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Erdbebengerechte mehrgeschossige Holzbauten

Steifigkeit von Scheiben in Holzbauweise

Pirmin JungDipl. Holzbauing. FHPIRMIN JUNG Ingenieure für Holzbau AG

Einleitung

Die Anforderungen an den Holzbau nehmen zu Die Anforderungen an den Holzbau nehmen zu

Wohnungsbauten

Lignum-Dok. Seite 45

Anforderung an die Horizontalverformung an Gebäuden nach SIA260(2003)

Einleitung

Steifigkeit von Holzbauten / resultierende Grundschwingzeit Steifigkeit von Holzbauten / resultierende Grundschwingzeit

Tiefe horizontale Steifigkeit des Tragwerks erzeugt kleinere Erdbebenbeanspruchung

Lignum-Dok. Seite 45

Einleitung

Wandscheiben in Holzbauweise Wandscheiben in Holzbauweise

Holzrahmenbauwand-Beplankung 1-reihig geklammert

Holzrahmenbauwand-Beplankung

3-reihig geklammert

Stahlbetonwand-Einteiliges Bauteil

Mehrlagige Massivholzplatte-Vollholzbauteil

Steifigkeit 0,7 kN/mm

100 %

Steifigkeit 2,7 kN/mm

386 %

Steifigkeit 82,0 kN/mm

11‘714 %

Steifigkeit 14,3 kN/mm

2‘043 %

Lignum-Dok. Seite 45

Einleitung

Steifigkeit von Deckensystemen Steifigkeit von Deckensystemen

Rippendecke Massivholzdecke Holz-Beton-VerbunddeckenRippendecke-Beplankung 2-reihig geklammert

Massivholzdecke-Mehrlagige Massivholzplatte

Holz-Beton-Verbunddecken-HBV Brettstapeldecke

Steifigkeit 1,89 kN/mm

100 %

Steifigkeit 10,0 kN/mm

529%

Steifigkeit 37,0 kN/mm

1‘928%

Lignum-Dok. Seite 46

100 % 529% 1 928%

Einleitung

Einfluss der Deckensteifigkeituss de ec e ste g e t

Aussteifende Wandscheiben:1 mehrlagige Massivholzpatte 140mm Holz-Beton-Verbunddecke2 Stahlbetonwände 200mm (gerissen)

Aussteifende Deckenscheiben:3 HBV-Decke mit 100mm Überbeton3 HBV Decke mit 100mm Überbeton4 Rippendecke Holzrahmenbauwand Deckenscheibe OSB 22mm verklammert

Merke: Bei starren Deckenscheiben werden die Erdbeben- und

Windkräfte in Abhängigkeit der Wandsteifigkeit auf die Tragwände aufgeteilt Rippendecke HolzrahmenbauTragwände aufgeteilt.

Bei weichen Deckenscheiben verliert die Wandsteifigkeit an Einfluss, da die Deckenscheibe nicht in der Lage ist die Kräfte bis zu den steiferen Tragwände weiterzuleiten.

Lignum-Dok. Seite 34

Einleitung

Berechnungsmodell für Holzrahmenbausysteme Berechnungsmodell für Holzrahmenbausysteme In der aktuellen Normengeneration werden Holzrahmenbausysteme mit

Hilfe des linearen Schubfeldmodells erfasst.

Als Alternative zur analytischen Betrachtung der Einzelbauteile können Wand- und Deckensysteme als mit Finiten Elementen modelliert werden.

Verschiebung in

x-Richtung

Statisches Modell der Wandscheibe

mit Detail der unteren Ecke

Schubspannung

in der Beplankung

Normalkraft in

den Tragrippen

FE-Modell einer Wandscheibe in Holzrahmenbauweise

Inhalt des Referates

Einleitung

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Zusammenfassung und Ausblick

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Aufbau der Wandscheibe Aufbau der Wandscheibe

Horizontale Lasteinleitung

Kopfholz

Randrippe

Schwelle

Beplankung

Verbindungsmittel

Schwelle

Vertikalstoss

Horizontalstoss

Vertikale Verankerung

Horizontale Verankerung

Lignum-Dok. Seite 104

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge Querkraftbeanspruchung der Verformungsanteil infolge Querkraftbeanspruchung der Beplankung

Lignum-Dok. Seite 104

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge des Schubflusses im Verbund Verformungsanteil infolge des Schubflusses im Verbund

Lignum-Dok. Seite 104

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge Normalkraftbeanspruchung der Verformungsanteil infolge Normalkraftbeanspruchung der Randstützen

Lignum-Dok. Seite 104

Wandscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge Nachgiebigkeit der Verformungsanteil infolge Nachgiebigkeit der Tragwandverankerung

Lignum-Dok. Seite 104

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

Aufbau der Deckenscheibe Aufbau der Deckenscheibe

Lasteinleitung

Rand- und Feldrippen

B l k

Gurtholz

Beplankung

Verbindungsmittel

Vertikalstösse

Vertikale Verankerung

Lignum-Dok. Seite 106

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge Querkraftbeanspruchung der Verformungsanteil infolge Querkraftbeanspruchung der Beplankung

Lignum-Dok. Seite 106

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

V f i f l d S h bfl i V b dVerformung infolge des Schubflusses im Verbund

Lignum-Dok. Seite 106

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil infolge Normalkraftbeanspruchung der Verformungsanteil infolge Normalkraftbeanspruchung der Gurthölzer

Lignum-Dok. Seite 106

Deckenscheiben in Holzrahmenbauweise

Verformungsanteil der Verankerung der Scheiben in den Verformungsanteil der Verankerung der Scheiben in den Tragwänden

Lignum-Dok. Seite 106

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Modellbildung für die Tragwerksanalyse Modellbildung für die Tragwerksanalyse

Lignum-Dok. Seite 61-66

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Modell des eingespannten Kragarms Modell des eingespannten Kragarms Analytische Berechnungen nach der linearen

Schubfeldtheorie sind für mehrgeschossige T ä d h f ä di

EErsatz

GTragwände sehr aufwändig.

Als Alternative können Holzrahmenbauwände als eingespannte Kragarme modelliert erden

K DF,DG

GErsatz

als eingespannte Kragarme modelliert werden.

Für jede Tragwandkomposition wird in Abhängigkeit der Verformung die Steifigkeit

K DF,2.OG

Abhängigkeit der Verformung die Steifigkeit eines äquivalenten Ersatzstabes berechnet.

Diese Vorgehensweise ermöglicht die einfacheK DF,1.OG

Diese Vorgehensweise ermöglicht die einfache Modellierung des Aussteifungssystems in Stabstatikprogrammen.

K DF,EG

Lignum-Dok. Seite 61-66

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Horizontales Verformungsverhalten der Tragwand TWX1 Horizontales Verformungsverhalten der Tragwand TWX1

TW X1

5000 3000 8000

2000

TW Y1400

0

8000

TW X2 TW Y260

00

4000

Steifigkeit der Tragwand kann an

5000 4000 7000

g gder eingeschossigen Wandscheibe berechnet werden!

Lignum-Dok. Seite 61-66

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Auslenkung infolge Normalkraftbeanspruchung der Auslenkung infolge Normalkraftbeanspruchung der Randstützen

Lignum-Dok. Seite 62

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Auslenkung infolge Nachgiebigkeit der BeplankungAuslenkung infolge Nachgiebigkeit der Beplankung

Lignum-Dok. Seite 62

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Auslenkung infolge Nachgiebigkeit des Verbundes der Auslenkung infolge Nachgiebigkeit des Verbundes der Beplankung

Lignum-Dok. Seite 62

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Auslenkung infolge Normalkraftbeanspruchung der Auslenkung infolge Normalkraftbeanspruchung der Randstützen

Lignum-Dok. Seite 63

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Gesamte Auslenkung der Tragwand TWX1 im EGGesamte Auslenkung der Tragwand TWX1 im EG

Lignum-Dok. Seite 63

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Ersatzelastizitätsmodul für den eingespannten KragarmErsatzelastizitätsmodul für den eingespannten Kragarm

Lignum-Dok. Seite 64

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Ersatzelastizitätsmodul für den eingespannten KragarmErsatzelastizitätsmodul für den eingespannten Kragarm

Für identischen Querschnitte der Randstützen gilt alternativ:g

Lignum-Dok. Seite 64

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Ersatzschubmodul für den eingespannten KragarmErsatzschubmodul für den eingespannten Kragarm

Lignum-Dok. Seite 65

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Drehfeder zur Berücksichtigung der Verankerung und Drehfeder zur Berücksichtigung der Verankerung und Anschlüsse am Stockwerkübergang

Merke:Neben den Zugkräften werden auch die Druckkräfte über die

Lignum-Dok. Seite 65

Neben den Zugkräften werden auch die Druckkräfte über die Stabdübel und nicht über Stirnholzkontakt abgegeben!

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Ersatzsteifigkeiten der Tragwände des BerechnungsbeispielsErsatzsteifigkeiten der Tragwände des Berechnungsbeispiels

Querschnittparameter der eingespannten Kragarme

Die Querschnitthöhe entspricht der Länge der Tragwand.

Als Querschnittbreite wurden 100mm angenommen.g

In der Berechnung mit Computerprogrammen ist die wirksame Schubfläche mit 5/6 der Querschnittfläche anzunehmen.

Lignum-Dok. Seite 65

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Zusammenfassung mehrerer Tragwände je Hauptrichtung zu Zusammenfassung mehrerer Tragwände je Hauptrichtung zu einem globalen Ersatzstab

Die Querschnitthöhe des globalen Ersatzstabes (unter dem Bruchstrich) k b li bi ählt d di Q h ittb it b t ä t i d 100

Lignum-Dok. Seite 66

kann beliebig gewählt werden, die Querschnittbreit beträgt wieder 100mm.

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Zusammenfassung mehrerer Tragwände je Hauptrichtung zu Zusammenfassung mehrerer Tragwände je Hauptrichtung zu einem globalen Ersatzstab

Die Drehfedern können addiert werden, wobei die Drehfedern am Stock-werkübergang den halbierten Werten derjenigen der Verankerungen im E d h f i

Lignum-Dok. Seite 66

Erdgeschoss aufweisen.

Steifigkeit des äquivalenten Ersatzstabes

Resultierende Querschnittwerte der globalen Ersatzstäbe Resultierende Querschnittwerte der globalen Ersatzstäbe des Berechnungsbeispiels für die Hauptrichtungen x und y

Mit den Querschnittwerten kann die Aussteifung in den beiden Hauptrichtungen x und y modelliert werden.

Am globalen Ersatzstab können so die Grundschwingzeit, Effekte 2. Ordnung oder Verformungen unter Windeinwirkung einfach mit einem Stabstatikprogramm berechnet werden.

Lignum-Dok. Seite 66

Zusammenfassung und Ausblick

Über Ersatzsysteme können Bauteile in HolzrahmenbauweiseÜber Ersatzsysteme können Bauteile in Holzrahmenbauweise vereinfacht als stabförmige Bauteile modelliert werden.

Mit Ersatzsystemen können auch komplexe dreidimensionale Aussteifungssysteme mit vertretbarem Aufwand modelliert und berechnet werden

Um a f endige Handrechn ngen mgehen können alternati E cel Um aufwendige Handrechnungen zu umgehen, können alternativ Excel-Arbeitsblätter programmiert, oder Steifigkeitsdiagramme erstellt werden. Die Ersatzsteifigkeiten können so sehr schnell berechnet bzw. abgelesen werden.

In Nordamerika sind bereits diverse FE-Programme im Einsatz die über benutzerfreundliche Tools für die Eingabe von Holzrahmenbausystemebenutzerfreundliche Tools für die Eingabe von Holzrahmenbausysteme verfügen. Erste Trends in diese Richtung sind auch bei europäischen Software Herstellern feststellbar.

Steifigkeiten von Scheiben in Holzbauweise

Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Pirmin JungDipl. Holzbauing. FHPIRMIN JUNG Ingenieure für Holzbau AG