Bemessungshilfen für Holzbemessung im Brandfall nach DIN :

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1 Bemessungshilen ür Holzbemessung im Brandall nach DIN : Baustokennwerte Rechenwerte ür die charakteristischen Festigkeits-, Steigkeits- und Rohdichtekennwerte ür maßgebende Nadelhölzer und Brettschichthölzer Festigkeitsklasse C 2 7) C 30 7) GL 2 GL 32 Sortierklasse nach DIN 07-1, S10/C2 S13/C30 BS 11 BS 16 Güteklasse nach DIN 07-2 ) 5) 6) M II M I h c h c Festigkeitskennwerte in N/mm² Biegung 1) 8) 9) m,k 2,0 30,0 2,0 32,0 Zug parallel 1) t,0,k 1,0 18,0 16,5 1,0 22,5 19,5 Zug rechtwinklig t,90,k 0, 0, 0,5 0,5 Druck parallel 1) c,0,k 21,0 23,0 2,0 21,0 29,0 26,5 Druck rechtwinklig c,90,k 2,5 2,7 2,7 2, 3,3 3,0 Schub und Torsion v,k 2,0 2,0 2,5 2,5 Rollschub 3) R,k 1,0 1,0 1,0 1,0 Steigkeitskennwerte in N/mm² Elastizitätsmodul parallel 1) 2) E 0,mean Elastizitätsmodul rechtwinklig 2) E 90,mean Schubmodul 2) 3) G mean Rohdichtekennwerte in kg/m³ ρ k ) Bei nur von Rinde und Bast bereitem Nadelrundholz düren in den Bereichen ohne Schwächung der Randzone um 20% erhöhte Werte in Rechnung gestellt werden. 2) Für die charakteristischen Steigkeitskennwerte E 0,05, E 90,05 und G 05 gelten die Rechenwerte: ür Nadelholz: E 0,05 = 2/3 E 0,mean ; E 90,05 = 2/3 E 90,mean ; G 05 = 2/3 G mean ür Brettschichtholz: E 0,05 = 5/6 E 0,mean ; E 90,05 = 5/6 E 90,mean ; G 05 = 5/6 G mean 3) Der zur Rollschubbeanspruchung gehörende Schubmodul dar mit G R,mean = 0,10 G mean angenommen werden. ) Diese Zuordnung gilt ür trocken sortiertes Holz (TS). 5) Vorwiegend hochkant biegebeanspruchte Bretter und Bohlen sind wie Kanthölzer zu sortieren und entsprechend zu kennzeichnen (k). 6) Grundsätzlich kann Nadelholz maschinell in jede gewünschte Festigkeitsklasse sortiert werden. 7) Holzarten: Fichte, Tanne, Kieer, Lärche, Douglasie, Southern Pine, Western Hemlock, Yellow Cedar 8) Bei Flachkant-Biegebeanspruchung der Lamellen von Brettschichtholzträgern mit h 600 mm dar der charakteristische Festigkeitswert mit dem Beiwert k h = (600/h) 0,1 1,1 multipliziert werden. 9) Bei Hochkant-Biegebeanspruchung der Lamellen von homogenem Brettschichtholz aus mindestens vier nebeneinander liegenden Lamellen dar der charakteristische Festigkeitswert mit dem Systembeiwert k l = 1,2 multipliziert werden. Impressum Herausgeber: BAUFORUM MINDEN Bearbeitung: Pro. Dr.-Ing. Franz-Jose Hinkes Pro. Dipl.-Ing. Volker Schiermeyer Dipl.-Ing. Sebastian Wörmann Fachhochschule Bieleeld, Campus Minden Fb 2, Architektur und Bauingenieurwesen Die technischen Inormationen dieser Schrit entsprechen zum Zeitpunkt der Drucklegung den anerkannten Regeln der Technik. Eine Hatung ür den Inhalt kann trotz sorgältiger Bearbeitung und Korrektur nicht übernommen werden. 1

2 2. Grundlagen und Schnittgrößenermittlung Nachweisormat im Grenzzustand der Tragähigkeit E da Bemessungswert der Beanspruchung R d, Bemessungswert des Tragwiderstandes E R da d, Einwirkungskombinationen ür Grenzzustände der Tragähigkeit nach DIN Bemessungssituation ür Einwirkungskombinationen γ G γ Q γ ψ Q ständige und vorübergehende Beanspruchung E d j 1 G,j k,j Q,1 k,1 i> 1 Q,i 0,i k,i außergewöhnliche Beanspruchung E γ da GA,j Gk,j A j1 d ψ1,1 Qk,1 ψ i1 2,i Q > k,i Im Brandall dar die außergewöhnliche Einwirkung A d = 0 gesetzt werden. bedeutet in Kombination mit Vereinachte Einwirkungskombination nach DIN ür Holz und Holzwerkstoe Bemessungssituation ür Einwirkungskombinationen außergewöhnliche Beanspruchung E da 0,65 E d KLED- und Kombinationsbeiwerte ψ i ür Einwirkungen au Hochbauten Veränderliche Einwirkungen KLED ψ 0 ψ 1 ψ 2 Nutzlasten Q k,n : Kategorie A: Wohn- und Auenthaltsräume, Spitzböden mittel 0,7 0,5 0,3 Kategorie B: Büro- und Arbeitslächen, Flure mittel 0,7 0,5 0,3 Kategorie C: Versammlungsräume kurz 0,7 0,7 0,6 Kategorie D: Verkausräume mittel 0,7 0,7 0,6 Kategorie E: Fabriken, Werkstätten, Ställe, Lagerräume lang 1,0 0,9 0,8 Kategorie H: nicht begehbare Dächer (nur Reparatur) kurz Kategorie T: Treppen und Treppenpodeste kurz wie Kategorie, in der eingebaut Kategorie Z: Zugänge und Balkone kurz wie Kategorie, in der eingebaut Schnee- und Eislasten Q k,s : ür Orte bis NN m kurz 0,5 0,2 0 ür Orte über NN m mittel 0,7 0,5 0,2 Windlasten ür Hochbauten Q k,w kurz 0,6 0,5 0 Baugrundsetzungen Q k,δ ständig 1,0 1,0 1,0 Anpralllasten nach DIN sehr kurz Teilsicherheitsbeiwerte ür Einwirkungen au Tragwerke günstige Auswirkung 1,00 0 ungünstige Auswirkung 1,35 1,50 außergewöhnliche Auswirkung 1,00 - γ G γ Q 2

3 3. Nachweis von Holzbauteilen im Brandall nach dem genauen Verahren Baustokennwerte Für den Nachweis der Tragähigkeit müssen die Bemessungswerte der Festigkeit und Steigkeit des verbleibenden Restquerschnitts ermittelt werden. k Festigkeitskennwerte d, = kmod, k γ E0,05 Steiemodul Ed, = kmod, k γ Schubmodul ür Vollholz M, M, 2/3 G Gd, = kmod, k γ G05 Schubmodul ür Brettschichtholz Gd, = kmod, k γ k E 0,05 G 05 charakteristische Festigkeit unter Normaltemperatur charakteristischer Wert des E-Moduls unter Normaltemperatur charakteristischer Wert des Schubmoduls unter Normaltemperatur γ M, Teilsicherheitsbeiwert = 1,0 k mod, k Modikationsaktor zur Berücksichtigung der Auswirkungen von Temperatur Faktor zur Ermittlung des 20%-Fraktilwerts aus dem 5%-Fraktilwert M, M, 05 Modikationsaktor k mod, 1 ur Biegung kmod, = A 1 ur Druck II zur Faser kmod, = A 1 ur Zug II zur Faser, E-Modul, Schubmodul kmod, = A u r Umang des Restquerschnitts in m A r Fläche des Restquerschnitts in m² r r r Umrechnungsaktor k Produkt Vollholz 1,25 Brettschichtholz 1,15 Furnierschichtholz 1,10 Holzwerkstoplatten 1,15 au Abscheren beanspruchte Holz-Holz- bzw. Holzwerksto-Holz-Verbindungen 1,15 au Abscheren beanspruchte Stahl-Holz-Verbindungen 1,05 au Herausziehen beanspruchte Verbindungen 1,05 k Abbrandtiee Die Abbrandtiee zur Ermittlung des Restquerschnitts ergibt sich je nach Holzart und Feuerwiderstandsdauer: β n Abbrandrate nach DIN , Tabelle 7 georderte Feuerwiderstandsdauer in Min t d(t ) =β n t 3

4 Abbrandrate β n ür Bauholz Produkt β n in mm/min Nadelholz - Vollholz mit einer charakteristischen Rohdichte 290 kg/m³ und einer Mindestabmessung von 35 mm 0,8 - Brettschichtholz mit einer charakteristischen Rohdichte 290 kg/m³ 0,7 Laubholz - Massives oder geklebtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte von 290 kg/m³ ρ k 50 kg/m³ Massives oder geklebtes Laubholz mit einer charakteristischen Rohdichte - 50 kg/m³ und Eiche Buche ist wie Nadelholz zu behandeln Furnierschichtholz 0,7 Platten 1) 1) - Massivholzplatten 0,9 - Sperrholz 1,0 - andere Holzwerkstoplatten nach DIN EN ,9 Die angegebenen Werte beziehen sich au eine charakteristische Rohdichte von 50 kg/m³ und eine Dicke von 20 mm. Für andere Rohdichten und Dicken 20 mm ist die Abbrandrate wie olgt zu ermitteln: β =β k k n, ρ,h n ρ h Dabei ist: k ρ = 50 ρ k 20 kh = 1 h p mit: ρ k h p charakteristischer Wert der Rohdichte entsprechend den jeweiligen Angaben der Holzwerkstonormen in kg/m³ Plattendicke in mm 0,7 0,5. Nachweis von Holzbauteilen im Brandall nach dem vereinachten Verahren Baustokennwerte Im vereinachten Nachweisverahren wird die Tragähigkeit des ideellen Restquerschnitts unter der Annahme berechnet, dass die Festigkeits- und Steigkeitseigenschaten nicht durch den Brand beeinlusst werden. Der Verlust an Festigkeit und Steigkeit wir durch eine Erhöhung der Abbrandtiee berücksichtigt. Die Festigkeiten werden wie im genauen Verahren, jedoch mit k mod, = 1,0 ermittelt. Abbrandtiee Der ideelle Restquerschnitt wird durch die Reduzierung des Ausgangsquerschnitts um die ideelle Abbrandtiee d e ermittelt. d(t ) Abbrandtiee nach Holzart und Feuerwiderstandsdauer d(t ) = β t d 0 Erhöhung der Abbrandtiee d 0 = 7 mm n d = d(t ) + d 0 e

5 5. Nachweis von Verbindungen im Brandall Verbindungsmittelabstände Mindestholzdicke ür das Seitenholz t = t + c 1,req, Randabstände in Faserrichtung a = a + c 1,req 1,t / c, 1,t / c senkrecht zur Faserrichtung a = a + c 2,t / c, 2,t / c > 50 mm ür F30 > 100 mm ür F60 mit Erhöhung c = 10 mm ür F30 c = 30 mm ür F60 Für Stabdübel und Bolzen mit d 20 mm genügt ür F30 der Randabstand nach DIN 1052: und ür F60 eine Vergrößerung um 20 mm. Mindestlänge von Verbindungsmitteln Stabdübel ohne Überstand l st = 2 t 1 + t 2 120mm Stabdübel mit Überstand l st = 2 t 1 + t ü 200mm l st t 1 t 2 ü Länge des Verbindungsmittels Dicke des Seitenholzes in mm Dicke des Mittelholzes in mm Überstand des Verbindungsmittels in mm 20 mm Anorderungen an innen liegende Stahlbleche Bei Blechen mit ungeschützten Rändern dar olgendes Blechmaß D nicht unterschritten werden: F30: D = 200 mm F60: D = 0 mm Ist nur ein Rand oder sind zwei gegenüberliegende Ränder ungeschützt, braucht nur olgendes Blechmaß eingehalten werden: F30: D = 120 mm F60: D = 280 mm Werden die georderten Mindestmaße nicht eingehalten, sind diese geschützt auszuühren, um den Temperatureintrag zu reduzieren. Charakteristische Tragähigkeit je Verbindungsmittel und Scheruge ( ) R = k t 30 β d η k, conn, h,1,k 1 n k conn, h,1,k t 1 β n d η Faktor zur Berücksichtigung der Erwärmung des Holzes im Brandall (inkl. Umrechnung zum 20%-Fraktilwert: k ) charakteristischer Wert der Lochleibungsestigkeit des Seitenholzes Seitenholzdicke in mm Abbrandgeschwindigkeit nach Feuerwiderstandsdauer Durchmesser des Verbindungsmittels in mm Abminderungsaktor Tragähigkeitsaktor k conn, 50 = + ρ k conn, ür Nadelholz k ( 0,18 0,003 d ) conn, 30 = + ρ k conn, ür Laubholz kconn, ( 0,1 0,002 d ) 5

6 Abminderungsaktor η ( d/t1) η= min d / t ( ) 1 Stahlblech-Holz-Verbindungen mit Stabdübeln ( ) Holz-Holz-Verbindungen mit Stabdübeln ( ) Stahlblech-Holz- und Holz-Holz-Verbindungen mit Nägeln 110 α min d / t1 = 0, lst ' 360 t α min d / t1 = 0, t 1 lst' 360 ( ) = 110 min d / t + 1 0,05 1 l n l st = l st ür Stabdübel ohne Überstand l st = 0,6 l st ür Stabdübel mit Überstand Abminderung ür α 0 Für einen Krat-Faser-Winkel 0 ist die Tragähigkeit mit dem Faktor k α abzumindern k α = k sin α+ cos α 90 Charakteristische Tragähigkeit von Passbolzen R = 0,25 R k,,pb k,,sdü Charakteristische Tragähigkeit von Bolzen k 90 Abminderungsaktor bei einer Belastung senkrecht zur Faserrichtung des Holzes α Krat-Faser-Winkel Rk,,Bo = 0,75 R Bei Bolzenverbindungen mit zusätzlichen Sondernägeln (t k,,pb 2 8d) ist keine Abminderung der Tragähigkeit erorderlich. Charakteristische Tragähigkeit von Dübeln besonderer Bauart t1 Rc,k, = 0,25 k Rc,k 0,5 k R 3 h + 10 e R charakteristische Tragähigkeit einer Verbindungseinheit nach DIN 1052 k Seitenholzdicke in mm t 1 h e k Einlasstiee des Dübels im Holz Faktor zur Umrechnung au den 20%-Fraktilwert c,k Werden die Verbindungen geschützt ausgeührt (c = 10 mm ür F30), ist keine Abminderung der Tragähigkeit erorderlich. Die Bedingung in der Formel kann unberücksichtigt bleiben. Wird das Auspalten des Holzes durch Sondernägel (t 2 8d) verhindert, ist ebenalls keine Abminderung erorderlich. 6

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