Material-Mix gehört die Zukunft" - " Dem - IMB
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26 BLICKPUNKT
„Dem
Material-Mix
gehört die Zukunft“
NACHHALTIGES BAUEN MIT
HOLZ, STAHL UND BETON
VON DR. STEFAN FUCHS
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FOCUS 27
FOTOS: MARKUS BREIG, IRINA WESTERMANN, MAGALI HAUSER
Trotz der Forschung an innovativen Bau- rika, wo Eigenheime aus Holz die Regel sind,
materialien werden die Baustoff-Klassiker werden die Möglichkeiten des modernen
noch lange nicht wegzudenken sein: Holz, Holzbaus hierzulande jedoch noch nicht aus-
Stahl und Beton. Durch eine intelligente geschöpft. Vor allem in den Innenstädten und
Kombination der drei Materialien kann bei Industrie- und Geschäftsgebäuden ist
Bauen zukünftig nachhaltiger werden. Holzbau immer noch eine Seltenheit. Aller-
dings werden bereits heute über 90 Prozent
Der Anteil der mit Holz errichteten Wohnge- des in unseren Wäldern nachwachsenden
bäude ist im Südwesten inzwischen auf ein Rohholzes entnommen. Auch Holz ist eine
gutes Drittel gestiegen. Der Baustoff Holz nicht beliebig zur Verfügung stehende Res-
liegt im Trend. Er entspricht einer Sehnsucht source.
vieler Menschen, denn er wird mit Natürlich-
keit und Behaglichkeit assoziiert. Zudem för- Keine Nachhaltigkeit ohne Langlebigkeit
dert die Landesregierung Baden-Württem- Tatsächlich speichert Holz als nachwachsen-
berg klimafreundliches Bauen mit dem rege- der Baustoff CO2 aus der Atmosphäre und ist
nerativen Baustoff. Im Vergleich zu Nordame- damit klimaneutral. Im Sinne eines effektiven
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28 BLICKPUNKT
FOTO : AMADEUS BR AMSIEPE
FOTO : IRINA WESTERMANN
Dr. Carmen Sandhaas vom
FOTO : IRINA WESTERMANN
KIT Holzbau und Baukon
struktionen beschäftigt
sich damit, wie Holz
de in allen konstruktiven Details so bauen, dass
möglichst effizient und
langlebig als Baustoff
die Holzstruktur nicht verrotten kann. Die
eingesetzt werden kann Fachwerkhäuser aus dem Mittelalter zeigen,
Dr. Carmen Sandhaas
wie man eine Lebensdauer von hunderten von
from the KIT Timber Jahren erreichen kann. Sie sind in der Regel auf
Construction and einem Steinsockel errichtet, weil die Feuchtig-
Structural Design Group keit in der Nähe des Erdbodens am größten ist.
is concerned with how
In manchen Fällen besteht das gesamte Erdge-
wood can be used as
a building material as
schoss aus mineralischen Baustoffen“, sagt
efficiently and durably Sandhaas. „Einheimisches Holz muss dabei je-
as possible doch durch entsprechende Dachüberstände
geschützt werden. Unter dem Dach vorstehen-
de Balken sollten abgeschrägt verbaut werden,
damit kein Wasser ins Stirnholz eindringen
kann. Bei Brückenbauten kennt man schon
lange sogenannte Opferbretter, die die tragen-
de Konstruktion schützen und regelmäßig er-
neuert werden. Unser Forschungsprojekt
‚Musterdetails für den baulichen Holzschutz‘
entwickelt in diesem Sinne detaillierte Richtlini-
en, um die Langlebigkeit zu garantieren.“
Weg vom Holzpurismus
Ein weiteres Forschungsvorhaben am KIT
Holzbau und Baukonstruktion bemüht sich
um eine möglichst große Wandelbarkeit von
Gebäuden. „Auch das ist ein Beitrag zur Lang-
lebigkeit. Gemeinsam mit Kolleginnen und
Kollegen der TU Kaiserslautern entwickeln wir
Klimaschutzes muss das Holz aber in mög- ein Gebäude, das sein Leben als Parkgarage
FOTO : IRINA WESTERMANN
lichst langlebigen Gebäuden verbaut wer- beginnt und dann irgendwann zum Wohnge-
den, damit das darin gespeicherte Klimagas bäude wird“, erläutert Sandhaas. „Dafür eig-
so spät wie möglich wieder freigesetzt wird. nen sich Hybridbauten besonders gut. Wir
müssen weg von einem dogmatischen Puris-
Das ist ein Aspekt, der für Dr. Carmen Sand- mus, der alles nur aus Holz bauen will.“ So
haas, Koordinatorin und Geschäftsführerin des biete es sich beispielsweise bei einem zehnge-
HOLZ
KIT Holzbau und Baukonstruktion an der Ver- schossigen Wohnhaus an, den Treppenhaus-
suchsanstalt für Stahl, Holz und Steine (VAKA) kern aus Stahlbeton zu errichten und darum
des KIT, im gegenwärtigen Holzbauboom oft herum mit Holz zu bauen. Für ein hohes Ge-
vergessen wird. „Dazu muss man das Gebäu- bäude erreiche man so die notwendige Stei-
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FOCUS 29
Dr. Tim Zinke vom KIT
Stahl- und Leichtbau
und Dr. Carmen
Sandhaas im Holzlabor
der Versuchsanstalt für
Stahl, Holz und Steine
des KIT: „Die Zukunft
liegt in der Kombi
nation von Materialien“
Dr. Tim Zinke of KIT’s
Steel and Lightweight
FOTO : AMADEUS BR AMSIEPE
Structures Group and
Dr. Carmen Sandhaas in
the wood laboratory of
the Research Center for
Steel, Timber, and
Masonary at KIT: „The
future lies in the combi
nation of materials“
figkeit mit sehr viel weniger Material, sagt sie. projekt „Segmentlamellenholz“ ist für Car-
Die Hybridbauweise sei auch ideal für die not- men Sandhaas ein Beispiel dafür, wie man
wendige Nachverdichtung in den Städten. Materialverluste bereits im Sägewerk gering
„Viele der älteren Gebäude sind für den Aus- halten kann. Gegenüber der traditionellen
bau mit weiteren Stockwerken statisch nicht Brettherstellung lasse sich die Ausbeute um
ausgelegt. Durch das geringere Gewicht kann 20 Prozent steigern, wenn man aus dem
mit Holz dennoch zusätzlicher Wohnraum ge- Stamm trapezartige Kuchenstücke säge, die
schaffen werden“, erklärt Sandhaas. man dann gegeneinander gedreht wieder zu
Brettern verleime. Die Kombination von Bau-
Abfallvermeidung materialien sei auch eine Strategie des scho-
Knappe Ressourcen verlangen nicht nur effi nenden Umgangs mit den Ressourcen, sagt
zienten Materialeinsatz in der Konstruktion, sie. Nutze man konsequent die Vorteile des
auch der Verarbeitungsprozess muss in die- jeweiligen Materials, könne man den Ver-
sem Sinne optimiert werden. Das Forschungs- brauch jedes einzelnen Baustoffes minimieren.
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30 BLICKPUNKT
FOTO : IRINA WESTERMANN
Geschlossener Stahlkreislauf
Ähnlich wie beim Holz ist beim Baustahl die
Quote der direkten Wiederverwendung von The Future Belongs to the Mix of Materials
konstruktiven Elementen aus Rück- oder Um-
bauten relativ gering. Gerade einmal elf Pro- Sustainable building with wood, steel, and concrete
zent des recycelten Stahls finden den Weg in TR ANSL ATION : MAIKE SCHRÖDER
einen zweiten Lebenszyklus, ohne den Pro-
zess der Wiedereinschmelzung durchlaufen Wood, steel, concrete – many researchers at KIT study the use of these three materials in
zu haben. „Man wird keinen gebrauchten buildings, roads, or bridges. As in most other scientific disciplines, sustainability plays an
Brückenträger wieder in eine Brücke einbau- increasingly important role. When resources become scarcer and, hence, more expen-
en. Nach 70 oder 100 Jahren ist die Gefahr zu sive, it is even more important to find out how buildings can be made more durable and
groß, dass die Bauteile inhärente Schäden the materials needed more recyclable. Quite a few approaches to achieving these goals
aufweisen. Was stattfindet, ist eine Art are pursued at KIT.
Downcycling, beispielsweise durch die Ver-
wendung in landwirtschaftlichen Gebäuden, Wood is in line with the current trend, but not available in unlimited amounts. For this
wo die Anforderungen nicht so hoch sind“, reason and for effective climate protection, buildings should be durable for long periods.
erklärt Dr. Tim Zinke, Verantwortlicher für Le- “All construction details of a building have to be such that a wooden structure cannot
benszyklusanalysen und für die Modellierung rot,” says Carmen Sandhaas, Coordinator and Managing Director of the Timber Con-
von Gebäudeinformationen am KIT Stahl- struction and Structural Design Group of KIT’s Research Center for Steel, Timber, and
und Leichtbau. „Dafür ist die Sammelrate bei Masonry. Research covers optimization of durability, transformability, and processing.
Baustahl beeindruckend. Mit 99 Prozent ist Like wood, structural steel is reused to only a small extent. However, its 99 percent col-
der Kreislauf beim Stahlschrott praktisch ge- lection rate is impressive. Reusing steel scrap is worthwhile. Compared to smelting from
schlossen. Wenn man sich vor Augen führt, ion ores, only one fifth of the energy is needed to produce new steel from it. “Probably,
dass nahezu die Hälfte der weltweiten Stahl- we will only use steel from disassembled buildings in fifty years from now,” predicts Dr.
produktion auf dem Bau eingesetzt wird, ist Tim Zinke, who is responsible for life cycle analysis and modeling of building information
das zugleich ein bedeutender Beitrag zur Res- in the Steel and Lightweight Structures Group. Zinke is convinced that “the future be-
sourcenschonung und zur Energieeffizienz“, longs to the combination of materials.” As regards concrete structures in building mate-
ergänzt Zinke. Tatsächlich braucht man im rials, there also is a clear trend towards hybrid high-tech materials. To solve corrosion
Vergleich zur Verhüttung aus Eisenerzen nur problems in reinforced concrete, combinations of concrete and wood and of concrete
and fabric fibers are being tested. Professor Frank Dehn, Head of the Institute of Con-
crete Structures and Building Materials and of the Materials Testing and Research Insti-
tute (MPA), thinks that extending service life is an indirect, but highly effective way to
enhance sustainability. However, this requires a better understanding of materials. The
cement binder is the weak spot of concrete from the ecological perspective. Global ce-
FOTO : LEAW197340 /
STOCK.ADOBE.COM
ment production in the amount of four billion tons is responsible for eight percent of all
CO2 emissions. Work at KIT focuses on enhancing the sustainability of production and on
replacing the cement in concrete with alternative materials. n
Contact: carmen.sandhaas@kit.edu, tim.zinke@kit.edu, frank.dehn@kit.edu
STAHL
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FOCUS 31
ein Fünftel der Energie, um aus Stahlschrott
FOTO : AMADEUS BR AMSIEPE
neuen Stahl herzustellen, was allerdings die
Schrottpreise auf dem Weltmarkt nach oben
treibt. „Wenn wir genug Stahlschrott hätten,
könnten wir Stahl sehr viel energieeffizienter
herstellen. Möglicherweise werden wir uns in
50 Jahren ausschließlich aus dem Rückbau
der Bestandsgebäude bedienen. Das wird
den Stahlmarkt fundamental verändern“, pro- Dr. Tim Zinke ist Verantwortlicher
für Lebenszyklusanalysen und
gnostiziert Zinke.
koordiniert die Forschungsprojekte
am KIT Stahl- und Leichtbau
Kombimaterialien
Dr. Tim Zinke is responsible for life
„Die Zukunft liegt in der Kombination von cycle analyses and coordinates the
Materialien“, davon ist der Stahlbau-Experte research projects in KIT’s Steel and
überzeugt. „Wir haben begrenzte Mengen Lightweight Structures Group
Stahl, aber auch Holz ist nicht unbegrenzt
verfügbar. Wenn wir jetzt alles aus Holz bau- jekt des KIT Stahl- und Leichtbau in Koopera- Der Wiederver
FOTO : IRINA WESTERMANN
en wollten, müssten wir mehr abholzen, als tion mit dem KIT Holzbau und Baukonstrukti- wertungs-Kreislauf
ist beim Stahl
die Wälder hergeben.“ Auch die Stahlproduk- onen. Dabei werden Stahlträger von Holz in
schrott nahezu
tion lasse sich nicht beliebig hochfahren, sagt verschiedenen Dicken ummantelt. Stahl ist im geschlossen. Trotz
Zinke. „Deshalb sehen wir im Mix der Materia Verhältnis zum Eigengewicht sehr tragfähig. dem ist Stahl nur
lien die Zukunft. Wenn wir die Eigenschaften Bei optimierten leichten Profilen kann aber begrenzt verfügbar
der unterschiedlichen Materialien so kombi- ein sogenanntes Biegedrillknicken eintreten. The recycling loop
nieren, dass sie sich gegenseitig optimieren, Das heißt, der Stahlträger biegt sich unter is virtually closed
können wir mit weniger Material gleiche senkrechtem Druck zur Seite. Dieses Verbie- for steel scrap.
Tragfähigkeiten erreichen, Ressourcen einspa- gen kann eine Ummantelung oder Verschrau-
Nevertheless, steel
is only available in
ren und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leis- bung mit Holz verhindern. Überraschender- limited quantities
ten.“ Der gute alte Stahlbeton demonstriert die weise übernimmt das Holz in dieser Kombina-
ses Modell bereits seit der Mitte des 19. Jahr- tion auch die Rolle des Brandschutzes. Im
hunderts. Heute kommt eine Vielzahl innova- Feuer bildet sich auf der Ummantelung eine
tiver Kombinationen hinzu. „HoStaBau“ (Holz- millimeterdicke Schicht Holzkohle, die das
Stahl-Hybridbauweise) ist ein Forschungspro- weitere Eindringen der Flammen verhindert.
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Berufsstand mit Relevanz
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Themen rund um den Wohnungs- und Städtebau haben Hochkonjunktur, denn Klimafolgen und gesellschaftlicher Wandel
stellen uns heute vor große Herausforderungen. Als Expertinnen und Experten für Bau- und Verfahrenskultur leisten die
Mitglieder der Architektenkammer Baden-Württemberg in den Bereichen Architektur, Innen- und Landschaftsarchitektur
sowie Stadtplanung einen großen Beitrag mit der Gestaltung qualitätsvoller und resilienter Lebensräume für zukunfts-
fähige Städte und ländliche Räume. Bei der Wahrnehmung dieser Verantwortung unterstützt die Architektenkammer ihre
Mitglieder und vertritt die Interessen gegenüber Politik und Öffentlichkeit. Ob Führen der Berufsbezeichnung, Bauvorlagerecht,
Beratungsleistungen, Fortbildungsangebote oder Altersversorgung: Mitglieder haben viele Vorteile.
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32 BLICKPUNKT
Professor Frank Dehn,
FOTO : MARKUS BREIG
Leiter des Instituts für
Massivbau und Bau
FOTO : LYDIA ALBRECHT
stofftechnologie so
wie der Material
prüfungs- und
Forschungsanstalt
(MPA) des KIT
Professor Frank Dehn,
Head of the Institute
of Concrete Structures
and Building Materials
and the Materials
Testing and Research
Institute (MPA
Karlsruhe) at KIT
Hightech im Massivbau werks, in der die Zusammensetzung der Ma- Infrastrukturbau haben wir noch reichlich Luft
Auch den erprobten Mix aus Stahl und Beton terialien detailliert dokumentiert wird. Dann nach oben, da liegen die Recyclingraten mit
entwickeln Forschende in neuen Projekten kann man rückverfolgen, wie sich die Bauteile 50 Prozent weit unter denen im Straßenbau“,
weiter. So experimentiert man am KIT Stahl- über die Zeit verändern“, sagt Dehn. An sei- sagt er. „Mithilfe von automatisierter Material
und Leichtbau mit Stahlstützen, die von einer nem Institut werden numerische Modelle ent- erkennung ließe sich das mit einem vertretba-
losen Ummantelung aus Edelstahlblech umge- wickelt, in die diese Daten eingebracht wer- ren Aufwand machen.“
ben sind. Sie wird mit Beton verfüllt. Die dabei den. Sie erlauben äußerst genaue Prognosen
entstehende unregelmäßige Form kann nach zu den Alterungsprozessen. Ideal im Sinne der Kreislaufwirtschaft wäre
bionischen Kriterien, das heißt nach Prinzi auch im Bereich des Betons eine direkte Ver-
pien, die von der Natur abgeschaut wurden, Zementersatz wendung ganzer Bauteile. Beispielsweise
durch entsprechende Computerprogramme Das Bindemittel Zement ist die ökologische eine Betonwand oder Betondecke, die, aus
optimiert werden. Achillesferse des Massenbaustoffs Beton. Ze- einem abgerissenen Gebäude ausgebaut,
ment ist mit einer Weltproduktion von 4 Milli- Platz in einem neuen Bauwerk findet. „Vo
Im Bereich des Massivbaus zeigt die Entwick- arden Tonnen für 8 Prozent der CO2-Emissio- raussetzung dafür ist, dass man so konstru-
lung hybrider Materialien ebenfalls einen nen verantwortlich. Das entspricht nahezu iert und die Bauteile so fertigt, dass sie eins
deutlichen Trend Richtung Hightech. Und dem Vierfachen dessen, was der gesamte zu eins umgenutzt werden können, und man
auch ihr Einsatz soll die Nutzungsdauer von Luftverkehr verursacht. Ursache ist nicht nur sicher sein kann, dass der Bestandsbeton
Gebäuden verlängern. Um die Korrosionspro- der hohe thermische Aufwand bei der Herstel- noch genügend tragfähig ist.“ Für Frank
bleme des Stahlbetons zu lösen, werden auch lung von Beton, zwei Drittel entfallen auf roh- Dehn könnten auch hier die Computersimu-
Kombinationen von Beton und Holz oder von stoffbedingte Emissionen während des Her- lationen zur Verifizierung der Langlebigkeit
Beton und Textilfasern erprobt. Nimmt man stellungsprozesses. In einem von der Dres. des Betons eine Rolle spielen, die an seinem
beispielsweise Carbon als alternatives Beweh- Edith und Klaus Dyckerhoff-Stiftung geförder- Institut entwickelt werden. Er ist davon über-
rungsmaterial anstelle von Stahl, ließe sich die ten Projekt erforschen Wissenschaftlerinnen zeugt, dass die Bezahlbarkeit des Bauens die
durchschnittliche Nutzungsspanne nahezu ver und Wissenschaftler am Institut für Massivbau wichtigste soziale Komponente der Nachhal-
doppeln. Die Nutzungsdauer zu verlängern, und Baustofftechnologie des KIT, ob man tigkeit darstellt. „Wir werden auf den Mas-
hält auch Professor Frank Dehn, Leiter des In durch eine mechanische und thermische Auf- senbaustoff Beton auch in Zukunft nicht ver-
stituts für Massivbau und Baustofftechnologie arbeitung von Betonbrechsand den Zement zichten können, weil er im Vergleich zu ande-
sowie der Materialprüfungs- und Forschungs- im Beton ganz oder teilweise ersetzen kann. ren Baustoffen für eine Mehrheit der Men-
anstalt (MPA) des KIT, für einen zweiten, zwar Betonbrechsand entsteht als Feinfraktion beim schen erschwinglich ist. Technologische Wol-
indirekten, aber enorm effektiven Pfad zur Zermahlen von Altbeton aus dem Rückbau. In kenkuckucksheime wird es unter diesem As-
Nachhaltigkeit. Voraussetzung dafür sei aber einem anderen Forschungsprojekt des Insti- pekt nicht geben können.“ n
ein besseres Verständnis des Materials. „Wir tuts wird bereits der Einsatz dieser Partikel mit
brauchen eine Art Geburtsurkunde jedes Bau- einer Körnungsgröße von unter zwei Millime- Kontakt: carmen.sandhaas@kit.edu,
tern als Ersatz für den knappen Sand und Kies tim.zinke@kit.edu,
in der Betonherstellung geprüft. „Sollte es ge- frank.dehn@kit.edu
lingen, ihn als Bindemittelersatz aufzuarbei-
FOTO : GÜNTER ALBERS /
STOCK.ADOBE.COM
ten, wäre dies ein eindrucksvolles Beispiel für Einen Podcast mit Professor Frank Dehn zum
Upcycling“, sagt Dehn. Ansonsten ist auch bei Netzwerk solid UNIT, welches an nachhaltigem
mineralischen Baustoffen eher Downcycling Betonbau forscht, finden Sie unter:
die Regel. Die sortenreine Sortierung beim www.sek.kit.edu/2203_5941.php
Rückbau stelle eine hohe Hürde dar. Der Leiter For a Podcast (in German) with professor Frank
des Massivbauinstituts hat aber die Hoffnung, Dehn on the solid UNIT network, which conducts
BETON
dass hier künftig künstliche Intelligenz zum research on sustainable concrete construction,
Einsatz kommen könnte. „Im Gebäude- und click: www.sek.kit.edu/2203_5941.php
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