Fachagentur Nachwachsende RohstoffeEin Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Integrierte Holz-Stahl-Hybridelemente für Gewerbe- und Mehrgeschossbau; Teilvorhaben 2: Effiziente Holz-Verbindungen mit sehr dünnen Stahlblechen - Akronym: HS-Hybrid

Anschrift
Karlsruher Institut für Technologie (Universitätsaufgabe) - Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine - Abt. Stahlbau
Otto-Ammann-Platz 1
76131 Karlsruhe
Projektleitung
Dr. ir. Carmen Sandhaas
Tel: +49 721 608-43646
E-Mail schreiben
FKZ
2219NR179
Anfang
01.10.2019
Ende
31.05.2023
Ergebnisverwendung
Die Entwicklung von effizienten Verbindungen mit sehr dünnen Stahlblechen für den Einsatz in den HSH-Elementen bedingte eine Überprüfung der Herstellbarkeit dieser Verbindungen. Durch eine Machbarkeitsstudie konnten bereits auf dem Markt verfügbare Verbindungsmittel identifiziert werden, die eine Herstellung der Verbindungen ohne Vorbohren ermöglichen. Die Untersuchungen zum Trag- und Verformungsverhalten der Verbindungsmittel zeigen unterschiedliche und überlagernde Versagensmechanismen. Dabei entstehen schon bei kleinen Verformungen der Verbindungen nichtlineare Verformungsanteile, die zu einer Steifigkeitsreduktion führen. Die experimentell ermittelten Tragfähigkeiten der Verbindungen werden von den rechnerisch ermittelten Tragfähigkeiten nach den Bemessungsgleichungen des European Yield Model deutlich unterschätzt. Diese Unterschätzung ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen. So ist bei den Untersuchungen ab einer Stahlblechdicke von 1,0 mm bereits eine Einspannung des Verbindungsmittels bzw. Verbindungsmittelkopfes vorhanden. Diese Einspannung wird in der aktuell gültigen Normung nicht berücksichtigt. Prinzipiell zeigen die Untersuchungen, dass Verbindungen mit sehr dünnen Stahlbleche, wie sie imHolzbau zurzeit noch nicht eingesetzt werden, funktionieren und wettbewerbsfähige Tragfähigkeiten liefern. Die experimentelle und analytische Untersuchung der vollständigen HSH-Elemente legt dar, dass diese Verbindungen für den Verbund zwischen den Bauteilen eine zu geringe Steifigkeit aufweisen. Es wäre eine hohe und somit unwirtschaftliche Anzahl an Verbindungsmittel nötig, um mit einem ausgewogenen Verbundquerschnitt Spannweiten von 10 m zu erzielen. Geringere Spannweiten sind jedoch durchaus wirtschaftlich realisierbar. Für größere Spannweiten scheit der Einsatz von C-Profilen als vielversprechend.
Aufgabenbeschreibung
Die Anwendungsbereiche von Holz in Gewerbegebäuden und im Mehrgeschossbau sind mit Ausnahme des traditionellen Wohnungsbaus bislang nicht oder nur schwer zugänglich für holzbasierte Bausysteme. Deswegen wird in diesem Vorhaben gezielt eine Hybridbauweise entwickelt, die die multifunktionellen Anforderungen im Bauwesen erfüllen kann. Kriterien wie Tragfähigkeit, Steifigkeit (große Spannweiten), Schalldämmung, Brand- und Schwingungsverhalten werden in ihrem Zusammenhang untersucht und beurteilt. Die Interdisziplinarität einer solchen Hybridbauweise fordert und fördert daher die Zusammenarbeit unterschiedlicher Experten aus Materialwissenschaften, Ingenieurholzbau und Akustik/Dynamik. Im Rahmen der förderpolitischen Ziele wird in diesem Vorhaben das Marktpotenzial von Holz und Holzwerkstoffen verbessert, bzw. es werden Hybridelemente entwickelt, damit neue Märkte erschlossen werden können: • Holz-Stahl-Hybridelemente (HSH-Elemente) sind Elemente auf Basis neuer Materialkombinationen mit großem wirtschaftlichem Potenzial, die bisher weder in Deutschland noch in Europa auf dem Markt verfügbar sind. • Die Verbindungen zwischen Holz und Stahl können in einer industriellen Vorfertigung schnell, vollautomatisch und wirtschaftlich realisiert werden. • Die Anwendung hochwertiger Holzprodukte wie Furnierschichtholz (FSH) und Brettsperrholz (BSP) in bisher unerschlossenen Volumenmärkten wie Gewerbe- und Mehrgeschossbau (Hotels, Bürogebäude, Schulen, usw.) mit freien Spannweiten bis zu 10 m wird ermöglicht. • Durch Anwendung von stiftförmigen Verbindungsmitteln und den Verzicht auf Beton wird der Rückbau vereinfacht und damit die materialoptimierte Entsorgung und das Recycling ermöglicht.

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