UniversalTimberSlab Demonstrator

Mit dem UniversalTimberSlab-Demonstrator in Remscheid konnte erstmals weltweit eine punktgestützte, mehrachsig weit spannende Flachdecke in Holz-Beton-Verbundbauweise gebaut und erfolgreich getestet werden. Das entsprechende Bausystem wird seit eineinhalb Jahren im Forschungsprojekt UniversalTimberSlab an der Universität Stuttgart entwickelt und vom European Innovation Council im Rahmen von Horizon Europe gefördert. Für den Bauherrn Future Cleantech Architects konnte das System innerhalb von nur drei Monaten – von Planungsbeginn bis zur Fertigstellung – erstmals im Maßstab 1:1 realisiert werden. Der Demonstrator bildet ein einzelnes Deckenfeld des neuartigen Geschossdeckensystems ab, misst 9 × 5 m und ist mit nur 36 cm so schlank wie eine vergleichbare Stahlbetondecke, benötigt dabei jedoch rund zwei Drittel weniger Stahlbeton.

Mit dem UniversalTimberSlab-Demonstrator in Remscheid konnte erstmals weltweit eine punktgestützte, mehrachsig weit spannende Flachdecke in Holz-Beton-Verbundbauweise gebaut und erfolgreich getestet werden. Das entsprechende Bausystem wird seit eineinhalb Jahren im Forschungsprojekt UniversalTimberSlab an der Universität Stuttgart entwickelt und vom European Innovation Council im Rahmen von Horizon Europe gefördert. Für den Bauherrn Future Cleantech Architects konnte das System innerhalb von nur drei Monaten – von Planungsbeginn bis zur Fertigstellung – erstmals im Maßstab 1:1 realisiert werden. Der Demonstrator bildet ein einzelnes Deckenfeld des neuartigen Geschossdeckensystems ab, misst 9 × 5 m und ist mit nur 36 cm so schlank wie eine vergleichbare Stahlbetondecke, benötigt dabei jedoch rund zwei Drittel weniger Stahlbeton.

Erfolgreiche Validierung
im Maßstab 1:1

Vor rund 200 Besucherinnen und Besuchern des Future Cleantech Festivals wurde der Demonstrator erfolgreich mit insgesamt 20 Tonnen zusätzlich zum Eigengewicht belastet. Damit konnte die Tragfähigkeit für einen hoch beanspruchten Bürobau mit Ausbaulasten von 1,4 kN/m² und einer Nutzlast von 3,0 kN/m² nachgewiesen werden. Gleichzeitig bestätigten die Messungen mit einer maximalen Verformung von nur 12 mm sowie einer Eigenfrequenz von über 8 Hz die zuvor durchgeführten FEM-Simulationen und die hohe Gebrauchstauglichkeit des Systems.

Die innovativen Deckensegmente wurden von der HASSLACHER Gruppe aus Brettschichtholz gefertigt und von Dünschede Holzbau innerhalb von nur zwei Tagen montiert. Mit der erfolgreichen Fertigung, Montage und experimentellen Validierung wurden gleich mehrere entscheidende Meilensteine auf dem Weg zur breiten Anwendung des UniversalTimberSlab im mehrgeschossigen Holzbau erreicht.

Erfolgreiche Validierung
 im Maßstab 1:1

Vor rund 200 Besucherinnen und Besuchern des Future Cleantech Festivals wurde der Demonstrator erfolgreich mit insgesamt 20 Tonnen zusätzlich zur Eigenlast belastet. Damit konnte die Tragfähigkeit für einen hoch beanspruchten Bürobau mit Ausbaulasten von 1,4 kN/m² und einer Nutzlast von 3,0 kN/m² nachgewiesen werden. Gleichzeitig bestätigten die Messungen mit einer maximalen Verformung von nur 12 mm sowie einer Eigenfrequenz von über 8 Hz die zuvor durchgeführten FEM-Simulationen und die hohe Gebrauchstauglichkeit des Systems.

Die innovativen Deckensegmente wurden von der HASSLACHER Gruppe aus Brettschichtholz gefertigt und von Dünschede Holzbau innerhalb von nur zwei Tagen montiert. Mit der erfolgreichen Fertigung, Montage und experimentellen Validierung wurden gleich mehrere entscheidende Meilensteine auf dem Weg zur breiten Anwendung des UniversalTimberSlab im mehrgeschossigen Holzbau erreicht.

Systemisch universell: Der UniversalTimberSlab

Der UniversalTimberSlab überträgt die Potenziale computerbasierter Entwurfsmethoden in den mehrgeschossigen Holzbau. Das System verbindet eine hohe Tragwerksleistung durch optimierte Faseranordnung mit softwaregestützter Planungsflexibilität und ermöglicht dadurch schlanke, wirtschaftliche und anpassungsfähige Holzgeschossdecken.

Der Holzbau bietet enormes Potenzial für nachhaltiges und zukunftsfähiges Bauen. Aktuelle Holzdeckensysteme für wirtschaftliche Geschossbauten zwingen Planende jedoch häufig in ein enges Korsett konstruktiver Randbedingungen. Daraus ergeben sich sowohl gestalterische Einschränkungen – etwa die Notwendigkeit regelmäßiger Gebäuderaster – als auch wirtschaftliche und funktionale Nachteile. Aktuell lassen sich diese Herausforderungen nur bei geeigneten Gebäudetypologien und mit sorgfältiger Planung durch Holzbauexperten wirtschaftlich bewältigen.

Die von Stahlbeton-Flachdecken bekannte systemische Flexibilität hinsichtlich Spannweiten, Position der Auflager und freier Grundrissgestaltung steht für Holz-Beton-Verbunddecken derzeit noch nicht in vergleichbarer Weise zur Verfügung. Der UniversalTimberSlab bringt diese Systemflexibilität erstmals in den Holzbau und stellt damit eine holzbasierte Alternative zur Stahlbeton-Flachdecke dar. Die neue Technologie ermöglicht schlanke, leistungsfähige und systemisch universell einsetzbare Holzgeschossdecken ohne Unterzüge. Dadurch wird eine freie Führung von Leitungen unterhalb der Decke und die einfache Positionierung von Trennwänden ermöglicht, wodurch die Planung und Umnutzung der Gebäude wesentlich erleichtert wird.

Grundlage hierfür ist eine zum Patent angemeldete Segmentierungsmethodik, mit der auch komplexe und unregelmäßige Deckengeometrien in einfach vorfertigbare Brettschichtholzsegmente unterteilt werden können. Gleichzeitig wird die Faserrichtung jedes Segments optimiert, sodass die Tragfähigkeit des Werkstoffs Holz bestmöglich ausgenutzt wird. Auf der Baustelle werden die Holzsegmente zunächst ohne direkte Verbindungen zueinander verlegt. Erst eine dünne, vor Ort eingebrachte Aufbetonschicht verbindet die Elemente zu einer leistungsfähigen Holz-Beton-Verbunddecke und erhöht gleichzeitig Schalldämmung und thermische Speichermasse der Decke.

Systemisch universell:
Der UniversalTimberSlab

Der UniversalTimberSlab überträgt die Potenziale computerbasierter Entwurfsmethoden in den mehrgeschossigen Holzbau. Das System verbindet eine hohe Tragwerksleistung durch optimierte Faseranordnung mit softwaregestützter Planungsflexibilität und ermöglicht dadurch schlanke, wirtschaftliche und anpassungsfähige Holzgeschossdecken.

Der Holzbau bietet enormes Potenzial für nachhaltiges und zukunftsfähiges Bauen. Aktuelle Holzdeckensysteme für wirtschaftliche Geschossbauten zwingen Planende jedoch häufig in ein enges Korsett konstruktiver Randbedingungen. Daraus ergeben sich sowohl gestalterische Einschränkungen – etwa die Notwendigkeit regelmäßiger Gebäuderaster – als auch wirtschaftliche und funktionale Nachteile. Dazu zählen reduzierte Geschoßzahlen, geringere nutzbare Bruttogeschossflächen, eine aufwendige Führung der Gebäudetechnik unter der Decke sowie eine eingeschränkte Nutzungsflexibilität. Nur bei geeigneten Gebäudetypologien und mit sorgfältiger Planung durch Holzbauexperten lassen sich diese Herausforderungen in einem Holzgebäude wirtschaftlich bewältigen.

Grundlage hierfür ist eine zum Patent angemeldete Segmentierungsmethodik, mit der auch komplexe und unregelmäßige Deckengeometrien in einfach vorfertigbare Brettschichtholzsegmente unterteilt werden können. Gleichzeitig wird die Faserrichtung jedes Segments optimiert, sodass die Tragfähigkeit des Werkstoffs Holz bestmöglich ausgenutzt wird. Auf der Baustelle werden die Holzsegmente zunächst ohne direkte Verbindungen zueinander verlegt. Erst eine dünne, vor Ort eingebrachte Aufbetonschicht verbindet die Elemente zu einer leistungsfähigen Holz-Beton-Verbunddecke.

Die von Stahlbeton-Flachdecken bekannte systemische Flexibilität hinsichtlich Spannweiten, Auflager-Art und Position und Gebäuderaster steht im Holzbau derzeit noch nicht in vergleichbarer Weise zur Verfügung. Der UniversalTimberSlab überträgt diese Systemflexibilität erstmals auf den Holzbau. Die neue Technologie ermöglicht schlanke, leistungsfähige und systemisch universell einsetzbare Holzgeschossdecken und stellt damit eine holzbasierte Alternative zur Stahlbeton-Flachdecke dar.

UniversalTimberSlab Demonstrator

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart
Prof. Achim Menges, Hans Jakob Wagner, Martin Alvarez, Juan David Frank Spinel, Tim Stark.
Mit Unterstützung von: Niels Töllner, Tommy-Lee Köpplin

Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Gregor Neubauer, Renan Prandini

Future Cleantech Architects, Remscheid
Dr. Peter Schniering, Johanna Rübcke, Friedrich Schubert, Leonie Brand

HASSLACHER Gruppe
DI Georg Jeitler (HASSLACHER Holding GmbH, Sachsenburg)
Adrian Niehörster (HASSLACHER Holzbauteile GmbH & Co. KG, Kleinheubach)

Dünschede Holzbau GmbH, Arnsberg
Tobias Glaremin, Jörg, Dilbar, Philipp, Luca und Michel

UNIVERSALTIMBERSLAB FORSCHUNGSTEAM

Institut für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), Universität Stuttgart
Martin Alvarez, Tim Stark, Max Zorn, Hans Jakob Wagner (PCoCo)
Prof. Dr.-Ing. Thomas Wortmann, Prof. Achim Menges

Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen (ITKE), Universität Stuttgart
Gregor Neubauer, Renan Prandini
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers

Institute Akustik und Bauphysik (IABP), Universität Stuttgart
Matthias Müller, Theresa Müller, Simon Panik, Julia Weißert
Prof. Dr.-Ing. Philip Leistner

Institute für Werkstoffe im Bauwesen (IWB), Universität Stuttgart
Materialprüfungsanstalt (MPA), Universität Stuttgart
Sabrin Machanek, Aaron Münzer, Dr.-Ing. Gerhard Dill-Langer
Prof. Dr. Philippe Grönquist

BUILT CoLAB, Porto
João Moutinho, Vanessa Tavares, Daniel Silva, Rita Mendonça, Luís Sanhudo

PRROJEKT SUPPORT

EIC - European Innovation Council and SMEs Executive Agency (EISMEA), Brussels
Franc Mouwen, Johannes Bunz, Carlos Casorrán Amilburu

IIGS - Institut für Ingenieursgeodäsie, Universität Stuttgart
Prof. Volker Schwieger, Laura Balange, Nasser Alhamad

ISYS – Institut für Systemdynamik, Universität Stuttgart
Prof. Oliver Sawodny, Sergey Klassen, Sven Hänzka, Eva Mendres

Reisser Schraubentechnik GmbH, Ingelfingen-Criesbach
Armin Bauer

Freiwillige Feuerwehr Remscheid
Katharina Kluge, Sascha Ploch

Schützenverein Remscheid
Alexander Kreiker, Arnd zum Dome

Dirostahl GmbH, Remscheid
Dr. Roman Diederichs

EWR GmbH - Stadtwerke Remscheid Verbund
Mike Giera, Joachim Frings

Zimmerei Borge Oelbermann, Remscheid
Borge Oelbermann

PROJEKT FÖRDERUNG

EIC - European Innovation Council and SMEs Executive Agency (EISMEA)
Das Projekt UniversalTimeberSlab wurde im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont Europa“ der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101161103 gefördert.

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Koordinator: Hans Jakob Wagner, hans.jakob.wagner@icd.uni-stuttgart.de

Medien: Britta Kurka, britta.kurka@icd.uni-stuttgart.de

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Das UniversalTimeberSlab-Projekt hat Fördermittel aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe der Europäischen Union im Rahmen des Grant Agreement Nr. 101161103 erhalten.


Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch die der Autor(en) allein und spiegeln nicht notwendigerweise die der Europäischen Union oder des Europäischen Innovationsrates (EIC) wider. Weder die Europäische Union noch die Förderbehörde können für sie verantwortlich gemacht werden. Verantwortliche Person gemäß § 18 Abs. 2 Staatsvertrag über den Rundfunk: Hans Jakob Wagner (Universität Stuttgart). Wir sind nicht bereit und verpflichtet, an Streitbeilegungsverfahren vor einer Verbraucher-Schlichtungsstelle teilzunehmen.


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