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Light frame timber walls in regions of low to moderate seismicity

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[Quelle: https://www.research-collection.ethz.ch]

Im Rahmen eines Forschungsprojekts werden, basierend auf verhaltensorientierten Bemessungsmethoden (Performance Based Design), die Grenzen der Anwendbarkeit von Holzrahmenwänden (HRW), beplankt mit OSB-Panels sowie Gipsfaserplatten als Aussteifung von mehrgeschossigen Holzbauten bei niedriger bis moderater Seismizität aufgezeigt. Die Analyse wird für vier Intensitäten der Erdbebeneinwirkung, charakterisiert durch die Bemessungswerte der horizontalen Bodenbeschleunigung von 0.6, 1.0, 1.3 und 1.6 [m=s2], durchgeführt. Bei der Analyse der HRW wurde vom Verhalten eines einzelnen Verbindungsmittels (VM) (Nagel bzw. Klammer) ausgegangen. Die Antwort der VM einer Holzverbindung auf zyklische Beanspruchung wurde anhand von Versuchen ermittelt. Die dabei ermittelten Hysteresen der einzelnen VM wurden in das Computer-Programm MCASHEW- (ein MatLab-basiertes Programm), entwickelt durch Folt und Filiatrault (2002) eingegeben. Eine 10-parametrige Stewart- Hysterese für das jeweilige VM und für die jeweilige Wandkonfiguration wurden generiert. Im nächsten Schritt wurden für jede untersuchte Wandlänge von 2.4, 3.0, 3.6, 4.2 und 4.8 [m] die auf den Stewart-Hysteresen basierten SAWS-Materialeigenschaften (Seismic Analysis of Woodframe Structures) in der Open Source Software OPENSEES modelliert und eine komplette modale, Pushover sowie Nonlinear Time History Analysis (NLTHA) durchgeführt. Als Input für die NLTHA wurden 10 von 3551 realen Erdbebenaufzeichnungen vom Paci c Earthquake Research Center (PEER), genannt Next Generation Attenuation (NGA) Datenbank ausgesucht und nach bestimmten Kriterien auf die erforderlichen, den Gefährdungsstufen entsprechenden Antwortspektren-Niveaus skaliert. Die Ergebnisse der Pushover und der NLTHAAnalyse beinhalten sämtliche Bewegungsgrössen für alle Freiheitsgrade, gegenseitige Stockwerksverschiebungen (Interstory Drift Ratios (IDR)), verschiedene Niveaus des Duktilitätsbedarfs, Grundschwingzeiten, Schwingungsformen sowie Verankerungskräfte in den Zugankern. Als ergebnisbestimmende Parameter wurden Grundschwingzeiten T 1:7[s], ein Duktilitätsbedarf 3, eine maximale gegenseitige Stockwerkverschiebung IDR 0:8%, für HRW beplankt mit Gipsfaserplatten sowie IDR 2:5% für HRW beplankt mit OSB-Panels und eine Kraft in der Verankerung FHD 725[kN] gewählt. Darüber hinaus wurden im Rahmen der Schadensanalyse die Schadensindexe DI 0:8 für HRW beplankt mit Gipsfaserplatten bzw. DI 0:7 für HRW beplankt mit OSB Panels als limitierende Grössen festgelegt. Das Ergebnis der Analyse sind zulässige Massen und eine zulässige Anzahl Geschosse von Holzbauten für die untersuchten Gefährdungsstufen, wobei für jede untersuchte Konfiguration eine der oben genannten Parametergrenzen erreicht wurde. Gleichzeitig wird die Gebrauchstauglichkeit unter Windeinwirkung kontrolliert. Für die Erfüllung des Kriteriums der Gebrauchstauglichkeit wurde der Ausnutzungsgrad des Tragwerks infolge Windeinwirkung auf 55% = Fy 1:8 der Fliesskraft Fy begrenzt. Dieser Beitrag geht auf die Frage der Anwendbarkeitsgrenzen für aussteifende Standard- Holzrahmenwände (HRW) als Teil mehrgeschossiger Holzbauten in europäischen Regionen mit niedriger bis moderater Seismizität ein. Es wird gezeigt, dass die hier untersuchten HRW, dank deren hervorragenden Eigenschaften, in bis zu 8-stöckigen Holzbauten als aussteifende Elemente ausreichenden Schutz gegen Erdbebeneinwirkung bieten und in mehrgeschossigen Holzbauten weiterhin erfolgreich eingesetzt werden können. Die Erdbebeneinwirkung wird für jede Stufe der Erdbebengefährdung, charakterisiert durch Bemessungswerte der horizontalen Bodenbeschleunigungen von 0.6, 1.0, 1.3 und 1.6 [m=s2], durch entsprechende Antwortspektren repräsentiert. Die Bandbreite der in dieser Arbeit berücksichtigten Bodenbeschleunigungen deckt gemäss [89] weite Teile Europas bezüglich der dort herrschenden Erdbebengefährdung ab. Die Ergebnisse der Pushover Analyse werden mittels einer Nonlinear Time History Analysis (NLTH) verifiziert. Die hier vorgestellte Parameterstudie stützt sich auf das im Rahmen des Programms des Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering (CUREE), 2002 von Folz und Filiatrault entwickelte MatLab basierte Programm MCASHEW (Cyclic Analysis of Shear Walls). Es handelt sich dabei um ein Programm für die Analyse von HRW unter monotoner und zyklischer Beanspruchung von ein- und mehrstöckigen Strukturen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Programm lediglich für die Evaluation des 10-parametrischen, mechanischen Modells eines einstöckigen HRW-Elementes verwendet. Die Ergebnisse der auf dem mechanischen MCASHEW-Modell basierenden parametrischen Studie wurden zusätzlich mit einem unabhängigen Wekzeug nämlich der Incremental Dynamic Analysis (IDA) überprüft. Schliesslich wurden lediglich diejenigen Ergebnisse, die beide Analysen bestanden haben, als solche anerkannt. Im Vorfeld wurde ein für die Handrechnung geeignetes, auf dem energetischen Ansatz von Mc- Cutcheon basierendes Verfahren für die Ermittlung der nichtlinearen Kraft-Verformungsbeziehung einer HRW vorgestellt. Das letztere Verfahren kann auf mehrgeschossige Bauten im Rahmen einer Erdbebenanalyse angewandt werden. Die Handrechnung dient der Ermittlung der nichtlinearen F-Beziehung, ermöglicht den Vergleich mit den Ergebnissen der Computergestützten Analyse sowie der Ermittlung weiterer, für die Analyse der HRW wichtigen Parameter, die durch die oben genannte Software nicht direkt ermittelt werden können.

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Bauen+ Schwerpunkt: Gebäudetechnik
Edition Bauen+, Band 1
Ausgewählte Fachartikel und Interviews aus der Bauen+.
2021, 92 S., 130 Abb., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Hans Drexler
Open Architecture
Nachhaltiger Holzbau mit System
2021, 352 S., zahlr. farb. und s/w Abb. 24 cm, Softcover
Jovis

 

 

Nachhaltigkeit, so das Plädoyer des Autors, ist ein integraler Bestandteil des architektonischen Entwurfs und der Konstruktion. Dafür hat er einen ganzheitlichen Ansatz entwickelt: ein flexibles Holzbausystem, das die Interaktion der Nutzerinnen mit dem Gebäude ins Zentrum des Entwurfs rückt. Die nachhaltige Bauweise wird nicht allein durch das Material Holz erreicht, sondern auch durch die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit der Wohngebäude. Im Buch werden zwölf Architekturprojekte vorgestellt, analysiert und verglichen, die die weitreichenden Potenziale dieses Bausystems aufzeigen.

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Holz ist aktuell der Bau- und Werkstoff, dem das größte Potenzial für zukunftsorientiertes Bauen zugeschrieben wird, der aber auch Forschung und Baupraxis vor neue Herausforderungen stellt. Auf dem 23. EIPOS-Sachverständigentag Holzschutz diskutierten Experten aktuelle Fragestellungen und stellten neueste Erkenntnisse vor, die in diesem Band zusammengefasst werden. Die Holzforschung AUSTRIA präsentiert in ihrem Beitrag ein Konzept zur gewerkeübergreifenden Optimierung der Schnittstellen bei der Implementierung von TGA im mehrgeschossigen Holzbau. Breiten Raum nimmt das Thema Holzschäden durch Schimmel, Pilze und Insekten ein. Anhand praktischer Beispiele werden Ursachenfindung und erfolgreiche Sanierungsverfahren erläutert. Ebenso wird der Frage nachgegangen, wie eine biologische Schädlingsbekämpfung durch den Einsatz natürlicher Feinde wie den Buntkäfer gelingen kann. Dazu werden die Neuerungen der überarbeiteten Holzschutznorm DIN 68800-4 zum Thema Bekämpfungs- und Sanierungsmaßnahmen gegen Holz zerstörende Pilze und Insekten erklärt. Abgerundet wird der Band mit der Vorstellung aktueller Forschungsergebnisse aus dem Holzverbundbau und ihrer praktischen Umsetzung sowie des derzeitigen Diskussionsstands zum Brandschutz im Holzbau.

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Gerrit Horn
Holzrahmenbau, 6. Auflage
6., Auflage.
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Das Buch Holzrahmenbau hat sich in nunmehr fast 30 Jahren als Standardwerk etabliert und ist aus den Holzbaubetrieben und Architekturbüros nicht mehr wegzudenken. Es sind besonders die umfangreichen Ausführungen zu Bauprodukten, die Vorbemessungstabellen und natürlich die einzigartigen Detailzeichnungen, die das Buch zu einem nahezu unverzichtbaren Arbeitsmittel im Holzbau machen. Die 6. Auflage wurde vollständig überarbeitet und neu gegliedert. Kernstück des Werkes sind die zahlreichen Konstruktions- und Ausführungsdetails, die die auf der Baustelle übliche Praxis abbilden und sich bautechnisch als schadensfrei bewährt haben. Darüber hinaus enthält das Fachbuch eine umfangreiche Sammlung der zahlreichen Bauteile und -stoffe, die im Holzrahmenbau zum Einsatz kommen bis hin zu Ausführungshinweisen bei der Haustechnik. Neu aufgenommen wurden in der 6. Auflage u.a. diffusionsoffene Konstruktionsdetails bei Außenwänden. Besonders hilfreich sind neben den Kennwerten zu Wärmeschutz, Schallschutz und Brandschutz die vielen Anschluss- und Fügedetails.

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Ulrich Schanda, Andreas R. Mayr, Fabian Schöpfer
Übertragungsfunktionen im Holzbau
Prognose der Schallübertragung aus haustechnischen Anlagen mit einem tabellarischen, praxistauglichen Ingenieurersatzverfahren
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Für den gesetzlich geforderten Schallschutznachweis ist eine Prognose der Schallemissionen von Installationsgeräuschen und gebäudetechnischen Anlagen sowie der Köperschallübertragung im Gebäude erforderlich. Für den Holzbau sind hierfür bislang keine Prognoseverfahren verfügbar. Somit kann der Nachweis des geforderten Schallschutzes im Holzbau formal nur durch bauakustische Messungen im ausgeführten Gebäude erbracht werden. Hierfür wird ein empirisches Verfahren basierend auf gemessenen Übertragungsfunktionen vorgeschlagen. Um ein empirisches Prognosemodell abzuleiten, wurden die vorhandenen Daten anhand von Kategorien gruppiert. Aus diesen Gruppen wurden repräsentative Spektren für die Übertragungsfunktionen abgeleitet. Damit ist nun erstmals eine Abschätzung des resultierenden Schalldruckpegels im Holzbau möglich.

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Ondrej Kyjanek, Oliver David Krieg, Tobias Schwinn, Achim Menges
Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau: Potentiale für die Vorfertigung
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Der Holzbau basiert heute auf Leichtbausystemen mit einem sehr hohen Vorfertigungsgrad. Der Automatisierungsgrad der Fertigung im Holzbau ist jedoch im Vergleich zu anderen Industriebranchen immer noch sehr gering. Ziel dieses Projektes ist es daher, einen möglichen Einsatz der Mensch-Roboter-Kooperationsfertigung zu analysieren und zu bewerten, um den Automatisierungsgrad in der Holzbauvorfertigung zu erhöhen und flexibel zu halten. Die Forschungsarbeit verfolgt einen vierstufigen Forschungsansatz bestehend aus Analyse, Systematisierung, Entwicklung und Evaluierung: basierend auf der Analyse des aktuellen Stands der Technik im Holzbau und der verfügbaren Technologien der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) und der Systematisierung der Ergebnisse, werden praktikable MRK-Workflows entwickelt und diese abschließend durch eine Reihe von Produktionssystemprototypen bewertet.

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Jürgen Graf, Reiner Klopfer, Dennis Röver
Neue Potentiale im konstruktiven Holzbau durch acetylierte Buche. Abschlussbericht
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Buchenholz liegt zukünftig in großen Mengen vor und hat das Potential im konstruktiven Holzbau vermehrt zur Anwendung zu kommen. Die Verfügbarkeit als Bauprodukt kann in Zukunft deutlich zunehmen, wenn Fragen der Festigkeitssortierung, der Verwendung von Holzteilen geringer Qualität und der Marktbereitstellung auf der einen Seite sowie Fragen der Klebbarkeit, der Keilzinken-verbindungen und der Dauerhaftigkeit auch für Verwendungen im Außenbereich auf der anderen Seite besser untersucht und gelöst werden. In diesem Forschungsvorhaben sollen daher experimentelle Untersuchungen an hochwertiger, vorsortierter Buche für BS-Holz mit > GL 48 (astfrei, dyn. E-Modul > 15 000 N/mm2, Bauteilbreite 100 mm) an Kleinproben, Teilproben und Proben in Bauteilgröße nach DIN EN 384 und DIN EN 408 durchgeführt und daraus ableitende mittlere Festigkeiten und Steifigkeiten ermittelt werden. Die Eigenschaften von acetyliertem Buchenholz sollten mit den Eigenschaften von nativem Buchenholz verglichen werden. Damit sollen Grundlagen für die Bemessung von Bauteilen aus Buchen BS-Holz von frei bewitterten Brücken, Türmen, Hallentragwerken, Parkhäusern, Überdachungen, Fassaden, Balkonen etc. mit diesem innovativen Baustoff bereitgestellt werden.

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Stefan Bacher, Camille Châteauvieux-Hellwig, Melina Martin, Thomas Ecker, Michael Rudolph, Andreas Rabold
Schallschutz von Flachdächern in Holzbauweise
Luft- und Trittschalldämmung von Flachdächern und Dachterrassen
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3179
2019, 120 S., 23 Abb. u. 10 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Bei der Planung von modernen Büro- und Wohngebäuden ist vor allem im Bereich der mehrgeschossigen Bauweise i.d.R. ein Flachdach oder ein flachgeneigtes Dach mit ausgebautem Dachgeschoß vorgesehen. Mangelnde Planungsdaten erschweren es gerade klein- und mittelständigen Unternehmen, zu denen sehr viele Holzbaubetriebe gehören, den Einstieg in den mehrgeschossigen Holzbau, der nicht nur aus ökologischer Sicht vorteilhaft ist. So wurden auch in der neuen DIN 4109 nur drei Aufbauten für leichte Flachdächer berücksichtigt. Die Zielsetzung des Projektes besteht daher in der Bereitstellung von Planungsunterlagen für verschiedene Konstruktionsvarianten von Flachdächern und leicht geneigten Dächern, die insbesondere den Anforderungen an den Schallschutz genügen sowie den weiteren Leistungseigenschaften wie Wärme- und Feuchteschutz entsprechen. Die Untersuchungen wurden an praxisnahen Dachaufbauten durchgeführt, um die Einflussgrößen auf die Schalldämmung von Flachdächern und leicht geneigten Dächern beschreiben und Planungsunterlagen gut geeigneter Konstruktionen zur Verfügung stellen zu können.

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Catherina Thiele, Dirk Lorenz, Thomas Scherer, Stephan Birk, Sebastian Simon
Leitungsdurchführungen im Holzbau
Abschlussbericht LeitHolz.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3159
2019, 118 S., 55 Abb. u. 19 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Das Forschungsprojekt "Leitholz" beschäftigte sich mit der Anwendung und Prüfung von Leitungsabschottungen im Holzbau. Bekannte, im Massiv- oder Trockenbau zugelassene, Abschottungssysteme sollten bezüglich ihrer Anwendbarkeit im Holzbau untersucht werden. Weiterhin sollte überprüft werden, ob die Prüfbedingungen für Abschottungen im Massivbau auf Abschottungen in Holzbauteilen übertragen werden können. Aktuell stellt zur Leitungsabschottung im Holzbau eine gewerkübergreifende Lösung die gängige Praxis dar. An der Stelle der Leitungsdurchführung wird der Werkstoff Holz durch ein massives Bauteil (Beton / Mörtel) substituiert. Die Leitungsabschottung erfolgt dann innerhalb des massiven Bauteils. Abschottungssysteme können unter nicht wesentlicher Abweichung von ihren Anwendbarkeitsnachweisen eingebaut werden. Im Forschungsprojekt wird eine neue Methode "Holz-in-Holz" erarbeitet. Ziel ist an der Stelle der Leitungsdurchführung nicht weiter einen anderen Werkstoff einzubringen. Die Abschottung soll in Holzmodulen stattfinden.

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Zeitschriftenartikel

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Liese, Julia
Elektrotankstelle in Fredericia
Detail, 2021

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Horisberger, Christina
Sitzplatz zum Kanal. Färberhaus, Winterthur (kostenlos)
Architektur & Technik, 2020

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Mohr, Joachim
Natur hautnah. Projekt 10: Angelsberg
Mikado, 2020

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Weymann, Andreas
Nachhaltig kleben mit Verpackungshotmelts
Holztechnologie, 2020

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Jacobs, Rita
Holzoptik für die Kita. Projekt 9: Broistedt
Mikado, 2020

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