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Methoden zur elastischen und plastischen Modellierung von scheibenartig beanspruchten Holztafeln

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[Quelle: http://d-nb.info]

Mit der vorliegenden Arbeit werden neue Wege aufgezeigt, elastische und plastische Grenzzustände von scheibenartig beanspruchten Holztafelkonstruktionen zu bestimmen. Die vorgestellten Methoden sind auf Wand-, Decken- und Dachtafeln anwendbar. Nach einer kurzen Einführung in die Problematik der statischen Modellbildung wird in Kapitel 1 auf die gegenwärtig zur Bemessung von Holztafelkonstruktionen angewandte Schubfeldmethode und deren Anwendungsgrenzen eingegangen. Im realen Tragwerk beteiligen sich z. B. auch Tragwerksteile an der Lastabtragung, die bei Anwendung der Schubfeldmethode vernachlässigt werden. Ferner können Holztafeln, die nicht vorwiegend als Schubfelder tragen, mit der Schubfeldmethode nur unzureichend modelliert werden. Daraus entstand die Motivation zur Entwicklung der neuen Methoden in den Kapiteln 3 und 4. Kapitel 2 beschreibt einige aktuelle Fälle physikalisch nichtlinearen Tragverhaltens im Holzbau und stellt das Fehlen einer systematischen Nutzung plastischer Tragreserven im Holztafelbau heraus. Die Fließverbundmethode mit starren Rippen und starren Platten in Kapitel 3 eignet sich für Handrechnungen und führt zu allgemeinen analytischen Lösungen für die Spannungen und Verformungen von Holztafelkonstruktionen. Auf Basis des mit dem Weggrößenverfahren bestimmten elastischen Grenzzustandes kann der plastische Grenzzustand dieser Tragwerke unter Berücksichtigung des duktilen Verbundes mit Interaktionsbeziehungen abgeschätzt werden. In Kapitel 4 wird ein Stab-Verbund-Modell für Holztafeln vorgestellt, mit dem sowohl das linear elastische als auch das physikalisch nichtlineare Tragverhalten bis zum Erreichen der Traglast modelliert werden können. Dies gelingt u. a. durch neu entwickelte Elemente, die sowohl die steife Rippe als auch ihren Verbund zur Beplankung gemeinsam modellieren. Das Stab-Verbund-Modell ist auf nahezu beliebige Problemstellungen im Holztafelbau, wie z. B. Tafeln mit freien Plattenrändern oder nicht orthogonalen Rippen, anwendbar.

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Die Ausgabe 2022 des Bauphysik-Kalenders behandelt das gesamte bauphysikalische Themenspektrum rund um den Holzbau, welcher seit einigen Jahren eine wachsende Aufmerksamkeit erhält. Die Bauweise zeichnet sich durch geringes Gewicht und kurze Bauzeiten aufgrund der Vorfertigung aus. Energetisch optimierte Holzkonstruktionen mit großen Dämmstoffdicken sind im Holzrahmenbau und Holztafelbau möglich. Im Fokus dieses gewachsenen Interesses steht außerdem die Anwendung des nachwachsenden Rohstoffes Holz, weil das gebundene CO2 aus der Wachstumsphase im Gebäude gespeichert bleibt und ein relativ geringer Einsatz von Energie bei der Herstellung nötig ist. Damit dieser Vorteil gegenüber den Massivbauweisen mit Beton bzw. Mauerwerk tatsächlich zum Tragen kommt, muss die Lebensdauer der Gebäude und Bauwerke in Holzbauweise vergleichbar lang sein. Für die höheren Gebäudeklassen kommt hierbei den bauphysikalischen Aspekten eine entscheidende Rolle zu: Feuchteschutz, Wärmeschutz, Brandschutz müssen die Dauerhaftigkeit der Konstruktion sichern und, zusammen mit dem Schallschutz, die hochwertige Nutzung gewährleisten. Der Einsatz von Naturfaserdämmstoffen zu diesen Zwecken wird gemeinsam mit dem Holzbau ebenfalls attraktiver. Der neue Bauphysik-Kalender 2022 bietet eine solide Arbeitsgrundlage und ein verlässliches aktuelles Nachschlagewerk für die Planung in Neubau und Bestand, alle Kapitel bewegen sich nahe an der Ingenieurpraxis. Das Buch enthält Planungshinweise, Konzepte und Praxisbeispiele für energieeffizientes, schadenfreies, nachhaltiges Bauen mit Holz.

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Benjamin Wagner, Michael Heckmann, Andreas Pfnür, Christian Glock
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Die ökologische Mustersiedlung auf einem ehemaligen Kasernengelände in München setzt neue Maßstäbe im Holzbau. Verschiedene Holzbauweisen und Gebäudetypen bis zu sieben Geschossen werden dort an acht Bauprojekten nebeneinander erprobt mit dem Ziel einer abschließenden wissenschaftlichen Bewertung. So kommen Holzskelett-, Holzrahmen- und Holzhybridbauweisen zum Einsatz. Die enge Kooperation mit der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) und Forschungsaufträge der Ruhr Universität Bochum (RUB) und der Technischen Universität München (TUM) gewährleisten eine fundierte Auswertung der baubegleitenden Monitorings. Das Projekt leistet über die Realisierung von Wohnraum hinaus einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz und zu einer nachhaltigen Stadtentwicklung. Das neue Quartier wird, eingebettet in die umgebende Parklandschaft, auch ein attraktives Angebot an sozialer, kultureller und kommerzieller Infrastruktur bieten. Bauband 4 stellt die acht Gebäudetypen vor und untersucht im Detail die Potenziale der unterschiedlichen Bauweisen.

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Tagungsband: Sachverstand am Bau - Immobilienbewertung - Holzschutz 2021
Beiträge aus Praxis, Forschung und Weiterbildung
2021, 292 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
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Forschungsberichte

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Thomas Oberndorfer, Frank Hunger, Oliver Fischer
Ultra High Performing Timber Walls - Einsatz von schlanken Lamellen aus ultrahochfestem Beton in Brettsperrholzelementen zur Steigerung der Tragfähigkeit
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3233
2021, 165 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
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Bei mehrgeschossigen Hochbauten ergeben sich vor allem in den unteren Etagen hohe Vertikallasten in den tragenden Wandscheiben. Durch die Kombination von ultrahochfestem Beton mit Holz soll ein nachhaltiger und hochleistungsfähiger Verbundwerkstoff geschaffen werden, der sich neben den allgemeinen Vorzügen von Holz insbesondere durch seine hohe und an die örtliche Belastung anpassbare Tragfähigkeit auszeichnet. Das Forschungsprojekt konnte zeigen, dass eine tragfähige Verklebung von ultrahochfestem Beton und Holz mit zugelassenen Klebstoffen, die in der Brettsperrholzproduktion üblich sind, hinsichtlich des Kurzzeittragverhaltens herstellbar sind.

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Ondrej Kyjanek, Oliver David Krieg, Tobias Schwinn, Achim Menges
Mensch-Roboter-Kooperation im Holzbau: Potentiale für die Vorfertigung
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3180
2020, 69 S., 24 Abb. u. 2 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Ulrich Schanda, Andreas R. Mayr, Fabian Schöpfer
Übertragungsfunktionen im Holzbau
Prognose der Schallübertragung aus haustechnischen Anlagen mit einem tabellarischen, praxistauglichen Ingenieurersatzverfahren
Abschlussbericht.
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3163
2020, 105 S., 64 Abb. u. 1 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Jürgen Graf, Reiner Klopfer, Dennis Röver
Neue Potentiale im konstruktiven Holzbau durch acetylierte Buche. Abschlussbericht
Forschungsinitiative Zukunft Bau, Band F 3132
2019, 70 S., 61 Abb. u. 6 Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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Zeitschriftenartikel

Folgende Literaturnachweise stammen aus der Datenbank RSWB^®plus. Die Datenbank unterstützt schnell und zielsicher Fachleute aus Planungsfirmen, Industrie und Forschung, sowie Lehrkräfte und Studierende in der akademischen Ausbildung bei Nachweis und Beschaffung von Fachinformation zum Planen und Bauen.

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Klein aber fein
Mikado, 2022

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Graf, Jürgen; Shi, Wenchang; Birk, Stephan
Kreislaufeffektives Potenzial von Holz im Hallenbau
Bautechnik, 2022

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Seewitz, Wilhelm
Kein Ort für die letzte Ruhe. Friedhofskapelle mit Mängeln
Mikado, 2022

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Glock, Christian; Heckmann, Michael
Wood-concrete composite construction for increasing sustainability? Analysis of various floor systems (kostenlos)
BFT International, 2022

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Vogt, Christiane
Logistikhalle (Projekt 2). 1. Das doppelte Lottchen. Logistikhalle, 2. Ein bewährtes System. Konstruktion, 3. Steckbrief, 4. "Holz macht weniger Probleme." Interview mit dem Projektleiter, 5. Kann ich das auch? Vernetzen lohnt sich
Mikado, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022