Lehrgang GDF - Qualitätsbeauftragter Fachwissen ... · 1 Bürogemeinschaft KUHLMANN - GEROLD -...

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BürogemeinschaftKUHLMANN - GEROLD - EISELE

Lehrgang

GDF - Qualitätsbeauftragter

Fachwissen:

Holztragwerke nach DIN EN 1995 (Eurocode 5)

Dipl.-Ing. (FH) Michael Bendig

Dipl.-Ing. Marion Kleiber

Dipl.-Ing. Matthias Gerold

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Vita Dipl.-Ing. (FH) Michael Bendig

2003 bis 2008 Studium Bauingenieurwesen

an der FH für Technik in Stuttgart,

Schwerpunkt: Konstruktiver Ingenieurbau

2008 bis 2009 Projektingenieur

2009 bis 2012 Tragwerksplaner

seit 2013 Projektleiter bei Harrer Ingenieure,

Niederlassung Ostfildern

Vita Dipl.-Ing. Matthias Gerold

1979 - 1985

1983, 1985-1987

1987 - 1992

1992 - 1995

seit 16.04.1995

18.04.1995

seit 1997

22.05.1996

15.07.1998

Studium des Bauingenieurwesens an der

Universität Fridericiana Karlsruhe (TH)

Praktische Tätigkeiten bei der Ingenieurgruppe Bauen, Karlsruhe

Wissenschaftlicher Angestellter der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine

der Universität Karlsruhe (TH)

Oberingenieur im Büro Harrer Ingenieure GmbH, Karlsruhe

Beratender Ingenieur, Geschäftsführender Gesellschafter

Anerkennung als Prüfingenieur für Baustatik

für die Fachrichtungen Massivbau (2) und Holzbau (3)

Zweigbüro Ostfildern innerhalb der

Ingenieurgemeinschaft Kuhlmann - Gerold - Eisele

Vereidigung als ö.b.u.v. Sachverständiger für

„Baustatik und Baukonstruktionen des Massiv-, Stahl-, Holz- und Glasbaus“

Prüfer für bautechnische Nachweise im Eisenbahnbau,

Tätigkeitsbereich Massivbau, beim Eisenbahnbundesamt (EBA), Bonn3


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Kompetenz

aus einer Hand.

Gegründet 1960,

seit 1992 als GmbH geführt

70 festangestellte Mitarbeiter

Karlsruhe / Ostfildern / Baden-Baden

www.harrer-ing.net

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Wir arbeiten mit allen Materialen und vielen Bauweisen

KA300 - Pavillon Wohnbebauung Hofgarten-Karree,

Karlsruhe

Brücke Haßmersheim über den Necker Metropol parasol, Sevilla

DBK David + Bader GmbH,

Rülzheim

Quartier Sonnengrün,

KA-Gartenstadt

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Wir arbeiten mit allen Materialen und vielen Bauweisen

Tunnelbohrmaschine

U-Strab, KA

Baumhotels 'Oase',

Weil im Schönbuch

Natur- und Erlebnis-Baumwipfelpfad, Waldbröl

3. Orinoco-Brücke in Venezuela

Mercedes-Benz,

Niederlassung

München

Mitautoren

M. Gerold,

F. Kümmerle

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Fachwissen:


Ein Tragwerk muss so bemessen werden,

dass es mit angemessener Zuverlässigkeit

• den Einwirkungen während seiner Nutzung standhält

und

• die geforderten Gebrauchseigenschaften behält.

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Gliederung des Vortrages:

1 Grundlagen der DIN EN 1990 / 1991 (Eurocode 0 / EC 1)

(Allgemeines zur Sicherheitsphilosophie in der europäischen Normung)

2 Veränderliche Einwirkungen: Wind, Schnee und Erdbeben

3 Aussteifung durch Scheiben / Tafeln

für Wände, Dach und Decken

4 Grundlagen für Entwurf und Bemessung DIN EN 1995

5 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

6 Einige Hinweise zu Verbindungen

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1 Grundlagen DIN EN 1990 / 1991

(Eurocode 0 / EC 1)

DIN EN 1990:2010-12

Eurocode: Grundlagen der Tragwerksplanung

DIN EN 1991

Eurocode 1 - Grundlagen der Tragwerksplanung

und Einwirkungen auf Tragwerke

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Einwirkung < Widerstand

(stress) (resistance)

S/EK . F = S/Ed < Rd = RK / M

mit

k = charakteristischer (98%- bzw. 5%-Fraktil-)Wert

d = Design-/Bemessungswert, d.h.

um die Sicherheit erhöhter bzw. erniedrigter charakteristischer Wert

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1.1 Einwirkungen (E)

EK . F = Ed < Rd = RK / M

Bemessungswert der Einwirkungen Ed

Grundkombination: (für ständige und vorübergehende Bemessungssituation)

Ed = (G = 1,35) . Gk + (Q = 1,5) . [ Qk,1 + S (y0,i. Qk,i) ]

+ (A = 1,0) . Ak

mit

Y0 Kombinationsbeiwert

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• Zeitliche Veränderlichkeit

ständige Einwirkungen (G): G = 1,35

Eigenlasten keine zeitliche Veränderlichkeit

veränderliche Einwirkungen (Q): Q = 1,5

Nutzlasten / Verkehrslasten Einwirkungsdauern lang/mittel/kurz/sehr kurz

außergewöhnliche Einwirkungen (A): A = 1,0

Brand, Erdbeben, Anprall

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• Räumliche Veränderlichkeit

ortsfest (Eigenlasten / ständige Lasten g) G = 1,35

ortsveränderlich (Verkehr / Nutzlast q, Wind w, Schnee s) F

• Art der Einwirkung

F

direkt Last, Kraft, Temperatur 1,5 / 1,35

indirekt Zwängungen durch Feuchteänderungen,

Setzungen i.d.R. 1,0

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1.2 Widerstand R

EK . F = Ed < Rd = RK / M

Charakteristische Werte RK der Baustoffeigenschaften

• 5%-Fraktilwert der Festigkeitsgrößen

z.B. Biege-, Druck-, Zugfestigkeit

Tragfähigkeit einer Verbindung

• 50%-Fraktilwert (Mittelwert) der Steifigkeitsgrößen

z.B. Elastizitätsmodul

(Ausnahme: Th. II. Ordnung, Knicken, Kippen)

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1. Besonderheit Holz-, Glas- und Kunststoffbau:

Rd = RK . kmod / M

mit

kmod Modifikationsfaktor

Einwirkungsdauern

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Einwirkung

Klasse der

Lasteinwirkungsdauer

(KLED)

für NKL 1 + 2

für VH, BSH, …

kmod

Eigenlasten ständig 0,6

Lotrechte Verkehrslasten

Versammlungsstätten

im Allgemeinen

in Lagerräumen

kurz

mittel

lang

0,9

0,8

0,7

Windlasten kurz /

sehr kurz

i.M.

1,0

Schnee- und Eislasten

H < 1000 m

H > 1000 m

kurz

mittel

0,9

0,8

Außergewöhnliche

Einwirkungen

sehr kurz 1,1

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Beispiel für NH C24 (Biegefestigkeit):

24 . 0,8

1,3= 14,8 N/mm²fm,d =

mit

fk = 24 N/mm2 charakteristische Festigkeit Nadelholz C24

kmod = 0,8 Modifikationsbeiwert (Nutzungsklasse und Lastdauer)

M = 1,3 Teilsicherheitsbeiwert Holz, Holzwerkstoffe

Rd = RK . kmod / M

Standardfall: NKL 1+2 KLED mittel

Für jede

Einwirkungskombination E

ist die jeweils kürzeste

Lasteinwirkungsdauer KLED

anzusetzen.

Die maßgebende

Einwirkungskombination E

ist zu ermitteln; u.U. sind nur

die ständigen Einwirkungen

mit kmod = 0,6 maßgebend.

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• Nutzungsklasse 1

Feuchtegehalt bei Klima 20°C und 65% rel. Luftfeuchte (rLF)

Beispiel: In geschlossenen, konstant geheizten Räumen


Feuchtegehalt bei Klima 20°C und 85% rLF

Beispiel: Geschützte Bauteile


Feuchtegehalt bei Klima 20°C und mehr als 85% rLF

Beispiel: Ungeschützte Bauteile

2. Besonderheit Holz: Feuchteabhängigkeit => Faktor kdef

Verformungsbeiwert


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Auswirkung auch bei Anwendungsbereich innen

nach KOLLMANN, COTÉ 1968

zu erwartende Holzfeuchten – Beispiel SAP-Arena Mannheim

Eishockey Handball

Hygroskopische Isothermen für Fichtenholz (aus: KOLLMANN 1952)

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Nutzungsklasse NKL

nach DIN EN 1995-1-1

1 2 3

Holz- und

holzhaltige Baustoffe

5 bis 15% 1)

geschlossenes

Gebäude

10 bis 20% 2)

geschützt

unter Dach

12 bis 24% 3)

1) bei den meisten Nadelhölzern nicht über 12%



Holz trocken liefern, einbauen und trocken halten

Holzzerstörende

Pilze

Biologische Schadeinflüsse bei zu hoher Holzfeuchte

… siedeln an zwischen

Holzfeuchten u von

20% < u < 55%

(wassergesättigtes Holz);

d.h. nur bei

ungeschützten

Konstruktionen

Einbau trockenes Holz +

Bauteile „geschützt“

(u < 18%)


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Holzzerstörende

Insekten

Larven sterben ab

bei Holzfeuchten u

unter ...

u = 9%

u = 7%

u = 30%

Geschützte Bauteile

(u < 18%)

Geklebte

Bauteile

(BSH, FSH)


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DIN EN 1991-1-1/NA:2013-08

Grundlagen der Tragwerksplanung und Einwirkungen auf Tragwerke

DIN EN 1991-1-3 Schnee

DIN EN 1991-1-4 Wind

DIN EN 1991-1-7 Außergewöhnliche Einwirkungen

DIN 4149:2005-04 bzw. DIN EN 1998 ab Mitte 2017 ?

Bauten in deutschen Erdbebengebieten -

Lastannahmen, Bemessung und Ausführung üblicher Hochbauten

2 Veränderliche Einwirkungen:

Wind, Schnee und Erdbeben

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2.1

Wind

Bild A.1 – Windzonenkarte für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland

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Wind-

geschwindig-

keiten

Sturm

Hurricane

Tornado

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Gelände-

kategorien

I/II Mischprofil Küste

II/III Mischprofil Binnenland

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2.2

Schnee

Schneelastzonenkarte für das

Gebiet der Bundesrepublik

Deutschland

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Das Gewicht von Schnee ist sehr unterschiedlich:

1m³ Pulverschnee kann 60 kg - 1 m³ Pappschnee bis zu 400 kg wiegen

d.h. bei einer Schneelast von 0,75 kN/m² entspricht dies 1,25 m Pulverschnee

oder 19 cm Pappschnee

bis zu Faktor 7

Charakteristischer Wert der

Schneelast sk auf dem Boden

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2.3

Erdbeben

Epizentren in und um

Baden-Württemberg

(Erfahrungen, Messungen)

Beachte:

Baurechtlich maßgebend DIN 4149

und nicht DIN EN 1998

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Schematische Darstellung

a) der Entstehung von Erdbeben sowie

Phase 1 Phase 2 Phase 3

Bruchfläche

Horizontalverschiebung Abschiebung Überschiebung

Bruchfläche

Bruchflächeb) verschiedener Bruchtypen

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Erdbebenzonen

in Deutschland

Erdbebenzonenkarte

für das Gebiet der Bundesrepublik

Deutschland

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Auszug aus der

Karte der Erdbebenzonen und

geologischen Untergrundklassen

für Baden-Württemberg

Wir unterscheiden

- oberflächennah Baugrundklassen A, B und C dominierende

Schwerwellengeschwindigkeit

- Untergrundklassen R (rock), S (Sediment) und T (Übergang)

http://www.gfz-potsdam.de/DIN4149_Erdbebenzonenabfrage

http://www.gfz-potsdam.de/DIN4149_Erdbebenzonenabfrage

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Normenspektrum für die Erdbebenzone 3

für alle Untergrundverhältnisse

gemäß DIN 4149:2005

Bedeutungskategorien und -beiwerte

I z.B. Scheunen, Kulturgewächs-

Häuser 0,8

II z.B. kleinere Wohn- und Büroge-

bäude, Werkstätten 1,0

III z.B. große Wohnanlagen, Schulen,

Versammlungsräume,

Kaufhäuser 1,2

IV z.B. Krankenhäuser, wichtige Ein-

richtungen des Katastrophen-

schutzes, der Feuerwehr und

der Sicherheitskräfte 1,4

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Übersicht ausgewählter relevanter Bauwerke in Deutschland

und Zonenkarte der DIN EN 1998-1/NA:2011

Achtung:

1. Europ. Forschungsvorhaben SHARE

größere Erdbebenzonen

(z.B. Schwäbische Alb, Allgäu),

bereichsweise höhere Intensitäten

2. Vorschlag D für EN 1998:

nur noch eine Bodenklasse;

dafür Bedeutung Bauwerke maßgebend

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Beispiele

für Gestaltung von Gründungen und Untergeschossen

Ungünstig Günstig

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Grundsätze Aussteifung:

• Mindestens 3 Aussteifungselemente,

deren Wirkungslinien sich nicht in einem Punkt treffen

• Aussteifungselemente möglichst symmetrisch

und im Grundriss gleichmäßig verteilt anordnen

• Aussteifungselemente sollten vom Untergeschoss

über alle Geschosse durchgehen

• Steifigkeiten sollten wenn dann nur nach oben abnehmen

(Idealfall Pyramide)

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Vermeidung von Schäden durch Konstruktions- bzw.

Ausführungsmängel:

• Bei jedem Bauvorhaben muss geprüft werden,

ob ein Aussteifungskonzept zu erkennen ist

(Grundsätze der Aussteifung erkennbar ?

Genügend aussteifende Wände in allen Geschossen vorhanden ?)

• Holzrahmenbauwände müssen horizontal angeschlossen

und an den Enden endverankert werden.

• Vermeidung schwebender Stöße, d.h. möglichst keine Querstöße der

Decken- oder Dachschalungen im Feld.

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Vermeidung von Schäden durch Ausführungsmängel (Fortsetzung):

• Vor allem bei schlanken Bauweisen (Nagelplattenbinder…) müssen

die Druckgurte gehalten und an die Aussteifungskonstruktion

angeschlossen werden. Dachlatten sind hier tragendes Bauteil !!!

• Bei querzugsgefährdeten Konstruktionen muss ggf. eine Sicherung

eingebaut werden.

• Wird in den Erdbebengebieten die Horizontalaussteifung geschwächt,

muss ein Nachweis erstellt, oder eine Ersatzmaßnahme getroffen

werden.

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Horizontale

Scheibenbeanspruchung

3 Aussteifung durch Scheiben / Tafeln

für Wände, Dach und Decken

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Statische Nachweise erforderlich für

Gurte (Rähm und Schwelle)

- Nachweis des Verbundes von Gurt und Beplankung

- Nachweis der Schwellenpressung

Rippen

- Druck und Knicken aus der Tafelebene

(Biegung aus Wind rechtwinklig zur Tafelebene berücksichtigen)

Beplankung

- Schubtragfähigkeit

- Beulnachweis

Verbindungsmittel

- Schubfluss aus Verbund zwischen Beplankung und Rippen

- Schubwinkel bzw. Schraubanker für Fv und

- Zuganker für Ft auf Decke bzw. Bodenplatte

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Zugverankerung Wandelement

43


Bauliche Durchbildung Zugverankerung

RICHTIG FALSCH

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Schubverankerung Wandelement

Deckenbalken suchen !

Winkel bzw. 12er Schraubanker

keine Berücksichtigung der Reibung

Bei statischem Nachweis lassen sich

Verbinder einsparen; z.B. für zwei-

geschossiges Wohngebäude ohne

Erdbeben nur alle e ≈ 2,5 m

sowie 2 Stück zusätzlich an Ecken

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Beispiel zweigeschossige KiTa;

Zug- und Schubverankerung bei werksseitig einseitig aufgebrachter Beplanung

Beachte: Bei Einsatz von Klammern mit Durchmesser > 1,5 mm und

bei vertikalen Plattenstößen können keine 6er Holz-Ständer verwendet werden.

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Alternative:

Zug- und Schubverankerung bei beiseitig beplankt vorgefertigter Elemente

„Loch“ muss groß genug sein;

Bei Vorfertigung geschlossener Wände

Einsatz Montageschwelle sinnvoll ?!

üblich: 15 mm

Nachteil: Der Anschluss der Luftdichtung an die Betonkonstruktion

ist nachträglich ohne Behinderung kaum ausführbar.

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Beachte bei Einsatz Montageschwelle (rechts): OSB-Platte steht unten über

und ist empfindlich gegen Beschädigung und umständlicher beim Verladen.

Bei Vorfertigung geschlossener Wände

zusätzliche Holzklötze erforderlich

Statisch wichtig: Nachweis Verklammerung

der OSB-Platte mit der Montageschwelle

für Schub- und Zugkräfte !!!

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Wandscheiben Scheibe = Tafel

Scheibenausbildung nach DIN 1052 (Prinzipskizze, Vereinfachtes Verfahren)

Bemessung Wandscheiben jetzt nach EC 5 9.2.4

Beachte: In Deutschland gemäß NA nur Verfahren A anwendbar

Vereinfachtes Verfahren für baupraktische Regelfälle siehe Tech-News Nr. 2015/04

bvs-bw.com, Suche Tech-News

Randrippe

Mittelrippe bzw. Innenrippe Einraster-Tafel

Innenrippe bzw. Stoßrippe Beplankung

Rähm

Schwelle

DIN 1052:2008, Bild 10

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früher:

Fachwerkmodell

heute:

Schubfeldmodell

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Öffnungen ohne Nachweis

nach DIN EN 1995-1-1/NA:

NCI zu 9.2.4.2

• Öffnungen < 200 mm x 200 mm

• mehrere Öffnungen < 0,1 h bzw. 0,1 ℓ200

200

200

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Tür- und Fensteröffnungen

• Wandbereiche mit Tür- und Fensteröffnungen werden i.d.R. nicht berücksichtigt

• Betrachtung ungestörter Bereiche als einzelne Tafeln (Einraster, Zweiraster)

• Jede Tafel ist für sich zu verankern

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Bemessung von Tafeln und Scheiben:

• Verteilung Horizontallasten auf Tafeln

unter Berücksichtigung von Ausmitten

und Exzentrizitäten

• Vereinfachtes Bemessungsverfahren für scheibenartig

beanspruchte rechteckige Tafeln siehe EC 5;

insbesondere aber DIN EN 1995-1-1/NA NCI zu 9.2.3.2

• Schubfeldmodell aus der Überlagerung von Fachwerken

• Kontinuierliche Verbindung von Beplankung und Rippen

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Kraftfluss Dach- und Deckenscheiben

• Anordnung der Platten parallel oder senkrecht zu durchlaufenden Rippen

• Plattenstöße in einer Richtung immer auf den Rippen

• freie Plattenränder der anderen Richtung sind zu versetzen

• nicht versetzte Plattenstöße nur bei schubsteifen Verbindungen (Stoßhölzer)

Lagerung a) Seitliche Randrippen b) Seitliche Randrippen c) Eine seitliche Randrippe

und Gurte

Lasteinleitung über einen Gurt über Verteiler über einen Gurt

Legende:

1 seitliche Rand-

rippen (Verteiler)

2 Gurte

3 Innenrippen

4 Mittelrippe als

Verteiler

5 Gurtstöße

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Möglichkeiten der Aussteifung von Satteldächern

zimmermannsmäßig mit Tafeln als Scheibe

durchgehende Stöße

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EN 1995-1-1:2010-12

und DIN EN 1995-1-1/NA:2013-08

Entwurf, Berechnung und

Bemessung von Holzbauwerken

EN 1995-1-2 Brand

EN 1995-2 Brücken

4 Grundlagen für Entwurf und Bemessung EC 5

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4.1 Gliederung aller Eurocodes; auch der DIN EN 1995-1-1

1 Allgemeines

2 Grundlagen für Bemessung und Konstruktion

3 Baustoffeigenschaften

4 Dauerhaftigkeit

5 Grundlagen der Berechnung

6 Grenzzustände der Tragfähigkeit ULS

7 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit SLS

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Weitere Gliederung der DIN EN 1995-1-1

8 Verbindungen mit metallischen Verbindungsmitteln

9 Zusammengesetzte Bauteile und Tragwerke

10 Ausführung und Überwachung

Anhänge (informativ)

A Blockscherversagen von Verbindungen

B Nachgiebig verbundene Biegestäbe

C Zusammengesetzte Druckstäbe

D Literaturhinweise

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4.2 Nationale Festlegungen in der DIN EN 1995-1-1/NA

NA Nationaler Anhang – National festgelegte Parameter

Auszug / Beispiele zum Teil 1-1:

NDP Zu 2.3.1.2(2)P Nationally Determined Parameter

Zuordnung von Einwirkungen zu „Klassen der Lasteinwirkungsdauer“

NCI Zu 3.5 Holzwerkstoffe Non-contradictory Complementary InformationNCI NA.3.5.1 Sperrholz

NCI NA.3.5.2 OSB-Platten (Oriented Strand Board)

NCI NA.3.5.3 Kunstharzgebundene Spanplatten

NCI NA.3.5.4 Zementgebundene Spanplatten

NCI NA.3.5.5 Faserplatten

NCI NA.3.5.6 Gipsplatten

NCI NA.3.5.7 Faserverstärkte Gipsplatten

NCI NA.3.5.8 Brettsperrholz

NCI NA.3.5.9 Massivholzplatten (SWP)

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4.3 Entwurf und Bemessung

Wir erinnern uns:

Ein Tragwerk muss so bemessen werden,

dass es mit angemessener Zuverlässigkeit

• den Einwirkungen während seiner Nutzung standhält ULS

und

• die geforderten Gebrauchseigenschaften behält. SLS

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Welche Nachweise sind zu führen ?

a1) Gesamtstandsicherheit unter

- Vertikallasten (z.B. ständige Lasten, Schnee)

- Horizontallasten (z.B. Wind, Erdbeben, Anprall, Schiefstellung)

a2) Bauteilnachweise

Zug, Druck, Biegung, Schub

zugehörige Stabilitätsfälle: Kippen, Knicken, Biegedrillknicken

b1) Gebrauchstauglichkeit

Durchbiegungen, Schwingungen Abschnitt 5

b2) Wärme, Schall

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Diese Nachweise a1) und a2) sind für die Kalt- wie die Heißbemessung zu

führen.

Im Brandfall erfolgt die statische Bemessung nach DIN EN 1995-1-2

mit M = 1,0 .

Wenn stählerne Verbindungsmittel brandschutztechnisch bekleidet werden

(z.B. Stabdübel Anforderung R30 mit Holzstöpsel t=10 mm),

kann die Heißbemessung für die Verbindungsmittel (VM) entfallen.

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Bauteile, die nachzuweisen sind:

• Dach, Decken

• Wände, Stützen

• Gründung

• Treppen und Balkone,

jeweils einschl. Absturzsicherung

• …

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Treppen

Eindeutig

Konstruktion des Ingenieurholzbaus

Besondere Nachweise erforderlich

durch befähigte Ingenieure

Keine statischen Nachweise erforderlich

ausschließlich für Konstruktionen

nach dem Regelwerk des BDZ

bei Einhaltung der dort genannten

geometrischen Randbedingungen

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Geländer Absturz-

sicherung

Holz

Geländer 1:

Varianten,

Begrifflich-

keiten,

Holz-

auswahl

Detailausbildungen

in Holz siehe

Musterzeichnungen

(Bauteilkatalog)

Aus Gründen der

Unterhaltung,

Dauerhaftigkeit und

Nachhaltigkeit

im Außenbereich besser

Stahlgeländer vorsehen

4.4 Holzschutz (Gebrauchseigenschaft)

Vortrag Herr Schäfer

Stand der Normung Seit 2011/2012 neue Normenreihe DIN 68800:

Baulicher Holzschutz vor chemischem Holzschutz

Sporthalle Bad Reichenhall


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Tabelle 1

Gebrauchsklassen (GK)

(früher

Gefährdungsklasse)

(DIN 68800-1:2011-10)


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Die 7 wichtigsten konstruktiven Holzschutzmaßnahmen:

• Niederschläge fernhalten oder schnell ableiten

• Feuchträume entlüften, Schutz in Naßbereichen

• Feuchteleitung aus angrenzenden Stoffen /

Bauteilen vermeiden

• Tauwasserbildung vermeiden

• Gute Holzauswahl

• Regelmäßige Wartung und Pflege

• Schutz während Transport +Lagerung +Montage


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4.5 Korrosionsschutz

Stand der Normung SPEC DIN 1052-100: 2013-08


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nach DIN EN ISO 12944-2

nach DIN EN 1995-1-1

SPEC DIN 1052-100: 2013-08

orientiert sich an DIN 1052:2008-12

(wesentlich dezidierter / umfangreicher)


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Umgebungsbedingungen

(Korrosionsbelastung)

nach DIN EN ISO 12944-2


70


71

Gebäude mit einer Höhe bis zu 13 m Fußbodenoberkante

Komplexe Anforderungen: Erdbeben, Schallschutz, Brandschutz:

Gebäudeklasse 4 → Anforderung hochfeuerhemmend - woher ?

Studentenwohnheim

Neuhalde, Tübingen

2007

4.6 Brandschutz im Holzbau siehe Vortrag Herr Schäfer

Holz kann Holz kapseln


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Begriffe / Vorgaben:

§ 2 MBO / der meisten LBO‘s Gebäudeklasse 4

Ausführungsverordnungen zur LBO hochfeuerhemmend

Bauregelliste A Teil 1 bzw. VV TB 60 Minuten

da

- DIN 4102-1 bzw. DIN EN 13501-1 Holz brennbarer Baustoff

- raumabschließende Bauteile REI

Muster-Holzbaurichtlinie K260 (Kapselung Holz erforderlich)

Bekleidung aus nichtbrennbaren Baustoffen (Brandschutzbekleidung)

oder ETA bzw. ZiE / Bauartgenehmigung im Einzelfall

auf Basis Brandversuche


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DIN EN 13501-1: Begriff REI

R Résistance (Widerstand/Tragfähigkeit)

für tragende Bauteile ohne Raumabschluss;

wurde früher in Deutschland mit

F für Feuerwiderstand gemäß DIN 4102-2 bezeichnet;

E Étanchéité (Raumabschluss),

I Isolation (Wärmedämmung unter Brandeinwirkung)

REI somit für tragende Bauteile mit Raumabschluss


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Tabelle 1 Baustoffklassen nach DIN 4102-1:1998-05 bzw. DIN EN 13501-1

Bauaufsichtliche

Benennung

Baustoffklasse

nach DIN 4102-1

Baustoffklasse

nach DIN EN 13501-1

Beispiele

Nicht brennbar A

A1

A2

A1

A2-s1do

Sand / Kies / Beton / Glas,

Lehm / Ton / Ziegel,

Metall, etc.

Gipskartonplatten geschlossen

Brennbar

Schwer entflammbar

Normal entflammbar

Leicht entflammbar

B

B1

B2

B3

B, C-s1do

D-s3d2, E-d2

F

Holzwolle-,

Mineralfaserplatten,

Wärmedämmputzsysteme, etc.

Holz, Holzwerkstoffe

Erläuterung: Klasse s1 besondere Anforderungen an Rauchentwicklung

Klasse d1 kein brennendes Abtropfen oder Abfallen


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Zeit t

[min]

Temperatur

[K]

0

5

10

15

30

60

90

120

180

240

360

0

556

658

719

82

925

986

1029

1090

1133

1194

Brandprüfungen: z.B. mit

Einheitstemperaturkurve (ETK)

nach DIN 4102-2

Eingruppierung Baustoffe in Feuerwiderstand nach DIN 4102

Frage: 60 Minuten Brandwiderstand - ist das ausreichend

für feuerhemmend ?

flashover


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Brandversuch

an der ETH Zürich

Muster-Holzbaurichtlinie M-HFHHolzR

Hochfeuerhemmende und raumabschließende Bauteile,

deren tragende und aussteifende Teile

zwar aus brennbaren Baustoffen bestehen dürfen,

aber allseitig eine Bekleidung aus nichtbrennbaren Baustoffen

(Brandschutzbekleidung) haben und

Dämmstoffe (Schmelzpunkt > 1000oC) besitzen,

sind nach Anlage 0.1.2 (2009/1) zur Bauregelliste A Teil 1

bzw. VV TB zum einen für die Feuerwiderstandsklasse REI 60

nach DIN EN 13501-2 nachzuweisen.


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Zum anderen ist das Brandschutzvermögen der

Brandschutzbekleidung zusätzlich nachzuweisen und

nach DIN EN 13501-2 mit dem K260 (Kapselkriterium)

zu klassifizieren.

Des Weiteren ist die

Muster-Richtlinie über brandschutztechnische Anforderungen

an hochfeuerhemmende Bauteile in Holzbauweise

zu beachten.


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Kapselung warum ? - Erläuterungen (Zitate):

“ Mit einer brandschutztechnisch wirksamen Bekleidung von Holzbauteilen

soll in erster Linie eine wirkungsvolle Brandbekämpfung

auch in mehrgeschossigen Holzbauten ermöglicht werden.

Brände im Innern der Holzbauteile und eine unkontrollierte

Brandausbreitung über Hohlräume erschweren einen Löscherfolg.

Ein versteckter Weiterbrand hinter der Bekleidung kann ein verzögertes

Tragwerksversagen hervorrufen. “

sog. flashover


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Daher ist eine Selbstentzündung des Holzes bei ca. 300°C

in Folge austretender Holzgase zu unterbinden.

Für Brandversuche wurde der Grenzwert auf 280°C festgelegt

auf Grund der vorhandenen Unwägbarkeiten.

“ Die Personenrettung durch die Feuerwehr findet gewöhnlich

in den ersten 20 Minuten nach der Brandentdeckung statt

und ist nicht maßgeblich für diese Anforderung. “

flashover


80

Wandkonstruktionen Studentenwohnheim Tübingen in Holzrahmenbauweise

Geschosseinteilung

mit Mittelspange

abP‘s vorhanden


81

Querschnitt tragende raumabschließende Holzbalkendecke der

Saint Gobain Rigips GmbH

(Auszug abP) ( Gipskarton kapselt Holz )


82

Deckenuntersicht

Rohbau = Ausbau (Problem !)

Unterseitige Brandschutzbekleidung

oder

Holzuntersicht mit ETA / ZiE durch Brand-

versuche oder aufwendige Nachweise

Hohlkasten-Deckenelement

darauf Estrich gemäß

Verwaltungsvorschrift

Technische Baubestimmungen

(VV TB; vormals Bauregelliste BRL)


83

84


EN 1995-1-1: 2010-12 mit NA: 2013-08

Entwurf, Berechnung und

Bemessung von Holzbauwerken

Nachweis von:

Verformungen und Durchbiegungen

Schwingungen

5 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit

85


Verformung eines Biegeträgers:

u0 Überhöhung im lastfreien Zustand (falls vorhanden)

u1 Durchbiegung infolge ständiger Einwirkungen } unter Berück-

u2 Durchbiegung infolge veränderlicher Einwirkungen } sichtigung kdef

unet gesamte Durchbiegung unet = u1 + u2 - u0

86


Empfohlene Grenzwerte

uinst ≤ l/300 (Kragträger lk / 150)

ufin ≤ l/200 (Kragträger lk / 100)

unet,fin ≤ l/300 (Kragträger lk / 150)

mit in jedem Fall

l Spannweite des Trägers Vereinbarung

lk Länge des Kragträgers mit Bauherrschaft

unet,fin Enddurchbiegung abzgl. Überhöhung erforderlich

Für untergeordnete und überhöhte Bauteile gelten geringere Grenzwerte.

87


Elastische Anfangsverformung uinst

Mittelwerte der Steifigkeiten

Verschiebungsmoduln Kser der Verbindungsmittel

Endverformung ufin

ufin = uinst (1 + kdef)

mit

kdef Verformungsbeiwert

in Abhängigkeit von der Nutzungsklasse

(rheologisches Materialverhalten)

88


Schwingungsverhalten

Ziel: - Vermeidung von Schäden am Bauwerk, Beeinträchtigung Funktion

- Unbehagen bei Nutzern vorbeugen

Nachweis: Erregerfrequenzen < Eigenfrequenzen + Sicherheitsabstand

z.B. Gehen 3,2 Hz - „ - f1 sollte über 8 Hertz (Hz) liegen

Walken 4,5 Hz

𝑓1 =𝜋

2∙𝑙2∙

𝐸𝐼 𝑒𝑓,𝑙

𝑚

Faustformel: f1 = 5 / √ Verformung [cm]

Anforderungen an Biegesteifigkeiten und Masse,

Parameter a (Grenzwert der Durchbiegung) und Schwingungsparameter b,

sowie an Schwinggeschwindigkeit v

89


Empfohlener Bereich und Beziehung zwischen a und b

[DIN EN 1995-1-1:2010-12, Abbildung 36:]

Schwingungs-

parameter b

Anforderung an das

Schwingungsverhalte

n

050 leicht

100 mittel

150 streng

Tabelle 4: Schwingungsanforderungen

𝑣 ≤ 𝑏 𝑓1∙𝜁−1 ൗ𝑚 𝑁𝑠2Schwinggeschwindigkeit

Liegt die erste Eigenfrequenz f1 unter 8 Hz, sind besondere Untersuchungen

zur Einheitsimpulsgeschwindigkeitsreaktion infolge eines Fersenauftritts sowie

zur Beschleunigung bzw. Resonanzanregung der Decke durchzuführen.

90


EN 1995-1-1:2010-12 mit NA:2013-08

jeweils Kapitel 8: Verbindungen mit metallischen Verbindungsmitteln

EN 1993-1-1 + 1-8:2010-12 mit aktuellen NA‘s

(Stahlbau)

6 Einige Hinweise zu Verbindungen

91


Grundsätzlich gilt: Nachweise sind nach den

Allgemein anerkannten Regeln der Technik zu führen; d.h. nach

- Normen und/oder

- ETA (european technical assessment = europ. Technische Bewertung)

mit zugehöriger Leistungserklärung (DoP) und Bescheinigung zum

AVCP-Überwachungssystem sowie die CE-Kennzeichnung

bzw. national nachgewiesene Leistungsmerkmale einschließlich der

zugrunde liegenden Nachweise; z.B. durch Vorlage

allgemeine bauaufsichtliche Zulassung (abZ); ansonsten mittels

- Zustimmung im Einzelfall (ZiE) / Bauartgenehmigung im Einzelfall

Typenprüfung: Rechenerleichterung siehe Vortrag Herr Windmüller

92


6.1.1 Allgemeines Mechanische Verbindungsmittel:

Nägel, Stabdübel und Dübel besonderer Bauart

Charakteristisch:

Nachgiebigkeit (Schlupf)

• Eindrückungen im Holz

• Verformungen der

Verbindungsmittel

F1

F

F

d

F1

F2

F2

Spalt

Eindrückung

F

a

F

d

Schlupf w

6.1 Mechanische Verbindungen Besonderheiten

93


a

a||

a,u

a,u

a||,b a||,b

Konstruktive Ausbildung

Anschlussbilder möglichst symmetrisch; Beispiel Zugstoß

ursprünglicher Zustand

verformter Zustand

Einseitige Anschlüsse:ursprünglicher Zustand

verformter Zustand

Zusatzmoment M = N . E Zughölzer steifer

NN NN

94


Eintreiben eines Stiftes Spaltgefahr

Beanspruchung zusätzliche Spaltwirkung

unzureichender Abstand

zum Hirnholz

unzureichender Abstand

untereinander

ausreichende Abstände

Mindestabstände

Ausreichende Abstände, ggfs. Vorbohren

95


Schräg zur Faserrichtung angreifende Kräfte

falsch

Risshe < h/2

N

he/h < 0,2 nur

zulässig bei Einwirkungen

mit KLED kurz

richtig

h e > h/2

N

kein Nachweis

bei he/h > 0,7

he

he

Querzug !!

96


Nägel für tragende Verbindungen

dn

ln

Glattschaftiger Nagelnach DIN EN 10230-1

(runder Flachkopf)

Rillennagel

(Anker-/Kammnagel)

Schraubnagel

(Sparrennagel)

ln

dn

lg

D

dn

D

ln

lg

Allgemeines

6.1.2 Nagelverbindungen

Mindesteindringtiefen tpen 8dn glattschaftig bzw. 6dn profiliert

Bemessungsgleichungen gelten für tpen = 12dn bzw. 8dn ;

d.h. dazwischen sind Abminderungen vorzunehmen

97


Einfluss des Vorbohrens: • Nägel sitzen satter im Holz

• Höhere Tragfähigkeit

• Deutlich geringere Spaltwirkung

Durchmesser der vorgebohrten Löcher im Holz 0,9·dn

Tragende Verbindung: n 2 Nägel

Nagelung Dachlatten

Regelungen des EC 5 werden erfüllt für Kombinationen

Dachlatte d/b 24/48 30/50 40/60

Nagel 28/70 31/70 31/70, 34/70, 38/80

98


d = 6 - 30 mm

30°30°

d

f fl

Löcher

im Holz: Nenndurchmesser bis zu 2 mm größer (Spiel)

im Stahlteil: bis zu 2 mm größer nach DIN EN 1993

Allgemeines

Stabdübel Bolzen

glattschaftiger Metallstab Metallstäbe mit Schraubengewinde

Kopf/Mutter mit Unterlegscheibe

6.1.3 Stabdübel- und Bolzenverbindungen

Kopf Unterlegscheibe Mutter

Schlupf, Nachgiebigkeit

99


Verbindungseinheit = Dübel mit zugehörigem einschnittigen Bolzen

• sehr steif Kraft wird vollständig vom Dübel übertragen

• Geringe Verformungen kein Beitrag des Bolzens

• Größere Verformungen wegen Nachgiebigkeit der Zähne / Dorne

Bolzen trägt mit

Typ C1/C2, C10/C11:

Charakteristische Tragfähigkeit einer Verbindungseinheit

dc

hc

t

t

dc

hch1

he

he

dc

hc

t

t

dc

hch1

he

he

hc t

dc

hct

dc

hc t

dc

hct

dc

thc

dc

dc

thc

t

dc

hc

t

dc

hc

d 95 mm

thc

dc

dc

thc

t

dc

hc

t

dc

hc

d 95 mm

Typ A1/B1:

6.1.4 Dübel besonderer Bauart

100


6.1.5 Anschluss von Nebenträgern an Hauptträger

Stahlblechformteile

a) Winkelverbinder

b) Balkenschuhe

c) Integralverbinder (GH) bzw.

Balkenträger (BMF)

d) Hakenplatten (z.B. JANEBO)

abZ / ETA beachten - Anwendungsgebiete verschieden

101


e) Balken-Z-Profil (z.B. BOZETT )

f) Merk-NHT-Verbinder

g) Schwalbenschwanzverbindung

Ist statisch nachzuweisen !!!

Querzugverstärkung erforderlich

bei Anordnung Schwalbenschwanzverbindung nahe Hirnholz

h) Nagelplatten (i.W. Knotenverbindungen)

102


Aufnahme von Windsoglasten

Anordnung liegend und stehend

i) Sparren-Pfetten-Anker

Deckenscheibenkräfte

Z

k) Zugverankerung von Wandscheiben

l) Stützenfüße

Spritzwasserfreiheit 30 cm≥

103


m) Knaggenanschlüsse

DH,d

DV,d

DH,d

Dd DV,d

b

tlA Zd

Knagge

Kontakt

n) Versatz

tV

lV

Diagonale

Schwelle

AKAS

tV

D

S

D = 90 - S = - D

Kontaktpressung

Abscheren

Vorholz

104

Verbundmittel: eingefräste Kerven oder Spezialformteile

Brettstapel-Beton-Verbunddecke

mit eingefrästen Kerven (Michelfelder 2006)

Brettstapel-Beton-Verbunddecke mit

Flachstahlschlösser (Michelfelder 2006)

Brettstapelelement (brettstapel) Brettsperrholz-Element (proHolz)


o) Holz-Beton-Verbund (HBV)

105

Einsatzgebiete und Verbundmöglichkeiten

• Sanierung (Erhöhung Tragfähigkeit oder Steifigkeit) und

Neubau (Schallschutz, Brandschutz)

• stiftförmige Verbindungsmittel oder Spezialformteile

Beispiel eines Deckenaufbaus

im Sanierungsfall

(Verbundbau-OC)

Zu beachten ist

Verbindungsmittel benötigt eine abZ oder ETA

Trennfolie zwischen Holz und Beton um zu

verhindern, dass durch den Frischbeton

Feuchtigkeit in das Holz eindringt

(bzw. Holz klassifiziert wässern)


106

Stiftförmige Verbindungsmittel

• Schrauben, Nägel, Gewindestangen

in Deutschland haben nur Systeme mit Schrauben eine abZ

• Schrauben werden über die gesamte Gewindelänge eingeschraubt

• Schrauben möglichst im 45° Winkel montieren

Holzbalken-Beton-Verbunddecke

mit stiftförmigen Verbindungsmitteln (Frangi

2001)


107

Spezialformteile

• Eingeklebte HBV-Schubverbinder

• Streckmetallformteile werden rechtwinklig zur

Holzoberfläche in eine

vorbereitete Sägenuten eingeklebt

• Schubverbinder können im Werk

oder auf der Baustelle verklebt werden,

der Hersteller der Verklebung muss im

Besitz einer gültigen Bescheinigung

über den Nachweis der Eignung zum Kleben sein

Holzbalken-Beton-Verbunddecke

mit eingeklebten HBV-Schub-

verbindern (nach TiComTec)


HBV-FT(Fertigteil)-Verbinder

[ETA-13/0029; ETA-12/0196]

108


6.2 Leim-/Klebeverbindungen

Die vorgesehenen Leimverbindungen dürfen nur von einem Unternehmer

hergestellt werden, dessen Fachkompetenz und die Erfüllung der

Anforderungen an die Ausrüstung im Zuge der Erstprüfung durch die

notifizierte Stelle überprüft wurde.

Für Brettschichtholz nach DIN EN 14080:2013-09 und

keilgezinktes Vollholz nach DIN EN 15497:2014-07

sind dem Bauherrn und dem Prüfingenieur jeweils die Leistungserklärung

und CE-Kennzeichnung nach Bauproduktenverordnung in Kopie

vorzulegen.

109


6.3 Plattenförmige Werkstoffe / Brandschutz

siehe Vorträge Herren Stoodt und Schäfer

OSB/2 nur NKL 1

Holzwerkstoffplatten tragend nur z.B. OSB/3 und OSB/4

P4 und P5

im Feuchtebereich

Zementfaserplatten

Wärmedämmstoffe

Holzwärmedämmverbundsysteme

…

110


Lehrgang

GDF - Qualitätsbeauftragter

Fachwissen:


Zusammenfassung

Was muss die statische Berechnung (für ein Wohnhaus)

beeinhalten, um das Haus standsicher errichten zu können ?

111


ZusammenfassungWas muss die statische Berechnung (für ein Wohnhaus) beeinhalten, um das Haus stand-

sicher errichten zu können - ohne die Verantwortung für Details Anderer zu übernehmen ?

• Dezidierte Angaben zu den aussteifenden Wänden

(Plattenwerkstoff, Verbindungsmittel, -abstände, Rahmenhölzer)

• Verankerung mit Details, wo diese anzubringen ist

(auf Stiel oder OSB), Menge

• Ausführung der Scheibenwirkung (Decke und Dach) sowie

Verbindung mit Wänden, Stöße in der Plattenebene

• Schwingungsnachweis

• Angaben zum Erdbeben

• Weitere Dinge bezogen auf den jeweiligen Einzelfall

112


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113

114


115


Lehrgang GDF - Qualitätsbeauftragter Fachwissen ... · 1 Bürogemeinschaft KUHLMANN - GEROLD -...

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