GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

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Bemessung und Konstruktion enBR eurocodenahe Bemessungsrichtlinie Holzbauwerke – Entwurf, Berechnung und Bemessung Präsentation und Diskussion Technische Universität Graz 25. November 2005 , Grandhotel Wiesler 9 00 GRAZER HOLZBAU-WORKSHOP

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Bemessung und Konstruktion

enBReurocodenahe Bemessungsrichtlinie

Holzbauwerke – Entwurf, Berechnung und Bemessung

Präsentation und Diskussion

Technische Universität Graz25. November 2005

, Grandhotel Wiesler900

GRAZER HOLZBAU-WORKSHOP

Page 2: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Zusammenfassung der Beitrage

Veranstalter

holz.bau forschungs gmbhFachverband der Holzindustrie OsterreichInstitut fur Holzbau und Holztechnologie

Kompetenznetzwerk Holz

Page 3: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

1. Grazer Holzbau-Workshop 2005

Moderation

Gerhard Schickhofer

Veranstalter

holz.bau forschungs gmbhFachverband der Holzindustrie OsterreichInstitut fur Holzbau und Holztechnologie

Kompetenznetzwerk Holz

Vortragende

Werner GuggenbergerGeorg Hochreiner

Georg JeitlerHarald Krenn

Thomas MoosbruggerGerhard Schickhofer

Gianluigi TraettaHelene Unterwieser

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Inhaltsverzeichnis

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang 1-1Gerhard Schickhofer

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung 2-1Gerhard Schickhofer

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften 3-1Helene Unterwieser Georg Jeitler

4 Kapitel 4 – Modellbildung 4-1Georg Hochreiner

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit 5-1Gianluigi Traetta

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit 6-1Harald Krenn

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen 7-1Werner Guggenberger

8 Kapitel 8 – Verbindungen 8-1Harald Krenn

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP) 9-1Thomas Moosbrugger Werner Guggenberger

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1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

Vortrag 1: p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt undUmfang

Gerhard Schickhofer

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-1

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eurocodenahe BemessungsrichtlinieHolzbauwerke – Entwurf, Berechnung und Bemessung

G. Schickhofer

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops ´05

enBR

2

• Vorstellung des Kompetenzzentrums holz.bau forschungs gmbh

• Zeitachse und Normung

• Europäische und nationale Normenpakete

• enBR – Inhalt und Übersicht

• Zweck des Workshops

Inhalt

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-2

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3

01 1998 Strukturkonzept ‚Lehrstuhl für Holzbau‘Ziel: Etablierung eines ‚Kplus‘–Zentrums (gestoppt)

12 1998 Sonderforschungsbereich SFB ‚Innovativer Holzbau‘ (gestoppt)01 1999 Konzept für ein Kompetenzzentrum Industrie HOLZ.BAU.PHYSIK06 2001 ‚LOI‘ mit den Industriepartnern (HAAS / KAUFMANN / LEITINGER)09 2001 Antragseinreichung Kind - Beginn der Evaluierungsphase09 2002 Genehmigung des Kind seitens des BMWA12 2002 Gründung der holz.bau forschungs gmbh05 2003 Fördervertrag BUND07 2003 Offizieller Start des Kind mit: P01 shell_structures P02 hardwoods

P03 qm_online P04 strand_productsP05 grading P06 connectionsP07 standardisation

09 2003 Fördervertrag LAND03 2004 Fördervertrag STADT04 2005 Positive wissenschaftliche Zwischenevaluierung (Vorsitz: Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Stefan Winter, TU München)09 2005 offizieller Projektabschluss P07 standardisation

Etablierung Kompetenzzentrum Kind: Antrags-, Vertrags- und Projektgeschichte

Anmerkungen zum Kompetenzzentrum - Etablierung

4

Wissenschaftliches Personal und Projektzuordnung

Personalressourcen hbf gmbh (Stand 23.11.2005)

H. Krenn Wiss. MA, Doktorand P07, P06 Verbindungstechnik (VT)G. Traetta Wiss. MA P06 Verbindungstechnik (VT)G. Jeitler Wiss. MA P03 Produkte (KVH)H. Unterwieser Wiss. MA P05 Produkte (BSH)S. Fritz Wiss. MA, Diplomand P02, P05 Produkte (Laubholz)R. Brandner Wiss. MA, Diplomand P03 Produkte (KVH, BSH)W. Leeb Wiss. MA, Doktorand P02 Produkte (Laubholz) und VTG. Pirnbacher Wiss. MA, Doktorand P07, P06 Verbindungstechnik (VT)Y. Hallili Wiss. MA, Diplomand P07 Produkte (BSH)

Projektmitarbeiter des Instituts für Holzbau und Holztechnologie

Externe Partner

Name Status Projektzuordnung / Arbeitsgebiet

R. Katzengruber Projekt-MA P03, P04 Produkte (KVH, strand_products)R. Jöbstl Projekt-MA, Doktorand P01 II Flächentragwerke und BSPT. Bogensperger Projekt-MA P01 Flächentragwerke und BSPH. Stingl Projekt-MA P07T. Moosbrugger Wiss. Assistent, Doktorand P01 Flächentragwerke und BSP

W. Guggenberger Wiss. Projektpartner P01, P07 Flächentragwerke, StabilitätG. Hochreiner Wirtschaftl. Projektpartner P07 ModellbildungR. Stürzenbecher Wiss. MA TUW, Doktorand P04 Produkte (strand_products)

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-3

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Personalentwicklung

Personal der holz.bau forschungs gmbh

Entwicklung des Personalstandes in der hbf gmbh

2 2 2

3 3 3

4

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6 6 6 6 6

7 7 7

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12

14

Jul.0

3

Aug.03

Sep.03

Okt.03

Nov.03

Dez.03

Jän.0

4

Feb.04

Mär.04

Apr.04

Mai.04

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Nov.04

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Feb.05

Mär.05

Apr.05

Mai.05

Jun.0

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l.05

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Sep.05

Okt.05

Nov.05

Dez.05

Jän.0

6

Anzahl MitarbeiterMitarbeiter VZÄ

6

• 1957 Rom Unterzeichnung des EWG – Vertrags• 1971 Einrichtung eines Gemeinschaftsausschusses

Aufgabe: Erstellung eines Konzepts bezüglich der baulichen Sicherheit• 1973 Gründung CIB W18

~ 1000 publizierte CIB-Papers, 28 Themenbereiche z. B. Bemessungskonzept, Verbindungstechnik, Festigkeitssortierung,.....

• 1976 Konzept verabschiedet (Model Code 1)• 1978 Erarbeitung Model Code 2,3,4,5,6,7

• 1984 erste Entwürfe zu EC 1 – EC 3 • 1986 Entwurf EC 4

• 1987 Entwürfe EC 5, 6, 7 • 1988 Bauproduktenrichtlinie (seit 1.6.1997 umgesetzt)• 1988 Gründung CEN/TC 124 „Timber Structures“

Zeitachse und Normung

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-4

Page 9: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

Zeitachse und Normung

• 1990 CEN/TC 250 (SC5) „Eurocodes für den konstruktiven Ingenieurbau“• 1993 ENV 1995-1-1:1993 (Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau)

Zitat J. Ehlbeck:„.....man hofft, diesen Bearbeitungsstand bis Ende 1993 erreicht zu

haben, so dass der Eurocode 5 ab 1994 verfügbar sein wird.“

• 1994 ENV 1995-1-2:1994 (Zusätzliche Regeln für den Brandschutz)

• 1994 Beginn der Erstellung der EN 1995-2 (Brücken)

• 1997 ENV 1995-2 (Brücken)

• 2000 neues Projektteam für den EN 1995-2

8

Zeitachse und Normung

2005 Schlussentwürfe

• ON EN 1995-1-1 2004-05-01 (Status N-E)• ON EN 1995-1-2 2004-05-01 (Status N-E)• ON EN 1995-2 2004-06-01 (Status N-E)

2005 nationale Festlegungen und nationale Erläuterungen

• ON B 1995-1-1 2005-06-01 (Status N-E)• ON B 1995-1-2 2005-06-01 (Status N-E)• ON B 1995-2 2005-06-01 (Status N-E)

Absicht: Veröffentlichung im 1. Quartal 2006 mit Normenstatus (N)

Vornormen (ENV) werden mit gleichem Stichtag zurückgezogen

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-5

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9

Resümee und Ausblick

2006 Angestrebtes Ziel ON und Wunsch (?) der FNA`szwei gültige (Konstruktions-) Normenkonzepte(Meeting vom 21. 11. 2005)

• ON B 4100-2 2004-03 (deterministisch) (N)• ON EN 1995-1-1 2006 (semiprobabilistisch) (N)• ON B 1995-1-1 2006 (semiprobabilistisch) (N)

Beginn der Koexistenzperiode

2008 Rücknahme aller, den europäischen Normen entgegenstehenden, nationalen Dokumente bis 31. 12. 2008 (Ende der Koexistenzperiode)

2010 spätester Termin zur vollen Umsetzung der EC`s

Zeitachse und Normung

10

EN 1990 Grundlagen der Tragwerksplanung

EN 1991 Einwirkungen auf Tragwerke

EN 1992 Bemessung und Konstruktion Stahlbeton- und Spannbetontragwerken

EN 1993 Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten

EN 1994 Bemessung und Konstruktion von Verbundtragwerken aus Stahl und Beton

EN 1995 Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauten

EN 1996 Bemessung und Konstruktion von Mauerwerksbauten

EN 1997 Entwurf, Berechnung und Bemessung in der Geotechnik

EN 1998 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben

EN 1999 Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken

verfügbare Eurocodes

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-6

Page 11: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

europäische Normenpakete G

rund

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1990

1991

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1991

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1998

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1999

Einwirkungen Konstruktionsnormen Erdbeben

EN 1992

EN 1993

EN 1994

EN 1995-1-1 „Hochbau“

EN 1995-2 „Brückenbau“

EN 1996

EN 1999

12

nationale Normung

Deutschland Schweiz Österreich – FNA 012DIN 1052:1933-07 SIA:1925 DIN 1052:1938-05 SIA 111:1926 ON B 4100-2:1951-03 DIN 1052:1940-10 SIA 111:1936 ON B 4100-2:1958-03 DIN 1052:1947-10 SIA 111:1942 ON B 4100-2:1970-03 DIN 1052:1965-08 SIA 164:1953 ON B 4100-2:1978-04 DIN 1052:1969-10 SIA 164:1981 ON B 4100-2:1981-08 DIN 1052:1988-04 SIA 164:1992 ON B 4100-2:1997-12 Entwurf DIN 1052 (BEKS):2002-10

Entwurf SIA 265:2002

ON B 4100-2:2003-09

DIN 1052:2004-08 SIA 265:2003 ON B 4100-2:2004-03

Legende: Semiprobabilistisches

Sicherheitskonzept Deterministisches

Sicherheitskonzept

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-7

Page 12: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

nationale Normung

Deutschland Schweiz Österreich – FNA 012DIN 1052:1933-07 SIA:1925 DIN 1052:1938-05 SIA 111:1926 ON B 4100-2:1951-03 DIN 1052:1940-10 SIA 111:1936 ON B 4100-2:1958-03 DIN 1052:1947-10 SIA 111:1942 ON B 4100-2:1970-03 DIN 1052:1965-08 SIA 164:1953 ON B 4100-2:1978-04 DIN 1052:1969-10 SIA 164:1981 ON B 4100-2:1981-08 DIN 1052:1988-04 SIA 164:1992 ON B 4100-2:1997-12 Entwurf DIN 1052 (BEKS):2002-10

Entwurf SIA 265:2002

ON B 4100-2:2003-09

DIN 1052:2004-08 SIA 265:2003 ON B 4100-2:2004-03

Legende: Semiprobabilistisches

Sicherheitskonzept Deterministisches

Sicherheitskonzept

Umfang der Normen

0

50

100

150

200

250

1920 1940 1960 1980 2000

Jahr

Seite

n

DIN ÖN SiA

14

Projektziel

Dieser Forschungsschwerpunkt befasst sich mit der Erarbeitung eines eurocodenahen Konstruktions- und Bemessungspaketes auf der Grundlage national und im EU-Raum geltender Normenwerke. Gemeint ist damit die Erstellung einer anwenderfreundlichenRichtlinie.

Anwendungsbereich

Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken (für den Hoch- und Brückenbau, inkl. Brand, sowie Berücksichtigung aller relevanten Holzbauprodukte)

enBR – eurocodenahe Bemessungsrichtlinie

enBR

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-8

Page 13: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

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Basis für die enBR

ÖNORM B 4100–2:2004-03

SIA 265:2003

DIN 1052:2004-08

prEN 1995-1-1prEN 1995-1-2

EN 1995-2Weiters:

ForschungsberichtePublikationen

(CIB, WCTE, etc.)eigene themenbezogene

Arbeiten

16

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-9

Page 14: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

1 Allgemeines

1.1 Anwendungsbereich1.2 Normative Verweise1.3 Annahmen1.4 Begriffe

enBR – Kapitel 1

18

2 Grundlagen der Bemessung

2.1 Allgemeines2.2 Umgebungseinflüsse2.3 Einwirkungen2.4 Nutzungsklassen2.5 Tragwiderstand2.6 Grenzzustände2.7 Dauerhaftigkeit

enBR – Kapitel 2

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-10

Page 15: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

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3 Baustoffeigenschaften

3.1 Allgemeines3.2 Rundholz (RH)3.3 Schnittholz3.4 Balkenschichtholz (Duo/Trio)3.5 Charakteristische Eigenschaften VH, VH-B und Duo/Trio3.6 Brettschichtholz (BSH)3.7 Brettsperrholz (BSP)3.8 Furnierschichtholz (FSH)3.9 Furniersperrholz (FSP)3.10 Spansperrholz (SSP, OSB)3.11 Weitere flächenhafte Produkte3.12 Klebstoffe3.13 Stiftförmige Verbindungsmittel und Verbindungselemente aus Metall

Die Baustoffeigenschaften sollten in einer Konstruktionsnorm direkt verankert sein (kein Verweis auf Produktnormen)!

enBR – Kapitel 3

20

4 Grundlagen der Berechnung – Modellbildung

4.1 Grundlagen der Berechnung4.2 Linear elastische Berechnung (Theorie I. Ordnung)4.3 Nichtlineare elastische Berechnung (Theorie II. Ordnung)4.4 Zusammengesetzte Bauteile – Tragwerke4.5 Stabilisierungen4.6 Systembeiwert ksys4.7 Nachweise der Verbundquerschnitte4.8 Flächentragwerke

enBR – Kapitel 4

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-11

Page 16: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

21

5 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

5.1 Allgemeines5.2 Lastfallkombinationen der Einwirkungen5.3 Verformungen5.4 Schwingungen

enBR – Kapitel 5

22

6 Grenzzustände der Tragfähigkeit

6.1 Allgemeines6.2 Lastfallkombinationen der Einwirkungen6.3 Querschnittsnachweise6.4 Nachweise für Querschnitte mit kombinierter Beanspruchung6.5 Stabilität von Bauteilen6.6 Bauteile mit veränderlichem Querschnitt und/oder gekrümmter Stabachse6.7 Ausklinkungen, Einschnitte, Durchbrüche und Queranschlüsse

enBR – Kapitel 6

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-12

Page 17: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

23

7 Brand – Ermüdung – Erdbeben

7.1 Brand7.2 Ermüdung7.3 Erdbeben

enBR – Kapitel 7

24

8 Verbindungen

8.1 Allgemeines8.2 Tragfähigkeit metallischer, stiftförmiger Verbindungsmittel auf Abscheren8.3 Gruppenwirkung nef8.4 Verbindungen mit Stabdübeln und Passbolzen8.5 Verbindungen mit Bolzen8.6 Verbindungen mit Nägeln8.7 Verbindungen mit Klammern8.8 Verbindungen mit Holzschrauben8.9 Verbindungen mit eingeklebten Gewindestangen8.10 Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart8.11 Verbindungen mit Nagelplatten8.12 Klebeverbindungen8.13 Zimmermannsmäßige Verbindungen8.14 Holz-Beton-Verbindungen in Verbundträgern8.15 Verbindungen im Brückenbau

enBR – Kapitel 8

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-13

Page 18: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

25

9 Anhang

9.1 Zusammengesetzte Bauteile9.2 Schwingungen9.3 Zusätzliche Sortierkriterien für Vollholz mit besonderen

Eigenschaften (VH-B)

enBR – Kapitel 9

26

Zweck und Ziele des Workshops

• Präsentation und Diskussion punktueller Inhalte des Projektes P07 Standardisation

• Normung – Befund und Vorgehen (A,EU)AG „Normung“

• Forschungsbedarf – Themen zur Unterstützungder Normungsarbeit

AG „Forschung“

• Schaffung von Entscheidungsgrundlagen für das Meeting am 15. 12. 2005 (Fachverband)

Zweck des Workshops

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-14

Page 19: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

KontaktUniv.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

1 p07 standardisation – enBR, Projektubersicht, Inhalt und Umfang

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 1-15

Page 20: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

Vortrag 2: Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

Gerhard Schickhofer

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-1

Page 21: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kapitel 2

Grundlagen derBemessung

G. Schickhofer

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops 05‘

2

• Grundlagen der Bemessung• Allgemeines• Umgebungseinflüsse• Einwirkungen• Nutzungsklassen• Tragwiderstand• Grenzzustände• Dauerhaftigkeit

Überblick

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-2

Page 22: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3

Allgemeines

• Allgemeines:

4

Umgebungseinflüsse

• Gleichgewichtsfeuchte:

• Schwind- und Quellmaße:

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-3

Page 23: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

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• Schwind- und Quellmaße:

Umgebungseinflüsse

6

• Temperatur:

Umgebungseinflüsse

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-4

Page 24: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

• Belastungsnormen:

Einwirkungen

8

Einwirkungen

• Kombinationsbeiwerte:

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-5

Page 25: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9

Nutzungsklassen

• Nutzungsklassen:

10

Tragwiderstand

• Tragwiderstand:

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-6

Page 26: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

Tragwiderstand

• Teilsicherheitsbeiwert γm:

12

Tragwiderstand

• Modifikationsfaktor kmod:

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-7

Page 27: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

Tragwiderstand

• Modifikationsfaktor kmod:

14

Grenzzustände

• Allgemeines:

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-8

Page 28: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

15

Grenzzustände

• Grenzzustände der Tragfähigkeit:

16

Grenzzustände

• Nachweis der Lagesicherheit

• Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-9

Page 29: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

Grenzzustände

• Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit

für OSB 8000:

abgeschlossenes Projekt R. Katzengruber

Werte bestätigt

für Brettsperrholz:

laufendes Projekt P01_II R. JöbstlKriech- und Traglastversuche an Brettsperrholzelementen

18

Grenzzustände

• ´Nachgiebigkeit von Systemen (Verbindungen)

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-10

Page 30: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

19

Dauerhaftigkeit

• Allgemeines

20

Dauerhaftigkeit

• Holz und Holzwerkstoffe

• Metallische Bauteile und Verbindungsmittel

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-11

Page 31: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

21

Dauerhaftigkeit

• Konstruktive Maßnahmen (Grundsätze)

KontaktUniv.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

2 Kapitel 2 – Grundlagen der Bemessung

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 2-12

Page 32: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

Vortrag 3: Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

Helene Unterwieser, Georg Jeitler

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-1

Page 33: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kapitel 3

Baustoffeigenschaften

H. UnterwieserG. Jeitler

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops 05‘

2

• Brettsperrholz (BSP) → Vortrag Th. Moosbrugger• Furnierschichtholz (FSH)• Furniersperrholz (FSP)• Spansperrholz (SSP, OSB)• Weitere flächenhafte Produkte

- Holzspanplatten (zementgebunden, kunstharzgebunden), Holzfaserplatten, Gipskartonplatten

• Materialien• Rundholz• Schnittholz• Balkenschichtholz (Duo/Trio)• Brettschichtholz (BSH)

Geregelt über allgemeine bauaufsichtliche Zulassungen

Überblick Kapitel 3: Baustoffeigenschaften

• Klebstoffe• Stiftförmige Verbindungsmittel und -elemente aus Metall

• Charakteristische Festigkeitskennwerte für Stabdübel, Bolzen und Passbolzen• Vorzugsmaße für Unterlagsscheiben aus Stahl• Handelsübliche Nagelabmessungen

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-2

Page 34: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3

Allgemeines

• Charakteristische Eigenschaften:

4

Allgemeines

Holz/Holzwerkstoff Bezugsholzfeuchte → GrundlagenRundholz und Vollholz 20% →

DIN 1052:2004, ON EN 336, SIA 265:2003 → ergänzende FestlegungenVollholz mit besonderen Eigenschaften

15 % →Vereinbarung VDZ und BDS

Brettschichtholz 12 % →DIN 1052:2004 verweist auf DIN EN 390:1995, ON EN 390:1994

Weitere Holzprodukte Holzfeuchte bei Normklima (20°C, 65% rel. LF.) →Eigen

• Bezugsholzfeuchte:

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-3

Page 35: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

5

• Definition:

Rundholz

• Zusätzliche Sortiermerkmale:

- Festlegung der Güteklassen erfolgt in der DIN 4074-2 (visuell festigkeitssortiert)- Ergänzende Vorsortierungen mittels dynamischen E-Modulbestimmung

(Ultraschalllaufzeitmessung, Eigenfrequenzmessung) ist anzustreben

6

• Maße und wirksame Querschnittswerte:

Rundholz

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-4

Page 36: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

• Charakteristische Eigenschaften:

Rundholz

Ausgangskennwerte C24 bzw. C30

Erhöhung um rund 20%

DIN 1052:2004 : „Bei nur von Rinde und Bast befreitem Nadelrundholz dürfen in den Bereichen ohne Schwächung der Randzonen um 20 % erhöhte Werte in Rechnung gestellt werden.“→ gilt für Biegefestigkeit, Zug- und Druckfestigkeit und E-Modul parallel zur Faser

SIA 265:2003: „Rundholz kann wie Vollholz behandelt werden.“

8

Schnittholz, Vollholz (VH)

• Definition:

• Anforderungen:

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-5

Page 37: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9

Schnittholz, Vollholz (VH)

• Anmerkung zu den Anforderungen:

10

Vollholz mit besonderen Eigenschaften (VH-B)

• Definition:

• Anforderungen:

• Produktionsanforderungen:

→ ON EN 385 regelt auch die Eigen- bzw. Fremdüberwachung

ON EN 385 unter 7.1.2.1: „Sofern bei allen Keilzinkenverbindungen Probebelastungen nach einer harmonisierten technischen Spezifikation vorgenommen werden, dürfen Probenahme und Prüfung entfallen.“→ „proof loading“-Verfahren

→ Anforderungen für Schnittholz

→ Überwachungsgemeinschaft KVH, Unterscheidung zwischen VH-B Si und NSi

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-6

Page 38: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

‚proof loading‘ - Verfahren

F

F

verschiebbare Klemmeinheitfixe

Klemmeinheit

Jede produzierte KVH-Stange (Längen von 8 m bis 18 m) wird mit einer Prüfbelastung beaufschlagt. Dabei werden festigkeitsmindernde Wuchsmerkmale sowie unzureichend produzierte Keilzinkenverbindungen abhängig vom ‚proof level‘durch Bruch ausgeschieden.

12

‚proof loading‘ - Verfahren

→ 476 Brüche insgesamt

→ entspricht rund 1,80 ‰ der Stangen (415 aus 230.000)

→ entspricht rund 0,05 ‰ der Keilzinkenverbindungen (61 aus 1.240.000)

prozentuelle Verteilung der Bruchformen im Zeitraum von 17.11.2004 bis 31.08.2005

proof level: 7 N/mm²

12,1%

38,7%

3,6%4,8%2,9%

37,8%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

Zinkenbruch LokaleSchrägfaser

GlobaleSchrägfaser

Reaktionsholz Stauchungsriss Sonstige

Bruchursache

rela

tive

Anza

hl [%

]

geprüftes Volumen: 42.500 m³geprüfte Stangen: 230.000 Stückgeprüfte Keilzinkenverbindungen: 1.240.000 Stück

476 Brüche = 61 Zinkenbrüche + 415 Holzbrüche

• Bruchdokumentation:

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-7

Page 39: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

Balkenschichtholz (Duo/Trio)

• Definition:

• Anforderungen:

• Produktionsanforderungen:→ Vollholz mit besonderen Eigenschaften

→ Zulassung Z-9.1-440

14

Balkenschichtholz (Duo/Trio)

• Charakteristische Eigenschaften für VH, VH-B und Duo/Trio

Vergleich Systemfaktoren SIA 265:2003 und DIN 1052:2004

1,2 1,2

1,2

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Anzahl mitw irkender Lamellen

ksys

, kl

ksys nach SIA 265:2003

kl nach DIN 1052:2004

→ Untersuchungen Systembeiwert ksysan der holz.bau forschungs gmbh

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-8

Page 40: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

15

Untersuchungen zum Systembeiwert

• Untersuchungen zum Systembeiwert ksys

• Material

80 80 80 80

320

80 80

160

80

160

• Methoden

16

Untersuchungen zum Systembeiwert

• Ergebnisse

80 80 80 80

320

80 80

160

80

160

B_1_xx B_2_xx B_4_xx

COV % 23,2 % 16,9 % 11,5 %

ksys,05 -- 1,00 ≈ 1,34 ≈ 1,42

fm

Anzahl 74 50 29

mean N/mm² 10700 12600 11500

COV %

N/mm²

N/mm²

--

30,4 % 17,1 % 12,1 %

mean 33,2 38,8 37,0

5%-Quantil (ZV) 22,0 29,5 31,3

ksys,COV 1,00 ≈ 1,07 ≈ 1,23

Em,l

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-9

Page 41: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

Untersuchungen zum Systembeiwert

• Vergleich der Ergebnisse mit bestehenden Normenwerken

Vergleich Systemfaktoren SIA 265:2003 DIN 1052:2004 hbf-Untersuchungen

1,07

1,23

1,21,2

1,2

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Anzahl mitwirkender Lamellen

ksys

, kl

ksys nach SIA 265:2003

kl nach DIN 1052:2004

ksys Biegung nach hbf-Untersuchungen

18

Charakteristische Eigenschaften

• Charakteristische Eigenschaften für VH, VH-B und Duo/Trio

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-10

Page 42: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

19

Charakteristische Eigenschaften

• Charakteristische Eigenschaften für VH, VH-B und Duo/Trio – in Diskussion

Werte noch in Diskussion!

20

• Definition:

Brettschichtholz

• Anforderungen:

• Problematik des Auftrennes von BSH:• Frage: Welche Mindestabmessungen muss der aufgetrennte Querschnitt noch besitzen?

• Die ursprüngliche Sortierklasse aufgetrennter Lamellen kann nach dem Auftrennen meist nicht gehalten werden – vor allem visuelles Sortierkriterium der Astigkeit

→ Forschungsprojekt R. Jöbstl

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-11

Page 43: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

21

Auftrennen von BSH

• Forschungsprojekt: Einfluss des Auftrennens von Brettschichtholz auf die Festigkeit • 105 S13-Lamellen b/h/L = 212/36/4000 mm

• Zufällige Teilung in zwei Serien (Serie 10xx und 20xx), Serie 20xx wird aufgetrennt (21xx, 22xx)

Serie 21xx49 Lamellen

Serie 22xx49 Lamellen

Serie 10xx52 Lamellen

Serie 20xx53 Lamellen

4 Lamellen während der E-Modul Messung gebrochen

Versuchsmaterial105 Lamellen

• Visuelle Nachsortierung der Serien nach ÖNORM DIN 4074:1995 („Einzelastkriterium“, Brett, „Astansammlungskriterium“, Brett)

• Messung der Rohdichte ρ, des dynamischen E-Moduls Edyn und Zug-E-Moduls Et,0 der Serien 10xx, 20xx, 21xx und 22xx, Ermittlung der Zugfestigkeiten ft,0 für 10xx, 21xx und 22xx.

22

Auftrennen von BSH

• Ergebnisse: • Ausbeute: Wesentlicher Einfluss auf die Ausbeute der Sortierklasse

19,2% 17,0%

80,8% 81,1%

2,0%1,9%0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10xx 20xx

20,4% 20,4%

40,8%49,0%

38,8%28,6%

21xx 22xx

S 13S 10S 7< S 7

1

9

43

4

10

20

19

4 110

24

14

26

16

19

2

19

31

14

21xx 20xx 22xx

S 13

S 7< S 7Bruch bei MOE Messung

S 10

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-12

Page 44: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

23

Auftrennen von BSH

• Ergebnisse: • Zug-E-Modul: Das Auftrennen zeigt keinen Einfluss auf den Mittelwert der Zug-E-Moduln,

einzelne aufgetrennte Lamellen weisen Unterschiede bis zu 24% auf.

• Zugfestigkeit: Unterschiede von linken und rechten Bretthälften bis zu 60%

Korrelation der zusammengehörigen Lamellen Zug-Festigkeiten der Serien 21xx und 22xx

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60

Zug-Festigkeiten der Serie 21xx [N/mm²]

Zug-

Fest

igke

iten

der S

erie

22

xx [N

/mm

²]

Korrelation der Zug Elastizitätsmoduli der zugehörigen Lamellen der Serien 21xx und 22xx

7000

9000

11000

13000

15000

17000

7000 9000 11000 13000 15000 17000

Zug E-Modul der Serie 21xx [N/mm²]

Zug

E-M

odul

der

Ser

ie 2

2xx

[N/m

m²]

24

Brettschichtholz

• Problematik der C-Klassen:• Zugfestigkeit ft,0,k der C-Klassen werden aus der Biegefestigkeit fm,k bestimmt

(ft,0,k = 0,6 · fm,k)• Geforderte Kenngrößen der GL-Klassen können anhand des Trägermodells (EN 1194) mit den

C-Klassen zum Teil nicht erreicht werden.Bsp: GL32h (ehemals BS16), Aufbau mit C35 (MS13) → ft,0,l,k = 21,0 N/mm²gefordert fm,g,k = 32,0 N/mm²Funktion aus EN 1194: fm,g,k = 7 + 1,15 · ft,0,l,k = 7 + 1,15 · 21,0 = 31,2 N/mm²

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-13

Page 45: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

25

Trägermodell

• Trägermodell:

F/2

F/2F/2

F/2

Brettlamelle Biege - Zug - Zone

10

15

20

25

30

35

40

45

50

5 10 15 20 25 30 35 40Zugfestigkeit der Lamellen [N/mm²]

Bie

gefe

stig

keit

der B

SH

-Trä

ger [

N/m

m²]

f m,g,k= 7 + 1,15 · f t,0,l,k

T11E9 T15E11 T18E12 T22E12 T26E12

GL24h

GL28h

GL32h

GL36h

19,7

24,3

27,7

32,3

36,9

Gleichungen zur Berechnung der mechanischen Eigenschaften (Auszug aus EN 1194):

fm,g,k = 7 + 1,15 · ft,0,l,k

ft,0,g,k = 5 + 0,8 · ft,0,l,k

fc,0,g,k = 7,2 · ft,0,l,k0,45

E0,g,mean = 1,05 · E0,l,mean

ρg,k = 1,10 · ρl,k

Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit der Lamelle ft,0,l,k und der Biegefestigkeit des Trägers fm,g,k

26

Brettschichtholz

• Querschnittsaufbauten:

- Homogenes BrettschichtholzBrettlamellen entsprechen der gleichen Festigkeitsklasse

- Kombiniertes Brettschichtholz- Symmetrischer Querschnittsaufbau: unterschiedliche Festigkeitsklassen; äußere Bereiche

min. 1/6 der Trägerhöhe auf beiden Querschnittsseiten (min. 2 Lamellen)- Unsymmetrischer Querschnittsaufbau: unterschiedliche Festigkeitsklassen; äußerer

Bereich min. 1/6 der Trägerhöhe auf einer Querschnittsseite (min. 2 Lamellen)

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-14

Page 46: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

27

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

28

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

k,l,0,tk,g,0,t 8,05 ff ⋅+=

k,l,0,tk,g,m 15,17 ff ⋅+=

k,lk,g 10,1 ρρ ⋅=mean,l,0mean,g,0 05,1 EE ⋅=

45,0k,l,0,tk,g,0,c 2,7 ff ⋅=

enBR und EN 1194:1999→ Ermittlung der Trägereigenschaften in Abhängigkeit der Lamelleneigenschaft:

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-15

Page 47: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

29

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

enBR: Funktion → fc,90,g,k = 0,7 · ft,0,l,k0,5

in Zukunft konstanter Wert → Forschungsprojekt TU Graz

EN 1194_NEU: konstanter Wert mit fc,90,g,k = 2,5 N/mm² (in Diskussion)

EN 1194: 1999: Funktion → fc,90,g,k = 0,7 · ft,0,l,k0,5

30

Querdruckfestigkeit von BSH

• Forschungsprojekt A. Ruli: Quer zur Faserrichtung auf Druck beanspruchtes Brettschichtholz

• Zugversuche an 135 # MS10, MS13 und MS17-Lamellen, b/h/L = 45 x 170 x 4000 mm→ Ermittlung von ft,0,l,k und Et,0,g,mean

F

b = 160 mm

200 mm

• Je 40 Querdruckversuche an Probekörpern, b/h/L = 160/160/200 mm, aus dem gleichem Grundmaterial (MS-Lamellen)→ Ermittlung von fc,90,g,k und Ec,90,g,mean

170

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-16

Page 48: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

31

Querdruckfestigkeit von BSH

• Ergebnisse:

Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit des Brettes und Druckfestigkeit quer zur Faser des BSH-Prüfkörpers

0

1

2

3

4

5

6

7

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Zugfestigkeit des Brettes [N/mm²]

Dru

ckfe

stig

keit

quer

zur

Fas

er d

es

BSH

-Prü

fkör

pers

[N

/mm

²].

MesswerteNormfunktion

Fazit aus den Würfeldruckversuchen• Kein Zusammenhang zwischen ft,0,l,k und fc,90,g,k

• Querdruckfestigkeit aus EN 1194 bis zu 50% höher

• Keine Erhöhung der Querdruckfestigkeit bei höheren Festigkeitsklassen

Vergleichende Betrachtung der char. Querdruckfestigkeiten

2,4

3,13,4

2,33 2,33 2,31

0

1

2

3

4

5

6

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

f t,0,l,k [N/mm²]

fc,g

,k [

N/m

m²]

fc,90,g,05 "1194" fc,90,g,05 "Mess"

3%~33 % 47 %

GL 28h GL 32hGL 24h GL 36h

ft,0,l,k [N/mm²]

f c,90

,g,k

[N/m

m²]

32

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

enBR: konstanter Wert mit fv,k = 3,0 N/mm²

EN 1194_NEU: konstanter Wert mit fv,k = 2,5 N/mm² (in Diskussion!)

EN 1194: 1999: „Shear Function“→ fv,g,k = 0,32 · ft,0,l,k0,8

→ Kann die Schubfestigkeit des Trägers fv,g,k zuverlässig über die Zugfestigkeit ft,0,l,k der Lamelle bestimmt werden? → Forschungsprojekt G. Schickhofer

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-17

Page 49: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

33

Loading plate500 / 220 / 40 mm

Support plate350 / 220 / 40 mm

Support plate350 / 220 / 40 mm

Roller bearingØ 50 mm

50 350 1420 1420 350

100

500300

100

1520 1520 750

1570 500 2020

1820 2270

60

128

352

608

128

100 60220

Free span = 5 * 608 mm= 3040 mm

Web

Lower flange

Upper flange

Schubfestigkeit von BSH

• Forschungsprojekt: Determination of Shear Strength Values for GLT using Visual and Machine Graded Spruce Laminations

• Dreipunkt und Vierpunkt-Biegeversuche von I- Querschnitten mit einem L:H-Verhältnis von 5:1

• Einsatz von visuell und maschinell sortierten Lamellen → BSH-Klassen BS11, BS14, BS 16 und BS 18

725 25050

250 1450 25050

250 725Loading plate2 x 250 / 150 / 40 mm

Support plate300/150/40 mm

Support plate300/150/40 mm

Support plate2x350/150/40 mm

50 300 1275 35050

350 1275 300 50200 1565 470 1565 200

4000

25 100 25

6419

2

320

64

150Roller bearingØ 50 mm

BS14(S13)1)

BS14(S13)1)

BS14(S13)1)

220100 60

128

128

608

352

60

BS14(S13)1)

BS14(S13)1)

BS14(S13)1)

150100 25

64

320

192

64

25

34

Schubfestigkeit von Brettschichtholz

• Schubfunktion aus EN 1194 konnte nicht bestätigt werden: Schubfestigkeit des Trägers fällt mit steigender Zugfestigkeit der Lamellen

• Weiters: Astigkeit kann die Schubfestigkeit erhöhen („Dübeleffekt“)

16,663,59

2,50

2,70

2,90

3,10

3,30

3,50

3,70

3,90

4,10

4,30

4,50

10 14 18 22 26 30

Tensile Strength [N/mm²]

Shea

r Stre

ngth

[N/m

m²]

14,52,7

18,03,2

22,03,8

26,04,312,62

3,9020,473,69

28,043,12

C24 C30 C35 C40

14,5 3,77

Shear function in accordance to EN

Machine gradedlaminations

Visually gradedlamiantions

• Ergebnisse:

3,0 (enBR)

• Konsequenz daraus: Einführung eines konstanten Schubkennwertes fv,k für alle Festigkeitsklassen

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-18

Page 50: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

35

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

mean,l,0mean,g 065,0 EG ⋅=mean,l,0mean,g,90 035,0 EE ⋅=

enBR und EN 1194:1999→ Ermittlung der Trägereigenschaften in Abhängigkeit der Lamelleneigenschaft:

In Zukunft: enBR und EN 1194_NEU: → konstante Kenngrößen (Werte noch in Diskussion)

E90,g,mean = 300 N/mm² Gg,mean = 650 N/mm²

36

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften:

zu 1) Vorfaktor 5/6 → Streuung der E-Modul-Mittelwerte = 10%

zu 4) kh = „Volumenfaktor“ → Erhöhung der Kenngrößen für Biegung und Schub

zu 5) ksys = „Systemfaktor“ → Erhöhung der Kenngrößen für Biegung und Schub

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-19

Page 51: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

37

Brettschichtholz

• Charakteristische Eigenschaften – künftige Änderungen (noch in Diskussion)

In Diskussion: Einführung des Produktes (EG)05 als neuen „Materialkennwert“ –Einsatz beim Stabilitätsnachweis „Kippen“

→ Forschungsbedarf notwendig!

(EG)05

KontaktUniv.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

3 Kapitel 3 – Baustoffeigenschaften

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 3-20

Page 52: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

4 Kapitel 4 – Modellbildung

Vortrag 4: Kapitel 4 – Modellbildung

Georg Hochreiner

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 4-1

Page 53: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

4 Kapitel 4 – Modellbildung

Vortrag stand zum Zeitpunkt der Drucklegung nicht zur Verfugung.

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 4-2

Page 54: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

Vortrag 5: Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

Gianluigi Traetta

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-1

Page 55: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kapitel 5

Gebrauchstauglichkeit

G. Traetta

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops ’05

• Allgemeines

• Gebrauchstauglichkeit

• Verformungen

• Schwingungen

• Lastfallkombinationen

• Verformungsnachweise (anhand eines Beispieles)• Beispiel 1: Kehlbalkendach

• Schwingungsnachweise (anhand eines Beispieles)• Beispiel 2: Zweifeldrige Wohnungsdecke• Fußgängerbrücke

Inhalt

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-2

Page 56: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Gebrauchstauglichkeit

• Funktionstüchtigkeit (Schäden)

• Erscheinungsbild

• Benutzbarkeit (Komfort)

Allgemeines

Gebrauchstauglichkeit

• Funktionstüchtigkeit (Schäden)

• Erscheinungsbild

• Benutzbarkeit (Komfort)

Allgemeines

Begrenzung der Verformungen

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-3

Page 57: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Gebrauchstauglichkeit

• Funktionstüchtigkeit (Schäden)

• Erscheinungsbild

• Benutzbarkeit (Komfort)

Allgemeines

Begrenzung der Schwingungen

(Schwingungsparameter)

Begrenzung der Verformungen

Lastfallkombinationen• Charakteristische (seltene) Kombination

• Quasi-ständige Kombination

Allgemeines

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-4

Page 58: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Lastfallkombinationen• Charakteristische (seltene) Kombination

• Quasi-ständige Kombination

Allgemeines

∑∑>≥

⋅++1

ik,i0,k,11

jk,ij

QQG ψ

Lastfallkombinationen• Charakteristische (seltene) Kombination

• Quasi-ständige Kombination

Allgemeines

∑∑>≥

⋅++1

ik,i0,k,11

jk,ij

QQG ψ

∑∑>≥

⋅+1

ik,i2,1

jk,ij

QG ψ

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-5

Page 59: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Lastfallkombinationen• Charakteristische (seltene) Kombination

• Quasi-ständige Kombination

Allgemeines

∑∑>≥

⋅++1

ik,i0,k,11

jk,ij

QQG ψ

∑∑>≥

⋅+1

ik,i2,1

jk,ij

QG ψ

Verformungsnachweise

1,00 1,004,00 4,00

3,25

2,71

10,00 m

5,96

m

g = 1,00 kN/m²k

g = 1,00 kN/m²k

g = 2,50 kN/m²k

Kehlbalken 2 x 60 / 180 mm

Sparren 140 / 180 mm

Bundtram 140 / 240 mm

e = 0,85 m

e = 0,85 m

e = 0,85 m

= 50 ° = 50 °

s = 1,50 kN/m²k

w = 0,80 kN/m²

k

w =

0,80

kN/m

²

k

m

3,54

2,12

2,12

10,00 m

11,90 m

Kehlbalken2 x 60 / 180 mm

Sparren140 / 180 mm

Bundtram140 / 240 mm

5,96

m

Wand Wand Wand

WindrispenbänderBl 50 / 3 mm

14 x 0,85 m

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Grenzwerte der Verformungen (Empfehlung)

Beispiel 1: Kehlbalkendach

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-6

Page 60: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Verformungsnachweise

1,00 1,004,00 4,003,

252,

7110,00 m

5,96

m

g = 1,00 kN/m²k

g = 1,00 kN/m²k

g = 2,50 kN/m²k

Kehlbalken 2 x 60 / 180 mm

Sparren 140 / 180 mm

Bundtram 140 / 240 mm

e = 0,85 m

e = 0,85 m

e = 0,85 m

= 50 ° = 50 °

s = 1,50 kN/m²k

w = 0,80 kN/m²

k

w =

0,80

kN/m

²

k

m

3,54

2,12

2,12

Sparren aus Vollholz C30, 140/180 mm

l = 7780 mm

Emean = 12.000 N/mm2

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten

Veränderliche Einwirkungen:

Wind

Schnee (h > 1000 m)

Beispiel 1: Kehlbalkendach

Verformungsnachweise - Beispiel

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,9 mm

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-7

Page 61: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,9 mm

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,9 mm

) ∑>

⋅+1

ik,i0,k,12

iQQ ψ

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-8

Page 62: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,9 mm

) ∑>

⋅+1

ik,i0,k,12

iQQ ψ

= 19,1 +

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

) ∑>

⋅+1

ik,i0,k,12

iQQ ψ

= 19,1 += 19,1 + 0,7 ·

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-9

Page 63: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

) ∑>

⋅+1

ik,i0,k,12

iQQ ψ

= 19,1 + 0,7 ·= 19,1 + 0,7 · 9,5= 19,1 + 0,7 · 9,5 = 25,7 mm

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 +

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-10

Page 64: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

= 25,7 +

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 +

)∑≥1

jk,1

jG

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-11

Page 65: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 +

)∑≥1

jk,1

jG

= 25,7 + (3,75 +

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 + (3,75 +

)∑>

⋅1

ik,i2,3

iQψ

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-12

Page 66: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 + (3,75 +

)∑>

⋅1

ik,i2,3

iQψ w3

3) = 0 · 19,1 + 0,2 · 9,9 = 1,98 mmw33) = 0 · 19,1 + 0,2 · 9,9 = 1,98 mm

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 + (3,75 +

)∑>

⋅1

ik,i2,3

iQψ w3

3) = 0 · 19,1 + 0,2 · 9,9 = 1,98 mmw33) = 0 · 19,1 + 0,2 · 9,9w33) = 0 · 19,1 + 0,2 · 9,5 = 1,9 mm

= 25,7 + (3,75 + 1,9) ·

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-13

Page 67: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 + (3,75 += 25,7 + (3,75 + 1,9) ·= 25,7 + (3,75 + 1,9) · 0,6

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 25,7 + (3,75 += 25,7 + (5,65) · 0,6 mm

= 5,65 · (1 + 0.6)

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-14

Page 68: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 29,1 mm

= 5,65 · (1 + 0.6)= 5,65 · (1 + 0.6)

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

Ständige Einwirkung:

Eigengewicht + Auflasten → w1,(G) = 3,75 mm

Veränderliche Einwirkungen:

Wind → w3,(Q1) = 19,1 mm (führend)

Schnee → w3,(Q2) = 9,5 mm

= 25,7 mm

= 29,1 mm

= 9,1 mm

Berechnung der Verformungen (Durchbiegungen)

Verformungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-15

Page 69: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Begrenzung der Verformungen (Empfehlung)

25,7 mm

29,1 mm

9,1 mm

<

<

<

Verformungsnachweise - Beispiel

= 25,9 mm

= 38,9 mm

= 31,1 mm

Gebrauchstauglichkeit

• Funktionstüchtigkeit (Schäden)

• Erscheinungsbild

• Benutzbarkeit (Komfort)

Schwingungsnachweise

Begrenzung der Schwingungen

(Schwingungsparameter)

Begrenzung der Verformungen

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-16

Page 70: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Schwingungsnachweise

Begrenzung der Schwingungen

(Schwingungsparameter)

Begrenzung der Verformungen

Gebrauchstauglichkeit

• Funktionstüchtigkeit (Schäden)

• Erscheinungsbild

• Benutzbarkeit (Komfort)

• Deckenkonstruktionen

• Fußgängerbrücken

Bei Wohnungsdecken Schwingungen meist hervorgerufen durch:

• Maschinen

• Menschen

Schwingungsnachweise

Durch Menschen verursachten:

• Oft wiederholten Einwirkungenbeim Gehen bzw. Laufen

• Impulse mit längerer Einwirkungsdauer(z. B.: Fußauftritt beim Gehen)

• Impulse mit kürzerer Einwirkungsdauer(z. B.: „heel drop“)

Anforderung an die Frequenz

Anforderung an die Steifigkeit

Anforderung an die Masse

Nachweise

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-17

Page 71: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Schwingungsnachweise - Beispiel

Beispiel 2: Zweifeldrige Wohnungsdecke (mit schwimmenden Bodenaufbau)

lmin = 4,0 m

lmax = 5,0 m

b = 6,0 m

EBalken = 11000 N/mm2

EEstrich = 21000 N/mm2

(EI)l = 2,5·106 Nm2/m

(EI)b = 0,2·106 Nm2/m

m = gk + qk ·ψ2m = 234 kg/m2

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Frequenz (Resonanz)

Schwingungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-18

Page 72: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

( )mEIkf l⋅⋅= 2f1 2l

π

Schwingungsnachweise - Beispiel

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Frequenz (Resonanz)

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

( )mEIkf l⋅⋅= 2f1 2l

π

Schwingungsnachweise - Beispiel

Anforderung an die Frequenz (Resonanz)

= 1,15

1,15

/

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-19

Page 73: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

( )mEIkf l⋅⋅= 2f1 2l

π

Schwingungsnachweise - Beispiel

Anforderung an die Frequenz (Resonanz)

= 1,15

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-20

Page 74: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw

( ) ( )mm

37431000

250b

750F ,,

2l, EIEI

Fw⋅⋅

⋅=l( ) ( )

mm 0,43 3743

1000250

b750F =⋅⋅

⋅= ,,

2l, EIEI

Fwl

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-21

Page 75: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw0,43 mm

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

0,43 mm

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw1,25 ·

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-22

Page 76: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

0,43 mm

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw1,25 ·

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Steifigkeit

Schwingungsnachweise - Beispiel

0,43 mm

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw1,25 ·

/

= 0,37

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

0,43 mm

mm 4121F ,⋅⋅≤ rrw1,25 ·1,25 · 0,371,25 · 0,37 · 1,4 mm0,65 mm<

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-23

Page 77: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Masse

Schwingungsnachweise - Beispiel

( ) mm/s 10031

1000 11 −⋅⋅≤ ζfv,

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Masse

Schwingungsnachweise - Beispiel

( ) mm/s 10031

1000 11 −⋅⋅≤ ζfv,

( )mm/s 604041000 40

l,,⋅⋅⋅+⋅

⋅=bm

nv

= 5

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-24

Page 78: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Masse

Schwingungsnachweise - Beispiel

( ) mm/s 10031

1000 11 −⋅⋅≤ ζfv,

( )mm/s 604041000 40

l,,⋅⋅⋅+⋅

⋅=bm

nv ( ) mm/s 1,93 604041000 40 =⋅⋅⋅+⋅

⋅=l

,,bm

nv

= 5

lmin = 4,0 m lmax = 5,0 m b = 6,0 m f1 = 7,5 Hz ζ = 0,03

m = 234 kg/m2 (EI)l = 2,5·106 Nm2/m (EI)b = 0,2·106 Nm2/m

Anforderung an die Masse

Schwingungsnachweise - Beispiel

( ) mm/s 10031

1000 11 −⋅⋅≤ ζfv,

1,93 mm/s 21,7 mm/s<

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-25

Page 79: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Zusätzlicher Nachweis: Begrenzung der Schwingbeschleunigung

Schwingungsnachweise

Zusätzlicher Nachweis: Begrenzung der Schwingbeschleunigung

Schwingungsnachweise

… (2) … (3) … (4) … (5) …

( )2

F

1

22

F

1gen

1i0

21

1 40

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅+

⎥⎥

⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⋅⋅

⋅≈

ff

ff

MfFa

ζ

α,

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-26

Page 80: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Zusätzlicher Nachweis: Begrenzung der Schwingbeschleunigung

Schwingungsnachweise

… (2) … (3) … (4) … (5) …

( )2

F

1

22

F

1gen

1i0

21

1 40

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅+

⎥⎥

⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⋅⋅

⋅≈

ff

ff

MfFa

ζ

α,

Zusätzlicher Nachweis: Begrenzung der Schwingbeschleunigung

Schwingungsnachweise

… (2) … (3) … (4) … (5) …

( )2

F

1

22

F

1gen

1i0

21

1 40

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⋅+

⎥⎥

⎢⎢

⎡−⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⋅⋅

⋅≈

ff

ff

MfFa

ζ

α,

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-27

Page 81: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Fußgängerbrücken

Schwingungsnachweise

Vertikalschwingung Horizontalschwingung

Schwingungsnachweise

Fußgängerbrücken

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-28

Page 82: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Schwingungsnachweise

Kontakt

DI

Gianluigi Traetta+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

Univ.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

5 Kapitel 5 – Gebrauchstauglichkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 5-29

Page 83: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

Vortrag 6: Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

Harald Krenn

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-1

Page 84: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kapitel 6

Grenzzustände derTragfähigkeit

H. Krenn

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops ´05

2

• 6.1 Allgemeines

• 6.2 Lastfallkombinationen der Einwirkungen

• 6.3 Querschnittsnachweise

• 6.4 Nachweise für Querschnitte mit kombinierter Beanspruchung

• 6.5 Stabilität von Bauteilen

Gliederung Kapitel 6 – Tragfähigkeit

• 6.6 Bauteile mit veränderlichem Querschnitt und/oder gekrümmter Stabachse

• 6.7 Ausklinkungen, Einschnitte, Durchbrüche und Queranschlüsse

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-2

Page 85: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3

• Definition: „Grenzzustände der Tragfähigkeit“„Zustände, die im Zusammenhang mit Einsturz oder anderen Formen des Tragwerksversagens stehen.“

• Sicherheit von Personen und/oder• Sicherheit des Tragwerks

• Geltungsbereich des Kapitels 6• Bauteile aus Holz (Materialien aus Kapitel 3)• kombinierte Bauteile (Verbundquerschnitte)

• Bemessungsquerschnitt/Nettoquerschnitt• Abmessungen im Gebrauchszustand• Nachweis

6.1 Allgemeines

4

• ON EN 1990:2003 – „Grundlagen der Tragwerksplanung“

6.2 Lastfallkombinationen der Einwirkungen

• Außergewöhnliche LFK (z. B. Brand oder Anprall):

∑∑>≥

⋅+⋅++1i

ik,i2,k,12,11j

jk, QQPG ψψ

• Erdbebeneinwirkung:

∑∑≥≥

⋅+++1i

ik,i2,Ed1j

jk, QAPG ψ

∑∑>≥

⋅⋅+⋅+⋅+⋅1i

ik,i0,iQ,k,1Q,1P1j

jk,jG, QQPG ψγγγγ

• Lastfallkombinationen• Ständige oder vorübergehende LFK (Grundkombination):

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-3

Page 86: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

5

• Zug• parallel zur Faserrichtung• quer zur Faserrichtung (kvol)

• Druck• parallel zur Faserrichtung• quer zur Faserrichtung (kc,90)

• Verstärkungsmaßnahmen

• unter einem Winkel α zur Faserrichtung

• Biegung• parallel zur Faserrichtung• quer zur Faserrichtung (z. B. QS-Platte)

6.3 Querschnittsnachweise

• Schub/Abscheren/Torsion

6

• Allgemeines

6.4 Kombiniert beanspruchte Querschnitte

• Biegung und Zug

• Biegung und Druck

Biegung + Druck

1dm,z,

dm,z,

dy,m,

dy,m,2

dc,0,

dc,0, ≤++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

fffσσσ

Biegung + Zug

1z,dm,

z,dm,

y,dm,

y,dm,

t,0,d

t,0,d ≤++fffσσσ

max

vorh

NN

max

vorh

MM

1

1

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-4

Page 87: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

• Knicken• Nachweis nach Theorie II. Ordnung• Nachweis nach dem Ersatzstabverfahren

6.5 Stabilität von Bauteilen

1dm,z,

dm,z,

dy,m,

dy,m,2

dc,0,

dc,0, ≤++⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

fffσσσ

1dz,m,

dz,m,

dm,y,

dm,y,

dc,0, c

dc,0, ≤++ fffkσσσ

• Kippen• Nachweis nach dem Ersatzstabverfahren

• Beulen• Einhaltung von geometrischen Randbedingungen

8

• Allgemeines• Anschnitte• Richtungsänderungen

• Gevoutete Bauteile

6.6 Bauteile mit veränderlichem Querschnitt

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-5

Page 88: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9

• Allgemeines• Anschnitte• Richtungsänderungen

• Gevoutete Bauteile

6.6 Bauteile mit veränderlichem Querschnitt

• Satteldachträger, gekrümmte Träger• gerade Unterkante• geneigte Unterkante

10

• Allgemeines• Anschnitte• Richtungsänderungen

• Gevoutete Bauteile

6.6 Bauteile mit veränderlichem Querschnitt

• Satteldachträger, gekrümmte Träger• gerade Unterkante• geneigte Unterkante

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-6

Page 89: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

• Ausklinkungen

6.7 Nachweise für Sonderbauteile

12

• Ausklinkungen

6.7 Nachweise für Sonderbauteile

• Einschnitte

• Durchbrüche• Gegenüberstellung der unterschiedlichen Berechnungsmodelle• Darlegung von Versuchsergebnissen

• Queranschlüsse

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-7

Page 90: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

6.3.5 Querdruck – Definition

Franz Kollmann: “Technologie des Holzes und der Holzwerkstoffe“, Berlin/Göttingen, 1952.

„Es ist irreführend von Querdruckfestigkeit zu sprechen, da beim Querdruck-versuch keine Höchstspannung auftritt, sondern die Last beliebig gesteigert werden kann, wobei das Holz verfestigt wird.“

... „Infolgedessen ist bei Druckbelastung quer zur Faser die Formänderungmaßgebend.“

August Föppl: “Die Druckfestigkeit des Holzes in der Richtung quer zur Faser“, TU München, 1904.

„Es gibt keinen Zweifel, dass die Schwellenfestigkeit bei längeren Schwellen erheblich mehr als doppelt so hoch wie die einfache Querfestigkeit angesetzt werden kann.“

14

6.3.5 Querdruck – Definition

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-8

Page 91: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

15

• Auflagerdruck• Randauflager• Zwischenauflager

• Schwellendruck• Randelement• Regelelement

• Allgemein• Stützen- bzw. Wanddurchführung

• Brückenbau• Druckfläche von quer vorgespannten Fahrbahnplatten

6.3.5 Querdruck – Definition

16

• ÖNORM B4100-2:2004• Wertebereich: 0,8 – 1,8• Erhöhte Eindrückungen• Berücksichtigung von kurzen

Druckflächen

• SIA 265:2003• Wertebereich: 1,0 – 2,15• Erhöhte Eindrückungen

• DIN 1052:2004• Wertebereich: 1,0 – 1,75• Vergrößerte Druckfläche

• prEN 1995-1-1:2003• Wertebereich: 1,0 – 4,0

6.3.5 Querdruck – Bemessungsmodelle (kc,90)

• enBR• Wertebereich: 1,0 – 2,2• Berücksichtigung von kurzen

Druckflächen (l ≤ 150 mm)• Werte für erhöhte

Eindrückungen• Verstärkungsmaßnahmen

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-9

Page 92: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

6.3.5 Querdruck – Bemessungsmodelle

E-Modul

1,81,5

?

18

6.3.5 Querdruck – Versuche

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-10

Page 93: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

19

6.3.5 Querdruck – Versuche

20

• Durchbrüche• kreisrunde oder rechteckige Öffnung• vorwiegend in BSH

• Anwendungsbereich• Hallenbau

6.7.4 Durchbrüche

• Definition: Durchbruch lt. enBR

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-11

Page 94: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

21

6.7.4 Durchbrüche – Definition

Durchbruch: d ≥ 0,10 h

hu ≥ 0,25 h

ho ≥ 0,25 h

d ≤ 0,40 h

22

6.7.4 Durchbrüche – Definition

Kein Durchbruch: d < 0,10 h

hu ≥ 0,25 h

ho ≥ 0,25 h

d ≤ 0,40 h

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-12

Page 95: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

23

6.7.4 Durchbrüche – Bemessungsmodelle

• Für rechteckige Durchbrüche ist eine Analogie schlüssig

• prEN 1995-1-1:2003• bruchmechanischer Hintergrund• berücksichtigt Querkraft und Größeneffekt

v,dvd fk ⋅≤τ

ef

dd 2

1,5hbV⋅⋅⋅

M

modkv,v,d γ

kff

⋅=

( )⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⋅+

⋅−

=h

hk0,5

0,51,11

16,51;minv

αα

hh⋅

=0,5

efα

24

6.7.4 Durchbrüche – Bemessungsmodelle

• DIN 1052:2004.08

• Momenteneinfluss und Lastverteilungslänge lt,90 sind zu hinterfragen

• Spannungskriterium• berücksichtigt Querkraft und Biegemoment

t,90

t,90,dt,90,d 0,5 l⋅⋅

=b

M

modkt,90,t,90,d γ

kff

⋅=

( ) ( )⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅−

⋅⋅

= 2

2

dV,dt,0,73

40,7

hd

hdVF

t,90,dt,90,d f≤σ

M,dt,V,dt,t,90,d FFF +=

dhMF d

⋅−⋅⋅=

0,350,50,008M,dt,

hd ⋅+⋅= 0,50,353t,90l

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-13

Page 96: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

25

6.7.4 Durchbrüche – Bemessungsmodelle

• Forschungsarbeit von AICHER (WCTE 2004)

• Methode der Finiten Elemente• Materialmodell für Holz

• Spannungskriterium• berücksichtigt zusätzlich den Größeneinfluss

calib

1

refdist,90,dt,90,d Ω

Ω kkfm

⋅⎥⎥

⎢⎢

⎡⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛⋅⋅≤σ bd ⋅⋅= 20,192Ω

hd

hbM

hd

hbV

2dd

t,90,d0,60,821,23

23

⋅⋅

+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛ +⋅⋅

=σ2,041,881,831,79kdis

10 h5 h0-2 hM/V ∞

26

6.7.4 Durchbrüche – Versuche

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-14

Page 97: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

27

6.7.4 Durchbrüche – Versuche

• Geometrie• Abmessungen der Versuchskörper• zu erfassende Einflüsse

d = 180 mm (0,4 h)Serie 04d = 135 mm (0,3 h)Serie 03d = 90 mm (0,2 h)Serie 02

28

6.7.4 Durchbrüche – Versuche

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-15

Page 98: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

29

6.7.4 Durchbrüche – Versuche

~45°

30

6.7.4 Durchbrüche – Versuche

Last-Verformungs-Diagramm für alle Träger

0 kN

20 kN

40 kN

60 kN

80 kN

100 kN

120 kN

140 kN

160 kN

180 kN

-30 mm-25 mm-20 mm-15 mm-10 mm-5 mm0 mm

Träger 1

Träger 2

Träger 3

Träger 4

Träger 5

Träger 6

Träger 7

Träger 8

Träger 9

Serie 02

Serie 03

Serie 04

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-16

Page 99: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

31

6.7.4 Durchbrüche – Ergebnisse

Gewicht Einzel-träger

Vol-umen

Roh-dichte

Bruchlast aus den

Versuchen

Mittelwerte der jeweiligen

Versuchsserie

Traglast nach FE-Rechnung

Tragfähigkeit nach Modell

AICHER

Tragfähigkeit nach enBR und

DIN 1052

[kg] [m³] [kg/m³] [kN] [kN] [kN] [kN] [kN]

Träger Nr. 1 (04.1) 89,0 0,2021 440 78,1

Träger Nr. 3 (04.3) 86,4 0,2021 427 86,9

Träger Nr. 2 (04.2) 88,4 0,2021 437 96,4

Träger Nr. 4 (03.1) 98,6 0,2035 485 109,8

Träger Nr. 6 (03.3) 95,4 0,2035 469 120,5

Träger Nr. 5 (03.2) 97,6 0,2035 480 129,6

Träger Nr. 8 (02.2) 105,4 0,2044 516 161,2

Träger Nr. 7 (02.1) 104,4 0,2044 511 166,1

Träger Nr. 9 (02.3) 108,2 0,2044 529 173,7

Bezeichnung

87,2

120,0

167,0

130,0

149,1

68,4

106,9

82,2

69,7

82,6

102,9

88,0

87,2 kN

167,0 kN

120,0 kN

0

25

50

75

100

125

150

175

Serie 04 Serie 03 Serie 02

Einz

ella

st in

Trä

germ

itte

[kN

]

Tragfähigkeit nachenBR und DIN 1052

Mittelwerte derjeweiligenVersuchsserie

Traglast nach FE-Rechnung

Tragfähigkeit nachModell AICHER

32

• Aufgeklebte Laschen• Eingeklebte Gewindestangen• Selbstbohrende

Holzschrauben

6.7.4 Durchbrüche – Verstärkungsmöglichkeiten

Verstärkung mittels Gewindestangen• Berechnungsmöglichkeit• Normativ derzeit nur nach

enBR bzw. DIN 1052:2004

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-17

Page 100: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

33

• Variation der Trägerabmessungen• h/l-Verhältnis• d/h-Verhältnis

• Variation der Schnittgrößen• M/V-Verhältnis• Zusätzliche N-Beanspruchung

• Anwendung von Verstärkungsmaßnahmen• Eingeklebte Gewindestangen• Selbstbohrende Holzschrauben

• Parallele FE-Berechnungen• Entwicklung und/oder Erweiterung eines Materialmodells

6.7.4 Durchbrüche – Forschungsbedarf

34

Forschungsbedarf im Kapitel 6

• Druck rechtwinklig zur Faserrichtung• Verstärkungsmaßnahmen generell• Stabilität

• Theorie II. Ordnung• Kippen• Kombinierte Beanspruchung (N + M)• Beulen

• Angeschnittene Träger• Kombinierte Beanspruchung• Bemessung bei Verwendung von Decklamellen

• Einschnitte• Modellbildung, Spannungsspitzen• Gebrauchstauglichkeit

• Durchbrüche in Holzwerkstoffen

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-18

Page 101: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kontakt

DI (FH)

Harald Krenn+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

Univ.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

6 Kapitel 6 – Grenzzustande der Tragfahigkeit

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 6-19

Page 102: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

Vortrag 7: Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

Werner Guggenberger

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-1

Page 103: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Kapitel 6.5

STABILITÄTVON BAUTEILEN

Ao.-Prof. Dr. Werner Guggenberger

Graz, 25. November 2005

Grazer Holzbau-Workshop 2005

.

• Einleitung: Modernes Konzept zur Traglast- berechnung von Holzkonstruktionen

• Grundlagen eines modernen Traglastkonzeptes—> Materielle Nichtlinearität (inkl. Materialversagen) von Grundmaterial & Verbindungen—> Geometrische Nichtlinearität—> Geometrische (Ersatz–) Imperfektionen—> max. Automatisierung; robuste

NL

Algorithmen

• 1. Anwendungsfall: Knicktraglast des gelenkig gelagerten Druckstabes; Knickabminderungsfaktor

• 2. Anwendungsfall: Biegedrillknicken

• Zusammenfassung —> aktueller Forschungsbedarf

Inhalt

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-2

Page 104: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Modernes Konzept zur Traglastberechnungvon Holzkonstruktionen

• Stabtragwerke (2D, 3D – Rahmen & Fachwerke)—> Nachgiebigkeit der Verbindungsmittel (optional)

• Unabhängigkeit von der Systemart—> einfache Systeme: Bauteile—> komplexe Systeme: Konstruktionen

• Einheitlichkeit der theoretischen Grundlagen

• Resultatkonsistenz für alle Systemkonfigurationen

• Vergleich:Traglastberechnung - aktuelle Normenfestlegungen

Einleitung

.

• Vergleich:Traglastberechnung

-

aktuelle Normenfestlegungen

—> Interpretationen und Formel-Erklärungen—> Ermöglichung von grundlegendem Verständnis—> Feststellung eventueller Unzulänglichkeiten—> Vorschläge für Verbesserungen/ Erweiterungen

FRAGEN:

—> Inwieweit reflektieren d. gegenwärtigen Normen- regelungen diesen ‚Traglast‘ – Background ?—> Wo sind Anpassungen, Erweiterungen oder Verallgemeinerungen notwendig ?

LITERATUR:

Glos (1978), Blass (1987, 1988)

Einleitung

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-3

Page 105: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Grundlagen eines modernen Traglast-konzeptes

—> Materielle Nichtlinearität (

MNL

)

1D Spannungs–Dehnungsdiagramme

—> Festlegung der Form—> Festlegung der Materialparameter für relevante Bauholzarten

Berechnung von Interaktionsdiagrammen

N/N

pl

– M/M

pl

.—> zur Verwendung in Fliessgelenkmodellen—> liegen prinzipiell auf der unsicheren Seite.

Grundlagen

.

—> 1D–Spannungs–Dehnungsdiagramme

Direkt berücksichtigt in Stab–Fasermodellen:

—> Fliesszonenentwicklung darstellbar—> über den Querschnitt und in Stablängsrichtung

• Vereinfachte Beschreibung durch 5 signifikante (als deterministisch anzusehende) Materialparameter—> E–Modul E

II

—> Druckfestigkeit f

c

—> Biegezugfestigkeit f

m

(Verhältniswert

αααα

= f

m

/f

c

)—> Plastische Plateaus

ββββ

c

= (

εεεε

cU

εεεε

cY

)/

εεεε

cY

;

ββββ

m

(= 0)

• Beispiele für Materialparameter (C24–C40) in N/mm

2

f

c

= 21–26; f

m

= 24–40; E

II

= 2/3 x 11000–14000.

Grundlagen

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-4

Page 106: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

1D Spannungs-Dehnungsdiagramm

fc

ft

εc,y εc,u

εt,yεt,u

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc

βt = εt,u/εt,y-1

βc = εc,u/εc,y-1

E = fc/εc,y

.

—> Querschnitts–Interaktionsdiagramme n – m (n = N/N

pl

, m = M/M

pl

)

• Variation von

αααα

= f

m

/f

c

—>

FALL 1

: linear–elastisch (E) ............

Referenzfall

—>

FALL 2

: voll–plastisch (P) ............

Referenzfall

—>

FALL 3

: Zugbereich (E), Druckbereich (P)

• Variation der plastischen Dehn–Plateaus (für

αααα

= 1.0)—>

FALL 4.a:

Zugplateau

ββββ

m

—>

FALL 4.b:

Druckplateau

ββββ

c

• Variation der plastischen Dehn–Plateaus (für

αααα

= 1.5)—>

FALL 5.

Grundlagen

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-5

Page 107: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 1: 1D Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y = εc,u

fc

ft

εt,y = εt,u

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc ... variabel

βt = εt,u/εt,y-1 = 0

βc = εc,u/εc,y-1 = 0

.

Fall 1 - Interaktionsdiagramm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

α=0.5α=0.75α=1.0α=1.25α=1.5α=1.75α=2.0

βt = 0

βc = 0

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-6

Page 108: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 2: 1D Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

ft

εt,y

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc ... variabel

βt = εt,u/εt,y-1 = inf.

βc = εc,u/εc,y-1 = inf.

.

Fall 2 - Interaktionsdiagramm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

α=0.5α=0.75α=1.0α=1.25α=1.5α=1.75α=2.0

βt = inf.

βc = inf.

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-7

Page 109: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 3: 1D Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

ft

εt,y = εt,u

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc ... variabel

βt = εt,u/εt,y-1 = 0

βc = εc,u/εc,y-1 = inf.

.

Fall 3 - Interaktionsdiagramm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

α=0.5α=0.75α=1.0α=1.25α=1.5α=1.75α=2.0

βt = 0

βc = inf.

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-8

Page 110: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 4a: Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

ft

εt,u εt,y

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc = 1

βt ... variabel

βc = εc,u/εc,y-1 = inf.

.

Fall 4a - Interaktionsdiagramm

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

βt=1.0βt=1.5βt=2.0βt=3.0βt=4.0βt=inf.

α = 1

βc = inf.

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-9

Page 111: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 4b: Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

ft

εt,y = εt,uεc,u

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc = 1

βt = 1

βc ... variabel

.

Fall 4b - Interaktionsdiagramm

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

βc=infβc=4.0βc=3.0βc=2.0βc=1.5βc=1.0

βc=βt=inf

α = 1.0

βt = 1.0

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-10

Page 112: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 5a: Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

ft

εt,u εt,y

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc = 1.5

βt ... variabel

βc = εc,u/εc,y-1 = inf.

.

Fall 5a - Interaktionsdiagramm

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

βt=1.0βt=1.5βt=2.0βt=3.0βt=4.0βt=inf.

α = 1.5

βc = inf.

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-11

Page 113: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Fall 5b: Spannungs-Dehnungsdiagramm

εc,y

fc

εt,y = εt,uεc,u

ft

σc

εc

σt

εt

α = ft/fc = 1.5

βt = 1

βc ... variabel

.

Fall 5b - Interaktionsdiagramm

0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

−1

−0.8

−0.6

−0.4

−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

m=M/Mpl

n=N/Npl,c

βc=infβc=4.0βc=3.0βc=2.0βc=1.5βc=1.0

βc=βt=inf

α = 1.5

βt = 1.0

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-12

Page 114: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

—> Geometrische Nichtlinearität (GNL)

• konstituierend für ein Stabilitätsproblem;zusammen mit MNL konstituierend für ein Traglast-problem (GNL + MNL + Imperfektionen)

• Einfachstes und oft ausreichendes Modell:—> Theorie 2. Ordnung (für Stabtragwerke)—> problematisch bei Schnittkraftumlagerungen

• Einfachstes theoretisch konsistentes Modell—> Theorie 3. Ordnung Theorie moderater Verformungen/Rotationen konsistente quadratische Approx. d. Verzerrung

• Vollständige, geometrisch exakte Modelle

Grundlagen

.

—> Theorie 2. Ordnung

• Destabilisierender Einfluss der primären Druck-normalspannungen—> ‚Abtriebslasten‘ qz,AB; qy,AB, mt,AB—> zufolge Verformungen und Imperfektionen

• Verstärkungsfaktoren v (... Dischinger–Faktoren)—> gelten bei Knickeigenform-affinen Verformungen—> beschreiben überproportionale M–Steigerungen

—> Ebene Biegung: vFB = 1/(1–N/Ncr)

—> Kippen : vLTB = 1/(1–(M/Mcr)2): günstiger!

Grundlagen

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-13

Page 115: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

—> Geometrische Imperfektionen (i)

• Grundlegende Unterscheidung zwischen—> geometrischen Herstellungstoleranzen und—> geometrischen Ersatz–Imperfektionen

• Geometrische Herstellungstoleranzen (DIN 1052):—> BSH: δδδδ = L/500—> VH : δδδδ = L/300

• Geometrische Ersatz–Imperfektionen (DIN, enBR):—> BSH: δδδδ = L/400—> VH : δδδδ = L/200

Grundlagen

φφφφ = L/200 generell⎭⎬⎫

.

Anwendungsfall:

Knicktraglast desbeidseitig gelenkig gelagerten DruckstabesundKnickabminderungsfaktor (analog EC3)

• W.E. Ayrton, J. Perry (Imperial College London 1886)

• C.R. Calladine (University of Cambridge, UK, 1980)

• Traglastkonzept (Kombination GNA+MNA+i=GMNLi) hat sich aufgrund seiner Allgemeinheit, Richtigkeit und Effizienz mittlerweise universell durchgesetzt.

Knicktraglast

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-14

Page 116: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

• Knicktraglastberechnung—> auf Grundlage der Randfaser–Fliessbedingung—> lineare Interaktionsbeziehung am Querschnitt

( 1 )

( 2 )

( 3 )

σmaxNA---- M

II

W--------+ fc≤=

kc 1 k k2

λrel2

–+⎝ ⎠⎛ ⎞⁄=

k 0 5 1 βc λrel 0 3,–( ) λrel2

+ +( ),=

Knicktraglast

.

Approximative Querschnittsinteraktionen

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

BBBBBB

JJJJ

JJ

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

JJJ

J

J

J

HHHHHHHHHHHH

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

H

H

F F F F F F F FFFFFFFFFF

F

F

FFF

F

F

F0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

B alfa = 1.0

J alfa = 2.0

H alfa = 3.0

F alfa = 6.0

n =

N/N

pl

m = M/Mpl

nαααα + m = 1linear

quadratisch

Knicktraglast

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-15

Page 117: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Konsistente Variation der m–n–Interaktion und der Imperfektionsamplitude

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB

BB

BB

BB

GG

GG

GG

GG

GG

GG

GG

GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG

GG

GG

GG

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH

HH

HH

HH

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

CC

CC

CC

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

B bc = 0.1 (LIN)

G bc = 0.1 (QUAD)

H bc = 0.2 (LIN)

C bc = 0.2 (QUAD)

EC5 – KnickreduktionsfaktorenVERGLEICH lineare vs. quadratische Querschnittsinteraktion

mit b,c = 0.1 und 0.2 bzw. b,c = 0.2 und 0.4

lamda,quer

Euler–Parabel

0.2

0.4

K.Reduktionsfaktor

.

Prozentuelle Abweichungen der GMNLi–Traglasten zu den Normenkurven

BB

BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB

BBBBBBBBB

B

B

B

B

B

BB

BB

BBB

G

G

G

GG

GGGGGGGGGG

GGGGGGG

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

G

GG

GGGG0

1

2

3

4

5

6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

B BSH [%]

G VOLLHOLZ [%]

ABWEICHUNGEN EC5 – Knickreduktionsfaktorenf BSH und VOLLHOLZ mit linearer vs quadratischer

lamda,quer

max ca. 3%

max ca. 6%

λλλλrel

K.Reduktionsfaktor

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-16

Page 118: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

.

Vergleich der BDK– und der Knickabminderungskurven

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BB

BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB

BB

BB

BB

GG

GG

GG

GG

GG

GG

GG

GGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGG

GG

GG

GG

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HH

HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH

HH

HH

HH

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CC

CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC

CC

CC

CC

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

B bc = 0.1 (LIN)

G bc = 0.1 (QUAD)

H bc = 0.2 (LIN)

C bc = 0.2 (QUAD)

EC5 – KnickreduktionsfaktorenVERGLEICH lineare vs. quadratische Querschnittsinteraktion

lamda,quer

Euler–Parabel

0.2

0.4

BDK

λλλλrel

Kipptraglast (BDK)

.

Beobachtungen & Feststellungen

Aktueller Forschungsbedarf

***

Zusammenfassung

7 Kapitel 6.5 – Stabilitat von Bauteilen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 7-17

Page 119: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

8 Kapitel 8 – Verbindungen

Vortrag 8: Kapitel 8 – Verbindungen

Harald Krenn

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-1

Page 120: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kapitel 8

Verbindungen

H. Krenn

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops ´05

2

• 8.1 Allgemeines

• 8.2 Tragfähigkeit metallischer, stiftförmiger Verbindungsmittel

• 8.3 Gruppenwirkung nef

• 8.4 Verbindungen mit Stabdübeln und Passbolzen

• 8.5 Verbindungen mit Bolzen

• 8.6 Verbindungen mit Nägel

• 8.7 Verbindungen mit Klammern

• 8.8 Verbindungen mit Holzschrauben

Gliederung Kapitel 8 – Verbindungen

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-2

Page 121: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3

• 8.9 Verbindungen mit eingeklebten Gewindestangen

• 8.10 Verbindungen mit Dübeln besonderer Bauart

• 8.11 Verbindungen mit Nagelplatten

• 8.12 Klebeverbindungen

• 8.13 Zimmermannsmäßige Verbindungen

• 8.14 Holz-Beton-Verbindungen

• 8.15 Verbindungen im Brückenbau

Gliederung Kapitel 8 – Verbindungen

4

8.1 Allgemeines – Abstände

a1 a1

a2a2

a1

a2a2

a1

a3,t

α

α

a3,c

α

α

a4,c

α α

a4,t

αα

Einflussbereich von Querschnittsschwächungen

Definition der Abstände

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-3

Page 122: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

5

8.1 Allgemeines

6

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel

• Tragvermögen• Einwirkungen: Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung

Art der EinwirkungEinwirkungsdauer

• Widerstände: HolzartRohdichteHolzfeuchteStrukturstörungen im Bereich der Verbindung (Äste, ...)Querschnittsabmessungen

• Steifigkeit

• Duktilität

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-4

Page 123: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Duktilität

Sprödes Verhalten Duktiles Verhalten

Beispiele für Duktilitätsmaße von Verbindungsmitteln:

Ds = 1-2: Ringdübel, Einpressdübel, Nagelplatten, KlebeverbindungenDs ≥ 3: Scherverbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln

y

us

wwD =

8

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Duktilität

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-5

Page 124: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Duktilität

Bolzenversagen(duktil)

λ > 5

Holzversagen (spröde)

λ < 2Schlankheit λ = t2/d

Trag

wid

erst

and

Rd

gemischtes Versagen

λ = 2 - 5

10

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Berechnung

• Grundlage: Johansen-Theorie

• Eingangsparameter• Primär (t, d, α, ρk, fu,k)

• Sekundär (d, fh,d, My,d)

• Berechnung mit Bemessungswerten

• Verwendung von Diagrammen

Ermittlung der Tragfähigkeit von Verbindungen mit stiftförmigen Verbindungsmitteln nach enBR

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-6

Page 125: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – fh,k

Eingangsparameter• Durchmesser des Verbindungsmittels d• charakteristischer Wert der Rohdichte ρk

Bestimmung nach ON EN 383

12

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – fh,k

Eingangsparameter• Durchmesser des Verbindungsmittels d• charakteristischer Wert der Rohdichte ρk

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-7

Page 126: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – fh,k

14

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – fh,k

ααα 2290

kh,0,k,h, cossin +⋅

=k

ff

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

++

=dd

k0,0150,900,0151,35

90

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-8

Page 127: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

15

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – My,k

Eingangsparameter• Durchmesser des Verbindungsmittels d• charakteristischer Wert der Zugfestigkeit fu,k

Normative Bestimmung nach• ON EN 409 bzw. ON EN 26891

16

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – My,k

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-9

Page 128: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

18

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-10

Page 129: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

19

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

Definition des Begriffs „Seilwirkung“

• Wirkungsweise• Einfluss der Normalkräfte• Biegewiderstand erhöht sich• Reibung wird aktiviert

• Mögliche Erhöhung der Tragfähigkeit• Stabdübel (0 %)• Passbolzen (25 %)• Nägel (15 % bis 50 %)• Schrauben (100 %)

20

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-11

Page 130: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

21

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

Einschnittige Holz-Holz bzw. Holzwerkstoff-Holz Verbindung

22

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

Einschnittige Holz-Holz bzw. Holzwerkstoff-Holz Verbindung

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4

β = 0,67

β = 1,50

β = 1,00

β = 0,80

β = 1,25

h,1,d

h,2,d

ff

=β1

1

2t ≥=

ttk

dfMtk

=

dh,1,

dy,

1M

dt1t2(d)

(d)d

t1t2(c)

(c)

(a)d

t1t2

(a)

dt1t2(f)

(f)

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-12

Page 131: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

23

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

Zweischnittige Holz-Stahlblech-Verbindung mit innen liegendem Blech

24

8.2 Stiftförmige Verbindungsmittel – Johansen

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡−+⋅⋅⋅= 142 2

M1dh,1,d k

dtfR(g) tt1t1

d

dfMtk

=

dh,1,

dy,

1M

1

2

3 kM ≥ 4,00

1,41 < kM < 4,00

kM ≤ 1,41 dtfR ⋅⋅= 1dh,1,d(f) tt1t1

d

d1dh,1,M

d2 Rdtf

kR Δ+⋅⋅⋅=(h)

d

tt1t1

Zweischnittige Holz-Stahlblech-Verbindung mit innen liegendem Blech

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-13

Page 132: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

25

Vorteile von mehrschnittigen Verbindungen:

• Höhere Tragfähigkeit bei gleichem Holzquerschnitt

• Schlankere Dübel – duktiles Verhalten

• Hohe Steifigkeit

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

t2 t1t1tt

26

Durch die Bedingung, dass sich im inneren der Verbindung nur verträgliche Versagensmechanismen einstellen können ist der Mechanismus (g) für die innenliegenden Scherfugen nicht zu berücksichtigen.

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-14

Page 133: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

27

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

• Reine Lochleibungsbeanspruchung

• Ein Fließgelenk im Randholz

• Zwei Fließgelenke im Randholz

• Zwei Fließgelenke im Mittelholz

• Zwei Fließgelenke im Mittelholz kombiniert mit einem Fließgelenk im Randholz

• Zwei Fließgelenke in allen Holzteilen

Teilmechanismen

Nach JOHANSEN

(f) - (l) - (f)

(g) - (l) - (g)

(h) - (l) - (h)

(f) - (m) - (f)

(g) - (m) - (g)

(h) - (m) - (h)

Mögliche Versagensmechanismen

28

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Berechnungsvorgang

III

t2 t1t1tt

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-15

Page 134: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

29

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Berechnungsvorgang

II

t2t

2. Innen liegendes Stahlblech (t2)

II

t2tt

3. Außen liegende Stahlbleche (t2)

1. Innen liegendes Stahlblech (t1)I

t1t

III

t2 t1t1

tt

tt1t1

d

30

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Annahmen zum Beispiel

• Brettschichtholz der Güte GL 28h

• Gesamtholzdicke 200 mm

• Zwei eingeschlitzte Stahlbleche t = 12 mm

• Stabdübel d = 12 mmStahlgüte S235

• 3 Verbindungsmittelreihen zu je 3 Stabdübeln

• kmod = 0,90 und γM = 1,25

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-16

Page 135: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

31

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

• Lochleibungsfestigkeit für GL 28h und SDü ø12 mm

Werkstoffkennwerte

• Fließmoment eines SDü mit ø12 mm

32

Berechnung mit Hilfe der MÖLLER-Diagramme

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Innen liegendes Stahlblech (t1)I

t1t

Teilverbindung I

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-17

Page 136: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

33

Nähere Betrachtung der Berechnungsgleichungen für die Scherfuge II in der Konfiguration IIa und IIb (gilt für Holz-Stahlblech-Verbindungen):

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

II

t2t

Innen liegendes Stahlblech (t2)

kann geometrisch nicht auftreten

Redundant! (m) = (h)

Redundant! (m) = (h)

maßgebender Wert = (f) · 0,5

wird nicht maßgebend!

Teilverbindung IIa

34

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

II

t2tt

Außen liegende Stahlbleche (t2)

4,85

0,833

Teilverbindung IIb

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-18

Page 137: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

35

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Die Tragfähigkeit der gesamten Verbindung wird wie folgt ermittelt:

1. Tragfähigkeit eines Stabdübels:

2. Tragfähigkeit der Verbindung

Alternative Darstellung der Berechnung in einem Ausdruck:

36

Vorgehensweise analog für Holz-Holz-Verbindungen:

8.2.5 Mehrschnittige Verbindungen

Alternative Darstellung der Berechnung in einem Ausdruck:

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-19

Page 138: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

37

8.3 Gruppenwirkung – nef

38

8.3 Gruppenwirkung – nef

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-20

Page 139: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

39

8.3 Gruppenwirkung – nef

• Theoretische HintergründeJORISSEN, MISCHLER, GEHRI, FAHLBUSCH, LANTOS, LEIJTEN

• Unterschiedliche Ansätzein prEN 1995-1-1, DIN 2004, SIA 265, ON B 4100-2

Einzel

Gruppeef F

Fn = ≤ n

• EinflussfaktorenHerstellungstoleranzenSchlankheit λ (d/t)Abstand der Verbindungsmittel untereinander (a1, s) Anzahl der Verbindungsmittel hintereinander (n)Anzahl der Verbindungsmittelreihen (m) m

n

1

32

1 2 3

• Versagensartenspröde/duktil

40

8.3 Gruppenwirkung – nef

• Fahlbusch

• Gehri

• Lantos, Canada 1989

• Jorissen

• Eurocode 1995-1-1:1995, DIN1052:1988

• Eurocode 1995-1-1:2003

• DIN 1052:2004

• ÖNORM B 4100-2:2004

• SIA 265:2003

326

efnn +

=

34

ef +=

nnn ·

90909090

efαα nnn +

−= ·,

702050

mef 30 ,,,

··, nds

dtkn ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

4 190m 10d

anknef ·· ,=

909090

104 190 αα n

dannef +

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡= ·,

909090

134 190 αα n

dannef +

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡= ·,

Rjknnλ·

· ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=2

2ef

nef = kred·n

yλλλ ef

R =dt

ef2=λ

kh,2,

uky

2551f

f··,=λ

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-21

Page 140: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

41

8.3 Gruppenwirkung – nef

909090

1010,9

efαα n

dann +

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

⎡= ·4

42

8.3 Gruppenwirkung – nef

2) Ed(N,V,M) < Rd(α2) , nef = 1

1) Ed(N,V) < Rd(α1) , nef(α1, a1)

α2

Gleichmäßige Beanspruchung Ungleichmäßige Beanspruchung

MN

V

α1

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-22

Page 141: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

43

8.8 Holzschrauben – Allgemeines

• Sechskant-Holzschrauben (DIN 571)

Klassifizierung von Holzschrauben

• Selbstbohrende Holzschrauben (Zulassungen)

44

8.8 Holzschrauben – Nachweise

Nachweisverfahren für Holzschrauben

• Abscheren• Nach der Johansen-Theorie• Wie Stabdübel bzw. Nägel

• Herausziehen• Herausziehen aus dem Holz• Kopfdurchziehen durch das Holz• Zugfestigkeit der Schraube• Abreißwiderstand des Schraubenkopfes• Blockscheren der gesamten Verbindung

• Einhaltung der Mindestabstände• Eventuelle Vorbohrungen• Nettoquerschnittsnachweis

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-23

Page 142: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

45

8.8 Holzschrauben – Herausziehen

• EN 1995-1-1:2004• 0° - 90°, Gruppenwirkung

• SIA 265:2003• 0° - 90°, Gruppenwirkung

• DIN 1052:2004• 45° - 90°, keine Gruppenwirkung

• ON B 4100-2:2004• 0° - 90°, keine Gruppenwirkung

Axial belastete Holzschrauben

46

Wirksame Anzahl nef

• Abscheren• Regelung wie für Stabdübel bzw. Nägel

• Herausziehen• SIA 265 und EN 1995-1-1

0,9ef nn =

8.8 Holzschrauben – nef

Zitat E. Gehri:„Die hier vorgeschlagene Abminderung soll den Ingenieur zum Nachdenken anregen. Die vorgeschlagene Größenordnung ist hingegen zu diskutieren.“

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-24

Page 143: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

47

8.8 Holzschrauben – Einsatzgebiete

48

8.10 Dübel besonderer Bauart

Häufig verwendete Dübel besonderer Bauart

Einlassdübel Einpressdübel

Ringdübel

Typ A1ein- oder zweiseitig

Scheibendübel

Typ B1ein- oder zweiseitig

z. B System APPEL

Scheibendübel mit Zähnen

Typ C1-C5ein- oder zweiseitig

z. B. System BULLDOGz. B. System APPEL

Scheibendübel mit Dornen

Typ C10 und C11ein- oder zweiseitig

z. B. System GEKA

• Angabe der:• Mindestholzdicken t1 und t2• Empfohlenen Bolzendurchmesser d• Durchmesser dc, Einlasstiefen he und Dübelfehlflächen ΔA• Mindestabstände a1, a2, a3,t, a3,c, a4,t, a4,c

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-25

Page 144: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

49

Verbindungen mit Ring- und Scheibendübeln (Einlassdübel)

8.10 Dübel besonderer Bauart

• Bei Holz-Holz-Verbindungen und Einhaltung der folgenden Rand-bedingungen dürfen die Beiwerte k1 bis k4 gleich 1,0 gesetzt werden:

• Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung α = 0°• Endabstand (belastetes Hirnholzende) a3,t ≥ 2 · dc

• Seitenholzdicke t1 ≥ 3 · he

• Mittelholzdicke t2 ≥ 5 · he

• ρk ≥ 350 kg/m³

• Beiwerte ki:• k1: Berücksichtigung der Holzdicken• k2: bei Beanspruchung der Hirnholzenden• k3: Berücksichtigung der Rohdichte der verbundenen Bauteile• k4: Berücksichtigung der Verbindungsart (Holz-Holz, Holz-Stahlblech)

⎪⎭

⎪⎬⎫

⎪⎩

⎪⎨⎧

⋅⋅

⋅=

e

1,5

k0,31,5

35,0min

hd

dR

c

c

50

8.10 Dübel besonderer Bauart

Bemessungswert der Tragfähigkeit Rd

• Einlassdübel

M

k0,modαefd γ

RkknR

⋅⋅⋅=

• Einpressdübel

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅⋅= d,b

M

k,0modefd R

RknR

γRb,d … Bemessungswert der Tragfähigkeit eines Bolzens

αα 22c

α cossin)0,001(1,31

+⋅⋅+=

dk

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-26

Page 145: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

51

Forschungsbedarf im Kapitel 8

• Brettsperrholz• Lochleibungsfestigkeit

• Fügetechnik generell

• Seilwirkung der Verbindungsmittel (Passbolzen, Schrauben, Nägel)

• Steifigkeitskenngrößen (Verschiebungsmodul)

• Verbindungssysteme für Hirnholzanschlüsse

• Bestimmung Duktilität der Verbindungs- und/oder Verbindungssysteme

• Gruppenwirkung bei axialer Beanspruchung von Holzschrauben

Kontakt

DI (FH)

Harald Krenn+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

Univ.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

8 Kapitel 8 – Verbindungen

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 8-27

Page 146: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

Vortrag 9: Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

Thomas Moosbrugger, Werner Guggenberger

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-1

Page 147: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Flächentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

Th. MoosbruggerW. Guggenberger

Graz, 25. November 2005

im Rahmen des Grazer Holzbau-Workshops ´05

2

• Brettsperrholz in der enBR

• vereinfachte Spannungsberechnung für geschichteten Strukturen

• Nachweisverfahren für orthogonal geschichtete Strukturen in der enBR

• Spannungsberechnung auf Basis der 3D linearen Elastizitätstheorie

• Zusammenfassung und Ausblick

Inhalt

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-2

Page 148: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

3

Brettsperrholz – eine flächenhafte Struktur

4

Modelle zur Spannungsberechnung

Rechenmodellnachgiebige Verbundfugen

Schubverformung aus Querkraft

orthogonale Schichtung

Elastische Verbundtheorie (VT)

exak

t ++verallgemeinerte Verbundtheorie(3D) (vVT) +++Schubanalogieverfahren Kreuzinger (Doppelbalken) (SA)

modifizierte VT nach Blaß/Görlacher (mVT)ap

prox

imat

iv ≈≈+≈++

-enBR

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-3

Page 149: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

5

Berücksichtigung der Fugen- und Schubnachgiebigkeit

Spannungsberechnung: VT

VT nachgiebige Verbundfugen

Schubverformung aus Querkraft

(EJ)eff,gesamt

y

z

γ = 1

6

Berücksichtigung der Fugen- und Schubnachgiebigkeit

Spannungsberechnung: mVT

mVT nachgiebige Verbundfugen

Schubverformung aus Querkraft

(EJ)eff,eigen

γ*(EJ)eff,Steiner

y

z

0 < γ < 1

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-4

Page 150: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

7

Berücksichtigung der Fugen- und Schubnachgiebigkeit

Spannungsberechnung: SA

nachgiebige Verbundfugen

Schubverformung aus Querkraft

(EJ)eff,eigen

S, (EJ)eff,Steiner

y

z

SA

8

Spannungsberechnung

schlanke Systemabmessungen:

q(x)=q0*sin(αx)

LH

L/H ≈ 30

Spannungen über den Querschnitt

mVTVT

mVT

VT

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-5

Page 151: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

9

Spannungsberechnung

schlanke Systemabmessungen:

q(x)=q0*sin(αx)

LH

L/H ≈ 30

Spannungen über den Querschnitt

mVT

VT

mVTVT

SA

SA

10

Spannungsberechnung

schlanke Systemabmessungen:

q(x)=q0*sin(αx)

LH

L/H ≈ 30

Spannungen über den Querschnitt

mVT

VT

mVTVT

SA

SA

vVT

vVT

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-6

Page 152: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

11

• Warum die elastische Verbundtheorie (1D) in der enBR?- für übliche Geometrien (Schichtstärkenverhältnisse) und l/h-

Verhältnisse (>15) liefert die elastische Verbundtheorie Ergebnisse mit ausreichender Genauigkeit

- im Verhältnis zu anderen Verfahren geringer Rechenaufwand

- DIN 1052:2004: verankert das Schubanalogieverfahrenzur Berechnung von Spannungen und Verformungen für 1 und 2D Strukturen

• Spannungsberechnung für kleine l/h-Verhältnisse

- keine Normspezifikationen

Spannungs- und Verformungsberechnung

12

Spannungsberechnung

gedrungene Systemabmessungen: L/H ≈ 3

Spannungen über den Querschnitt

q(x)=q0*sin(αx)

HL

SA

vVT

VT

mVT

SA

vVT

Rollschub!

VT

mVT

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-7

Page 153: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

13

Nachweise nach enBR

Nachweise für einachsig gespannte Platten

14

Bemessungskennwerte für BSP

S 10

Festigkeits- und Steifigkeitskennwerte der Einzelschicht

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-8

Page 154: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

15

Bemessungskennwerte für BSP

Systemeffekte bei der Bestimmung von Festigkeitskenngrößen

F FF

B 2*B 3*B

Forschungsprojekt – Systemtragwirkung: R. Jöbstl

16

Nachweise nach enBR

Nachweise für einachsig gespannte Platten

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-9

Page 155: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

17

Interaktionsnachweis: Biegebeanspruchung der Längslage

E90 ≠ 0 E90 = 0

Nachweise nach enBR

5,135,08

18

Interaktionsnachweis: Querzug-Rollschub in der Querlage

E90 ≠ 0

5,135,08

E90 = 0

Nachweise nach enbR

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-10

Page 156: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

19

Vergleich: vVT - SA

Spannungsberechnung auf Basis der 3D linearen Elastizitätstheorie

Vergleichende Betrachtung der exakten Lösung (vVT) mit der SA

20

offene Fragen - Forschungsbedarf

• Querzug – Rollschubinteraktion in den Querlagen• Biegefestigkeitskennwerte für BSP (analog BSH)

- Systemfaktoren- Homogenisierungseffekte

• elastische Spannungsberechnung für gedrungene BSP-Systeme (l/h<15)

- elastische, theoretisch exakte Spannungsberechnung (vVT) für hoch qualitative industriell gefertigte BSP-Bauteile

- Schnittkraftinteraktion anstelle der Spannungsinteraktion

• 2D Situation generell offen- komplexe Aufbauten in Dickenrichtung

- kombinierte Scheiben und Plattenbeanspruchung

- Unregelmäßige Berandungen

• 2D/3D Materialversagensmodelle

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-11

Page 157: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Kontakt

DDI

Thomas Moosbrugger+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

Univ.-Prof. DI Dr.

Gerhard SchickhoferWissenschaftliche Leitung+43 (0) 316 [email protected] 24, A-8010 Graz

Ao.Univ.-Prof. DI Dr.

Werner Guggenberger+43 (0) 316 [email protected]ße 25/III , A-8010 Graz

9 Flachentragwerke aus Brettsperrholzplatten (BSP)

1. Grazer Holzbau-Workshop 25. November 2005 9-12

Page 158: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Teilnehmerliste

Page 159: GRAZER HOLZBAU-WORK HOP

Nr. Titel Vorname Nachname Organisation Adresse Ort E-Mail

1 DI Manfred Augustin Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

2 DI Armin Bischoff MKP - Merz KaufmannPartner

Sagerstraße 4 A-6850 Dornbirn

3 Univ.-Prof.DI Dr.

Hans Blaß Universitat Karlsruhe, Ab-teilung Ingenieurholzbau& Baukonstruktionen

Richard-Baumeister-Platz 1

D-76131 Karlsruhe [email protected]

4 DI Dr. Thomas Bogensperger Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

5 DI Dr. Manfred Brandstatter Holzforschung Austria Franz-Grill-Straße 7 A-1031 Wien [email protected]

6 DI Ernst Buchacher Buchacher Holzleimbau Kuhweg 35 A-9620 Hermagor [email protected]

7 DI Dr. Peter Derler HTL Pinkafeld Meierhofplatz 1 A-7423 Pinkafeld [email protected]

8 DI Markus Egger Tragwerksplanung Lack-ner & Raml ZT GmbH

Treffnerstraße 2 A-9500 Villach [email protected]

9 DI Dr. Jochen Fornather Normungsinstitut ON Heinestraße 38 A-1020 Wien [email protected]

10 Univ.-Prof.DI Dr.

Werner Guggenberger Institut fur Stahlbau undFlachentragwerke

Lessingstraße 25/III A-8010 Graz [email protected]

11 DI Andreas Habenbacher Kulmer HolzleimbauGmbH

Hart 65 A-8212 Pischelsdorf

12 DI Bjorn Hasewend Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

13 DI Georg Hochreiner Wiehag GmbH Linzer Straße 24 A-4950 Altheim [email protected]

14 DI Jens Jamnitzky Finnforest Merk GmbH Industriestraße 2 D-86551 Aichach

15 DI Georg Jeitler holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24 A-8010 Graz [email protected]

16 DI Robert Jobstl Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

17 DI Reinhard Katzengruber Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

18 Alexander Klann holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24 A-8010 Graz

19 DI Josef Koppelhuber Ziviltechniker Hauptplatz 111 A-8786 Rottenmann [email protected]

20 DI Martin Krautgartner ATP Achammer-Tritthart& Partner

Landstrasser Haupt-straße 97-101

A-1030 Wien

21 DI (FH) Harald Krenn holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

22 DI Markus Lackner Tragwerksplanung Lack-ner & Raml ZT GmbH

Treffnerstraße 2 A-9500 Villach [email protected]

23 DI Dr. Wilhelm Luggin LUGGIN - ZT fur Bauwe-sen

Grunauerstraße 5 A-8522 Groß St. Flo-rian

[email protected]

24 DI Matthias Maier FH Spittal Villacher Straße 1 A-9800 Spittal/Drau

25 DI Gunther Meinhardt Hart 56 A-9587 Riegersdorf meinhardt [email protected]

26 DI Michael Meitz Haas Fertigbau GmbH Radersdorf 62 A-8263 Großwilfersdorf [email protected]

27 DDI Thomas Moosbrugger Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

28 DI Dr. Andreas Neumuller Holzforschung Austria Franz-Grill-Straße 7 A-1031 Wien [email protected]

29 DI Bernhard Obermayr Fa. Obermayr Johann-Pabst-Straße20

A-4690 Schwanenstadt [email protected]

30 DI Hans-Christian

Obermayr Fa. Obermayr Johann-Pabst-Straße20

A-4690 Schwanenstadt [email protected]

31 Anton Oster Ingenieurkonsulent Ri-chard Woschitz

Karlsplatz 2/11 A-1010 Wien [email protected]

32 DI Michael Palka HTL Pinkafeld Meierhofplatz 1 A-7423 Pinkafeld [email protected]

33 DI Gernot Pirnbacher holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

34 em.Univ.-Prof. DI

Richard Pischl Ragnitzstraße 18 A-8047 Graz [email protected]

35 DI Kurt Pock FH Spittal Villacher Straße 1 A-9800 Spittal/Drau [email protected]

36 DI Johann Riebenbauer Ziviltechniker Wastiangasse 1 A-8010 Graz [email protected]

37 Univ.-Prof.DI Dr.

Gerhard Schickhofer Institut fur Holzbau undHolztechnologie

Inffeldgasse 24/I A-8010 Graz [email protected]

38 DDI Florian Schonborn TU Innsbruck, Lehrstuhlfur Holzbau

Technikerstraße 13 A-6020 Innsbruck [email protected]

39 Ing. Helmut Stingl Koloniegasse 7 A-8793 Trofaiach [email protected]

40 DI Gianluigi Traetta holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24 A-8010 Graz [email protected]

41 DI Dr. Andreas Trummer Institut fur Tragwerks-lehre

Technikerstraße 4/IV A-8010 Graz [email protected]

42 DI Helene Unterwieser holz.bau forschungs gmbh Inffeldgasse 24 A-8010 Graz [email protected]

43 Univ.-Prof.DI Dr.

Wolfgang Winter TU Wien, Institut furTragwerksplanung

Karlsplatz 13/259/2 A-1040 Wien [email protected]

44 DI Johann Zehetgruber Landstraße 52/7 A-3910 Zwettl [email protected]