P 881 – Nachhaltige Büro- und Verwaltungsgebäude in Stahl- und Stahlverbundbauweise

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P881

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Beschreibung

P 881 – Nachhaltige Büro- und Verwaltungsgebäude in Stahl- und Stahlverbundbauweise

Die lebenszyklusorientierte Betrachtung von Baukonstruktionen durch ganzheitliche Planungsansätze anstelle sequentieller Betrachtungen mit dem Fokus auf die Herstellungs- und Betriebskosten schafft den Zugang zu großen monetären und ökologischen Einsparpotentialen. Die Möglichkeit, die Nachhaltigkeit von Büro- und Verwaltungsgebäuden zu beeinflussen, ist in der Initiierungs- und Entwurfsphase am größten, während Optimierungen in den späteren Planungsphasen sowie der Bauausführung nur in geringerem Umfang möglich sind.
Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, Grundlagen zu erarbeiten und hieraus Instrumente in Form eines Handbuches mit Planungsleitlinien und Hilfsmitteln sowie Softwaretools abzuleiten, die die ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit bei der Planung von Büro- und Verwaltungsgebäuden in der Konzeptions- und Entwurfsphase unterstützen. Dabei wurde eine Minimierung der Umweltwirkungen und eine Maximierung funktionaler und sozialer Qualitäten bei gleichzeitiger Optimierung der Erstellungs- und Folgekosten angestrebt.
Gegenstand der Bewertung sind die Baukonstruktionen (Deckensysteme, Stützen, Wände, Aussteifungselemente und Gebäudefassaden) in ihrer Erstellung, der Instandhaltung, den Möglichkeiten und Aufwendungen zur baulichen Änderung, der Beseitigung und dem Recyclingpotential (Baustoff- und Bauteilrecycling). Der Fokus liegt hierbei auf Stahl- und Verbundkonstruktionen. Hierbei werden die drei Aspekte der ökologischen, ökonomischen und soziotechnologischen Qualität gleichermaßen berücksichtigt.
Die Ergebnisse der durchgeführten Analyse- und Entwicklungsarbeit in Form von Untersuchungen zur Notwendigkeit der Flexibilisierung des Gebäudeentwurfs aus soziotechnologischer und ökonomischer Sichtweise werden im Forschungsbericht dargestellt. Unter Berücksichtigung der gestalterischen und funktionalen Anforderungen sowie den Bedingungen aus dem zur Verfügungen stehenden Grundstück und der städtebaulichen Einbindung wurden Empfehlungen für die Gestaltung der Geschossgrundrisse, die Höhenentwicklung, Nutzungszuweisungen bei unterschiedlichen Anforderungsprofilen, der Positionierung von Stützen, Wänden und Aussteifungskernen entwickelt. Weiterhin werden nach einer Beschreibung der verschiedenen Konstruktionsformen und -elemente die technischen Anforderungen an die Tragstrukturen für die Bemessung und Konstruktion zusammengestellt. Es folgt eine ausführliche Darstellung der Bewertungsmethodik und deren normative Grundlagen sowie der Bewertung der ökologischen und ökonomischen Nachhaltigkeit der Tragkonstruktionen. Dabei werden verschiedene Bauweisen, Rastermaße, Beton- und Stahlgüten sowie Bauteilgestaltungen untersucht. Beginnend von einzelnen Bauelementen, wie Deckentypen, Träger- und Stützenkonstruktionen, werden Tragstrukturen, bestehend aus den verschiedenen Komponenten, evaluiert. Die Nachhaltigkeitsanalyse in der Entwurfsphase für unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten erfordert leistungsfähige Planungswerkzeuge, die einen schnellen Vergleich von Konstruktionsva-rianten erlauben. Grundlage hierzu sind Kataloge zur Auswahl von Bausystemen und den zugehörigen Bauteilen, wie sie sich in den Anhängen des Forschungsberichtes finden. Mit Hilfe der im Rahmen des Forschungsvorhabens erstellten Bauteilkataloge für die Systemvarianten erfolgen Empfehlungen für die Bauteildimensionierung, für die Wahl geeigneter Konstruktionsformen und die Materialwahl. Diese werden durch Untersuchungen und hieraus abgeleiteten Empfehlungen zur nachhaltigen Ausführung der Fassaden von Bürogebäuden ergänzt.
Das im Projekt entwickelte SketchUp Plugin „Structural Office Designer SOD“ ermöglicht einen Variantenvergleich in der frühen Entwurfsphase hinsichtlich der Ökobilanzierung der Stahl- oder Verbundkonstruktion. Diese intuitive, auf evolutionären Optimierungsmethoden beruhende Software optimiert in wenigen Sekunden das Tragewerk von Stahlverbundkonstruktionen für typische Bürogebäude und stellt Architekten und Ingenieuren alle wichtigen Informationen in Bezug auf die Geometrie und Materialisierung des Tragwerks zur Verfügung. Das Werkzeug ermöglicht es, bereits in der frühen Entwurfsphase detaillierte Informationen zu einer nachhaltigen Ausführung des Gebäudes zu erstellen.
Um eine möglichst hohe Akzeptanz in der Praxis zu erzielen, ermöglichen die Planungshilfsmittel eine adaptive Anwendung. Dies bedeutet, dass die Empfehlungen in den verschiedenen Phasen des Entwurfes angenommen, modifiziert oder durch eigene Festlegungen verändert werden können. Die innerhalb des Projektes entwickelten Instrumente sind dabei ausschließlich als Hilfsmittel für die am Entwurfsprozess beteiligten Planer zu verstehen, die diese bei der Planung nachhaltiger Gebäude in Stahl- und Verbundbauweise gezielt und effizient unterstützen sollen. Es ist nicht beabsichtigt, mit einem starren „Nachhaltigkeitskorsett“ den Gestaltungs- und Entscheidungsspielraum bei der Planung einzuschränken.
Der vorliegende Forschungsbericht beinhaltet die umfassende Darstellung der wissenschaftlichen Ergebnisse im Rahmen des Projektes und enthält zudem die Hintergründe für das SketchUp Plugin „Structural Office Designer“, den Bauteilkatalog und das in der Folge erarbeitete Projekthandbuch. In den Anhängen zu diesem Bericht sind die wesentlichen Berechnungs- und Datengrundlagen, der Bauteilkatalog sowie ergänzende Informationen hierzu zusammengestellt.
Das IGF-Vorhaben 373 ZBG der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Lehrstuhl für Metallbau, Technische Universität München, am Institut für Stahl- und Holzbau, Technische Universität Dresden, am Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau, RWTH Aachen, im Fachgebiet Entwerfen und Baugestaltung, Technische Universität Darmstadt, am Institut für Technologie und Arbeit e.V., Kaiserslautern und am Lehrstuhl für Unternehmensrechnung und Controlling,Technische Universität Kaiserslautern durchgeführt.

Autoren:
M. Mensinger, H. Möller, L. Huang, F. Ritter, R. Stroetmann, C. Podgorski, J. Scheller, T. Faßl, M. Feldmann, D. Pyschny, F. Lang, B. Trautmann, K. J. Zink, T. Baudach, K. Fischer, V. Lingnau, K. Kokot

Veröffentlichung:
2016