Vorwort zur 16. Auflage
Die bauaufsichtliche Einführung der Eurocodes in die deutsche Baupraxis machte eine vollständige Überarbeitung der 15. Auflage notwendig. Das Buch enthält jetzt die Grundlagen und Regeln der DIN EN 1995-1-1:2010 und DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-1: Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau und DIN EN 1995-1-2:2010 sowie DIN EN 1995-1-2/NA:2010, Bemessung und Konstruktion von Holzbauten – Teil 1-2: Tragwerksbemessung für den Brandfall. Dabei wird auf weitere europäische Regeln eingegangen, und es werden die in Deutschland neu erschienenen Grundlagen des Holzschutzes (DIN 68800) einbezogen.
Der Leser kann also auch in dieser Auflage eine ausgewogene Darstellung der Grundlagen und normativen Regeln zum Baustoff, zu den Verbindungsmitteln und Verbindungen, zur Dimensionierung von Zug-, Druck- und Biegestäben, aber auch ausführliche Darlegungen über Holzbalkendecken, Dachtragwerke, Hallenkonstruktionen, geklebte Holzkonstruktionen, Verbundtragwerke und Hybridkonstruktionen erwarten. Dort, wo notwendig, werden auch Erläuterungen zum Schall- und Wärmeschutz gegeben. Das Buch enthält, wie in allen Auflagen vorher, auch wieder Erkenntnisse zu neuen Entwicklungen im Holzbau und aus der Holzbauforschung und -praxis.
Zahlreiche Beispiele aus der Holzbaupraxis, erläutern die Anwendung der normativen Regeln. Mit Einführung der Eurocodes hat der Rechenaufwand gegenüber früherer Normfassungen weiter zugenommen. Der Praktiker wird daher in den meisten Fällen Computerprogramme nutzen. Die ausführliche Darstellung der Rechenregeln im Buch bietet den Fachkollegen die Möglichkeit der nachvollziehbaren Überprüfung computergestützter Berechnungen. Neben der Bemessung spielen für einen schadensfreien Holzbau Fragen der Konstruktion und Ausführung von Holzkonstruktionen eine wichtige Rolle. Es war das Anliegen der Autoren, diese Fragen so ausführlich wie möglich beizubehalten. Das ist insofern wichtig, da die europäischen Bemessungsnormen sich vor allem auf die Bemessung beschränken. Konstruktive Regeln, die in früheren Normen noch ausführlich enthalten waren, werden beschränkt auf unbedingt notwendige Grundlagen.
Wünsche des Lesers nach Vervollkommnung und Ergänzung des Buches sind den Autoren stets willkommen. Der Leser wird außerdem zur kritischen Stellungnahme aufgefordert. Die Autoren danken der Lektorin Frau Dipl.-Ing. Sabine Wolf für die kritischen Hinweise und die geduldige Betreuung des Manuskripts. Dank gebührt auch den Herrn Dipl.-Ing. (FH) L. Liebscher, Herrn Dipl.-Ing. (FH) G. Linke, die bei der Aufbereitung der Rechenbeispiele tatkräftig mitgewirkt haben. Bei der Erstellung der Bilder und des Manuskripts haben Fr. J. Krüger und Frau D. Buchholz die Autoren maßgeblich unterstützt, wofür die Autoren sich bei Ihnen herzlich bedanken. Wolfgang Rug
Willi Mönck
Inhaltsverzeichnis
1. 1.1. 1.2. 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4. 1.2.5.
Einführung .................................................................... 11 Allgemeines.................................................................... 11 Holz als Baustoff ............................................................ 11 Ökologische und wirtschaftliche Bedeutung .................. 11 Wichtige Eigenschaften des Holzes ............................... 12 Kriechverhalten von Holzbauteilen................................. 20 Dauerhaftigkeit (Nutzungsdauer) ................................... 22 Beurteilungskriterien für die technische Verwendbarkeit .............................................................. 22 1.3. Festigkeit des Holzes und der Holzwerkstoffe ............... 23 1.3.1. Arten der Beanspruchung .............................................. 23 1.3.2. Druckfestigkeit................................................................ 24 1.3.3. Knickfestigkeit ................................................................ 27 1.3.4. Zugfestigkeit ................................................................... 27 1.3.5. Biegefestigkeit ................................................................ 28 1.3.6. Scherfestigkeit................................................................ 30 1.3.7. Schubfestigkeit ............................................................... 31 1.3.8. Rollschub ....................................................................... 31 1.3.9. Dauerfestigkeit (Einfluss der Lastdauer auf die Festigkeit)....................................................................... 31 1.3.10. Festigkeit unter dynamischer Beanspruchung (Dauerschwingfestigkeit) ................................................ 32 1.3.11. Hinweise zur Festigkeitslehre im Bauwesen .................. 32 2. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.4.1. 2.4.2. 2.4.3. 2.4.4. 2.4.5. 2.4.6. 2.5. 2.6.
2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 2.11. 2.11.1. 2.11.2. 2.12. 2.12.1. 2.12.2. 2.12.3.
Grundlagen der Bemessung ....................................... 33 Allgemeine Bemessungsregeln...................................... 33 Nachweise...................................................................... 33 Bauvorlagen ................................................................... 33 Bemessung nach DIN EN 1995-1-1:2010 und DIN EN 1995-1-1/NA:2013............................................. 35 Allgemeines.................................................................... 35 Grenzzustände nach DIN EN 1990:2010, Abschnitt 3 ..................................................................... 38 Grenzzustand der Tragfähigkeit ..................................... 38 Geometrische Größen.................................................... 41 Bemessungswert der Baustoffeigenschaften ................. 41 Bemessungswert der Tragfähigkeit Rd (Beanspruchbarkeit) ....................................................... 42 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit ...................... 50 Geregelte Holzbaustoffe/Baustoffeigenschaften, Leistungsanforderungen, Materialkennwerte für Bauholz und Holzwerkstoffe........................................... 57 Mindestholzquerschnitte ................................................ 75 Querschnittsschwächungen ........................................... 76 Ausmittige Anschlüsse ................................................... 77 Feuchte und Schwindmaße ........................................... 80 Schutz gegen Feuchtigkeit – Holzschutz ....................... 82 Grundlagen .................................................................... 82 Holzschutznormung ....................................................... 83 Schutz gegen Feuer/Brandschutz .................................. 96 Brandschutz im Baurecht ............................................... 96 Brandverhalten und Feuerwiderstand von Holz ............. 99 Bemessung von Holzbauwerken für den Brandfall ...... 101
3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3.
Verbindungsmittel im Holzbau ................................. 117 Allgemeines ................................................................. 117 Kurzer geschichtlicher Rückblick ................................. 118 Kraft-Verschiebungs-Diagramm .................................. 119 Zusammenwirken verschiedener Verbindungsmittel nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.1.2 ............................................................. 120 3.1.4. Allgemeine Regeln für Verstärkungen von querzugbeanspruchten Holzbauteilen nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, NCI NA.6.8 ...................... 121 3.2. Geklebte Verbindungen ............................................... 123 3.2.1. Allgemeines ................................................................. 123 3.2.2. Allgemeine Regeln für Brettschichtholz nach DIN EN 14080, DIN 20000-3 und DIN 1052-10 .......... 123 3.2.3. Allgemeine Anforderungen an geklebte Produkte, Verbindungen und Verstärkungen ............................... 124 3.2.4. Anforderungen an Schraubenpressklebungen ............ 124 3.2.5. Klebstoffeigenschaften ................................................ 125 3.2.6. Klebstoffarten .............................................................. 126 3.2.7. Wahl der Klebstoffe ..................................................... 127 3.2.8. Physikalische und chemische Grundlagen der Klebstofftechnik ........................................................... 127 3.2.9. Prüfung der Qualität der Verklebung ........................... 127 3.2.10. Zubereitung der Klebstoffe .......................................... 128 3.3. Mechanische Verbindungsmittel ................................. 128 3.3.1. Duktiles Tragverhalten................................................. 128 3.3.2. Tragfähigkeit von stiftförmigen metallischen Verbindungsmitteln bei Beanspruchung auf Abscheren nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.2 ................................................................ 129 3.3.3. Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.2 bei Beanspruchung auf Abscheren – Genaues Verfahren ..................................................................... 132 3.3.4. Tragfähigkeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013 bei Beanspruchung auf Abscheren – Näherungsverfahren .................................................... 137 3.3.5. Mehrschnittige stiftförmige Verbindungsmittel .............. 140 3.4. Nägel und Nagelverbindungen .................................... 144 3.4.1. Allgemeines ................................................................. 144 3.4.2. Kraftübertragung in einer Nagelverbindung bei Beanspruchung rechtwinklig zur Nagelachse ............. 145 3.4.3. Tragfähigkeit rechtwinklig zur Nagelachse nach DIN EN 1955-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI zu 8.3 ....... 146 3.4.4. Beanspruchung parallel zur Nagelachse – Ausziehwiderstand von Nägeln ................................... 172 3.4.5. Tragfähigkeit von Nägeln in Schaftrichtung (Beanspruchung auf Herausziehen) nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.3.2 und DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI Zu 8.3.2 .... 173 3.5. Nagelplattenverbindungen .......................................... 177 3.5.1. Allgemeines ................................................................. 177
8 3.5.2.
Inhaltsverzeichnis
3.12.
Berechnung und Bemessung nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.8 .......................... 179 Klammerverbindungen ................................................. 181 Klammerverbindungen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.4 – Beanspruchung auf Abscheren .................................... 181 Klammerverbindungen nach DIN EN 1995-1-1: 2010, Abschnitt 8.4 und DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI zu 8.4, Beanspruchung auf Herausziehen ............................... 188 Stabdübel-, Passbolzen und Bolzen- bzw. Gewindestangenverbindungen .................................... 192 Allgemeines.................................................................. 192 Berechnung von Stabdübel- und Passbolzenverbindungen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.6 .......................... 195 Berechnung von Bolzen- und Gewindestangenverbindungen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.5 .......................... 198 Verstärkung von Stabdübel- und Passbolzen-Verbindungen/Gewindestangen und Bolzenverbindungen .................................................... 199 Holzschraubenverbindungen ....................................... 215 Allgemeines.................................................................. 215 Tragverhalten ............................................................... 215 Beanspruchung auf Abscheren nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.7 .......................... 216 Beanspruchung von Schrauben in Schaftrichtung auf Herausziehen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.7.2 ............................................................. 222 Hirnholzverbindungen mit selbstbohrenden Schrauben – Anschlüsse an Balken ............................ 227 Bemessungswert der Beanspruchung bei kombinierter Lastwirkung nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.7.3 ....................... 230 Eingeklebte Stahlstäbe ................................................ 233 Mechanische Holzverbinder und Verbindungsmittel .... 238 Dübelverbindungen ...................................................... 239 Allgemeines.................................................................. 239 Konstruktion und Berechnung von Rechteck-Einlassdübeln und T-förmigen Metalldübeln ................................................................. 239 Konstruktion und Berechnung von Dübeln besonderer Bauart ....................................................... 239 Konstruktion und Berechnung von Ring- und Scheibendübeln (Dübel besonderer Bauart) nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitte 8.9 und 8.10 ......... 241 Berechnung vom Scheibendübeln mit Zähnen oder Dornen ......................................................................... 244 Berechnung von Hirnholzanschlüssen mit Dübeln besonderer Bauart nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt 8.11 .................. 261 Bauklammerverbindungen ........................................... 263 Konstruktion und Berechnung nach früherer Norm DIN 1052-2:1988/1996, Abschnitt 11 ........................... 263 Konstruktion und Berechnung nach der Methode der Grenzzustände....................................................... 264 Hölzerne Verbindungsmittel ......................................... 265
4. 4.1. 4.2. 4.2.1. 4.2.2. 4.3.
Verbindungen im Holzbau ......................................... 267 Konstruktive und technologische Forderungen ............ 267 Druckstöße und Druckanschlüsse ............................... 267 Allgemeine Hinweise, Begriffe ..................................... 267 Druckstöße ................................................................... 267 Druckstöße ................................................................... 269
3.6. 3.6.1.
3.6.2.
3.7. 3.7.1. 3.7.2.
3.7.3.
3.7.4.
3.8. 3.8.1. 3.8.2. 3.8.3. 3.8.4.
3.8.5. 3.8.6.
3.8.7. 3.9. 3.10. 3.10.1. 3.10.2.
3.10.3. 3.10.4.
3.10.5. 3.10.6.
3.11. 3.11.1. 3.11.2.
4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.4. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3.
4.4.4. 4.5. 4.6. 4.6.1. 4.6.2. 4.6.3. 4.6.4. 4.6.5.
4.6.6. 4.6.7. 4.6.8. 5. 5.1. 5.2. 5.2.1.
5.3. 5.3.1. 5.3.2.
5.3.3. 5.3.4.
5.3.5. 5.4. 5.4.1. 5.4.2. 5.5. 5.5.1.
5.5.2.
5.5.3.
Druck parallel zur Faser nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.1.4 ...................... 269 Druck rechtwinklig zur Faser nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.1.5 ...................... 274 Querdruckverstärkungen ............................................. 281 Druck unter einem Winkel zur Faser nach EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.2.2 ................................... 287 Zugstöße nach DIN EN 1995-1-1/ NA:2013, Abschnitt NCI NA.8.1.6 ............................................... 289 Allgemeine Hinweise ................................................... 289 Geklebte Zugstöße ...................................................... 297 Zuganschluss mit Beanspruchung senkrecht zur Faser nach EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI NA.6.8.2....................................................................... 299 Zuganschluss mit Beanspruchung im Winkel zur Faser ........................................................................... 303 Gerade biegesteife Stöße ........................................... 309 Handwerkliche (historische) Holzverbindungen .......... 316 Allgemeines ................................................................. 316 Grundtypen handwerklicher Holzverbindungen .......... 317 Versätze nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI NA.12.1................................................. 318 Querkraftbelastete Zapfenverbindungen nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI NA.12.1 .... 334 Ermittlung des Bemessungswertes der Tragfähigkeit für Zapfenverbindungen nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI NA.12.2 .... 335 Abgestirnter Zapfen ..................................................... 338 Schwalbenschwanzverbindung (Verblattungen/Zapfenverbindungen) .......................... 339 Blattlängsverbindungen ............................................... 342 Bemessung der Tragglieder ..................................... 345 Allgemeines ................................................................. 345 Zugstäbe...................................................................... 345 Bemessung von Zugstäben nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitte 6.1.2, 6.1.3, 6.2.3 und DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitt NCI NA.6.2.5 ............................................... 345 Druckstäbe .................................................................. 356 Allgemeines ................................................................. 356 Berechnung planmäßiger mittig gedrückter einteiliger Stäbe nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.3.2 (Ersatzstabverfahren) ......................... 356 Mehrteilige mittig gedrückte Druckstäbe ..................... 368 Ausmittig belastete einteilige Druckstäbe (Druck und Biegung) nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.3.2 ............................................................. 387 Stützenfußausbildungen .............................................. 394 Abstützungen, Verbände und Scheiben ...................... 405 Abstützungen und Verbände nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 9.2.5 ...................... 405 Scheiben nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitte 9.2.3 und 9.2.4 ........................................... 409 Biegestäbe................................................................... 427 Bemessungsregeln für biegebeanspruchte Bauglieder nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.1.6 ............................................................. 428 Biegedrillknicken von Biegeträgern nach dem Ersatzstabverfahren nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.3.3 und DIN EN 1995-1-1/NA:2010, Abschnitt NCI zu 6.3.3 ................................................. 435 Ausklinkungen bei Biegeträgern mit Rechteckquerschnitten aus Vollholz, Brettschichtholz und Furnierschichtholz ...................... 441
9
Inhaltsverzeichnis
5.5.4.
5.5.5.
5.5.6. 5.6.
5.7. 5.7.1. 5.7.2. 5.8. 5.8.1. 5.8.2. 5.8.3. 5.8.4. 5.8.5. 5.9. 5.10. 5.10.1. 5.11. 5.11.1. 5.11.2. 5.12. 5.12.1. 5.12.2. 5.12.3. 5.12.4. 5.12.5. 5.13. 6. 6.1. 6.2. 6.3. 6.4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8. 6.9. 6.10. 6.11. 6.11.1. 6.11.2. 6.11.3. 6.11.4. 6.11.5. 6.12. 6.12.1. 6.12.2. 6.12.3.
7. 7.1.
Durchbrüche bei Biegeträgern nach DIN EN 1995-1-1/NA: 2013, Abschnitt NCI NA.6.8.4 ....................................................................... 450 Biegeträger aus geklebten Einzelteilen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 9.1.1 mit schmalen Stegen ......................................................... 462 Geklebte biegebeanspruchte Tafelelemente nach DIN EN 1955-1-1:2010, Abschnitt 9.1.2 ....................... 467 Biegeträger aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 9.1.3 ....................... 468 Durchlaufträger ............................................................ 477 Gelenkträger ................................................................ 477 Koppelträger................................................................. 477 Verstärkte Balken ......................................................... 482 Unterspannte Balken.................................................... 482 Balkenverstärkung bei Umbauten – Aufgaben der Balkenverstärkung ....................................................... 486 Verdübelte/verzahnte Balken ....................................... 491 Vollwandbalken (besondere Art) .................................. 493 Beiderseitig verbretterte Balken ................................... 493 Kopfbandträger ............................................................ 493 Doppelbiegung ............................................................. 499 Bemessung .................................................................. 499 Vollwandträger in genagelter Ausführung .................... 502 Einsinnig verbretterte Hohlträger ................................. 502 Vollwandträger mit gekreuzten Brettlagen ................... 503 Bewehrte und vorgespannte Holzkonstruktionen ........ 504 Allgemeines.................................................................. 504 Holzträger mit eingeklebter Bewehrung ....................... 504 Örtliche Bewehrung von Holzbauteilen in gefährdeten Bauteilbereichen .................................. 507 Bewehrung mit Schrauben oder Stahlstangen ............ 507 Vorgespannte Holzbauteile .......................................... 508 Verbundkonstruktionen im Holzbau ............................. 510 Holzbalkendecken ...................................................... 527 Allgemeines.................................................................. 527 Entwicklung der Holzbalkendecken ............................. 527 Funktionelle Anforderungen ......................................... 531 Grundsätzliche konstruktive Forderungen (Vollholzbalken)............................................................ 535 Beispiele für traditionelle Holzbalkendecken................ 537 Konstruktive Einzelheiten ............................................. 537 Beispiele für neuzeitliche Holzbalkendecken ............... 542 Wärmeschutz ............................................................... 544 Schallschutz ................................................................. 546 Feuchtigkeitsschutz...................................................... 552 Brandschutz nach DIN EN 1995-1-2:2010 ................... 553 Allgemeines.................................................................. 553 Holzbalkendecken mit verdeckten Holzbalken............. 553 Holzbalkendecken mit teilweise frei liegenden Holzbalken ................................................................... 554 Holzbalkendecken mit vollständig freiliegenden Holzbalken ................................................................... 555 Brandschutztechnische Einschätzung alter Holzbalkendecken ........................................................ 555 Bemessung von Holzbalkendecken ............................. 558 Allgemeines.................................................................. 558 Bemessung nach DIN EN 1995-1-2:2010 .................... 559 Schwingungen von Wohnungsdecken nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 7.7.3 ....................... 561 Allgemeines über hölzerne Dachtragwerke............. 573 Übersicht, Einführung und Probleme ........................... 573
7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7. 7.7.1. 7.7.2. 7.7.3. 7.7.4.
7.11. 7.12.
Einteilungsmerkmale ................................................... 574 Funktionsbedingte Einflüsse und Anforderungen ........ 578 Anforderungen an die Gestaltung ............................... 578 Anforderungen an die Konstruktion ............................. 578 Technologische Anforderungen .................................. 579 Dachdeckungen........................................................... 579 Allgemeines ................................................................. 579 Dachschalungen (s. a. DIN 18374) ............................. 579 Dachlatten ................................................................... 580 Seitliche Abstützung von gedrückten Gurten von Fachwerkbindern und Sparren durch Brettschalung und Dachlatten nach DIN EN 1995-1-1/NA:2010, NCI zu 13.2 (NA.5) ...................................................... 581 Bauphysik .................................................................... 581 Allgemeines ................................................................. 581 Wärmeschutz............................................................... 581 Brandschutz................................................................. 591 Baulicher und chemischer Holzschutz nach DIN 68800-2 und -3 ............................................................ 591 Hinweise für die statische Berechnung nach DIN EN 1995-1-1:2010 ................................................ 592 Aufstellung der statischen Berechnung ....................... 592 Belastungsannahmen nach DIN EN 1995-1-1:2010 .... 592 Verankerungen und Befestigungen ............................. 594 Statische Grundformen für Sparren, Pfetten und Sparrenpfetten ............................................................. 600 Sparren ........................................................................ 601 Pfetten ......................................................................... 604
8. 8.1. 8.2. 8.3. 8.3.1. 8.3.2. 8.4. 8.5. 8.5.1. 8.5.2. 8.5.3. 8.5.4. 8.5.5. 8.6. 8.7. 8.7.1. 8.7.2. 8.7.3. 8.8.
Hausdächer ................................................................ 607 Allgemeines ................................................................. 607 Konstruktionssysteme und -prinzipien ......................... 607 Sparrendach ................................................................ 608 Einfaches Sparrendach ............................................... 608 Kehlbalkendach ........................................................... 610 Pfettendach ................................................................. 614 Besondere Dachkonstruktionen .................................. 619 Pfettendach mit Drempel ............................................. 619 Pultdach....................................................................... 620 Mansarddach ............................................................... 620 Walmdächer ................................................................ 620 Dächer über zusammengesetztem Grundriss ............. 621 Schifter ........................................................................ 621 Hänge- und Sprengwerke ........................................... 623 Hängewerk .................................................................. 623 Sprengwerk ................................................................. 624 Hängesprengwerk ....................................................... 625 Satteldächer ohne Balkenlage .................................... 625
9. 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.4.1. 9.4.2.
Hallendächer .............................................................. 629 Allgemeine Hinweise ................................................... 629 Vorentwurf ................................................................... 629 Konstruktionsaufgabe, Abgrenzung des Problems ..... 629 Ebene Fachwerkträger/-binder .................................... 629 Allgemeine statische Grundsätze ................................ 629 Konstruktive und technologische Einflüsse auf die Gestaltung der Binderform .......................................... 630 Formen von Fachwerkbindern ..................................... 634 Bemessung der Fachwerkstäbe .................................. 634 Bemessung des Tragwerkes nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 5.4 ......................... 635 Durchbiegung von statisch bestimmten Fachwerkträgern.......................................................... 636 Auflagerausbildungen .................................................. 637 Parallelfachwerkträger ................................................. 637
7.8. 7.8.1. 7.8.2. 7.8.3. 7.8.4. 7.9. 7.9.1. 7.9.2. 7.9.3. 7.10.
9.4.3. 9.4.4. 9.4.5. 9.4.6. 9.4.7. 9.4.8.
10 9.4.9. Aussteifungsverbände.................................................. 637 9.4.10. Aussteifungsverbände nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 9.2.5.3 .................... 640 9.4.11. Montage-Stabilität ........................................................ 644 9.4.12. Brettbinder mit Nagelverbindungen.............................. 644 9.4.13. Fachwerkbinder mit Verbindungen nach bauaufsichtlichen Zulassungen .................................... 645 9.4.14. Neue Entwicklung ........................................................ 647 9.5. Konstruktionen aus Brettschichtholz ............................ 661 9.5.1. Allgemeiner Überblick .................................................. 661 9.5.2. Konstruktion und Technologie...................................... 662 9.5.3. Berechnung von (geraden) Brettschichtträgern nach DIN EN 1995-1-1:2010 ........................................ 667 9.5.4. Berechnung von geraden Brettschichtträgern nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 6.4 mit nicht konstantem Querschnitt ............................................... 675 9.5.5. Verstärkungen von gekrümmten Trägern und Satteldachträgern aus Brettschichtholz nach DIN EN 1995-1-1/NA:2013, Abschnitte NCI NA.6.8.5 und NCI NA.6.8.6 ................. 678 9.6. Gebogene Brettschichtkonstruktionen ......................... 696
Inhaltsverzeichnis
9.7. 9.8. 9.9. 9.10. 9.10.1. 9.10.2. 9.10.3. 9.10.4. 9.10.5.
Rahmenecken ............................................................. 697 Konstruktionsdetails .................................................... 706 Ausgeführte geklebte Holzkonstruktionen ................... 712 Großflächige Dachkonstruktionen ............................... 717 Übersicht ..................................................................... 717 Holz-Rippen-Konstruktionen ....................................... 718 Zelt- und Hängedächer ................................................ 719 Kuppelkonstruktionen .................................................. 719 Rautenlamellenkonstruktionen .................................... 720
10.
Dachaufstockungen in Holzbauweise ..................... 725
11.
Erneuerung von Gebäudefassaden mit vorgefertigten Elementen in Holzbauweise ............ 729
12.
Mehrgeschossige Holzbauten .................................. 731
13.
Turmartige Konstruktionen ...................................... 735
Literaturverzeichnis ................................................................ 741 Stichwortverzeichnis............................................................... 791
394 5.3.5.
5. Bemessung der Tragglieder
Stützenfußausbildungen
In statischer Hinsicht werden an die Stützenfüße folgende Anforderungen gestellt: – – – –
Aufnahme von Druckkräften, Verankerung gegen Zugkräfte (Windsog), Verankerung zur Aufnahme der Einspannmomente und Schutz gegen seitliche Verschiebung (Lagesicherung).
Gelenkig ausgebildete Stützenfüße Bei einfacher Ausführung (z. B. bei untergeordneten Bauwerken) wird das Gelenk durch Auflagerplatten, Sperrpappen oder andere Einlagen gebildet (Bilder 5.45. und 5.46.).
Diese Anforderungen können einzeln oder kombiniert auftreten. Die Stützenfüße können gelenkig oder eingespannt ausgebildet werden. Unabhängig von der statischen Annahme der Stützenlagerung muss jeder Stützenfuß durch eine geeignete Konstruktion gegen seitliche Verschiebung gesichert sein.
Bild 5.46. Stützenfuß mit gelenkartiger Ausbildung
Wichtige konstruktive Forderungen an Stützenfüße: – Schutz vor aufsteigender Feuchtigkeit, Regen- und Spritzwasser, – Vermeidung von Wassersäcken (stauendes Wasser), – Korrosionsschutz der Stahlteile, – luftige Lagerung, – Radabweiser (zum Schutz gegen Anfahren) bei Einfahrten, – Verankerung mit dem Fundament. Der Stützenfuß ist der Punkt, wo die Feuchtigkeit das Holz am leichtesten angreifen kann. Der Stützenfuß ist insbesondere durch bauliche Maßnahmen gegen Feuchtigkeit zu schützen durch – – – –
Sperrpappe (Zinkblech, o. Ä.), Fundament über Spritzwasserhöhe (mind. 300 mm), abgeschrägte Fundamentoberfläche, genügend Abstand des Stützenfußes von der Fundamentoberfläche (Beispiel Bild 5.45.a).
Bild 5.47. Gelenkiger Stützenfuß (Hallen-Innenstütze)
Bild 5.48. Gelenkiger Stützenfuß (Hallen-Eckstütze) Legende a) Stützenfuß über Spritzwasserhöhe b) Stütze, durch verschraubte Flachstähle verankert c) Stütze, auf Stahlplatten mit Stahlwinkel verankert d) Stütze, durch eingelassene U-Stähle verankert (eingespannt) 1 Sperrpappe
Bild 5.45. Stützenfußausbildung
Das Bild 5.47. zeigt eine bewährte Ausführung der Verankerung eines Stützenfußes einer Innenstütze bei Hallenbauten. Bild 5.48. zeigt die Fußausbildung für die Eckstütze der vorgenannten Halle. In Bild 5.49. sind Stützenfüße für eine Brückenkonstruktion dargestellt.
395
5.3. Druckstäbe
Bild 5.50. Fuß einer gelenkig gelagerten Holzstütze im Freien, Verbindungsmittel mindestens vier Stahldübel
Beispiel 5.20.
(nach DIN EN 1995-1-1:2010)
Es ist der Fußpunkt einer einteiligen, gelenkig angeschlossenen Vollholzstütze, belastet mit einer Druck- und Querkraft, zu berechnen (s. Bild 5.50.). Gegeben:
NG,k 25,0 kN ;
NQ,k 20,0 kN ;
G 1,35 ; Q 1,5 ;
VQ,k 8,0 kN ;
b h 160 160 mm
NH C24 nach DIN EN 388, Tabelle 1/S10 nach DIN 4074-1 NKL 1, KLED kurz kmod 0,9 Gesucht: – Berechnung des Fußanschlusses – Ausbildung des Stützenfußes Lösung: Bild 5.49. Gelenkige Stützenfußausbildung (links: Aussteifungskonstruktion in Brückenlängsrichtung, rechts: Rahmenstütze zur Aufnahme der Kräfte in Brückenquerrichtung und der vertikalen Lasten)
Berechnungs- und Konstruktionshinweise in [Brünninghoff u. a. 2000], [Hempel 1968], [EGH-Bericht 1979].
Bemessungswert der Beanspruchung-Längskraft: EN ,d G,1 NG,k Q,1 NQ,k 1,35 25 1,5 20 63,75 kN
Bemessungswert der Beanspruchung-Querkraft:
EV ,d Q,1 VQ,k 1,5 8 12 kN a) Nachweis Tragfähigkeit Holz (Druck parallel zur Faser): Fußplatte 100 100 mm , Stahlgüte S235 nach DIN EN 10025 Bemessungswert der Beanspruchung:
c ,0,d
EN ,d 63,75 103 6,38 N mm2 100 102 AFußplatte
Bemessungswert der Holzfestigkeit fc ,0 ,k 21 N mm 2 nach Tabelle 1 in DIN EN 388:
fc ,0,d
kmod fc ,o,k
M
0,9 21 14,54 N mm2 1,3
396
5. Bemessung der Tragglieder
Mindestholzdicke nach Gl. (NA.116):
Nachweis nach Gl. (6.2):
c ,0,d fc ,0,d
[DIN EN 1995-1-1/NA, Gl. (NA.116)]
[DIN EN 1995-1-1, Gl. (6.22)]
6,38 N mm2 14,54 N mm2 b) Nachweis Tragfähigkeit Quadratrohr nach DIN 1993:2010: Quadratrohr gewählt: 60 3,0 mm A 6,47 102 mm2
nach DIN 10210-2, S235;
f EN ,d 63,75 10 3 240 94,58 y ,k 218 N mm2 6,74 102 1,1 M ARohr
d
Bemessungswert der Beanspruchbarkeit:
fy
Rd
M
235 235 N mm2 1,0
d 218 0,93 1,0 Nachweis erfüllt! Rd 235 c) Nachweis Biegung im Blech nach DIN 1993:2010: Überstand der Fußplatte: ü 100 60 2 20 mm Biegung in der Fußplatte: ( b 10 mm )
c ,0,d ü2 10 2
6,38 202 10 12 760 Nmm 10 mm 2
b t 2 10 102 W 166,7 0,167 103 mm3 10 mm 6 6
b
Bemessungswert der Beanspruchbarkeit: fy
M
d) Nachweis Stabdübel nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.6: Charakteristischer Wert der Lochleibungsfestigkeit nach Gl. (8.31) für 90 mit rk = 350 kg m3 : [DIN EN 1995-1-1, Gl. (8.31)]
fh,0,k k90 sin2 cos 2
Nach Gl. (8.32) ist: [DIN EN 1995-1-1, Gl. (8.32)]
fh,0,k 0,082 1 0,01 d pk 0,082 1 0,01 10 350 fh,0,k 25,83 N mm2 Nach Gl. (8.33) ist für Nadelholz:
k90 1,35 0,015 d 1,35 0,015 10 1,5 25,83 17,22 N mm2 1,5 sin2 90 cos 2 90
Charakteristischer Wert des Fließmomentes nach Gl. (8.30) mit fu,k 360 N mm2 , (S235) nach DIN EN 10025-2: [DIN EN 1995-1-1, Gl. (8.30)]
M y ,Rk 0,3 fu,k d
2,6
0,3 360 10
2
Charakteristischer Wert der Tragfähigkeit pro Scherfläche nach Gl. (NA.115): [DIN EN 1995-1-1/NA, Gl. (NA.115)]
Fv ,Rk 2 2 M y ,Rk fh,k d
Bemessungswert Gl. (NA.113):
der
Tragfähigkeit
pro
Scherfläche
nach
[DIN EN 1995-1-1/NA, Gl. (NA.113)]
Fv ,Rd
kmod Fv ,Rk
M
0,9 5,4 4,42 kN 1,1
Bemessungswert der Tragfähigkeit pro Verbindung:
nScherflächen 2 ,
nDübel 4
nDübel 2 hintereinander in Kraftrichtung 90
Fv ,Rd ,gesamt nDübel nScherflächen Fv ,Rd 4 2 4,42 35,36 kN
EV ,d 12 0,34 1,0 Nachweis erfüllt! Fv ,Rd ,gesamt 35,36
d 76,41 0,33 1,0 Nachweis erfüllt! 235 Rd
fh, ,k
160 10 75 mm
Nachweis Stabdübel:
235 235 N mm2 1,0
Nachweis:
fh, ,k
42995,57 17,22 10
1,15 4
Nach DIN EN 1995-1-1:2010, Abschnitt 8.5.1.1. (4) ist bei 90 nef n .
Md 12700 76,41N mm2 W 0,167 103
Rd
treq 72,68
fh,k d
Fv ,Rk 2 2 42995,57 17,22 10 5425,78 N 5,4 kN
Nachweis:
Md
M y ,Rk
treq 1,15 4
2,6
42995,57 Nmm
Eingespannte Stützenfüße Sie werden häufig zur Stabilisierung von Tragkonstruktionen, insbesondere bei Hallen angewendet (Bild 5.51.). Vorteil: Die Innenräume von Hallen bleiben frei von Streben oder Rahmeneckenkonstruktionen. Die Standfestigkeit einer solchen Konstruktion hängt von der sorgfältigen Einspannung der Stütze im Fundament ab. Die aus einem Einspannmoment am Stützenfuß resultierenden Zugkräfte werden über geeignete Verbindungsmittel (z. B. einseitige Einpressdübel, Stahldübel, Stiftschrauben) an Stahlprofile (z. B. Flachstähle, -, -, L-Stähle, Nagelbleche) angeschlossen und über diese in das Fundament geleitet, in vorbereitete Aussparungen gestellt und mit Beton vergossen. Die Druckkräfte werden entweder durch Kontakt direkt auf das Betonfundament (Passstoß) oder über die angeschlossenen Stahlteile übertragen. Die Horizontalkräfte am Fuß werden ebenfalls durch die Stahlprofile in das Fundament abgeleitet. Wenn der Stützenfuß dauernd oder zeitweise befeuchtet wird, ist bei Innenstützen ein Luftspalt 50 mm vorzusehen (Bild 5.55.). In diesem Fall ist die Normalkraft (Druck) in die Stahlteile einzuleiten.