Entwicklung eines ganzheitlichen Bewertungssystems für Deckenkonstruktionen bei Holzhochhäusern

Abstract

Der moderne Holzbau charakterisiert sich durch einen Trend hin zu immer höheren und gleichzeitig effizienteren Bauwerken. Neben ökonomischen Qualitätskriterien rücken auch ökologische Faktoren immer weiter in den Fokus des generellen Interesses. Diese Charakteristika werden auf Bauteilebene durch eine Vielzahl von Randbedingungen bestimmt, wodurch eine ganzheitliche Betrachtung von Tragstrukturen unter einer gleichzeitigen Berücksichtigung von statischen, bauphysikalischen, ökonomischen und ökologischen Kriterien schwierig erscheint. Im Zuge dieser Arbeit soll daher ein ganzheitliches Bewertungssystem zur Analyse von Tragkonstruktionen konzeptionell entwickelt, und in einer weiterführenden softwaretechnischen Programmanwendung umgesetzt werden. Dies geschieht unter der besonderen Betrachtung von Deckenkonstruktionen im mehrgeschossigen Holzbau bzw. Holzhochhausbau bei einem Fluchtniveau von mehr als 22 m. Um eine ganzheitliche Bewertung prinzipiell zu ermöglichen, bedarf es der Festlegung einer Vielzahl von äußeren Randbedingungen. Zu diesem Zweck erfolgt in einem ersten Schritt eine Analyse unterschiedlicher Ausführungsbeispiele des mehrgeschossigen Holzbaus. Anhand dieser Auswertung können verschiedenste Randbedingungen hinsichtlich der statischen und bauphysikalischen Anforderungen, der allgemeinen baulichen Nutzung, sowie der im Holzhochhausbau anwendungsrelevanten Konstruktionstypen, festgelegt werden. Die Evaluierung dieser maßgebenden Einflussgrößen ermöglicht weiterführend die programmtechnische Entwicklung des besagten Bewertungssystems. Hierzu werden jeweils einzelne Berechnungsroutinen für alle berücksichtigten Konstruktionstypen erstellt. Diese für jede Tragstruktur eigenständigen Algorithmen basieren grundsätzlich alle auf Schleifenberechnungen, wobei die Anzahl an Berechnungsläufen durch die jeweiligen Aufbauvariationen der einzelnen Konstruktionstypen definiert wird. Somit ergibt sich ein für jede Strukturvariante unabhängiges Spektrum an möglichen Lösungen. Aus dieser Bandbreite an Lösungen kann weiterführend eine Ergebnisfilterung erfolgen, wodurch die Ermittlung von jeweils optimalen Aufbauvarianten möglich wird. Betrachtet man diese Ergebnisvarianten für ein komplettes Spektrum an Randbedingungen, können daraus folgend einerseits maßgebliche Anwendungsgrenzen der jeweiligen Konstruktionstypen evaluiert, sowie andererseits dabei entstehende Optimierungspotentiale erkannt und weiterführend analysiert werden. Mithilfe des Bewertungsprogramms werden daher umfassende Aussagen zu den ganzheitlichen Charakteristiken der im mehrgeschossigen Holzbau gängigen Deckenkonstruktionen möglich.

Modern timber construction is characterized by a trend towards ever higher and at the same time more efficient buildings. In addition to economic quality criteria, ecological factors are increasingly becoming the focus of general interest. These characteristics are determined by a variety of boundary conditions, making a holistic approach of load bearing structures whilst a simultaneous consideration of statical, building physical, economical and environmental criteria difficult. In the course of this work, therefore a holistic evaluation system for the analysis of load bearing structures shall be conceptually developed, and furthermore implemented in an in-house software application. This is done under the special consideration of floor constructions in wood based high-rise buildings with an escape level of more than 22 m. Enabling a holistic evaluation requires the definition of a variety of external boundary conditions. To achieve this, an analysis of different design examples of multi-storey timber constructions is done. On the basis of these evaluations, a wide variety of boundary conditions can be defined with regards to the statical and building physical requirements, the general structural use, as well as the application-relevant constructions in wood based high-rise buildings. The evaluation of these decisive influencing variables further enables the software based development of the before mentioned evaluation system. For this purpose, individual calculation routines are created for all considered construction types. These algorithms, which are independent for each load bearing structure, are all based on calculating loops fundamentally. The number of calculation runs within each loop is defined by the respective structural variations of the individual construction types. With this computations results in a range of possible solution can be calculated and a further result filtering can be carried out, whereby the determination of optimal construction variants becomes possible. If one considers these possible variants of results for a complete spectrum of boundary conditions, the evaluation of the application limits of the respecitve load bearing construction types, as well as accompanying optimization potentials becomes feasible. Consequently comprehensive statements on the holistic characteristics of floor constructions in wood based high-rise buildings can be done by means of the evaluation system.