Lightweight wood construction is one of the most common forms of residential construction in the United States. Unprotected lightweight wood structural members are extremely sensitive to elevated temperatures often experienced in fire conditions. Residential fires are a commonly occurring incident across the globe and consequently make up a large percentage of residential property loss and damage. In the United States, building code provisions limit lightweight construction to particular building types. These building codes prescribe protected lightweight wood assemblies in building types for which they are allowed. Although many components of lightweight wood buildings are required to be protected in some form, there are still many parts of the building that are not necessarily required to be protected, especially in private residential structures. A fire may start in an area of a building that is protected, but may propagate into areas that are not. This leaves portions of the unprotected structure vulnerable to rapid fire damage. Lightweight wood members can quickly lose load resistance due to a loss of cross-section as a result of charring. Analytical models currently exist and are generally accepted for heavy timber elements, but the applications of these models do not extend to lightweight wood members. As a result, this thesis investigated the application of an analytical model to lightweight wood elements. In developing this model, the finite element method and finite difference models were used to investigate the phenomenon of wood char in fire conditions. Finite difference models were explored as an alternative to finite element models because finite difference formulations did not require specialty programs. Following the development of analytical char models, mechanics-based analyses were conducted to evaluate the performance of lightweight beams and columns exposed to fire conditions.

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Tragwerkseigenschaften von Holzleichtbauträgern mit Sperrholzplatten. Die Träger wurden von Herrn Dipl.-Ing. Löser entwickelt und sollen zukünftig als Alternative zu Aluminiumtraversen eingesetzt werden. Das Material dieser Träger wird vorgestellt und bezüglich seiner Definitionen und Zuweisung der Eigenschaften kritisch analysiert. Die Tragfähigkeit und Steifigkeit der Träger wurde bereits in zwei experimentellen Versuchsreihen und in einer Finite-Elemente-Analyse mittels dem Programm RFEM betrachtet. Weiterführend wird eine Analyse der Holzleichtbauträger durch das Programm ANSYS Workbench Version 2022 R2 durchgeführt. Dazu dienten unter anderem eine Netzkonvergenzstudie und verschiedene Parameterstudien. Die Ergebnisse der Bachelorarbeit dienen der Verifikation der Versuchs- und Berechnungsergebnisse und sollen für die Weiterentwicklung des Träger-Konzeptes im Sinne einer gesamtheitlichen Effizienz verwendet werden.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1.1 Ziel der Arbeit 1.2 Strukturierung der Arbeit 2 Betrachtung der Holzleichtbauträger 2.1 Geometrie der Holzleichtbauträger 2.2 Verwendetes Material - Sperrholz 2.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 3 Betrachtung vorliegender Berechnungs- und Messergebnisse 3.1 Auswahl der Trägertypen für weitere Betrachtungen 3.2 Versuchsreihe 1 3.3 Versuchsreihe 2 3.4 RFEM-Modelle 4 ANSYS-Berechnungen der Holzleichtbauträger 4.1 Möglichkeiten der Modellierung von Sperrholz in ANSYS 4.2 Modellierung des FEM-Modells 4.3 Ergebnisse der ANSYS-Berechnungen 4.4 Parameterstudie 5 Auswertung der Ergebnisse 5.1 Sinnvoller Materialansatz für die Modellierung in ANSYS 5.2 Abgleich der Ergebnisse aus ANSYS mit den Versuchsreihen und RFEM 5.3 Untersuchung verschiedener Gegebenheiten 6 Schlussfolgerung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattlich Versicherung Anhang / The present bachelor thesis deals with the investigation of the structural properties of lightweight wooden beams with plywood panels. The girders were developed by Dipl.-Ing. Löser and are to be used in the future as an alternative to aluminum trusses. The material of these beams is presented and critically examined with regard to its definitions and assignment of properties. The load capacity and stiffness of the beams have already been considered in two experimental test series and in a finite element method (FEM) using RFEM. Further, an analysis of the lightweight wood beams is carried out by the program ANSYS Workbench version 2022 R2. For this purpose, an investigation of the mesh fineness and various parameter studies were carried out. The results of the bachelor thesis serve to verify the test and calculation results and are to be used for the further development of the girder concept in terms of overall efficiency.:1 Einleitung und Zielsetzung der Arbeit 1.1 Ziel der Arbeit 1.2 Strukturierung der Arbeit 2 Betrachtung der Holzleichtbauträger 2.1 Geometrie der Holzleichtbauträger 2.2 Verwendetes Material - Sperrholz 2.3 Mechanische Eigenschaften von Sperrholz 3 Betrachtung vorliegender Berechnungs- und Messergebnisse 3.1 Auswahl der Trägertypen für weitere Betrachtungen 3.2 Versuchsreihe 1 3.3 Versuchsreihe 2 3.4 RFEM-Modelle 4 ANSYS-Berechnungen der Holzleichtbauträger 4.1 Möglichkeiten der Modellierung von Sperrholz in ANSYS 4.2 Modellierung des FEM-Modells 4.3 Ergebnisse der ANSYS-Berechnungen 4.4 Parameterstudie 5 Auswertung der Ergebnisse 5.1 Sinnvoller Materialansatz für die Modellierung in ANSYS 5.2 Abgleich der Ergebnisse aus ANSYS mit den Versuchsreihen und RFEM 5.3 Untersuchung verschiedener Gegebenheiten 6 Schlussfolgerung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattlich Versicherung Anhang