Nachhaltiges Bauen durch die Modularisierung von Skelettbauten

Die Modularisierung von Tragwerken mit einer Verwendung einheitlicher Tragelemente und daraus zusammengesetzter Bauteile in Kombination mit lösbaren Verbindungen sowie Vorspannung ohne Verbund stellt eine Alternative zur monolithischen Bauweise dar. Durch die Verwendung einheitlicher Tragelemente, die mittels Serienfertigung hergestellt werden können, soll der beschädigungsfreie Rückbau von Tragwerken und eine Wiederverwendung der einzelnen Tragelemente sichergestellt werden. In diesem Beitrag erfolgt eine Betrachtung ausgewählter Hallenbauten in Stahlbetonskelettbauweise mit einer beispielhaften Modularisierung der Stützen. ... mehrAnschließend wird eine parametrisierte Bemessung zur Festlegung der Querschnittsabmessungen der Tragelemente entsprechend einer Baukastenoptimierung durchgeführt und die erarbeitete Schnittstelle bzw. Verbindung an den Enden der stabförmigen Tragelemente vorgestellt. Eine Bewertung der Nachhaltigkeit erfolgt durch den Vergleich der vorgestellten modularen Bauweise mit der monolithischen Bauweise; es wird eine Betrachtung der Indikatoren „globales Erwärmungspotenzial“, „nicht erneuerbare Primärenergie“ und „erneuerbare Primärenergie“ auf der Werkstoffebene vorgenommen. Hierbei erfolgt eine Analyse der Werte für die verschiedenen Lebenszyklusphasen der ausgewählten Gebäude bzw. der im Fokus stehenden Gebäudestützen für einen festgelegten Betrachtungszeitraum von 40 Jahren. Der Vergleich zeigt, dass für das gewählte Szenario und die getroffenen Annahmen die modulare Bauweise im Vergleich zur monolithischen Bauweise mit geringeren Emissionen und einem geringeren Primärenergiebedarf verbunden ist. In einer anschließenden Diskussion werden die vorgestellten Ergebnisse kritisch beleuchtet und die Grenzen des Vergleichs aufgezeigt. Der Beitrag endet mit Schlussfolgerungen und Empfehlungen zum modularen Bauen mit Beton und skizziert einen Weg zur raschen Markteinführung modularer Baukastensysteme.

The modularisation of structures with the use of standardised load-bearing elements and components assembled from them in combination with detachable connections and prestressing without bond represents an alternative to monolithic construction. The use of standardised load-bearing elements, which can be produced in series, is intended to ensure the damage-free deconstruction of load-bearing structures and the reuse of individual load-bearing elements. This article considers selected hall buildings in reinforced concrete skeleton construction with an exemplary modularisation of the columns. ... mehrA parameterised design is then carried out to determine the cross-sectional dimensions of the load-bearing elements in accordance with a construction kit optimisation and the interface respectively connection developed at the ends of the loadbearing elements is presented. Sustainability is assessed by comparing the modular construction method presented with the monolithic construction method; the indicators ‘global warming potential’, ‘non-renewable primary energy’ and ‘renewable primary energy’ are analysed at the material level. This involves analysing the values for the various life cycle phases of the selected buildings respectively the columns of the buildings for a defined period of 40 years. The comparison shows that for the selected scenario and the assumptions made, modular construction is characterised by lower emissions and a lower primary energy demand compared to monolithic construction. In a subsequent discussion, the results presented are critically analysed and the limits of the comparison are pointed out. The article ends with conclusions and recommendations for modular construction with concrete and outlines an approach to the market launch of modular construction systems.