Lebenszyklusanalyse von Holz-Beton-Verbunddecken

Abstract

Aufgrund des hohen Energieverbrauchs und den beträchtlichen Treibhausgasemissionen, die mit der Errichtung und dem Betrieb von Bauwerken einhergehen, werden im Bauwesen immer höhere Ansprüche an eine nachhaltige Planung und den ressourcenschonenden Einsatz von Baustoffen gestellt. Da auch das öffentliche Interesse für nachhaltige Bauwerke immer stärker ansteigt, wird die Verwendung von nachwachsenden und ökologischen Materialien zunehmend forciert. Aus diesem Grund wird im Zuge dieser Diplomarbeit eine vergleichende Lebenszyklusanalyse für verschiedene Holz-Beton-Verbunddecken durchgeführt. Diese Verbundvariante stellt eine ideale Verknüpfung des mineralischen Massivbaus mit dem Holzbau dar. Betrachtet werden Deckensysteme mit einer Spannweite zwischen 6 und \SI{8}{m}, die als Geschossdecken für Wohngebäude im urbanen Raum zum Einsatz kommen. Neben den herkömmlichen Brettstapel- und Holzbalkenunterkonstruktionen wird mit der LVL-Beton-Verbunddecke auch eine neuartige Variante mit einer Unterkonstruktion aus heimischem Buchenfurnierschichtholz auf ihre ökologischen Eigenschaften untersucht. Im Anschluss an die Beschreibung allgemeiner Aspekte zu HBV-Konstruktionen und möglicher Ausführungsvarianten werden die konstruktive Bemessung und die Nachweisführung der in gegenständlicher Arbeit verwendeten, nachgiebig verbundenen Querschnitte vorgestellt, mit besonderem Augenmerk auf Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit. Aufgrund der positiven wirtschaftlichen Eigenschaften sowie der einfachen Vorfertigung im Werk kommen bei den betrachteten Querschnitten Kerven als formschlüssige Verbundelemente zur Anwendung. Das Ziel ist, mit den bis dahin gesammelten Erkenntnissen der statischen Berechnung, möglichst ressourceneffiziente Lösungen für die untersuchten Spannweiten zu eruieren, um sie anschließend einer systematischen Analyse während des gesamten Lebensweges zu unterziehen. Durch die Erfassung sämtlicher Input- und Outputflüsse an Materialien, Stoffen, Energie, Produkten und Emissionen, die von der Herstellungsphase bis hin zum Rückbau der Produkte entstehen, wird schließlich die Gesamtauswirkung auf das Ökosystem abgeschätzt und transparent dargestellt. Den Abschluss bildet eine Gegenüberstellung der Umweltwirkungen der betrachteten Holz-Beton-Verbunddecken mit jenen von reinen Stahlbeton- bzw. Massivholzdecken derselben Spannweite. Die Ergebnisse dieses ökologischen Vergleichs können in weiterer Folge als Hilfsmittel für Fachplaner und Architekten in Bezug auf eine ökologisch optimierte Materialwahl im Gebäudeentwurf dienen.

Due to the high energy consumption and the considerably large greenhouse gas emissions associated with buildings' construction and operation, the construction industry is becoming demanding in terms of sustainable planning and the resource-conserving use of building materials. As public interest in sustainable buildings is increasing, renewable and ecological materials are being pushed more and more. For this reason, a comparative life cycle analysis is carried out in the course of this diploma thesis for various timber-concrete composite slabs, which combine concrete construction with timber in several ways.Within the scope of this thesis, ceiling slabs of residential buildings in urban areas with a span between 6 and 8 meters are considered. In addition to the conventional constructions using solid wood such as timber beams, the LVL-concrete composite slab made of beech laminated veneer lumber is also being examined for its ecological properties as a new kind of substructure. Following the description of general aspects of timber-concrete composite constructions and state-of-the-art design variants, the structural design and the verification of the flexibly connected cross-sections used in the present work are presented, with particular attention to load-bearing capacity and serviceability. Due to the favorable economic properties and the simple prefabrication in factories, the considered slabs are formed with notched connections. This work aims to identify the most resource-efficient solutions for the examined spans by using the knowledge gained from the structural analysis and subsequently aims to perform a systematic analysis throughout their entire life cycle. By recording all input and output flows of materials, substances, energy, products, and emissions that arise from the manufacturing phase up to the dismantling of the salbs, the overall impact on the ecosystem is finally assessed and presented transparently.The conclusion compares the environmental effects of various timber-concrete composite slabs with pure reinforced concrete or solid timber ceilings of the same span.The results of this ecological comparison can serve as an aid for planners and architects with regard to an ecologically optimized choice of materials in the building design.