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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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Jörg Friedrich, Peter Haslinger, Simon Takasaki, Valentina Forsch
Zukunft Wohnen
Migration als Impuls für die kooperative Stadt
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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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2013, 191 S., graph. Darst. 210 mm, Softcover
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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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Cross (CLT) and diagonal (DLT) laminated timber as innovative material for beam elements
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KIT Scientific Publishing

 

 

Cross laminated timber (CLT) is a plate-like multi layer element with crosswise arrangement of lamellas. CLT could be used for long-span beams in particular with tensile stresses perpendicular to the beam axis. Within this work, CLT beams were optimised, resulting in diagonal orientated timber (DLT). Both CLT and DLT beams were tested in edgewise bending. Their load-carrying behaviour was studied using experimental results and finite element analysis.

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Forschungsberichte

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Martin Gräfe, Philipp Dietsch, Andreas Hipper, Matthias Wild, Stefan Winter
Vorspannung von Brettsperrholzkonstruktionen
Abschlussbericht.
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2019, 243 S., 134 Abb. u. 38 Tab., Softcover
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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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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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Ein Effizienzhaus Plus weist einen negativen Jahres-Primärenergiebedarf und einen negativen Jahresendenergiebedarf auf. Neben einer hoch energieeffizienten Haustechnik und eigenen regenerativen Energiequellen im und am Gebäude ist dafür eine dauerbeständig hochdämmende Gebäudehülle erforderlich. Am Effizienzhaus Plus mit Elektromobilität in Berlin / Fasanenstraße bot sich über mehrere Jahre die Gelegenheit für ein messtechnisches Monitoring. Das hygrothermische Verhalten und die Dauerbeständigkeit der Gebäudehülle sowie das Innenraumklima wurde von Dezember 2011 bis Oktober 2016 mit 58 Messfühlern untersucht. Die Gebäudenutzung wechselte mehrfach im Untersuchungszeitraum, so dass Einflüsse aus dem Nutzerverhalten in die Untersuchungen eingebunden werden konnten.

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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
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3022
2017, 186 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Johann W. Herlyn
Ermittlung des Gefährdungsrisikos von Holzaußenbauteilen mit Plattenwerkstoffen infolge Schwind- und Quellverformungen anhand praxisnaher Untersuchungen. Abschlussbericht
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2007, 110 S., 53 Abb., 28 Tab.,
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde das Verformungsverhalten von Holzwerkstoffen infolge einer Feuchtedifferenz zwischen den beiden Plattenoberflächen untersucht. Dazu wurden diverse, praxisübliche Holzwerkstoffe wie OSB, Spanplatte, MDF, leichte MDF und Gipsfaserplatte mit Differenzklimaten beansprucht und die Verformungen mit Hilfe von Wegaufnehmern ermittelt. Mit Hilfe numerischer Simulationen und einfacher, üblicher Rechenverfahren sollten die Versuchsergebnisse nachgerechnet werden. Die Verwendung ideal gelenkig gelagerter Modelle führte dabei immer zwangsläufig zu wesentlich höheren rechnerischen Verformungen. Da die Einspannung am Auflager einen maßgeblichen Einfluss auf die Verformungen hat, wurde die Auflagersituation bei der numerischen Simulation durch Modellierung des Auflagers und bei einfacheren Rechenverfahren durch Zuweisung einer Drehfedersteifigkeit berücksichtigt. Es lassen sich somit bei Vorliegen einer Feuchtedifferenz zwischen den beiden Plattenoberflächen auch Rechenergebnisse erzielen, die den Versuchsergebnissen sehr nahe kommen. Da sich durch eine klimatische Beanspruchung von Holzwerkstoffen auch relevante Eigenschaften wie z.B. der E-Modul, der Feuchteausdehnkoeffizient und die Lagerungsbedingungen ändern, erscheint eine genaue Berechnung der Verformungen zur Zeit nicht möglich, aber auch nicht erforderlich, da es belanglos erscheint, ob sich eine Holzwerkstoffplatte z.B. 15 mm oder 17 mm verformt. Beide Verformungen sind z.B. unter einem WDVS nicht hinnehmbar. Ebenso erscheint es unrelevant, ob sich eine Platte unter einem WDVS um 1,8 mm oder um 3 mm verformt. Trotz der prozentual großen Abweichung ist die Differenz in der Praxis relativ gering. Je nach Dicke und Art des Dämmstoffes können sich solche Verformungen aber vor allem im Streiflicht abzeichnen und einen entsprechenden optischen Mangel darstellen. Keramische Direktbeschichtungen wie z.B. Fliesen verhalten sich bekanntermaßen wegen ihrer geringen Flexibilität wesentlich weniger gutmütig als WDVS. Innerhalb dieses Forschu

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Zeitschriftenartikel

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Wenderdel, Christoph; Krug, Detlef; Niemz, Peter
Mechanical properties of single fibres and fibre bundles of fibre pulp made of Scots pine for the manufacture of MDF
Holztechnologie, 2019

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Bollmus, Susanne; Bächle, Lea; Militz, Holger; Brischke, Christian
Dauerhaftigkeitsklassifizierung von schutzmittelbehandeltem und modifiziertem Holz
Holztechnologie, 2019

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Rinn, Frank
Holzauge sei wachsam! Holzschutz, Holzkonstruktionen und Inspektion
Neue Landschaft, 2019

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Wiltner, Almut; Weber, Andreas
Einsatz und Wirkung von Harnstoff als Formaldehydfängersubstanz in UF-Harzen. Teil 1: Experimente zur Formaldehydemission
Holztechnologie, 2018

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Spritzendorfer, Josef
OSB-Platten für gesundes Wohnen?
Wohnung + Gesundheit, 2018

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