Titelaufnahme

Titel
Importance of structural modelling within the framework of Eurocode 5 : description on selected issues / von Georg Hochreiner
Weitere Titel
Die Bedeutung baustatischer Modellbildung für den Eurocode 5
VerfasserHochreiner, Georg
Begutachter / BegutachterinEberhardsteiner, Josef
Erschienen2014
UmfangIII, 143 S. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Diss., 2014
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Eurocode 5
Schlagwörter (EN)Eurocode 5
Schlagwörter (GND)Holzbau / Baustatik / Eurocode 5
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-76554 Persistent Identifier (URN)
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Importance of structural modelling within the framework of Eurocode 5 [23.14 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Die steigende Komplexität von Holzbauten in der jüngsten Vergangenheit macht deutlich, dass sowohl die Tragsicherheit als auch die Gebrauchstauglichkeit derartiger Bauwerke zuverlässig und prozesssicher nur mit klassischen Ingenieurmethoden nachgewiesen werden können. Diese Erkenntnis widerspricht allerdings manch traditioneller Ansicht, wonach das Erstellen einer Holzbaustatik eine grundsätzlich überproportional anspruchsvolle Aufgabe sei und die Komplexität baustatischer Modellbildung auch durch langjährige Erfahrung ersetzt werden könne. Vor dem Hintergrund dieser Einstellung wird verständlich, warum die EN 1995 - besser bekannt unter der Bezeichnung Eurocode 5 (EC 5) - sich im Erstentwurf an nationalen Bauweisen orientiert hat. Eine Vielzahl von Bemessungsregeln wurde erstellt durch Datenfitting an bislang existierenden Versuchsergebnissen mit wenig Bezug zu den tatsächlichen mechanischen Vorgängen und ohne Rücksicht auf unterschiedliche baustatische Berechnungsmethoden. Auch die Bestimmung von Materialkennwerten für Holz und Holzwerkstoffe basiert häufig immer noch auf Versuchskonfigurationen, welche für isotrope und homogene Werkstoffe wie z. B. Stahl entwickelt wurden. Der Werkstoff Holz benötigt jedoch ein auf die Größe seiner Wuchsmerkmale abgestimmtes System mit unterschiedlichen Versuchskonfigurationen. Zahlreiche Materialkennwerte sind - bedingt durch das vereinfachte Auswerteprozedere für homogene Querschnittsaufbauten - implizit an spezifische Modellbildungen und baustatische Verfahren gebunden und spiegeln daher oft nicht die tatsächliche Werkstoffbeanspruchung wieder. Interaktionsbedingungen bei Vorliegen räumlicher Spannungszustände sind zwar bekannt und wurden auch in einfach durchzuführenden Druckversuchen (z. B. Hankinson-Formel) bestätigt. Deren universelle Anwendbarkeit - vergleichbar zur bekannten Vergleichsspannung nach von Mises im Stahlbau - wurde bisher jedoch kaum umgesetzt. Zuvor beschriebene Umstände sind mitverantwortlich, warum die Integration von zeitgemäßen Bauweisen und Bemessungswerkzeugen z.B. in Form von allgemein anwendbarer kommerzieller Statik-Software im Holzbau zunehmend mehr mit massiven Problemen verbunden ist. Liegen also keine universell anwendbaren Nachweiskonzepte vor, ist der Rückgriff auf die Grundlagen des Ingenieurwesens in Form von Mechanik und baustatischer Modellbildung die einzige Option zur Entscheidungsfindung. Ingenieuren stehen heute leistungsfähige Werkzeuge in Form numerischer Simulationssoftware (z. B. Finite-Elemente-Methode, FEM) zur Verfügung. Diese könnten bei der Bewältigung obiger Anforderungen unterstützen, sofern alle zugehörigen Eingangsdaten für Materialkennwerte in Bemessungsnormen auch zur Verfügung stünden. Vielfach unter dem Vorwand der Benutzerfreundlichkeit eingeführte und immer wieder propagierte traditionelle Vereinfachungen im EC 5 entpuppen sich bei genauerer Betrachtung als akute Problemzonen, mitunter auch mit Relevanz für normativ erwartete Tragsicherheiten. Das aktuell gültige semi-probabilistische Sicherheitskonzept differenziert explizit zwischen Gebrauchslastund Traglastzustand und rückt damit auch deren mechanische Grundlagen wesentlich mehr ins Bewußtsein. Die Herausforderung intelligenter baustatischer Modellbildung besteht also darin, die in beiden Belastungszuständen u. U. unterschiedlichen Tragmechanismen dennoch mit nur einem Gesamtmodell beschreiben zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, an Hand ausgewühlter Beispiele des EC 5 die Nachhaltigkeit der Anwendung von Ingenieurmethoden und der damit verbundenen Chancen für den Holzbau aufzuzeigen.

Zusammenfassung (Englisch)

Functional requirements and increasing complexity of wooden building structures in the past and nowadays demonstrate that structural safety and fitness for use of such structures can only be guaranteed by the application of classic methods of structural engineering. However, this approach is in contradiction to the widely spread opinion that the compilation of a structural analysis for timber buildings is too complicated and could also be substituted by long-time experience. This attitude may have been co-responsible for the fact that the first draft of the EN 1995 - better known by the term Eurocode 5 (EC 5) - focussed on national building practice. Therefore, a number of corresponding design rules is still based on data-fitting to already existing test results, not reflecting the mechanical background any more and neglecting alternative methods of structural approvals. The determination of basic material parameters of wood and wood-based materials is unfortunately often based on testing configurations, dedicated to the assessment of pure isotropic and homogeneous materials like steel. A different set of testing configurations which take into account the scattering dimensions of growth irregularities of wood might have been more appropriate. Due to the simplified procedures for the evaluation of test results, which are only suitable for homogeneous rectangular cross sections, several material parameters are therefore linked to a dedicated method of structural modelling and do not reflect the real stress and strain states of the test sample. Interactions between co-acting stress components are well known and were also confirmed by a simple test configuration with compressive loads (e.g. Hankinson formula), but have not been implemented in the design process to the same extent as the equivalent stress criterion derived from von Mises for structural steel design. That is why the integration of modern and future building practice and tools like structural analysis software is facing major obstacles. In case no general purpose concepts for timber specific design are available, the application of approved basics and methods of engineering sciences like mechanics and structural modelling is the only sustainable path for decision making. Indeed engineers are already using powerful tools like numerical simulation software (e.g. finite element method, FEM) which could support the design process if all necessary input parameters had already been implemented into the design codes resp. product specifications. A number of traditional simplifications introduced only for highlighting their user-friendliness now turn out to be crucial issues even with respect to safety requirements. Nevertheless the current semi-probabilistic design concept explicitly differentiates between serviceability and ultimate limit state emphasizing the correspondent probable different mechanical background at each state. It is therefore the challenge of intelligent structural modelling still being able to predict the structural behaviour by dealing with only one structural model. The focus of the presented work is to highlight and confirm the sustainability of engineering methods and the benefits gained in timber engineering using such methods as it is demonstrated by selected topics of EC 5.