IBK Jahresbericht 2004-2006 - Institut für Baustatik und Konstruktion ...

FORSCHUNG
Brandverhalten von mehrschnittigen Stahl-
Holz-Stabdübelverbindungen
Projektleitung: Prof. Dr. M. Fontana
Mitarbeiter: C. Erchinger, Dr. A. Frangi,
Prof. Dr. A. Mischler (HSR)
Projektpartner: BUWAL, Bern; Lignum, Zürich.
Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, mit Hilfe von
experimentellen und theoretischen Untersuchungen
die Grundlagen des Brandverhaltens von Verbindungen
des modernen Ingenieurholzbaus zu erweitern
sowie Tragmodelle und gesicherte Regeln für
Verbindungen für Feuerwiderstände bis 60 Minuten
zu erarbeiten. Dies ist von Bedeutung, weil für
Holzbauten ab vier Geschossen 60 Minuten Feuerwiderstand
gefordert wird.
Das Hauptaugenmerk liegt auf den mehrschnittigen
Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen mit innen
liegenden Knotenblechen. Die Kombination aus
Holz und Stahlelementen führt bei diesem Verbindungstyp
zu einem hohen Kalttragwiderstand und
einer duktilen Versagensart. Im Brandfall sind die
Stahlteile durch das Holz vor dem Feuer geschützt,
so dass ein hoher Feuerwiderstand erreicht werden
kann.
Im experimentellen Teil des Projekts wurden
sowohl der Tragwiderstand bei Raumtemperatur als
auch der Feuerwiderstand unter ISO-Normbrand
ermittelt [1]. Der zweite Teil befasst sich mit der
thermischen Modellierung der Verbindung mit
Hilfe von FE-Simulationen. Dabei stehen in einer
ersten Phase Vergleiche von Temperaturmessungen
im Vordergrund, um den Wärmeeintrag der Stahlelemente
in das Holz zu erfassen. Eine Parameterstudie
gibt schliesslich Aufschluss über die massgebenden
Einflussgrössen für ein experimentell
abgesichertes Berechnungsmodell. Die Nachweisverfahren
sollen in der revidierten SIA-Dokumentation
83 publiziert werden.
Multiple Shear Steel-to-Timber
Connections Under ISO-Fire Exposure
For multi-storey buildings with more than three
floors the Swiss fire regulations allow the use of
timber with a fire resistance of 60 minutes for the
structural members and the connections. However,
most existing design rules for timber connections
are only valid for a fire resistance of up to 30 minutes.
The aim of the first phase of this research project
is to experimentally investigate the fire behaviour
of connections used in modern structural timber
engineering. In the second phase, the application
and extension of the existing design rules for a fire
resistance of 30 minutes will be checked and new design
models for timber connections with a fire resistance
of 60 minutes will be developed and validated
based on the results of the fire tests.
Predominantly, the fire behaviour of multiple
shear steel-to-timber connections with steel dowels
and slotted-in steel plates will be studied. The combination
of steel and timber leads to a high load-carrying
capacity and a ductile failure mode at normal
temperatures. Because of the protection of the slotted-in
steel plates against fire by the side timber
members, a high fire resistance (without additional
fire protection) may be achieved. As a step towards
developing design models for the calculation of the
fire resistance of multiple shear steel-to-timber connections,
results from the fire tests under ISO-fire
exposure were compared to finite element thermal
analyses in order to study the interaction between
steel fasteners, steel plates and timber members [1].
Furthermore, a parametric study will be carried out
to investigate the influence of different parameters
on the fire behaviour of this connection type.
[1] Erchinger, C., Fontana, M., Mischler, A., Frangi, A.
(2006). Versuche an mehrschnittigen Stahl-Holz-Stabdübelverbindungen
und Rillennagelverbindungen bei
Raumtemperatur und Normbrandbedingungen. Institut
für Baustatik und Konstruktion, ETH Zürich, IBK
Bericht Nr. 293, Feb. 2006.
Temperaturverteilung (Brand 4-seitig nach 30 Minuten).
Temperature distribution after 30 minutes.
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