Entwicklung weitgespannter Holzrippendecken Beschreibung des Trag- und Verformungsverhaltens

Abstract

With regard to the ever-increasing use of resources and the associated environmental pollution, an increased use of wood in the building industry is to be aimed at. In the present thesis the use of wood and wood material products for the development of wide-span floor systems shall be investigated. Such systems are suitable for a variety of applications, such as floors and roofs of industrial and residential buildings, but even the use for the construction of road bridges is possible. So-called ribbed floors are particularly suitable for wide-span (floor) systems. With these, high load-bearing capacities can be achieved with high component stiffness and low weight while using very resourcesaving materials. At present, mainly glued wood ribbed ceilings are in use, but these require a complex prefabrication, which can only be achieved in specialized production facilities under controlled conditions. The new approach is to construct such wood ribbed floors using inclined screws as fasteners. There is still little experience, both in dimensioning and construction. However, these systems offer advantages with regard to simple assembly directly on the construction site, easy transport of the individual components and, when considering the life cycle, easy removal of the same. The dimensioning of these is considerably more complex, in opposite to the glued systems. In this thesis, push out tests (with different screw inclination angles) are carried out and evaluated together with existing tests in order to derive the load bearing capacity of the screws and their slip modulus, which are necessary for the dimensioning of these mechanically jointed systems, and to identify the essential influencing parameters on these two variables. The experimental results are compared with calculations in order to verify, if the theoretical derivation of the design parameters fits. With the test results obtained, ribbed floors are now dimensioned using different methods and compared with the results of beam tests to evaluate the calculation methods and to analyze the load-bearing behavior of these systems. Subsequently, a parameter study follows to examine the influence of the essential parameters (cross-sectional dimensions of the plate and rib, rib spacing, fastener stiffness and spacing, etc.) on the load-bearing capacity and serviceability of such mechanically connected floor systems. Afterwards, an optimization of the cross-sections, for glued systems and such which are connected with inclined screws, is carried out and suggestions are made for practical use in construction. Finally, a comparison of the two types of ribbed floors is made in order to create a decision aid as to which type delivers the better results in terms of resource efficiency and cost-effectiveness for wide-span systems.

Im Hinblick auf den immer größer werdenden Ressourcenverbrauch und die damit verbundene zunehmende Umweltbelastung, ist eine verstärkte Nutzung von Holz im Bauwesen anzustreben. In der vorliegenden Arbeit soll die Verwendung von Holzund Holzwerkstoffen für die Entwicklung von weitgespannten Deckensystemen untersucht werden. Solche Systeme eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise Decken und Dächer von Industrieund Wohnbauten, aber sogar der Einsatz für den Bau von Straßenbrücken ist durchaus denkbar. Für weitgespannte (Decken)-Systeme, eignen sich im Besonderen sog. Rippendecken. Mit diesen können, unter sehr ressourcensparendem Materialeinsatz, hohe Tragfähigkeiten, bei hohen Bauteilsteifigkeiten und niedrigem Gewicht erreicht werden. Momentan sind hauptsächlich geklebte Holzrippendecken in Verwendung, diese bedürfen aber einer aufwendigen Vorfertigung, welche nur in spezialisierten Fertigungsstätten unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden kann. Neu ist der Ansatz solche Holzrippendecken mittels geneigter Schrauben, als Verbindungsmittel, auszuführen. Es gibt daher noch wenig Erfahrung, sowohl in der Bemessung, als auch in der Ausführung. Diese Systeme bieten allerdings Vorteile hinsichtlich, einfachem Zusammenbau direkt auf der Baustelle, leichter Antransport der einzelnen Bauteile bzw. Träger und bei Betrachtung des Lebenszyklus, den problemlosen Rückbau derselben. Die Bemessung dieser, ist allerdings wesentlich aufwendiger, da es sich im Gegensatz zu den verklebten Systemen um nachgiebig verbundene Bauteile handelt, auf welche die technische Biegelehre nicht direkt anwendbar ist. In dieser Arbeit werden Kleinscherversuche (mit unterschiedlichem Einschraubwinkel) durchgeführt und gemeinsam mit bestehenden Versuchen ausgewertet um die Traglast der Schrauben und deren Verschiebungsmodul, welche für die Bemessung dieser nachgiebig verbundenen Systeme notwendig sind, abzuleiten und die wesentlichen Einflussparameter auf diese beiden Größen zu identifizieren. Die Ergebnisse werden mit Berechnungen verglichen, damit soll die Eignung einer rein rechnerischen Ableitung der Bemessungsparameter verifiziert werden. Mit den erhaltenen Versuchsergebnissen werden nun, mit unteschiedlichen z.T. in den Normen verankerten Methoden, Rippendecken bemessen und mit dem Ergebnis von Großbauteilprüfungen verglichen, um die Brauchbarkeit dieser Rechenmethoden zu bewerten und das Tragverhalten dieser Systeme zu analysieren. Anschließend folgt eine Parameterstudie um den Einfluss der wesentlichen Parameter (Querschnittsabmessungen der Platte und Rippe, Rippenabstand, Verbindungsmittelsteifigkeitund Abstand, etc.) auf die Tragfähigkeit und Gebrauchstauglichkeit solcher nachgiebig verbundenen Systeme zu studieren. Danach wird eine Optimierung der Querschnitte für geklebte und geschraubte Systeme durchgeführt und es werden Vorschläge zum baupraktischen Einsatz gemacht. Abschließend folgt ein Vergleich der beiden Rippendeckentypen, um eine Entscheidungshilfe zu schaffen, welcher Typ, unter welchen Voraussetzungen, hinsichtlich Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit bei weitgespannten Systemen die besseren Ergebnisse liefert.