InnoCrossLam: ERA-NET Forest Value: Innovative Lösungen für Konstruktionen aus Brettsperrholz
Projektleitung
Josef Füssl
Forschungseinrichtung
Technische Universität Wien, Institut für Mechanik der Werkstoffe und Strukturen
Projektnummer
101382Projektlaufzeit
-
Finanzierungspartner
Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus| Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus
Allgemeine Projektinformationen
Schlagwörter (deutsch)
Brettsperrholz, Holzbau, Konstruktionsdetails, Holzeigenschaften
Projektziele
Obwohl Holz (in mehrstöckigen Gebäuden und großräumigen Konstruktionen) in einigen europäischen Ländern in großem Umfang verwendet wird, ist das Potenzial für eine Erhöhung der Marktanteile noch beträchtlich. In Schweden zum Beispiel liegt der derzeitige Anteil von Holzsystemen für mehrstöckige Wohngebäude bei etwa 10%, was aus europäischer Sicht recht hoch ist (in anderen Ländern wie Spanien sind Beispiele solcher Gebäude recht knapp), aber immer noch nur einen kleinen Bruchteil des Gesamtmarktes bildet. Wenn massive Holzprodukte ein ernstzunehmender Wettbewerber für feste Baumaterialien wie Beton werden sollen, müssen sie Architekten und Ingenieuren eine vergleichbare Flexibilität im Einsatz bieten.
Die Hauptidee dieses Projektvorschlags und dessen treibende Kraft besteht darin, die Verwendung massiver Holzprodukte wie CLT in neuen Bauanwendungen und in multifunktionalen Zusammenhängen weiterzuentwickeln. Diese Entwicklungen werden durch einen transdisziplinären Ansatz erreicht, indem in die Projektarbeit Themen wie Architektur und Design, Gebäudetechnik (HVAC) und Tragwerksplanung eingebunden werden, in Kombination mit Forschung und Entwicklung, die auf der Anwendung fortgeschrittener theoretischer und experimenteller Ansätze basieren. Durch die Einbindung von Architekten ins Projekt werden in Zusammenarbeit mit führenden Statikern und Experten die Herausforderungen für Gebäudesysteme definiert, mit denen Planer und die Industrie konfrontiert sind. Das Projekt wird daher neue praxisorientierte Lösungen für anspruchsvolle Designsituationen entwickeln. Flexibilität wird eines der Schlüsselwörter sein. Flexibilität im Sinne von z.B. flexiblen Grundrissen, freitragenden Konstruktionen, Weitspannensysteme, effiziente Verbindungstechniken, effiziente Montage und Demontage von Gebäudesystemen und die Möglichkeit zusätzlicher Funktionalität.
Die Hauptziele des Projekts werden in einer Reihe von Arbeitspaketen behandelt, darunter CLT-Decken mit asymmetrischen Grundrissen und / oder Öffnungen und / oder freitragenden Teilen und / oder Punkthalterungen, CLT-Kernen (für Aufzugsschächte, Treppenhäuser und / oder Gebäudesysteme) für horizontale Verstrebungen und deren Verbindung zu Decken, gedrungene Balken aus CLT (z. B. über Erdgeschossen) mit Öffnungen (Fenster, Türen) und / oder Ausklinkungen sowie Deckenverbindungen und deren Verhalten im Hinblick auf eine ausreichende Steifigkeit, um starre Membranen zu erzeugen.
Zu diesem Zweck werden numerische Simulationen des Bauteil- und Systemverhaltens für definierte Herausforderungen durchgeführt. Dies betrifft nicht nur Grenzzustände der Tragfähigkeit, sondern auch Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit (z. B. die dynamische Antwort von Geschoßen), da letztere häufig den Entwurf bestimmen. Bei Bedarf werden solche Simulationen mit Experimenten auf Komponentenebene kombiniert, um fehlende Eingabedaten für die numerischen Modelle zu generieren. Viele Herausforderungen betreffen lokale Details, wie z.B. Singularitäten.
Praxisrelevanz
Berichte
Kurzfassung
Berichtsdateien
Abstract (deutsch)
Der mehrgeschoßige Holzbau hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Ein wichtiger Faktor war die Entwicklung und Akzeptanz von Brettsperrholz (BSP) als zuverlässiges, effizientes, nachhaltiges und vielseitiges Material.
InnoCrossLam zielte darauf ab, die Wettbewerbsfähigkeit von BSP als vielseitiges technisches Produkt noch weiter zu steigern, indem seine Vorhersagbarkeit in anspruchsvollen Konstruktionssituationen verbessert wird. Durch die Einbeziehung von Architekten und Ingenieuren zur Definition der Herausforderungen in der Praxis wurden im Rahmen des Projekts Lösungen entwickelt, bei denen modernste Methoden in der Forschung zum Einsatz kommen. Die behandelten Themen beziehen sich auf eine Vielzahl von Disziplinen: Tragwerksplanung, mechanische Charakterisierung, Bauphysik, Feuerbeständigkeit und Schalldämmung.
Im Rahmen dieses Projekts war die TUW für eines von fünf Arbeitspaketen (AP) verantwortlich. Dieses sollte grundlegende Informationen über das mechanische Verhalten von fehlerfreiem Holz, Holzbrettern mit Ästen und stark beanspruchten Bereichen von Holzprodukten liefern. Die Hauptkompetenz der TUW ist die Entwicklung mechanischer 3D-Modelle für Holz, einschließlich der Beschreibung nicht-linearer mechanischer Prozesse, die Erstellung realistischer virtueller 3D-Modelle holzbasierter Produkte und die Simulation komplexer Feuchtigkeits-Probleme in Holz. Dieses Fachwissen wurde im Rahmen dieses AP kombiniert, um das mechanische Verhalten von Holzbrettern sowie strukturelle BSP-Details, die durch große Spannungsgradienten und Spannungssingularitäten gekennzeichnet sind, genau zu beschreiben. Effektive Materialeigenschaften sowie neue Einblicke in das strukturelle Verhalten hochbelasteter BSP-Elemente sind der Hauptbeitrag dieses AP und stellen auch die Verbindung zu allen anderen APs dar.
Die Hauptziele sind eine realistische Vorhersage des mechanischen Verhaltens von BSP und BSP-basierten Strukturdetails, auch in Form von Holz-Beton-Verbundelementen, sowie die Verknüpfung der gewonnenen Informationen mit der 3D-Strukturmodellierung auf Gebäudeebene. Neue Einblicke, gewonnen durch die Verwendung von modernen computergestützten Methoden, in das mechanische Verhalten von BSP-basierten Strukturdetails werden eine realistischere 3D-Modellierung von Holzgebäuden ermöglichen und stellen eine wichtige Grundlage für die Weiterentwicklung praxisorientierter Entwurfsansätze dar.
Abstract (englisch)
Multi-storey timber construction has evolved tremendously during recent years. An important factor has been the development and acceptance of cross laminated timber (CLT) as a reliable, efficient, sustainable and versatile material.
InnoCrossLam aimed at increasing even further the competitiveness of CLT as a versatile engineered product, by increasing its predictability in demanding design situations not covered by the guidelines of today, or codes and standards foreseeable in a near future. By including architects and engineers to define challenges faced in practice, the project developed solutions making use of cutting-edge methods in research. The topics covered relate to a multitude of disciplines: structural design, mechanical characterisation, building physics, fire resistance and sound insulation and the work includes a multi-disciplinary and holistic approach.
Within this project, TUW was responsible for one of five work-packages (WP), delivering basic information about the mechanical behaviour of clear wood, wooden boards with knots, and highly-stressed regions of wood-based products. The main expertise of TUW is the development of 3D mechanical models for wood, including the description of non-linear mechanical processes, the generation of realistic 3D virtual models of wood-based products, to consider material inhomogeneities within the defined design concepts, and the simulation of complex moisture problems in timber. This expertise is combined within the scope of this WP in order to accurately describe the mechanical behaviour of wooden boards, as well as structural CLT details characterized by large stress gradients and stress singularities. Effective material properties, as well as new insights into the structural response of highly-stressed CLT elements, are the main contribution of this WP, and also represent the link to all other WPs.
The main aims are a realistic prediction of the mechanical behaviour of CLT and CLT-based structural details, also in the form of timber-concrete composite elements, and linking the gained information to 3D structural modelling at the building level. The gained insights, achieved through advanced computational methods, into the mechanical behavior of CLT-based structural details will allow for a more realistic 3D modelling of timber buildings and represent an important basis for the further development of practice-oriented design approaches.
Autor/innen
Josef Füssl, Markus Lukacevic, Sebastian Pech, Maximilian Autengruber