Investigation of timber frame walls loaded horizontally in their plane

openaccess, Vol. 635 (7) 2025 / wtorek, 22 lipca, 2025

Badania drewnianych ścian szkieletowych obciążonych poziomo w płaszczyźnie

(Open Access)

DOI: 10.15199/33.2025.07.11

citation/cytuj: Lehmann M., Ziarkiewicz M. Investigation of timber frame walls loaded horizontally in their plane. Materiały Budowlane. 2025. Volume 635. Issue 07. Pages 79-86. DOI: 10.15199/33.2025.07.11

In cooperation with the manufacturer of modular houses and timber structures, tests were carried out on timber frame walls covered with gypsum-fiber board loaded with horizontal force in their plane.Various wall variants were tested: walls in which the sheathing was connected to the structure with staples, screws or nails, walls with or without stiffening wooden cross-braces. As a result, the results of the tests were the determination of the maximum horizontal force and stiffness of the tested walls. It was found that the gypsum-fibre board cladding is the main factor influencing the maximum horizontal force. At the same time, it was observed that connecting the cladding to the frame with screws allows for obtaining higher values of horizontal force by approx. 25% compared to connections with nails and staples. The presence of the brace did not contribute to the increase in horizontal force but improved the stiffness of the walls under consideration.

We współpracy z producentem domów modułowych i konstrukcji drewnianych przeprowadzono testy drewnianych ścian szkieletowych pokrytych płytą gipsowo- -włóknową obciążonych siłą poziomą w ich płaszczyźnie. Testowano ściany, w których poszycie łączono z konstrukcją za pomocą zszywek, wkrętów lub gwoździ oraz ściany z drewnianymi usztywnieniami lub bez nich. Rezultatem badań było określenie maksymalnej siły poziomej i sztywności badanych ścian. Stwierdzono, że poszycie z płyty gipsowo-włóknowej stanowi główny czynnik wpływający na maksymalną siłę poziomą. Jednocześnie zaobserwowano, że łączenie poszycia ze szkieletem wkrętami pozwala uzyskać większe wartości siły poziomej o ok. 25%w porównaniu z połączeniami na gwoździe oraz zszywki. Występowanie zastrzału nie przyczyniło się do zwiększenia siły poziomej, ale poprawiło sztywność rozpatrywanych ścian.
timber structures; modular buildings; horizontal force; stiffness

konstrukcje drewniane; budynki modułowe; siła pozioma; sztywność.
  1. UnitedNationsEnvironmentProgramme,2020global status report forbuildings and construction, Nairobi, https://wedocs.unep.org/bitstream/handle/20.500.11822/ 34572/GSR_ES.pdf?sequence=3&isAllowed=y, 2020.
  2. Amico BD, Pomponi F, Hart J. Global potential formaterial substitution In building construction: the case of cross laminated timber. J. Clean. Prod. 2021, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.123487.
  3. Puettmann M, Pierobon F, GangulyI, GuH, Chen C , Liang S, Jones S, Maples I, Wishnie M. Comparative LCAs of conventional and mass timber buildings in regions with potential for mass timber penetration, Sustain. Times. 2021, https://doi. org/10.3390/su132413987.
  4. Felmer G, Morales-Vera R, Astroza R, Gonz´alez I, Puettmann M, Wishnie M, Alifecycle assessment of a low-energymass-timber building andmainstreamconcrete alternative in Central Chile, Sustain. Times. 2022, https://doi. org/10.3390/su- 14031249.
  5.  Arashpour M, Wakefield R, Abbasi B, Lee EWM, Minas J, Off-site construction optimization: sequencing multiple job classes with time constraints, Autom. ConStruct. 2016; https://doi.org/10.1016/j.autcon.2016.08.001.
  6.  Arashpour M, Wake R, Blismas N, Minas J. Optimization of process integration and multi-skilled resource utilization in off-site construction, Autom. Con- Struct. 2015, https://doi.org/10.1016/j.autcon. 2014.12.002.
  7.  Hwang B, Shan M, LooiK. Key constraints andmitigation strategies for prefabricated pre fi nished volumetric construction, J. Clean. Prod. 2018, https://doi.org/10.1016/j.jclepro. 2018.02.136.
  8. GibbAGF.Off-site Fabrication: Prefabrication, Pre-assembly andModularisation, JohnWiley&Sons, 1999, https://books. google. com/books? id=uTiN_ aGtXzwC.
  9. Kamali M, Hewage K, Sadiq R. Conventional versus modular construction methods: a comparative cradle-to-gate LCAfor residential buildings, EnergyBuild. 2019; https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109479.
  10.  Kamali M, Hewage K. Life cycle performance of modular buildings: a critical review,Renew.Sustain.EnergyRev.2016,https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.05.031.
  11.  Zheng W, LuW, LiuW, Wang L, Ling Z. Experimental investigation of laterally loaded double-shear-nail connections used in midply wood shear walls. Constr Build Mater 2015; 101: 761–71.
  12. Paevere PJ, Foliente GC, Kasal B. Load-sharing and redistribution in a one-story woodframe building. J Struct Eng 2003; 129 (9): 1275–84.
  13.  Doudak G, Smith I, McClure G, Mohammad M, Lepper P. Tests and finie element models of wood light-frame shear walls with openings. Prog Struct Eng Mater 2006; 8 (4): 165–74.
  14. Togay A, Anil O, Karagöz Işleyen U, Ediz I, Durucan C. Finite-element analyses of light timber-framedwallswith andwithout openings. Proc Inst Civ Eng-Struct Build 2017; 170 (8): 555–69.
  15.  Kozem Šilih E, Premrov M, Kuhta M, Šilih S. Aparametric numerical study on the horizontal load-bearing capacity of theFPB-sheated timber framedwall elements with openings. Int J Civ Eng. 2015; 13 (4): 468–77.
  16.  Anil O, TogayA, Işleyen UK, Söğütlü C, Döngel N. Hysteretic behavior of bimber framed shearwallwith openings.ConstrBuildMater. 2016; 116: 203–15.
  17.  Prace B+R prowadzone przez firmę WASCOVILLA S.C. i Politechnikę Koszalińską nad stworzeniem kompleksu rozwiązań systemowych do budowy budynków mieszkalnych wielorodzinnych w systemie modułów mieszkalnych konstrukcji drewnianej łączonych na wysokość i długość budynku. Nr projektu RPZP. 01.01.00-IZ. 00-32-008/20-00.
dr inż. Marek Lehmann, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0002-1314-3014
dr inż. Marek Ziarkiewicz, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0002-0118-9365

dr inż. Marek Lehmann, Politechnika Koszalińska, Wydział Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji
ORCID: 0000-0002-1314-3014

Correspondence address: marek.lehmann@tu.koszalin.pl

Full paper:

DOI: 10.15199/33.2025.07.11

Article in PDF file

Received: 06.03.2025 / Artykuł wpłynął do redakcji: 06.03.2025 r.
Revised: 30.04.2025 / Otrzymano poprawiony po recenzjach: 30.04.2025 r.
Published: 23.07.2025 / Opublikowano: 23.07.2025 r.