Das Forschungsprojekt ReSidual zielt darauf ab, mit Hilfe digitaler Bautechnologien sparsamer mit der Ressource Holz im Bauwesen umzugehen. In der Produktion von Holzbauteilen anfallendes Ausschussmaterial soll hierbei durch den Einsatz künstlicher Intelligenz und robotischer Fertigungsmethoden zu tragenden Bauteilen gefügt werden. Eine weitere Reduktion des Holzbedarfes soll durch den Verbund mit Baulehm erzielt werden. Im Kooperationsprojekt zwischen KIT Digital Design and Fabrication (DDF), KIT Holzbau und Baukonstruktion und dem Praxispartner GROPYIUS sollen die hierfür notwendigen KI-basierten Planungs- und robotischen Fertigungsverfahren, sortenreine Fügetechniken sowie der Materialverbund zwischen Lehm und Holz erforscht werden. Neben der im Projekt untersuchten Nutzung von Ausschussware im Werk eröffnen sich Anknüpfungspunkte zur Verarbeitung von Restholz und somit ein erhebliches Transferpotential, um sekundäre Stoffkreisläufe im Holzbau durch digitale Bautechnologie zu realisieren.

Kontakt: Simon Aurand und Daniel Fischer (DDF)

Gefördert durch:

Im Rahmen des Projekts wird die Nutzung von produktionsrelevanten Daten vorangetrieben. Anhand von Beispielen aus der Holzindustrie wird gezeigt, wie eine intelligente und souveräne Nutzung von Daten in einem föderativen Ökosystem gelingen kann. Darüber hinaus werden Methoden und Dienste für die Adressierung zentraler Herausforderungen entwickelt und bereitgestellt. Beabsichtigt sind die Realisierung und Dokumentation von Demonstratoren, die Weiterentwicklung und Anwendung von Big-Data-Technologien, die Mitgestaltung und Anwendung von Richtlinien und Standards, der Aufbau von Kompetenzen und Kapazitäten und die Förderung des Austausches zwischen Akteuren. champI4.0ns demonstriert den Mehrwert der Nutzung von Daten in den Anwendungsfeldern Traceability, Planung und Steuerung und Qualitätssicherung in der Holzindustrie und darüber hinaus.

Projektwebsite: https://www.champi40ns.eu/

Kontakt:

Gefördert durch:

Angesichts einer erhöhten Gefährdung der Fichtenbestände durch den Klimawandel werden im Bauwesen mittelfristig Holzwerkstoffe aus alternativen Holzarten benötigt. Ziel dieses Projekts ist deshalb, tragende Bauprodukte aus dem Holz des schnellwachsenden und trockenheitsresistenten Blauglockenbaums (auch Kiri oder Paulownia spp.) zu entwickeln, bzw. deren Entwicklung und Einführung zu ermöglichen. Da Kiriholz im Vergleich zu Fichtenholz aber deutlich leichter ist und andere mechanische sowie anatomische Eigenschaften aufweist, bedarf es zunächst der Schaffung einer grundlegenden Datenbasis, um erfolgreich eine Festigkeitssortierung von Brettern aus Kiriholz durchführen zu können. In einem zweiten Schritt sollen diese in Holzprodukten wie Brettschichtholz oder Brettsperrholz homogen und kombiniert mit Fichtenholz eingesetzt und untersucht werden.

Kontakt: Alexander Weese

Im privaten Hausbau findet neben der Holztafelbauweise insbesondere die Verwendung von Brettsperrholzplatten für Decken und Wände Anwendung. Dabei weist Brettsperrholz ein sehr hohes Gewicht auf, was in erster Linie dem hohen Holzeinsatz in den Brettsperrholzelementen geschuldet ist. Aus diesem Grund ist die Entwicklung einer Diagonal-Lagenholz-Leichtbauwand im Rahmen des Entwicklungsvorhabens vorgesehen. Diese ermöglicht es, durch eine anforderungsspezifische Profilierung der innenliegenden Brettlagen eine erhebliche Gewichtsersparnis von bis zu 40% zu erreichen. Durch eine diagonale Anordnung einiger Lagen können mechanische Eigenschaften erreicht werden, die gleich oder höher sind als diejenigen von Brettsperrholzplatten. Der zusätzliche Lufteinschluss durch die Profilierung gewährleistet zudem einen höheren Wärmedämmwert bei entsprechender Diffusionsoffenheit.

Kontakt: Stephan Strübel und Kay Ackermann 

Bei Laubholzverbindungen mit auf Abscheren beanspruchten stiftförmigen Verbindungsmitteln führt die hohe Rohdichte zu hohen Tragfähigkeiten und hat Einfluss auf das Tragverhalten. Materialeigenschaften und Systemparameter wie Lochleibungsfestigkeit, Auszieh- und Kopfdurchziehwiderstände beeinflussen das Verbindungsverhalten und auch die Versagensarten. Ein Versagen der Verbindungsmittelquerschnitte ist aufgrund der höheren Beanspruchung in Laubhölzern vermehrt zu beobachten. Unter einer Beanspruchung auf Abscheren weisen die Verbindungsmittel einen multiaxialen Spannungszustand auf, da Biegemomente, Scherkräfte und Normalkräften gleichzeitig wirken können. Je nach Art und Geometrie des Verbindungsmittels variieren diese und können im Rahmen einer Schnittgrößeninteraktion zu einem Scher- oder Zugversagen des Verbindungsmittels führen. Die Untersuchung des neuartigen Versagens zielt auf ein umfassendes Verständnis und eine vollständige Ausnutzung der Verbindungen ab.

Kontakt: Elisabet Kuck

Lageimperfektionen von selbstbohrenden Holzschrauben sind durch Abweichungen zwischen planmäßigem und tatsächlichem Schraubkanal gekennzeichnet. Sie stellen sich während des selbstbohrenden Einschraubens ungewollt ein und werden mit zunehmender Einschraublänge größer. Bei langen schlanken Schrauben werden Lageimperfektionen durch Mindestabstände nur unzureichend kompensiert. Innerhalb gekreuzter Anordnungen kann dies zu Berührungen oder Kollisionen zwischen Schrauben führen. Mögliche Folgen sind Gewindeschäden, plastische Verformungen oder sogar ein Abdrehen bzw. Abbrechen der Schrauben. Das beeinflusst die mechanische Wirksamkeit einer Schraubverbindung und setzt die Tragfähigkeit und Dauerhaftigkeit herab. Das IGF-Forschungsprojekt beinhaltet das Erforschen der Ursachen von Lageimperfektionen und der Schädigungsmechanismen. Ziel ist es, Modelle zur Beschreibung von Lageimperfektionen zu entwickeln sowie praktikable Lösungen zur Vermeidung von berührungs‐ und kollisionsbedingten Problemen an Verschraubungen zu formulieren.

Kontakt: Eva Baldauf

Lövträ ist ein kooperatives Forschungsprojekt der Linné-Universität in Schweden unter Beteiligung des KIT. Gegenstand ist die Untersuchung des Materialverhaltens von Laubhölzern. Hölzer dieser Art erlauben durch ihre im Vergleich zu Nadelholz erhöhten mechanischen Kennwerte eine Reduktion der erforderlichen Querschnittsmaße und eignen sich für die Verstärkung von Nadelholzprodukten. Neben der Nutzung zur Querdruckverstärkung sind beispielsweise Querlagen aus Laubholz in Brettsperrholz zur Erhöhung der Rollschubfestigkeit denkbar. Allerdings ist bisher nur wenig über das Langzeitverhalten von Laubhölzern und den Einfluss verschiedener Klimata bekannt. Um diese Lücke zu schließen, werden Versuche unter verschiedenen klimatischen Bedingungen durchgeführt. Dabei liegt der Fokus auf der Querdruck-, Rollschub- und Lochleibungsfestigkeit. Das Prüfprogramm umfasst sowohl Kurzzeit- als auch Langzeitversuche. Geprüft werden südschwedische Hölzer aus Buche und Birke sowie Fichte als Referenz. Mit den Ergebnissen soll die Verwendbarkeit von Laubhölzern in der Bauwirtschaft unterstützt werden.

Kontakt: Elisabet Kuck und Christian Bertram

Gefördert durch:

Mit der TU München und KIT Stahl- und Leichtbau wurde ein Leitfaden mit Handlungsempfehlungen für die Wiederverwendung von Bauprodukten aus Holz und Stahl entwickelt. Er zeigt Mittel und Wege auf, wie im Rückbau realisierte Bauteile wieder klassifiziert werden können, damit sie im Sinne der Kreislaufwirtschaft als tragende Bauteile wiederverwendet werden. Im Mittelpunkt stehen vor allem Nadelschnittholz, Brettschichtholz, OSB-Platten, I- und H-Profile aus Baustahl sowie Trapezblech- und Sandwichelemente. Begehungen von Rückbauobjekten und Beobachtungen an Rückbauprozessen bzw. baulichen Voraussetzungen waren entscheidende Elemente der Feldforschung, damit die Ergebnisse für den Leitfaden im Einklang mit der "Rückbaurealität" stehen und auf zu erwartende bauliche Gegebenheiten abgestimmt sind.

Kontakt: Matthias Frese

Leitfaden für die Praxis: Leitfaden zur Wiederverwendung tragender Bauteile veröffentlicht (PDF)

Forschungsbericht: Vorbereitung der Wiederverwendung von bestimmten Bauprodukten des Holz- und Stahlbaus

Positive und negative Erfahrungen mit der Dauerhaftigkeit von verbautem Holz belegen bis heute, dass gelungene vorbeugende bauliche Maßnahmen ein Garant für das langfristige Bestehen von verbautem Holz sind. Solche Maßnahmen stellen für das Holz entweder stets trockene oder aufgrund eines gegebenen Rücktrocknungspotenzials fast immer trockene Bedingungen sicher. Im Auftrag des Ministeriums für Landesentwicklung und Wohnen BW wurden Konstruktionsprinzipien, Leitdetails und Empfehlungen für den vorbeugenden baulichen Holzschutz ausgearbeitet, die in DIN 68800-2 Holzschutz – Vorbeugende bauliche Maßnahmen im Hochbau Eingang finden sollen. Ihre Beachtung beim Entwurf, bei der Planung, Ausführung und Instandhaltung soll zum langfristigen Bestehen von verbautem Holz beitragen.

Kontakt: Matthias Frese

Abschlussbericht: Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 41

Gefördert durch:

Neuentwicklung einer Hybridbauweise durch die vorteilhafte Kombination der Werkstoffe Stahl und Holz bei biegebeanspruchten linearen Tragelementen. Die hybride Bauweise ist durch die schubsteife Einbettung eines hochfesten Stahlprofils in einen gedrungenen Holzquerschnitt charakterisiert. Dadurch können die spezifischen Vorteile der beiden Baustoffe in optimaler Weise genutzt und auch die Schwächen der Baustoffe durch den Verbundpartner ausgeglichen werden.

Kontakt: Simon Aurand und Peter Haase

Entwicklung integrierter Holz-Stahl-Hybridelemente für den Gewerbe- und Mehrgeschossbau mit Spannweiten von bis zu 10 m und Erarbeitung eines geeigneten Bemessungskonzepts.

Kontakt: Stephan Strübel

Abschlussbericht Teilvorhaben 1

Abschlussbericht Teilvorhaben 2

Entwicklung wirtschaftlicher, zuverlässiger und innovativer Verbindungstechnologien für Bauteile aus Laubholz und entsprechender Bemessungsregeln

Kontakt: Elisabet Kuck

Abschlussbericht in der Projektdatenbank der FNR

Entwicklung eines Fachwerkträger-Konzepts für Spannweiten von bis zu 100 m unter Verwendung von Buchenfurnierschichtholz, Hybridträgern aus Nadel- und Buchenholz sowie Holzschrauben als Verbindungsmittel

Kontakt: Sebastian Egner

Abschlussbericht Teilvorhaben 1

Abschlussbericht Teilvorhaben 2

Erstmals wurden neue Verbinder aus Kunstharzpressholz (KPH) realisiert. Zu Beginn erfolgte eine Oberflächenbehandlung des KPH, um die Reibung zwischen Verbinder und Holzbauteil in den Scherfugen zu erhöhen und somit die Tragfähigkeit der Verbindung deutlich zu steigern. In Reibversuchen wurden Reibeiwerte der Oberflächen ermittelt. In anschließenden Druck-Scher-Versuchen wurde das Verhalten der Oberflächen in Verbindungen mit geneigt eingedrehten Vollgewindeschrauben untersucht.

Kontakt: Simon Aurand

Abschlussbericht: Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 38

Segmentlamellenholz (SLH) wird aus wechselseitig verklebten Trapezlamellen aus Fichtenholz hergestellt. Durch die Optimierung verschiedener Prozessparameter kann die Holzausbeute auf ca. 85 % gesteigert werden. Übereinander verklebtes SLH bildet den Werkstoff Segmentschichtholz (SSH). Beide Produkte sind in der ETA-19/0832 geregelt. Simulationsstudien befassen sich mit den char. Biegefestigkeiten bei variierender Trägerhöhe und -breite sowie Änderungen im Herstellungsprozess.

Kontakt: Lukas Windeck

Abschlussbericht: Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau, Band 37