Holzrahmenbau-Wände mit Öffnungen: Methodenentwicklung zur Modellierung, Bemessung & Ausführung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer experimentell abgesicherten Methode für die Modellierung, Bemessung und Ausführung von aussteifenden Holzrahmenbau-Wänden mit Öffnungen.

Steckbrief

Institut(e) Institut für Holzbau IHB
Forschungseinheit(en) Erdbebeningenieurwesen
Laufzeit (geplant) 01.11.2021 - 31.07.2025
Projektleitung Prof. Martin Geiser
Projektmitarbeitende Shay Josef Assaf
Lukas Furrer
Lukas Kramer
Nadja Manser
René Steiger
Partner Berner Fachhochschule BFH
ETH Zürich, Institut für Baustatik und Konstruktion IBK
Empa, Abteilung Ingenieur-Strukturen
Holzbau Schweiz
Swiss Timber Engineers
Ancotech AG
Schlüsselwörter Holzbau, Erdbebensicherheit, Erdbebeningenieurwesen, Holzrahmenbau, Aussteifung, Verankerungskräfte, Finite-Elemente-Modellierung

Ausgangslage

Mit grosszügigen Räumen im Erdgeschoss und grossen Öffnungen in den Fassaden bildet die zeitgemässe Architektur für den Holzbau eine Herausforderung bezüglich der Aussteifung der Bauwerke und der Abtragung von horizontalen Kräften aus der Wind- oder Erdbebeneinwirkung. Eine Schwierigkeit liegt dabei darin, dass gemäss der aktuellen Norm SIA 265 die Bereiche von Holzrahmenbau-Wänden mit grösseren Öffnungen als nicht tragend zu betrachten sind. Abweichungen von dieser Norm sind zwar möglich, jedoch fehlen dafür ausreichende theoretische sowie experimentelle Grundlagen. Ob die Bereiche um die Öffnungen als nicht-tragend oder als tragend betrachtet werden, beeinflusst die Anzahl der Verankerungen und die Intensität der anzusetzenden Kräfte massgeblich, was wiederum die Kosten beeinflusst. Das Potenzial von aussteifenden Holzrahmenbau-Wänden mit Öffnungen wurde an der BFH-AHB im Rahmen eines Vorbereitungsprojekts in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Holzbranche bereits überprüft.

Effizienter Erdbodenschutz — Im Forschungsprojekt wird eine durch Versuche abgesicherte Methode für die Modellierung, Bemessung und Ausführung von aussteifenden Wänden mit Öffnungen entwickelt.

Vorgehen

Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer durch Versuche abgesicherte Methode für die Modellierung, Bemessung und Ausführung von aussteifenden Wänden mit Öffnungen. Das Projekt soll damit einen wesentlichen Beitrag zur Vergrösserung des Marktanteils von mit Schweizer Holzprodukten neu erstellten oder im Rahmen der Erhaltungsplanung instand gesetzten und veränderten Hochbauten in der Schweiz leisten.

Bei diesem Projekt handelt es sich um eine Kooperation der BFH-AHB, der Empa, der ETH Zürich sowie der Verbände Holzbau Schweiz und Swiss Timber Engineers. Gefördert wird das Projekt vom Bundesamt für Umwelt im Rahmen des Aktionsplans Holz.

Eine enge ZusaMmenarbeit von Forschung und Lehre innerhalb des Projekts ermöglicht es Studierenden, an den aktuellen Entwicklungen im Holzbau teilhaben zu können. So entstand im Rahmen des Projekts eine Dissertation an der Empa und der ETH, während an der BFH mehrere Bachelor- und Masterarbeiten verfasst wurden. (siehe «Weiterführende Informationen»).

Ergebnisse

Die durchgeführten Versuche und die dazugehörige numerischen Untersuchungen an Modellen zeigen, dass Holzrahmenbau-Wände mit Fensteröffnungen wirksam in die Aussteifung von Gebäuden integriert werden können. Voraussetzung hierfür sind konstruktive Verstärkungsmassnahmen, welche die Kraftübertragung zwischen den Wandsegmenten verbessern und die gesamte Wandscheibe aktivieren.

Zur Abbildung des Tragverhaltens wurde ein Finite-Elemente-Modell entwickelt und anhand der Versuchsergebnisse validiert. In einem abschliessenden Schritt werden die Erkenntnisse aus dem Projekt für die praktische Anwendung in der Tragwerksplanung in Form eines Leitfadens aufbereitet.