Traglasttheorie für Holztafeln

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Laufzeit:  12.01.2006 – 01.05.2009

Gebäude in Holztafelbauart bestehen aus Dach-, Decken- und Wandtafeln, die u. a. in ihrer Ebene scheibenartig beansprucht werden. Die Berechnung dieser Beanspruchungen erfolgt zurzeit an einfachen statischen Modellen von aus dem Gesamtsystem herausgeschnittenen ebenen Teilsystemen. Die Kompatibilitätsbedingungen der Teilsysteme untereinander werden dabei nicht berücksichtigt. An den Schnittstellen ergeben sich dadurch Zwängungen in unbekannter Größe. Erst ein Nachgeben des Verbundes, also eine Art Plastizieren, kann real einen Spannungszustand ermöglichen, wie er momentan im statischen Modell angenommen wird.

Da bei der Wahl der statischen Modelle die Verträglichkeitsbedingungen grob verletzt werden, muss es im Grenzzustand der Tragfähigkeit an zahlreichen Stellen der Konstruktion zu erheblichen unplanmäßigen plastischen Verformungen, sowie zu unplanmäßigen Lastumlagerungen kommen. Die berechneten einzelnen Modelle sind zwar elastisch, in der Gesamtkonstruktion kann sich der berechnete Zustand aber erst nach erheblichen Plastizierungen einstellen.

Diese stark vereinfachten Verfahren der DIN 1052-2004, ebenso wie die der DIN EN 1995, für den Nachweis der Tragfähigkeit von Holztafeln setzten letztendlich voraus, dass im Verbund von Beplankung und Rippen alle Verbindungsmittel voll mitwirken und voll ausgenutzt werden können, was nur unter Berücksichtigung des plastischen Verhaltens des Verbundes und der Verbindung der Rippen untereinander möglich ist. Trotz der sicherheitstechnischen Relevanz der Verfahren fehlt ihre theoretische Absicherung durch eine geschlossene Theorie im Sinne einer Traglasttheorie. Gegenwärtig dienen die plastischen Reserven in ausreichendem Maße zur Abdeckung der Unzulänglichkeiten der vereinfachten Bemessungsverfahren, da z. B. trotz der ständigen Verletzung der Verträglichkeitsbedingungen bislang keine Schäden bekannt geworden sind. Durch die Ableitung von Bemessungsverfahren aus einer geschlossenen Traglasttheorie könnte das Tragverhalten zutreffender abgeschätzt und darüber hinaus die Wirtschaftlichkeit der Holztafeln durch begründete und nicht zufällige Nutzung der plastischen Reserven erhöht werden. Daher ist es erforderlich, die Traglasttheorie für die Holztafelbauart zu entwickeln.

Das Traglastverfahren ist als Fließgelenktheorie heute im Stahlbau ein allgemein anerkanntes Verfahren zum Nachweis der Tragfähigkeit von Tragwerken (Maier-Leibnitz (1928), Petersen (1993)). Durch die Fließgelenktheorie werden im Stahlbau bei statisch bestimmten Systemen die plastischen Querschnittsreserven, bei statisch unbestimmten Tragwerken zusätzlich die plastischen Systemreserven erschlossen. Die Tragfähigkeit eines Systems ist nach dieser Theorie erreicht, wenn das System durch Bildung lokaler plastischer Gelenke an den Stellen maximaler Momente kinematisch wird. Wegen des speziellen Tragverhaltens von Holztafeln sind die Lösungsverfahren zur Ermittlung der Traglast aus dem Stahlbau (Fließgelenktheorie) nicht direkt anwendbar und müssen entsprechend erweitert werden.

Bild-Tragverhalten einer Holztafel unter Horizontallast
Abbildung: Tragverhalten einer Holztafel unter Horizontallast

In diesem Forschungsvorhaben soll folglich eine Traglasttheorie für Holztafeln auf Grundlage plas-tischer Grenzzustände entwickelt werden, aus der später ein Berechnungsschema abgeleitet werden kann, das es ermöglicht, die Tragfähigkeit ganzer ebener Systeme einschließlich möglicher Öffnungen mit geringem Berechnungsaufwand und ohne aufwendige nichtlineare FEM-Analysen ausreichend genau abzuschätzen. Durch die Anwendung der Traglasttheorie im Holztafelbau wird eine nachvollziehbare Beschreibung des tatsächlichen Tragverhaltens im Grenzzustand möglich, die eine Aussage über die Größe des Fehlers im Sinne einer Fehlerabschätzung ermöglicht. Dadurch sind auch die Anwendungsgrenzen bekannt. Im Unterschied zu einer nur unbewusst bei der Vereinfachung der Modelle angewendeten Traglasttheorie birgt die bewusste Anwendung nur noch die im Rahmen des Sicherheitskonzeptes akzeptierten Risiken.

pdf Traglasttheorie fuer Holztafeln.pdf

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