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Darunter versteht man die fabriks- oder serienmäßige Produktion von Bauteilen (engl. „pre-fabricated“). Man kann auch Vorfertigung sagen. Die vorgefertigten Elemente werden dann zum Endprodukt zusammengebaut. Hierbei spielt auch die Standardisierung eine wesentliche Rolle weil dadurch Maße und Eigenschaften festgelegt werden (z.B. genormte Ziegel, einheitliche Querschnitte im Holzbau, Kleinteile wie Schrauben,...) Mit der Entwicklung sogenannter Halbfabrikate und ihrer Weiterverarbeitung setzt ein gravierender Wandel weg von der traditionellen Konstruktionsweise ein. Diese Materialien vereinen oft mehrere Eigenschaften in sich und der Schichtaufbau der Elemente wird vereinfacht. Allerdings sollte man sich auch vor Augen halten: je höher der Vorfertigungsgrad, desto aufwändiger die Planung!

Inhaltsverzeichnis

Vorteile/Nachteile

Vorteile

  • Verbilligung der Endmontage
  • verlässlichere Vorausberechnungen in der Statik
  • Erleichterung der technischen Planung
  • Minimierung des Materialaufwandes (z.B. Schalenkonstruktionen)
  • kürzere Bauzeit
  • Fixpreisgarantie ist Standard
  • witterungsunabhängig
  • konstante Qualität

Nachteile

  • höhere Lagerkosten
  • Unter- bzw. Überproduktion
  • Korrekturen während der Bauzeit schwierig

Grundlagen/Begriffe

Industrielle Vorfertigung

Industrielle Vorfertigung ist bereits seit Anfang des 19. Jahrhunderts mit Beginn der Industrialisierung möglich. Die Entwicklung von verschiedenen Bausystemen (wie zB die der Skelettbausysteme) wurde durch die Vorfertigung von Baustahlelementen vorangetrieben. Heute versteht man unter der industriellen Vorfertigung im Bauwesen die Herstellung von Bauprodukten mittels industrieller Arbeitsmethoden. Bei konventionell errichteten Gebäuden liegt der Anteil industriell hergestellter Bauelemente heutzutage inzwischen bei ca. 50-60%. Durch den steigenden Qualitätsanspruch und dem Streben nach immer kürzeren Planungs- und Ausführungszeiten wird die Entwicklung der industriellen Vorfertigung im Bauwesen gefördert da diese konstante Qualität garantiert und eine Einsparung der Bauzeit und der Kosten im Bauprozess möglich macht.

Baustellenvorfertigung und mobile Produktionsstätten

Die Produktionsstätten befinden sich normalerweise nicht in Baustellennähe. Deswegen müssen die Bauteile meist über größere Entfernungen zum Montageort transportiert werden. Es besteht allerdings die auch Möglichkeit, Bauelemente in einer mobilen Fabrik herzustellen, welche in Baustellennähe temporär errichtet wird. Die Entwicklung computergesteuerter Montage- und Fertigungsanlagen ist besonders in Japan sehr fortgeschritten. Auch beim Hochhausbau kommen diese vollautomatischen Montagesysteme zum Einsatz. Diese funktionieren im Prinzip so: Eine zuvor errichtete Stahlskelettkonstruktion bildet das Tragwerk für das Gerüst und dient gleichzeitig als Führungsschiene für eine Arbeitsplattform. Diese ist unter einer wetterfesten Hülle mit Kränen, Baurobotern und Hydraulikpressen ausgestattet. Die vorgefertigten Bauteile werden dann von computergesteuerten Kränen in ihre entsprechenden Positionen gebracht und eingebaut. Dann hebt sich das automatische Arbeitsgeschoss auf vier Stahlstempeln empor und erstellt das nächste Geschoss. So wird Stockwerk für Stockwerk errichtet.

Bauweisen

Im Bauwesen unterscheidet man grundsätzlich zwischen massiven Konstruktionen (Mauerwerks- und Betonbau) und stabförmigen Konstruktionen (Stahlskelett- und Holzfachwerkbau). Moderne Bauweisen wie zB der Stahlskelett- oder Großtafelbau basieren auf der Konstruktion mit vorfabrizierten Bauelementen. Diese sind auch oft an der Fassade ablesbar (durch ihre Regelmäßigkeit) Die im Systembau charakteristischen Konstruktionsprinzipien sind Skelett-, Paneel- und Raumzellenbau. Diese werden aber meist kombiniert und kommen nur selten in reiner Form vor. Es sei noch erwähnt, dass mit steigendem Grad der Vorfertigung die Flexibilität der Form abnimmt.

Elemente

Elemente sind je nach System entweder der Ziegel (Mauerwerksbau), die Wandtafel (Paneelbauweise) oder die Zelle (Raummodulbauweise). Die einzelnen Elemente werden im Bauwesen nach ihrer Funktion (tragend bzw. nicht tragend) in verschiedene Hierarchieebenen unterteilt: entweder als Primärstruktur für das Tragwerk oder als Sekundärstruktur für die Gebäudehülle, den Innenausbau und die Haustechnik.

Typisierung

Bauelemente werden in Werken industriell und seriell gefertigt. Dafür werden Form und Verwendungszweck in der Planungsphase festgelegt. Die Typisierung beschreibt im wesentlichen die Eigenschaften der einzelnen Bauelemente. Die Anwendung typisierter Elemente definiert man im Bauwesen als elementiertes Bauen.

Geschlossene Systeme

Bei geschlossenen Systemen werden alle Elemente von einem Hersteller hergestellt. Diese Systeme können sowohl für das ganze Gebäude, als auch für nur Teilsysteme (Tragwerk, Fassaden, Ausbau) ausgelegt sein. Hierbei sind alle Elemente aufeinander abgestimmt und können nicht ausgewechselt, beliebig ergänzt oder erweitert werden. Die Gestaltungsmöglichkeiten sind hierbei allerdings durch die strenge Festlegung der Bauelemente gering.

Baukastensysteme

Diese Systeme gehören zu den geschlossenen Systemen und beinhalten eine bestimmte Anzahl von Elementen welche sich durch verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten zu einem Ganzen fügen lassen. Baukastensysteme werden für ganze Gebäude (zB Fertighäuser) aber auch für komplexe Konstruktionen (zB weitgespannte Hallentragwerke) entwickelt. Beispiele hierfür wären: General Panel System , USM Haller Stahlbausysteme (System Maxi und Mini), Mero System

Offene Systeme

Hierbei besteht die Möglichkeit Produkte unterschiedlicher Hersteller flexibel zu verwenden. Die Elemente können beliebig kombiniert werden. Der Architekt kann hierbei die Funktion der einzelnen Bauelemente festlegen auswählen welche Hersteller in Frage kommen. Die typisierten Elemente müssen addierbar, austauschbar und variabel sein um sie für Bauaufgaben unterschiedlicher Zweckbestimmung verwenden zu können. Geschlossene Systeme (zB für die Tragstruktur) können mit offenen Systemen (zB Innenausbau) kombiniert werden.

Bauhalbzeuge-Halbfabrikate

Bauhalbzeuge sind aus Rohmaterialien industriell hergestellte Bauteile (zB Stahlwalzprofile, Gipskartonplatten, Bauschnittholz,...). Sie sind systemneutral und können für die unterschiedlichsten Bausysteme eingeplant werden. Bei Verwendung von Bauhalbzeugen ist der Vorfertigungsgrad niedrig. Bauhalbzeuge werden entweder auf der Baustelle noch handwerklich bearbeitet oder im Werk zu komplexeren Elementen weiterverarbeitet.

Transport

Die Transportbedingungen bilden die wichtigste Größenbeschränkung der vorgefertigten Bauteile, da die erlaubten Transportabmessungen nicht überschritten werden dürfen.(Maße+Gewichte) Die zulässigen Lademaße von Sattelschleppern sind zB ca. 2,5 x 3,2 x 12 m. Bei Ausnahmefällen ist aber auch ein Schwertransport für große Bauteile möglich, welcher allerdings genehmigungspflichtig ist. Für die Beförderung hochwertiger Bauteile sind Stahlcontainer empfehlenswert. Bei großen Entfernungen sind der Schienen- und Schiffstransport wirtschaftlich. Lufttransport sollte man vermeiden, da dieser sehr kostenintensiv ist. Bei Entfernungen bis zu 1000 km ist der Straßentransport üblich.

Montage

Bei der Errichtung eines Gebäudes mit vorfabrizierten Elementen ist die Position der einzelnen Bauteile bei der Planung des Ablaufs vorher genau zu bestimmen. Die Errichtung erfolgt horizontal und ist Geschossweise organisiert. Bei der Arbeit mit vorgefertigten Elementen werden die Bauarbeiten eigentlich zu Montagearbeiten. Wichtig ist hierbei eine geeignete Verbindungstechnik, welche eine schnelle und einfache Endmontage gewährleistet. Damit die Projektlaufzeit möglichst kurz gehalten wird, kann die Vorfertigung der Bauteile parallel zur Montage erfolgen.

Tragwerke

Materialien im Systembau

Im elementierten Bauen bestehen Fertigteilprodukte für Tragkonstruktionen vor allem aus Stahl, Holz und Beton.


Stahl

Stahlbauteile eignen sich wegen ihrer hohen Passgenauigkeit bei der Montage besonders für modulare Bauteile in Bausystemen. Die Montage von Stahlkonstruktionen erfolgt in der Regel mit Schraubverbindungen (weil diese bei temporärer Nutzung eine einfache Demontage ermöglichen). Vorfabrizierte Stahlbauteile verwendet man jedoch nicht nur für Tragkonstruktionen verwendet, sondern auch für raumschließende Elemente und Fassadenbauteile (zB Blechpaneele). Baustahl kann leicht und vielfältig bearbeitet werden und ist gegenwärtig ein wesentlicher Bestandteil des industriellen Bauens mit wirtschaftlichen und ökologischen Vorteilen. Obwohl seine Herstellung sehr energieintensiv ist, kann das Material zu 100% wiederverwertet werden.

Holz

Der Vorteil von Holz im Vergleich zu Stahl ist seine hohe Festigkeit bei geringem Gewicht und hohem Wärmedurchlasswiderstand und kann sowohl für Tragwerk, als auch für den Ausbau und die Fassade verwendet werden. Neben Vollholz ermöglichen industrielle Verleimungs- und Pressverfahren die Produktion zahlreicher Holzwerkstoffe aus Holzfasern und Holzspänen.

Als Halbzeuge in Form von Brettschichtholz, Sperrholz oder Holzfaserplatten lassen sich diese leicht bearbeiten und ermöglichen somit eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten. Sowohl moderne als auch taditionelle Holzbausysteme lassen sich in stabförmige und massive Konstruktionen unterteilen. Moderne Holzbausysteme werden zudem den in die Konstruktionsprinzipien Skelett-, Wand- und Raumzellenbauweise unterteilt. Im Holzbau werden heutzutage am häufigsten Holzrahmenelemente und massive Wandtafeln verwendet. Vollholzwandelemente werden in automatisierter Fertigung produziert und können als Großtafeln und Raumzellen auf der Baustelle in kurzer Zeit montiert werden.

Beton

Beton ist keine homogener Baustoff, sondern ein Gemisch aus Zement, Wasser, Zuschlag, Zusatzmitteln und Zusatzstoffen. Beton ist ein weitverbreiteter Werkstoff weil er kostengünstig und sehr belastbar ist. Außerdem ist eine hohe Gestaltungsvielfalt möglich. Besonders im Verbund mit Stahl sind alle Konstruktionsprinzipien (Skelett-, Paneel- oder Raumzellenbauweise) möglich. Vorfabrizierte Betonbauteile werden im Gegensatz zu Bauelementen aus Ortbeton nicht auf der Baustelle, sondern im Werk hergestellt. Der Vorteil dabei ist, dass die aufwendigen Schalungsarbeiten vor Ort entfallen und die Produktion witterungsunabhängig abläuft und eine gleichbleibende Qualität garantiert. Durch Strukturen in der Schalung sowie durch spezielle mechanische oder chemische Oberflächenbehandlungen kann das Erscheinungsbild der Betonfertigteile bereits während der Herstellung bestimmt werden. Die Verwendung vorgefertigter Bauelemente aus Beton ist vielfältig. Sie reicht vom Rohbau bis hin zur Fassadengestaltung (zB vorgehängte Wandtafeln). Die serielle Fertigung ermöglicht außerdem eine kostengünstige Herstellung von Sonderelementen wie zB Treppen.


Skelettsysteme

Wohnhaus in Phoenix, Projekt Xeros

Skelettsysteme bilden aus linearen Bauteilen (Stützen, Träger) ein Stabwerk, welches durch Aussteifungselemente zu einer in sich stabilen Konstruktion wird. (zB: Wohnhaus in Phoenix)


Stahlskelettsysteme

Bei den Stahlbauteilen gilt für die Abmessungen weltweit die Maßeinheit Millimeter. Die Elemente des Tragwerks bestehen aus Walzprofilen, Hohlprofilen oder zusammengesetzten Bauteilgruppen. Die horizontale Aussteifung erfolgt durch Deckenplatten oder liegende Fachwerkverbände. Vertikal kann man das tragende Stahlgerippe durch biegesteife Eckverbindungen, Dreieckverbände oder Wandscheiben aussteifen. Für Skelettbausysteme werden alle tragenden Bauteile im Werk vorgefertigt und anschließend zur Baustelle transportiert. Die Bauteile können mit entsprechendem Hebewerkzeug direkt vom Montagefahrzeug in die Einbaustelle gehoben und montiert werden.

Holzskelettsysteme

Die Holzskelettbauweise ist eine Weiterentwicklung des traditionellen Fachwerk- und Ständerbaus. Holztragwerke bestehen aus Stützen und Balken. Als Aussteifung dienen hierbei diagonal gespannte Zug- bzw. Druckverstrebungen, mit dem Skelett verbundene Wandscheiben oder gebäudehohe massive Kerne. Die einzelnen Elemente bestehen in der Regel aus Vollholz oder hochwertigem Brettschichtholz, welches man allgemein als Bauholz bezeichnet.

Betonskelettsysteme

Skelettkonstruktionen aus vorgefertigten Stahlbetonelementen eignen sich aufgrund ihres hohen Eigengewichts nur für Gebäude mit geringer Geschosszahl. Konstruktionselemente sind Stützen, Träger, Deckenplatten und Wände.

Paneelsysteme

Wochenendhaus bei Tokio; Furniturehouse

Hierbei besteht das Tragwerk aus flächigen Wand- und Deckenelementen welche gleichzeitig den Raumabschluss bilden. Bei den Paneelsystemen unterscheidet man zwischen Kleintafel-, Großtafel- und Schottenbauweise. Die Abmessungen der Tafeln sind vom Baustoff, den Transportbedingungen und dem Entwurfraster abhängig. (zB: Wochenendhaus bei Tokio)

Stahlpaneele

Die Vorteile dieser Bauweise sind das geringe Gewicht und die hohe Tragfähigkeit der Konstruktionselemente. Die Gewichtseinsparung gegenüber dem Holzrahmenbau liegt hier bei 30% und gegenüber massiven Wandkonstruktionen bei 66%. Diese Bauweise ist bei Fertighäusern besonders in Japan weitverbreitet; hierzulande wird sie überwiegend im Industriebau eingesetzt (Hallen- und Lagerbauten). Bei dieser Bauweise kann man sowohl kleine als auch große Tafeln verwenden. Der Vorteil von kleinformatigen Wandelementen ist, dass sie den Gebäudeformen angepasst werden können. Großtafeln werden als Wandbauteile mit Breiten bis 12,5 m und Deckenbauteile mit Spannweiten bis 14 m hergestellt.

Holzpaneele

Hier unterscheidet man zwischen Tafel-, Rahmen-, Blockbau und Bauen mit Holzmodulen. Beim Holztafelbau bestehen die tragenden Elemente aus Klein- und Großtafeln aus Holzwerkstoffen, die statisch als Scheibe wirken. Die Wandtafeln sind sowohl bei Klein- als auch bei Großtafeln zwischen 60-120 mm stark. Hierbei unterscheidet man zwischen Holzblocktafeln und Massivholzplatten. Beim modernen Holzrahmenbau werden Fachwerk- und Ständerbau kombiniert. Die Elemente gibt es in verschiedenen Vorfertigungsgraden (je nach Bauaufgabe und bauphysikalischen Anforderungen). Ein hoher Grad der Vorfertigung ist erreicht, wenn die Elemente sowohl bereits mit Fassaden- und innerer Wandbekleidung als auch mit Leerrohren für die Haustechnik ausgestattet werden. Der Holzblockbau gilt als Vorläufer für den heutigen Holztafelbau mit Massivholzplatten. Bei dieser Bauweise ist zu beachten, dass es nach der Montage zu einer Setzung der Massivholzelemente bis zu 25 mm pro Geschoss kommt. Die Elemente werden 2-schalig mit Kerndämmung hergestellt, es gibt aber auch Systeme deren Elemente bereits Wärmedämmung, Installationshohlräume und Verkleidung enthalten. Die Holzmodule bestehen aus kreuzweise verleimten Massivholzlamellen und lassen sich wie Bausteine in einem speziellen Steckverbund zu tragenden Wänden montieren. Die Elemente haben durchgehende Hohlräume, welche Platz für haustechnische Installationen oder Dämmstoffe bieten. Durch die Kleinteiligkeit wird eine Gestaltungsvielfalt durch unterschiedlichste Gebäudeformen ermöglicht.

Betonpaneele

Bei den Paneelbauweisen kommt diese Bauweise am häufigsten vor. Von den Konstruktionsprinzipien (Schotten-, Kleintafel- und Großtafelbauweise) wird im Geschosswohnungsbau vor allem die Schottenbauweise angewendet, da die Schotten gleichzeitig die Funktion von Trennelementen zwischen den Wohnungseinheiten übernehmen können und dazwischen eine flexible Grundrissorganisation möglich ist. Die Kleintafelbauweise wird verstärkt im niedriggeschossigen Wohnungsbau verwendet. Durch die Kleinteiligkeit ergeben sich viele Kombinationsmöglichkeiten. Bei der Großtafelbauweise können die Wandplatten raumhoch und bis zu 6 m breit im Werk bereits mit Fenstern, Türen, Putz und einem Leerrohrsystem für Installationen vorgefertigt werden. Diese Bauweise war vor allem nach dem 2. Weltkrieg maßgebend („Plattenbau“) und wird heute weniger verwendet.

Mauerwerkspaneele

Diese Bauweise ist eine Weiterentwicklung der traditionellen handwerklichen Baustellenfertigung. Hierbei werden die Vorzüge traditioneller Baumaterialien mit den Möglichkeiten der industriellen Vorfertigung kombiniert. Mauerwerkfertigteile sind Wand-, Decken- und Dachelemente, die im Werk mit hoher Qualität aus Ziegel-, Bims- oder Kalksandstein in unterschiedlichen Stärken hergestellt werden. Diese Elemente können bereits Aussparungen für den Innenausbau enthalten. Diese Bauweise bietet ein hohes Maß an architektonischer Gestaltungsfreiheit. Bei den Mauerwerkspaneelen unterscheidet man zwischen Mauertafeln (werden senkrecht stehend hergestellt; Standardabmessungen sind 6,5 – 7 m Länge und 2,65 m Höhe), Vergusstafeln (werden liegend in Formkästen hergestellt und mit Vergussbeton verbunden, sind raumhoch und bis zu 10 m lang) und Verbundtafeln (Sonderform der Vergusstafel; Stahlbetonfertigteilelemente mit speziell profilierten Hohlziegeln)

Ziegelelemente

Raumhohe Ziegelelemente: sind Einzelmodule in einem System und können je nach Anforderung kombiniert werden. Standardhöhe der Dach- und Wandelemente ist 250-280 cm bei einer Breite von 30-60 cm. Ziegelelementdecken: sind industriell vorgefertigte Plattenelemente. Elementbreite: 1 - 2,5 m; diese können Spannweiten bis 6 m ohne Unterstützung durch Wände oder Pfeiler überbrücken, ermöglichen einen schalungslosen und zeitsparenden Einbau und benötigen keinen Aufbeton Ziegel-Einhängedecken: bestehen aus bewehrten Ziegelträgern und großformatigen Deckenziegeln, die Ziegelelemente werden zwischen die Träger gelegt, je nach Belastung erfolgt eine Ergänzung mit Ortbeton und Bewehrung. Diese Elemente können schnell und schalungslos montiert werden.


Raumzellensysteme

Tomihiro Art Museum

Raumzellensysteme sind raumbildende Module welche auf der Baustelle zu einem Gebäude zusammengefügt werden. Hierbei wird die Tragstruktur zusammen mit Teilen des Ausbaus vorgefertigt. (zB. Tomihiro Art Museum in Azuma)

Stahl

Raumzellen aus Stahl werden sowohl für dauerhafte Bauvorhaben als auch für temporäre Nutzungen eingesetzt. Sie können bis zu sechs Geschossen addiert werden. Die üblichen Maße sind 3 x 8 m bei einer Höhe von 3,2 - 3,7 m. Es sind aber auch maximale Abmessungen von 6 x 20 m möglich. Die Primärkonstruktion besteht aus einem geschweißten oder geschraubten Stahlrahmen und aus stabförmigen Stahlprofilen die das Raumtragwerk bilden. Als Standardverkleidung werden für die Außenhaut verzinkte Profilbleche oder Sandwichelemente aus Stahlblech und Hartschaumdämmung, für den Bodenaufbau Profilblech, Wärmedämmung und Bodenbelag verwendet.

Holz

Auch diese Systeme können nach Bedarf für temporäre oder dauerhafte Nutzung eingesetzt werden. Sie können nicht nur als rechtwinklige Kuben vorgefertigt werden, sondern auch mit Giebeln und beliebig geneigten Dachflächen. Die Abmessungen sind üblicherweise 3 x 8m bei einer Höhe von 3,2 m. Auch hier ist eine maximale Abmessung von 6 x 20 x 3,7 m möglich. Die Konstruktion erfolgt entweder durch beplankte Holzrahmen oder durch massive Wandelemente aus Holz. Aus Gründen des Brandschutzes und der Statik ist die Höhe auf drei Geschosse beschränkt (außer als nichttragendes Element in einem tragenden Skelett aus Stahl oder Stahlbeton).

Beton

Diese Raumzellen bestehen aus Normal oder Leichtbeton. Die Herstellung erfolgt in einer senkrecht stehenden Schalung und die Wände haben eine zweiseitig glatte Oberfläche in Sichtbetonqualität. Die Mindestdicke der Wände beträgt 10 cm (um Brand- und Schallschutz zu gewährleisten). Die Zellen können zu mehrgeschossigen Gebäuden addiert werden. Die Abmessungen sind mit denen von Stahl- und Holzraumzellen vergleichbar. Bei diesen Zellen spielt das Gewicht für den Transport und die Montage eine große Rolle (20-70 Tonnen).

Gebäudehüllen

Tragende Fassaden

Tragende Fassaden sind üblicherweise massive Wandkonstruktionen welche Lasten ableiten und eine aussteifende Funktion haben. Sie können ein- oder mehrschalig aufgebaut sein. Beispiele hierfür sind Betonfertigteile oder vorgefertigte massive Holzwandtafeln.

Nichttragende Fassaden

Diese werden auch als Vorhangfassaden bezeichnet. Sie können ebenfalls ein- oder mehrschalig sein. Hierbei unterscheidet man je nach Konstruktion zwischen der Pfosten-Riegel-(wobei die Pfosten-Riegel-Konstruktion den tragenden Rahmen für Füllelemente wie Glas, Kunststoff, Holz oder Blech bildet) und der Elementfassade (vorgefertigte Elemente aus Holz, Mauerwerk, Naturstein oder Betonpaneele).


Beispiele:

Fassadensysteme aus Glas

Diese bestehen aus folgenden Elementen: tragender Rahmen, Befestigung (Pressleistenkonstruktion, Punktlagerung mit Bohrung oder geklebte Verbindungen), Scheibe (Floatglas, Profilbauglas oder Hohlglassteine) und Fuge. Fassadensysteme aus Glas können ein- oder zweischalig aufgebaut sein. Hierbei wird je nach Konstruktion ebenfalls zwischen Element- oder Pfosten-Riegel-Fassaden unterschieden. Bei der Elementfassade werden Glasscheibe, Rahmen und Befestigung in einem Bauteil vorgefertigt.

Mehrschalige Glasfassadensysteme

Von einer Doppelglasfassade spricht man, wenn eine Glasfassade aus zwei hintereinander angeordneten Glasschichten besteht. Hierbei lässt sich ein besserer Wärme- und Schallschutz erreichen als bei einschaligen Glasfassaden. Man unterscheidet dabei zwischen Zweite-Haut-Fassade (natürlich hinterlüftete Glasschicht welche der eigentlichen Verglasungsebene vorgesetzt wird), Abluftfassade (Lüftungsöffnung in der inneren Fassadenschale, der Fassadenzwischenraum wird zum Absaugen der erwärmten Raumluft benutzt) und Pufferfassade (keine Lüftungsöffnungen, kein Luftwechsel zwischen Innen- und Außenraum)

Fassadensysteme aus Metall

Die gängigsten Metalle für die Herstellung von Fassadenelementen sind Stahl, Aluminium und Kupfer. In Form von Blechen sind sie als Bauhalbzeuge verfügbar und lassen sich zu Paneelen, Formteilen und Verbundelementen weiterverarbeiten. Da Metallbleche absolut dampfdicht sind muss die Unterkonstruktion grundsätzlich mit Hinterlüftung ausgeführt werden.

Fassadensysteme aus Holz

Man unterscheidet hierbei zwischen massiven Holzelementen (Baurund- oder Bauschnittholz) welche als tragende Außenwand und Fassade fungieren und flächigen, nichttragenden Holzelementen (Bretter, Schindeln, Mehrschichtplatten, Holzfaserplatten oder Spanplatten) mit denen tragende Wandbauteile beplankt werden.

Fassadensysteme aus Beton

Betontafeln können als nichttragende Elemente der Fassade vorgehängt werden. Meist werden diese mit Glasfasern oder Textilien bewehrt (so ist eine Mindeststärke von 3 cm möglich). Es gibt klein- oder großformatige Platten (wobei bei Großformaten die Maximallänge 5 m beträgt). Durch die Vorfertigung kann die Oberfläche beliebig beschaffen oder eingefärbt sein.

Fassadensysteme aus Klinkerstein

Hierbei handelt es sich um nichttragende Bauteile aus Beton und frostbeständigem Klinker als Verblender. Die Maximalabmessungen sind 8 m Länge und 3,6 m Höhe. Die Vorfertigung im Werk erfolgt liegend in Stahlschalungen.

Fassadensysteme aus Naturstein

Fassadensysteme aus Naturstein bestehen in der Regel aus dünn geschnittenen Steintafeln wie Granit-, Basalt-, oder Schieferplatten. Diese werden als vorgehängte Fassadenelemente mit Trag- und Halteankern aus Metall befestigt.

Fassadensysteme aus Kunststoff

Kunststoffe werden als Halbzeuge in Form von Platten, Formteilen und Folienkissen verwendet. Kunststoffplatten: Hierbei unterscheidet man ebene Platten oder Well- und Stegplatten. Für die Herstellung von ebenen transparenten Platten sind Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polycarbonat (PC) gebräuchlich. Die üblichen Plattenformate sind 205 x 305 cm. Wellenplatten haben auf Grund ihres Querschnitts eine höhere Steifigkeit (Plattenformate bis 300 x 2000 cm). Werden Kunststoffplatten mit Glasfasern verstärkt bezeichnet man sie als GFK. Stegplatten können aus den bereits erwähnten Kunststoffen zwei- oder mehrlagig hergestellt werden (durch die aussteifende Wirkung der Stege sind größere Formate möglich). Kunststoffformteile: durch Gießen oder Laminieren können frei geformte Kunststoffelemente für Fassaden in nahezu allen Dimensionen hergestellt werden. Folienkissen: mit diesen lassen sich mit minimalem Materialaufwand große Spannweiten überbrücken. In gebogenen Metallrahmen befestigt und durch die so entstandenen Oberflächenkrümmung gespannt, bleiben die Folienkissen in sich stabil (Beispiel: Allianz Arena, München).

Verglaste Gitterschalen
Westfield Shopping Centre, London

Früher war der zentrale Ansatzpunkt der Vorfertigung die Herstellung bzw. Verwendung von möglichst vielen gleichen Bauteilen, welche vor Ort mit geringem Aufwand zusammengefügt werden können. Durch die Einführung computerbasierter Fertigungsprozesse änderte sich diese Einstellung schlagartig. War es vorher so dass man bei Gitterschalen und Raumfachwerken darauf achtete die Anzahl von Stäben mit unterschiedlichen Längen sowie der Knoten mit unterschiedlichen Winkeln auf ein Minimum zu reduzieren ist es heute so dass durch eine entsprechende computergesteuerte Fertigungstechnologie die Herstellung von frei geformte Stahl-Glas-Gitterschalen kein Problem mehr darstellt. Allerdings ist hierfür ein durchgängiger Planungsprozess von der ersten Formgenerierung bis zur abschließenden Montage auf der Baustelle unerlässlich.

Entwicklungen

Ziel der Vorfertigung im Bauwesen ist es die Kosten (vor allem durch Handarbeit) zu reduzieren. Dabei wird die handwerkliche Herstellung von Bauteilen auf maschinelle Fertigungsprozesse übertragen.(Digitale Fabrikation am Beispiel Mauerwerk) Hierbei ist aber eine strenge Maßordnung der Bauelemente Vorraussetzung (Standardisierung). Es wäre wichtig in Zukunft digitale Planungsmethoden mehr mit computergestützten Fertigungsmethoden zu verknüpfen. Es gibt zum Beispiel so genannte 3-D-Drucker welche sich zur Zeit zwar nur für den Modellbau eignen – allerdings wäre dieses System doch auch in größerem Rahmen vorstellbar. (generative Fertigungsverfahren) An der University of South California und der ETH-Zürich wird an der Entwicklung von Baurobotern geforscht. Diese sollen in der Lage sein den Rohbau eines Einfamilienhauses innerhalb von 24 h (Mithilfe industriell vorgefertigter Elemente) zu errichten. In Japan sind Roboter im Bauwesen schon lange alltäglich.


Quellen:

Modulares Bauen, Elemente und Systeme ISBN 9783764386559
http://de.wikipedia.org/wiki/Vorfertigung

Siehe auch:

Contemporary Prefab Houses, ISBN 9783866540224
Bauen mit System, Architektur mit Fertigteilen (Alejandro Bahamón), ISBN 3170175645
Prefab Modern (Jill Herbers), ISBN 006058923x
PreFabNow (James Grayson, Ray Cha) ISBN 9780061149887
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Digitale Fabrikation am Beispiel Mauerwerk


Weblinks:

http://de.wikipedia.org/wiki/Vorfertigung
http://www.shigerubanarchitects.com/
http://www.blankspaces.net/

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