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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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BürogemeinschaftKUHLMANN - GEROLD - EISELE
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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BürogemeinschaftKUHLMANN - GEROLD - EISELE
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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BürogemeinschaftKUHLMANN - GEROLD - EISELE
Fachwissen:
Holztragwerke nach DIN EN 1995 (Eurocode 5)
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
• Nutzungsklasse 2
Feuchtegehalt bei Klima 20°C und 85% rLF
Beispiel: Geschützte Bauteile
• Nutzungsklasse 3
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%
2) bei den meisten Nadelhölzern nicht über 20%
3) bei den meisten Nadelhölzern nicht über 24%
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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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
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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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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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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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BürogemeinschaftKUHLMANN - GEROLD - EISELE
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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67
4.5 Korrosionsschutz
Stand der Normung SPEC DIN 1052-100: 2013-08
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68
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
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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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75
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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76
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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77
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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78
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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79
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
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80
Wandkonstruktionen Studentenwohnheim Tübingen in Holzrahmenbauweise
Geschosseinteilung
mit Mittelspange
abP‘s vorhanden
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81
Querschnitt tragende raumabschließende Holzbalkendecke der
Saint Gobain Rigips GmbH
(Auszug abP) ( Gipskarton kapselt Holz )
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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)
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83
84
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Eintreiben eines Stiftes Spaltgefahr
Beanspruchung zusätzliche Spaltwirkung
unzureichender Abstand
zum Hirnholz
unzureichender Abstand
untereinander
ausreichende Abstände
Mindestabstände
Ausreichende Abstände, ggfs. Vorbohren
95
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Aufnahme von Windsoglasten
Anordnung liegend und stehend
i) Sparren-Pfetten-Anker
Deckenscheibenkräfte
Z
k) Zugverankerung von Wandscheiben
l) Stützenfüße
Spritzwasserfreiheit 30 cm≥
103
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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)
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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)
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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)
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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)
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HBV-FT(Fertigteil)-Verbinder
[ETA-13/0029; ETA-12/0196]
108
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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
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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
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Lehrgang
GDF - Qualitätsbeauftragter
Fachwissen:
Holztragwerke nach DIN EN 1995 (Eurocode 5)
Zusammenfassung
Was muss die statische Berechnung (für ein Wohnhaus)
beeinhalten, um das Haus standsicher errichten zu können ?
111
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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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Gesellschaft Beratender
Ingenieure VBI mbH
Harrer
Ingenieure
Hoch- und Ingenieurbau
Brückenbau, Grundbau
Industrie- und Gewerbebau
Generalplanung
Sonderkonstruktionen
Beratung
Planung
Management
Karlsruhe / Ostfildern / Baden-Baden www. harrer-ing.net
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Kompetenz,
auf die
Sie
bauen können.
www.harrer-ing.net
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