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Holzbauvorlesung im WS 2006/2007von Dr. Torsten Faber

27.01.2007

TUHH Holzbau I No. 2

Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen

4. Einfache Bauteile

5. Brandsicherheit


Literatur

• Götz, K.-H., et al.: Holzbau-Atlas

• Werner, G.: HOLZBAU, Werner Ingenieur Texte Bd.48

• Dröge, G.: Grundzüge des Holzbaues Bd.1

• v. Halàsz, R.: Holzbau-Taschenbuch

• Informationsdienst Holz e.V.

Füllenbachstraße 6

40474 Düsseldorf


Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen


5. Brandsicherheit


Anwendungsgebiet EissporthalleBad Reichenhall am 03.01.2006


• Was passierte am Tag des Unglücks?Der Hausmeister hatte vormittags die Schneelast auf dem Hallendach gemessen, den Wert dem Bauamt mitgeteilt. Ein Mitarbeiter: „Der Grenzwert, ab dem die Halle gesperrt werden müßte, wurde deutlich unterschritten.“

• Gab es eine Warnung vor den Schneemassen?Ja. Der Deutsche Wetterdienst gab eine Unwetterwarnung für den Landkreis Bad Reichenhall heraus. Zweithöchste Alarmstufe, Schneefälle von bis zu 50 cm wurden angekündigt. Es wurde sogar vor Gebäudeschäden gewarnt!

• Wie wurde reagiert?Im Bauamt wurde entschieden, das Dach der Halle am Abend vom Schnee räumen zu lassen. Um 16 Uhr sollte der Hallenbetrieb eingestellt werden. Ein Training des örtlichen Eishockey-Athletik-Clubs (EAC) wurde abgesagt. Es sollte eigentlich um 16.30 Uhr beginnen.


• Warum wurden nicht auch die Hobby-Sportler gewarnt?Kinder berichteten später, daß sie schon eine Stunde vor dem Unglück ein Knacken im Dach gehört haben. Aber niemand informierte über diese Geräusche das Bauamt. Deshalb wußte man dort auch von nichts. Erst der Hausmeister wunderte sich Minuten vor dem Einsturz über ein lautes Knarren, ließt die Halle räumen. Da war es schon zu spät.

• Was wiegt Schnee? Die Schneebeschaffenheit beeinflußt das Gewicht und die Dichte. 1 Kubikmeter „normaler“ Schnee wiegt 100-300 kg. In Bad Reichenhall fiel wasserhaltiger Naßschnee. Der wiegt 400 bis 500 kg pro Kubikmeter.

• Warum fiel am Tag des Unglücks so viel Schnee? 15 Kilometer nördlich von Bad Reichenhall wurde ein Niederschlag von 45 Zentimeter Neuschnee gemessen. Ursache war feuchte Mittelmeerluft, die durch die vorhandene Kaltluft abgekühlt wurde. Die Feuchtigkeit konnte so in Form von Schnee fallen.


• Kann Schnee wirklich der alleinige Grund für den Einsturz gewesen sein?Statiker Dr. Horst Franke (70) aus Berlin: „Nein. Es ist schon ungewöhnlich, daß alle 10 Holzträger zeitgleich eingebrochen sind. Da müssen sich in den über 30 Jahren Baumängel eingeschlichen haben. Mit der Zeit könnte z. B. Feuchtigkeit in das Holz eingedrungen sein. Dadurch könnte es morsch geworden sein.“

• Gibt es Bauvorschriften für Hallendächer?Ja, die sogenannte „DIN Norm 1055“ gilt bundesweit. Sie legt fest, daß die Belastungsgrenze bei 125 Kilogramm Schnee pro Quadratmeter liegt. Die Staatsanwaltschaft Traunstein hat jetzt den TÜV Süddeutschland eingeschaltet, um zu prüfen, ob die Bestimmung eingehalten wurden.

• Werden öffentliche Gebäude regelmäßig kontrolliert? Nein. Das deutsche Baurecht sieht das nicht vor. Nach Bauende liegt es allein im Ermessen des Besitzers, ob er das Geld für eine Überprüfung der Gebäudesubstanz ausgeben will. Ingenieurverbände fordern jetzt regelmäßige Kontrollen.


• Presseerklärung der Staatsanwaltschaft Traunstein zum Einsturz der Eishalle in Bad Reichenhall; 20.Juli 2006

• Die Sachverständigen der TU München und des TÜV Süd haben ihre Gutachten zum Einsturz der Eishalle in Bad Reichenhall, bei dem fünfzehn Menschen getötet und achtzehn zum Teil schwer verletzt wurden, vorgelegt. Sie haben mehrere Abweichungen von den Regeln der Technik bei Planung und Bau der Halle festgestellt. Neben diesen Hauptgutachten wurden Zusatzgutachten von der Fachhochschule Augsburg, dem Deutschen Wetterdienst und der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) in Dübenbach/Schweiz erstellt. Die Staatsanwaltschaft Traunstein sieht auf der Grundlage der sachverständigen Feststellungen den Verdacht der fahrlässigen Tötung und der fahrlässigen Körperverletzung und hat Ermittlungen gegen die verantwortlichen Personen eingeleitet.


• Zusammenfassend sind die Einsturzursachen wie folgt zu beschreiben:

• Die infolge von Fehlern der statischen Berechnung und konstruktiver Mängel ohnehin zu geringe Bauwerkssicherheit von deutlich weniger als 2,0 wurde über die Standzeit des Gebäudes durch äußere Einflüsse, insbesondere die Verschlechterung der Klebeverbindungen an den Untergurten, stetig weiter reduziert, bis es am 02.01.2006 - ausgelöst durch die Schneelast - zum Einsturz der Halle kam.

• Nach den Erkenntnissen der Sachverständigen versagte einer der drei ostseitigen Hauptträger zuerst. Durch die steifen Querträger wurden die Lasten von dem zuerst versagenden Träger auf benachbarte Träger umgelagert. Diese bereits vorgeschädigten Träger wurden damit ebenfalls überlastet, wodurch das gesamte Dach reißverschlussartig einstürzte.


Anwendungsgebiet EissporthalleBad Reichenhall am 03.01.2006


Anwendungsgebiete• Stützen

• Biegeträger (Deckenträger, Pfetten usw.)

• Dachstühle (Wohnungsbau)

• Hallenbinder, Dachbinder

• Hallenkonstruktionen (z.B. Sporthallen)

• Türme

• Lehrgerüste (für Stahl-, Spannbetonbrücken)

• Brücken (Fußgängerbrücken, Straßenbrücken)

• Sonderkonstruktionen (Fachwerke, Schalen)


Anwendungsgebiet Speditionshalle


Anwendungsgebiet Reithalle


Anwendungsgebiet Akkumulatorenwerk


Anwendungsgebiet Gerberei


Anwendungsgebiet Reithalle


Anwendungsgebiet Lagerhalle


Anwendungsgebiet Speditionshalle


Anwendungsgebiet Schwimmbad


Anwendungsgebiet Expodach


Anwendungsgebiet Fachwerkscheune


Anwendungsgebiet Sparrenfuss


Anwendungsgebiet Brücke


Anwendungsgebiet Dokumenta Turm


Anwendungsgebiet Aussichtsturm


Anwendungsgebiet Lawinenschutz


Anwendungsgebiet Steg


Anwendungsgebiet Treppenbau


Bestimmungen

• DIN 1052 Teil 1: Holzbauwerke - Berechnung und Ausführung April 1988 (und August 2004 , ab 2008 ausschließlich)

• DIN 1052 Teil 2: Holzbauwerke - Mechanische Verbindungen April 1988 (und August 2004 , ab 2008 ausschließlich)

• DIN V ENV 1995 Teil 1-1: Eurocode 5: Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken Mai 1997

Weitere Hinweise auf Normen und Vorschriften enthält DIN 1052 Teil 1.


Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen


5. Brandsicherheit


Holzarten

• Nadelhölzer:

Fichte, Kiefer, (Lärche, Tanne)

• Laubhölzer:

Klasse A: Eiche, Buche, Teak

Klasse B: Afzelia, Märbau, Angelique

Klasse C: Bongossi, Greenhard


Vollholz „VH (NH, LH)“

• Bretter: 0,8 ≤ t < 4 cm, 8 ≤ b < 24 cm

• Bohlen: 4 ≤ t < 5 cm, 2∙t < b < 24 cm

• Kantholz: 6cm ≤ b, b/h = 1:1 bis 1:3, (max. 30/30cm)

• Balken: Kantholz mit 20 cm ≤ h

Die Größen sind in DIN 4070, 4071 und 4072 für Nadelschnittholz genormt.

• Lagerlängen l ≤ 6,5 m

• Sonderlängen l ≤ 14 m (größerer Verlust)


Schnittklassen DIN 4074 Teil 1 (9/89):


Brettschichtholz „BSH“

• Keilverzinkung

• Schichtdicke a ≤ 3,3 cm (Sonderfälle bis 4 cm)

• Breite b ≤ 20 cm

• Biegeradius r > 200∙a (15∙a < r < 200∙a ist zulässig)

a

b

Keilzinkenverbindung


Gesperrtes Holz

• Sperrholz ist ein Lagenholz mit ungerader Lagenzahl.

• Die Lagen sind „gesperrt“, d.h. die Faserrichtungen auf einander folgender Lagen verlaufen unter einem Winkel zueinander.

dreilagigesFurniersperrholz

Stäbchen-sperrholz

Die drei Hauptachsen von Sperrholz


Furniersperrholz „BFU“

• Alle Lagen bestehen aus parallel zur Plattenebene liegenden Furnieren. Abmessungen (Vorzugsmaße):

• Dicke 0,4 bis 5 cm

• Breite 1,22 bis 3,05 m

• Länge 1,22 bis 3,05 m


Spanplatten „FPP“

• Holzspanplatten sind plattenförmige Werkstoffe, die durch Verpressen von im Wesentlichen kleinen Teilen aus Holz und/oder anderen holzartigen Faserstoffen mit Bindemitteln hergestellt werden.

• Hinsichtlich der Oberfläche unterscheidet man Rohspanplatten und Oberflächen veredelte Spanplatten mit Furnier-, Kunststoff-, Folien- oder Flüssigkeitsbeschichtung.

• Abmessungen (Vorzugsmaße):

Dicke 0,6 bis 7 cm

Breite 1,70 bis 2,60 m

Länge 3,60 bis 20,00 m


Holzfaserplatten „HFH und HFM“

• Die Holzfaserplatte ist ein Holzwerkstoff, der aus chemisch aufbereiteten Fasern mit oder ohne Bindemittelzusatz hergestellt wird.

• Die Fasern werden unter hohem Druck unter Wärmezufuhr zusammengepresst.

• Man unterscheidet harte und mittelharte Platten.


Berechnungsgewicht [kN/m3]:

Nadelholz allgemein 4 bis 6

Brettschichtholz im Holzleimbau 4 bis 5

Laubholz 6 bis 8

Hölzer aus Übersee Nachweis

Spanplatten FPP nach DIN 68761 und DIN 68763 5 bis 7,5

Furnierplatten BFU nach DIN 68705 Teil 3 4,5 bis 8

Tischlerplatten BTI nach DIN 68705 Teil 4 4,5 bis 6,5

Hartfaserplatten HFH nach DIN 68754 Teil 1 9 bis 11

Mittelharte Faserplatten HFM nach DIN 68754 Teil 1 6 bis 8,5

Dämmplatten nach DIN 68750 2,5 bis 4


Holzfeuchtigkeit

• Wechselnde Holzfeuchtigkeit bedeutet für Holz und Holzwerkstoffe eine Gewichts- und Volumenzu- bzw. abnahme (Quellen und Schwinden).

• Die Normalwerte nach DIN 1052 sind:

• 9 ± 3 % bei geschlossenen Bauwerken mit Heizung

• > 18 % allseitig der Witterung ausgesetzt


Hohe Feuchtigkeit bewirkt:

• Abnahme der Festigkeit

• Quellen des Holzes

• möglicherweise Schädigung der Leimverbindung

• Schwindverformung bei Feuchtigkeitsabnahme (beim Entwurf beachten!)


Quellen und Schwinden

Quell-, Schwindmaße α nach Dröge in [%]

Mittel-wert

Tangen-tial

Radial Parallel

Fichte, Tanne, Lärche, Kiefer, Eiche

0,24 0,32 0,16 0,01

Buche 0,3 0,4 0,2 0,01

Parallel zur Faser

Tangential zur Faser

Radial zur Faser


Schwindrisse

Vollholz Halbholz Viertelholz

Einschnittarten und mögliche Rißbilder (Schwindrisse)


Beispiel 1: (Schwinden)

cm

cm

cm

b

l

ua

2,1600100

01,020

8,020100

20,020

6,120100

40,020

34

12

200

30

01 2

3 4

Feuchtigkeitsabnahme von 45% (frisch eingeschlagen) auf 25% bei Buche.Querschnitt: 20 x 30 cm, l = 6 m = 600 cm



8 88

1818

122

158

4 4 14

14

Gurte: 2 x 8/18Pfosten: 2 x 8/14Diagonalen: 1 x 8/14

Jahrringverlauf:

Einbau Holzfeuchtigkeit 25%, nachher Ausgleichsfeuchte 12% → Δu = 25 – 12% = 13%


Beispiel 2: (Schwinden)Höhe, 1 Gurt:

mmmmhuu Gurtth 48,7180100

32,0)1225()( 21

, Pfosten:

mmmmluu Pfostenph 59,11220100

01,0)1225()( 21

→ Oberkante des Binders senkt sich (Schwinden) am Auflager um Δh =2∙7,48+1,59=16,55 mm.

mmmmbuu rb 67,6320100

16,0)1225()( 21

→Bolzen nachziehbar ausführen!

mmmmluu pl 5,1915000100

01,0)1225()( 21

→ Auflager verschieblich ausführen!

Länge, Gurte:

Breite, Paket:



Holzkonstruktion und MauerwerksbauFeuchtigkeit des Holzes beim Einbau: 30% (frisch), nach Austrocknen 9%



Δu = 21%

Balkenlagen: Δh┴ = (14+28+20+28+20) ∙ 0,24 ∙ 0,21 = 5,5cm

Ständer: Δh║ = (2∙ 275 - 2∙ 28 -14)∙ 0,01 ∙ 0,21 = 1 cm

Δh = Δh┴ + Δh║ = 6,5 cm


Geänderte Konstruktion

18

Gurte: 1 x 16/18Pfosten: 2 x 6/14Diagonalen: 2 x 6/14

Jahrringverlauf:

1666 66

Höhe, Streben:

mmmmluu Pfostenph 05,21580100

01,0)1225()( 21

→ Oberkante des Binders senkt sich am Auflager nur um ≈ 2,05 mm ab.

mmmmb 10160100

24,0240

100

16,0)1225(

→Bolzen nachziehbar ausführen.

Breite, Paket:


Spannungs-Dehnungslinien von Holz

Zug

Druck

feuchtes Holz auf Druck

tan = E=

0 90°

= 90°

= 0°

- Linie parallelzur Faser = Winkel zwischen Kraft und Faserrichtung


Elastizitätmodul nach (DIN 1052)

E║ E┴ G

Nadelholz „NH“ 10000 300 500 N/mm2

Eiche, Buche „LH“ 12500 600 1000 N/mm2

„BSH“ aus Nadelholz 11000 300 500 N/mm2

Diese Werte sind auf 5/6 der obigen Werte zu ermäßigen, wenn Bauteile allseitig der Witterung ausgesetzt sind, oder auf 3/4 der obigen Werte, wenn mit dauernder Durchfeuchtung zu rechnen ist.Nach DIN ENV 1995 (Eurocode 5 - Holzbau) und DIN 1052 (08/2004) erfolgt eine Einteilung in Nutzungsklassen, die u.a. die Feuchtigkeitsgehalte beinhalten.


Festigkeitsklassen

SKSortierklassen

GKGüteklasse

DIN 4074 / 1 DIN 1052 / 1

BS16 / BS 18 Zusätzliche Klassen nach DIN 1052 A1-Änderung

MS13 / MS17 Zusätzliche Klassen nach DIN 1052 A1-Änderung

S13 I Bauschnittholz mit besonders hoher Tragfähigkeit

S10 / MS 10 II Bauschnittholz mit gewöhnlicher Tragfähigkeit

S7 / MS 7 III Bauschnittholz mit geringer Tragfähigkeit

Beispiel für EC 5 und DIN 1052 (08/2004):C 21 - 10 E entspricht in etwa der GK III C 24 - 11 E entspricht in etwa der GK II C 30 - 12 E entspricht in etwa der GK I


Druckfestigkeit

Längsdruck

Querdruck

Längsdruck Schwellendruck(Querdruck mitÜberstand ü)

Querdruckungünstiger als Schwellendruck

ü


Zugfestigkeit

• Parallel zur Faser etwa 2,0-fache Druckfestigkeit (astfrei und geradfaserig) sonst 1,0-fach

• Senkrecht zur Faser kann bei fehlerfreiem Holz zwar eine Zugkraft aufgenommen werden, sie sinkt aber z.B. bei vorhandenen Trockenrissen auf Null ab.


Biegefestigkeit

Geradlinige Spannungsverteilung, die Zugfestigkeit und die

Druckfestigkeit gleich groß angesetzt werden.

Die maximalen Spannungen treten (lokal) am Rand auf.

Ihre zulässigen Werte können daher über den Werten von reinem

Zug oder Druck angesetzt werden.


Schubfestigkeit

Die Scherfestigkeit beträgt parallel zur Faser etwa 1/8 bis 1/10 der

Holzdruckfestigkeit.

Senkrecht zur Faser ist sie wesentlich größer.


Mechanische Eigenschaften bei u = 12 % (5%, Mittel, 95%)- Werte

Holzart E-Modul[N/mm2]

Festigkeit in N/mm2 bei

DruckβD

ZugβZ

BiegungβB

Scherungτs

Fichte ║┴

600 - 11000 - 21000150 - 300 - 500

30 - 43 - 792,0 - 5,8 - 9,5

21 - 90 - 2451,5 - 2,7 - 4,0

49 - 66 - 136 -

4,0 - 6,7 - 12 -

Kiefer ║┴

7000 - 12000 - 20000 30 - 47 - 943,7 - 7,7 - 14

34 - 104 - 1961,0 - 3,0 - 4,4

35 - 87 - 206 -

6,0 - 10,0 - 15 -

Lärche ║┴

6300 - 13800 - 20000 35 - 55 - 81 - 7,5 -

- 107 - - 2,3 -

52 - 99 - 132 -

4,5 - 9,0 - 10,0 -

Buche ║┴

10000 - 16000 - 22000 41 - 62 - 99 - 9,0 -

57 - 135 - 180 - 7,0 -

63 - 105 - 180 -

6,5 - 10,0 - 19 -

Eiche ║┴

9200 - 13000 - 13500 42 - 54,878 - 11 - 19

50 - 90 - 1802,0 - 4,0 - 9,6

46 - 91 - 154-

6,0 - 11,0 - 13-


Zul. Spannungen LF H (DIN 1052)Zulässige Spannungen in [N/mm2] für VH und BSH im LF H

Beanspruchungsart

VH ( NH) BSH (NH) VH (LH)

Güteklasse Güteklasse A B C

III II I II I mittlere Gütemind. GK II

S7 S10 S13 BS11 BS14 MS13 MS17 BS16 BS18

1 Biegung zul.σB 7 10 13 11 14 11 17 25 15 17 16 18

2 Zug zul.σZ║ 0 7 9 8,5 10,5 10 10 15 10 12 11 13

3 Zug zul.σZ┴ 0 0,05 0,05 0,2 0,2 0,05 0,05 0,05 0,2 0,2

4 Druck zul.σD║ 6 8,5 11 8,5 11 10 13 20 11 12 11,5 13

5 Druck zul.σD┴ 2,0 (2,5) 2,5 (3,0) 3(4) 4 8 2,5(3)

6 Abscheren zul.τa 0,9 0,9 1 1,4 2 1

7 Schub zul.τQ 0,9 1,2 1 1,4 2 1 1 1,3 1,3

8 Torsion zul.τT 0 1 1 1,6 1,6 1,6 2 1 1 1,6 1,6


Zulässige Erhöhungen der Spannungen

• zul.σB um 10% bei Durchlaufträgern ohne Gelenke über Innenstützen

• zul.σB um 20% bei Rundhölzern mit ungeschwächter Randzone

• zul.σD┴ um 20% bei Rundhölzern mit ungeschwächter Randzone

• zul.σD┴ auf kD┴ ∙ zul.σD┴ bei kleinflächigem Schwellendruck mit kD┴

• zul.tQ auf 1,2 N/mm2 bei durchlaufenden Trägern oder Kragträgern aus NH und LH Gruppe A > 1,5m vom Stirnende

• um 25% im Lastfall HZ

• um 50% für Transport- und Montagezustände

• um 100% für Sonderlasten (S)


Erforderliche Abminderungen der Spannungen

• zul.σZ║ um 20% bei symmetrisch beanspruchten Teilen genagelter Zugstöße oder Zuganschlüsse

• zul.σD┴ um 20% wenn Überstand ü < 10(7,5)cm

• zul.σZ┴ auf 0,15N/mm2 bei großem quer beanspruchtem Volumen auf Empfehlung von Möhler [Holzbau – Statik - Aktuell 1992]


Kraftangriff schräg zur Faserrichtung

Zulässige Druckspannungen bei Kraftangriffen schräg zur Faserrichtung

sin.... |||| DDDD zulzulzulzul

DIN ENV 1995:

22

,90,

,0,

,0,,,

cossin

dc

dc

dcdc

f

f

f

DIN 1054:


Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen


5. Brandsicherheit


HolzverbindungenKontaktverbindungen: 1. Auflager und Schwellen

Aufschiebling

Sparre

n

Schwelle

Decke oder

Schwelle

Decke

StemmklotzBolzen

ü l l1 l h


HolzverbindungenKontaktverbindungen: 1. Auflager und SchwellenIn Abhängigkeit vom Überstand der Schwellen muss bzw. darf zul.σD┴ vermindert bzw. erhöht

werden. Der Faktor kD┴ wird in DIN 1052 in Abhängigkeit von l, l1 und ü folgendermaßen angegeben:

4 8,1150

l

mm

k D┴ l1 < 150mm l1 ≥ 150mm

ü ≥ 100(75)mm ü < 100(75)mm ü ≥ 100(75)mm ü < 100(75)mm

l ≥ 150mm 1,0 0,8 1,0 0,8

l < 150mm 1,0 0,8 0,8

Diese Tabelle gilt für h > 60mm. Für h ≤ 60mm gelten die KlammerwerteNach EC 5 gilt analog:

8,1170

1501

lmm8,1

17000

)150(1

lmmü

kc,90 l1 ≤ 150mm l1 ≥ 150mm, ü > 100mm l1 ≥ 150mm, ü ≤ 100mm

l ≥ 150mm 1,0 1,0 1,0

l < 150mm 1,0


HolzverbindungenKontaktverbindungen: Beispiel Schwellendruck

ü 120 >15010

0120

120/120NH GK II

Zulässige Lasten nach DIN 1052:Für ü = 0mm und l ≤ 150mm => k D┴ = 0,8 und zul.σD┴ = 0,8 ∙ 2,0 = 1,6 N/mm2 => zul. N =1,6 ∙ 120 ∙ 120 ∙ 10-3 = 23,04 kN



ü 120 >15010

0120

120/120NH GK II

Zulässige Lasten nach DIN 1052:

Für ü = 100mm und l ≤ 150mm => zul. N ?



ü 120 >15010

0120

120/120NH GK II

Zulässige Lasten nach DIN 1052:4

120

150mmFür ü = 100mm und l ≤ 150mm => k D┴ = und zul.σD┴ = 2,115 N/mm2 => zul. N =2,115 ∙ 120 ∙ 120 ∙ 10-3 = 30,45 kN



ü 120 >15010

0120

120/120NH GK II


Für ü = 50mm und l ≤ 150mm => zul. N ?



ü 120 >15010

0120

120/120NH GK II


Für ü = 50mm, wie für ü = 0 mm


Holzverbindungen

8,1170

1501

lmm8,1

17000

)150(1

lmmü

kc,90 l1 ≤ 150mm l1 ≥ 150mm, ü > 100mm l1 ≥ 150mm, ü ≤ 100mm

l ≥ 150mm 1,0 1,0 1,0

l < 150mm 1,0

Kontaktverbindungen: Beispiel Schwellendruck

„Zulässige“ Lasten nach EC 5ü = 0mm, l ≤ 150mmkc,90 = 1,0; fc,90,d = fc,90,k ∙ kmod/γM = 5,0∙ 0,6/1,3 = 2,31N/mm2max. N = 2,63 ∙ 120 ∙ 120 ∙ 10-3 / γG = 24,62 kN (mit γG = 1,35)ü = 100mm kc,90 = 1+(150-120)/170 = 1,1765; fc,90,d = 3,095N/mm2max. N = 3,095 ∙ 120 ∙ 120 ∙ 10-3 / γG = 33,01kNü = 50mmkc,90 = 1+50 ∙ (150-120)/17000 = 1,0882; fc,90,d = 2,863N/mm2max. N = 2,863 ∙ 120 ∙ 120 ∙ 10-3 / γG = 30,54kN



Knaggen Laschen

Kontaktstöße werden in der Regel gegen seitliches Ausweichen gesichert, z.B. durch seitlich angenagelte Laschen oder Knaggen.



Die Pressung senkrecht zur Faser erlaubt nur die Übertragung von geringen Kräften.Bei der zulässigen Spannung ist der jeweilige Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung zu beachten.

H

V

45°

aufgenagelteKnagge

Hier:Vertikale Fuge: Knagge: α = 0°

Diagonale: α = 45°Horizontale Fuge: Diagonale: α = 45°

Untergurt: α = 90°


HolzverbindungenKontaktverbindungen: 2. Versetze

t v

Stirnversatz(einfache Fertigung)

Brustversatz(verdeckter Versatz)

Fersenversatz(kurze Vorholzlänge)

Doppelter Versatz(große Kraft möglich)

lv

Für die Versetze sind allgemein zwei Nachweise erforderlich:- Abscheren des Vorholzes- Druckspannung in der Stirnfuge



Für den beim Stirnversatz anzustrebenden Sonderfall, dass die Stirnfuge den Öffnungswinkel β halbiert und am Fußpunkt ein rechter Winkel vorhanden ist, ergibt sich die gleiche Winkelneigung von Kraftrichtungzu Faserrichtung bei beiden Hölzern, nämlich α/2 und ist somit optimal. Die Kraft R kann beim Nachweis vernachlässigt werden. Es gilt allgemein:

Abscheren der Vorholzlänge:

tv

R

S

N

lv

SR

N

Krafteck

Vorholzlänge

||

2

|| .2/cos2/cos zul

bl

S

bl

N

vv

Druckspannung in der Stirnfuge:

2/

2.

2/cos D

vszul

bt

S

bt

N



Anhaltswerte für die Versatztiefe tv sind in der folgenden Tabelle enthalten.

α ≤ 50° 50°≤ α ≤ 60° ≥ 60°

tv ≤ h/4 h/6 ≤ tv ≤ h/4 ≤ h/6

Der Brustversatz kann wie der Stirnversatz berechnet werden.



Beim Fersenversatz ergibt sich analog:

tv

s

S

lvVorholzlänge

e

tatsächliche Spannungsverteilung

rechnerische Spannungsverteilung

Abscheren der Vorholzlänge:

|||| .cos zul

bl

S

v

Druckspannung in der Fersenfuge:

Dv

zulbt

S.

cos



Beim doppelten Versatz darf die zulässige Last aus der Summe der einzelnen zulässigen Lasten aus Stirnversatz und Fersenversatz bestimmt werden. Zu beachten ist, dass für die untere Scherfuge die gesamte Kraft angesetzt werden muss. Die Versatztiefe des Stirnversatzes sollte 80% der Fersenversatztiefe betragen: tv1 = 0,8∙ tv2.



Beispiel: Stirnversatztv = 45mm; lv = 300mm; S = 40kN; α = 45°

Diagonale: 140 / 140; Unterholz: 140 / 180




Diagonale: 140 / 140; Unterholz: 140 / 180Damit ergibt sich:N = S ∙ cos α/2 = 40∙ cos 22,5° = 36,96 kNH = S ∙ cos2 α/2 = 40 ∙ cos2 22,5° = 34,14kN




Diagonale: 140 / 140; Unterholz: 140 / 180Damit ergibt sich:N = S ∙ cos α/2 = 40∙ cos 22,5° = 36,96 kNH = S ∙ cos2 α/2 = 40 ∙ cos2 22,5° = 34,14kNNachweise (nach DIN 1052):Abscheren des Vorholzes:

||22

|| ./9,0/81,0300140

14,34 zulmmNmmN

Druckspannung in der Stirnfuge:

5,225,22

25,22

25,22

.

/01,65,22sin)0,25,8(5,8.

/42,545140

14,34

DD

D

D

zul

mmNzul

mmN



Für alle Versetze gilt: 20cm ≤ lv ≤ 8∙ tvDas Minimum von 20cm rührt dabei aus der möglichen Schwächung des Vorholzes durch Holzfehler (Risse, Äste, usw.).Die Begrenzung auf (rechnerisch) 8∙ tv erfolgt wegen des tatsächlich ungleichmäßigen Schubspannungs-verlaufes in der Scherfuge.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln

Beispiele von Fachwerkträgern:Der Anschluss von Stäben ist schon bei ihrer Dimensionierung zu berücksichtigen.

10,00

2,50 2,50 2,50 2,50

1,25

O1

O2

U2V2

U1V1

-30

-30+29,1+19,4

-3,3

8

+1,

45

Dreiecksbinder mit einer Länge von l = 10m


Holzverbindungen

6 66

6 66

3,38kN

105 x 5d

2,410 10,8kN

7d

5 x 10d

15d

14

3 x 2,4

7,2

5 Nägel 31 x 70

2 x 8 = 16 Nägel 31 x 70

Nägel nach DIN 1052 versetzen!

Nagelbrettbinder aus 24mm starken Brettern, Gurte zweiteilig, Füllstäbe einteilig. Stabanschlüsse genagelt mit Nägeln 31/70.


Holzverbindungen

16

3x3,6 1,7

1,76x3,6 1,725

e=6

126 x

2

6 66

5 x 210

810

812

81,7 1,7

2 x 26 = 52 Nägel 31 x 65

2 x

5 N

äge

l 31

x 6

5

2 x 15 = 30 Nägel 31 x 65

Kantholzbinder, alle Querschnitte einteilig, Anschlüsse mit beidseitigen Knotenplatten aus Baufurnierplatten (BFU), Nägel 31/65.



O1

O2

O3

O4

U1 U2 U3 U4V1 D1 D2

D3V2

-127,5

-127,5

-178,0

-178,097,4 145,8 170,0

15,5 1

5,5

28,8 28,8

39,4

3,20

2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50

20,00

Dreiecksbinder mit einer Länge von l = 20m


Holzverbindungen

14,07

87

l1 l2 14

5

22

4

2 Nä 70 x 210

2 x 5Appel-Dübel Ø 65, Bolzen M12

2 x 5Appel-Dübel Ø 65, Bolzen M12

1622

1624

1114

10

170kN

178kN

616

6

28

Anschluss Obergurt an Untergurt mittels Versatz (Stabverbreiterung der Kontaktfläche durch seitlich angedübelte Laschen).


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Dübel besonderer Bauart

Zweiseitige Verbinder (GEKA), Zweiseitiger Ringkeildübel(Appel), Einseitiger Einpressdübel (Bulldog) –

Bezeichnung von Dübeln besonderer Bauart: Systemangabe, Durchmesser in mm, Bolzendurchmesser in mm. Beispiel: Einseitiger Verbinder (System GEKA),Außendurchmesser 65, Bolzen M16.


Holzverbindungen

12

10

10

12

6

1223

e=6 22

1622

14

614

x 2

38

x 2

8 816

2 x 612

1216

28,8 kN

15,5kN

39,4

kN

4 GEKA - Dübel Ø 80,Bolzen M20

4 GEKA - Dübel Ø 115,Bolzen M24

616

6

Kantholzbinder mit einteiligen Gurten. Pfosten und Druckdiagonalen. Die Zugdiagonalen sind zweiteilig. Anschlüsse mit zweiseitigen GEKA-Verbindern.


Holzverbindungen10

20

1620

16

616

x 2

38

x 2

8 816

2 x 616

1016

28,8 kN

15,5kN

39,4

kN

2 x 4 Stabdübel Ø 16 mmStabdübel DIN 1052 versetzen!

616

6

5d

5d

5d

5d

3d

3d3d

3d

3d3d

3d5d5d

6d

4 Stabdübel Ø 16 mm

Kantholzbinder mit Stabdübel-Anschlüssen, sonst wie vor. Wegen erforderlicher Anschlussflächen der Verbindungsmittel wurden die Stabquerschnitte teilweise geändert.



Schraubenbolzen nach DIN 601. Bezeichnung: Gewinde (metrisch), Durchmesser x Länge in mm. Beispiel: M 12 x 260.

Stabdübel. Der Schaft kann glatt oder rillenförmig ausgebildet sein. Um das Eintreiben zu erleichtern und die Holzzerstörung an der Austrittsseite zu vermindern, sollten die Stabdübel an einem Ende angefast sein (nicht genormt).


Holzverbindungen

1820

1018

8 818

1018

28,8 kN

15,5kN

2 x 12 = 24 Nägel 42 x 90, Nägel nach DIN 1052 versetzen!2 mm Bleche verzinkt

7d

2,5d

5d5d

10d10d 10d10d

10d 15d

4 x

5d

10

2 x 6 = 12 Nägel 42 x 90

2 x

4 =

8 N

ägel

42

x 90

2 x 9

= 1

8 Näg

el 42

x 90

20

2 x 12 = 24 Nägel 42 x 90, Nägel nach DIN 1052 versetzen!2 mm Bleche verzinkt 2,6

0,2

2,6

0,2

3,4 3,4

0,2

2,6

0,2

2,6

18

Kantholzbinder mit durchweg einteiligen Stäben. Anschlüsse mit eingeschlitzten, verzinkten Stahlblechen und vierschnittigen Nägeln 42/90. Bleche und Holzteile werden gemeinsam vorgebohrt, Bohrlochdurchmesser = Nageldurchmesser.


Holzverbindungen

1820

1018

8 820

1620

28,8 kN

15,5kN39

,4kN

16

16

18

4 Stabdübel Ø20 mm, Blech t = 10 mm, Stabdübel nach DIN 1052 versetzen!

3d3d

3d

6d

5d

3d

3d

3d

6d

5d

3d3d

3d

4 Stabdübel Ø16 mm

4 Sta

bdüb

el Ø16

mm

20

9,5

19,

5

Kantholzbinder mit zweiteiligen Gurtstäben und einteiligen, zwischen den Gurtstäben angeordneten Füllstäben. Anschluss mittels vorgebohrter Nägel 46/100 und 90/310.


Holzverbindungen

39,4

kN

1020

1218

1012

1214

28,8 kN

15,5kN

20

2 x 3 = 6 Nägel 90 x 310vorgebohrt

5d5d

10d

3 x 5d

12d

10d

104 x 5d

12d

12d

184 x 5d

5d

x 2

3 x

5d14

2 x 4 = 8 Nägel 90 x 310vorgebohrt

Nägel nach DIN 1052 versetzen! von vorne von hinten

2 x

12 N

ägel

46

x 1

00

Nägel 90 x 310 46 x 100

Kantholzbinder einteilig. Eingeschlitztes Stahlblech t = 10mm, Dübel Ø 16mm und Ø 20mm.Kanthölzer vorbohren mit Ø 15,7mmSchlitze t = 10mm einsägenBleche einschieben und Löcher ankörnenBohrungen in den Stahlblechen Ø 16mmBinderteile zusammenbauen, Stabdübel einschlagen


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Dübelverbindungen

Zu den Dübelverbindungen gehören die auf Druck und Abscheren beanspruchtenVerbindungsmittel. Man unterscheidet:

s>2mm

s<2mm

Einlaßdübel

Einpreßdübel

Einlaß-/Einpreßdübel

nur fürNadelholz

Dübel sind nur bei Holz der Güteklasse II, oder besser, zu verwenden.



e e1

Bolzen Bolzen

Hartholzdübel Ringdübel

je Dübelachse ein nachspannbarerSchraubenbolzen

Die Bolzen können neben oder durch den Dübel angeordnet sein.

Bei großen Dübeldurchmessernoder Seitenlängen > 120mm sindan den Enden der AußenhölzerKlemmbolzen anzuordnen.

1 2 3 4

Da man mit gleichmäßiger Verteilungder Kräfte auf die einzelnen Dübelrechnet, dürfen maximal 4 Dübel hintereinander bei Rechteck- oder Flachstahldübeln angeordnet werden.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Rechteckdübel

tD

S

d||

sd^||Bauteil

||Dübel

e lD

2/3 lD

t D

DlD

DD

BauteilBauteil

Dübel

D

Dübel

DD

D

zulbl

t

n

S

zulebn

S

zullbn

S

zultbn

S

D

.2

.)4

.1

.)3

.1

.)2

.1

.)1

232

||||

||||

||||

σD║ = Leibungsspannung im Bauteilτ|| = Schubspannung im Dübel

τ|| = Schubspannung im Bauteil zwischen den Dübeln

σD┴ = Querdruckspannung im Bauteil

n = Anzahl der Dübel

b = Breite des Dübels



Mit den zulässigen Spannungen lassen sich dann auch Bedingungen für bestimmte Abmessungen formulieren:z.B. aus 4.) wird mit

D

D

D

DDD zul

zul

t

ltb

n

S

.

.6 ||

||

Für Nadelholz der Güteklasse II wird somit:

05,50,2

5,86

D

D

t

l

Ist das Verhältnis lD / tD kleiner als 5, dann kann die Leibungsspannung nicht voll ausgenutzt werden, da sonst σD┴ den zulässigen Wert unterschreitet.



DIN 1052 gibt für zul σD║ an:

Verhältnis der Dübellänge lD zur

Einschnittiefe tD

Anzahl der in Kraftrichtung hintereinander liegenden Dübel

1 und 2 in verdübelten Balken

3 und 4

1 lD / tD ≥ 5 8,5 7,5

2 3 ≤ lD / tD < 5 4,0 3,5

Zulässige Leibungsspannungen zul σD║ in N/mm2 im Lastfall H.



Verhältnis der Dübellänge lD

zur Einschnittiefe tD

Anzahl der in Kraftrichtung hintereinander liegenden Dübel

1 und 2 in verdübelten Balken

3 und 4

1 lD / tD ≥ 5 8,5 7,5

2 3 ≤ lD / tD < 5 4,0 3,5

Z

seitliche Flankenkehlnaht Z2

t ³ 12 mm

Z2

Stahlblechbreite < 18cm: eine BolzenreiheStahlblechbreite > 18cm: zwei Bolzenreihen

Für Flachstahldübel, die an Blechlaschen geschweißt sind, gilt Zeile 1 auch für lD / tD < 5, da die Querdruckspannung durch die Lasche gemildert wird.Im Lastfall HZ sind um 25% höhere Werte zulässig.



Z

seitliche Flankenkehlnaht Z2

t ³ 12 mm

Z2

Stahlblechbreite < 18cm: eine BolzenreiheStahlblechbreite > 18cm: zwei Bolzenreihen

Für Flachstahldübel, die anBlechlaschen geschweißt sind, gilt Zeile 1 auch fürlD / tD < 5, da dieQuerdruckspannung durch die Lasche gemildert wird.Im Lastfall HZ sind um 25% höhere Werte zulässig.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Dübel besonderer BauartZu unterscheiden sind:

einseitige Dübel

Stahl

zweiseitige Dübel

Holz

Holz

Über Formen, zulässige Belastungen, Anordnung der Dübel, Anzahl der Dübel hintereinander, Querschnittsschwächungen (Ausnehmungen und Bolzenlöcher) macht DIN 1052 Teil 2 Angaben.



a

Von den Dübeln besonderer Bauartkönnen auch Kräfte unter einem Winkel zur Faserrichtung abgegeben werden.



a

bmin.

dm

in.

Die einzelnen Dübelarten undDübelgrößen erfordern inAbhängigkeit vom WinkelMindestabmessungen der Hölzer. Sie sind in DIN 1052Teil 2 angegeben.



1 ...32 n

Mehr als 10 Dübel hintereinanderdürfen in Stößen und Anschlüssennicht in Rechnung gestellt werden.Die übertragbare Kraft ist von derAnzahl abhängig.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Schraubenbolzen und StabdübelDie Kraftübertragung erfolgt durch:Biegung im VerbindungsmittelLochleibungsdruck im HolzJe größer das Lochspiel ist, umso größer die Biegung. Schraubenbolzen dürfen wegen ihrer starken Nachgiebigkeit nicht mit anderen Verbindungsmitteln zusammenwirkend angenommen werden.

Scheibe

min Ø 12 mm

Scheibe

min.: 2 Scherflächen je Verbindung

< 1 mm

Schraubenbolzen Anwendung istbeschränkt möglich (s. DIN 1052Teil 2, 5.2).

Ø Loch > Ø Schaft

maximales Lochspiel < 1 mm.Bolzen > Ø 30 mm , müssengesondert nachgewiesen werden.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Schraubenbolzen und Stabdübel

min Ø 8 mm

min.: 4 Scherflächen je Verbindung

Stabdübel (stets verwendbar)

Ø Loch < Ø Stabdübel

DØ = 0,2 bis 0,5 mm

angefast



Bolzen- oder Stabdübelverbindungen können ein-, zwei- oder mehrschnittig ausgebildet werden. Die zulässige Belastung für beide beträgt im Lastfall H für Kraftangriff in Faserrichtung für alle Güteklassen:

StblStb dazulNzul ,'', .. , jedoch höchstens: 2

,StbdB in [N], (b = Bolzen, St = Stabdübel)

lzul . zulässiger Lochleibungsdruck in [N/mm2]a = Dicke des Holzes in [mm]d = Durchmesser des Schaftes in [mm]B = Beiwert nach DIN 1052 in [N/mm2]



Zulässige Werte für σl und B nach DIN 1052 für Nadelholz:

einschnittig

dba1

a2

zweischnittig

as1

as2

amdb

Bolzen Stabdübel

zul. σl B zul. σl B

4,0 17,0 4,0 23,0

Mittelholz

8,5 38,0 8,5 51,0

Seitenholz

5,5 26,0 5,5 33,0

Bei mehrschnittigen Verbindungen ist die zulässige Gesamtbelastung gleich der Summe der zulässigen Belastungen aller in einer Richtung beanspruchten Hölzer.



Bei Kraftangriff unter einem Winkel α zur Faserrichtung ist die zulässige Belastung abzumindern

90mit

mit

St

,3601

.. ''''

b

NzulNzul

Bei Verbindungen von Voll- oder Brettschichtholz mit Metallteilen gelten 125% der zulässigen Belastung

'',. StbNzul

Dabei ist die zulässige Lochleibungsspannung der Metallteile und Bolzen einzuhalten.



Die einzuhaltenden Mindestabstände sind in DIN 1052 angegeben.

Stabdübel sollen wegen der Spaltgefahrdes Holzes versetzt angeordnet werden.

Für Stabdübel dSt > 20 mm sollen wegenerhöhter Spaltgefahr die größerenBolzenabstände angesetzt werden.



Die Mindestabstände der Bolzen und Stabdübel müssen in der Kraft- und Faserrichtung nach folgender Tabelle bzw. folgenden Bildern bestimmt werden:

bei Bolzen bei Stabdübeln

untereinander 7∙db,

mindestens 10 cm

5∙dSt

vom beanspruchten Rand 6∙dSt

3db 3db

7db

³ 10

cm

4db

5db

3db

N

7db

³ 10

cm

3db 3db7d

b

³ 10

cm

3db

5db

N

4db

Mindestabstände für tragende Bolzen



3dSt 3dSt

5dS

t3d

St

3dSt

3dS

t

N

6dS

t

N

3dSt 3dSt3dSt

5dS

t3d

St

3dS

t

Mindestabstände für tragende Stabdübel


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Nagelverbindungen

dn

ln

Rundnagel mit Senkkopf nach DIN 1151, verzinktØ 2,2 mm bis 9,0 mm. Bezeichnung z.B.: 42 x 110 bedeutet: Ø 4,2 mm, Länge 110 mm.

Je kraftübertragendem Anschlußsind mindestens 4 Nägel anzu-ordnen.



Nd

dN

n

n

10

500 2

1

zulässige Belastungen für Nadelholz, Lastfall H:für Beanspruchung ┴ zur Schaftrichtung unabhängig vom Winkel α der Kraftrichtung zur

Faserrichtung:

, mit dn in [mm]N1-Werte siehe auch Tabelle in DIN 1052.

In das Hirnholz eingeschlagene Nägel dürfen nicht als tragend angesehen werden.Die Auswertung der obigen Tragfähigkeitsformel ergibt, dass unter Berücksichtigung der zulässigen Nagelzahl je Anschlussfläche viele dünne Nägel mehr tragen als wenige dicke Nägel.



Vorbohren der Nägel erlaubt nach DIN 1052 um 25% höhere Nagelbelastungen. Wegen des Arbeitsaufwandes ist dies jedoch meist nicht wirtschaftlich. Bei Eichen- und Buchenholz muss vorgebohrt werden. Es gelten dort die 1,5-fachen N1-Werte.Im Lastfall HZ gelten wieder 25% höhere Werte, bei Feuchtigkeitswirkung nur 5/6 bzw. 2/3 der Werte nach DIN 1052 11.3.20.

Bei Verbindungen von Bohlen oder Brettern an Rundholz gelten nur2/3 der N1-Werte



Wenn bei Zug mehr als 10 Nägel verwendetwerden,gilt: eff.n = 10+2/3(n-10) wenn 30 > n > 10

ass

Weiter ist die Tragfähigkeit des Nagelsvon der Einbindelänge s oder der Holz-dicke as abhängig.


HolzverbindungenDie folgende Tabelle gibt die zulässige Nagelbelastung in Abhängigkeit von der Einbindelänge an:

s

a2a1

einschnittig

1N

nd

sN

121

as

> 3dn

1N

n

s

d

aN

121

s

a2a1 a3 a4 a5 a6 a7 a8

mehrschnittig

s

1Nm

nd

smN

1211

11 mN

Einbindelänge s(as) zulässige Belastung

s ≥ 12dn

12dn > s ≥ 6dn

s < 6dn 0

as ≥ 12dn

12dn > as ≥ 5dn

s ≥ 8dn

8dn > s ≥ 4dn

s < 4dn

Mehrschnittige Verbindungen sind von beiden Seiten zu nageln!Ist as < 12dn und bei mehrschnittiger Verbindung < 8dn darf N1 angesetzt werden, wenn die Nagelspitze mit > 3dn umgeschlagen wird.


Holzverbindungen

wnzz sdBNzul .bei Sparren- und Pfettennägeln

hh

h = Haftlänge

Zugbelastung von NägelnGlattschäftige Nägel dürfen nur bei der Sicherung von Bauteilen gegen Abheben durch Windsog auf Zug beansprucht werden. Für Hauptlasten auf Zug müssen Sondernägel eingesetzt werden. Nägel, die in das Hirnholz eingeschlagen wurden, können rechnerisch keine Kräfte auf Herausziehen übertragen. Unter vorgenannten Einschränkungen ist die Tragfähigkeit auf Herausziehen nach DIN 1052 Teil 2, 6.3:

mit Bz = 1,3 N/mm2 und 20dn ≥ sw = h ≥ 12dn

Bei Sondernägeln können die Rechenwerte Bz der Tabelle 12 der DIN 1052 Teil 2 entnommen werden. Bei frischem Holz müssen die Werte auf 2/3 ermäßigt werden, da nach dem Trocknen die Nägel leichter herausgezogen werden können.


Holzverbindungen

a

a

Mindestholzdicke

Vollholz: amin mit Rücksicht auf die

Spaltgefahr:amin ≥ dn ∙ (3+0,8dn) ≥ 24 mm, dn ≤

4,2 mmamin ≥ 6dn ≥ 24 mm, dn ≥ 4,2 mm

amin mit Rücksicht auf die Spaltgefahr:

amin ≥ 3dn ≥ 10 mm, dn ≤ 4,2 mm

amin ≥ 4dn ≥ 10 mm, dn ≥ 4,2 mm

Brettschichtholz:


Holzverbindungen

e

am

Nagelanzahl und Nagelabstände

Mindestanzahl der Nägel: n ≥ 4

Wegen der Spaltgefahr sollen nicht vorgebohrte Nägel versetzt angeordnet werden und zwar um 1/2 ∙ dn gegenüber der theoretischen Risslinie.

Wegen der Spaltgefahr im Mittelholz sind in Abhängigkeit von am auch hier gegebenenfalls Rasterverschiebungen e nötig.Die wirksame Anzahl eff. n berechnet sich bei mehr als 10 Nägeln mit eff. n = 10 + 2/3(n-10), mit n ≤ 30Weitere Angaben über Nagelabstände finden sich in DIN 1052 Teil 2, 6.2.10ff. und Tabelle 11.


HolzverbindungenSondernägel

Schraubnagel

Rillennagel

Diese Sondernägel sind geeignet Zugkräfte in Achsrichtung zu übertragen. Die Berechnung erfolgt nach DIN 1052 Teil 2, Abschnitt 6.3 (s.o.). Dabei dürfen Sondernägel in vorgebohrten Nagellöchern nicht in Rechnung gestellt werden.


HolzverbindungenStahlblech – Holzverbindungen mit NägelnDie Blechdicke muss mindestens t ≥ 2 mm betragen. Die Bleche müssen vorgebohrt werden mit Lochdurchmesser = Nageldurchmesser Bei zwischen liegenden Blechen sind Holz und Blech zusammen zu bohren. Bei außen liegenden Blechen ist bei Druck die Beulsicherheit der Bleche zu prüfen.Die zulässige Nagelbelastung auf Abscheren darf mit 1,25 ∙ N1 angesetzt werden.

ast

dn

N

Nast

dn

Na

N

einschnittig zweischnittig

at

N

Na

vierschnittig

as

dn

t


Holzverbindungen

Holzschraubenverbindungen

Die Bedeutung von Schraubverbindungen ist im Ingenieurholzbau sehr gering, da der Aufwand des Vorbohrens und Einschraubens zu unwirtschaftlich ist.

Angaben über Holzschraubenverbindungen finden sich in DIN 1052 Teil 2, Abschnitt 9.


HolzverbindungenVerbindungen mit Verbindungsmitteln: Leimverbindungen

Leimverbindungen sind im Gegensatz zu den Verbindungen mit Verbindungsmitteln weitgehend starre Flächenverbindungen. Dies ist beim Systemansatz und bei der Berechnung zu berücksichtigen. Ein Zusammenwirken mit anderen Verbindungsmitteln darf nicht in Rechnung gestellt werden.



Leimarten und ihre Eignung-Resorzinharzleime: für Bauteile, die der Nässe und feuchtem Klima ausgesetzt sind.-Harnstoffleime: für Bauteile, die kurzzeitig und nicht wiederholt der Feuchtigkeit ausgesetzt sind.-Kaseinleime: für Bauteile, die gegen Eindringen von Wasser geschützt sind.



Voraussetzungen für gute Leimverbindungen:-Holzfeuchtigkeit maximal 15\%, möglichst gleich der später zu erwartenden Feuchtigkeit-Passgenauigkeit der zu verleimenden Flächen (gehobelt, gefräst)-Güteanforderungen für das Holz sind einzuhalten-gleichmäßiger Pressdruck und richtige Temperatur (20° C und 65% Luftfeuchtigkeit)-zugelassene Betriebe



Schäftung < 1/10

Beanspruchung der LeimfugeLeimfugen müssen die Kräfte weitgehend auf Abscheren übertragen:

Querzugspannungen können nicht überall vermieden werden. Sie sind jedoch sehr klein zu halten, z.B. bei einer Schäftung durch geringe Winkel ≤ 1/10.Für Querzugspannungen in gekrümmten Bauteilen gibt DIN 1052 eine Beschränkung auf max. 0,20 N/mm 2 an.

Die wichtigste Verbindung ist die Keilzinkenverbindung nach DIN 68140. Die Fläche muss in der Regel reduziert werden: red.A = (1 - ν) ∙ A, mit ν = f(l)Da die Leimfuge selbst eine größere Scherfestigkeit aufweist als das Holz, ist das Holz für die Festlegung der zulässigen Schubspannung maßgebend.


Holzverbindungen

Zusammenwirken von verschiedenen VerbindungsmittelnEin Zusammenwirken von verschiedenen Verbindungsmitteln darf nur berücksichtigt werden, wenn die Nachgiebigkeiten der einzelnen Verbindungsmittel gleich sind.Bolzenverbindungen sind aufgrund des Lochspiels sehr weich, Leimverbindungen nahezu starr. Beide dürfen mit anderen Verbindungen nicht als zusammenwirkend angesetzt werden.

In anderen Fällen ist das Verbindungsmittel, auf das rechnerisch der kleinere Teil, der zu übertragenden Kraft entfällt, für die 1,5-fache anteilige Kraft zu bemessen.


Holzverbindungen

N N

NN/2

N/2

Kra

ft

Verschiebungmm1,50

Bruchlast

zul. N

Leim

N N

NN/2

N/2

Kra

ft

mm1,50

Höchstlast

zul. N

Nägel

N N

NN/2

N/2

Kra

ft

mm1,50

Höchstlast

zul. N

Dübel

N N

NN/2

N/2

Kra

ft

mm1,50

Bruchlast

zul. N

Bolzen

Verschiebung Verschiebung Verschiebung

Zusammenwirken von verschiedenen Verbindungsmitteln


HolzverbindungenSpezielle Verbindungen

Nagelplatten Nagelplattenbinder (s.a. DIN 1052 Teil 2 Abschnitt 10)Die Binder haben meist beschränkte Stützweiten und werden in Spezialbetrieben gefertigt.Stahlblech-Holzverbindungen mit nicht vorgebohrten dünnen Blechen (Greimbauweise mit Zulassung)Geleimte Fachwerkträger (ausgeführt als parallelgurtige Fachwerkträger)


HolzverbindungenSpezielle Verbindungen

Stahlblechformteile-Holz NagelverbindungenMit Hilfe von Stahlblechformteilen können zimmermannsmäßige Verbindungen ersetzt werden. Die Nagelung erfolgt mit Sondernägeln (Rillen- oder Schraubnägeln), da teilweise Zugkräfte zu übertragen sind.Spezialanfertigungen aus Blechen für Auflager, Stöße, Knotenpunkte und Gelenke.


Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen


5. Brandsicherheit


Zugstab

• Bei Zugstäben müssen Querschnittsschwächungen abgezogen werden. Es sind Hölzer zu verwenden, die möglichst astfrei sind.

• Bei einem Dübel ist beispielsweise die Fehlfläche Δ = a ∙ (db + 0,1) + ΔDübel abzuziehen.

• Nachweis lautet somit:

||. Znetto

zulA

N

N N

Schnitt:

adb


Zugstab

• Wegen der Ungleichmäßigkeit des Werkstoffes Holz kann der Bruch bei Zug unregelmäßig erfolgen, deshalb sind Querschnittsschwächungen, die einen geringeren Abstand als 150 mm haben, als in einem Querschnitt liegend zu betrachten.

l<15cm


Zugstab

• Sind Stabdübel oder Nägel versetzt zur Rißlinie angeordnet, dann dürfen sie als hintereinander liegend betrachtet werden, d.h. sie müssen bei der Ermittlung des Nettoquerschnitts nur einmal abgezogen werden.


Zugstab

• Bei Nägeln sind nur Lochabzüge erforderlich, wenn dn ≥ 4,2 mm oder bei vorgebohrten Nagelverbindungen.

dn > 4,2mm


Zugstab

• Bei Keilzinkenstößen über den ganzen Querschnitt sind bei der Beanspruchungsgruppe I Querschnittsschwächungen zu berücksichtigen(DIN 68140).

b

b

b

a


Einteilige Druckstäbe

• Spannungsnachweis.

• Knicknachweis:

mit

die ω – Werte sind in DIN 1052 angegeben, wobei ω = f(λ) mit λ = sk / i

0,1.

bruttok Azul

N

||.. d

kzul

zul



Die Schlankheit λ ist begrenzt auf:

• λ ≤ 150

• λ ≤ 200 für Zugstäbe mit geringen Druckkräften aus Zusatzlasten

• λ ≤ 200 für Verbandsstäbe

• λ ≤ 250 nach DIN 4112 für einige Bauglieder von fliegenden Bauten.



• Knicklängen sind in DIN 1052, Abschnitt 9.2 für viele Fälle angegeben.

• Die Tragkraft eines Druckstabes kann auch durch die zulässige Querpressung zul.σD┴ in der Schwelle begrenzt werden oder durch den gewöhnlichen Spannungsnachweis bei entsprechenden Schwächungen.


Mehrteilige Druckstäbe

yy

z

z

nicht gespreizteQuerschnitte

Nicht gespreizte Querschnitte sind durchlaufende Vollprofile.



Trägheitsmoment um die z-Achse ohne

Einfluss der Verbindungsmittel für

Beispiel 1:

n

i iII1

12122

322

311 tbbt

I z



StegGurt

Gurt

nachgiebigeFuge

b

hNG

NG

MG

MSt

MG

wM(x)

PKi PKi

Knicken um die y-Achse mit Einfluss der Verbindungsmittel:



Trägheitsmoment um die y-Achse mit

Einfluss der Verbindungsmittel:

Abminderung des Steineranteils:

Nachgiebigkeit der Verbindung:

n

iii

n

iiw aAII

1

2

1

11

1

k

Cl

eAEk

21||

2 '



Aus Iw kann dann der Trägheitsradius:

die Schlankheit

und die Knickzahlermittelt werden.

brutto

w

A

Ii

w

kw i

s

w



gespreizteQuerschnitte

Zwischenholz(z.B. geleimt)

Bindeholz(z.B. genagelt)

Gitterstab(genagelt)

Gespreizte Querschnitte sind Rahmenstäbe und Gitterstäbe.

Die Nachgiebigkeit der Verbindungsmittel durch eine Erhöhung der Stabschlankheit berücksichtigt!



ist. kleiner

Wertherechnerisc der wennsetzen, zu 30 ist es

60mitesEinzelstabdestSchlankhei

VerbindungstarrerbeitSchlankhei

Tab.11s.DIN1052,e,Rahmenstäbfür1Faktor

eEinzelstäbderAnzahl

1

11

212

2

ˆ

ˆ

ˆ

ˆ

175

x

mxw

c

m

cx

Ermittlung der Ersatzschlankheit am Beispiel mit Bindehölzern:


Einteilige Biegeträger

Spannungsnachweise:

1.

.

1.

.

||||

zuloderzul

bI

SQ

zuloderzul

W

M

bISQ

B

WM

Bnetto

Bnetto



Bei ausgeklinkten Trägern ist beim Schubnachweis der Auflagerbereich maßgebend.



e

DA

Schwächungen durch Einschnitte sind insbesondere beim Normalspannungsnachweis zu beachten: In = I – ΔI = I – ΔA ∙ e2



Auch die Querpressung an Auflagern kann maßgebend werden, wenn a klein ist. Bei Kanthölzern ist zul.σD┴ um 20% zu ermäßigen, wenn e < 10cm ist.



Kippen(für h / b > 4)



Gabellagerung

b

h

u

JKippen(für h / b > 4)



||1

.26,1 D

azul

Für Fälle 4 < h/b < 10 ist nachzuweisen, dass die Schwerpunktsspannung des gedrückten Querschnittsteiles

Die Knickzahl ω ist aus der Schlankheit 1212

3 b

bh

bhi

i

sz

z

k

mit

zu ermitteln. Die Knicklänge richtet sich nach der Beanspruchung und dem Abstand a der seitlichen Abstützungen.Kein Nachweis ist erforderlich, wenn ω ≤ 1,26 wird.

Dies ist der Fall für λ ≤ 40. 55,1112

40

1240

bb

s

b

s

i

s kk

z

k


ifungenKippausste der Abstand

:ist dabei

Moment) konstantes für (mit

:mit

:mit

1

ˆ

0,1

ˆ.

4,1

4,175,0

75,0

1

75,056,1

1

1.1,1

||2

1

2

s

GIEIs

MMb

Mh

GEb

zulhs

falls

falls

falls

k

zulk

WM

TykikiT

BB

B

B

B

B

Bb

Bb


Für h/b > 10 ist nach DIN 1052 ein genauerer Nachweis gefordert.


Gebrauchstauglichkeit

In DIN 1052, Tabelle 9 sind zulässige Durchbiegungen angegeben.

Sie beträgt z.B. für Vollwandträger ohne Überhöhung f ≤ l/300.

Diese Durchbiegungsbeschränkung kann für die Dimensionierung maßgebend werden, wenn das Verhältnis l/h ≥ 16 wird.



xxi dx

G

xdxxff

G

fff

00

Bei der Durchbiegungsermittlung ist die Schubverformung fτ zu berücksichtigen, z.B. bei hohen Brettschichtträgern:



GA

lp

GA

lMdx

GA

xVdx

G

xf

lll

8

2 2

00222

p=const.

l

V-Verlauf

Für einen Einfeldträger unter Gleichstreckenlast gilt:


Zusammengesetzte Biegeträger

D Sz

Leim

s Sz

Eine starre Verbindung ist im Holzbau derzeit nur durch Leimen möglich. Die Berechnung erfolgt im Prinzip wie bei einteiligen Biegeträgern.Nach DIN 1052, 8.2.1.1 ist jedoch zusätzlich nachzuweisen, dass die Schwerpunktsspannung im gezogenen Gurt die zulässige Zugspannung nicht überschreitet. σSz ≤ zul. σZ||.



Verdübelte und genagelte Träger mit durchgehendem Steg

Dübel

Die Stege können aus Vollholz, Furnierplatten oder gekreuzten Brettlagen (bei hohen Trägern) bestehen. Die Verdübelung oder Vernagelung bewirkt keine starre Verbindung, d.h. in der nachgiebigen Fuge tritt ein Schlupf auf.


Zusammengesetzte Biegeträgerh

1h

s/2

h s/2

h1

y1

y

A1

A1

Ass S

s a1

s 1ea1

ea1

e1

a1e

Spannung Verzerrung



Erforderliche Nachweise:

f s t

tmax

RR

RRSz

fzulfff

eerfe

zul

zul

zul

ZaSz

BR

.

.

.

.

.

||max

||1

1


Durch Druck und Biegung beanspruchte Bauteile

Hierzu gehören Stützen, Rahmenstiele, Pfetten mit Verbandswirkungen (Pfosten eines Fachwerkes) usw.



Für diese Bauglieder sind nach DIN 1052 zwei Nachweise zu führen.

1. Spannungsnachweis:

||,||, .

.

.ZD

nettoB

ZD

nettozul

W

M

zul

zul

A

N



2. Biegedrillknicknachweis:

|||| .

1,1

.

.D

b

B

D

bruttozul

W

kM

zul

zul

A

N


Inhalt

0. Literatur

1. Übersicht

2. Baustoff Holz

3. Holzverbindungen


5. Brandsicherheit


BrandsicherheitWelche brandschutztechnischen Anforderungen an Bauwerke zu stellen sind, wird in

den Bauordnungen der Bundesländer geregelt.

Mit welchen Baustoffen und Maßnahmen diese Anforderungen erfüllt werden können,

wird in DIN 4102 „Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen“ festgelegt.

Holz und Holzwerkstoffe sind in der Regel normal entflammbar (Klasse B2), solange

sie eine Dicke > 2mm aufweisen.

Baustoffklasse bauaufsichtliche Benennung

A nichtbrennbare Baustoffe

BB1

B2

B3

brennbare Baustoffeschwer entflammbarnormal entflammbarleicht entflammbar


Brandsicherheit

Feuerwiderstandsklassen von HolzbalkenHolzbalken mit bestimmter Feuerwiderstandsklasse müssen wenigstens der Güteklasse II (S10/MS10) angehören. Es werden drei- und vierseitige Brandbeanspruchungen unterschieden. Ein vierseitiger Brandangriff liegt zum Beispiel vor, wenn Abdeckungen ohne nennenswerten Feuerwiderstand (z.B. Trapezblech, Aluminiumblech, Faserzementplatten usw.) oder keine Abdeckung vorhanden sind.


Brandsicherheit für VH-BalkenZeile Biege-

Spannung[N/mm2]

Feuerwiderstandsklasse - Benennung

F30-B F60-B F90-B

Brandbeanspruchung

3-seitig 4-seitig 3-seitig 4-seitig 3-seitig 4-seitig

b/h b/h b/h b/h b/h b/h

1 ≥ 13,0 150 / 260 160 / 300 300 / 520 320 / 600 450 / 780 450 / 900

2 = 10,0 120 / 200 130 / 240 240 / 400 260 / 480 360 / 600 390 / 720

3 = 7,0 90 / 160 100 / 200 200 / 320 220 / 400 300 / 480 330 / 600

4 ≤ 3,0 80 / 140 90 / 180 140 / 240 200 / 320 270 / 360 300 / 480

Zwischen den Werten der Zeilen 1-4 darf geradlinig interpoliert werden

Mindestabmessungen b/h unbekleideter Vollholzbalken mit Rechteckquerschnitt in [mm/mm]


Brandsicherheit

Feuerwiderstandsklassen von HolzstützenDie Angaben gelten für mittig auf Druck beanspruchte Holzstützen mindestens der Güteklasse II (S10/MS10), sowie für gering außermittig beanspruchte Holzstützen. Überwiegend auf Biegung beanspruchte Druckstäbe (e/d > 0,5) sind wie Balken zu bemessen.Unbekleidete Stützen aus Vollholz mit rechteckigem Querschnitt mit s ≤ 4,0m müssen in der Tabelle angegebene Mindestdicken besitzen und an beiden Enden mit der ganzen Querschnittsfläche kraftschlüssig mit den anschließenden Bauteilen verbunden sein.


Brandsicherheit für VH-Stützen

d

b³d

Spalte 1 2 3 4 5

Zeile QuerschnittKnickspannungσD||=ω∙N/(b∙d)

Mindestdicke d in [mm] bei einer Stablänge s in [m] ≤

[N/mm2] 2,0 3,0 4,0

1 ≥ 11,0 240 260 280

2 = 8,5 200 220 240

3 = 5,0 160 180 200

4 ≤ 2,0 120 140 160

Zwischen den Werten der Zeilen 1-4 darf geradlinig interpoliert werden

Mindestabmessungen b/h unbekleideter Vollholzstützen mit Rechteckquerschnitt für die Feuerwiderstandsklasse F30-B

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Holzbauvorlesung im WS 2004/2005von Dr. Torsten Faber

08.01.2005

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