Motivation und Zielsetzung des Teilprojektes 6
Basierend auf Ingenieurmethoden zur Berechnung und vorliegenden Erfahrungen mit dem Entwurf, der Konstruktion, Prüfung und Ausführung von Bauteilen bei verwandten Bauweisen im Stahl-, Glas-, Membran- und Fassadenbau sollen Konstruktions- und Fügeprinzipien für dünnwandige, biegebeanspruchte Profilquerschnitte oder flächig angeordnete und dabei überwiegend zugbeanspruchte Bauteile aus Papier für Baugruppen in Tragstrukturen, funktionsintegrierten Fassaden und Innenausbauten von Gebäuden entwickelt werden. Im Vordergrund stehen dabei die zu vereinigenden Basisfunktionalitäten der Baugruppen in Gebäuden: das Abschließen, Tragen, Dichten und Dämmen. In einem weiteren Schritt soll die konstruktive Integration von technischen Elementen für die Energieversorgung, Energieerzeugung, energetische Aktivierung und Speicherung, Belüftung und Belichtung untersucht werden. Die erforderlichen Konstruktionsprinzipien und Fügetechniken sollen hierzu ingenieurmethodisch aus verwandten und adaptierbaren Bauweisen heraus entwickelt, sowie ggf. um neue Methoden ergänzt werden. Die Lösungen sollen dann dem im Bauwesen üblichen und bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveau an Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit entsprechen.
Atlas der Konstruktionsprinzipien und Entwicklung von Baugruppen
Vor dem Hintergrund der Materialeigenschaften ist ein konstruktiver Einsatz von Papier im Wesentlichen im Bereich der dünnwandigen Profile (z. B. mit bereits kommerziell verfügbaren Rohrprofilen) und flächigen, überwiegend zugbelasteten konstruktiven Komponenten sinnvoll, da so bei geringem Materialverbrauch effiziente Konstruktionen realisiert werden können. Die Baugruppen für das Tragwerk (Skelettkonstruktion mit Profilen, flächige oder integrale Bauteile), Hüllkonstruktion (Fassade und Dach) sowie Innenausbaukomponenten wie Trennwandsystemen, aber auch integrale Module (Sanitäreinheiten, Kücheneinheiten, Haustechnikmontageeinheiten) werden konstruktiv und strukturell entwickelt. Anschließend folgt die Evaluierung hinsichtlich der Funktionalität und des Systempotentials der Konstruktionsprinzipien sowie der konstruktiven Baugruppen.
Evaluierung der Funktionalität der Konstruktionsprinzipien und der konstruktiven Baugruppen
Die Evaluierung erfolgt vor dem Hintergrund der erforderlichen Basisfunktionalitäten des Abgrenzens, Tragens, Dichtens und Dämmens. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Sicherung der Funktionalitäten im Sinne der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit der Baugruppen für die im Bauwesen üblichen Einwirkungen aus Eigengewicht, Wind, Schnee und personeninduzierten Belastungen. In einem weiteren Schritt erfolgt die Evaluierung der Konstruktionsprinzipien und konstruktiven Baugruppen hinsichtlich einer Multifunktionalität mit dem Ziel der Energieversorgung (Medienführung), Energieerzeugung (Solarthermie, Photovoltaik), Speichermöglichkeiten (thermische Speicher, elektrische Speicher, Schwungmassenspeicher, etc.), energetischer Aktivierung (Energiedistribution), Belüftung (aktiv, passiv) und Belichtung durch Bedruckung, Einbau und responsive bzw. performative Konstruktionen.
Evaluierung des Systempotentials der Konstruktionsprinzipien / konstruktiven Baugruppen
Hierbei werden neben den Fragen einer konkreten bautechnischen Umsetzung (Baugruppengrößen, Transport und Logistik, Montageprinzipien) auch die Potentiale und Risiken systemischer Lösungen evaluiert, um für die angestrebten Baugruppen Vorschläge zur Produktentwicklung als Bauproduktsysteme (beispielsweise Fassadensystem, Innenausbausystem) und / oder Systembauten (beispielsweise als Elementfassaden oder Sanitäreinheiten etc.) zu entwickeln.
Katalog der Fügetechniken
Zur Unterstützung der Entwicklung der Baugruppen ist es notwendig, neben den Konstruktionsprinzipien auch mögliche Fügetechniken im Detail zu dokumentieren, zu evaluieren und unter Einbeziehung additiver Fertigungsmethoden weiterzuentwickeln. Hierzu wird ein Katalog möglicher Fügetechniken von Papier mit Papier und anderen Materialien entwickelt und Anforderungen und Prinzipien für neue Fügelösungen formuliert.
Untersuchung von Fügetechniken hinsichtlich der Tragfähigkeit der Fügestelle
Ausgewählte Fügetechniken werden hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit in experimentellen Untersuchungen in Testreihen im Labormaßstab untersucht. Diese experimentellen Arbeiten sind erforderlich, da weder im Bauwesen noch in benachbarten Disziplinen hinreichende Ingenieurmethoden zur rechnerischen Bemessung gefügter Bauteile aus Papier vorliegen. Aufbauend auf Vorarbeiten wird davon ausgegangen, dass besonders im Bereich der Fügetechniken Kleben, Formschluss und Hybridverbindungen großes Potential für die Verwendung im Bauwesen liegt.
Ingenieurmethoden für die lokale Bemessung der Fügestelle (Fügetechniken Kleben und Formschluss)
Für den Nachweis der Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit mit den Fügetechniken Kleben und Formschluss sind papierspezifische Ansätze für Ingenieurmethoden für die Bemessung der Fügestellen zu entwickeln, die dem bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveau an Standsicherheit und Gebrauchstauglichkeit gerecht werden.
