Scherwandauswahl für Holz

Apr 18, 2023

Von der Wandaussteifung bis zur FTAO gibt es viele Möglichkeiten, die Wände eines Gebäudes zu sichern. Erfahren Sie, wie Sie beurteilen können, welche Methode für ein Projekt am besten geeignet ist.

Vollständig verkleidete Nichtwohngebäude zeigen die Stärke und Widerstandsfähigkeit von Scherwänden.

Scherwände sind Wände, die speziell dafür ausgelegt sind, seitlichen Belastungen standzuhalten und die Last von der darüber liegenden Wand auf die darunter liegende Wand und schließlich über das Fundament nach außen zu übertragen. Dies ist eine entscheidende Rolle im strukturellen Rahmen eines Gebäudes, da Wände, die seitlichen Belastungen nicht ordnungsgemäß standhalten, zu Stürzen, Bodenscherungen und Umkippen führen können.

Eine Ständerwand allein weist ohne Aussteifung, wie sie etwa durch Holzbauplatten bereitgestellt wird, eine sehr geringe Steifigkeit auf. Bei Belastung wirken die Nagelverbindungen zwischen den Bolzen und den Ober- und Unterplatten wie Scharniere und biegen sich leicht. Die Wand könnte mit minimalem Aufwand an einem Ende umgeschoben werden, aber wenn ein plattenförmiges Produkt angebracht wird, wird die Fähigkeit der Platte, Kräften zu widerstehen, auf die Wand übertragen.

Die Fähigkeit einer Platte, Belastungen standzuhalten, hängt von den physikalischen Eigenschaften der Platte ab; Je dicker/steifer jede Platte ist, desto mehr Festigkeit gewinnt die Wand. Auch Befestigungselemente, mit denen die Paneele am Rahmen befestigt werden, wirken sich auf den seitlichen Widerstand der Wand aus. Ein engerer Befestigungsabstand und eine größere Befestigungsgröße erhöhen die Wandfestigkeit. Die Beplankung versteift die Scharnierverbindungen und überträgt die seitliche Belastung durch das Paneel auf die Unterseite der Wand.

Ein Ingenieur berechnet die seitlichen Lasten, die die Wand trägt, um die Plattendicke, die Nagelgröße, den Nagelabstand und andere Details zu bestimmen.

Alles in allem sind die Scherwandkomponenten:

Scherwände sind auf ein Seitenverhältnis von 3,5:1 beschränkt. Ein höheres Seitenverhältnis bedeutet normalerweise eine höhere Wanddurchbiegung, wenn die Kapazität ausgelastet ist. Durchbiegung und Steifigkeit gehen Hand in Hand, sodass dies auch für die Kraftverteilung von Bedeutung ist.

Der erste Schritt bei der Konstruktion von Scherwänden für Gewerbebauten beginnt mit der Bestimmung der Belastungen, denen standgehalten werden muss. Kapitel 16 des International Building Code (IBC) regelt die Tragwerksplanung von Gebäuden und verweist den Planer als zusätzliche Orientierungshilfe auf ASCE 7. Wenn ein Ingenieur eine Holzscherwand entwirft, orientiert er sich in erster Linie an den Special Design Provisions for Wind and Seismic (SDPWS), die zusammen mit der National Design Specification vom American Wood Council veröffentlicht werden.

Bei Holzbauplatten sind die Scherwerte in SDPWS eine Funktion der Größe und des Abstands der Befestigungselemente, der Plattendicke und -güte sowie dem spezifischen Gewicht des Rahmenmaterials. In der SDPWS-Tabelle 4.3A sind nominale Einheitsschubkapazitäten für Holzrahmen-Schubwände mit Holzplatten angegeben.

In dem Buch werden drei Methoden zur Bemessung von Scherwänden beschrieben: segmentierte, perforierte oder Kraftübertragung um Öffnungen (FTAO).

SegmentiertDies ist der traditionelle Designansatz, bei dem nur die Segmente voller Höhe einen Beitrag leisten; Die Paneele oberhalb und unterhalb der Öffnungen werden ignoriert. Die Gesamthöhe der Wand wird zur Bestimmung des reinen Seitenverhältnisses bzw. Höhen-Breite-Verhältnisses herangezogen. Beispielsweise hat eine 8-Zoll-Wand mit einem 4-Zoll-Paneel ein Seitenverhältnis von 2:1. Normalerweise sind an jedem Ende jedes Wandsegments Niederhalter erforderlich, um Kippkräften standzuhalten.

PerforiertDiese empirische Entwurfsmethode basiert auf dem Prozentsatz der Wandsegmente voller Höhe, die an Öffnungen angrenzen. Das Verhältnis von Höhe und Breite hängt wiederum von der Gesamthöhe der Mauer im Verhältnis zur Breite des Pfeilers ab. Im Gegensatz zu segmentierten Wandscheiben bilden perforierte Wände jedoch den ummantelten Bereich oberhalb und unterhalb der Öffnungen.

Stahlanker an der Basis von Pfeilern voller Höhe müssen sowohl der Hebung als auch der Scherung standhalten, Niederhalter sind jedoch nur an jedem Ende der gesamten Wandlänge erforderlich.

Der Planer muss den Scherkapazitätsanpassungsfaktor basierend auf der Geometrie der Wand bestimmen. Mit anderen Worten, der Prozentsatz der Ummantelung über die gesamte Höhe und der Prozentsatz der Wandflächenöffnungen. Dieser Faktor verringert die Kapazität der Scherwand, um den Auswirkungen der Öffnungen Rechnung zu tragen, und erhöht die Kräfte für die Verankerung und das Umkippen.

FTAO Wie perforierte Wandscheiben übernimmt FTAO die Ummantelung über und unter den Öffnungen und platziert nur Niederhalter an den Enden der Wand. Gurte verstärken die Ecken der Öffnungen und übertragen die Zugkraft in die Wandscheibe. Ein wesentlicher Vorteil von FTAO-Schubwänden besteht darin, dass das Seitenverhältnis von Höhe zu Breite von der Höhe der Öffnung neben dem Pfeiler abhängt, sodass reduzierte Pfeilerbreiten möglich sind, um die Anforderungen an das Seitenverhältnis zu erfüllen.

Jeder der drei Wandscheibentypen hat seine eigenen Überlegungen aus struktureller, architektonischer und bautechnischer Sicht.

Strukturell segmentierte Scherwände sind ein einfaches Design, aber sie erfassen nicht die Stärke der Ummantelung von Öffnungen; Da nur begrenzte Wandflächen bearbeitet werden können, ist zusätzliche Hardware erforderlich. Es kann schwierig sein, die Seitenverhältnisse dieser Entwurfsmethode einzuhalten.

Perforierte Scherwände lassen sich relativ einfach konstruieren – Sie können die Kapazität der Wandverkleidung oberhalb und unterhalb von Öffnungen nutzen und es werden weniger Niederhalter benötigt. Allerdings müssen Designer für das Seitenverhältnis die volle Wandhöhe nutzen. Sie müssen für jedes Segment voller Höhe einen Auftrieb planen. Darüber hinaus gefällt einigen Ingenieuren die empirische Grundlage der Anpassungstabelle nicht.

FTAO-Wände ermöglichen hinsichtlich des Seitenverhältnisses die größte Designflexibilität und bieten die schmalsten Scherwände. Diese Methode berücksichtigt die Schalungskapazität oberhalb und unterhalb von Fenstern. Es sind weniger Niederhalter erforderlich; FTAO erfordert möglicherweise eine Umreifung an den Öffnungsecken. FTAO ist die komplizierteste Entwurfsmethode, aber APA – The Engineered Wood Association verfügt über einen kostenlosen Rechner, der diesen Prozess unterstützt.

Architektonisch gesehen ermöglichen Scherwände mit engeren Seitenverhältnissen mehr Öffnungen und können auch größer sein. Die Wahl der Scherwand wirkt sich auch auf die Widerstandsfähigkeit der Hülle gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Luft aus.

KonstruierbarkeitAlle Scherwände bestehen aus Holzbauplatten und die Segmente sind vollständig ummantelt. Sie können horizontal installiert werden, was eine zusätzliche Blockierung an den Plattenstößen erfordert, oder sie können vertikal installiert werden, wodurch die Blockierung minimiert wird.

Um ein Umkippen der Wandscheiben zu verhindern, sind Niederhalter erforderlich. Es gibt viele unterschiedliche Arten von Niederhaltern. Der Schlüssel liegt jedoch darin, dass sie die Wand am Fundament oder an der darunter liegenden Wand befestigen und dabei sowohl an den Wandpfosten und der Schwellerplatte als auch an den Pfosten und dem Randbrett angreifen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Lastübertragung mit Holzbauplatten zu erreichen. Um diese Kräfte zu übertragen, können wir Paneele für kombinierte Scherung und Auftrieb verwenden, indem wir die Wandbeplankung über das Randbrett stoßen oder die Wandbeplankung über den Bodenhohlraum hinaus spannen. Wir können auch Gurte zur Übertragung der Auftriebskräfte in Verbindung mit geeigneten Verbindungen zur Übertragung der seitlichen Lasten verwenden. (Weitere Designhinweise finden Sie im technischen Hinweis E510 und im Systembericht SR101 der APA.)

Bei FTAO sind zusätzliche Details in Form von Riemen erforderlich, wenn der Ingenieur dies um die Öffnungen und die Blockierung an der Innenseite der Wand herum benötigt. Eckbänder können außen oder innen an der Wand angebracht werden. An der Innenseite einer FTAO-Wand neben der Ober- und Unterseite der Öffnung wird eine Holzblockierung angebracht, um Druckkräfte zu übertragen. Wenn Sie die Eckbänder an der Innenseite der Wand anbringen, muss die Blockierung bündig mit der Ummantelung und der Umreifung abschließen.

Holzbauplatten spielen eine entscheidende Rolle dabei, Wände gerade zu halten und Risse zu vermeiden. Je stärker die Wände verkleidet sind, desto widerstandsfähiger ist das Gebäude gegen Wind und Erdbeben.

Die Ummantelung dient auch als Basis für eine ununterbrochene Entwässerungsebene, als bauaufsichtlich zugelassenes Luftbarrierematerial, als durchgehende Nagelbasis für Verkleidungen, Ziegelbinder und Verkleidungsmaterialien sowie als steifere Wand, die sich für spröde Oberflächen wie Stuck und Ziegelfurnier eignet.

Für weitere Informationen zum Entwurf von Holzscheibenwänden bietet APA mehrere kostenlose Ressourcen an:

Ausführlichere Informationen zu Holzscherwänden, einschließlich Richtlinien/Alternativen zum Windwiderstand und umfangreichen visuellen Ressourcen, finden Sie im On-Demand-Webinar der APA „Auswahl von Scherwänden für Gebäude mit Holzrahmen“. AIA- und ICC-CEUs verfügbar.

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