Die aktuelle Musterbauordnung vom Oktober 2002 sieht die Gleichstellung tragender Baukonstruktionen in der neuen Gebäudeklasse 4 vor, d. h. bis zu einer Gebäudehöhe von 13 m dürfen diese Konstruktionen in Massivbauweise oder Holzbauweise errichtet werden. Aufgrund des damit verbundenen erhöhten Brandrisikos im Geschoßwohnbau wurde die Erarbeitung einer Muster-Holzbaurichtlinie mit neuen Konstruktionsvorschriften für den mehrgeschossigen Holzwohnbau notwendig. Damit sollen die bestehenden Schwachstellen im Geschoßwohnbau beseitigt werden. Daß diese Vorgehensweise dringend erforderlich ist, haben die vorliegenden Untersuchungen an bestehenden Gebäuden bestätigt. Die vorgestellten Untersuchungsergebnisse zeigen, daß das Risikopotential durch das Ereignis "Brand" im Wohnbau in starker Abhängigkeit von der Art der Bauweise steht. Die Möglichkeit der gestalterischen Freiheit, die Planern und Bauherren mit den neueren Entwicklungen in den Rechtsgrundlagen geboten werden, erfordern verantwortungsbewußte Planung, um nicht ein Absinken des Sicherheitsniveaus zu riskieren. Die Verwendung von brennbaren Stoffen in mehrgeschossigen tragenden Gebäudekonstruktionen erfordert die Betrachtung der Tragfähigkeit des Gesamtsystems und nicht der Brandwiderstandsdauer einzelner Bauteile. Dies betrifft vor allem den Mehrgeschoßbau, da das Versagen einzelner Bauelemente und deren Verbindungen katastrophale Folgen für das gesamte Gebäude haben kann. Die gültigen Normen DIN 4102 und ÖNORM B 3800 sowie die betreffenden Eurocodes berücksichtigen bereits weitgehend, daß Bauteile nicht isoliert betrachtet werden dürfen. Dazu sind grundlegende Kenntnisse über den Brandschutz erforderlich, insbesondere sind die konstruktiven Schwachpunkte wie Anschlüsse und Verbindungen zu beachten und zu bewerten.

Mit der Einführung der vollständig überarbeiteten DIN 4102 Teil 4 "Brandschutz im Hochbau" im März 1994 können zug-, druck- und biegebeanspruchte Holzbauteile mit Hilfe tabellierter Mindestbreiten eindeutiger und in den meisten Fällen wirtschaftlicher als nach der "alten" DIN 4102 T 4 brandschutztechnisch bemessen werden. Eine wirtschaftliche Bemessung liegt vor, wenn die Ausgangsbreiten genau den in den Tabellen angegebenen Mindestbreiten der DIN 4102 entsprechen und sich je nach Beanspruchungsart ein flächenoptimierter Querschnitt ergibt. Um dieses Ziel möglichst einfach zu erreichen, werden im Ausfatz Diagramme zur Ermittlung der Mindestbreiten in Abhängigkeit vom Ausnutzungsgrad für verschiedene Seitenverhältnisse veröffentlicht.

Aufgezeigt werden Probleme und Lösungsmöglichkeiten für die vielfältigen Ausführungsmöglichkeiten von Versätzen (insbesondere der ungeschützte und geschützte Stirnversatz, Fersenversatz, Brustversatz und doppelte Versatz). Stirnversatz und Brustversatz können für den Brandfall ungeschützt ausgeführt werden, durch Anordnung von Decklaschen wird die Feuerwiderstandsdauer verbessert. Bei einem ungeschützten Fersenversatz wird durch den Abbrand die Tragfähigkeit soweit reduziert, daß praktikable Lösungen in brandschutztechnischer Hinsicht ohne einen wirksamen Schutz durch eine obere Decklasche bzw. mit einem Deckteil kaum erreicht werden können. Die empfohlene Anordnung von seitlichen Decklaschen bei den verschiedenen Versatzarten zeigt Möglichkeiten einer brandschutztechnischen Verbesserung des Anschlusses auf, sie sollten aber nur in Sonderfällen angewendet 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.

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Einkaufszentren, Sport- und Veranstaltungsgebäude sowie Hallenkonstruktionen des Industrie- und Gewerbebaus weisen durch ihre große Ausdehnung bei gleichzeitiger Anforderung einer barrierefreien Nutzung Brandabschnittsgrößen auf, die baurechtlich definierte Grenzen um ein Vielfaches überschreiten können. Auf Grundlage des § 2 Abs. 4 der Muster-Bauordnung (MBO 2002) werden dementsprechende Gebäude infolge ihrer Nutzung und/oder Brandabschnittsgrößen als Sonderbauten klassifiziert.
Der bauliche Brandschutz für Industriebauten wird auf Grundlage der länderspezifischen Industriebaurichtlinien geregelt. Dabei werden an die Bedachung in Brand- oder Brandbekämpfungsabschnitten mit mehr als 2 500 m2 Anforderungen an eine “behinderte Brandausbreitung” gestellt. Eine Möglichkeit zum Nachweis einer “behinderten Brandausbreitung” erfolgt für diese Bedachungselemente in Deutschland durch die Prüfnorm DIN 18234. Als Beurteilungskriterien in der Brandprüfung werden die Brandweiterleitung, das Abfallen von Bestandteilen des Dachs, fortschreitendes Glimmen innerhalb der Dachkonstruktion und die Tragfähigkeit unter Eigenlast berücksichtigt.
In einem Forschungsprojekt konnten neben den grundlegenden Erkenntnissen zum Baustoff Holz und zu verwendeten Beplankungs- und Bekleidungsmaterialien hinsichtlich des thermischen Verhaltens unter Naturbrandszenarien weiterführende Erkenntnisse zur Brandweiterleitung hölzerner Bedachungen, zum Glimmbrandverhalten biogener Baustoffe und zur brandschutztechnisch sicheren Ausbildung von Elementfugen und Anschlüssen im Holzbau gewonnen werden. Die Untersuchung brandschutztechnischer Ertüchtigungsmaßnahmen zur Gewährleistung des bauaufsichtlich geforderten Sicherheitsniveaus mit anschließender Erstellung eines Bauteilkatalogs stellte den Schwerpunkt der Untersuchungen dar.

Fire protecting solutions relating to large scale wooden roof structures in industrial buildings
According to the German guideline for industrial buildings, like storage and production facilities and German standards, such as DIN 18234-2 the use of timber and wood based products is limited. And erecting of wide span representative timber structures often needs special permission by authorities.
Therefore structural elements have to be designed for a certain fire resistance, depending of building size and further active protection methods. This is also achievable with structural timber elements. However the use of prefabricated timber frame roof elements is currently not allowed, unless passing a specific fire test, if compartment size is excessing 2 500 m2. These elements have to show a limited contribution to flame spread at surface and inside the elements, no further smouldering after fire exposure and a specific fire resistance under natural fire conditions in accordance with the German test standard DIN 18234-1.
Within the scope of a research project the behaviour and performance of timber frame elements for large scale roof systems were examined in the case of fire. In this process the effect of flame spread at exposed lining and inside the elements, the protection capacity of lining under parametric fire exposure as well as measures to avoid glowing combustion inside the elements were analysed, to reach sufficient level of fire safety for the plane elements, junctions, penetration areas and the entire structure.

Brettsperrholz (BSP) wird zunehmend im modernen Holzbau für Wände, Decken oder Dachelemente als hochwertiges, innovatives und wirtschaftliches Tragelement eingesetzt. Bei sorgfältiger Planung und Ausführung ist es möglich, einen sicheren Einsatz von BSP auch in Gebäuden mit erhöhten Brandschutzanforderungen und gemäß den Anforderungen von Tragwerksnormen (z. B. EN 1995-1-1 und EN 1995-1-2) [1, 2] zu gewährleisten. Weltweit wurden bereits zahlreiche Brandversuche mit BSP durchgeführt, um den Einfluss unterschiedlicher Querschnittsaufbauten sowie verschiedener Klebstoffe auf den Feuerwiderstand von Decken- und Wandelementen aus BSP zu untersuchen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die umfangreichen experimentellen Untersuchungen, wichtige Erkenntnisse werden zusammengefasst und Empfehlungen für die Brandbemessung von BSP erläutert. Die Untersuchungen zeigen, dass eine ausreichende Datengrundlage existiert, um das Brandverhalten von BSP zuverlässig zu beschreiben.

Fire behaviour of cross-laminated timber
Cross Laminated Timber (CLT) is currently used in modern timber structures for load-bearing wall, floor or roof elements as a high quality, innovative and cost-effective structural element. Careful planning and implementation ensures the safe use of CLT in buildings with increased fire protection requirements and in accordance with the requirements of building-design standards (e. g. EN 1995-1-1 and EN 1995-1-2) [1, 2]. Worldwide, many fire tests with CLT have been per-formed to investigate the influence of different cross-sectional build-ups and various adhesives on the fire resistance of CLT floor and wall elements. This paper gives an overview of the extensive investigations, main outcomes are summarized and recommendations on the fire design of CLT elements are given. The investigations show that an adequate data base exists to reliably describe the fire behavior of CLT.

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.

In Teil 1 dieser Aufsatzserie zum Forschungsvorhaben “Mehr als nur Dämmung - Zusatznutzen von Dämmstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen (nawaRo-Dämmstoffe)” wurden die experimentellen Untersuchungen zum Auslösen, Verlauf und Löschverhalten von Schwelprozessen in nawaRo-Dämmstoffen, der Wirkung von Flammschutzmitteln und denen im Zersetzungsprozess freigesetzten Emissionen dargestellt. Im vorliegenden Beitrag werden die Untersuchungen zur bautechnischen Verwendung von nawaRo-Dämmstoffen, anstelle einer nichtbrennbaren Dämmung, im Gefach von Holztafelbauweisen dargestellt. Zunächst werden die Ergebnisse eines Großbrandversuchs zum Naturbrandverhalten von Holztafelbauteilen mit nawaRo-Dämmstoffen präsentiert. Anschließend wird die Entwicklung analytischer und numerischer Modelle für den Nachweis der raumabschließenden Funktion veranschaulicht. Den Abschluss des Beitrags bildet ein Ausblick auf das Forschungsprojekt “PyroProBiD”, in welchem erweiterte Transport- und Reaktionsmodelle entwickelt werden.

Fire performance of insulating materials made from renewable resources - Part 2: Investigations on the use as compartment filling in timber panel constructions
In the previous article on the research project “more than just insulation - additional benefits of insulating materials made from renewable resources”, the experimental investigations on the initiation, process and extinguishing behavior of smoldering processes, the effect of flame retardants and the emissions released in the combustion process were presented. In this paper, the investigations on the structural use of renewable insulation materials, instead of the previously required non-combustible insulation, is presented in the context of wood panel construction. First, the final large-scale fire test on the natural fire behavior of wood panel building components with renewable insulation materials is presented. Then, the development of analytical and numerical models for the separating function is illustrated. The paper concludes with an outlook on the research project “PyroProBiD”, in which advanced transport and reaction models are being developed.

Der vorliegende Artikel dokumentiert die wesentlichen Resultate von experimentellen Untersuchungen zum Brandverhalten von Holzdecken aus Hohlkastenelementen und schafft Grundlagen für die Beurteilung des Brandverhaltens von Deckenkonstruktionen aus Holz bei längerer Branddauer für Geschoßbauten. Die Versuche sind Teil der längerfristig angelegten Forschungen zum vermehrten Einsatz der ökologischen Holzbauweise in mehrgeschossigen Bauten. Im Vordergrund der Untersuchungen standen daher die experimentelle Überprüfung des Brandverhaltens der Hohlkastendecken insbesondere des Tragwiderstandes für längere Feuerwiderstandszeiten. Im Weiteren wurde auch der Einfluss von unterschiedlichen Fugenkonstruktionen, der Einsatz von Akustik-Lochungen sowie auch die Brandschutzwirkung verschiedener Dämmaterialien untersucht.

Am Institut für Baustatik und Konstruktion (IBK) der ETH Zürich wurde das Brandverhalten von Holz-Beton-Verbunddecken aus Buchenholz untersucht. Die Verbunddecke besteht aus dünnen Furnierschichtholzplatten (Dicke 40 mm bzw. 80 mm) aus Buche (BauBuche) und einer darüberliegenden Betonschicht (Dicke 160 mm bzw. 120 mm). Die Furnierschichtholzplatten übernehmen sowohl die Funktion der Schalung als auch der Bewehrung. Dieses neuartige Deckensystem wurde im ETH House of Natural Resources an der ETH Zürich weltweit erstmals umgesetzt. Der Artikel fasst die Ergebnisse von zwei großmaßstäblichen Brandversuchen an belasteten Holz-Beton-Verbunddecken zusammen, die einem ISO-Normbrand ausgesetzt wurden. Beide Brandversuche zeigen, dass die im Brandfall untersuchten Holz-Beton-Verbunddecken die tragende und brandabschnittsbildende Funktion über 90 min bzw. 60 min sicherstellen.

Fire behaviour of timber-concrete composite slabs using beech
At the Institute of Structural Engineering of the ETH Zurich, the fire behaviour of timber-concrete composite slabs made with beech LVL was investigated. This composite slab is made of a thin plate (depth: 40 mm or 80 mm) using beech laminated veneer lumber (LVL) (BauBuche) and a concrete layer on top (depth: 160 mm or 120 mm). The beech plate acts as both formwork and as tensile reinforcement. This innovative slab system was implemented for the first time in the ETH House of Natural Resources at ETH Zurich. This paper summarizes the results of two large-scale fire tests on loaded timber-concrete composite slabs exposed to standard ISO fire. Both fire tests show that the timber-concrete composite slab using beech LVL reaches sufficient fire resistance and integrity for 90 min and 60 min, respectively.

Rahmentragwerke aus Brettschichtholz mit Dübelkreis-Verbindungen besitzen zusätzlich zu ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber statischen Belastungen ein hohes Potential zur Dissipation kinetischer Energie aus dynamischen Belastungen. Durch experimentelle Untersuchungen wurde das spezifische Trag-, Dämpfungs- und Schädigungsverhalten von Dübelkreis-Verbindungen mit Stabdübeln und/oder Paßbolzen (Quervorspannung) unter dynamischen Belastungen untersucht. Die geometrischen Abmessungen der Dübelkreis-Verbindungen bzw. Brettschichthölzer sowie optimale Konstruktionselemente (Metallbänder, Sondernägel) wurden in den Versuchsreihen systematisch variiert. Die aus den Ergebnissen entwickelten Simulationsmodelle zur Beschreibung des spezifischen Trag-, Dämpfungs- und Schädigungsverhaltens für Dübelkreis-Verbindungen werden vorgestellt. Durch die Verallgemeinerung der Berechnungsformeln zur Bestimmung der Simulationsmodelle können diese auf die im Bauwesen allgemein vorkommenden Dübelkreis-Verbindungen mit Stabdübeln und Paßbolzen angewendet werden. Bei einer Reihenuntersuchung mit numerischen Simulationsberechnungen an variierten Dreigelenk- und Zweigelenkrahmen sowie an Rahmen mit eingespannten Stützen werden systematisch Tragwerksantworten berechnet und Bauwerksverhaltensfaktoren (q-Faktoren) nach EC 8 ermittelt und bereitgestellt. Bei den in der Praxis üblicherweise auftretenden Rahmenkonstruktionen ergeben sich q-Faktoren in der Größenordnung "um 2 und höher".

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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.

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.

Mit Buchenfurnierschichtholz (Buchen-FSH) gibt es für den Ingenieurholzbau seit einem Jahr einen neuen Holzwerkstoff. In Abhängigkeit von der Ausrichtung der Schälfurniere in der geschichteten Struktur sind charakteristische Zugfestigkeiten von bis zu 70 N/mm2 in Haupt- und bis zu 17 N/mm2 in Querrichtung bauaufsichtlich festgelegt. Ein Material mit diesen Festigkeitswerten eröffnet neue konstruktive Möglichkeiten. Der Aufsatz berichtet über gezielte Untersuchungen an Anschlüssen für Fachwerkträger aus Buchen-FSH und Verstärkungen von Fichtenbrettschichtholz mit keilgezinkten Lamellen aus Buchen-FSH. Die Ergebnisse zeigen, dass bei Fachwerkträgern die überdurchschnittlich hohen Materialfestigkeiten aufgrund der limitierenden Wirkung von Anschlusstragfähigkeiten fallweise nicht voll ausgenutzt werden können. Es bleibt Raum für die Entwicklung von leistungsfähigen FSH-spezifischen Anschlusslösungen. In der Funktion als Verstärkung für Brettschichtholz können Buchen-FSH-Lamellen zu einer signifikanten Steigerung der Biegefestigkeit beitragen. Experimentelle Nachweise hierzu stehen noch aus.

Beech LVL for trusses and reinforced glulam
Beech LVL is an engineered wood product for timber structures; it is available for one year. Depending on the orientation of the veneers in the material, characteristic tensile strengths of up to 70 N/mm2 in main and 17 N/mm2 in transversal direction are defined in the corresponding technical approval. A material having such strength properties opens new structural possibilities. The paper reports purposive investigations on joints for truss girders made of beech LVL and on glulam reinforcements made of finger jointed beech LVL laminations. Regarding truss girders, the results demonstrate that the high material strengths cannot always be used due to the limiting effect of the joint capacities. Hence, opportunities remain for the development of efficient LVL specific joint solutions. Beech LVL laminations as glulam reinforcement may contribute to a significant strength increase. However, corresponding experimental verifications are still pending.

Der Bericht beleuchtet Ansätze, Strategien und Instrumente zur CO2-Reduktion in der gebauten Umwelt. Dabei wird hier die frühzeitige Einbindung der CO2-Thematik in der Leistungsphase 0 bzw. Projektkonzeption betrachtet, in der die Zielsetzung eines Projekts festgelegt wird. In dieser Phase können ausschlaggebende Leitlinien zur Reduktion grauer sowie Betriebsemissionen formuliert werden, die wesentlich die Ausschreibung und Umsetzung eines Projekts beeinflussen. Ebenso wird erläutert, wie im weiteren Fortschritt das Erreichen von CO2-Zielen unterstützt und auch gewährleistet werden kann. Dabei liegt der Fokus auf der Berechnung des globalen Erwärmungspotenzials (GWP) von Tragwerkskonstruktionen, da CO2 hier in besonderem Maße durch seine Baumasse relevant ist. Es wird diskutiert, in welcher Leistungsphase solche Berechnungen und Betrachtungen sinnvoll sind, um einen Beitrag zur CO2-Reduktion zu leisten. Anhand eines aktuell in der Erstellung befindlichen Bürogebäudes werden Tragwerkskonzepte in Bezug auf ihre Ökobilanz gegenübergestellt. Die Bauindustrie ist verantwortlich für ca. 40 % der globalen CO2-Emissionen. Als Ingenieur:innen haben wir die Verantwortung und Möglichkeiten, diesen Wert wesentlich zu beeinflussen. Buro Happold als interdisziplinäres Beratungs- und Planungsbüro kann dabei auf fachübergreifende Expertise zurückgreifen, die es erlaubt, Projekte von der ersten Idee bis zur Umsetzung zu begleiten. Somit kann ein möglichst großer positiver Einfluss hinsichtlich Nachhaltigkeit und CO2-Fußabdruck erzielt werden. Die Autorin und der Autor mit ihrem Hintergrund aus Tragwerksplanung und Nachhaltigkeitsberatung zeigen das Potenzial dieses integrierten Ansatzes auf.

CO2-Reduction in the built environment - from strategic guidelines until planning and implementation
The paper highlights approaches, strategies and instruments for CO2 reduction in the built environment. The authors examine the early integration of CO2 reduction aspects at stage 0 or at concept stage, during which the objective of a project is being determined. At this stage, decisive guidelines for the reduction of embodied and operational emissions can be formulated, which have a significant influence on the tendering process and implementation of a project. It is also explained how the achievement of CO2 targets can be supported and guaranteed throughout further stages. With CO2 being embodied in the construction mass, the particular focus is on the calculation of the Global Warming Potential (GWP) of load bearing structures. It is discussed at what stage such calculations and considerations are meaningful, in order to make a contribution to the CO2 reduction. Based on an office building currently under construction, structural concepts are compared regarding their life cycle assessment. The construction industry is responsible for about 40 % of global CO2 emissions. Engineers have the responsibility and possibilities to influence this value significantly. As an international, integrated engineering consultancy, Buro Happold can draw on interdisciplinary expertise that allows us to accompany projects from the initial idea to implementation. Thus, the greatest possible positive impact in terms of sustainability and carbon footprint can be achieved. The authors with their background in structural engineering and sustainability consulting demonstrate the potential of this integrated approach.

In einem Bauprojekt arbeiten verschiedene Disziplinen wie Architektur, Ingenieurwesen, Fachplanung und ausführende Bauunternehmen zusammen. Für den Entwurf, die statische Berechnung und die Ausführungsplanung werden unterschiedliche Softwarelösungen eingesetzt. Anpassungen im Entwurf und der Planung müssen zeitaufwendig in jeder einzelnen Softwarelösung manuell eingearbeitet werden. Bei komplexen Geometrien und innovativen Bauweisen sind zusätzliche Analysen und Anpassungen erforderlich, was mit heutigen Softwarelösungen kaum realisierbar ist. Für einen effizienten Datentransfer zwischen verschiedenen Softwareumgebungen wurde COMPAS entwickelt, sodass Innovationen im Bauwesen gefördert werden. COMPAS ist eine Open-Source-Umgebung, welche unabhängig von kommerziellen Softwarelösungen verwendet werden kann. Es verfügt über eine Geometriedatenbank, flexible Datenstrukturen für unterschiedliche Disziplinen und Algorithmen für Berechnungen wie z. B. Tragwerksanalysen. Es gibt zahlreiche COMPAS-Erweiterungen für spezifische Anwendungen wie Montageplanung, Holzbau, Roboterfertigung und additive Fertigung. Anfang 2023 wurde der Verein COMPAS gegründet, um die Weiterentwicklung und Ausbildung voranzutreiben.

COMPAS: software solution for complex construction projects
In a construction project, different disciplines such as architecture, engineering, specialist planning and executing construction companies work together. Different software solutions are used for the design, the static analysis of the structure and for production planning. Adjustments in the design and planning have to be incorporated manually into each individual software solution, which is time-consuming. For complex geometries and innovative construction methods, additional analyses and adjustments are required, which is hardly feasible with today's software solutions. COMPAS was developed for efficient data transfer between different software environments and thus promotes innovation in the construction industry. COMPAS is an open source computational framework that can be used independently of commercial software solutions. It has a geometry database, flexible data structures for different disciplines and algorithms for calculations such as structural analysis. There are numerous COMPAS extensions for specific applications such as assembly planning, timber construction, robotic fabrication and additive manufacturing. In early 2023, the COMPAS association was founded to promote further development and education.

Dieser Beitrag präsentiert computergestützte Modellierungskonzepte zur Vorhersage von Feuchteverläufen und zugehörigen Spannungsfeldern sowie zur numerischen Bestimmung potenzieller Risstiefen von Holzbauteilen. Die vorgestellten Konzepte werden anhand experimenteller Versuchsprogramme validiert und die damit einhergehenden Herausforderungen diskutiert. Ausgewählte Ergebnisse zeigen letztendlich die Möglichkeiten und auch die Relevanz solcher Methoden für den Ingenieurholzbau auf.

Computer-based modeling of moisture transport in woodbased materials
This article presents computational modeling concepts for predicting moisture gradients, the corresponding stress distributions, and addresses the numerical determination of potential crack depths of wooden components. The concepts presented are validated using experimental test programs, and the associated challenges are discussed. Selected results ultimately show the possibilities as well as the relevance of such methods for timber engineering.

Am Beispiel mehrerer ausgewählter Wand- und Dachquerschnitte wird rechnerisch sowie mit Meßergebnissen von Austrocknungsversuchen gezeigt, daß die Austrocknungskapazität eines Bauteilquerschnitts bei ausgenommener außenplanmäßiger Feuchte und damit seine feuchtetechnische Robustheit stark von der Dampfsperre beeinflußt wird. Und zwar wird die Empfindlichkeit des Bauteils gegenüber ungewollter Feuchte mit wachsender dampfsperrender Wirkung der Dampfsperre größer. Im Extremfall, d. h. bei Holzbauteilen mit beidseitig dampfdichter Abdeckung, liegt ein hohes Gefahrenpotential vor.

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Vollgewindeschrauben werden im Ingenieurholzbau heute vermehrt als Verstärkungs- und Verbindungselemente eingesetzt. Dabei kommen auch besonders lange Schrauben (l > 300 mm) zum Einsatz, die wie Rippenstähle im Stahlbetonbau als Bewehrung wirken. Infolge der Anisotropie des Holzes ist der Lasteintrag bzw. Lastaustrag der Schrauben stark abhängig vom Winkel, den sie mit der Faserrichtung des Holzes einschließen, und dabei sehr unterschiedlich. Entsprechende Dehnungsverteilungen konnten mit den bisherigen Mitteln, mit Dehnmessstreifen, wenn überhaupt, dann nur lokal nachgewiesen werden. Erst mit dem Einsatz fotogrammetrischer Methoden wie der Digital Image Correlation (DIC) ist es möglich, das Dehnungs- und Deformationsverhalten von Brettschichtholz unter Belastung mittels Schrauben zusammenhängend über die Oberfläche eines beanspruchten Tragelements sichtbar zu machen. Diese Veröffentlichung zeigt erste Ergebnisse von Deformationsuntersuchungen auf Basis von DIC. Sie bestätigten einige bisher antizipierte, aber nicht belegbare Tragverhaltensphänomene, wie etwa die Abhängigkeit des Lasteintrags in die Holzmatrix vom Winkel zwischen Schraube und Faserverlauf. Es zeigte sich aber auch, dass die Inhomogenität des natürlich gewachsenen Werkstoffs Holz zu Unregelmäßigkeiten führt, die entsprechende “Unschärfen” bezüglich der Modellierung des Material- und des Verbundverhaltens mit sich bringen. Dennoch wurden allgemeine Bemessungsansätze für Schrauben formuliert, die auf die individuelle lokale Beschaffenheit der Holzmatrix - bestimmbar mittels DIC - abgestimmt werden können.

Deformation- and load-bearing behaviour of glue-laminated-timber under load entry by fully-threaded-screws
For some time past fully-threaded-screws are not anymore used for fixing but also as reinforcement and exclusive connecting elements of structural timber parts. In this context particularly long screws (l > 300 mm) compared to conventional applications are deployed. They work similar to steel reinforcement in concrete carrying tensile and compression forces and bind structural elements together. Timber and screws together may be described as a composite material like concrete, however with an anisotropic matrix with different strength and stiffness in the different dimensions of the material-matrix. Depending on the position of a screw and their inclination to grain different load-bearing effects arise which were hard to verify until now. Investigations of bond behaviour of fully-threaded-screws brought in timber carried out by the Chair of Structures and Structural Design and the Institute of Material Sciences (ibac) of Aachen University with the help of Digital Image Correlation (DIC) allowed the visualization of strain and deformation distribution on the surfaces of structural timber elements. In difference to strain-measuring-gauges which give just spotty information the DIC-method gives a coherent view on the strain and deformation distribution of individual timber specimens and that way a visualization of the actual and local loadbearing behaviour of screw-reinforced-timber.

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.

In den Jahren 2007/2008 entstand im deutschen Alpenraum ein Museumsbau außergewöhnlichen Formats. Ein auf einer einzelnen Stütze stehendes Bauwerk von 34 m Länge ragt etwa 7 m über eine Felskante hinaus, so dass ein ungehinderter Blick auf das 1300 m tiefer gelegene Mittenwald ermöglich wird. Dieser Beitrag beschreibt Konzeption, Tragwerksplanung und Bauausführung für ein Bauwerk, das in einer für deutsche Verhältnisse ungewöhnlichen Umgebung unter ungewöhnlichen Witterungs- und Arbeitsverhältnissen errichtet wurde.

The telescope in the Alps
During 2007/2008 an extraordinary building structure was erected which serves as a museum in the German Alps. A building supported on only one column being 34 meters long and cantilevers 7 meters from the edge of the mountain top. This construction enables the visitor to overlook freely the town and landscapes of Mittenwald 1300 meters beneath. This paper describes the conception, the planning of structural framework and the construction itself concerning a building in an unusual environment and under exceptional weather and working conditions.

Integriert in einen Landschaftspark soll das neue Elefantenhaus im Zoo Zürich nicht als technischer Zweckbau erscheinen. Das Schalentragwerk wurde mittels statischer Formfindung entwickelt. Die Holzkonstruktion besteht aus mehrlagigem Aufbau, damit die Materialeigenschaften Anisotropie sowie Festigkeits- und Steifigkeitsverhalten in Abhängigkeit vom Kraftfaserwinkel egalisiert werden und eine duktile und robuste Konstruktion entsteht. Obwohl die 271 geometrisch völlig unterschiedlichen und spitzwinkligen Oblichter mit bis zu 40 m2 Größe keine Regelmäßigkeit vermuten lassen, kann die Konstruktion auf zwei Regelschnitte reduziert werden.

The new elephant house at Zoo Zurich
Integrated into a landscape park the new elephant house at the zoo in Zurich should not appear as a technical and functional building. The shell structure was developed by means of static form-finding. The timber structure consists of a multilayer composite structure, so that the material properties, anisotropy, strength and stiffness-solubility behavior are leveled independent from the strength-fiber angle and a ductile and sturdy construction is developed. Although the 271 geometrically completely different and acute-angled skylights with up to 40 m2 size suggest any regularity, the construction can be reduced to two control sections.