Flexframe: Mit Vorspannung zu neuen Lösungen

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1 Flexframe: Mit Vorspannung zu neuen Lösungen Flavio Wanninger Swiss Timber Solutions AG 1 Übersicht Einleitung Analytische Modellierung Versuche Langzeitverhalten Bemessungsbeispiel Mögliche Anwendungen Schlussfolgerungen und Ausblick 2

2 Einleitung 3 Einleitung Verbinden von vorfabrizierten Betonelementen mit Vorspannkabel Gutes seismisches Verhalten PRESSS: Precast Seismic Structural Systems) In Neuseeland erstmals im Holzbau angewendet 4

3 Einleitung System wurde 2010 von der ETH übernommen Anwendung mit BSH anstelle von Furnierschichtholz Auf Schrauben sowie Stahlteile im Anschlussbereich wurde verzichtet Laubholz und Nadelholz Keine Dissipatoren 5 Analytische Modellierung 6

4 Analytische Modellierung Ziel: System mit einem Momenten-Rotations-Diagramm zu beschreiben Die Vorspannung drückt die Träger in die Stützen Die Stützen sind quer zur Faser belastet und damit weicher als die Träger Stütze Entspricht einer elastischen Bettung eines Fundaments beam Träger P w b c 7 Analytische Modellierung Benötig lediglich ein Parameter für die Modellierung Bettungsmodul / Federsteifigkeit c Einfacher Ausdruck, unter Berücksichtigung der Symmetrie 2 E c b c 90 Stütze P beam Träger w b c 8

5 Analytische Modellierung 9 Analytische Modellierung 10

6 Versuche 11 Versuche Technik Trifft Architektur 12

7 Versuche Technik Trifft Architektur 13 Versuche Technik Trifft Architektur 14

8 Versuche Momenten- Rotations-Verhalten kann gut vorhergesagt werden Unterschiedliche Steifigkeit im Anschluss Selbst-zentrierendes Verhalten Technik Trifft Architektur 15 Versuche Pushover-Kurve wird etwas zu steif vorhergesagt Kann auf Vereinfachungen im Modell zurückgeführt werden Technik Trifft Architektur 16

9 Bemessungsbeispiel 17 Bemessungsbeispiel Rahmen über zwei Geschosse Decken werden nicht bemessen Annahmen: gleichmässige Linienlast auf Rahmen 2D Modell ausreichend Stützenfüsse als Gelenke modelliert (konservative Annahme) 18

10 Bemessungsbeispiel Handrechnung mit analytischem Modell Aufwendig Geeignet für Plausibilitätskontrolle Numerisch mit Software, welche Rotationsfedern modellieren kann Weniger Aufwand 19 Bemessungsbeispiel Massgebend für die Bemessung ist der Querdruck in der Stütze Festigkeit f c,90,k ca. 8 MPa. Versuche zeigen, dass dieser Wert viel höher liegt (12-14 MPa) Wichtiger sind aber Momente / Querkraft in den Bauteilen und die Vorspannkraft 20

11 Bemessungsbeispiel Erdbeben muss verformungsbasiert nachgewiesen werden Vorteil: Periode (Eigenfrequenz) wird nicht benötigt Kann mittels Pushover-Kurve geschehen Nichtlineares Verhalten wird automatisch berücksichtigt 21 Bemessungsbeispiel Pushover-Kurve (Performance) und Erdbeben (Anforderung) Pushover-Kurve ausserhalb des Erdbebens Performance > Anforderung Kein Versagen 22

12 Bemessungsbeispiel Erdbeben von Amatrice (Messstation Amatrice) Pushover-Kurve für vorgestellte System (grau, durchgezogene Linie) Pushover-Kurve für modifiziertes System (grau, gestrichelte Linie) Beide Nachweise für das Erdbeben können erfüllt werden! 23 Mögliche Anwendungen 24

13 Mögliche Anwendungen Für Neu- und Ersatzbauten Green Tower Für Aufstockungen Fill the Gap Technik Trifft Architektur 25 Green Tower Highquality structural system Low cost during life time Standardized product Green cities vision: more walking less driving 8-10 Geschosse mit Holzrahmen sowie Kern Umweltfreundliche Konstruktion mit Holz Einfach im Bau sowie einfache Demontage Bauteile können vorgefertigt werden Sehr schneller Baufortschritt Technik Trifft Architektur 26

14 Fill the Gap Verdichtetes Bauen Technik Trifft Architektur 27 Fill the Gap Bestand 2 Geschosse (Industriebau) Aufstockung 4 Geschosse mit Holzrahmen (Wohnungen) + 200% Nutzfläche Holz wegen geringem Gewicht 2500 kg/m kg/m 3 Technik Trifft Architektur 28

15 Schlussfolgerung und Aussicht 29 Schlussfolgerung und Aussicht System ist schnell im Baufortschritt Erdbebensicher Einfach, ästhetisch ansprechend Verwendung von Laubholz Bemessung Erdbeben derzeit nur verformungsbasiert Forschung an der ETH konzentriert sich auf Stützenfüsse sowie Ermittlung eines q-faktors für das Ersatzkraftverfahren (Abschluss 2018) 30