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Bild: Differentielle Verformungen im Hybridbau - Einfluss und Aufnahme unterschiedlicher Verformungen im Bereich des Tragwerks und der Fassade im Bauwerk «The Cradle»

Differentielle Verformungen im Hybridbau - Einfluss und Aufnahme unterschiedlicher Verformungen im Bereich des Tragwerks und der Fassade im Bauwerk «The Cradle»

Louis Alexander Kälin

Titel

Differentielle Verformungen im Hybridbau - Einfluss und Aufnahme unterschiedlicher Verformungen im Bereich des Tragwerks und der Fassade im Bauwerk «The Cradle»

Autor/in

Datierung

04.01.2021

Beschreibung

In den letzten Jahren hat der Holzbau eine starke Entwicklung erlebt. Durch neue Bausysteme und
Anpassungen in den Normen wurden neue Möglichkeiten geschaffen. Mehrgeschossige Gebäude aus Holz
sind heutzutage keine Seltenheit mehr, wobei häufig hybride Bauweisen mit Holz und Holzwerkstoffen in
Kombination mit Stahl oder Beton eingesetzt werden. Durch den hohen Vorfertigungsgrad des Holzes
können die Gebäude rasch errichtet werden. Die neuen Bauformen bringen aber auch Herausforderungen mit
sich.
Das Bauwerk «The Cradle» ist ein Bürogebäude in Hybridbauweise. Die Kellergeschosse, das Erdgeschoss
und die vertikalen Erschliessungskerne werden in Massivbauweise ausgeführt. Das erste bis sechstes
Obergeschoss wird in Hybridbauweise erstellt. Das hölzerne Fassadentragwerk funktioniert als
lastabtragendes und aussteifendes Fachwerk. Die V-förmig angeordneten Stützen werden geschossweise von
horizontalen Randträgern kurzgeschlossen. Dieses hölzerne Fassadentragwerk befindet sich im Aussenklima.
Da gleichzeitig ausserordentlich wenig Platz für die Konstruktion vorhanden ist, aber trotzdem hohe
Schwingungsanforderungen gefordert sind, wurden die Randträger in einer Variante aus Buchen-
Furnierschichtholz (FSH) «BauBuche» gewählt. Diese FSH Träger haben eine tiefe Produktionsfeuchte von
ca. 6%. Zusätzlich reagiert das Buchenholz empfindlich auf Quell- und Schwindverformungen. Diese
Faktoren in Verbindung mit dem Aussenklima werden als kritisch betrachtet, da es zu entsprechenden
vertikalen Verformungen der Fassade über die Gebäudehöhe kommen kann, welche gleichzeitig im Inneren
des Bauwerkes mit den Holzstützen und an dessen Stahlbetonkern nicht in gleichem Masse auftreten.
In dieser Arbeit werden daher diese Bewegungen des Randträgers und die Auswirkungen auf das globale
System und weiteren lokalen Schnittstellen analysiert. Auch wird der Einfluss des Kriechens und Schwinden
der Innenstützen und der Betonkerne mitberücksichtigt. Diese vertikalen Vorformungen werden zuerst lokal
betrachtet und danach in Abhängigkeit zueinander gestellt. Bei dieser globalen Betrachtung wird eine
unerwünschte Neigung der Decken aus der Horizontalen als massgebender Faktor berücksichtigt. Es werden
Lösungsansätze generiert, welche die Verformungen aus dem Tragwerk aufnehmen, reduzieren oder
entgegenwirken können. Die Deckenlagerung auf den Randträger wird z.B. so verändert, damit das Quellen
des obersten Randträgers keinen Einfluss auf das Deckenelement hat. Ebenfalls werden die Randträger
gedämmt, um die zyklischen Verformungen aus den jährlichen Klimaschwankungen abflachen zu können
und so ebenfalls Verformungen reduziert werden können. Die Innenstützen werden überhöht eingebaut, um die Deckenneigung verkleinern zu können. Die Verformungen haben auch Auswirkungen auf die
Prallscheiben, welche am Fassadentragwerk befestigt sind. Die Schnittstelle von Holz-Glas wird ebenfalls
analysiert und entsprechende Lösungsansätze vorgeschlagen.

In recent years, there has been strong development in timber construction. New building systems and
adjustments in standards have created new possibilities. Multi-story buildings made of wood are no longer a
rarity today, with hybrid construction methods using wood materials and steel or concrete often being used.
Due to the high degree of prefabrication of wood, the buildings can be erected quickly. However, the new
construction forms also bring challenges.
The structure "The Cradle" is a hybrid office building. The basement floors, the first floor and the vertical
access cores will be solid construction. Floors one through six will be hybrid construction. The wooden
façade supporting the structure functions as a load-bearing and bracing truss. The V-columns are shortcircuited
floor by floor by horizontal edge beams. This wooden façade supporting structure is located on the
exterior. Due to the high vibration requirements, the edge beams were selected in a variant made of laminated
veneer lumber (LVL) "BauBuche". The LVL beams have a low production moisture content of
approximately 6%. In addition, the beech wood is sensitive to swelling and shrinkage deformations. These
factors, in combination with the external climate, are considered critical, since they can lead to corresponding
vertical deformations of the facade over the height, which do not occur inside the structure with wooden
pillar and at its reinforced concrete core.
Therefore, in this work, the deformations from the edge beam and the effects on the global system and local
interfaces are analyzed. In addition, the influence of creep and shrinkage of the internal columns and the
concrete cores is also considered. The vertical preforms are first considered locally and then interdependently
(globally). In the global consideration, the inclination of the slabs is taken into account as a decisive factor. If
the slab inclination is too high, solutions are generated that can absorb or reduce the deformations from the
structure. The slab bearing on the edge beams is modified so that swelling of the uppermost edge beam has
no influence on the slab element. The edge beams are also insulated in order to flatten the cyclic
deformations from the annual climatic variations and thus reduce deformations. The internal pillars are
installed in an elevated position in order to reduce the slab inclination. The deformations also affect the
baffles, which are attached to the façade structure. The wood-glass interface is also analyzed and appropriate
solutions are proposed.

Urheberrechtshinweis