DIAMO | Diaphragm Modeling

Bauen mit Holztafeln

Das Bauen mit Holztafeln hat in Europa im Laufe des 20. Jahrhunderts eine große Akzeptanz insbesondere im Wohnhausbau wegen des hohen fertigungstechnologischen Niveaus gefunden. Gebäude in Holztafelbauart bestehen in ihren wesentlichen Teilen aus vorgefertigten Tafeln, das sind einseitig oder beidseitig mit Holz- oder Gipswerkstoffplatten beplankte Holzrippen (Bundesverband Deutscher Fertigbau e. V. 2001). Werden keine Tafeln vorgefertigt, sondern werden alle Holzrippen in Form von Wandstielen, Rähmen, Deckenbalken und Sparren Stück für Stück auf der Baustelle montiert und anschließend mit Holz- oder Gipswerkstoffplatten beplankt, so wird dies als Holzrahmenbau bezeichnet (Bund Deutscher Zimmermeister 2001). Der Übergang vom Holztafelbau zum Holzrahmenbau ist fließend.

Obwohl die Holztafeln eine wichtige statische Funktion im Rahmen der Lastabtragung eines Gebäudes besitzen, fällt es bis heute planenden Ingenieuren und Architekten ebenso wie ausführenden Ingenieuren und Mitarbeitern von Holzbauunternehmen schwer, einen Zugang zum Tragverhalten von Holztafeln zu finden. Dies liegt nicht zuletzt auch daran, dass bis heute keine im Sinne der Baustatik geschlossene Theorie zur Beschreibung ihres Tragverhaltens und zur Bestimmung ihrer Tragfähigkeit und Steifigkeit entwickelt wurde.

Was ist DIAMO

Der Begriff DIAMO steht für Diaphragm Modeling. Darunter ist die Modellierung von Scheiben in Holztafelbauart zu verstehen. Diaphragm ist der englische Begriff für Scheibe.

Zur Erleichterung des Zugangs zum Tragverhalten von Holztafeln soll der Modellbausatz DIAMO dienen, mit dessen Hilfe Tafeln unterschiedlichster Konstruktion und Lagerung modelliert werden können.

Eine zweisprachige schriftliche Anleitung zum Bau von charakteristischen Modellen und ihrem Studium soll es ohne oder mit theoretischer Vorbildung ermöglichen, das Tragverhalten von Holztafeln durch Anschauung zu begreifen und ein Gespür für das Tragverhalten zu entwickeln.

Das Verständnis des Tragverhaltens von Holztafeln ist eine wesentliche Voraussetzung

• für die optimale Wahl der Konstruktion aus statischer Sicht,
• für die korrekte Herstellung und Montage der Tafeln gemäß Ausführungsplanung,
• für eine nicht zufällige, sondern gezielte und damit wirtschaftliche Erfüllung der Sicherheitsstandards, insbesondere im mehrgeschossigen Wohnungsbau,
• für die Bereitschaft der Bauplaner, ihren Bauherrn die Holztafelbauart (Holzrahmenbauart) als Trockenbauart in Konkurrenz zur Nassbauart (aus Ziegel und Beton) zu empfehlen.

Bei den hier vorgestellten Modellen handelt es sich um Minimalkonstruktionen von Tafeln. Sie bestehen aus genau so vielen Bauteilen und Verbindungsmitteln, dass sich die für das Verständnis des Tragverhaltens entscheidenden Effekte gerade einstellen können. Würden die Modelle ein Teil zu viel oder zu wenig enthalten, wären die einzelnen Effekte nicht mehr sichtbar und damit nicht erlebbar. Bei der Konzeption der Tafelmodelle spielte also die Erfüllung didaktischer Anforderungen eine wichtige Rolle. Dieses Bestreben wurde aber immer der Anforderung untergeordnet, dass die Tafelmodelle das Tragverhalten wahrer Tafeln mit ihrer Vielzahl von Bauteilen und Verbindungsmitteln richtig wiedergeben und es keinesfalls verfälschen.

Die unterschiedlich gewählten Modelle des Verbundes von Beplankung und Rippen sollen zeigen, wann die Beplankung senkrecht zum Plattenrand und wann sie ausschließlich parallel zum Plattenrand beansprucht wird. Insbesondere wird dabei der Frage nachgegangen, ob eine Tafel auch dann steif und tragfähig ist, wenn der Verbund durch die Wahl des Modells überhaupt nur parallel zum Plattenrand beansprucht werden kann.

Bei der Untersuchung der hier vorgestellten unterschiedlichen Verbundmodelle geht es letztlich um die Beantwortung der Frage, unter welchen Voraussetzungen die Beanspruchungen senkrecht zum Plattenrand unbeachtet bleiben dürfen. Hierauf eine Antwort geben zu können, ist deshalb so wichtig, weil die Bestimmung dieser bei richtiger Wahl der Konstruktion sekundären Beanspruchung in der Regel mit erheblichem Aufwand verbunden ist.

Die notwendigen konstruktiven und statischen Schlussfolgerungen aus dem beschriebenen Tragverhalten der Modelle sind nicht Gegenstand dieser Anleitung. Bei solchen Schlussfolgerungen ist zu beachten, dass die hier auf die Modelle einwirkenden Kräfte immer nur in einer Richtung und in dem der Kraft zugewandten Knoten wirken.

Die konstruktiven und statischen Auswirkungen bei Umkehrung der Richtung der Kraft und Änderung der Krafteinleitung sind u. a. bei Windeinwirkungen immer zu berücksichtigen.

DIAMO Fachbuch

als Anleitung zum Studium des Tragverhaltens von Holztafeln anhand von Modellen.

Das zweisprachige (dt/en) Fachbuch bildet die theoretische Grundlage von DIAMO, welches im Rahmen der Lehrtätigkeit von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Martin H. Kessel im Studiengang Holzingenieurwesen an der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst in Hildesheim entstand.

Das Fachbuch, wie auch der ergänzende Bausatz, sind geeignet zur Unterstützung der Lehre im Bereich Holzhausbau, Trockenbau und Ausbau an Berufsschulen und Fachschulen und im Fach Holzbau an Akademien, Fachhochschulen und Universitäten.

Es beschreibt alle Scheibenkonstruktionen für Wand, Decke und Dach die in der Praxis eingesetzt werden und ist didatktisch so aufgebaut, daß der Leser vom einfachen zum komplexen Scheibenmodell geführt wird. Das Tragverhalten der Tafeln wird schrittweise durch unterschiedlich ausgeführte Konstruktionsvarianten dargestellt. Statische Modelle ergänzen die Fotos und verdeutlichen dem Leser die Wechselwirkung der Kräfte.

Beispielseite

DIAMO Bausatz

zum Studium des Tragverhaltens von Holztafeln anhand von Modellen.

Der Bausatz enthält 20 Einzelmodelle auf 9 Tafeln fertig montiert. Mit den Einzelmodellen können verschiedene Tragsituationen der Tafeln unter simulierter Windbelastung studiert werden.

Die Werkstoffe und Abmessungen der Modellteile sind bewußt so gewählt, dass sich bei vielen Modellen übermäßige Verformungen einstellen. Anhand dieser Verformungen wird dem Anwender schnell das Tragverhalten sichtbar und haptisch erlebbar. Einige Modelle lassen sich stark verformen, andere dagegen zeigen eine sehr hohe Steifigkeit.

Durch beiliegendes Konstruktionsmaterial können weitere im Fachbuch dargestellte Konstruktionsvarianten schnell ergänzt werden.

DIAMO Wind

Statikprogramm zur Ermittlung der Tragfähigkeit von Geschosstragwerken aus Holztafeln für die Lastkombination ständige Last und Wind.

Das Programm unterstützt den Tragwerksplaner bei der geschossweisen Verteilung von Windlasten und ständigen Lasten auf die tragenden (aussteifenden) Wandtafeln. Dabei kann der Tragwerksplaner für jede Wandtafel einzeln die Geometrie, Baustoffe, Lasten und Verankerungen angeben. Dies versetzt ihn in die Lage, mit Hilfe von Lastumlagerungen, die optimale Ausgestaltung seiner Tragkonstruktion zu finden.