Holz-Glas-Verbundkonstruktionen

Holz und Glas offerieren sich infolge eines ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten dieselben fundamentalen Voraussetzungen für einen gemeinsamen Verbund wie Beton und Stahl und repräsentieren wie keine andere Baustoffkombination den Gewinn von Sonnenenergie auf Basis nachwachsender respektive hervorragend rezyklierbarer Baustoffe.
Ferner können Holz und Glas die jeweiligen Schwächen des Fügepartners kompensieren: Holz als Bewehrung und Kantenschutz für den spröden Baustoff Glas und Glas als Aussteifungselement für Holzkonstruktionen, welche über ein „geringes“ Aussteifungspotenzial verfügen.

Unter Holz-Glas-Verbundkonstruktionen (HGV) versteht man nun die Verklebung von Holz, Holzwerkstoffen bzw. glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) mit Glas zu aussteifenden resp. lastabtragenden HGV-Scheiben, -Trägern oder -Platten. Durch die konstruktive Schubverklebung, bei Scheiben auch durch eine zusätzliche Klotzung der Glastafeln, können heute effiziente Verbundbauteile produziert, berechnet und bemessen werden, die es Planern und Statikern ermöglicht Glas als tragendes Element einzusetzen.

Die Abteilung Tragwerkplanung und Ingenieurholzbau (ITI) wickelte von 2008 bis 2011 das durch die Forschungsförderungsgesellschaft Österreich (FFG) geförderte Forschungsprojekt „Holz-Glas-Verbundkonstruktionen: Berechnung und Bemessungskonzept“ ab, in welchem, fußend auf zahlreichen Klein- und Großprobenversuchen, normreife Berechnungs- und Bemessungskonzepte für die Bauteile Scheibe, Träger und Platte entwickelt wurden.

Die Ergebnisse wurden von der TU Wien zum Patent angemeldet und bilden eine wissenschaftliche Basis für eine künftige Europäisch Technische Zulassung (ETZ), um somit die Anerkennung einer neuen Bauweise zu erreichen.

 

Entwicklung und Langzeituntersuchungen von Holz-Glas-Verbundkonstruktionen mit gleichzeitiger Verklebung und Verklotzung

Holz-Glas-Verbundkonstruktionen werden seit etwa 10 Jahren in Kooperation mit internationalen Firmenpartnern durch namhafte Institutionen untersucht. Bestehende Produkte werden derzeit durch den verklebten Verbund von Holz und Glas verbessert und neue Produkte für den Wintergarten-, Fenster- und Fassadenbau sowie für Fertig- und Sonderbauten entwickelt.

Holz und Glas werden hierbei miteinander verklebt, wodurch das Glas am Lastabtrag beteiligt werden kann. Zahlreiche abgeschlossene und laufende Forschungsprojekte haben die Entwicklung dieser jungen Technologie vorangetrieben. Alle entwickelten Systeme müssen in Einzelversuchen das Versagens- und Tragverhalten nachweisen, eine normative Berechnung und Bemessung war bisher nicht möglich. Holz-Glas-Verbundkonstruktionen bleiben jedoch aufgrund derzeit noch fehlender Berechnungs- und Bemessungskonzepte für die breite Masse der Bevölkerung nur beschränkt zugänglich.

Das Institut für Architekturwissenschaften „Abteilung Tragwerksplanung und Ingenieurholzbau“ (ITI) entwickelte in den vergangenen sechs Jahren für die Bauteile Scheibe, Träger und Platte jeweilige Berechnungskonzepte und normreife Vorschläge zur Bemessung.

Aufgrund fehlender Langzeiterfahrungen mussten jedoch die klebstoffspezifischen Sicherheits- und Abminderungsfaktoren vergleichsweise hoch angenommen bzw. vorgeschlagen werden. Die mittels Großprobenversuchen untersuchte und verifizierte Leistungsfähigkeit von Holz-Glas-Verbundelementen kann damit nur zu einem Bruchteil umgesetzt werden.

Das feuchteabhängige Materialverhalten von Holz (Quellen und Schwinden) führte bisher zu in die Klebefuge induzierten Zwangsspannungen, welche bereits einen Großteil der Tragfähigkeit von Schubverklebungen „aufbrauchten“. Langzeituntersuchungen können helfen, das zeit- und klimaabhängige Verhalten von Holz-Glas-Verbundelementen genauer zu studieren um damit eine gesicherte Reduktion der Sicherheits- und Abminderungsfaktoren vornehmen zu können.

Auf Basis des umfangreichen Forschungsendberichts sowie mehrerer Dissertationen und Diplomarbeiten hat das ITI in Kooperation mit den Partnerländern Deutschland, Slowenien, Schweden, Türkei, Brasilien und Chile ein dreijähriges Anschlussprojekt (2012-2014) im Rahmen der Ausschreibung „Sustainable forest management and optimised use of lignocellulosic resources – Bridging gaps between research disciplines, producers, consumers and society“ der „ERA-Nets WoodWisdom-Net Research Programme and ERA-NET Bioenergy“ eingereicht, das mehr als € 2,1 Mio. dotiert ist und von denen € 1,6 Mio. gefördert werden. Durch die internationale Kooperation können neue Anwendungsmöglichkeiten und insbesondere das Langzeitverhalten geklebter Holz-Glas-Verbundkonstruktionen studiert werden, um adäquate Sicherheitsbeiwerte und Abminderungsfaktoren definieren und gesicherte Aussagen zum langfristigen Einsatz dieser jungen Hybridbauweise treffen zu können.

Weitere Informationen unter TISS und/oder kontaktieren Sie bitte Forschungskoordinator Associate Professor Dr. Alireza Fadai.