Ein Beitrag zur Bemessung von Holzrahmenbauwänden mit der Methode der Finiten Elemente

Meyer, Ulrich

Gegenstand dieser Arbeit ist es zu zeigen, ob die Anwendung der Methode der Finiten Elemente für die Berechnungen von aussteifenden Wandkonstruktionen in Holzrahmen- bzw. Holztafelbauweise richtige und verallgemeinerbare Ergebnisse liefert und damit: · zur Bemessung von Konstruktionen dienen kann, · die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Ausführungsdetails erlaubt und · einen Ersatz für 1:1-Versuche an Wandscheiben darstellt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Unter den derzeitigen Bedingungen stellt die Methode der Berechnung mit Finiten Elementen für die Bemessung von Ein- und Zweirastertafeln, vor allem für die bautechnische Praxis, keine sinnvolle Alternative zu den in den Normen genannten Berechnungsverfahren dar. Für Ein- und Zweirastersysteme sind die Nachweisverfahren der DIN 1052 bzw. des Eurocode 5 ausreichend. Sie können durch das Berechnungsverfahren nach KESSEL sinnvoll ergänzt werden. Die Drucklastverteilung in den Vertikalrippen wird jedoch nur unzureichend erfasst. Für Konstruktionen wie die in dieser Arbeit untersuchte Mehrrastertafel stehen derzeit keine geeigneten Berechnungsverfahren zur Verfügung. Die Anwendbarkeit der FE-Methode für die Nachrechnung bestehender Konstruktionen mit von der Norm abweichenden Konstruktionsdetails konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Für die FE-Modellbildung von Wandscheiben des Holzrahmenbaus wurden verschiedenen Detaillösungen gezeigt. Es wurde gezeigt, welche Konstruktionsdetails der Wandscheiben signifikante Auswirkungen auf das Gesamttragverhalten haben. Die FE-Methode kann in der in dieser Arbeit verwendeten Form zur Vorbereitung von Versuchen an 1:1-Modellen dienen und wertvolle Hinweise zum Einfluß verschiedener Konstruktionsdetails auf das Gesamttragverhalten der Wandtafel liefern, um gezielt Veränderungen vornehmen zu können. Insofern stellen Berechnungen mit der FE-Methode eine sinnvolle Ergänzung dar.

The purpose of this doctoral thesis is to find out whether the application of the method of finite elements to the calculation of shear walls in wood-frame constructions will produce results which are correct and, in a generalized form, - can serve to measure constructions - allow to check existing constructions with norm-deviating details of implementation - and provide a substitute for one-to-one experiments on shear walls. The results can be summarized as follows: Under the present conditions the calculation of one-sheet and two-sheet structures using the method of finite elements does not provide a reasonable alternative to the methods of calculation given in the standards, particularly not for the practical purposes of building industry. For one-sheet and two-sheet structures the investigation methods given in DIN 1052 and in Eurocode 5, respectively, are sufficient. They can be supplemented by the calculation methods given in Kessel in a reasonable way. However, the determination of the load distribution on the vertical studs will not be satisfactory. For constructions such as the multi-sheet structures that are examined in this thesis there are at present no suitable methods of calculation available. Furthermore, it was not possible to prove the applicability of the method of finite elements to the checking of existing constructions with norm-deviating details of implementation. For modelling shear walls in wood-frame constructions various details of solutions are presented. It is shown which details of implementation have significant effects on the overall leading capacity of the shear walls. The method of finite elements in the form used in this investigation can serve to prepare experiments on one-to-one models and can provide valuable data indicating the influence of various details of implementation on the overall loading capacity of a shear wall. This will make it possible to change the experimental set-up in a systematic way. In so far, calculations by means of the model of finite elements provide useful supplementary data.

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Meyer, Ulrich: Ein Beitrag zur Bemessung von Holzrahmenbauwänden mit der Methode der Finiten Elemente. 2005.

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