Ein neues Wohngebäude auf Martha's Vineyard, MA, USA. Das Grundstück liegt in einer Region mit hohen Windlasten, und das Gebäude steht auf einem steilen Steilhang mit Blick auf den Ozean, was erhebliche Anforderungen an die Bemessung des Systems zur Aufnahme horizontaler Lasten stellt. Diese Kriterien in Verbindung mit einem offenen architektonischen Entwurf und der Anforderung eines thermisch getrennten, ungestützten Balkons führten dazu, dass die Tragkonstruktion der ozeanseitigen Fassade als kombiniertes Momentenrahmen- und Kragarmsystem vorgeschlagen wurde. Obwohl ursprünglich in Stahl konzipiert, war der Wunsch des Bauherrn und des Architekten eine überwiegend aus Holz bestehende Lösung.
Der zweigeschossige Momentenrahmen besteht aus zwei Feldern von 21 ft und 14 ft mit einer durchschnittlichen Geschosshöhe von 10 ft. Tiefe Mehrfach-LVL-Holzträger kreuzen sich mit orthogonalen Flitch-Trägern, die die Kragarm- und Rückspannweiten des Balkons bilden. Der resultierende Stahlknotenverbindung ist so bemessen, dass er Kräfte und Momente in zwei orthogonalen Achsen aufnehmen kann. Ein zentraler Hohlprofilknoten wurde vorgeschlagen, erwies sich jedoch als nicht in der Lage, die hohen Momente aus dem Momentenrahmenträger aufzunehmen, da die Kastenprofilwände eine unzureichende Steifigkeit in der Ebene senkrecht zur Biegeachse aufwiesen und zudem anfällig für Biegeversagen waren. Der Stahlanschluss wurde mit einem Breitflanschprofil neu bemessen, um die Kontinuität in beiden Achsen zu gewährleisten und gleichzeitig eine direkte Übertragung von Kräften und Momenten in den Mittelpunkt des Knotens sicherzustellen. Da die Balkonbauteile eine durchgehende Stahlführung durch die thermische Trennlinie des Gebäudes erfordern, ist ein Thermotrennelement vorgesehen, um Wärmeverluste und Kondensationsrisiken zu reduzieren. Wir konnten ein benutzerdefiniertes Material für das Thermotrennelement erstellen und es in die Analyse innerhalb von IDEA StatiCa einbeziehen.
Die Tragwerksbauteile wurden mit Dlubal RFEM analysiert und bemessen. Für die Bemessung der komplexen Verbindungen aus mehreren Materialien war IDEA StatiCa ein ideales ergänzendes Werkzeug. Die Software bietet die Flexibilität, benutzerdefinierte Materialien und Elemente mit komplexen Geometrien sowie Vorlagen für Holz-Stahl-Verbindungen zu erstellen, was den Modellierungsaufwand erheblich reduzierte. Obwohl der Normnachweis für Holzbauteile von IDEA StatiCa nicht unterstützt wird, konnten die Schraubenkraftausgaben problemlos in interne Tabellenkalkulationen zur Nachweisführung übertragen werden.
Durch den Einsatz von IDEA StatiCa und die enge Zusammenarbeit mit dem Architekten, dem Wärmeberater und dem Stahlbauer konnten wir einen reinen Stahlrahmen in eine hybride Holzlösung weiterentwickeln, wodurch die eingesetzte Stahlmenge reduziert und die Tragstruktur des Gebäudes stärker an die traditionelle Konstruktionsweise der Region angepasst wurde.