Materialien, die in Fertighäusern verwendet werden

Fertighäuser (Fertighäuser) sind spezialisierte Häuser, bei denen die Komponenten außerhalb der Baustelle in Standardabschnitten gebaut werden, die vor Ort zusammengebaut und fertiggestellt werden. Als Alternative zu herkömmlichen Bautechniken dient dies als schnellere Bauweise mit weniger Abfall und einem weniger negativen ökologischen Fußabdruck. Fertighäuser können auf viele Arten bezeichnet werden, einschließlich Fertighäuser, modulare Häuser und modulare Häuser.

Die Bauindustrie in Hongkong erzeugt beispielsweise bis zu 40 % der gesamten Deponieeinnahmen als Abfall, und der Fertigbau als Alternative soll diesen Abfall voraussichtlich um fast 85 % reduzieren. Es ist auch eine schnellere Bauweise, wie ein chinesisches Bauunternehmen beweist, das 2015 mit dieser Methode ein 57-stöckiges Gebäude in 19 Tagen errichtete [1].

Aufgrund der Art der Anforderungen an Fertighäuser müssen die verwendeten Materialien bestimmte Kriterien wie Langlebigkeit und geringes Gewicht erfüllen. Allerdings muss nicht jedes einzelne Element eines Gebäudes für die Vorfertigung in Betracht gezogen werden. Nur bestimmte Komponenten, die den Großteil der Konstruktion und Innenausstattung eines Gebäudes ausmachen, können vorgefertigt werden, wie Wände, Böden, Dächer, Schränke und Regale.

In diesem Artikel erfahren Sie Folgendes:

• Was Fertighäuser sind
• Materialien, die in Fertighäusern verwendet werden
• Zukunftstrends von Fertighäusern

Was sind Fertighäuser?

Fertighäuser sind Häuser, deren Komponenten vor der Montage/Installation an ihrem endgültigen Standort extern gebaut wurden. Die Herstellung dieser Komponenten erfolgt in einer kontrollierten Umgebung; meistens eine Fabrik. Die treibenden Prinzipien hinter Fertighäusern sind [2]:

1. Industrialisierung und Massenproduktion

Fertighäuser können in Massenproduktion hergestellt werden, da die Komponenten relativ schneller aufgebaut werden können als der Bau vor Ort. Dies würde eine Verlagerung des Schwerpunkts und der Infrastruktur des Bauwesens von der Herstellung von Rohstoffen wie Zement, Sand und I-Trägern hin zur Herstellung von modularen Komponenten wie vorgefertigten Platten und Sperrholz bedeuten.

2. Geschwindigkeit und Erschwinglichkeit

Fertighäuser sind aufgrund der Zeit- und Arbeitsersparnis im Vergleich zum traditionellen Bau billiger als normale Häuser. Die verbrauchte Zeit konzentriert sich eher auf die Herstellung der Komponenten als auf deren Zusammenbau.

3. Anpassung und Nachhaltigkeit

Das Design von Fertighäusern erfordert, dass die Komponenten so passen, dass ein angemessenes Maß an Anpassungsfähigkeit möglich ist. Darüber hinaus müssen die bei der Konstruktion und Montage eingesetzten Prozesse die Umwelt so wenig wie möglich belasten.

Zusammenfassend sind die Vorteile von Fertighäusern:

• relativ niedrigere Gesamtkosten
• einfachere Qualitätskontrolle
• schnelleres und sichereres Bauen
• weniger Verschwendung und Werterholung durch Rückbau statt Abriss

Die Nachteile liegen in ihrer reduzierten Festigkeit und Stabilität, was bei Naturkatastrophen und sogar während des Transports der vorgefertigten Segmente vom Herstellungsort zum Installationsort ernsthaft bedenklich ist [3].

Materialien, die in Fertighäusern verwendet werden

In Fertighäusern werden verschiedene Materialien wie Beton, Holz und Metalle verwendet [4]. Hier untersuchen wir einige dieser Materialien und ihre Wirksamkeit bei der Verwendung.

Beton

Die Verwendung von Beton als Baustoff ist bereits gut dokumentiert. Allerdings bekommt der Einsatz für Fertighäuser eine andere Dimension, da hier andere Überlegungen angestellt werden. Durch die Verwendung von Formen ist es möglich, stabile Strukturen mit sehr komplizierten Profilen zu erzielen. Betonfertigteile können auch in größeren mehrstöckigen Konstruktionen verwendet werden, die die Bausteine ​​bilden können. Die Materialien selbst können so formuliert werden, dass sie bestimmte Anforderungen erfüllen, wie z. B. geringes Gewicht (es gibt Betonformulierungen, die auf Wasser schwimmen können) und Beständigkeit gegen Temperaturschwankungen. Zusätze wie Graphenoxid können Beton zugesetzt werden, um ihn zu einem nachhaltigeren Material zu machen.

Holz

Holz ist ein weiteres häufig verwendetes Material in Fertighäusern. Es kann so verwendet werden, wie es ist, in Form von „Schwerholz“, was sich auf Stützen- und Balkenkonstruktionen bezieht, oder in Form von „Massenholz“, was sich auf seine Verwendung als Plattensysteme bezieht (eine Kombination aus Holz und anderen Materialien). Die Feuerbeständigkeit von Holz ist oft Anlass zur Sorge, aber Holzsysteme können aufgrund der ablativen Verkohlung, die sich während der Einwirkung von Feuer bildet, so konstruiert werden, dass sie eine gute Feuerbeständigkeit aufweisen. Bambus ist ein gängiges Baumaterial, das auch für den Einsatz in Fertighäusern angepasst werden kann. Holz kann auch zu Verbundwerkstoffen verarbeitet werden, die gute Materialeigenschaften haben, sogar vergleichbar mit Stählen. Beispiele für solche Holzmaterialien sind Brettsperrholz (CLT), Brettschichtholz (GLULAM) und Furnierschichtholz (LVL). Sie alle sind im Wesentlichen mehrere Abschnitte von Holzplatten, die so zusammengeklebt sind, dass es keine durchgehenden Faserlinien für die Entstehung oder Ausbreitung von Fehlern/Rissbildungen gibt.

Stahl

Stahl ist ein gängiges Baumaterial, das als Stützrahmen (I-Träger und Säulen), Böden und Wände für modulare Gebäude verwendet wird. Es kann in Verbindung mit Materialien oder als Hauptteil der Baumaterialien verwendet werden, wie z. B. bei der Anpassung von Schiffscontainern. Untersuchungen legen nahe, dass Stahlgehäuse bis zu zehn Stockwerke oder sogar mehr hoch gebaut werden können.

Vorteile von Stahl sind sein relativ geringes Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit, der einfache Transport und die Recyclingfähigkeit. Zu den Nachteilen gehören dagegen eine schlechte Isolierung, eine unterdurchschnittliche akustische Leistung und die Tatsache, dass die Verwendung von Stahl für diesen Zweck ihn möglicherweise aus dem Recyclingkreislauf herausführt.

Glas

Glas ist ein hochgradig anpassbares Material für verschiedene Gebäudefunktionen. Im Bauwesen werden verschiedene Glasarten verwendet, darunter gehärtetes Glas, Verbundglas, hitzebeständiges Glas und Drahtglas. Glas kann nützliche Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Isolierung, chemische Beständigkeit und Feuerbeständigkeit mit sich bringen. Glas hat auch eine einzigartige ästhetische Qualität und ist vollständig recycelbar, ein häufiges Thema von Fertighäusern.

Recycelte und wiedergewonnene Materialien

Zu den wiederverwertbaren Materialien gehören einige der traditionellen Baumaterialien wie Beton, Gipskartonplatten und Stahl. Dazu gehören auch andere Materialien wie Zellulosedämmung, Deckenplatten, Kunststoffe, Keramik- oder Porzellanfliesen und Glasfaserdämmung. Alle diese Materialien können zum Bau von Fertighäusern verwendet werden.

Die Herausforderung bei der Verwendung dieser Materialien besteht darin, dass einige von ihnen keine ständige Versorgung haben und sich nicht auf eine konsistente Verwendung verlassen können. Einige dieser Materialien können auch langfristig giftig oder schädlich für Anwohner sein und müssen daher sorgfältig untersucht werden, ob sie für den Zweck geeignet sind.

Fertighäuser tragen zur Nachhaltigkeit bei

Die modulare Vorfertigung hat sich als Verfahren mit vielen nachhaltigen Vorteilen gegenüber konventionellen Ansätzen erwiesen. Neben den offensichtlichen Aspekten wie Abfallreduzierung und geringerem Energieverbrauch vor Ort spielen zahlreiche Faktoren für die Nachhaltigkeit von Fertighäusern eine Rolle, insbesondere in der Bauphase. Seine nachhaltige Leistung hat sich beim Umgang mit Bauabfällen, ästhetischen Optionen, Standortstörungen, Wasserverbrauch und Umweltverschmutzung gezeigt.

Um die Nachhaltigkeit des Fertigbaus – und des Bauens im Allgemeinen – angemessen zu bewerten, sollten alle Phasen des Baus, des Betriebs und der Instandhaltung eines Gebäudes während seines gesamten Lebenszyklus berücksichtigt werden.

Eine Studie aus dem Jahr 2019 über die nachhaltige Leistung von vorgefertigten modularen Gebäuden extrahierte 16 Indikatoren in wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Dimensionen, um sie mit der Leistung herkömmlicher Gebäude zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Fertigbau deutlich geringere Auswirkungen auf die Umwelt hatte, insbesondere in Bezug auf Emissionen, Energie- und Wasserverbrauch. Der Fertigbau wies auch wirtschaftliche Vorteile auf, da er die Menge an Stahl, Beton und Schalung, die im traditionellen Bau verwendet wurden, um 60 %, 56 % bzw. 77 % reduzierte [5].

Wie die additive Fertigung beim Bau von Fertighäusern helfen kann

Die additive Fertigung (AM) wurde meist als eine Technologie angesehen, die auf kleine Produkte beschränkt ist, die sich nur schwer für größere Designs skalieren lassen. Neuere Technologien machen Durchbrüche nicht nur bei der Verwendung von AM für groß angelegte Konstruktionen, sondern auch bei der Verwendung für die Konstruktion.

Die größte Herausforderung besteht jedoch darin, ein Material zu formulieren, das für den 3D-Druck geeignete Eigenschaften aufweist und zu einem ausreichend stabilen Gebäude führt. Zementbasierte Materialien, Polymere und Metalle sind einige der Materialien, die für die additive Fertigung modifiziert werden können.

Die Konstruktion durch additive Fertigung kann die Baukosten erheblich senken, da sie weniger Abfall erzeugt und weniger arbeitsintensiv ist. Einige ikonische Gebäude wurden bereits mit AM-Technologie gebaut, darunter unter anderem ein Bürogebäude in Dubai, eine Brücke in Amsterdam und ein Hotelgebäude in Manila [6].