Flugzeughallen in Ingenieurholzbauweise – Demonstration am Hangar 7 des Flughafen Wien

Abstract

Der traditionsreiche Baustoff Holz erlebt seit mehreren Jahren einen deutlichen Aufschwung.Gründe dafür sind gestiegene ökologische Anforderungen und die Notwendigkeit, ressourcenschonende Bauwerke mit möglichst geringem CO2-Abdruck zu errichten. Die Bauindustrie stehtvor der Herausforderung, ihre Emissionen deutlich zu reduzieren und den Einfluss auf dem bereits eingetretenen Klimawandel zu minimieren. Moderne leistungsfähige Holzwerkstoffe wie Brettschichtholz, Brettsperrholz oder OSB-Platten tragen dazu bei, dass vermehrt imposante Ingenieurholzbauwerke errichtet werden können.In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass selbst weitgespannte Tragkonstruktionen bis über 100m in Ingenieurholzbauweise realisierbar sind. Konkret wird dies am bestehenden Hangar 7 des Flughafen Wien gezeigt. Dessen beachtliche Tragkonstruktion aus Stahl überspannt stützenfrei eine Länge von etwa 103m. Durch eine strukturierte Vorgehensweise und Umwandlung des Stahltragwerks in ein Holztragwerk konnte gezeigt werden, dass der Hangar 7 bei gleichbleibender Funktionalität alternativ als Ingenieurholzbauwerk realisierbar ist.Zunächst werden die funktionalen Anforderungen des bestehenden Hangar 7 gezeigt, welche als Basis für diese Arbeit dienen. Es wurde eine Literaturrecherche durchgeführt und bestehende (historische und moderne) durchaus bemerkenswerte Hangarkonstruktionen in Holzbauweise werden anschließend präsentiert. All diese vorgestellten bestehenden Holzkonstruktionen haben sich dabei als erfolgreiche Alternativen zu Stahlkonstruktionen bestätigt.Der Hauptfokus dieser Arbeit liegt darin, eine strukturierte Vorgehensweise zu zeigen, welche es erlaubt, Ingenieurholzbaukonstruktionen im Sinne einer Vorstatik umfassend zu analysieren und die Fragestellung deren Realisierbarkeit beantworten zu können. Dies ist nur mit Modellbildung des gesamten Tragsystems in leistungsfähiger FE-Software (z. B. RFEM 5 der Firma Dlubal [21])in Verbindung mit höheren Berechnungstheorien wie der Theorie II. Ordnung möglich. Zusätzlich sind Besonderheiten von Holzwerkstoffen wie das zeitabhängige materialspezifische Verhalten durch Kriechen zu beachten. Zunächst werden die verschiedenen Belastungsannahmen, ausgehend vom Eigengewicht der Konstruktion, den veränderlichen Lasten wie Schnee und Wind,Imperfektionen bis hin zu weniger gängigen Belastungen wie Vorspannung und Temperatureinwirkungen vorgestellt. Auch wird eine Möglichkeit gezeigt, um Kriechen in einer Berechnung nach Theorie II. Ordnung prozess sicher und werkstoffspezifisch zu berücksichtigen. Für die globale Systemberechnung wird eine Methodik der Belastungsorganisation vorgestellt, welche es erlaubt, unterschiedliche Zeitpunkte mit und ohne Kriecheinwirkungen flexibel zu organisieren und die notwendigen Nachweise auch für unterschiedliche Zeitpunkte führen zu können. Im Anschluss an die globale Systemberechnung werden Variantenstudien durchgeführt, um den Einfluss der Berechnungstheorie, Nachgiebigkeiten, Bemessungssteifigkeiten und Fachwerkhöhe auf die vertikalen Verformungen im kritischen Bereich der Rolltore zu untersuchen. Hier hat sich gezeigt, dass die vorgestellte Systematik in der Lage ist, aussagekräftige Langzeitprognosen des Tragwerkverhaltens (Schnittgrößen und Verformungen) am globalen Gesamtsystem zu tätigen.

The traditional building material, wood, has been experiencing a significant upswing in recentyears. This is due to increased ecological demands and the necessity to construct buildings that conserve resources whilst additionally ensuring a minimal CO2 footprint. The construction industry is faced with the challenge of substantially reducing its emissions and mitigating the impact of ongoing climate change. Modern high-performance wood-based materials, such as glued laminated timber, cross-laminated timber, and oriented strand board (OSB) panels, playan important role in enabling the construction of increasingly remarkable timber engineering structures.The present work demonstrates that long-span load-bearing structures exceeding 100m can be successfully implemented in timber engineering. This is specifically exemplified by Hangar 7, anexisting steel structure at Vienna Airport, which impressively spans approximately 103m without the need for any additional supports. By adopting a structured approach and converting the original steel structure into a timber structure, it was proven that Hangar 7 could be constructed using engineered timber while preserving its intended functionality.First, the functional requirements of the existing Hangar 7 are presented, which serve as the foundation for this study. Chapter 2 includes a literature search and show cases various remarkable wooden hangar constructions, both historical and modern. These featured wooden structures have all demonstrated their success as viable alternatives to steel constructions.The main focus of this work is to demonstrate a clear procedure that allows for the comprehensiveanalysis of timber engineering constructions through a preliminary static analysis, addressingthe question of their feasibility. This can already be achieved by modeling the entire structural system in powerful FE software like RFEM 5 from Dlubal [21] and applying more sophisticated types of analysis such as second order theory. Additionally, specific characteristics of wood-based materials, such as time-dependent material-specific behavior due to creep, must be taken into account. Firstly, various load scenarios are presented, starting with the self-weight of the structure,followed by variable loads such as snow and wind, imperfections, and less common loads like prestressing and temperature effects. Furthermore, a method is shown for considering creep incalculations based on the second-order theory, ensuring a reliable and material-specific approach.For the global system calculation, a methodology for organizing loads is presented, allowing forflexible arrangement at different stages of the building’s lifecycle, accounting for creep effects and enabling appropriate verifications at different time points. Additionally, special case studies are conducted alongside the preliminary global system analysis to illustrate the influence ofcalculation theory, compliances, design stiffness, and truss height on the vertical deformations inthe critical area of the roller doors. The presented methodology has demonstrated its capability to provide meaningful long-term predictions of structural behavior, including internal forces and deformations, at the global system level.