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Monitoring-based performance assessment of an innovative timber-hybrid building

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

Die Forschung auf dem Gebiet innovativer Tragsysteme leistet einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung nachhaltiger Gebäudelösungen. In der Schweiz wird seit ein paar Jahren an Tragsystemen aus Laubholz geforscht, da diese Holzart in grossen Mengen verfügbar ist. Jedoch besteht bisher kein umfangreiches, nachhaltiges Anwendungsgebiet. Der Bausektor würde ein optimales Anwendungsgebiet bieten, da grosse Querschnittsmengen verarbeitet werden können und Hartolz hervorrangende Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften aufweist. In diesem Zusammenhang wurde an der ETH Zürich ein Prototypgebäude entworfen und gebaut, in dem der Einsatz von Laubholzbauteilen aufgezeigt wird. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, das Tragverhalten der innovativen Tragsysteme zu untersuchen, welche in diesem Prototypgebäude, dem "House of Natural Resources" (HoNR), eingesetzt werden. Das Gebäude funktioniert als "Living lab", d.h. es vereint die Doppelfunktion eines Forschungsgebäudes und eines regulären Bürogebäudes. Der Fokus dieses Projektes ist es, die Wissensbasis über das Tragverhalten der innovativen Holz-Hybrid-Konstruktionssysteme zu erweitern und das volle Potenzial des vielversprechenden Laubholzwerkstoffes aufzuzeigen. Zur Untersuchung des Tragverhaltens wurden Schwingungsversuche durchgeführt, welche mit einer umfangreichen Langzeitbeobachtungskampagne kombiniert werden. Im Mittelpunkt dieser Arbeit stand die Entwicklung von Methoden zur automatisierten Auswertung der Daten aus den Schwingungsversuchen und der Langzeitbeobachtungskampagne. Zunächst wird in dieser Arbeit eine umfassende Übersicht über bestehende Datenverarbeitungsmethoden dargelegt. Für die Auswertung der Schwingungsversuche, welche während der verschiedenen Bauetappen und der Betriebsphase des Gebäudes durchgeführt wurden, stammen diese Methoden aus den Bereichen der Systemidentifikation und der operationellen Modalanalyse. Darüber hinaus werden Modell-Aktualisierungsmethoden und Methoden zur Bestimmung der optimalen Sensorplatzierung vorgestellt. Modellaktualisierungsmethoden werden üblicherweise eingesetzt, um numerische Modelle der untersuchten Tragstruktur mit den Ergebnissen der Schwingungsmessungen zu aktualisieren. Numerische Methoden zur Bestimmung der optimalen Sensorpositionierung werden bei der Entwicklung von Versuchsaufbauten für Schwingungsmessungen eingesetzt, um die optimale Positionierung einer begrenzten Anzahl von Sensoren zur möglichst genauen Messung des dynamischen Verhaltens zu bestimmen. Für die Auswertung der Langzeit-Monitoring-Daten werden "Structural Health Monitoring (SHM)" Methoden untersucht. Zusätzlich werden einige bestehende Anwendungsbeispiele der vorgestellten Methoden an Holz- und Holz-Hybrid-Konstruktionen vorgestellt. Basierend auf den vorgestellten Methoden werden zwei eigene Vorgehensweisen zur Datenbearbeitung entwickelt.

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Bücher, Broschüren

Bauphysik-Kalender 2022
Bauphysik-Kalender
Schwerpunkt: Holzbau
2022, XXVIII, 708 S., 339 SW-Abb., 139 Farbabb., 243 Tabellen. 244 mm, Hardcover
Ernst & Sohn

 

 

Die aktuelle Ausgabe 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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Rudolf Lückmann, Franziska Pietryas
Holzbau
Konstruktion - Bauphysik - Projekte
2022, o. Ang. v. S., Buch
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Bauen mit Holz ist eine komplexe Aufgabe. Sie haben Themen wie Schallschutz, Brandschutz und Holzschutz zu beachten und sicher im Griff zu haben. Das neue Fachbuch "Holzbau" liefert Ihnen alle erforderlichen Anforderungen zu Baukonstruktion, Bauphysik und GEG.Über 50 normgerechte Details aus der Praxis, maßstabsgerecht und in Farbe, sind im Werk für Sie abgebildet. Unterschiedliche Holzbausysteme vom Holzrahmenbau bis zur Mischbauweise sind verständlich aufbereitet. So sind Sie mit Ihrer Werkplanung auf der sicheren Seite. Und das Beste: Sie erhalten alle Details auch in digitaler Form. Profitieren Sie von den Erfahrungswerten bereits umgesetzter Bauvorhaben: - Projektbeispiele veranschaulichen praxisnah die Umsetzung von Holzbauten. - Maßnahmen werden konkret beschrieben. - Die dazugehörigen bauphysikalischen Eigenschaften und Konstruktionsdetails werden erläutert. Inklusive digitale Version: Über 150 Konstruktionsdetails für die Werk- und Detailplanung. In den Formaten DWG, DXF und PDF.

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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
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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Tilo Haustein
Schäden durch fehlerhaftes Konstruieren mit Holz
Schadenfreies Bauen, Band 39
2., vollst. neu bearb. Aufl.
2021, 216 S., 209 Abb., 36 Tab., Hardcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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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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.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

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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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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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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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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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.

Zur Datenbank RSWB^®plus

Zeller, Martin; Münch, Ingo
Befestigung von Bauwerken in Bäumen mit Baumankern und doppelter Umreifung
Bautechnik, 2022

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Dahlhoff, Nadine; Wenker, Jan; Kloster, Nina
Effekte von Grünpflanzen in Holzgebäuden. Vertikale Innenraumbegrünung
Bauen mit Holz, 2022

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Stüssi, Ulrich
Im Schatten der Brücke. Ein Stararchitekt, ein Holzbauer von Weltrang und ein famoses Stück Ingenieurbaukunst: wie ein Übergang über der Glatt grosse Fragen ans Immaterialgüterrecht stellte.
Tec 21, 2022

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

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Jacob-Freitag, Susanne
Ökologisch durch leicht rückbaubare Bauteile. Klebetechnologie im Holzskelettbau
Deutsches Ingenieurblatt, 2022

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Highlights aus dem Programm 2022