der Zielsetzungen im konstruktiven Entwerfen. Herkömmliche Parameter der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit von Konstruktionen reichen als alleinige Bewertungsmaßstäbe nicht mehr aus. So werden etwa die Ökobilanzierung, die Bewertung des Kreislaufpotenzials, aber auch die Herstellbarkeit eines Tragwerks zum integralen Bestandteil der Abwägungen bereits in frühen Entwurfsphasen.

Die Zuständigkeit für diese Abwägungen fällt weder allein in den Bereich der Architektur noch in den Bereich des Ingenieurwesens. Das Verhandeln dieser neuen Zielsetzungen zwischen den Disziplinen wird auf dem Weg zur Umsetzung im Projektkontext zur technisch und gestalterisch entscheidenden Fragestellung.

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