Flächentragwerke im Ingenieurholzbau#
Von
DDI Thomas Moosbrugger
Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gerhard Schickhofer
Institut für Holzbau und Holztechnologie
© Forschungsjournal SS 06
Im Jahre 2004 hat sich das Rektorat der TU Graz mit der Berufung von Herrn Univ.-Prof. DI Dr. Gerhard Schickhofer entschieden, ein eigenständiges Institut für Holzbau und Holztechnologie an der Fakultät für Bauingenieurwissenschaften einzurichten. Durch die vorhergehende Zugehörigkeit zum damaligen Institut für Stahlbau, Holzbau und Flächentragwerke sowie durch die heutige enge Zusammenarbeit mit dem Institut für Stahlbau und Flächentragwerke (Ao.Univ.-Prof. DI Dr. W. Guggenberger), liegt einer der großen Forschungsschwerpunkte des Instituts im Bereich der Flächentragwerke im Ingenieurholzbau. G. Schickhofer legte 1994 mit dem Abschluss seiner Doktoratsschrift den Grundstein für dieses Forschungsthema und war in weiterer Folge federführend an der Entwicklung der so genannten „Brettsperrholzplatte“ beteiligt. Mit der Gründung des Kompetenzzentrums „holz.bau forschungs gmbh“ im Jahre 2002 – ein Teilprojekt „shell_structures“ befasst sich mit Fragen rund um diese Platte – konnte die Forschungstätigkeit im Bereich der flächenhaften Tragstrukturen im Ingenieurholzbau weiter ausgebaut werden.
Brettsperrholz (BSP) entsteht durch die schichtweise, zur Mittelebene symmetrische, orthogonale Verklebung von Einzelschichten, wobei die innerhalb einer Einzelschicht parallel ausgerichteten Einzelbretter mit bzw. ohne endliche Fugenbreiten angeordnet sein können. Mit den entstehenden massiven Holzplattenstrukturen wurde es in den letzten Jahren möglich, die Holz-Massivbauweise als Ergänzung zur Holz-Leichtbauweise zu etablieren. Um der Holz-Massivbauweise in Zukunft weitere Marktanteile im Bauwesen zu sichern, sind umfangreiche Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet notwendig, weswegen an der TU Graz die fakultätsübergreifende „denk.werk.statt.bsp“ eingerichtet wurde. Teilbereiche des Projektes befassen sich mit der strukturmechanischen Beschreibung des Platten- und Scheibentragverhaltens von BSP. BSP lässt sich derzeit aufgrund des gitterstrukturartigen inneren Aufbaues (siehe Abb. 1) mit bekannten Strukturmodellen nur näherungsweise beschreiben. Das stark materiell und strukturell orthotrope Verhalten bedarf der Entwicklung eigener mechanischer Modelle.
Im Bereich der Plattentragwirkung wurde bis dato ausschließlich die 1D-Plattentragwirkung, sowohl theoretisch als auch versuchstechnisch, bearbeitet. Eine echte 2D-Plattentragwirkung konnte bis heute theoretisch, auf Grund fehlender mechanischer Modelle für solche orthogonalen gitterartigen Plattenstrukturen, nicht beschrieben werden, da dafür bisher keine Kenntnisse zum Drillverhalten vorliegen. Die inhomogenen Einzelschichten, die durch mögliche Fugen zwischen den Einzelbrettern zu erklären sind, lassen sich dabei entweder anhand verschmierter Gesamtmodelle oder anhand eigens dafür zu entwickelnder exakter Berechnungsverfahren, die die lokal auftretenden Effekte im Bereich der Fugen berücksichtigen, beschreiben. Eine unumgängliche Erweiterung bestehender Plattenberechnungsmodelle (auf Basis der Reissner-Mindlin-Platte) befindet sich derzeit in Bearbeitung. Für Scheibentragwirkungen (derzeit werden reine Schubbeanspruchungen betrachtet, siehe Abb) sind in der Literatur derzeit ausschließlich Berechnungsverfahren auf Basis orthogonaler Gitterstabmodelle zu finden. Anhand dieser ist es nicht möglich, das stark von der Einzelbrettgeometrie (Brettdicke zu Brettbreite) beeinflusste Scheibentragverhalten exakt zu beschreiben. Von Interesse sind neben dem Scheibentragverhalten von vollständigen gleichmäßigen Scheibenelementen vor allem tragfähigkeits- und gebrauchstauglichkeitsmindernde Effekte von Öffnungen in Form von Tür- und Fensterausschnitten.
Erste theoretische Ergebnisse der Scheiben- und Plattensteifigkeit, die anhand durchgeführter Verifikationsversuche bestätigt werden konnten, zeigen deutliche Unterschiede zu den derzeit in aktuell gültigen Konstruktionsnormen verankerten Berechnungsverfahren. Um in Zukunft diese Bauweise mit der notwendigen Zuverlässigkeit einsetzen und den planenden Ingenieuren die nötigen Bemessungsgrundlagen bieten zu können, wird die Verankerung dieser Forschungsergebnisse in einer Produktnorm sowie in den entsprechenden europäischen Konstruktionsnormen notwendig sein.