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Zweiachsige Tragwirkung bei Holz-Beton-Verbundkonstruktionen - Entwicklung von Bemessungsverfahren und Konstruktionsdetails für zweiachsige Lastabtragung bei der Holz-Beton-Verbundbauweise

Projektnummer

F20-12-1-032; 10.08.18.7-13.17

Laufzeit / Status

04.2014 - 03.2017 / abgeschlossen

Projektdetails

Beteiligte

Antragsteller

Technische Universität München

Lehrstuhl für Holzbau und Baukonstruktion

 

Forscher

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Winter

Dipl.-Ing. Stefan Loebus

 

Cluster

Neue Materialien und Techniken

Projektbeschreibung

 

Mit der Holz-Beton-Verbundbauweise existiert ein System mit einer guten Kombination aus Tragfähigkeit, Schallschutz und Brandschutz. Aktuell ist diese Bauweise auf einachsig lastabtragende Systeme begrenzt. Mit dem Brettsperrholz sind große flächige Holzelemente mit zweiachsigen Lastabtragpotential verfügbar. Die Vorteile beider Bauweisen werden in dem behandelten System des Forschungsvorhabens kombiniert.

Ziel dieses Vorhabens war die grundsätzliche Eignung und Anwendbarkeit der zweiachsigen Tragwirkung der Holz-Beton-Verbundbauweise nachzuweisen. Neben der Klärung des Tragverhaltens in experimentellen Untersuchungen und FEM-Simulationen waren Konstruktions- und Bemessungsvorschläge für diese Bauweise zu erarbeiten.

Die Schubverbindungsmittel Kerve und geneigte Schraube wurden im Spannungsfeld eines zweiachsig tragenden Plattensystems untersucht. Wesentliches Merkmal, neben der Tragfähigkeit, ist der Verschiebungsmodul der Schubverbindung in Abhängigkeit der Verbindungsausrichtung und Beanspruchungsrichtung in der Plattenebene. Eine sinnvolle Anordnung der Verbindungsmittelgruppen in Plattenebene wurde untersucht und ermittelt. Es wird unterschieden zwischen einer orthogonalen und einer nach Trajektorien ausgerichteten Anordnung.

Neben der Biegung ist das Drillen ein wesentlicher Mechanismus des Lastabtrags innerhalb einer Platte. Das Drilltragverhalten der Verbundplatte wurde experimentell untersucht. In den Versuchen wurden die Tragfähigkeit und die Drillsteifigkeit für verschiedene Aufbauten ermittelt. Ferner konnte geklärt werden, wie groß der Anteil des Drillens an der Gesamttragwirkung ausfällt.

In einem großen Bauteilversuch wurde die zweiachsige Holz-Beton-Verbundplatte als Gesamtsystem untersucht. Neben den einzelnen Versagensmechanismen und der Grenztragfähigkeit wurde die Duktilität und Gesamtsteifigkeit der Platte ermittelt. Es wurde geklärt, in welchem Umfang die zweiachsige Tragwirkung in der Holz-Beton-Verbundplatte aktiviert wird und wie groß das Kräfteverhältnis zwischen Haupt- und Nebentragrichtung ist.

Bedingt durch die Grenzabmessungen des vorgefertigen Brettsperrholzes kann die Platte nicht in einem Stück auf der Baustelle gefertigt werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit eines kraftschlüssigen Elementstoßes. Vorrangige Anforderung an den Stoß ist der Erhalt der Steifigkeit der gestoßenen Tragachse. In einer Studie wurden bekannte Verbindungsmöglichkeiten auf die Holz-Beton-Verbundkonstruktion angewendet und hinsichtlich ihrer Steifigkeit untersucht und bewertet. Mit eingeklebten Bewehrungsstäben konnte eine kraftschlüssige Plattenstoßkonstruktion entwickelt werden, die die Anforderung an einen geringen Steifigkeitsverlust in der Stoßfuge erfüllt.

Im Vergleich mit einachsig tragenden Holz-Betonverbundplatten können eindeutige Einsparungspotentiale nachgewiesen werden.

Schlagwörter

Brettsperrholz, Drillen, FEM-Volumenmodell, Hauptschubkraft, Holz-Beton-Verbundbauweise, Kerve, kraftschlüssiger Elementstoß, Kraft-Verformungsversuch, Schubverbindungen, zweiachsige Tragwirkung, Vollgewindeschraube.

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