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Diese Veröffentlichung entstand während der laufenden Forschungsarbeit am Lehrstuhl für Holzkonstruktionen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne und am Fachgebiet Holzbau der Technischen Universität München. Sie repräsentiert den Stand der Forschung und soll anhand einer zu Versuchszwecken errichteten Holztonne in Kreuzrippenbauweise das Konstruktionsprinzip, die mathematische Formbeschreibung der Konstruktionsbauteile von Tonnen in dieser Bauweise und die Möglichkeit der Berechnung gemäß E DIN 1052, Anhang F aufzeigen. Voranzustellen ist, daß der Anhang F eine leicht zu handhabende Berechnungsmethode mit guter Näherung an die mathematisch exakte Differentiallösung repräsentiert. Dieser Aufsatz versteht sich als die Fortsetzung der Veröffentlichungen, welche das Berechnungsverfahren nach der E DIN 1052, Anhang F vorstellen. In dieser Bauweise wurden bereits einige Schalen ausgeführt. Ein herausragendes Beispiel sind die Schalen des EXPO-Dachs in Hannover.

Der Einsatz von Brettschichtholz für hoch beanspruchte und ästhetisch anspruchsvolle Konstruktionen ist trotz verbesserter Sortiermöglichkeiten durch seine Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften oftmals eingeschränkt. Neben "natürlichen Längsbewehrungen" mit Holz höherer Qualität können auch Holzwerkstoffe, Stahl oder hochfeste Kunststoffe - wie karbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK-Lamellen) zur Verstärkung verwendet werden. Durch den Verbund von Karbonfaser mit Epoxydharzmatrix entsteht ein Verstärkungsmaterial mit sehr hoher Zugfestigkeit und Steifigkeit. Geringes Gewicht, hohe Resistenz gegen Korrosion und gute Dauerfestigkeit sind weitere Vorteile von CFK-Lamellen. Eine zusätzliche, wesentliche Leistungssteigerung der verstärkten BSH-Träger ist durch die vorgespannte Applikation der CFK-Laminate möglich, da ein Teil der Belastung durch die Vorspannung kompensiert wird. Im vorliegenden Beitrag wird die Entwicklung der Spannbettvorspannung mit karbonfaserverstärkten Kunststoffen im Holzbau beschrieben.

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Das EXPO-Dach wurde zu einem der Wahrzeichen der Weltausstellung in Hannover und ist beeindruckendes Beispiel der Möglichkeiten, die der moderne Holzbau bietet. Bei dieser Konstruktion wurde nicht nur die bislang größte Spannweite in Brettrippenbauweise ausgeführt. Es wurde auch Rundholz mit in der Vergangenheit in Baukonstruktionen noch nicht eingesetzten Durchmessern verwendet. Die Umsetzung des technisch wie architektonisch anspruchsvollen Projekts erforderte die Entwicklung von Lösungen, die über die zur Zeit geltenden Regeln der Technik hinausgehen. Dies betraf alle Bereiche der Planung und der Ausführung: Tragwerksplanung und Rechenmodelle, Holztechnologie, Verbindungstechnologie sowie Qualitätsprüfung und -sicherung. Der Einsatz und die Entwicklung der Sonderlösungen werden hier dargestellt.

Es wird über bemessungsrelevante Spannungen insbesondere rechtwinklig zur Faserrichtung im Bereich von runden Durchbrüchen in geraden Biegeträgern aus Brettschichtholz berichtet. Einführend erfolgt eine Diskussion der Bemessungsvorschläge im Entwurf zu DIN 1052. Im folgenden werden FE-berechnete Spannungsverteilungen, getrennt für die Beanspruchungsarten - reines Moment und "reine" Querkraft (geeignet simuliert) - bei unterschiedlichen Verhältnissen von Lochdurchmesser zu Trägerhöhe betrachtet. Es werden Gleichungen für die Höchstspannungen, die Abklinglängen und die Spannungsresultierenden für beliebige Momenten-Querkraftkombinationen angegeben.

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Die Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV) stellt eine effektive und wirtschaftliche Sanierungsmethode dar, um die Gebrauchstauglichkeit und Bauphysik einer bestehenden Holzbalkendecke an heutige Standards anzupassen. Der Einsatz von Leichtbeton kann bei dieser Konstruktion immer dann wirtschaftlich attraktiv sein, wenn durch die in bezug auf Normalbeton erzielte Gewichtsreduktion auf zusätzliche Sanierungsmaßnahmen für andere Bauteile verzichtet werden kann. Um die Effizienz solcher Verstärkungsmaßnahmen abschätzen zu können, wurden an der Universität und MFPA in Leipzig Push-Out-Versuche mit verschiedenen Verbindungsmitteln durchgeführt, mit denen das Tragverhalten der Verbundfuge in Holz-Leichtbeton-Verbunddecken (HLBV-Decken) untersucht wurde. Als Ergebnis dieser Scherversuche ist festzuhalten, daß historische Holzbalkendecken mit Leichtbeton auf dem gleichen Niveau wie mit Normalbeton ertüchtigt werden können. Aufgrund der besonderen Eigenschaften des Leichtbetons müssen allerdings die Verbindungsmittel bei HLBV-Decken enger gesetzt werden im Vergleich zur Anwendung mit Normalbeton, um die gleiche Wirkung zu erzielen.

Im folgenden wird über einen neuen Effekt berichtet, mit dessen Hilfe bei leichten doppelschaligen Bauteilen, vor allem im Holzbau, durch eingebrachte Dämmschichten eine große Körperschalldämpfung der Schalen erreicht werden kann. Der Effekt beruht darauf, daß man die Dämmschicht so mit den Schalen verbindet, daß sich einzelne Resonatoren innerhalb der Dämmschicht bilden, die zu einem verstärkten Entzug von Körperschall-Energie aus den Schalen führen (Schwingungstilger).

Die Eignung neu entwickelter Holzbauteile oder Holzwerkstoffe ist häufig nur über lang andauernde und entsprechend kostenintensive Praxisversuche nachzuweisen. Die Untersuchungsdauer kann durch Bewitterungssimulationen in Doppelklimaanlagen verkürzt werden. Voraussetzung für eine künstliche Bewitterung ist ein geeignetes Simulationsmodell. In dem Modell müssen die natürlichen Klimabelastungen in der Art nachgestellt werden, daß die Beanspruchungen des Bauteils im Versuch denjenigen in der Natur entsprechen. Zu diesem Zweck sind die Wirkungspfade der Klimabelastungen auf das Holzbauteil aufzustellen. Anschließend wird mit Hilfe des Test Tailoring ein Modell entwickelt, in dem die Belastungen zur Verkürzung der Versuchsdauer zeitgerafft und beschleunigt werden. Hierfür wird ein Computerprogramm zur Berechnung instationärer gekoppelter Wärme- und Feuchteströme in Bauteilen eingesetzt. Die Zeitstraffung und Beschleunigung von Bewitterungsmodellen sind in erster Linie von der Reaktionsgeschwindigkeit des Holzes oder der Holzwerkstoffe bei Feuchteänderungen abhängig. Diese Geschwindigkeit wird von der Geometrie sowie der Feuchteleit- und Feuchtespeicherfähigkeit beeinflußt. Anhand von unterschiedlichen Holzbauteilen werden die jeweils entwickelten Simulationsmodelle mit exemplarischen Ergebnissen vorgestellt. Dabei wird die jeweilige Vorgehensweise zur Entwicklung der Modelle erläutert. Die Simulationsmodelle enthalten neben den Belastungen aus Lufttemperatur und relativer Luftfeuchte auch Belastungen aus Niederschlag und Sonnenstrahlung.

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Das Ziel der dargestellten Untersuchung war, Angaben zum Trag- und Verformungsverhalten von Verbundträgern aus Brettschichtholz (BS-Holz) und unidirektional verstärkten Faserverbundkunststoffen (FVK) zu erhalten. Dazu wurden der Einfluß des Verstärkungsgrades, der geometrischen Anordnung der Verstärkung und der Einfluß von CFK-Lamellen und AFK-Lamellen genauer untersucht und verstärkte BS-Holz Träger unter praxisnahen Bedingungen hergestellt.

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Für die "Spandau-Arcaden" in Berlin, eine Hallenkonstruktion mit einem Tragwerk aus Bogenbindern in Brettschichtholzbauweise, wird eine Biegedrillknickuntersuchung durchgeführt. Für diesen Stabilitätsfall existiert im Ingenieurholzbau kein geschlossen-analytisches Berechnungsverfahren, daher geschieht die Berechnung mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente. Der Nachweis auf Biegedrillknicken wird schließlich mit einer Berechnung nach der klassischen Stabilitätstheorie erbracht, es wird das zugrundeliegende Eigenwertproblem mittels einer Finite-Elemente-Analyse gelöst. Die bauliche Situation, die verschiedenen Herangehensweisen an die Problematik sowie die zugehörige Modellbildung und die Ergebnisse der Finite-Elemente-Berechnungen werden in diesem Beitrag ausführlich besprochen.

Bei Holzkonstruktionen mit größeren Stützweiten werden zumeist Brettschichtholzträger mit Rechteckquerschnitt verwendet. Zur Aufnahme horizontaler Wind- und Stabilisierungslasten werden zwischen den Brettschichtholzträgern horizontal liegende Fachwerkverbände angeordnet. Da die Anschlußebene des Verbandes i.d.R. nicht mit der Schwerachse des Brettschichtholzträgers übereinstimmt, entsteht eine räumliche Tragwirkung des Systems, die zu einer höheren Verformung führt. Durch eine rechnerische Reduzierung der Querschnittsfläche des Brettschichtholzbinders in Abhängigkeit von der Anschlußebene des Verbandes kann das räumliche Tragsystem auf ein ebenes System zurückgeführt werden. Hiermit gelingt eine realitätsnahe Erfassung der auftretenden Verformungen auch für Systeme mit veränderlichen Steifigkeiten.

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