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Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

1.2 Zielsetzung

1.3 Umsetzung

2 Stand der Technik und Forschung

2.1 Einführung

2.2 Brandszenarien

2.2.1 Brand in einem Gebäude

2.2.2 Brand von außen, angrenzend zur Fassade

2.2.3 Brand in einem Nachbargebäude

2.3 Baurechtliche Anforderungen

2.3.1 Anforderungen gemäß MBO [105] sowie Sonderbauvorschriften

2.3.2 Klassifizierungen von Bauprodukten und Bauarten

2.3.3 Nachweis der Verwendbarkeit in Deutschland

2.3.4 Auswertung von Brandschadenereignissen

2.3.5 Abwehrender Brandschutz – Einsatzgrenzen der Feuerwehr

2.4 Groß skalierter Brandversuch für Außenwandbekleidungen

2.5 Prüffeuer von groß skalierten Brandversuchen

2.5.1 Anforderungen

2.5.2 Brandtechnische Parameter

2.5.3 Gasbrenner

2.5.4 Holzkrippe

2.5.5 Poolfeuer

2.6 Zusammenfassung

3 Bestimmung der maßgebenden Brandbeanspruchung für Außenwandbekleidungen – Raumbrandszenario

3.1 Einführung

3.2 Grundlagen

3.3 Brandtechnische Parameter

3.3.1 Bemessung der Brandlastdichte

3.3.2 Wärmefreisetzungsrate im Brandraum

3.3.3 Wärmeabgabe über die Brandraumöffnung

3.3.4 Branddauer

3.4 Einfluss geometrischer Randbedingungen des Brandraums

3.4.1 Form der Öffnungen und resultierender Heißgasstrom

3.4.2 Einfluss der Brandraumgeometrie

3.4.3 Flammenhöhen an der Brandraumöffnung

3.5 Bestimmung der Brandbeanspruchung auf eine Außenwand

3.5.1 Allgemeines Vorgehen

3.5.2 Randbedingungen

3.5.3 Maßgebende Brandbeanspruchung der Außenwand oberhalb der Brandraumöffnung

3.6 Sonderszenarien – Raumbrände

3.6.1 Ausführung der Umfassungsbauteile aus sichtbaren Holz oder mit Holzbekleidungen

3.6.2 Einfluss der Querbelüftung infolge von Windbeanspruchungen

3.6.3 Einfluss der Sonneneinstrahlung und der Umgebungstemperatur

3.7 Fassadengeometrie

3.7.1 Einfluss von Kragplatten

3.7.2 Einfluss von Eckwänden- und U-förmigen Wänden

3.8 Zusammenfassung

4 Grundlagen zu den numerischen und experimentellen Untersuchungen

4.1 Einführung

4.2 Berechnungsmethodik FDS

4.2.1 Hydrodynamisches Modell

4.2.2 Geometrische Diskretisierung

4.2.3 Wärmetransportmechanismen

4.2.4 Pyrolyse Modelle

4.2.5 Pyrolyserate über reaktionskinematische Ansätze

4.2.6 Modellierung der Verbrennung

4.3 Experimentelle und numerische Auswertungen

4.3.1 Messtechnik

4.3.2 Bewertungsmethoden von Validierungsversuchen

5 Experimentelle und numerische Untersuchung von Prüffeuern

5.1 Einführung

5.2 Gasbrenner

5.3 Holzkrippe

5.4 Poolfeuer

5.5 Zusammenfassung

6 Experimentelle und numerische Untersuchung von groß skalierten Brandversuchen

6.1 Einführung

6.2 BS 8414-1 [19]

6.3 LEPIR 2 [115]

6.4 SP FIRE 105 [120]

6.5 ISO 13785-2 [71]

6.5.1 Numerische Untersuchung – Modellierung

6.5.2 Numerische Untersuchungen – Ergebnisse

6.5.3 Fazit

6.6 Vergleich und Bewertung Brandversuche

6.6.1 Randbedingungen Simulationsvarianten

6.6.2 Ergebnisse

6.7 Zusammenfassung

7 Numerische Untersuchungen zur Entwicklung eines Prüfverfahrens für Außenwandbekleidungen

7.1 Einführung

7.2 Grundmodell

7.2.1 Randbedingungen Simulationsmodelle

7.2.2 Poolfeuer

7.2.3 Holzkrippe

7.2.4 Kompakt-Gasbrenner

7.2.5 Messdaten

7.2.6 Ergebnisse

7.2.7 Fazit

7.3 Parameterstudie

7.3.1 Brandkammer

7.3.2 Eckwände

7.3.3 U-förmige Wände

7.3.4 Brandversuche mit Außenwandbekleidungen – Vergleichsnachweis Sockelbrandprüfung

7.3.5 Prüfablauf, Geometrie und Messstellen

7.3.6 Umgebungsbedingungen im Brandversuch

8 Zusammenfassung und Ausblick

9 Literaturverzeichnis

10 Anlagen

10.1 Anlage A – Zusammenfassung relevanter Prüfbedingungen von groß skalierten Brandversuchen zur Prüfung von Außenwandbekleidungen in Europa

10.2 Anlage B – Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Wärmefreisetzungsrate von Holzkrippen

10.3 Anlage C – Auswertung Raumbrandmodelle

10.4 Anlage D – Validierungsversuche Prüffeuer

10.5 Anlage E – Bestimmung eines Prüfverfahrens

10.6 Anlage F – Materialspezifische Eingabewerte für FDS

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Das Holzbau-Taschenbuch ist das Standardwerk des Holzbaus. Mit der 10. Auflage wird der Band "Grundlagen" in vollständig überarbeiteter und aktualisierter Form vorgelegt. Neueste Erkenntnisse aus Forschung und Praxis sowie die aktuelle Normung wurden von den führenden Wissenschaftlern und Praktikern aufbereitet. Nach einem Abriss der Geschichte und einer Einführung in den Holzbau von heute mit seinen Anwendungsgebieten und Entwurfsgrundsätzen werden die werkstofflichen Grundlagen von Holz, Holzwerkstoffen und Klebstoffen dargestellt. Entwurf, Berechnung und Bemessung bilden die zentralen Themen des Buches und werden umfassend behandelt. Weitere Kapitel sind dem Holzschutz, dem Brandschutz und den bauphysikalischen Funktionen gewidmet. Um der dynamischen Entwicklung der Holzbauweise Rechnung zu tragen, befasst sich ein eigenes Kapitel mit dem mehrgeschossigen Holzbau. Das Buch ist ein Nachschlagewerk für die Planungspraxis und eine unverzichtbare Hilfe bei der Einarbeitung in die innovative Bauweise. Mit der neuen Auflage wird das Standardwerk in vollständig neubearbeiteter und aktualisierter Form vorgelegt. Dies wurde insbesondere wegen der Umstellung der Berechnungsnormen auf das semiprobabilistische Sicherheitskonzept notwendig. Zudem wurden der Umfang der geregelten Holz- und Holzwerkstoffprodukte sowie die Möglichkeiten der Bemessung von Holzkonstruktionen aufgrund neuer Erkenntnisse aus Forschung und Praxis umfassend erweitert.

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Britta Wißmann
Zum Tragverhalten der Oriented Strand Boards (OSB) bei Beanspruchung durch Einzellasten
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2013, 153 S., zahlr. Abb. und Tab., Softcover
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Holzwerkstoffplatten aus ausgerichteten Grobspänen - Oriented Strand Boards (OSB) - erfreuen sich großer Beliebtheit im Einsatz für tragende Unterböden auf Holzbalkendecken. In Abhängigkeit von der geplanten Nutzung dieser Decken sind, neben den gleichmäßig verteilten Flächenlasten, unterschiedlich hohe Einzellasten anzusetzen, die über quadratische Aufstandsflächen mit einer Kantenlänge von 50 mm aufzubringen sind. Der experimentell zu erbringende Nachweis dieser Einzellasten ist in der Praxis problematisch. Vorliegende, vereinfachte rechnerische Ansätze sind auf die Platten entweder nicht anwendbar oder führen zu sehr konservativen Ergebnissen. Nach einer Erörterung der Eigenschaften von OSB wird in der Arbeit das Tragverhalten unter Einzellasten sowohl experimentell als auch numerisch untersucht. Im experimentellen Teil werden OSB/3 zunächst hinsichtlich ihrer allgemeinen Eigenschaften untersucht. Anschließend werden einachsig gespannte Platten durch Einzellasten geprüft, wobei die Belastungsstelle im Bezug zum Auflager und zum freien Rand der Platten variiert wird. Es folgen Untersuchungen an Nut- und Federplatten. Die numerische Untersuchung umfasst eine linear elastische Analyse der Schnittgrößen und Verformungen orthotroper Platten sowie eine materiell nichtlineare Untersuchung. Hierzu wird ein Finite-Elemente-Modell mit Volumenelementen und nichtlinearen Materialgesetzen hergeleitet, welches das Tragverhalten der Platten bis zum Bruch abbildet. Ausgehend von diesen Untersuchungen werden, nach einer ausführlichen Analyse des Tragverhaltens, Bemessungsvorschläge erarbeitet, die dem Tragwerksplaner eine realistische Abschätzung der Tragfähigkeit in einfachen Handrechnungen ermöglichen.

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Brettschichtholz aus acetylierter Radiata Kiefer
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Acetylierte Radiata Kiefer, das Produkt einer speziellen Holzmodifikation, besitzt eine verbesserte Dauerhaftigkeit und Formstabilität. Sie ist grundsätzlich für die Herstellung von Brettschichtholz frei bewitterter Konstruktionen geeignet. In der Forschungsarbeit werden entsprechende Kennwerte, die für die Bemessung von Bauteilen und von Verbindungsmitteln erforderlich sind, mit wissenschaftlichen Verfahren hergeleitet.

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Forschungsberichte

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Holz findet seit Jahrhunderten Anwendung als nachhaltiges Material für Fassadenbekleidungen. Die Zuordnung zu normalentflammbaren Baustoff lässt die Verwendung von Holz als Fassadenmaterial jedoch nur für Gebäude bis einschließlich Gebäudeklasse 3 zu. Mit der Oberflächenpyrolyse wird ein Verfahren aufgezeigt, den Feuerwiderstand von Fassadenhölzern ohne weitere chemische Behandlung soweit zu erhöhen, dass eine Klassifizierung als schwerentflammbarer Baustoff möglich wird. Zur Untersuchung der Pyrolyseschicht wurde eine autarke Pyrolyseanlage auf der Basis eines Bandbrenners zur Direktbeflammung entwickelt, in der die Stärke der Schicht analysiert werden konnte. Unter Berücksichtigung unterschiedlicher Prüfverfahren und Normierungen wurde so der Feuerwiederstand gezielt erhöht.

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Martin Gräfe, Philipp Dietsch, Andreas Hipper, Matthias Wild, Stefan Winter
Vorspannung von Brettsperrholzkonstruktionen
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Hohe und schlanke Bauwerke werden durch Wind- und Erdbebenlasten horizontal beansprucht. Die daraus entstehenden Kräfte sind häufig eine bemessungsmaßgebende Einwirkung, je mehr, umso geringer das Eigengewicht der Tragstruktur ist. In hohen Geschossbauwerken sind daher häufig erhebliche Zugkräfte aufzunehmen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung von Möglichkeiten, aussteifende Bauteile aus Brettsperrholz vertikal vorzuspannen, um diese Zugkräfte aufnehmen zu können. In diesem Forschungsvorhaben wurde untersucht, wie aussteifende Bauteile im Geschossbau (Wandscheiben und Kerne) aus Brettsperrholz vertikal vorgespannt werden können. Im Einzelnen wurde das mechanische Verhalten von Brettsperrholz bei der Einleitung von konzentrierten Einzellasten in Plattenebene, das Kriechverhalten unter Längsdruckbeanspruchung, sowie die Möglichkeiten der Ausbildung formschlüssiger Bauteilverbindungen untersucht. Dieser Forschungsbericht soll einen Beitrag dazu liefern, die ingenieurmäßige Anwendung des vorgeschlagenen Systems vorgespannter Brettsperrholzbauteile durch Bereitstellung wesentlicher technischer Eigenschaften zu erleichtern, bzw. zu ermöglichen.

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Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten
Modellierung, numerische Simulation, Validierung - Teilprojekt 4: Bauteilprüfung, FEM-Modellierung und Validierung
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2018, 337 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Holzhäuser zeigen Pioniercharakter in Bezug auf Energieeinsparung und Nachhaltigkeit. Sie bestechen durch ihre Kombination von nachhaltiger Bauweise mit anspruchsvoller Ästhetik und moderner Architektur. Auf Grund dieser Vorteile nimmt die Anzahl der Holzbauten auch in der Geschossbauweise des urbanen Bereichs kontinuierlich zu. Gerade im Geschosswohnungsbau bieten sich moderne vorgefertigte Massivholzelemente wie Brettsperrholzelemente, Hohlkastenelemente oder Holz-Beton-Verbundelemente für eine baukonstruktiv kosteneffiziente Erstellung der Gebäude an. Verglichen mit Gebäuden in Mauerwerks- und Betonbauweise stellt jedoch die Planung eines Bauobjektes in Holzbauweise für den Architekten und die Fachplaner eine deutlich größere Herausforderung dar. Die Gründe hierfür liegen unter anderem im Mangel von bewährten Konstruktionen und Konstruktionswerkzeugen für den Schallschutz und die Gebrauchstauglichkeit (Schwingungsnachweis). Es besteht erheblicher Handlungsbedarf, zumal Holzbauten wesentliche Chancen hinsichtlich einer Verbesserung der (Lebenszeit)-CO2-Bilanz bieten. Die Folge des Mangels an geeigneter Konstruktionsunterstützung wird im Planungsprozess offensichtlich. Um die Anforderungen an den Schallschutz und an die Gebrauchstauglichkeit sicher erfüllen zu können, werden die Bauteile häufig durch Ersatzmodelle und vereinfachte konservative Ansätze überdimensioniert und dadurch unwirtschaftlich. Geeignete computergestützte Planungswerkzeuge, die eine Simulation der genannten bauphysikalischen und konstruktiven Eigenschaften bereits im frühen Planungsentwurf für das gesamte Bauwerk und nicht nur für einzelne Komponenten ermöglichen, können den Planungsaufwand nicht nur drastisch reduzieren, sondern auch zuverlässiger machen, die Qualität entscheidend erhöhen und damit letztendlich die Wettbewerbsfähigkeit von Holzbauten fördern. Notwendig hierzu ist eine geometrische, physikalische und mathematische Modellbildung sowie deren Validierung sowohl bzgl. einzelner Komponenten, der Kopplung von Bauteilen als auch b

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Stefan Loebus, Stefan Winter
Zweiachsige Tragwirkung bei Holz-Beton-Verbundkonstruktionen - Entwicklung von Bemessungsverfahren und Konstruktionsdetails für zweiachsige Lastabtragung bei der Holz-Beton-Verbundbauweise. Abschlussbericht
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Mit der Holz-Beton-Verbundbauweise existiert ein System mit einer guten Kombination aus Tragfähigkeit, Schallschutz und Brandschutz. Aktuell ist diese Bauweise auf einachsig lastabtragende Systeme begrenzt. Mit dem Brettsperrholz sind große flächige Holzelemente mit zweiachsigem Lastabtragpotential verfügbar. Die Vorteile beider Bauweisen werden in dem behandelten System des Forschungsvorhabens kombiniert. In dem Forschungsvorhaben konnte die grundsätzliche Eignung und Anwendbarkeit der zweiachsigen Tragwirkung der Holz-Beton-Verbundbauweise nachgewiesen werden. Neben der Klärung des Tragverhaltens in experimentellen Untersuchungen und FEM-Simulationen waren Konstruktions- und Bemessungsvorschläge für diese Bauweise zu erarbeiten.

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Hegner-van Rooden, Clementine
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Stolz, Walter
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Rinn, Frank
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Bollmus, Susanne; Bächle, Lea; Militz, Holger; Brischke, Christian
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Wenderdel, Christoph; Krug, Detlef; Niemz, Peter
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