Fertigteilbau Grundlagen PDF

Fertigteilbau Grundlagen Prof. Dr.-Ing. Denis Loskant Grundlagen Übersicht Modulinhalte 1. Grundlagen 2. Fertigteilbauweisen 3. Bauteile des Betonfertigteilbaus 4. Auswahl und Vordimensionierung von Beton...

Fertigteilbau Grundlagen Prof. Dr.-Ing. Denis Loskant Grundlagen Übersicht Modulinhalte 1. Grundlagen 2. Fertigteilbauweisen 3. Bauteile des Betonfertigteilbaus 4. Auswahl und Vordimensionierung von Betonfertigteilen 5. Planung und Konstruktion von Betonfertigteilen 6. Herstellung von Betonfertigteilen 7. Transport und Montage von Fertigteilen 8. Bauen mit Halbfertigteilen 9. Elementwände im drückenden Grundwasser 10. Geschoss‐ und Hallenbau 11. Wohnungsbau 12. Einsatz von Sichtbeton Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 2 Grundlagen Literatur https://www.cttconsulting.ch/Dokumente/SkripteBaup rzMgmt/Skript_Industrielles%20Bauen.pdf Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 3 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 4 Grundlagen Lernziele Nr. Inhalte ja etwas nein Nachzuschlagen Anmerkung 1. Du kannst die geschichtliche Entwicklung der Fertigteilbauweise zusammenfassen. 2. Du kannst die Merkmale und Vorteile der Fertigteil‐ bauweise/industriellen Bauweise differenziert aufzählen. 3. Du kennst die allgemeinen Vorbehalte gegen die Fertigteilbauweise. 4. Du hast die Vor‐ und Nachteile der Werksfertigung verinnerlicht. 5. Du kennst die grundlegenden statistischen Zusammenhänge der Fertigteilbauweise auch in Vergleich zur konventionellen Bauweise. Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 5 Einführung Vorwissen zu Fertigteilbau https://www.mentimeter.com/app/presentation/ff61d448e21a8dc51f1be2deb2dd2b25 Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 6 Einführung Teaser Fertigteilbau/Modulbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant https://youtu.be/2YBzssy7sE0 7 Einführung Vorkenntnisse zu Fertigteilbau Gruppenübungsaufgabe: Beantwortet die nachfolgenden Fragen möglichst differenziert nach Themenfeldern: 1. Was sind die Vorteile des Fertigteilbaus? 2. Was sind die Nachteile/Vorbehalte des Fertigteilbaus? 3. Wird sich der Anteil des Fertigteilbaus am Markt in Zukunft erhöhen oder verringern und warum? Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 8 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 9 Einführung Bauen mit Fertigteilen Übungsaufgabe: Was ist die Motivation zum Einsatz von Fertigteilen? Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 10 Einführung Vorteile des Einsatzes von Fertigteilen 1/2 Standardisierung Produktion in Kleinserien/modulares Bauen durchgängiges/kompatibles Datensystem Material, Bauteile und Bauverfahren Rationalisierung Vorfertigung von Bauteilen Entwurfs‐ und Produktionsplanung abstimmen Prozesse optimieren Systematisierung, Mechanisierung Einsatz von Maschinen und Robotern Flexibilisierung/Variabilisierung Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 11 Einführung Umsatz und Arbeitsproduktivität von 2022: 5 Mrd.! Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Goldbeck 12 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 13 Geschichte der Betonfertigteile Wie alles begann  Joseph Monier (1823 – 1906) war Gärtner und wollte robuste Pflanzgefäße zu einem günstigen Preis entwickeln  1867 patentierte er verschiedene aus Eisenbeton hergestellte Produkte  nächste logische Schritt war die Einführung von Betonfertigteilen aufgrund der großen Vorteile gegenüber Ortbeton Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: https://www.prilhofer.com/betonfertigteil‐geschichte 14 Geschichte der Betonfertigteile Serienbauweise mit Massivteilen  Betonfertigteil‐Systeme waren sogenannte Massivbausysteme mit Verbindungen durch Verguss, Schweißen oder Schrauben  Systeme basierten auf Serienbauweise, gebauten Mehrfamilienhäuser sehen sich alle sehr ähnlich  große Flexibilität war nicht möglich, da keine flexiblen Formen für die Bauteile verfügbar waren, diese wurden erst in den 90er Jahren entwickelt  größte Nachteil ist die Uniformiertheit der Gebäude und Grundrisse sowie die Einschränkung im Fall von hohen seismischen Lasten für mehrstöckige Gebäude  Vorteil ist der industrielle Gedanke, der als Basis für die Herstellung der Gebäude dient Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: https://www.prilhofer.com/betonfertigteil‐geschichte 15 Geschichte der Betonfertigteile Serienbauweise mit Massivteilen bis 07:16 Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant https://youtu.be/pG0aTZBoa94 16 Geschichte der Betonfertigteile Entwicklung des „neuen“ industriellen Betonfertigteilsystems (1965 – 1985)  Gitterträger wurde Anfang der fünfziger Jahre des letzten Jahrhunderts entwickelt  Mitte der sechziger Jahre wurde der Gitterträger für Fertigteilprodukte verwendet, dies war Beginn der industriellen Produktion von Betonfertigteilen auf breiter Basis  Produktionsstätten waren zu dieser Zeit sehr einfach, meist stationäre Bahnen unter freiem Himmel und in einfachen Produktionsgebäuden  1980 bis 1985 wurde eine Halbfertigteilwand, die sogenannte Doppelwand, entwickelt und in den Markt eingeführt Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: https://www.prilhofer.com/betonfertigteil‐geschichte 17 Geschichte der Betonfertigteile Entwicklung des „neuen“ industriellen Betonfertigteilsystems (1985 – 2005)  Erfindung Personalcomputer in Verbindung mit CAD (Computer Aided Design) Systemen, die die Erstellung elektronischer Daten des Produkts ermöglichten  Erfindung SPS‐Steuerung (SPS = speicher‐ programmierbare Steuerung) zur Steuerung automatisierter Maschinen  Hinzufügung automatisierte Maschinen, z. B. automatisierte Bewehrungsfertigung (Mattenschweißanlage), Entschal‐ und Schalungsroboter, Laserprojektion, automatisierte Betonverteiler und Leitrechner, um den Produktionsprozess zu steuern und zu kontrollieren Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: https://www.prilhofer.com/betonfertigteil‐geschichte 18 Geschichte der Betonfertigteile Entwicklung seit 2005 und Ausblick auf die kommenden Jahre  BIM ‐ Building Information Modeling  Industrie 4.0: Vernetzung der Maschinen und Anlagen untereinander und mit dem Internet („Smart Factory“)  Papierlose Produktion  Integrierte Haustechnik Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: https://www.prilhofer.com/betonfertigteil‐geschichte 19 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 20 Industrielles Bauen Definition und Merkmale von Industriellem Bauen Übungsaufgabe: Wie könnte eine Definition von Industriellem Bauen lauten? Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Hascher et al., Neue Holzbautechnologien, 2015 21 Industrielles Bauen Definition „Industrielles Bauen“ Das industrielle Bauen bezeichnet die „Rationalisierung von Arbeitsprozessen zur Erreichung von Kosteneffizienz, höherer Produktivität und Qualität“.  Entspricht einem Bauen auf dem derzeitigen oder zukünftigen technologischen, wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Entwicklungsstand  Hierzu gehört trotz standardisierter und automatisierter Prozesse eine differenzierte und individuelle Gestaltung der einzelnen Bauten  Industrielles Bauen sollte alle Bereiche umfassen: Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 22 Industrielles Bauen Merkmale Industrieller Produktion und Übertragung auf die Bauwirtschaft Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 23 Industrielles Bauen Unterteilung von Fertigteilen gemäß der Systemtheorie Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 24 Industrielles Bauen Unterschied zwischen inhaltlichem und räumlichen Integrationsgrad Inhaltliche Integration: Integration verschiedener, ursprünglich unterschiedlichen Bauelementen zugeordneten Eigenschaften in ein Bauteil oder Modul Räumliche Integration: Komplexität eines Bauteils, Moduls oder Systems in Bezug auf die räumliche Ausdehnung, Dimensionalität, Zusammensetzung aus Subsystemen sowie begrenzenden Schnittstellen Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 25 Industrielles Bauen Systematisierung der Fertigteile gemäß Integrations‐ und Verknüpfungsgrades Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 26 Industrielles Bauen Baukastensysteme als Ordnungsprinzip  Ein Baukastensystem gestattet den Aufbau verschiedener Kombinationen aus einer Sammlung genormter Bauelemente  Verschiedene Kombinationen können entstehen, indem  immer wieder andere Elemente,  unterschiedliche Anzahl der selben Elemente,  dieselbe Anzahl derselben Elemente in verschiedenen räumlichen Anordnungen verwandt werden. austauschbare Subsysteme verschiedener, kein Einsatz systemfremder unabhängiger Hersteller mit Bauelemente, nur ein Hersteller definierten Schnittstellen Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 27 Industrielles Bauen Vorfertigungsgrad und wirtschaftlicher Transportradius von Konstruktionstypologien Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Staib et al., Elemente und Systeme, 2008 28 Industrielles Bauen Vor‐ und Nachteile der Werksfertigung Gruppenübungsaufgabe: In welche drei großen Teilbereiche lassen sich die Vorteile der Werksfertigung gliedern? Was sind die Vorteile im Einzelnen im Detail innerhalb der Teilbereiche? Was sind die Nachteile der Werksfertigung? Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 29 Industrielles Bauen Modulares Bauen: Wie gut sind Wohnungen vom Fließband? Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant https://youtu.be/ZHLKGfWli7U 30 Industrielles Bauen Vorteile der Werksfertigung Qualitätsverbesserung  Bessere Arbeitsbedingungen mit höherer Arbeitsleistung  Witterungsunabhängige Fertigung  Größere Maßhaltigkeit durch Verwendung von Stahlschalungen  Bessere Betonnachbehandlung als auf der Baustelle  geringere Streubreite der Betonqualität  Herstellung architektonisch strukturierter und farblicher Betonbauteile für Fassadengestaltung  Möglichkeit variablerer Oberflächengestaltung (Strukturierung, Einfärben)  Realisierung eines effizienteren Qualitätsmanagements mit einer standardisierten, prozessorientierten Qualitätskontrolle Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 31 Industrielles Bauen Vorteile der Werksfertigung Verkürzung der Bauzeit  weitestgehend witterungsunabhängig (Produktion und Montage kann auch im Winter erfolgen)  Gleichzeitige Produktion im Werk z. B. der Wand und Deckenelemente bei parallel laufender Fundamentherstellung  Keine aufwendige Baustelleneinrichtung  Rohbau nach Errichtung trocken und sofort belastbar  Verkürzte Planungszeit und Vorbereitungsarbeiten bei möglichem Rückgriff auf typisierte bzw. modularisierte Plattformelemente  Möglichkeit der Zwischenlagerung und Lieferung auf Abruf Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 32 Industrielles Bauen Vorteile der Werksfertigung Verringerung der Herstellkosten  Verringerung der nichtwertschöpfenden Arbeitszeit durch repetitive, logistikunterstützte Herstellprozesse im Werk  Reduzierung der Gerüstkosten auf der Baustelle  Verminderung von Arbeitsstunden durch erhöhte Effizienz in der Vorfertigung  Materialersparnis – keine witterungsbedingten/ordnungsbedingten Verluste  Vorspannung im Spannbett – repetitive Nutzung  indirekte Preisvorteile: Einhaltung der kalkulierten Kosten durch Festpreise  Reduzierung der Schalungskosten durch effizienteren, standardisierten Einsatz der Schalungen  Durch Verkürzung der Bauzeit geringere Finanzierungskostenund frühzeitigere Nutzungserträge Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 33 Industrielles Bauen Nachteile der Werksfertigung  Mangelhafte firmenübergreifende Standardisierung erschweren eine firmenübergreifende Zusammenarbeit  Höhere Transportkosten bei großen Bauteilen bzw. Einschränkung des Auslieferungsradius  Montage benötigt leistungsfähigen Mobilkran (Platzbedarf/Standsicherheit /Kosten)  Bemessung der Fertigteile auch für den Lastfall Transport notwendig  Hoher Fixkostenanteil durch hohe Mechanisierung in der Produktion  Bei Einzellösungen höhere Planungsaufwendungen  ggf. veränderte Baumassen durch andere statische Systeme (Durchlaufträger Ortbeton und Einfeldträger Fertigteil)  Toleranzprobleme bei der Kombination Ortbeton mit Fertigteilen Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Girmscheid, Industrielles Bauen, ohne Jahr 34 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 35 Verwendete Baumaterialien Häufigkeit von Bauweisen nach Material und Land Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Albus, Systematische Planungs‐ und Bauprozesse, 2021 36 Verwendete Baumaterialien Überwiegend verwendeter Baustoff bei Wohngebäuden im Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: Albus, Systematische Planungs‐ und Bauprozesse, 2021 37 Verwendete Baumaterialien Überwiegend verwendeter Baustoff bei Nichtwohngebäuden im Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 38 Grundlagen Inhaltsübersicht 1. Einführung 2. Geschichte der Betonfertigteile 3. Industrielles Bauen 4. Verwendete Baumaterialien 5. Anteil Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 39 Anteil Fertigteilbau Baufertigstellungen konventionell Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 40 Anteil Fertigteilbau Baufertigstellungen im Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 41 Anteil Fertigteilbau Geplanter Hausbau/‐kauf Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 42 Anteil Fertigteilbau Anteil Fertighäuser am gesamten Neubau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 43 Anteil Fertigteilbau Anzahl der Betriebe im Fertigteilbau Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant Quelle: statista 44 Grundlagen Musterprüfungsaufgaben Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 45 Grundlagen Bonusaufgabe Beantworte die folgenden Fragen: a) Was sind die Merkmale industrieller Produktion? b) Warum wird das Bauen mit hoher Vorfertigung immer beliebter und verbreiteter? c) Der Modulbauweise haftet an, dass sie weniger individuell für den Bauherrn ist. Nimm zu dieser Aussage Stellung. d) Was sind die wesentlichen Unterschiede bei einem Bau vor Ort und einem Bau mit einer hohen Vorfertigung? Erläutere die Unterschiede kurz. e) Was sind die Chancen und was die Risiken bei einem Bau mit einer hohen Vorfertigung im Vergleich zu einem Bau vor Ort? f) Stelle die zeitlichen Unterschiede für einen Bau vor Ort und einen Bau mit einer hohen Vorfertigung bezogen auf die einzelnen Arbeitsschritte in einem Diagramm qualitativ in geeigneter Form gegenüber. Prof. Dr.‐Ing. Denis Loskant 46