Die Ermittlung von Stabilisierungslasten für Aussteifungsverbände erfolgt üblicherweise nach einem vereinfachten Verfahren der Holzbaunorm. Im vorliegenden Aufsatz werden zwei Verfahren für eine genaue Ermittlung der Stabilisierungskräfte vorgestellt. Das eine Verfahren beruht auf der Energiemethode und ist gültig für gabelgelagerte Einfeldträger mit kontinuierlicher seitlicher Stützung. Für Einfeldträger mit Belastung durch konstante Normalkräfte oder Biegemomente können hieraus Gleichungen für die Ermittlung der Seitenlast ermittelt werden. Eine weitere Nachweismöglichkeit ist die Ermittlung der Seitenlasten nach der Biegetorsionstheorie II. Ordnung für den räumlich belasteten und punktuell seitlich gestützten Stab für beliebige Lagerung und Belastung unter Verwendung des Übertragungsverfahrens. Die Ergebnisse beider Verfahren werden anhand von Beispielen verglichen.

Aufbauend auf einer Arbeit von Blaß/Romani (2000) wird ein vereinfachtes Verfahren zur Bemessung eines Biegeträgers aus BS-Holz mit einer Längsbewehrung aus einer faserverstärkten Kunstharzlamelle (FVK) auf der Zugseite entwickelt. Bei einer innenliegenden Bewehrung (Typ N) kann die Bemessung auf der Grundlage der Verbundtheorie erfolgen und bei einer außenliegenden (Rand-)Bewehrung (Typ R) sollte sowohl nach der Verbundtheorie als auch näherungsweise analog zu einem gerissenen Stahlbetonquerschnitt vorgegangen werden. Das vorgeschlagene Rechenmodell wird dem von Blaß/Romani (2000) entwickelten Berechnungsverfahren gegenübergestellt. Es zeigt sich, daß durch einige wesentliche Vereinfachungen bei in der Regel vernachlässigbarem Einfluß auf die Rechenergebnisse der Rechenaufwand geringer und die Übersichtlichkeit größer werden. Im Vergleich mit Versuchsergebnissen aus der Arbeit von Blaß/Romani liefert der erweiterte Ansatz beim Typ R zudem eine deutlich bessere Übereinstimmung.

Die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs Holz sind durch eine hohe Tragfähigkeit in Faserrichtung und eine deutlich geringere Querzug- und Schubtragfähigkeit gekennzeichnet. Das Aufkleben von Furniersperrhölzern, das Einleimen von Verstärkungselementen, das Aufkleben von hochfesten Fasern und die Verwendung von selbstschneidenden Holzschrauben dienen der Verstärkung schräg zur Holzfaserrichtung. Im vorliegenden Beitrag wird die Verstärkung von vertikalem Brettschichtholz mittels eingeklebter, flächiger Glasfaserelemente beschrieben.

Die Abstände der Verbindungsmittel von Holz/Beton-Verbundbalken werden im allgemeinen vorrangig aus Kostengründen entsprechend dem Querkraftverlauf abgestuft. Das Tragvermögen gemäß Bemessungsgrundlagen nach DIN 1052 bzw. EC 5 mit linear ermittelten Schnittgrößen (Näherungsverfahren/Gamma-Verfahren) wird gegenüber Balken ohne die o. g. Abstufung deutlich reduziert. Da das tatsächliche Last-Verformungsverhalten jedoch deutliche Nichtlinearitäten aufweist und die Verbundsteifigkeit hinsichtlich des Tragvermögens nur einen geringen Einfluß besitzt, wird in diesem Beitrag der Einfluß der Abstufung der Verbindungsmittelabstände auf das Tragverhalten von Verbundbalken mittels nichtlinearer FE-Analysen untersucht. Im Ergebnis ist festzustellen, daß der Sicherheitsabstand zwischen Gebrauchslast gemäß E DIN 1052 und Versagenslastniveau mit zunehmendem Abstufungsgrad zunimmt, weil das tatsächliche Tragvermögen weniger - als durch das derzeitige Bemessungsmodell unterstellt - reduziert wird. Somit weisen also die Systeme, deren Verbinderabstände mehrmals abgestuft sind, den größten Sicherheitsabstand auf, könnten also noch wirtschaftlicher bemessen werden. Deshalb wird im Ergebnis der Untersuchungen ein neuer Bemessungsvorschlag unterbreitet und verifiziert, der die Nichtlinearitäten berücksichtigt, einen gleichmäßigen Sicherheitsabstand zum Versagenslastniveau gewährleistet und eine deutlich wirtschaftlichere Bemessung erlaubt.

An Verbundquerschnitten verursachen unterschiedliche Dehnungsänderungen der Teilquerschnitte, wie sie infolge ungleichen Schwindens oder durch voneinander abweichende Temperaturdehnungen auftreten können, Eigenspannungszustände. Gerade im Falle des nachgiebigen Verbundes ist die rechnerische Erfassung dieser Zustände eine anspruchsvolle Ingenieuraufgabe. Es wird die Anwendung eines neueren Rechenverfahrens, der so genannten Schubanalogie, auf ein bewährtes Gedankenmodell zur Lösung der Problematik am Beispiel eines zweiteiligen Verbundquerschnitts gezeigt. Ergänzend werden die numerisch ermittelten Ergebnisse mit der analytischen Lösung verglichen, sowie die Entsprechung der Ergebnisse belegt.

Die architektonische Qualität einer gelungenen Synthese aus Nutzung, Gestaltung und Konstruktion in Verbindung mit technischer Raffinesse machten den Neubau der Messe in Karlsruhe schon vor seiner Einweihung zu einem vielbeachteten Projekt. Der anspruchsvollen und umfangreichen Bauaufgabe wurde von Seiten der beteiligten Architekten und der Ingenieure für Tragwerksplanung durch innovative und nicht-konventionelle Ansätze und Lösungen im Tragwerksentwurf, in der Statik und der konstruktiven Durchbildung entsprochen. Ihre Entstehung in der Zusammenarbeit mit den Architekten und ihre Entwicklung in Abhängigkeit einer Vielzahl technischer und organisatorischer Abhängigkeiten und Randbedingungen, vom Wettbewerbsentwurf bis hin zur Ausführungsplanung, wird im folgenden anhand ausgewählter Beispiele dargestellt

Im Teil 1 dieses Beitrages wurde gezeigt, daß bei diskontinulerlich verbundenen Holz-Beton-Verbunddecken das in der DIN 1052 dargestellte Gamma-Verfahren nur sehr begrenzt für die Abschätzung des Tragverhaltens geeignet ist. Für die praxisgerechte Berechnung und Dimensionierung solcher Verbunddeckenelemente kann daher das im Teil 1 vorgestellte Stabwerksmodell verwendet werden. Ergänzend hierzu werden im Teil 2 die Ergebnisse der Langzeitsimulation des Tragverhaltens auf Basis dieses Stabwerkmodells vorgestellt. In dem verwendeten Simulationsprogramm können sowohl das klimaabhängige Kriech- und Schwindverhalten der beiden Baustoffe Holz und Beton als auch gegebenenfalls auftretende Nichtlinearitäten und Temperatureinflüsse realitätsnah berücksichtigt werden. Aufbauend auf diese Simulationen werden dem Tragwerksplaner Hinweise zur Abschätzung des Langzeittragverhaltens von Holz-Beton-Verbundkonstruktionen mittels üblicher Stabwerksprogramme gegeben.

Die derzeit gültigen Regeln zur Bemessung von Holzbauteilen im Brandfall beruhen auf der Annahme einer linear-elastischen Arbeitslinie. Ein wirklichkeitsnahes Materialgesetz zur Berücksichtigung des plastischen Tragverhaltens bei Druckbeanspruchung liegt den Betrachtungen nicht zugrunde. Es handelt sich aus den genannten Gründen um vereinfachte Methoden, die keine optimale wirtschaftliche Bauwerksausführung, wie sie für andere Baustoffe üblich ist, ermöglichen. Es wurde ein allgemeingültiges thermisch-strukturmechanisches Modell zur Simulation der Tragfähigkeiten von Voll- und Brettschichtholzbauteilen im Brandfall unter Berücksichtigung des nichtlinearen Materialverhaltens entwickelt. Anhand der Ergebnisse umfangreicher Parameterstudien konnten allgemeingültige praxisgerechte Bemessungsmethoden für den Nachweis von Voll- und Brettschichtholzbauteilen im Brandfall für eine Feuerwiderstandsdauer von 30 Minuten entwickelt werden.

Um die Tragfähigkeit von Holzverbindungen mit stabförmigen metallischen Verbindungsmitteln im Brandfall bestimmen zu können, wurden thermische und mechanische Betrachtungen durchgeführt. Die thermischen Betrachtungen wurden unter Berücksichtigung der physikalischen und thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten an Finite-Elemente-Modellen vorgenommen. Für die mechanische Betrachtung wurde die plastische Theorie von K. W. Johansen für den Brandfall erweitert. Als maßgebende Einflüsse auf die im Brandfall auftretende Tragfähigkeitsreduzierung gegenüber der Tragfähigkeit einer Verbindung bei Normaltemperatur wurden neben der Branddauer die Seitenholzdicke, die Verbindungsmittellänge und der Verbindungsmitteldurchmesser festgestellt. Abschließend konnte auf der Grundlage zahlreicher Berechnungen eine differenzierte, praxisrelevante Bemessungsmethode für zweischnittige Stabdübelverbindungen entwickelt werden.

Auf der Basis der Bruchmechanik wird der Einfluß von Durchbrüchen auf das Tragverhalten von Brettschichtholzträgern untersucht. Mit Hilfe der Methode der finiten Elemente werden die Spannungsintensitätsfaktoren an der Spitze von fiktiven Rissen variabler Länge und Lage unter verschiedenen Einheitsbelastungen ermittelt. Mit Hilfe des Versagenskriteriums nach Wu werden Bruchgrenzkörper für verschiedene Spannungskombinationen berechnet, die die Basis für Vorschläge von Bemessungskurven bilden.

Es wird ein analytisches Berechnungsverfahren zur Stabilisierung kippgefährdeter Biegeträger in Holzbauweise vorgestellt. Schlanke Biegeträger mit großen Stützweiten sind kippgefährdet. Zur Stabilisierung werden diese Träger durch anschließende Aussteifungsverbände seitlich gehalten. Die Stäbe der Aussteifungsverbände werden somit durch Seitenlasten (qS-Lasten) beansprucht. Zur praktischen Berechnung werden diese Seitenlasten durch vereinfachte Ansätze berücksichtigt, die jedoch in besonderen Fällen nicht mehr anwendbar sind. Eine genauere Bestimmung der Stabilisierungskräfte kann nach einem modifizierten Berechnungsverfahren erfolgen [1], [2]. Für Vollwand- oder Fachwerkträger werden auf Grundlage der Energiemethode die Kraftverläufe zwischen den Trägern und dem Aussteifungsverband ermittelt. Es werden praxisgerechte Näherungsformeln angegeben, mit deren Hilfe insbesondere auch die Einflüsse von abgestuften Belastungsfiguren, der Verbandsanordnung auf beliebiger Bauhöhe des Biegeträgers, einer veränderlichen Trägerhöhe sowie beliebige symmetrische Trägerquerschnitte berücksichtigt werden können. Die praktische Anwendung des Verfahrens wird für den Fall eines weit spannenden Brettschichtholz-Binders einer ausgeführten Sporthalle aufgezeigt.

In diesem Beitrag wird ein Bemessungsverfahren für das Tragverhalten von geschichteten Werkstoffen auf bruchmechanischer Grundlage für eine Anwendung im Mauerwerksbau vorgestellt. Die im folgenden dargestellten Untersuchungen beziehen sich auf einzelne Stein-Fugen-Elemente und nicht, wie allgemein im Mauerwerksbau üblich, auf ganze Wandelemente. Hierbei werden der Einfluß der Rißlänge, die Lage des Risses in der Fuge, sowie die unterschiedlichen Materialsteifigkeiten von Stein- und Fugenmaterial berücksichtigt. Der Hintergrund für dieses Verfahren ergibt sich aus der Tatsache, daß die Biegezugfestigkeit im Mauerwerksbau schon beim Vorhandensein von sehr kleinen Rissen stark reduziert wird. Mit den bruchmechanischen Berechnungsansätzen ist in Ergänzung zu den bisherigen Verfahren bei Biegezug- und Biegeschubbelastung eine Berücksichtigung von Rissen im Fugenbereich möglich.

Es wird über die Verifizierung versagensrelevanter Dehnungsverteilungen im Bereich von runden Durchbrüchen biegebeanspruchter Träger aus Brettschichtholz berichtet. Aus einer Reihe von Bauteilversuchen im Zusammenhang mit der experimentellen Kalibrierung eines neuen Bemessungsmodells wird anhand von zwei exemplarisch diskutierten Bauteilversuchen der Einfluß unterschiedlicher Schnittgrößenkombinationen auf die Dehnungsverteilungen und die Versagenscharakteristik betrachtet. Die primär rechtwinklig zur Faserrichtung gemessenen Dehnungen werden mit den Ergebnissen von 2D- und 3D-Finite-Elemente-Berechnungen verglichen. Es wird gezeigt, daß die Berücksichtigung des zylindrisch anisotropen konstitutiven Gesetzes der individuellen Brettlamellen im Lochbereich eine verbesserte Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen ergibt. Die Untersuchungen bestätigen, daß die versagensrelevanten Dehnungsverteilungen bzw. die nicht direkt meßbaren Spannungen rechtwinklig zur Faserrichtung den unterschiedlichen Annahmen von Eurocode 5 und E DIN 1052 nur bedingt entsprechen. Die Dehnungen sind bis zum Erreichen der Traglast, unabhängig von der Schnittgrößenkombination, nahezu linear lastabhängig und hierbei quantitativ gut mit kontinuumsmechanischen Berechnungen prognostizierbar.

Biegebeanspruchte Holz-Beton-Verbundkonstruktionen können bei einer kontinuierlichen Anordnung der Verbindungsmittel näherungsweise mit Hilfe des gamma-Verfahrens berechnet werden. Kommen aber nur wenige, diskontinuierlich angeordnete Verbindungselemente zum Einsatz, erweist sich diese Näherung als weniger geeignet. Die in dieser Arbeit vorgestellte Vorgehensweise ermöglicht die einfache Bestimmung der Schnittgrößen in den Teilquerschnitten sowie der durch die Verbindungselemente zu übertragenden Schubkräfte mittels eines Stabwerksmodells. An einem Beispiel werden die in bezug auf eine Näherungsberechnung nach dem gamma-Verfahren der DIN 1052 auftretenden Abweichungen in den Bemessungsgrößen aufgezeigt und Hinweise für die baupraktische Anwendung gegeben. Im Teil 2 dieses Beitrages werden dann Vorgehensweisen zur realistischen Berücksichtigung des Schwind- und Kriechverhaltens dieser Verbundkonstruktionen behandelt.

Seit einiger Zeit wurde die Idee wieder aufgegriffen, die bautechnisch günstigen Eigenschaften von Beton und Holz in Verbundträgern zu kombinieren. Dabei ist die Ausführung der Verbundfuge sowohl für die Tragfähigkeit und Steifigkeit als auch die wirtschaftliche Herstellung des Bauteils von Bedeutung. Brettstapelelemente bestehen aus hochkant aneinandergereihten Brettern, so daß es bei Verwendung stiftförmiger Verbindungsmittel zur Herstellung des Schubverbundes Schwierigkeiten bereitet, den an den Schmalseiten benötigten Randabstand einzuhalten. Im Rahmen dieses Beitrages wird eine Verbindung mittels sogenannter Flachstahlschlösser (Z-9.1-473) vorgestellt. Als Flachstahlschlösser werden hier verzinkte Flachstähle bezeichnet, die quer zur Spannrichtung der Brettstapelelemente in Sägeschnitte eingetrieben werden. Die Tragfähigkeit und der Verschiebungsmodul der Flachstahlschlösser sind im Vergleich zu stiftförmigen Verbindungsmitteln sehr hoch. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen zur Bestimmung der Kraft-Verschiebungs-Charakteristika an zwei Ausführungsvarianten der Verbundelemente vorgestellt. Auf der Basis der Versuchsergebnisse wird ein für die baupraktische Anwendung geeignetes Bemessungskonzept abgeleitet.

Die Tonnenschale für die HanseMesse bildet eines der größten Holzlamellendächer und zeigt, daß sich die Zollingerbauweise bei Verwendung moderner Mittel auch für große Spannweiten eignet. Dieser Artikel beschreibt Entwurf, Konstruktion und Bau dieses Daches.

Basierend auf dem in Teil 1 (Bautechnik 80 (2003), Heft 3) näher beschriebenen einfachen Rechenmodell werden Bruchlasten für praxisübliche, mit stiftförmigen Verbindungsmitteln ausgeführte Queranschlüsse abgeschätzt. Dabei werden ausschließlich Versagenskriterien der Linear-Elastischen Bruchmechanik herangezogen. Das Rechenmodell wurde zunächst bezüglich der hinreichend genauen Berücksichtigung der wesentlichen Eigenschaften und Parameter des physikalischen Modells überprüft. Für die weiteren Berechnungen wurden dann geeignete Annahmen und Vereinfachungen getroffen und argumentativ unterlegt. Im Focus dieser Betrachtungen stehen Überlegungen zur Annahme einer kritischen Rißlänge. Diese wird sowohl durch bekannte theoretische Ansätze wie auch durch Verifizierung mit experimentellen Untersuchungen abgesichert. Schließlich können Grenztraglasten für praxisübliche Queranschlüsse angegeben werden. Unter den Voraussetzungen des verwendeten Rechenmodells hängt die Grenztraglast dieser Anschlüsse i. w. von der Konfiguration der Verbindungsmittelanordnung ab. Bei Trägern mit geringer Bauteilhöhe können ausschließlich auf bruchmechanischen Konzepten basierende Rechenmodelle u. U. die Traglast dieser Anschlüsse überschätzen.

Die Tragfähigkeit von Stabdübel- und Nagelverbindungen in senkrecht zur Faser belasteten Anschlüssen hängt nicht allein von der Tragfähigkeit der Verbindungsmittel ab. Insbesondere bei Queranschlüssen, welche unterhalb der Schwerachse des Trägers angeordnet sind, ergeben sich aus der Lasteinleitung selbst Beanspruchungen, welche die Tragfähigkeit des Trägers begrenzen.
Aufgrund lokaler Lastkonzentration treten im Bereich der Lasteinleitung quer zur Faser hohe Spannungsintensitäten auf, wobei die globale Tragfähigkeit von der Bruchzähigkeit beeinflußt wird. Das hier zur Abschätzung der Tragfähigkeit derartiger Anschlüsse verwendete Berechnungsmodell basiert auf Konzepten der Linear-Elastischen Bruchmechanik (LEBM).

Zur Bestimmung der Umlagerungsgrößen in Holz in der Zeit wurde nach der Theorie des viskoelastischen Körpers für das Kriechen des Holzes eine Volterra-Integralgleichung der zweiten Art abgeleitet. Für die Lösung dieser Gleichungen wird eine analytische Methode vorgeschlagen, die Laplacesche Transformationen ausnützt. Die Anwendung wird an einem Beispiel gezeigt.

Das Verformungsverhalten von Holz-Verbundträgern kann im linear-elastischen Bereich durch die Lösung der Differentialgleichung oder mittels Näherungsverfahren (Differenzenmethode, Gamma-Verfahren) berechnet werden. Das ? -Verfahren eignet sich vorwiegend für Belastungen mit parabel- oder sinusförmigem Momentenbild. Es werden FE-Modelle erstellt und die Lösungen der analytischen Verfahren mit den Ergebnissen des linearen FE-Modells verglichen. Im zweiten Schritt wird das FE-Modell durch aus Versuchen bzw. FE-Analysen bekannte nichtlineare Dübelkennlinien und durch geeignete Materialmodelle erweitert, um Aussagen zum nichtlinearen Last-Verformungsverhalten und zur Traglast der Verbundkonstruktion machen zu können. Zur Verifizierung werden die Ergebnisse vorab getätigter Versuche im FE-Modell abgebildet und die Lösung mit den Versuchsergebnissen verglichen.

Dieser Aufsatz befaßt sich mit den bei Verwendung von Rippenplatten aus MERK-Dickholz (sogenanntes Brettsperrholz) auftretenden Fragestellungen hinsichtlich der Spannungs- und Steifigkeitsermittlung. Auf der Grundlage umfangreicher numerischer Simulationsrechnungen an Rippenplatten wird ein empirisches Bemessungsverfahren entwickelt, welches zu einer Vereinfachung der Nachweisführung in der Baupraxis beitragen kann. An einem Beispiel werden die Vorgehensweise erläutert und die Ergebnisse gegenüber gestellt.

Bundwände dienen dem vertikalen Lastabtrag in der Mehrzahl der historischen Gebäude im mitteldeutschen Raum, insbesondere in der Leipziger Region. Im Zuge derzeitiger Sanierungsmaßnahmen stellt sich oft die Frage nach der Tragfähigkeit dieser Verbundkonstruktion aus Mauerwerk und Holz. Separate Nachweise für den Mauerwerks- und Holzbau (DIN 1053/EC 6, DIN 1052/EC 5) berücksichtigen nicht den Verbund beider Komponenten und schlagen in der Praxis oft fehl, was im schlimmsten Fall bis zum Abriß ganzer Gebäude führt. Die Beachtung der Verbundwirkung ermöglicht eine realistische Einschätzung des Tragverhaltens und eine wirtschaftlichere Nachweisführung. Ausgehend von der Tragwirkung der Konstruktion wird nachfolgend ein Berechnungsmodell auf Grundlage der Finite-Elemente-Methode vorgestellt und an einem in-situ durchgeführten Belastungsversuch verifiziert. Auf Grundlage der möglichen Grenzzustände für die Tragfähigkeit der Verbundkonstruktion wird abschließend ein Bemessungsvorschlag umrissen.

Diese Untersuchung hatte zum Ziel, das Trag- und Verformungsverhalten von Verbundträgern aus Brettschichtholz und kohlenstoffaserverstärkten Kunststoff(CFK)-Lamellen zu untersuchen, die durch vertikale Anordnung eine günstigere Übertragung von Scherspannungen ermöglichen bzw. durch eine Abreißfolie eine optimierte Oberflächenbeschaffenheit besitzen. Die CFK-Lamelle mit Abreißfolie muß auf der Folienseite nicht angerauht werden und benötigt keine Reinigung vor der Applikation und kann somit effizienter appliziert werden. Es wurde die Lamelle Carboplus (R) 160/2800, Fa. Bilfinger Berger Aktiengesellschaft in zwei Ausführungsvarianten für diese Untersuchung verwendet.

Diese Untersuchung hatte zum Ziel, die Kraftverteilung in Gewindebolzen, die als Bewehrung quer zur Faser in Satteldachträger mit gekrümmtem Untergurt eingeklebt wurden, zu bestimmen. Dazu wurden die Bolzen, die im Firstquerschnitt eingeklebt wurden, mit Dehnungsmeßstreifen versehen. Die so gewonnene Kraftverteilung wurde numerischen Berechnungen gegenübergestellt und mit dem Bemessungskonzept des Entwurfes der DIN 1052 verglichen.

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.