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Autor(en)TitelZeitschriftAusgabeSeiteRubrik
Steeger, Felix; Kolb, Torsten; Tech, Sören; Wichmann, Hubertus; Kampmeier, Björn; Zehfuß, Jochen; Kolb, MaritBrandverhalten von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen - Teil 1: Experimentelle Untersuchungen von Schwelprozessen und EmissionenBauphysik4/2021222-230Aufsätze

Kurzfassung

Im Forschungsvorhaben “Mehr als nur Dämmung - Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen” wurde in mehreren Teilprojekten der Feuchte-, Wärme-, Schall- und Brandschutz sowie die Nachhaltigkeit und Emissionswirkung von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (nawaRo-Dämmstoffe) untersucht. Das übergeordnete, primäre Ziel des Forschungsverbundes war es, die Anwendbarkeit von nawaRo-Dämmstoffen signifikant zu erhöhen und Anwendungshemmnisse auszuräumen. Im Arbeitsbereich Brandschutz und Glimmverhalten wurde das Schwelen, Glimmen und Brennen der nawaRo-Dämmstoffe analysiert und Anwendungsgrenzen im Rahmen des mehrgeschossigen Bauens definiert. Der vorliegende Aufsatz behandelt die experimentellen Untersuchungen zum Auslösen, Verlauf und Löschverhalten von Schwelprozessen in nawaRo-Dämmstoffen, der Wirkung von Flammschutzmitteln und denen im Zersetzungsprozess freigesetzten Emissionen. In einem folgenden Aufsatz wird die bautechnische Verwendung von nawaRo-Dämmstoffen, anstelle der bisher geforderten nichtbrennbaren Dämmung, im Gefach von Holztafelbauweisen dargestellt.

Fire performance of insulating materials made from renewable resources - Part 1: Experimental investigations of smouldering processes and emissions
In the research project “more than just insulation - additional benefits of insulating materials made from renewable resources”, several sub-projects investigated the moisture protection, thermal protection, noise insulation and fire protection as well as the sustainability and emission effect of insulating materials made from renewable resources. The primary goal of the research network was to significantly increase the applicability of renewable insulating materials and to eliminate obstacles to their use. In the field of fire protection behavior, the smoldering and burning of renewable insulation materials was analyzed and application limits defined in the context of multi-storey buildings. The presented article deals with the experimental investigations on initiation, process and extinguishing behavior of smoldering, the effect of flame retardants and the emissions released in the combustion process. In the following article, the structural use of renewable insulation materials, instead of the previously required non-combustible insulation, is presented in the context of wood panel construction.

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Müller, Theresa; Flemming, Daniela; Janowsky, Isabel; Di Bari, Roberta; Harder, Nadine; Leistner, PhilipBauphysikalische und ökologische Potenziale von Gebäuden in HolzbauweiseBauphysik3/2021174-185Aufsätze

Kurzfassung

Aufgrund des hohen und zunehmenden Ressourcenverbrauchs von Gebäuden ist der Bausektor einer der Hauptverursacher von Umweltbelastungen. Als Folge dessen wächst die Aufmerksamkeit für ressourcenschonende und nachhaltige Werkstoffe, Konstruktionen und Lösungen. Holzbauweisen bieten hierbei zahlreiche ökologische und konstruktive Anknüpfungspunkte. Ihre spezifischen stofflichen, konstruktiven und fertigungstechnischen Merkmale sind bereits Gegenstand bauphysikalischer Untersuchungen, die sich aktuell mehr und mehr auf massive Holzbauteile sowie neue Impulse der Verarbeitungs- und Vorfertigungstechnik ausweiten. Im Rahmen einer ganzheitlichen Betrachtung werden in diesem Beitrag sowohl die wärme-, feuchte- und schalltechnischen als auch die ökologischen Eigenschaften von Flächenbauteilen in Holzrahmen- und Holzmassivbauweise gegenübergestellt. Im Vergleich mit Stahlbetonkonstruktionen wird gezeigt, dass die vorhandenen Daten und Methoden Planungsentscheidungen nach bauphysikalischen und ökologischen Kriterien unterstützen können. Zugleich werden Potenziale der Bauweisen erkennbar, die sich durch Weiterentwicklung einlösen lassen.

Building physical and ecological potentials of buildings in timber construction
Due to the high and increasing resource consumption of buildings, the construction sector is one of the major sources of environmental pollution. As a result, attention is growing for resource-saving and sustainable materials, constructions and solutions. Timber construction methods offer numerous ecological and constructive linking points. Their specific material, constructional and manufacturing characteristics are already the subject of investigations into building physics which are currently being extended more and more to solid timber components and new impulses in processing and prefabrication technology. Within the framework of a holistic approach, this article compares the thermal, moisture and sound properties as well as the environmental quality of timber-frame and solid timber construction elements. In comparison with reinforced concrete constructions, it is shown that the available data and methods can support planning decisions according to building physical and environmental criteria. At the same time, potentials of the construction methods become apparent, which can be realised through further development.

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Rabold, Andreas; Schneider, Martin; Fischer, Heinz-Martin; Zeitler, BerndtNeue Berechnungsverfahren zur TrittschallübertragungBauphysik4/2020160-172Aufsätze

Kurzfassung

Die Berechnung des bewerteten Norm-Trittschallpegels im Bau L'n, w erfolgt aktuell in der DIN 4109-2:2018 sowohl für den Massivbau als auch für den Holz-, Leicht- und Trockenbau unter Berücksichtigung relativ pauschaler Korrekturen für die flankierende Schallübertragung. Darüber hinaus unterliegen die derzeitigen Verfahren einigen weiteren gravierenden Beschränkungen des Anwendungsbereiches, die eine Überarbeitung der Verfahren wünschenswert erscheinen lassen. Basierend auf dem neuen vereinfachten Verfahren der DIN EN ISO 12354-2:2017 werden deshalb Berechnungsverfahren auf der Basis von Einzahlangaben vorgestellt, mit denen die direkte und die flankierende Trittschallübertragung, wie beim Luftschall, getrennt berechnet und anschließend aufsummiert werden. Hierdurch ergeben sich deutlich bessere Möglichkeiten, die tatsächliche Bausituation im Rechenmodell abzubilden und somit eine bessere Übereinstimmung zwischen dem prognostizierten und einem gemessenen Wert zu erhalten. Im Massivbau kann beispielsweise eine Vorsatzkonstruktion im Empfangsraum vor dem trennenden oder dem flankierenden Bauteil entsprechend ihrer schalltechnischen Wirkung berücksichtigt werden. Weiterhin können auch horizontale oder diagonale Übertragungssituationen oder die Trittschallübertragung von Treppen abhängig von der jeweiligen baulichen Situation berechnet werden. Die neuen Berechnungsverfahren ermöglichen damit eine wirtschaftlichere Dimensionierung der Bauteile.

New calculation method for impact sound transmission
In Germany, the weighted normalized impact sound pressure level, L'n, w, in both massive and lightweight buildings, is currently calculated according to DIN 4109-2: 2018. Although this approach takes flanking sound transmission into account, it only does so by applying general correction terms, which lead to serious limitations. In a more modern approach, based on the simplified model in DIN EN ISO 12354-2:2017, single number quantities are calculated for the direct and for each flanking impact sound transmission path separately and are then added up energetically. This later approach has many advantages over the former, and is therefore proposed here to be used in Germany as the “new calculation method" for impact sound transmission. This proposed approach leads to a significantly greater understanding and more accurate mapping of impact sound transmission in the actual building situation and thus results in an improved match between the predicted and the measured results. In massive construction, for example, a wall or floor lining applied on the separating or a flanking building element in the receiving room can be taken into account according to its acoustical properties. Furthermore, horizontal and diagonal transmission of floor impact sound and impact sound transmission from stairs can be calculated dependent on the actual construction details. The new calculation model thus enables dimensioning the building components more economically.

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Bleicher, Achim; Schauer, Thomas; Jirasek, Robert; Höltke, Tim; Zhang, Yangwen; Marker, Paul; Wulff, Wulf; Manfrecola, Johannes; Schmidt, ThereseHybride Konstruktionen an der BTU Cottbus-SenftenbergBautechnik12/2021907-920Aufsätze

Kurzfassung

Die angestrebten Ziele einer Ressourcen- und Klimaneutralität erfordern ein radikaleres Umdenken der Bauschaffenden, das mit einer noch viel stärkeren Sensibilisierung der Auftraggeber für die Auswirkungen des Material- und Energieverbrauchs im Bausektor verbunden ist. Ein Ansatz, um diese Ziele zu erreichen, sind hybride Konstruktionen, in denen unterschiedliche Materialien, Elemente, Funktionen und Technologien auf mehreren Konstruktionsebenen ressourcen- und energieeffizient kombiniert sowie im Fall eines Rückbaus sortenrein rezykliert werden. Dieser anspruchsvolle Ansatz ist von Beginn an erklärtes Ziel des Lehrstuhls Hybride Konstruktionen - Massivbau an der BTU Cottbus-Senftenberg und zieht sich durch alle Lehr- und Forschungsaktivitäten. Mit ausgewählten Forschungsprojekten werden Motivation und Methoden hybrider Konstruktionen sowie deren Potenzial für ressourcen- und klimaneutrale Konstruktionen anhand von Prototypen aufgezeigt. Hierbei steht neben der ökologischen Weiterentwicklung klassischer hybrider Konstruktionen aus nachwachsenden und rezyklierten Rohstoffen, bspw. Holz und Recyclingbeton, auch die Entwicklung aktiver hybrider Konstruktionen im Fokus. Die gezielte Integration von aktiven Technologien wie Sensorik, Aktuatorik und Regelungstechnik ermöglicht multifunktionale Konstruktionen, einen hohen Nutzungskomfort, einen geringeren Rohstoffverbrauch bis hin zur Energiegewinnung aus dynamischen Einwirkungen.

Hybrid structures at BTU Cottbus-Senftenberg
The intended objectives of resource and climate neutrality require a more radical rethinking on the part of building professionals, combined with a much greater awareness on the part of clients of the effects of material and energy consumption in the building sector. Achieving these goals is possible using hybrid structures, in which different materials, elements, functions and technologies are combined on different levels of construction in a resource- and energy-efficient way as well as recyclable by type into their components in case of deconstruction. This ambitious approach has been the declared goal of the Chair of Hybrid Structures - Structural Concrete at BTU Cottbus-Senftenberg from the very beginning and runs through all teaching and research activities. With the aid of selected research projects, the motivation and methods of hybrid constructions as well as their potential for resource- and climate-neutral constructions are shown on the basis of prototypes. In addition to the further ecological development of classical hybrid structures made of renewable and recycled raw materials such as timber and recycled concrete, the focus is also on the development of active hybrid structures. The targeted integration of active/adaptive technologies such as sensor, actuator and control systems enables multifunctional constructions, a high level of user comfort, lower raw material consumption and the possibility of energy harvesting from dynamic loads.

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Engel, Thomas; Moosmüller, Katharina; Werther, NormanBrandgefahr durch Elektroinstallationen in modernen mehrgeschossigen HolzgebäudenBautechnik5/2021353-364Aufsätze

Kurzfassung

Ein Drittel aller Brände in Gebäuden lässt sich auf sog. Elektrobrände zurückführen. Eine, spätestens seit Einführung der DIN VDE 0100-420 im Jahr 2016 und der allgemeinen Forderung zur Verwendung von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) in Holzgebäuden, diskutierte Frage ist, ob die brennbare Konstruktion ein erhöhtes Risiko bei Elektrobränden darstellt und folglich Holzgebäude spezieller geschützt werden müssen. Im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Untersuchung wurde diese Fragestellung für moderne mehrgeschossige Gebäude aus Holz untersucht. Brennbare Dämmstoffe waren nicht Teil des Untersuchungsumfangs. Im Rahmen der Untersuchung konnte nachgewiesen werden, dass das Risiko eines Auftretens von Elektrobränden innerhalb der Konstruktion verhältnismäßig gering ist und die vorhandenen Schutzeinrichtungen eines Hausanschlusses einen Teil möglicher Defekte bereits abdecken. Als maßgebendes Einwirkungsszenario wurde ein Lichtbogen ermittelt. Bei allen durchgeführten Versuchen trat ein Selbstverlöschen auf. Eine Notwendigkeit von AFDDs in Standardgebäuden ließ sich nach Auswertung der Versuche nicht erkennen.

Fire hazard due to electrical installations in modern multi-storey timber buildings
Currently one third of all fires are due to electrical fires. An relevant question that has been raised, at the latest since the introduction of DIN VDE 0100-420 in 2016 and the general demand for arc fault detection devices (AFDDs) in timber buildings, is whether the combustible construction represents an increased fire hazard in the case of electrical fires and whether timber buildings therefore require more special protection. Within the scope of the study presented in this article that question was investigated for modern multi-storey timber buildings. Combustible insulation materials were not part of the scope of the investigation. In the course of the investigation it could be proven that the risk of an occurrence of electrical fires within the construction is low and that the existing protective devices of a building installation already cover a part of possible defects. An electric arc was determined as the decisive impact scenario. In all tests carried out, self-extinguishing occurred. After evaluation of the tests, it was not possible to identify a need for AFDDs in standard buildings.

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Konopka, Daniel; Stöcklein, Josef; Kaliske, MichaelNeue numerische Simulation für alte Holzkonstruktionen - 23. Dresdner Baustatik-Seminar - "Realität - Modellierung - Tragwerksplanung"Bautechnik10/2020708-716Aufsätze

Kurzfassung

Holz ist ein Werkstoff mit langer Tradition und breitem Anwendungsspektrum. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Methodenentwicklung für die numerische Simulation historischer Kulturgüter aus Holz mit der Finite-Elemente-Methode. Die vorgestellten Ansätze sind konsistent auf alle Klassen von Holzstrukturen übertragbar. Die Materialeigenschaften von Holz sind grundsätzlich nichtlinear, skalen-, richtungs-, klima- und zeitabhängig. In Holzstrukturen tragen u. a. auch Klebfugen, Lackierungen und Furniere wesentlich zum klimaabhängigen Strukturverhalten bei. An Strukturbeispielen werden die Einflüsse des Materials, der mechanischen und insbesondere der klimatischen Beanspruchungen auf das zeitabhängige Strukturverhalten sowie die Ansätze der numerischen Simulation zur Bewertung des Tragverhaltens von Holzstrukturen mit aktuellen Modellen verdeutlicht. Der vorliegende Beitrag wurde am 18. Oktober 2019 im Rahmen des 23. Dresdner Baustatik Seminars präsentiert.

New numeric simulation for old wooden structures
Wood is a construction material with a long tradition and a wide area of application. This contribution gives insight into the numerical simulation of historical wooden cultural heritage objects by means of the Finite Element Method. The material properties of wood are mutually non-linear, scale-, direction-, climate- and time-dependent. Within wood or timber structures, also glued joints, varnishes and veneers contribute to the climate-dependent structural behaviour. The influence of the material, the mechanical and the climate loadings on the time-dependent structural behaviour and the approaches of the numerical simulation for the evaluation of the wooden structures' load-bearing behaviour are represented by current models on structural examples. This contribution has been presented on 18 October 2019 at the “23. Dresdner Baustatik Seminar”.

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Werther, Norman; Matthäus, CarlaWärmeenergie und Holzfeuchte als Einflussgrößen auf das Abbrandverhalten von HolzBautechnik8/2020540-548Aufsätze

Kurzfassung

In diesem Beitrag werden zwei Einflussgrößen betrachtet, die im baupraktischen Anwendungsbereich das Abbrandverhalten von Holz sowie dessen Durchwärmung bei Brandbeanspruchung beeinflussen. Die Kenntnis des Abbrandverhaltens ist eine wesentliche Grundlage für die Bemessung von tragenden Holzbauteilen. Basierend auf Brandversuchen wurde sowohl die Auswirkung von zum Normbrand abweichenden Temperaturbeanspruchungen als auch der Einfluss der Ausgangsholzfeuchte auf das Abbrandverhalten untersucht. In Verbindung mit erweiternden numerischen Untersuchungen wurden hieraus Bemessungsansätze abgeleitet, die die Betrachtung des Abbrand- und Durchwärmungsverhaltens von Holzbauteilen unter Norm- und parametrischer Brandbeanspruchung erlauben.

Factors influencing the charring behaviour of timber
This article focuses on the investigation of internal and external factors that influence the charring of timber and the temperature profiles within timber cross sections when exposed to fire. Based on own and existing fire test results, the influence of temperature time scenarios, relevant for non-standard fire design as well as the influence of the initial wood moisture content on the charring behaviour were investigated. The outcomes of this work, based on the experiments and followed by analytical and numerical investigations, are simplified design approaches that can be used to determine the charring depth and in-depth temperature distribution when designing timber structures for standard and non-standard fire exposure.

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Engel, Thomas; Werther, NormanAnalyse der zulässigen Brandausbreitung über die FassadeBautechnik8/2020558-565Aufsätze

Kurzfassung

Aufbauend auf den grundlegenden Forderungen der Bauordnung lassen sich aktuell in Deutschland verschiedene Erläuterungen zur Konkretisierungen des Schutzziels “Begrenzung der Brandausbreitung über die Fassade” finden. Eine allgemeingültige Festlegung gibt es bisher nicht. Diese Festlegung wäre jedoch, insbesondere für die Betrachtung von neuen Fassaden und Außenwandbekleidungen, eine wichtige Basis. Die nachfolgende Studie beschreibt die aktuell in Deutschland zur Verfügung stehenden Grundlagen zur Bewertung “brandschutztechnisch sicherer” Fassaden. Diese sind Prüfverfahren für Fassadenbrandversuche, Hintergründe für die Prüfverfahren, Vorgaben aus bauordnungsrechtlichen Richtlinien und Auslegungen der Bauaufsicht. Weiter werden die Vorgaben der europäischen Nachbarländer, die bereits ein konkretes Schutzziel definiert haben, dargestellt. Als Ergebnis stellt die Studie einen Vorschlag für Beurteilungskriterien für “brandschutztechnisch sichere” Fassaden vor.

Analysis of the acceptable fire spread at the façade
In addition to the fundamental requirements of the German Building Code, there are several mostly contradictory concretizations of the fire safety objective “limitation of fire spread at the facade”. There is currently no universal definition. However, this definition would be an important basis, in particular for the consideration of facades and exterior wall cladding made of combustible building materials. The following article describes the principles to evaluate fire-safe facades currently available in Germany. These comprises, facade fire-test methods, backgrounds about the test methods, specifications from building regulations guidelines and interpretations of the building authorities. Furthermore, the specifications of neighboring European countries, which already have defined a specific fire safety objective for facades, are presented. As a result, the article presents a proposal for assessment criteria for fire-safe facades.

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Grunwald, Cordula; Myslicki, Sebastian; Diehl, Friedemann; Bletz-Mühldorfer, OliverIn Laubholz eingeklebte Stäbe - experimentelle und numerische Bewertung der TragfähigkeitBautechnik4/20203-13Aufsätze

Kurzfassung

Eingeklebte Stäbe stellen eine im Holzbau weit verbreitete geklebte strukturelle Verbindung dar. Bisher konzentrierte sich die gängige Praxis weitgehend auf Nadelholz. Die meisten Strukturklebstoffe sind dementsprechend speziell für die Verarbeitung von Nadelholz, insbesondere Fichte, entwickelt. Der vermehrte Einsatz von Laubholz bzw. Holzwerkstoffen fordert tiefere Erkenntnisse über geklebte Verbindungen mit Laubholz. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über eine umfangreiche Forschungsreihe mit neun Klebstoffen, drei Holzwerkstoffen und vier Arten von Stäben. Die Untersuchungen erfolgten zunächst auf Ebene der Komponenten als vollständige Charakterisierung der Werkstoffe Holz, Klebstoff und Stab. Es folgten großmaßstäbliche Bauteilversuche. Insgesamt wurden 180 Einzelproben getestet. Neben dem experimentellen Teil wurde für den geklebten Anschluss unter Verwendung des probabilistischen Ansatzes ein praxistaugliches Bemessungsmodell für in Laubholz eingeklebte Stäbe unter quasistatischer Belastung entwickelt und validiert. Das Modell lieferte bezogen auf die experimentell ermittelten Bruchlasten Ergebnisse mit einer Genauigkeit von -1 ± 9 % (über alle Materialkombinationen gemittelt). Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Querzugfestigkeit des Holzes sogar mehr als die Schubfestigkeit auf die Tragfähigkeit des geklebten Anschlusses einwirkt, während die Längszugfestigkeit eine untergeordnete Rolle spielt.

Rods glued in engineered hardwood products - experimental and numerical investigation
Glued-in Rods (GiR) represent an adhesively bonded structural connection widely used in timber engineering. This article presents an overview over extensive research carried with nine adhesives, three EWP and four types of rods. Investigations started at component level, by fully characterizing all adhesives, EWP, and rods. Investigations at full scale followed, involving five different adhesives, three EWP and four rod types. A total of 180 individual samples were tested. The results allowed to draw conclusions about the relationship between performance of GiR connections, and mechanical properties of their components. In addition to the experimental part, the modelling and strength prediction of Glued-in Rods was developed and validated. Combining the material characterization with FEA, and reformulating strength in probabilistic terms, then allowed to perform predictions of joint capacities for all 60 experimentally investigated GiR-configurations. The comparison between predicted and experimental values showed a good agreement with relative difference amounting to -1 ± 9 % (averaged over all GiR-configurations). Results clearly showed that transverse tensile strength of the wood is at least as important as shear strength for joint capacity of GiR, and that longitudinal strength plays a minor role.

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Müller, Andreas; Geyer, Christoph; Hausammann, RomanHochleistungs-Hybridbausystem mit Holz und StahlBautechnik4/202026-34Aufsätze

Kurzfassung

In nur fünf Monaten wurde in Lenzburg (CH) mit einem neu entwickelten Hochleistungs-Hybridbausystem ein energieeffizientes Mehrfamilienhaus mit 20 preisgünstigen Mietwohnungen realisiert.
Das Prinzip des Hochleistungs-Hybridbausystems sieht bezugsfertig hergestellte kubische Wohnraummodule aus einer Holzleichtbaukonstruktion vor, welche auf der Baustelle in eine vorgängig montierte Stahlskelettkonstruktion eingefügt werden. Im Gegensatz zur üblichen Raummodulbauweise, bei der die Module aufeinandergestapelt werden, konnten durch das Entwurfsprinzip der sich selbst tragenden Holzbaumodule die Wanddicken reduziert und damit wesentlich materialoptimiert werden. Die Stahlskelettkonstruktion ermöglicht, die Wanddicke der Stahlhohlprofile optimal auf die Anzahl der Geschosse anzupassen. Die Stahlskelettstützen bleiben in ihren Außenabmessung bei vier- bis achtgeschossigen Gebäuden immer gleich und ermöglichen eine max. Standardisierung bei der Detailausbildung. Eines der Schlüsselelemente der Entwicklungsarbeit war die konsequent ausgebildete Schallentkopplung zwischen Wohnraummodul und Stahlskelett. Sämtliche Auflagerdetails, Stabilisierungsanschlüsse und Verbindungen zwischen Modul und Skelett sind durch Elastomerlager schalltechnisch entkoppelt.

High performance hybrid construction system with timber and steel
In just five months, an energy-efficient apartment building with 20 low-priced rental apartments was built in Lenzburg (Switzerland) using a newly developed high-performance hybrid construction system.
The principle of the high-performance hybrid construction system envisages cubic living space modules made of a lightweight timber construction and manufactured ready to move, which are inserted into a previously assembled steel skeleton construction on site. In contrast to the usual room module construction method, in which the modules are stacked on top of each other, the present design principle of the self-supporting timber construction modules allows a reduction of wall thicknesses and thus a considerable optimization of material use. The steel skeleton construction enables an optimal adaptation of wall thickness of the steel hollow sections to the number of floors. The external dimensions of the steel skeleton support remain always the same for four to eight story buildings and allow a maximum standardization in the detail design. One of the key elements of the development work is the consistently developed sound decoupling between the living space module and the steel skeleton. All support details, stabilisation connections and connections between module and skeleton are sound decoupled by elastomer layers.

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Franke, Steffen; Franke, BettinaBemessung von Stabdübelverbindungen in Buchen-BrettschichtholzBautechnik4/202035-43Aufsätze

Kurzfassung

Für den weiten Einsatz von Laubholzprodukten, wie Brettschichtholz (BSH) aus Buche, müssen für die Bemessung alle relevanten Eigenschaften der Produkte sowie auch der Verbindungen bekannt sein. Vorhandene normative Regelungen basieren vorrangig auf Untersuchungen an Nadelholz und sind bis dato noch nicht umfassend für Laubholz geprüft. Die hier dargelegten Ergebnisse beziehen sich auf Anschlüsse mit Stabdübeln. Das durchgeführte Prüfprogramm unterteilt sich in Prüfungen zur Festlegung der Vorbohrdurchmesser für ein optimales Einbringverhalten und zur Bewertung der Bemessungsregeln zur Bestimmung der Tragfähigkeit. Das Prüfprogramm gliedert sich in klein- und großformatige Prüfserien mit praxisrelevanten Querschnittsgrößen und Beanspruchungen (Mehrschlitzblechverbindungen bis ca. 1 500 kN) mit Variation der Rand- und Verbindungsmittelabstände, der Holzdicken, der Anzahl der Verbindungsmittel und der Durchmesser.
Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass das Tragverhalten dieser Verbindungen in Buchen-BSH mit den bisher verwendeten Bemessungsansätzen nach SIA 265:2012 oder SN EN 1955-1-1:2014 sehr gut korrelieren. Mit Anpassung der verwendeten Materialparameter und Einführung des Seileffekts können so die bisherig rechnerisch unterschätzten Traglasten der Normen ausgeglichen werden. Aus den Ergebnissen konnten Empfehlungen für die Ausführung abgeleitet werden. Basis hierfür war das Einhalten einer hohen Duktilität. Eine Erstveröffentlichung erfolgte in 2019.

Design of dowel-type connections in beech-glulam
For the wide use of hardwood products such as glued laminated timber made of beech, all relevant properties of the products as well as of the joints must be known for the design. Existing normative regulations are primarily based on experimental investigations on softwood and have not yet been comprehensively and completely proofed for hardwood. The test results presented in this article refer to connections with dowels. The test program is divided into tests to determine the pre-drilling diameters for optimum installation and to evaluate the design rules for determining the load-bearing capacity. The test program is divided into small- and large-format test series with practically relevant cross-section sizes and loads (multiple slotted-in plate connections up to approx. 1 500 kN) with varying of the edge distances and fastener spacing, member thicknesses, number of fasteners in and perpendicular to the grain direction and diameters.
The presented results show that the load-bearing behavior of the connections in glued laminated beech timber correlates very well with the previously used design approaches according to SIA 265:2012 or SN EN 1955-1-1:2014. By adjusting the material parameters used and introducing a contribution of the rope effect, the previously underestimated load capacities of the standards can be compensated. From the results, recommendations for the design of connections regarding installation requirements and minimum distances could be derived. The basis for this was the maintenance of a high ductility. First published in 2019.

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Aurand, Simon; Blaß, Hans JoachimVerbinder aus Kunstharzpressholz mit veränderter Oberfläche zur Erhöhung der Reibung in der ScherfugeBautechnik4/202044-55Aufsätze

Kurzfassung

Im Rahmen der Entwicklung neuartiger Hauptträger-Nebenträger-Verbinder aus Kunstharzpressholz (KPH) wurden im ersten Teil eines laufenden Forschungsvorhabens verschiedene Arten der Oberflächenbehandlung der Verbinder untersucht. Diese umfassten Schleifen und Sandstrahlen, Beschichten mit Mineralkörnern und unterschiedlichen Bindemitteln sowie das Fräsen mit verschiedenen Werkzeugen. In Versuchen wurden die jeweiligen Reibbeiwerte zwischen behandeltem KPH und Nadelholz ermittelt. Dabei konnten mittlere Haftreibungskoeffizienten von über 1,0 und charakteristische Werte bis etwa 0,9 bestimmt werden. Dies bedeutet eine signifikante Steigerung gegenüber dem Wert von 0,25, der im Eurocode 5 zur Berücksichtigung des Seileffekts angegeben ist. Aufbauend auf den Reibversuchen wurde in weiterführenden Versuchen das Verhalten der modifizierten Oberflächen in Verbindungen mit schräg eingedrehten Vollgewindeschrauben untersucht. Hierbei konnten der tragfähigkeitssteigernde Einfluss der modifizierten Oberflächen bestätigt und Steigerungen der Tragfähigkeit von bis zu 40 % erzielt werden.

Densified veneer wood connectors with modified surfaces to increase friction in the shear plane
For the development of innovative connectors made of densified veneer wood (DVW) different surface modifications were examined in a first part of an ongoing research project. The modifications included sanding and sandblasting, coating with mineral particles using different bonding agents, as well as milling with different cutting tools. The coefficient of friction between the modified DVW and softwood was determined in tests. Mean static coefficients of friction of more than 1.0 and characteristic values of up to 0.9 could be determined. This implies a significant increase compared to the value of 0.25 given in Eurocode 5 to take into account the rope effect. Based on the friction tests the behaviour of the modified surfaces in combination with inclined screws was examined. The positive influence of the modified surfaces on the load carrying capacity was confirmed and an increase in load carrying capacity of up to 40 % was observed in tests.

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Geßner, Stephan; Spelter, Arne; Walter, Burkhard; Judt, Peter; Hegger, JosefVorgespannte Bauteile im konstruktiven Holzbau - Theoretische und experimentelle Untersuchungen von vorgespannten BrettstapeldeckenelementenBautechnik11/2019800-814Aufsätze

Kurzfassung

Das Prinzip der Vorspannung wird im Stahlbetonbau häufig eingesetzt, um schlanke Tragkonstruktionen oder große Spannweiten zu ermöglichen. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde das Prinzip der Vorspannung auf den konstruktiven Holzbau angewendet und deren Einfluss auf Tragfähigkeit, baudynamisches Verhalten und Bauteilverformungen untersucht. Die Verankerung der Spannkräfte wurde mittels Betonverankerungskörper realisiert, die das Prinzip der Vorspannung mit sofortigem Verbund verwenden. Der Beitrag beschreibt die theoretischen Untersuchungen zur Bemessung von vorgespannten Brettstapeldecken, die experimentellen Untersuchungen zur Entwicklung der Betonverankerungskörper, Großversuche zur Untersuchung der Tragfähigkeit und des Dauerstandverhaltens von vorgespannten Holzbauteilen sowie baudynamische Untersuchungen. Die Untersuchungen zeigen, dass durch eine Vorspannung das Verformungsverhalten von Brettstapelelementen verbessert werden kann, während das statische und dynamische Tragverhalten durch die Vorspannung kaum beeinflusst wird.

Prestressed timber components in structural timber construction - experimental and theoretical investigations of prestressed laminated timber panel ceilings
The principle of prestressing is frequently used in reinforced concrete constructions to allow slim structures or large spans. Within the framework of a research project, the principle of prestressing was applied to timber constructions and its influence on load-bearing capacity, structural dynamics and component deformation was investigated. The anchoring of the prestressing forces was realized by pre-tensioned concrete anchoring elements. The paper describes the theoretical investigations for the assessment of prestressed laminated timber panel ceilings, the experimental investigations for the development of concrete anchoring elements, large-scale tests for the analysis of the load bearing capacity and creep behavior of prestressed timber components as well as investigations on the dynamic behavior. The investigations show that prestressing can improve the deformation behavior of laminated timber panel ceiling elements, whereas the prestressing had no clearly determinable influence on the static and dynamic load-bearing behavior.

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Suttner, Elisabeth; Rauch, Michael; Werther, Norman; Winter, StefanGanzheitlicher Feuerwiderstand für Konstruktionen in HolzbauweiseBautechnik11/2019815-823Aufsätze

Kurzfassung

Abhängig von der Gebäudeklasse und der Funktion der Bauteile müssen die Anforderungen der gültigen Landesbauordnungen hinsichtlich des Feuerwiderstands nachgewiesen werden. Mit der bauordnungsrechtlichen Legitimation, mehrgeschossige Gebäude bis zur Hochhausgrenze auch in Holzbauweise zu errichten, stellt sich zusehends die Herausforderung, adäquate Nachweise zum baurechtlich geforderten Feuerwiderstand bereitzustellen. Neben flächigen Bauteilen ist hierbei ebenso der Einfluss von Elementfugen, Bauteilfugen sowie Durchdringungen haustechnischer Installationen durch Bauteile mit Anforderungen an den Feuerwiderstand zu bewerten. Im Hinblick auf Holzkonstruktionen liegen hierfür gegenwärtig nur begrenzte Möglichkeiten zum Nachweis entsprechender Anforderungen vor.
Die nachfolgende Abhandlung beschreibt bestehende sowie neue Nachweismethoden für den Feuerwiderstand von Holzmassiv- und Holztafelbaukonstruktionen bis zu einem Feuerwiderstand von 90 min. Hierbei wird besonders auf die Anwendung biogener Baustoffe und deren Beitrag zum Feuerwiderstand eingegangen. Ergänzend hierzu wird der aktuelle Stand zur Ausführung brandschutztechnisch sicherer Anschlüsse und Elementfugen, die analog zum flächigen Bauteil eine Ausbreitung von Feuer und Rauch behindern müssen, aufgezeigt. Des Weiteren werden relevante Konstruktionsgrundsätze für den Umgang mit haustechnischen Durchdringungen durch Holzbauteile zusammengestellt. Anhand des Bauteil- und Konstruktionskatalogs dataholz.eu wird die praxisbezogene Umsetzung und Verwendbarkeit dieser Erkenntnisse dargestellt.

Holistic fire resistance for timber constructions
Depending on the building class and the function of the structural components, it is necessary to verify the requirements regarding to the fire resistance. With the legitimation under building law to construct multi-storey buildings up to high-rise buildings also as timber constructions with combustible materials, the challenge of ensuring adequate proof of the fire resistance is increasing. In addition to the verification of the usability of the building component itself, the influence of element joints, component joints and penetrations of building services installations through components with fire resistance requirements have to be checked. With regard to timber construction, there are currently only limited possibilities for proving corresponding requirements.
The following paper describes existing and new methods to determine the fire resistance for massive timber constructions and timber frame assemblies until 90 min fire resistance. In particular, the use of bio-based insulation materials and their contribution to fire resistance will be discussed. In addition, the current state of the art of safe connections and element joints, which must prevent the spread of fire and smoke in the same way as the components, will be presented. Furthermore, relevant design principles for the handling of technical penetrations through wooden building components are collected based on current research results as well as existing approval documents. The online catalogue dataholz.eu is used to illustrate the practical use of these findings.

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Klippel, Michael; Schmid, Joachim; Fahrni, Reto; Kleinhenz, Miriam; Frangi, AndreaVorschlag einer Standardprüfmethode für Brettsperrholz im BrandfallBautechnik11/2019824-831Aufsätze

Kurzfassung

Brettsperrholz (BSP oder engl. Cross-Laminated Timber, CLT) ist in den letzten Jahren zu einem beliebten Holzprodukt für hochwertige und innovative Holzbauten geworden. Wie bei jedem Bauprodukt müssen das Brandverhalten und der Feuerwiderstand von CLT-Elementen bei der Planung von Gebäuden sorgfältig geprüft werden. Der Klebstoff, der in den Klebfugen von CLT verwendet wird, spielt eine wichtige Rolle bei der Brandbemessung. Derzeit stellen die europäischen Normen jedoch keine Prüfmethode zur Verfügung, um die Klebfugeneigenschaften im Brandfall von CLT zu beurteilen. An der ETH Zürich wurden im letzten Jahr Brandprüfungen mit CLT-Deckenelementen durchgeführt, in denen Klebstoffe mit verschiedenen Eigenschaften im Brandfall geprüft wurden. Der vorliegende Aufsatz stellt die Ergebnisse dieser Brandprüfungen dar und zeigt die Grundlagen einer möglichen europäischen Prüfmethode zur Klassifizierung von Flächenverklebungen. Dabei wird gezeigt, dass der Massenverlust von verklebten CLT-Elementen während eines EN/ISO-Normbrands verwendet werden kann, um die Funktionsfähigkeit der Klebstofffuge im Brandfall (Haftvermögen) zu bewerten.

Proposal for standard test method to evaluate the performance of cross-laminated timber exposed to fire
In recent years, cross-laminated timber (CLT) has become a popular wood-based product for high quality and innovative timber construction. As with any building product, the fire performance and fire resistance of CLT elements must be carefully assessed when designing buildings. The adhesive used in the glueline of CLT plays an important role in the fire design. However, at present, the European standards do not provide a test method to assess the adhesive properties in CLT exposed to fire. At ETH Zurich, fire tests were carried out with CLT floor elements in which adhesives with various properties were tested in fire. This article presents the results of these fire tests and shows a possible European test method for the classification of adhesives. It is shown that the mass loss of the CLT elements during an EN/ISO standard fire can be used to evaluate the integrity of the surface gluing in fire.

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Schmeck, Michel; Arendt, Stephan; La Magna, Riccardo; Schmid, Volker; Gengnagel, ChristophNeues Verbindungskonzept aus bewehrtem Polymerfeinbeton für Faserverbund- und HolzwerkstoffeBautechnik6/2019459-471Aufsätze

Kurzfassung

Entscheidend für die Tragfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und die Gestaltung von schlanken Konstruktionen aus Holz- oder Faserverbundkunststoffen (FVK) sind i. d. R. die Verbindungen. In diesem Beitrag wird ein neuartiges Verbindungskonzept für Stabwerkskonstruktionen aus Holz- oder FVK vorgestellt. Eine wichtige Eigenschaft dabei ist eine reversible Montagemöglichkeit. Ein weiterer Vorteil ist die Weiterleitung hoher Beanspruchungen ohne Querschnittsvergrößerungen. Das Konzept basiert auf einer formschlüssigen Kraftübertragung durch Verzahnung in Kombination mit GFK-bewehrtem Polymerbeton. Der Werkstoff ermöglicht aufgrund seiner exzellenten Verbundeigenschaften mit Holz und FVK, seiner Tragfähigkeit sowie seiner freien Formbarkeit die Entwicklung einer vollständig neuartigen Verbindungstechnologie. Am Beispiel eines biegesteifen Längsstoßes werden die Potenziale und Herausforderungen der neuen Bauweise in Hinblick auf Detailentwicklung und Analyse aufgezeigt und diskutiert. Für den neuartigen, kaltvergossenen Verbindungsknoten erfolgten umfangreiche numerische und experimentelle Traglastuntersuchungen, die hier vorgestellt werden. Ebenfalls dargestellt werden Ansätze einer computergestützten Geometriegenerierung und Fertigung des Knotens (Rapid Prototyping) sowie weitere Entwicklungsstrategien für das Gesamtkonzept.

New connection design with reinforced polymer concrete for FRP and timber
Decisive for the load bearing capacity, economic efficiency and the design of slender timber constructions or fiber-reinforced plastics (FRP) are usually the joints. This paper presents a novel connection concept for timber framework constructions. An important feature is a reversible assembly option. Another advantage is the transmission of high stresses without cross-sectional enlargements. The concept is based on a force transmission through interlocking of toothes in combination with GRP reinforced polymer concrete. Due to its excellent bonding properties with wood and FRP, its load capacity and its free formability, the material enables the development of a completely new joining technology. Using the example of a rigid longitudinal joint, the potentials and challenges of the new construction method with regard to detail development and analysis are demonstrated and discussed. For the novel, cold-cast connection node extensive numerical and experimental load tests will be presented. Also presented are approaches of a computer-aided geometry generation and production of the node (rapid prototyping) as well as further development strategy for the overall concept.

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Arendt, Stephan; La Magna, Riccardo; Schmeck, Michel; Schmid, Volker; Gengnagel, ChristophNeue Ergebnisse zu epoxidharzbasiertem Polymerfeinbeton mit und ohne GFK-BewehrungBautechnik6/2019472-484Aufsätze

Kurzfassung

Polymerbeton stellt, analog zum klassischen zementgebundenen Beton, ein heterogenes Gemisch aus Zuschlag und Bindemittel dar. Eine Substitution des Zements durch Epoxidharz hat tiefgreifende Auswirkungen auf die mechanischen und chemischen Eigenschaften sowie auf Herstellungsprozesse. Aufgrund seiner hohen Druck- und Zugfestigkeit, guten chemischen Beständigkeit, seines guten Haftverbunds auf unterschiedlichsten Werkstoffen und seiner kurzen Erhärtungszeit wird Polymerbeton bisher vorwiegend für Reparaturen von Normalbetonen und bei aggressiven Umweltbedingungen eingesetzt. Notwendige bauaufsichtliche Zulassungen beschränken sich meist auf Druckbeanspruchungen im Polymerbeton oder exakte Bauteilspezifikationen. Die hier vorgestellte Forschung beschäftigt sich mit dem Einsatz von GFK-bewehrtem Polymerbeton zur Herstellung kaltgegossener lösbarer Verbindungsdetails in stabförmigen Tragwerken aus schlanken Holz- oder faserverstärkten Kunststoff-Querschnitten. In diesem Beitrag werden zunächst neue Forschungsergebnisse zu unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften von bewehrtem und unbewehrtem epoxidharzbasiertem Polymerfeinbeton vorgestellt. Basierend auf Druckversuchen an Prismen werden die Eigenschaften unterschiedlicher epoxidharzbasierter Polymerbetone in Abhängigkeit von den Komponenten Zuschlag, Bindemittel und Luftporengehalt dargestellt. Im Anschluss werden die mechanischen Eigenschaften unter Zug und Biegung präsentiert. Darüber hinaus wird ein Materialmodell zur Bestimmung des Elastizitätsmoduls von Polymerbetonen basierend auf der Zusammensetzung des Polymerbetons vorgestellt.

New results for epoxy resin based polymer fine concrete with and without GFRP reinforcement
Similar to cement-bound concrete, polymer concrete is a heterogeneous mixture of aggregate and matrix. A substitution of the cement by epoxy has major effects to the mechanical and chemical properties as well as the manufacturing process. Based on its high load capacity under compression and tensile, good chemical resistance, good bond with many materials and short curing time, polymer concrete is used mainly for cement concrete repair and in highly aggressive environment. Technical approvals for polymer concrete are usually limited to compression stresses or limited structural specifications. The ongoing research aim to a cold-cast detachable connection in rod constructions made of slender timber or GFRP sections. This paper presents properties of unreinforced and reinforced polymer fine concrete based on epoxy. Based on several tests, the properties of different polymer fine concrete and the qualitative influence of the main components aggregate, matrix and air pores are shown. The mechanical properties under bending are presented in the second part. Furthermore, a material model for determining the modulus of elasticity of polymer concrete based on the composition of the polymer concrete is presented.

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Hartig, Jens; Namari, Siavash; Wehsener, Jörg; Haller, PeerBemessung und experimentelle Untersuchungen von eingeschlitzten Verbindungen mit GFK-Platten und Stabdübeln für den IngenieurholzbauBautechnik11/2018775-786Aufsätze

Kurzfassung

Holz ist für den Einsatz in Tragwerken unter korrosiven Bedingungen aufgrund seiner Korrosionbeständigkeit prädestiniert. Häufig stellen dabei jedoch Verbindungen aus Stahl eine Schwachstelle hinsichtlich der Dauerhaftigkeit dar. In diesem Beitrag wird eine Möglichkeit der Ausbildung von Verbindungen aus nichtmetallischen Werkstoffen in Form von glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) vorgestellt, die im Pultrusionsverfahren hergestellt werden und kommerziell verfügbar sind. Die GFK-Platten werden dabei in Schlitze im Holzquerschnitt eingebracht und mit Stabdübeln verbunden. Es wird ein Bemessungsmodell auf Grundlage des Eurocodes 5 und der allgemeinen bauaufsichtlichen Zulassung der GFK-Platten entwickelt und anhand eines Bemessungsbeispiels verdeutlicht. Die Vorhersagen des Bemessungsmodells werden durch Traglastversuche an Trägern mit bauteilnahen Abmessungen überprüft und bestätigt. Es zeigt sich, dass mit den entwickelten Verbindungen ähnliche Trageigenschaften wie mit herkömmlichen eingeschlitzten Stahlverbindungen erreicht werden können. Ein Grund dafür ist das fehlende Lochspiel, das durch ein gleichzeitiges Bohren von Holz- und Plattenquerschnitt erreicht wird. Dies erzeugt im Vergleich zu Stahlverbindungen eine gleichmäßigere Belastung der Dübel und geringere Verformungen.

Static verification and experimental investigations on slotted connections with GRP plates and dowels for engineered timber structures
Timber is due to its corrosion resistance predestined for application in structures with corrosive climatic conditions. Often connections made of steel are, however, weaknesses for the durability. This contribution presents an option for the design of connections made of glass-fibre reinforced plastics (GRP), which are produced in a pultrusion process and are commercially available. Such GRP plates are positioned in slots in the timber element and are connected with dowels. A static verification model based on Eurocode 5 and the national technical approval of the GRP plates is developed and demonstrated based on a verification example. The prediction of the static verification was checked and confirmed by ultimate load tests on girders with dimensions close to practical applications. It is shown that with the developed connections similar load-bearing behavior like with common connections with slotted steel plates can be achieved. One reason is the missing hole clearance, which results from the simultaneous drilling of the timber and GRP elements. This leads to a more uniform loading of the dowels and less deformations compared to respective steel connections.

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Niebuhr, Peter; Sieder, MikeBeobachtungen zur Linearität der Schädigungsakkumulation im HolzbauBautechnik11/2018787-792Aufsätze

Kurzfassung

Es werden Beobachtungen zum Verlauf der Schädigungsakkumulation vorgestellt, die an Ergebnissen von Versuchen zum Ermüdungsverhalten von Brettsperrholz unter Schubbeanspruchung in Scheibenebene gemacht wurden. Hierbei wird der Verlauf der akkumulierten Verformung als Hinweis auf den Verlauf der akkumulierten Schädigung herangezogen. Es wird aufgezeigt, dass die gängige Annahme eines linearen Schädigungsverlaufs für den Großteil der Lebensdauer im Einstufenkollektiv auf der sicheren Seite liegt, dass es jedoch im Bereich kleiner Lastspielzahlen ein kritisches Spektrum gibt, in dem die Sicherheit der Annahme einer linearen Schädigung fragwürdig und daher tiefergehend zu untersuchen ist.

Observations on the linearity of damage accumulation in timber construction
Based on fatigue tests on cross-laminated timber under in-plane shear loading the damage accumulation behaviour is observed. For this purpose, the accumulated deformation is taken as an indication of the accumulated damage. It is shown that the popular assumption of a linear damage accumulation is on the safe side for most of the fatigue life under invariable loading conditions (such as amplitude and maximum load). For small load cycle numbers, though, a critical spectrum is identified, where the safe application of a linear damage accumulation theory is questionable and needs further investigation.

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Meyer, Nico; Blaß, Hans JoachimEine neue Prüfmethode für Fachwerkknoten aus HolzBautechnik11/2018793-800Aufsätze

Kurzfassung

Das Trag- und Verformungsverhalten von Verbindungen wird i. d. R. mithilfe von Druck- oder Zugversuchen an einzelnen Bauteilen ermittelt. Diese Bauteile können in der späteren Baupraxis u. a. als Druck- und Zugdiagonalen in Fachwerkträgern eingesetzt werden. Allerdings weisen die Fachwerkknoten, in denen die Diagonalen an die Gurte angeschlossen werden, aufgrund der kombinierten Einleitung von Zug- und Druckkräften ein komplexes Tragverhalten auf. Dieses kann durch Versuche an vollständigen Fachwerkträgern verifiziert werden. Der material- und versuchstechnische Aufwand ist hierbei jedoch sehr hoch, zumal pro Versuchsfachwerk i. d. R. lediglich ein bestimmter Fachwerkknoten untersucht werden kann. Alle übrigen Knoten des Fachwerkträgers dienen allein der Erzeugung der Kräfte in dem zu untersuchenden Knoten. Mit der hier vorgestellten Prüfmethode ist es nun möglich, das Trag- und Verformungsverhalten von Fachwerkknoten praxisnah zu ermitteln, ohne einen kompletten Fachwerkträger prüfen zu müssen. Der Material- und Prüfaufwand reduziert sich dadurch signifikant. Damit ergibt sich die Möglichkeit, verschiedene Einflussparameter mit einer genügenden Anzahl von Einzelversuchen zu untersuchen.

A new test method for timber truss nodes
The load-bearing and deformation behaviour of connections is usually determined by means of compression or tensile tests on single structural elements. These components can be used later in structural applications, for example as compression or tension diagonals in timber trusses. However, the nodes, where diagonals are connected with the chords, show complex load-bearing behaviour due to the combined introduction of tensile and compression forces. This can be verified by tests with complete trusses. However, the material and experimental effort is very high, especially for the examination of the load-bearing behaviour of a single node. All other nodes of the test truss only generate the forces in the node to be examined. With the presented test method, it is now possible to determine the load-bearing and deformation behaviour of truss nodes in a practical manner, without testing complete trusses. The material and testing effort is significantly reduced. Consequently, various influencing parameters with sufficient number of individual experiments may be studied.

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Kessel, Martin; Anheier, David; Sieder, MikeZur Einschätzung der Duktilität von HolztafelnBautechnik11/2018801-810Aufsätze

Kurzfassung

Die Modellierung von Holztafelkonstruktionen erfolgt heutzutage üblicherweise mit der Schubfeldträgermethode. Die Anwendung der Schubfeldträgermethode auf Wandtafeln führt dazu, dass bei der Modellbildung nur Konstruktionen oder Bereiche von Konstruktionen berücksichtigt werden, die als ideale Schubfelder ausgebildet sind.
Für Holztafeln ist geläufig, dass sich diese bei scheibenartiger Beanspruchung sehr duktil verhalten, da sie aufgrund des ausgeprägt nichtlinearen Verhaltens des Verbunds von Rippe und Beplankung große Verformungen ertragen können, bevor sie versagen.
In diesem Beitrag wird über Untersuchungen zur Einschätzung der genannten Duktilität berichtet. Im Wesentlichen werden die Unterschiede im Last-Verformungsverhalten unterschiedlicher Tafelkonfigurationen mithilfe des FE-Modells von HALL herausgearbeitet.
Der Beitrag zeigt, dass eine ausgeprägte Duktilität nur dann vorhanden ist, wenn es Beanspruchungen senkrecht zu den Plattenrändern gibt. Bei Konstruktionen mit idealen Schubfeldern treten bei ideal-elastisch-plastischem Materialverhalten lediglich nahezu konstante Beanspruchungen des Verbunds parallel der Plattenränder auf, sodass sich nur geringe plastische Reserven ergeben. Bei Konstruktionen mit freien Plattenrändern treten hingegen zusätzlich Beanspruchungen des Verbunds senkrecht zu den Plattenrändern auf, die gegenüber dem elastischen Grenzzustand wesentliche plastische Reserven ergeben. Derartige Tafeln verhalten sich daher sehr duktil.

On the estimation of the ductility of wooden panels
The modelling of wooden panel construction is currently based on the shear field girder method. The application of this method on wall panels results in static models that consider only constructions of parts of constructions that are executed as ideal shear fields.
It is commonly known that wooden panels show a distinct ductile behaviour when loaded in-plane because they can tolerate significant deformations before failing. This results from the distinct non-linear behaviour of the bond between rib and sheet.
This contribution reports on investigations on the estimation of this ductility. The differences in the deformation behaviour of differing panel configurations are mainly elaborated using the FE-model of HALL.
The work shows that a distinct ductility is only apparent, if stresses perpendicular to the sheet edges are apparent. Constructions with ideal shear fields show approximately constant bond stresses parallel to the sheet edges, if an ideal elastic, plastic material law is considered. This leads to small plastic capabilities. Constructions with free sheet edges, however, develop additional stresses perpendicular to the sheet edges that result in significant plastic capabilities compared to the elastic limit state. Panels of that kind therefore show a highly ductile behaviour.

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Schmid, Joachim; Fahrni, Reto; Klippel, Michael; Frangi, AndreaBrandeinwirkung auf Holzbauteile im Prüfofen und bei realen BrändenBautechnik8/2018524-534Aufsätze

Kurzfassung

Brandschutzexperten diskutieren derzeit die Gültigkeit von Brandprüfungen für Holzbauteile. Im Raum steht einerseits die allgemeine Aussage, dass brennbare Bauteile in Prüfungen einer von nicht brennbaren Bauteilen abweichenden thermischen Einwirkung ausgesetzt werden. Andererseits wird darauf hingewiesen, dass die sichere Verwendung von flächigen Holzbauteilen (Massivholzbauteile), z. B. Brettsperrholz, durch Normbrandprüfungen nicht geprüft werden kann, da diese Bauteile die Brandlast erhöhen und somit keine Aussagen im traditionellen Rahmenwerk des Feuerwiderstands getätigt werden können. Der vorliegende Beitrag zeigt Übereinstimmungen und Unterschiede zwischen nicht brennbaren und brennbaren Bauteilen in Normbrandprüfungen auf. Es wird gezeigt, dass die thermische Einwirkung für nicht brennbare und brennbare Bauteile in Normbrandprüfungen gleichwertig ist, auch wenn es sich um - wie im Falle von Brettsperrholz - großflächige Bauteile handelt. Die durch brennbare Bauteile zusätzlich im Brandraum verbrennende Brandlast kann durch Normbrandprüfungen nicht direkt ermittelt werden. Hierfür müssen, falls notwendig, andere Methoden verwendet werden, die zum Teil erst in der Entwicklung stehen. Die durch brennbare raumbildende Tragstrukturen zusätzliche Brandlast führt nicht zu höheren Temperaturen im Brandraum, sondern zu einer veränderten Brandeinwirkung an der Fassade. Diesem Umstand wird im Moment in Bauordnungen durch verschiedene Regeln Rechnung getragen.

Fire exposure of timber members in furnace tests and real fires
Currently, some discussions question the validity of furnace test results for timber members, which are carried out according to standards. It was stated that combustible and incombustible products are exposed to different thermal exposures when tested in furnaces. Additionally, some experts think that massive timber elements, e. g. cross-laminated timber (CLT), cannot be tested in furnaces, as these products increase the fire load and thus statements in the traditional framework of fire resistance testing are not possible. Further, existing design models and models currently under development for CLT were questioned. This study shows similarities and differences between incombustible and combustible building products when tested in furnaces. It is shown that the thermal exposure of combustible building products in furnace tests are similar to incombustibles, even if solid elements like plates, e. g. CLT are tested. Further, it is shown that the additional fire load due to combustible products cannot be determined directly by standard fire tests. If necessary, other fire safety engineering methods should be used. Any additional fire load due to combustible products will not lead to higher temperatures in a fire compartment but will mainly change the flames through openings on the façade. Currently, this circumstance is taken into account in some building codes by several regulations; it is expected that further models will be implemented in Eurocode during the currently ongoing revision.

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Oppel, Mike; Jahreis, Markus; Rautenstrauch, KarlNumerische Modellbildung für Anschlüsse im HolzbauBautechnik11/2017743-750Aufsätze

Kurzfassung

Die Komplexität von Ingenieurbauwerken im Holzbau nimmt ständig zu, sodass die zutreffende Abschätzung des Strukturverhaltens und der materialgerechte Entwurf Herausforderungen darstellen können. Insbesondere für die numerische Analyse der lokal begrenzten Einleitung großer Beanspruchungen im Bereich von Anschlüssen lässt sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) vorteilhaft nutzen. Zuverlässige Ergebnisse resp. Aussagen zum Strukturverhalten und zu den Versagenskriterien erfordern eine sachgerechte Bewertung der Modellqualität, um im Spannungsfeld zwischen Modellgröße und Rechenaufwand eine bedarfsgerechte Simulation zu erstellen. Am Beispiel des Anschlusses stabförmiger Holzbauteile mittels Gewindestäben, die mit einem großvolumigen Polymerverguss im Holz verankert sind, werden nachfolgend die Mindestanforderungen an eine problemorientiert gestaltete numerische Simulation dargestellt. Ergebnisse, Zusammenhänge und die zu erzielenden Genauigkeiten zwischen Experiment und Numerik werden anschaulich gegenübergestellt.

Numeric models for joints in timber engineering
The complexity of civil engineering structures in timber construction is constantly increasing. As a result, the correct estimation of the structural behavior and the material-appropriate design poses a greater challenge. The finite element method (FEM) offers a particularly advantageous solution for the numerical analysis of the local impact of greater loads on and around connections and joints. Reliable results on the structural behavior and the failure criteria require an appropriate assessment of the model quality. Only then can a demand-oriented simulation be created, which takes model size and computational effort into account. The minimum requirements of a problem-oriented numerical simulation are presented below based on the example of timber element joints with cast-in threaded rods, which are anchored in the timber with a large volume of polymer grout. The results, correlations and the accurateness to be achieved between experiment and numerical analysis are demonstratively compared.

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Meyer, Nico; Blaß, Hans JoachimFachwerkträger aus BuchenfurnierschichtholzBautechnik11/2017751-759Aufsätze

Kurzfassung

In diesem Beitrag wird die Verwendungsmöglichkeit axial beanspruchter Verbindungsmittel in Fachwerkträgern aus Buchenfurnierschichtholz mithilfe experimenteller Untersuchungen genauer betrachtet. Die zur Bemessung benötigten Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte und die notwendigen konstruktiven Randbedingungen (Mindestabstände, Einbindelänge) werden ermittelt, diskutiert und mit dem derzeitigen Stand der Technik verglichen. Zur Verifizierung der ermittelten Parameter sowie des Tragverhaltens der untersuchten Verbindungsmittel in Gesamttragsystemen werden im Anschluss Versuche an Fachwerkträgern (Spannweite 10 m, statische Höhe 1,25 m) mit unterschiedlichen Knotenpunktausbildungen vorgestellt. Besonderes Augenmerk wird, neben der Tragfähigkeit, auf die Steifigkeit der geprüften Träger gelegt und somit die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Verbindungsmittel herausgearbeitet.

Trusses made of beech-LVL
The suitability of axially loaded fasteners in trusses made of beech-LVL is studied by experimental investigations. The strength and stiffness properties and the structural boundary conditions (minimum distances, penetration length) are determined, discussed and compared with the state of the art. To verify the parameters as well as the load-bearing behavior of the investigated fasteners, results of full-scale tests with trusses (span 10 m, static height 1.25 m) with different node configurations are presented. In addition to the load-bearing capacity, the stiffness of the tested trusses is under special attention to clarify the performance of the presented connections.

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Jahreis, Markus; Oppel, Mike; Rautenstrauch, KarlAnschlüsse für den Holzbau mit PolymervergussBautechnik11/2017760-766Aufsätze

Kurzfassung

Mit dem zunehmenden Einsatz von Holz für Ingenieurbauwerke steigen die Ansprüche an eine montagefreundliche und materialgerechte Ausbildung effektiver Anschlüsse mit hoher Tragfähigkeit auch unter mehrachsig interagierenden Beanspruchungen. Dieser Beitrag stellt baustellengerechte Varianten für Zug-, Druck- sowie Biegeanschlüsse im Holzbau auf der Basis polymergebundener Vergussmassen vor. Hierbei werden typisierte frei geformte Einbauteile, z. B. aus Stahl mit metrischem Gewinde als Muffen- oder Gewindeanschluss, bereits vom Hersteller mittels “Vergusskleben” in nahezu beliebig geformten, auch größer dimensionierten Ausnehmungen im Holzbauteil verankert. Damit ermöglichen derartige Vergusslösungen dem Holzbau nicht nur einen optimalen Kraftschluss, sondern auch das effiziente direkte Zusammenspiel mit typisierten Anschlüssen anderer Bauweisen, wie sie z. B. im Stahl- oder Stahlbetonbau üblich sind. In diesem Kontext können daher die als Stütze oder Biegeträger optimierten Holzbauteile effektiver als bisher eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet sich der Polymerverguss hervorragend für die Ein- sowie Durchleitung lokaler hoher Druckbeanspruchungen quer zur Holzfaserrichtung. Der vorliegende Artikel zeigt zudem, dass mittels geeigneter numerischer 3-D-FE-Modelle der vorhandene komplexe Beanspruchungszustand dieser Vergussanschlüsse zuverlässig beurteilt werden kann.

Joints in timber engineering with cast-in connectors
The increasing usage of timber in structures has led to higher requirements for load-bearing capacities and usability for constructions - including high performance joints. This paper presents solutions for connecting details in timber constructions to carry tension, compression and bending loads, which are appropriate for the anisotropic material timber. A polymer compound grout allows cast-in connectors made of standardized or customized steel members. The polymer grout enables a rigid connection between the connector and the timber. Such joints are convenient for assembling structural elements of timber or with constructions made of steel or concrete - fast and simple. The polymer grout can also be used to distribute a high compression load through a timber element perpendicular to the grain, as it appears in multiple storey buildings at crossing points. Further information about the special numerical models (3D FEM) are provided to determine the polymer grout and the very special material timber.

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