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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