Neues Konzept für materialsparendes Dachtragwerk aus Holz wird entwickelt

Beim Neubau von landwirtschaftlichen Gebäuden ist Holz der am häufigsten verwendete Baustoff, mit steigender Tendenz. Im Rahmen des Verbundvorhabens „Timberplan+“ hat sich ein Projektteam, bestehend aus sechs Partnern aus der Forschung und Praxis, das Ziel gesetzt, die Planung, Vorfertigung und den Bau von Systemdachkonstruktionen aus Holz und die daran beteiligten Unternehmen digital und systematisch zu verknüpfen. Damit soll die Wirtschaftlichkeit und Effizienz im Holzbau gesteigert werden. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft über die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) mit einem Betrag von 1,95 Mio. Euro gefördert.

Nach Recherche der Anforderungen an landwirtschaftliche Gebäude entwickelte das Projektteam ein digitales Gesamtmodell für ein adaptierbares und ressourceneffizientes Holz-Dachtragwerk
Foto: HTKW Leipzig / Max Höhne

Die sechs Verbundpartner aus Forschung und Praxis haben im Rahmen des Projekts eine digital basierte Planungsmethodik für Dachkonstruktionen erarbeitet. Sie basiert auf dem von der Forschungsgruppe „Flex“ an der HTWK Leipzig entwickelten „Reflex-Roof“-System für landwirtschaftlich genutzte Hallen. Mit dieser Methode lassen sich sämtliche Fachplanungen verknüpfen, was die Ausführung automatisierter, CNC-gesteuerter Fertigungs- und Vormontageprozesse ermöglicht.

Planung, Vorfertigung und Montage

„Mit Timberplan+ haben wir ein grundlegendes Konzept zur direkten Verknüpfung von Planung, Vorfertigung und ­Montage materialsparender Dachkonstruktionen aus Holz für landwirtschaftliche Gebäude geschaffen. Das Konzept basiert auf einer parametrischen Definition von Geometrie und Konstruktion und ist direkt mit Werkzeugen zur statischen Berechnung verbunden. Dadurch können die Planungsschritte wesentlich beschleunigt und Informationsverluste nahezu vollständig eliminiert werden“, erklärt Projektleiter Prof. Dr.-Ing. Alexander Stahr von der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK).

Digitales Modell eines Dachtragwerks

Nach der Recherche der Anforderungen an landwirtschaftliche Gebäude entwickelte das Projektteam ein digitales Gesamtmodell für ein adaptierbares und ressourceneffizientes Holz-Dachtragwerk. Teil der Arbeit an dem digitalen Modell war das Erstellen eines parametergesteuerten Konzeptes zur statischen Modellierung und Berechnung des ­Tragverhaltens. Die daraus abgeleiteten Konstruktionsmerkmale flossen in das digitale Modell ein, ebenso die auf der Dachgeometrie basierende Planungsmethodik und ein nutzungsabhängiges Brandschutzkonzept.

Zur Evaluierung ihrer Erkenntnisse errichteten die Projektbeteiligten mit Praxispartnern auf dem Gelände des Innovationsparks Bautechnik Leipzig ein 12 x 12 m großes Tonnendach
Foto: HTKW Leipzig / Max Höhne

Zur Evaluierung ihrer Erkenntnisse errichteten die Projektbeteiligten gemeinsam mit Praxispartnern auf dem Gelände des Innovationsparks Bautechnik in Leipzig ein 12 x 12 Meter großes Tonnendach. An diesem Dach untersuchten sie unter anderem die im Projekt entwickelte diagonale, rhombisch gekrümmte Form der Segmente hinsichtlich ihrer Montierbarkeit. Zur Stabilisierung der offenen Dachränder an der Stirnseite des gewölbten Daches montierten sie einen Bohlenbinder nach d’Orme’scher Art (eine Konstruktion miteinander verbundener Holzbinder) und ein auf die Form der Rauten abgestimmtes Oberlicht.

An diesem Dach untersuchten sie unter anderem die im Projekt entwickelte diagonale, rhombisch gekrümmte Form der Dachsegmente hinsichtlich ihrer Montierbarkeit
Foto: HTKW Leipzig / Alexander Stahr

Adaptierbares Modell für Unternehmen

Parallel dazu erstellte das Projektteam einen Workflow, also einen Arbeitsprozess, und entwickelte eine Wertschöpfungs­kette zur Herstellung, Vorfertigung und Montage des Holz-Dachtragwerks. Dabei wurden Architekten, Statiker, Bauphysiker, Brandschutzgutachter sowie Holzbauer, Zimmerer und Dachdecker als Akteure in der Wertschöpfungskette im Kontext des „Timberplan+“-Modells zusammengeführt. Zudem entwickelte das Team ein adaptierbares Kooperationsmodell für kleine und mittelständische Unternehmen. Ziel des Projekts ist es auch, Bauherren mit regional tätigen Planungs- und Baubeteiligten zu vernetzen.

Digitale Konzepte bieten neue Chancen

Bis zur Marktfähigkeit der im Projekt entwickelten Systemdachkonstruktion aus Holz sind noch weitere inhalt­liche,  rechtliche und organisatorische ­Herausforderungen zu lösen. Schon jetzt zeigt das Projekt allerdings, dass digitale Werkzeuge und Konzepte eine Plattform und eine Chance bieten, sich von tradierten Handlungsmustern zu lösen, um das Bauen der Zukunft effizienter zu ­machen.

Mehr über das Projekt erfahren Sie auf der Projektwebsite der HTWK Leipzig:
https://flex.htwk-leipzig.de/flexforschung/timberplan/