Geklebte Holz-Glas-Fassaden - Anwendungsmöglichkeiten für mehrgeschoßige Gebäude unter Berücksichtigung von Doppelfassaden und deren Verhalten im Brandfall

Abstract

Wachstum und Verdichtung im urbanen Raum erfordern die Entwicklung intelligenter und ressourcenschonender Gebäudesysteme für die "Smart Cities" der Zukunft. Fassadensysteme, die sich der innovativen Bauweise von Holz-Glas-Verbundkonstruktionen (HGV) bedienen, können diesen Anforderungen gerecht werden. Gleichzeitig müssen solche Fassadenkonstruktionen aber vielfältige brandschutztechnische Aspekte erfüllen, wenn sie bei mehrgeschoßigen Gebäuden eingesetzt werden. Das wesentliche Konstruktionsmerkmal von Holz-Glas-Verbundfassaden besteht im kraftschlüssigen Verbund zwischen der Verglasung mit einem umlaufenden Rahmenelement. Durch die Schubverklebung zwischen Glasscheibe und Rahmen kann die Glasscheibe nicht nur als raumabschließendes, sondern auch als statisch wirksames Element eingesetzt werden. Dadurch können einerseits Aussteifungselemente wie Wandscheiben oder Auskreuzungen im Bereich der Fassade entfallen und andererseits der Primärenergiebedarf gegenüber konventionellen Aluminium-Glas-Fassadenkonstruktionen um bis zu 50 % reduziert werden. Marktreife patentierte Anwendungen von HGV-Fassaden werden von unterschiedlichen Unternehmen angeboten. Aktuelle Referenzprojekte sind in Österreich und Deutschland jedoch vorwiegend im Bereich des Fenster- und Wintergartenbaus sowie in Form von Pilotprojekten von Einfamilienhäusern zu finden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von geklebten Holz-Glas-Fassaden auf mehrgeschoßige Gebäude im urbanen Bereich. Besonderes Augenmerk soll dabei auf den Brandschutz gelegt werden, da es sich dabei zumeist um ein Knock-Out-Kriterium handelt. Geeignete Strategien und Lösungsansätze müssen entwickelt werden, um auch bei Anwendungen mit dieser innovativen Technologie ein adäquates Sicherheitsniveau zu gewährleisten. Auf baurechtlicher Ebene müssen sowohl europäische als auch nationale Gesetzte, Normen und Richtlinien als Beurteilungsgrundlage berücksichtigt werden. Nachdem noch keine Europäische Technische Leitlinie (ETAG) für Zulassungen von HGV-Fassadensystem vorliegt, kann die bestehende ETAG-002 für Structural-Glazing-Systeme in Anlehnung herangezogen werden. Auf nationaler Ebene stellen in Österreich die Richtlinien des Österreichischen Instituts für Bautechnik (OIB) den Stand der Technik dar. Weiters sind nationale Standards hinsichtlich der Nachweisführung unterschiedlicher Fassadensysteme (z.B. Vorhangfassaden oder Doppelfassaden) in genormten Prüfanordnungen zu berücksichtigen. Die wesentlichen brandschutztechnischen Leistungsanforderungen an Fassaden von mehrgeschoßigen Gebäuden lauten wie folgt:  Verhinderung einer Brandweiterleitung auf über dem Brandherd liegende Geschoße  Verhinderung des Herabfallens großer Fassadenteile  Verhinderung der Brandausbreitung über Zwischenräume bzw. Anschlussfugen und Hohlräume im Bereich von Trenndecken  Berücksichtigung des Brandverhaltens des Fassadensystems entsprechend der Gebäudeklasse Auf Grund der spezifischen Bauweise von HGV-Fassaden sind darüber hinaus weitere Risiken (z.B. Gebäudeaussteifung ohne Feuerwiderstand) zu beachten und gegebenenfalls Zusatzmaßnahmen zu treffen. Im experimentellen Abschnitt dieser Arbeit werden anhand von mittleren und großmaßstäblichen Fassadenprototypen Brandversuche durchgeführt und analysiert. Durch die gewonnenen Erkenntnisse sollen genehmigungsfähige Fassadensystemen entwickelt und dadurch eine Erweiterung des Einsatzbereichs von Fassaden in Holz-Glas-Verbundbauweise im urbanen Raum ermöglicht werden.

Growth and densification in urban areas require intelligent and resource-efficient building systems for "smart cities" of the future. Timber-glass composites (TGC) provide innovative façade technologies to this respect. At the same time these façades have inherit issues to fire protection, when used for large scale buildings. Timber-glass composites consist of joint glazing-timberframe elements. They are fixed to a timber-substructure and connected to the strucural building elements. A special benefit of this technology is, that the façade is not just used as a transparent envelope but also as a structural load-bearing element. Transparent architecture without bracing elements like walls or crossings can be realized and the primary energy demand of buildings can be reduced up to 50% by using TGC technology. Patented and approved serial TGC façades are already offered by various companies. References can be found in Austria and Germany, but only small scale buildings like single-family-housing and wintergardens are common right now. The main focus of this research is to provide TGC applications for multi-storey and high-rise buildings. Building regulations and standards concerning fire protection can be identified as main knock-out criteria for large scale-applications. Therefore strategies and approaches have to be developed for reducing risks and hazards when using this technology in urban agglomerations. When using TGC façades for multi-storey and high-rise buildings both European and national regulations have to be considered. Even tough there are no “European Technical Approval Guidelines” (ETAG) for TGC façade technology some aspects of ETAG 002 for SSG-Façades have to be taken into account. On the national level the Austrian building regulations and technical guidelines (OIB-Richtlinien) define specific measures concerning façades and fire protection. National standards have to be considered for testing and approval of different types of façades (e.g. single-skinned or double-skinned façade) as well. Main fire protection issues concerning façades of large scale building applications are:  Prevention of fire spread to storeys located above the seat of fire  Prevention of collapsing façade elements  Prevention of fire spread trough gaps and cavities inbetween the façade an the story ceilings  Burning behaviour of façade systems in relation to building classes Besides TGC façades have to comply additional aspects. Curtain-wall façades or double-skinned façades are usually designed as non-load-bearing envelopes, but when TGC façades are used as structural bracing elements fire resistance has to be taken into account. In the experimental section of this research midsize and large scale mock ups will be built and analyzed in fire tests. Results of these tests should lead to approved façade-systems for multi-storey buildings and an extension of TGC technology in urban areas.