Imperfektionsmessungen an stabilitätsgefährdeten Holzbauteilen

Thomas Merkewitsch
Ein Prüfverfahren zur Begrenzung der Brandausbreitung von Außenwandbekleidungen
Berichte des Instituts für Bauphysik der Leibniz Universität Hannover, Band 8
2019, 335 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Ziel dieser Arbeit ist ein Prüfverfahren zur Begrenzung der Brandausbreitung von Außenwandbekleidungen zu entwickeln, das es ermöglicht auftretende kritische Brandszenarien in einer Brandprüfung ausreichend sicher abzudecken und gleichzeitig realitätsnah zu simulieren. Dabei soll der technologische Aufwand zur Umsetzung des Prüfverfahrens auf das notwendigste Maß begrenzt sowie eine hohe Reproduzierbarkeit und Wiederholbarkeit der Brandprüfung gewährleistet werden können. Zur Entwicklung des Prüfverfahrens werden dazu numerische Modelle für unterschiedliche, in Brandprüfungen eingesetzte Prüffeuertypen bestimmt, die an verschiedenen Prüfstandsgeometrien von mittel und groß skalierten Brandversuchen validiert werden. Somit soll auf kostenintensive Brandversuche zur Bestimmung der wesentlichen Einflussparameter verzichtet werden.

Britta Wißmann
Zum Tragverhalten der Oriented Strand Boards (OSB) bei Beanspruchung durch Einzellasten
Berichte des Instituts für Bauphysik der Leibniz Universität Hannover, Band 7
2013, 153 S., zahlr. Abb. und Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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.

Ulrike Kuhlmann, Janusch Töpler
Imperfektionsmessungen an stabilitätsgefährdeten Holzbauteilen
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3399
2023, 146 S., 123 Abb. u. 6 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Holztragwerke von 23 Bauvorhaben wurden mit einem Laserscanner vermessen und die Daten von 202 Brettschichtholz Bindern, 38 Buchen-Furnierschichtholz Bindern und 57 Buchen-Furnierschichtholz Stützen in Bezug auf die Montagegenauigkeit und Imperfektionen ausgewertet. Die Messungen wurden direkt nach Montage und Ausrichten der Tragwerke durchgeführt. Für alle gemessenen Imperfektionen galt, dass die Bemessungsansätze nach DIN EN 1995-1-1:2010-12 auf der sicheren Seite liegen. Zur Ermittlung von Ersatzimperfektionen wurden numerische Vergleichsberechnungen mit Abaqus CAE/2020 durchgeführt. Die Ersatzimperfektionen wurden in Form einer Sinushalbwelle angenommen. Die 95% Quantilwerte der Vorverformungen wurden ausgewertet und daraus abgeleitete konsistente Bemessungsempfehlungen für Ersatzimperfektionen für die Stabilitätsnachweise nach DIN EN 1995-1-1 angegeben.

Heidrun Hofmann, Wigbert Maraun
Emissionsverhalten von Grobspanplatten (OSB) und Spanplatten in Innenräumen
Abschlussbericht.
Bauforschung, Band T 3377
2020, 128 S., 13 Abb. u. 16 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Hersteller von OSB-Grobspanplatten und kunstharzgebundenen Spanplatten erheben Bedenken gegen die in den Landesbauordnungen (LBO) verankerten Anforderungen an bauliche Anlagen bezüglich des Gesundheitsschutzes. In eigenen Kontrollverfahren erheben sie weniger gesundheitsschädliche Daten als die in den LBOs verankerten Regelungskonzepten zur Beschränkung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen. Im Forschungsprojekt wurde untersucht, ob die gegen das Prüfverfahren und zum Emissionsverhalten insbesondere von OSB- und Spanplatten vorgebrachten Einwände gegen die "Anforderungen an bauliche Anlagen bezüglich des Gesundheitsschutzes" (ABG) fachlich begründet sind und dementsprechend eine Anpassung der ABG geboten wäre.

Christoph Gengnagel, Alexander Pfriem, Jan Friedrich, Tom Brodhagen
Entwicklung von Fassadenelementen mit pyrolysierter Oberfläche mit verbesserten Brandschutzeigenschaften - PyroForCE 2.0
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3196
2020, 184 S., 114 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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.

Martin Gräfe, Philipp Dietsch, Andreas Hipper, Matthias Wild, Stefan Winter
Vorspannung von Brettsperrholzkonstruktionen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3099
2019, 243 S., 134 Abb. u. 38 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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.

Camille Châteauvieux-Hellwig, Markus Schramm, Andreas Rabold
Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten
Modellierung, numerische Simulation, Validierung - Teilprojekt 4: Bauteilprüfung, FEM-Modellierung und Validierung
ift-Forschungsbericht, Juni 2017.
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