Studenten ontwikkelen innovatieve connectoren voor nieuwe houtbouwcampus

In de Duitse Diemerstein vallei wordt er momenteel een nieuwe houtbouwcampus opgetrokken. Bijzonder is dat de campus niet alleen voor, maar ook door de Technische Universiteit Kaiserlautern wordt gebouwd. Studenten en onderzoekers ontdekken al doende hoe klimaatneutraal bouwen er in de toekomst kan uitzien. Voor het eerste campusgebouw ontwikkelden ze alvast erg inventieve connectoren.

Bouw- én onderzoeksproject

De campus wordt op een prachtige locatie gebouwd. De Diemerstein vallei ligt in het noorden van het grootste aaneengesloten bosgebied van Duitsland: het Paltserwoud. Hij komt vlak tegenover Villa Denis te liggen, een cultureel monument dat in 1835 door spoorwegpionier Paul Camille von Denis werd gebouwd, en dat vandaag vooral dienst doet als conferentiecentrum. Door in de lengterichting van het dal te bouwen, zullen de natuurlijke luchtstromen niet verstoord worden. Op een oppervlakte van 3.700 m2 worden er verschillende gebouwen met uiteenlopende functies opgetrokken. Telkens zullen er innovatieve constructiemethoden onderzocht en toegepast worden.

Voor de architectuur en ingenieur studenten is het als een speeltuin waar ze de kans krijgen om nieuwe technieken te ontwikkelen, te testen en toe te passen. Het einddoel is de bouwsector helpen verduurzamen. De sector levert immers een grote bijdrage aan de wereldwijde CO2-uitstoot, is een grote verbruiker van energie en grondstoffen en produceert enorme hoeveelheden afval. Door hernieuwbare materialen te gebruiken en deze lang in de kring te houden, wil de universiteit met dit experiment aantonen dat het mogelijk is om de circulaire economie ook in de bouwsector ingang te doen vinden.

t-lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe - De campus komt in het prachtige Diemersteindal te liggen

Werkplaatsgebouw bijna klaar

Een eerste gebouw zit alvast in een vergevorderde fase. Het gaat om een grote, uit hout opgetrokken hal waar onder andere workshops en seminaries georganiseerd zullen worden. Ze zal ook fungeren als werkplaats: studenten kunnen er onder andere mock-ups voor lopende onderzoeksprojecten bouwen en assembleren.

Het gebouw wordt bijna volledig opgetrokken uit hout: van de structuur over de wand- en vloerpanelen tot de gevelbekleding. Voor de vloerconstructie werd het eeuwenoude principe van de kruipruimte toegepast: 20 centimeter dikke vloerplaten van kruislings gelamineerd hout rusten zo’n 30 centimeter boven de ondergrond op stalen liggers.

Om de 13 meter brede, 26 meter lange en 7 meter hoge hal te overspannen werden frames van gelamineerd beukenhout gebruikt. Ze werden telkens op 2,5 meter van elkaar geplaatst en met wel heel bijzondere connectoren aan elkaar en aan de CLT wand- en dakpanelen bevestigd. Aan de buitenkant van de wandpanelen kwam een isolerende laag en vervolgens een buitenbekleding van houten planken, die met schroeven bevestigd werden.

t-lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe - De CLT frames worden in de werkplaats voorbereid

Verbinders uit kunstharshout

De connectoren zijn een prima voorbeeld van toegepast wetenschappelijk onderzoek. Inspiratie voor de organische vorm vonden de onderzoekers in de natuur: de vorm van de verbinders is gebaseerd op takvorken. Ze zijn gemaakt van geperst beukenfineer dat eerst met kunsthars geïmpregneerd wordt en vervolgens aan hoge druk en temperatuur blootgesteld wordt zodat de mechanische eigenschappen aanzienlijk toenemen.

Er werden vier verschillende verbinders ontwikkeld en geparametriseerd. Na heel wat simulaties volgden mechanische testen. De proefstukken werden daarbij aan steeds hogere krachten blootgesteld tot de verbinding bezweek en afbrak. Het hele onderzoek werd uitgevoerd door de studenten zelf. De universiteit staat er namelijk op dat de architecten en ingenieurs in spe niet ophouden eens een ontwerp in detail is uitgewerkt, ze moeten het ook zelf uitwerken zodat ze leren inschatten waar problemen kunnen opduiken en hoe ze de constructieberekeningen precies moeten uitvoeren.

t-lab Holzarchitektur und Holzwerkstoffe - Mock-up van de knopen

Bouwen aan de toekomst betekent volgens ons dat gebouwen milieuvriendelijk moeten worden, dat wil zeggen dat ze weer ontmanteld kunnen worden en dat hun componenten recycleerbaar zijn

—

Prof. Dr. Ing. Jürgen Graf

Circulair gebouw

Het team wilde verder gaan dan louter het gebruik van hernieuwbare grondstoffen. De verschillende elementen moesten ook zo lang mogelijk in de economische kring kunnen blijven. Daarom werd het principe van standaardisering toegepast. Op die manier kunnen de verschillende onderdelen immers opnieuw gebruikt worden zonder dat er bijkomende productie aan te pas moet komen. De hele constructie kan later heel gemakkelijk weer gedemonteerd worden.

Om dit te faciliteren, blijven de schroeven en bouten waarmee de connectoren aan de andere elementen verbonden worden steeds toegankelijk. Simulaties wezen wel uit dat in geval van brand de kritieke straaltemperatuur van ca. 500 °C al na enkele minuten bereikt wordt. Om aan de brandwerendheidseisen te voldoen (klasse R30), werden de bevestigingsmiddelen van een coating voorzien die bij brand gaat opschuimen om zo de opwarming van het metaal tegen te gaan.

Prof. Dr. Ing. Jürgen Graf, die instaat voor het structureel ontwerp, is enthousiast: “Bouwen aan de toekomst betekent volgens ons dat gebouwen milieuvriendelijk moeten worden, dat wil zeggen dat ze weer ontmanteld kunnen worden en dat hun componenten recycleerbaar zijn. Hout is een erg interessant bouwmateriaal omdat het hernieuwbaar is en bovendien koolstofdioxide opslaat zolang de componenten blijven bestaan.”