Forschende der Universität Stuttgart haben ein neuartiges Deckensystem entwickelt, das nachhaltige Alternativen zu traditionellen Geschossdecken aus Beton und Stahl bietet. Die „UniversalTimberSlab“ stellt einen bedeutenden Fortschritt im Holzbau dar und wurde kürzlich erfolgreich getestet. Diese innovative Geschossdecke, die sowohl schlank als auch leistungsstark ist, könnte bald im neuen „Zukunftsforum“ in Oberkochen Anwendung finden.
Bisher stellten Stahl- und Betondecken einen Großteil der grauen Emissionen von Gebäuden dar, mit einem Anteil von etwa 40 Prozent. Speziell für mehrgeschossige, komplexe Bauprojekte fehlte bislang eine praktikable, nachhaltige Lösung. Das Team von der Universität Stuttgart hat mit einem Baudemonstrator bewiesen, dass Geschossdecken jetzt auch umweltfreundlich aus einem neuen Holz-Beton-Verbundsystem hergestellt werden können. Der Demonstrator wurde im Rahmen des Future Cleantech Festivals in Remscheid präsentiert und stellt die erste punktgestützte, mehrachsig weit spannende Flachdecke in Holz-Beton-Verbundbauweise dar.
Professor Achim Menges, Leiter des Instituts für Computerbasiertes Entwerfen und Baufertigung (ICD), betont, dass mit „UniversalTimberSlab“ die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit im mehrgeschossigen Holz-Beton-Verbundbau entscheidend erhöht werden soll. Dieses System basiert auf jahrelanger Forschung und nutzt modernste digitale Planungs- und Fertigungsmethoden.
Ein herausragendes Merkmal der „UniversalTimberSlab“ ist ihre Fähigkeit, den Einsatz des nachwachsenden Rohstoffs Holz mit einer materialeffizienten Konstruktion und einem zirkulären Design zu kombinieren. Im Vergleich zu herkömmlichen Holzdeckensystemen, die bei größeren Spannweiten zusätzliche Unterzüge erfordern, ermöglicht die „UniversalTimberSlab“ eine Einsparung von 30 bis 70 Zentimetern in der Konstruktionshöhe. Dies führt nicht nur zu Kostenvorteilen, sondern erlaubt auch die Unterbringung von mehr Geschossen innerhalb der gleichen Raumhöhe und reduziert die Fassadenfläche um bis zu 20 Prozent.
Das System ist punktgestützt, was bedeutet, dass die Lasten über Stützen verteilt werden, die in größerem Abstand zueinander angeordnet sind. Tragende Wände sind somit nicht notwendig, was eine flexible Anordnung der Innenräume erlaubt. Diese Flexibilität ist besonders vorteilhaft für Gebäude mit gemischter Nutzung, wie zum Beispiel für Handelsflächen, Gastronomie, Büros und Wohnungen. Auch eine spätere Umnutzung des Gebäudes ist durch die einfache Umplanung der Flächen problemlos möglich.
Eine entscheidende Innovation des „UniversalTimberSlab“-Systems ist die neue Deckensegmentierung. Diese ermöglicht es, große Deckenflächen in einzelne Elemente zu unterteilen, die nicht mehr gleichmäßig angeordnet werden müssen. Dies eröffnet die Möglichkeit, komplexe und unregelmäßige Deckengeometrien zu gestalten. Das Prinzip beruht auf einer neuartigen Segmentierungsmethodik, die zum Patent angemeldet wurde. Die einfach vorfertigbaren Brettschichtholzsegmente sorgen für Kosteneffizienz, während entsprechend angebrachte Fasern die Tragfähigkeit der Decke optimieren.
Für die Planung wurden zudem digitale Werkzeuge entwickelt, die auf KI basieren. Diese helfen dabei, detaillierte Modelle für verschiedene Grundriss- und Gebäudevarianten zu erstellen und unterstützen die Optimierung des Entwurfs. So können Planer sofort erkennen, welche Auswirkungen Änderungen, wie das Verschieben einer Stütze, auf Kosten, Deckenhöhe und Nachhaltigkeit haben.
Der erfolgreiche Belastungstest des Demonstrators fand in Anwesenheit von rund 200 Besuchern statt. Der 9 x 5 Meter große, vollmaßstäbliche Demonstrator stellte sich als sehr leistungsfähig heraus: Mit einer Höhe von nur 36 cm war er so schlank wie eine entsprechende Stahlbetondecke, benötigte jedoch etwa zwei Drittel weniger Stahlbeton. Im Belastungstest wurde die Decke mit 20 Tonnen zusätzlich zum Eigengewicht belastet. Die Ergebnisse bestätigten die vorhergehenden Simulationen, da die maximale Verformung nur bei 12 mm lag, während die Eigenfrequenz über 8 Hz betrug – beides erfüllt die Anforderungen an moderne Geschossbauten.
Mit diesem Erfolg haben die Forscher einen wichtigen Schritt in Richtung breiterer Anwendbarkeit der „UniversalTimberSlab“ im mehrgeschossigen Holzbau erreicht. Das erste Pilotprojekt in Oberkochen wird bereits vorbereitet. Der Bau des „Zukunftsforums“, einem dreigeschossigen Gebäude mit 1.400 m², ist
