Zum räumlichen Tragverhalten mehrgeschossiger Gebäude in Holztafelbauart

Zur Kammer, Thorsten

Das Aussteifungssystem eines Gebäudes in Holztafelbauart besteht aus Dach-, Decken- und Wandtafeln, die über ihre umlaufenden Randrippen miteinander verbunden sind. Für eine einfache Bestimmung der Beanspruchungen des Aussteifungssystems wird zur Zeit das räumliche Tragsystem auf ebene Teil- oder Ersatzsysteme reduziert, ohne insbesondere für mehrgeschossige Gebäude eine Aussage darüber machen zu können, welchen Fehler diese Vereinfachungen beinhalten. Gegenstand dieser Arbeit ist die Beschreibung des räumlichen Tragverhaltens von mehrgeschossigen Aussteifungssystemen im Holztafelbau unter Berücksichtigung der Schubsteifigkeit der Wandtafeln, der Auflagersteifigkeiten und der direkten Verbindungen der Wandtafeln an ihren vertikalen Berührungskanten. Um die wesentlichen Effekte des räumlichen Tragverhaltens erkennen und analysieren zu können, wird das komplexe Tragverhalten einer Wandtafel mit Hilfe eines linearen Scheibenelements modelliert, welches die Verformung einer Wandtafel in guter Näherung abbildet und an dem die bemessungsrelevanten Beanspruchungen leicht ablesbar sind. Für eingeschossige Aussteifungssysteme wird ausgehend von den bisherigen Berechnungsverfahren des Holztafelbaus und der Biege- und Torsionstheorie des Stabes, ein Berechnungsverfahren entwickelt, mit dem die Schub- und Auflagersteifigkeiten und die direkten Verbindungen der Wandtafeln berücksichtigt werden können. Die Untersuchungen von zweigeschossigen Aussteifungssystemen mit Hilfe des Scheibenelements ergaben, dass das Tragverhalten eines mehrgeschossigen Gebäudes nur in Ausnahmefällen geschossweise entkoppelt betrachtet werden darf und damit die bisherigen Verfahren im Holztafelbau und auch das hier entwickelte Verfahren nur bedingt anwendbar sind. Außerdem haben vertikale Einwirkungen einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die horizontale Beanspruchung der einzelnen Wandtafel.

The bracing system of a timber frame building consists of roof, ceiling and wall diaphragms which are interconnected by frame members. For simplified determination of the load distribution on the bracing system, the three-dimensional structural system is reduced to plane sub-systems or substitute systems, however without being able to estimate what errors these simplifications involve. This applies in particular to multi-storey buildings. This paper describes the three-dimensional load-bearing behaviour of multi-storey bracing systems of timber frame buildings, due consideration being given to the shear stiffness of the wall diaphragms, the stiffness of supports, and the direct connection of the wall diaphragms at their vertical contact edges. To be able to visualize and analyze essential effects of the three-dimensional load-bearing behaviour, a linear shear panel element is used for modelling the complex load-bearing behaviour of a wall diaphragm. This element provides a good approximation to the wall diaphragm deformations. Also the forces that are of interest for design purposes can be read from it fairly easily. Starting from calculation methods currently used in timber frame construction, and starting further from the theory of beam-columns, a calculation method is developed for single-storey bracing systems, which allows the shear stiffness and the stiffness of supports, as well as the direct wall diaphragm connections to be considered. Analyses made for two-storey bracing systems by using the shear panel element have shown that the load-bearing behaviour of a multi-storey building may be considered storey by storey as an exception only. From this follows that the methods that have so far been used in timber frame construction, and the method presented here, cannot be universally applied. It should also be considered that vertical loads influence the horizontal forces on the individual wall diaphragm in a way that cannot be neglected.

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Zur Kammer, Thorsten: Zum räumlichen Tragverhalten mehrgeschossiger Gebäude in Holztafelbauart. 2006.

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