JAHRESBERICHT - Institut für Baustatik und Konstruktion - ETH Zürich

LEHRE
Master-Arbeit FS 2010
Tragverhalten von vorgespannten Holz -
kon struk tionen
Leitung: Prof. Dr. A. Frangi
Projektpartner: Häring AG, Roth AG
Biegesteife Verbindungen sind im Holzbau aufwändig
und teuer. Im Rahmen der im FS 2010 an
der ETH durchgeführten Master-Arbeit von Roman
Schneider wurde in Zusammenarbeit mit den Fir -
men Häring AG und Roth AG ein neuartiger vorgespannter
Träger-Stütze-Kno ten anschluss entwickelt
(vgl. Abbildung). Der Knotenanschluss aus Brett -
schichtholz ist lokal mit Laubholz verstärkt, um die
mechanischen Eigenschaften (Quer druck festig keit)
zu verbessern.
Das Trag- und Verformungsverhalten des ent -
wickelten vorgespannten Knotens wurde an einem
Rahmentragwerk unter Vertikallasten und Hori zon -
tal kräften analytisch untersucht. Bei Gra vi ta tions las -
ten resultieren durch die bie ge stei fen Anschlüsse
kleine Durch bie gun gen auch im Fall der vollen Aus -
nutzung der Trag fähigkeit der Holzbalken auf Trag -
sicher heits niveau. Bei aus schliesslicher Hori zon tal -
be anspruchung re sul tiert ein nichtlinear elastisches
Kraft-Ver for mungs-Verhalten mit hoher Steifigkeit
bei kleinen Verformungen. Das durch Vertikallasten
be an spruchte Rahmen trag werk verhält sich bei zu -
sätz licher Hori zon tal be anspruchung weicher; es sind
jedoch immer noch grosse elastische Ver for mun gen
möglich.
Master-Arbeit FS 2010
Anhand einer Fallstudie (Gebäude HIT der ETH
Zürich) wurden die Anwendungs mög lich kei ten des
vorgespannten Systems untersucht. Im zentralen
Gebäudebereich wurde ein steifer Betonkern aus
Brandschutzgründen beibehalten. Das Rahmen trag -
werk wird dadurch seitlich ausgesteift und wurde
primär für die Ver ti kal lasten bemessen. Kon struk ti -
ve Details wurden vorgeschlagen. Zur Erd be ben be -
mes sung wur de die kombinierte Tragwirkung eines
steifen Biegeträgers und eines weichen Schub trä -
gers betrachtet. Die Aufgabe des viel weicheren
Rah mentragwerks besteht darin, den Verformungen
des steifen Betonkerns unbe scha det zu folgen, wo -
zu das System dank der vorgespannten Ver bindun -
gen in der Lage ist. Zur Koppelung der Trag wirk un -
gen wurde eine Deckenkonstruktion aus schubsteif
verbundenen Hohlkastenelementen mit steifen Be -
plan kungs scheiben eingesetzt. Die Kosten des
Trag werks der Holzbau-Variante mit vorgespan nten
Verbindungen wurden mit denjenigen des ausgeführten
Stahlbetontragwerks verglichen. Die Mehr -
kos ten liegen in einer der für den Nachweis der
Machbarkeit zulässigen Grös sen ordnung.
Dank dem hohen Vorfertigungsgrad erlaubt die
Vorspannung die Herstellung einer einfachen und
wirtschaftlichen biegesteifen Ver bin dung. Sie zeigt
das grosse Potential von vorgespannten Holz rah -
men konstruktionen insbesondere für mehrgeschossige
Holzbauten.
Vorgespannter Träger-Stütze-Knotenanschluss aus Brett -
schicht holz mit lokaler Verstärkung mit Hartholz.
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