Häuser in Holzbauweise

Transkript

1 Foto: Steinbrecher Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 1

2 Drehhaus in Heuchelheim Quelle: Bauen mit Holz 1/2010 Foto: Dr. Kretzschmar Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 2

3 Tjibaou Culturel Centre in Noumea, Neu Kaledonien Architekt: Renzo Piano Bauzeit: Abmessungen der Hütten : die vier kleinsten Durchmesser 9,0 m, Höhe 8 m die drei größten Durchmesser 13,5 m, Höhe 28 m Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 3

4 Tjibaou Culturel Centre in Noumea, Neu Kaledonien Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 4

5 Holzbauweisen im Wohnungsbau Offene Systeme: Lastabtrag und Stabilisierung über stabförmige Bauteile Skelettbau Fachwerkbau Geschlossene Systeme: Wände wirken lastabtragend und stabilisierend Tafelbau Blockbau Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 5

6 Quelle: Holzforschung Austria Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 6

7 Anfänge der Skelettbauweise jungpaläolithische Jägersiedlung Unterstand Vorratslager Wohnhaus aus der Tripoljekultur ( v.u.z.) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 7

8 Anfänge der Skelettbauweise Quelle: Steinbrecher 2010 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 8

9 Anfänge der Skelettbauweise Pfahlbauten an Bodensee Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 9

10 Holzskelettbauweise Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 10

11 Holzskelettbauweise Tragstruktur Raumbildende Elemente Primärkonstruktion: 1. Stütze 2. Zange/Unterzug/Träger 3. Traufpfette 4. Firstpfette 1. Boden/Decke 2. Wände 3. Dacheindeckung Sekundärkonstruktion: 5. Deckenbalken 6. Sparren 7. Dachverband Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 11

12 Holzskelettbauweise Primärkonstruktion Stütze / Riegel Einteilig Mehrteilig (Rippenbau) Träger auf einges chossigen Stützen Träger auf zweigeschossigen Stützen ( Gabelstützen) Stützen durchlaufend Stütze mehrteilig Riegel mehrteilig Balloon- Konstruktion Platform- Konstruktion Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 12

13 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilig: Unterzug auf eingeschossigen Stützen - Stützen (1) eingeschossig, Unterzug (2) u. Balken (3) Ein- oder Mehrfeldsysteme - Unterzüge auf der Stütze nur in einer Richtung möglich - Balken auflegen oder seitlich an Unterzug anschließen, - biafl bei Auflagerung hoher hh Deckenaufbau (Stapelbauweise) - Bei seitlichem Anschluss Torsionsmoment im Unterzug - Anschlusshöhe höh für Innen- und daß Außenwände äd nicht ihgleich lih - Kragarmausbildung möglich, aber bau-physikalisch ungünstig bei Durchdringung der Außenwand - Bei vertikaler Kraftübertragung Unterzug Stütze auf die unterschiedlichen charakteristischen Werte achten. z.b. bei C24 f c,90,k = 2,5N/mm² f c,0,k = 21N/mm² Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 13

14 Holzskelettbauweise Beispiel zum Torsionsmoment 18,66 kn Torsionsmoment -1,4 knm -4,2 knm 4,2 knm 1,4 knm Querkraft Z M t = 0,15 * 18,66 = 2,8 knm Moment Y 150 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 14

15 Holzskelettbauweise mit auskragendem Balken (3) Beispiele zur Balkonausbildung ohne auskragendem Balken Auskragende Balken durchstoßen die Ebene der Luftdichtigkeit Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 15

16 Holzskelettbauweise Einteilig: Unterzug auf eingeschossigen Stützen Zapfen Stahlblech Gewindestange Winkelverbinder Beispiele Stützen - Unterzug - Verbindung Schwalbenschwanzzapfen Balkenschuh Balkenträger TU e < b/2 e > b/2 e > b/2 Beispiele Balkenanschluss an Unterzug Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 16

17 Holzskelettbauweise Einteilig: ili Träger auf eingeschossigen i Stützen Winkelverbinder Knagge Sparrenpfettenanker Beispiele Balkenanschluss auf Unterzug Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 17

18 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilige Stütze als Gabelstütze, Randbalken (3) zweiteilig - Stützen geschossweise ausgebildet - Stützen (1) im Unterzugbereich gabelförmig ausgebildet - Unterzug (2) durchlaufend als Ein- oder Mehrfeldsystem - Kragarmausbildung möglich, aber bauphysikalisch ungünstig bei Durchdringung der Außenwand - Vertikale Verbindung der Stützen untereinander: in der Regel holzbauübliche Laschenverbindungen oder Passstoß mit Seitenlaschen zur Lagesicherung je Lasche und zugehörige Verbindung 0,5 * F c,0,d /2 - Bei vertikaler Kraftübertragung Unterzug Stütze auf die unterschiedlichen charakteristischen Werte im Kontaktbereich achten. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 18

19 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilige Stütze als Gabel- oder Kreuzstütze, zwei- und mehrgeschossig alle Unterzüge Einfeldträger Gabelstütze, Unterzüge auf einer Höhe ein Unterzug als Durchlaufträger und/oder mit Kragarm 2 Kreuzstütze, Unterzüge auf einer Höhe Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 19

20 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilige geschosshohe Stützen, auf Unterzug gelagert geringe Holzfestigkeit und Steifigkeit quer zur Faserrichtung im Unterzug - große Schwind- und Quellmaße quer zur Faserrichtung im Unterzug DIN EN /NA, Tab. NA7 z.b. Fichte, Kiefer, Eiche: 0,25 % je 1% Materialfeuchteänderung (Längsrichtung 0,01%/1%) 01%/1%) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 20

21 Holzskelettbauweise Lückenbebauung in der Esmarchstraße, Berlin Sieben Geschosse Gebäudeklasse 5 Holzbauweise Quelle: bauen mit holz 1/2008 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 21

22 Holzskelettbauweise Standard-Skelett-Knoten Knoten zur Aufnahme des Betonunterzuges Einbau aller Stahlteile in der Werkstatt -In den Knoten keine Beanspruchung des Holzes rechtwinklig zur Faserrichtung (C24: f c.0.k = 21 N/mm²; f c.90.k = 2,5 N/mm²) - Große Quell- und Schwindverformungen in Holzquerrichtung haben (fasst) keine maßlichen Auswirkungen auf das Holzskelett - Montageverbindung Stahl Stahl, Minimierung der Montageverbindungen, schnelle Montage Quelle: bauen mit holz 1/2008 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 22

23 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilig: Stützen durchlaufend - Stützen mindestens zweigeschossig durchlaufend - Unterzüge (2) und Balken (3) dazwischen gehangen (eventuell Torsion) - Balken können oberkantenbündig an die Unterzüge angeschlossen werden - Gleiche Anschlusshöhe für Innen- und Außenwände - Ohne Unterbrechung durchgehende Stützen sind bauphysikalisch ungünstig (z.b. Schallweiterleitung, Schwingungen) - Biegesteife Verbindungen Unterzug Stütze sind möglich - Kragarmausbildung nur bedingt möglich Auf Torsion achten Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 23

24 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilig: Stützen durchlaufend, vertikaler Einwirkung, Beispiele zur Schnittkraftberechnung System 1: ohne Berücksichtigung von Anschlussausmitten System 2: mit Berücksichtigung von Anschlussausmitten Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 24

25 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Einteilig: Stützen durchlaufend, vertikale Einwirkung, Beispiele zur Schnittkraftberechnung System 1 Innenstütze System 2 Innenstütze M Z [knm] M Y [knm] M T [knm] N [kn] M Z [knm] M Y [knm] M T [knm] N [kn] 2,21-2,94-1,32 1,00 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 25

26 Skelettbauarten Momente für Innenstütze, System 2 Holzskelettbauweise Einteilig: Stützen durchlaufend, Beispiele zum Schnittkraftverlauf, nur vertikale Einwirkung Blech nach Innen M Z = 2,21 + 2,94 = 5,15 knm Blech nach Links Blech nach Rechts Stütze Drei Bleche M Y = 1,00 + 1,32 = 2,32 knm M Y = 1,18-0,52 + 1,67 = 2,33 knm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 26

27 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Einteilig: Stützen durchlaufend, vertikale Einwirkung, Beispiele zur Schnittkraftberechnung System 1 Innenunterzug System 2 Innenunterzug M T [knm] 1,67-1,67 M Y [knm] M Z [knm] N [kn] -1,10 System 1 Randunterzug System 2 Randunterzug M T [knm] 2,95-2,95 M Y [knm] M Z [knm] N [kn] -0,76 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 27

28 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Beispiel Nebenträger- Hauptträgeranschluss mit Balkenschuh BSI - Oder über Katalog - Nur Bemessung und Nachweis der Verbinder und zugehöriger Verbindungsmittel über z.b.: F R 1,d 1,d Torsionsmomente auf den Hauptträger aus der Anschlussausmitte sind zusätzlich zu berücksichtigen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 28

29 Holzskelettbauweise Skelettbauarten Beispiel Nebenträger- Hauptträgeranschluss mit individuellem Stahlteil Nachweis auf Zug und Abscheren A v,d A v,d Z d M V1,d Nachweis auf Abscheren D d e 2 e 1 2 Versatzmoment zum Nachweis der Verbindungsmittel im Hauptträger (HT) M V1,d = A v.d * e 1 Torsionsmoment zum Nachweis des Hauptträgers M T,d = A V,d * e 2 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 29

30 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Einteilig: Stützen durchlaufend Hirnholzverbinder ELS Hirnholzverbinder ATF Blk Balkenschuh hhitse Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 30

31 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Mehrteilig: Stütze mehrteilig - Unterzug (2) einteilig, Ein- oder Mehrfeldträger, mit oder ohne Kragarm - Balken (3) seitlich angeschlossen (Torsion möglich) und aufgelagert einteilig oder aufgelagert zweiteilig auch mit Kragarm - Bei seitlichem, oberkantenbündigen Balkenanschluss an Unterzug ergibt sich eine niedrige Bauhöhe - Schlanke Einzelstützen ungünstig bei einer Brandschutzbemessung, bei Ausbildung als Rahmenstab hoher Bemessungsaufwand - Unterzuganschluss an Stütze: Unterzugauflagerung auf Zwischenholz, Dübel besonderer Bauart, Stabdübel, Passbolzen usw. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 31

32 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Stütze mehrteilig Unterzuganschluss mit Dübel besonderer Bauart Unterzuganschluss mit Passbolzen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 32

33 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Stütze mehrteilig Balkenanschluss mit Balkenträger BTN Balkenanschluss mit Hirnholzverbinder EL Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 33

34 Rahmenstäbe nach DIN EN Anhang C Zwischenhölzer höl Bindehölzer Ausknicken in Z-Richtung ef 2 n 2 A I tot tot h 1 30 A tot I tot A tot I tot zweiteilige ili Rahmenstäbe 2 A b 2 h a 12 3 a dreiteilige Rahmenstäbe 3 A b 3 3 h 2a h 2a n = Anzahl der Einzelstäbe = Beiwert nach Tab. C h 3 (Berücksichtigt Steifigkeit der Verbindung Zwischen-, Binderholz zum Stab) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 34

35 Rahmenstäbe Zwischenhölzer höl Bindehölzer y, ef 2 y n zweiteilige Rahmenstäbe y y h a 2 1 a 1 = a + h a 1 = a + h dreiteilige Rahmenstäbe y y h a max 30 ; 0,2889 h n = Anzahl der Einzelstäbe = Beiwert nach Tab. C.1 (Berücksichtigt Steifigkeit der Verbindung Zwischen-, Binderholz zum Stab) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 35

36 Rahmenstäbe C.3.3 Beanspruchung der Verbindungsmittel sowie der Zwischen- oder Bindehölzer Zweiteilig Dreiteilig Vierteilig T d V d a 1 1 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 36

37 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Mehrteilig: Unterzug mehrteilig - Stützen (1), Unterzug (2) und Balken (3) durchlaufend, Unterzug und Balken als Ein- oder Mehrfeldsysteme möglich - Außenwanddurchdringungen wirken sich nachteilig auf die Bauphysik aus - Unterzüge (2) werden zweiteilig ili an den Stützen vorbeigeführt - Schlanke Unterzüge sind ungünstig bei einer Brandschutzbemessung, - Balken im Regelfall auf dem Unterzug aufgelagert (Stapelbauweise), hohe Deckenkonstruktion - Unterzuganschluss an Stütze: Dübel besonderer Bauart, Stabdübel, Passbolzen usw. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 37

38 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Unterzug mehrteilig Verbindung Unterzug Stütze mit Passbolzen Verbindung Unterzug Sü Stütze mit Dübel lbesonderer Bauart Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 38

39 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Unterzug mehrteilig Nur Druckübertragung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 39

40 Skelettbauarten Holzskelettbauweise Unterzug mehrteilig Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 40

41 Rippenbau Holzskelettbauweise Balloon Konstruktion (Ständerbau) - Wandrippen (Stütze 1) durchlaufend über ein Geschoss oder mehr Geschosse -Mehrgeschossig durchgehende Stützen sind bauphysikalisch (z.b. Schallweiterleitung, Schwingungen) und montagetechnisch ungünstig - Oberer und unterer Abschluss durch Pfetten oder Schwellen (4) - Gebäudeaussteifung über äußere Beplankung, Fachwerksysteme und Deckenscheiben - Verbindung der Hölzer zimmermannsmäßig über Kontaktstöße, Zapfen, Überblattungen oder Nagelverbindungen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 41

42 Rippenbau Holzskelettbauweise Plattform Konstruktion (Rahmenbau) - Geschossweiser Abbund, Plattenformen dienen als Arbeitsbühnen - Gebäudeaussteifung über äußere Beplankung, Fachwerksysteme und Deckenscheiben - Verbindung der Hölzer untereinander über Kontaktstöße oder Nagelungen g - Kostengünstig, kurze Bauzeit - keine Vertikal durchlaufende Stützen oder Rippen bauphysikalisch günstig Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 42

43 Holzskelettbauweise 1. E n t w u r f s ü b e r l e g u n g e n : - Gebäudegröße, - Raumgröße, Raumaufteilung, - Nutzungsbedingte Anforderungen, - Architektonische Gestaltung usw.. 2. S t a n d o r t : - Geographische Lage, - Grundstücksgröße, - Baumbestand, - Bezug zu bestehenden Bauten usw.. 3. G e s t a l t u n g : - Raumanordnung, Raumfolge, Innenraumgestaltung, - Fassadengliederung usw.. 4. K o n s t r u k t i v e Ü b e r l e g u n g e n : -Wirtschaftliche Spannweiten (auch Abstände für Balken, Sparren usw..) und wirtschaftliche Ausbildung der Knotenpunkte, - Anforderungen aus der Bauphysik und dem Brandschutz - Handelsübliche Bauteile für die Tragstruktur, für den Ausbau und die Bauwerkshülle, - Normmaße für Fenster und Türen. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 43

44 Holzskelettbauweise E n t w u r f s ü b e r l e g u n g e n Rastereinteilung z.b. bei Verwaltungsbauten Quelle: J. Kolb: Holzbau mit System Lückenbebauung in der Esmarchstraße, Berlin Quelle: Bauen mit Holz 1/2008 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 44

45 Holzskelettbauweise E n t w u r f s ü b e r l e g u n g e n Drehhaus in Heuchelheim Quelle: Bauen mit Holz 1/2010 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 45

46 Holzskelettbauweise Standort Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 46

47 Holzskelettbauweise Gestaltung Rathaus in Fricken Firmenzentrale der Augsburger Holz 100-Haus GmbH (Quelle: Bauen mit Holz 11/2012) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 47

48 Holzskelettbauweise Grundrissraster Rastermaß ist frei wählbar Empfohlen: 1250 mm/1250 mm, Basis 625 mm oder ein vielfaches des Euro-Moduls von 60 cm mm/1200 mm mm/3600 mm mm/4800 mm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 48

49 Holzskelettbauweise Holzeinsatz (ohne Stützen) * * * * * NH C24 ca. 2,68 m³ BSH GL24h: 0,76 m³ NH C24 ca. 2,41 m³ BSH GL24h: 0,76 m³ NH C24 ca. 2,63 m³ BSH GL24h: 1,75 m³ * * NH C24 ca. 6,46 m³ BSH GL24h: 1,75 m³ NH C24 ca. 5,54 m³ BSH GL24h: 1,75 m³ NH C24 ca. 5,21 m³ BSH GL24h: 1,75 m³ p k =20kN/m² 2,0 kn/m², g k = 0,6 kn/m², NKL 1, Nachweise GZG und GZT Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 49

50 Holzskelettbauweise Vertikaler Kraftfluss V 0 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 50

51 Holzskelettbauweise Horizontaler Kraftfluss V 0 H 0 MM 0 Wind auf Giebel Wind auf Traufe Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 51

52 Holzskelettbauweise Aussteifungen nur über Vertikalscheiben Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 52

53 Holzskelettbauweise Aussteifungen über Vertikal- und Horizontalscheiben Scheibenanordnung so nicht zulässig Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 53

54 Holzskelettbauweise Vertikalscheiben Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 54

55 Holzskelettbauweise Vertikalscheiben Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 55

56 Holzskelettbauweise 53,42 mm -44,87 Nmm -44,75 Nmm Vertikalscheiben als Kopfbandsystem Druck- und Zugstreben (3) 119,75 Nmm 193,4 mm nur Druckstreben Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 56

57 Holzskelettbauweise Vergleich von Horizontalverformungen 41,36 mm 21,81 mm 21,8 mm Fachwerk a) Fachwerk b) Stabwerk a) 53,4 mm 193,4 mm Druck- und Zugstreben Stabwerk b) nur Druckstreben Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 57

58 Holzskelettbauweise Beispiel Scheibe als Rahmen Stützensteifigkeit unverändert 18,81 mm 26,86 mm 14,6 mm (E*I) (E*I) Riegel :(E*I) Stiel =1:2 Riegel :(E*I) Stiel =1:1 (E*I) Riegel :(E*I) Stiel =2:1 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 58

59 Holzskelettbauweise Werkstoffe Bauteile aus Holz Bauteile aus Holzwerkstoffe Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 59

60 Bauteile aus Holz bestehen aus Vollholz, Brettschichtholz, Balkenschichtholz und Furnierschichtholz ohne Querlagen Bauschnittholz (KVH) Herzgetrennt Brettschichtholz mit Fehlverleimung der Balkenschichtholz Rundholz Decklamelle Duo- und Triobalken MICROLLAM Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 60

61 Holzwerkstoffe sind Furnierschichtholz mit Querlagen, Brettsperrholz, Sperrholz, OSB-Platten, kunstharz-und zementgebundene Spanplatten, Faserplatten und Gipskartonplatten MERK-Dickholz KERTO-Q Harte Holzfaserplatte (HFH) Mitteldichte Holzfaserplatte (MDF) Poröse Holzfaserplatte (HFD) OSB- Oriented Structural Board Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 61

62 Holzskelettbauweise Verbindungen und Verbindungsmittel Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 62

63 Holzskelettbauweise Beispiele für Verbindung Balken Unterzug, Unterzug - Stütze BOZETT Alu SK von BMF - SIMPSON JANEBO Hakenplatte von BMF - SIMPSON Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 63

64 Holzskelettbauweise Beispiele für Verbindung Balken BMF Passverbinder ET von BMF - SIMPSON JANE TU Einhängeträger vom BMF - Simpson Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 64

65 Holzskelettbauweise Beispiele zur Stützenfußausbildung BMF-Stützenfuß IL PB 80 und PS 80 BMF-Stützenfuß VARIO Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 65

66 Holzskelettbauweise Beispiel: ÜAZ in Dissenchen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 66

67 Holzskelettbauweise Beispiel: ÜAZ in Dissenchen Holzschutz? Stützenfüße c,90 c,0 Binderauflager mit Kipphalterung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 67

68 Holzskelettbauweise Beispiel: ÜAZ in Dissenchen Unterspannter t Biegeträger Anschluss Unterspannung Kessel: Zur seitlichen Stabilisierung des unterspannten Trägers Bauingenieur 63 (1988), S Zugehöriger räumlicher Knoten aus Stahl Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 68

69 Holzskelettbauweise Beispiel: ÜAZ in Dissenchen R Md R Vd R d M Vd V d V d Holzbalkenanschluss an eine Stahlkonstruktion Holzstützenanschluss an einen Stahlträger Variante eines Verbandes Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 69

70 Holzskelettbauweise Beispiel: ÜAZ in Dissenchen V Rd Riegel - Stützenanschlüsse V Ld M Vd V d Achtung: wenn V Ld ungleich V Rd entsteht ein M Vd V d Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 70

71 Holzskelettbauweise Falsch: Fäulnisgefahr Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 71

72 Holzskelettbauweise Zapfenausbildung bei freier Bewitterung Wasser kann nicht abfließen, führt zu Fäulnis am Zapfen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 72

73 Quelle: Holzforschung Austria Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 73

74 Rippenbau Balloon Konstruktion (Ständerbau) - Wandrippen (Stütze 1) durchlaufend - Mehrgeschossig durchgehende Stützen sind bauphysikalisch (z.b. Schallweiterleitung, Schwingungen) und montagetechnisch ungünstig - Oberer und unterer Abschluss durch Pfetten oder Schwellen (4) - Gebäudeaussteifung über äußere Beplankung, Fachwerksysteme und Deckenscheiben - Verbindung der Hölzer zimmermannsmäßig über Kontaktstöße, Zapfen, Überblattungen oder Nagelverbindungen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 74

75 Rippenbau Plattform Konstruktion (Rahmenbau) - Geschossweiser Abbund, Plattenformen dienen als Arbeitsbühnen - Gebäudeaussteifung über äußere Beplankung, Fachwerksysteme und Deckenscheiben - Verbindung der Hölzer untereinander über Kontaktstöße oder Nagelungen -Kostengünstig, g kurze Bauzeit - keine Vertikal durchlaufende Stützen oder Rippen bauphysikalisch günstig - große Quell- und Schwindmaße in Bauteilquerrichtung beachten Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 75

76 Rippenbau Gebaute Beispiele zum Holzrahmenbau Begegnungszentrum in Cottbus Quelle: U. Meier; Moderne Holzhäuser; Bruderverlag Karlsruhe 2004 Mehrfamilienhaus in Jersey, USA Landgut in Colorado, USA Quelle: F.-J. Lips-Ambs; Holzbau heute; DRW-Verlag 1999 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 76

77 Kriterien zur Festlegung des Rastermaßes: Rippenbau - Format des Beplankungsmaterials - Format des Dämmmaterials Rasterabstand: 650 mm - Maßordnung für Fenster und Türen - Fassadengliederung d X roh Tür - Raumaufteilung Rasterabstand: 625 mm 650 X d A d A 650 X rohe Fenster- öffnung X X rohe Fenster- öffnung X X da Aussteifende Beplankung: - Spanplatten, Massivholzschalung Aussteifende Beplankung: - Sperrholzplatten Vorteil: Einbau des Dämmmaterials Breite Dämmmaterial: Ständerquerschnitt: Lichter Ständerabstand: 600 mm 60/120 mm 590 mm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 77

78 Rippenbau Sperrholz, Einsatzbeispiele Garantiesperrholz Okoumé und Mahagoni Quelle: Bruynzeel Multipanel GmbH Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 78

79 Rippenbau Garantiesperrholz Okoumé Quelle: Bruynzeel Multipanel l GmbH Thal: Freizeitanlage Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 79

80 Rippenbau Montaplex Quelle: Bruynzeel Multipanel GmbH Langenweddingen: Tischlerei Heidecke Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 80

81 Rippenbau Sperrholz, Einsatzbeispiele Wohn- und Geschäftsgebäude Anchorage / Alaska Höhe 20 m Basisgeschoss massiv Die vier oberen Geschosse Holzrahmenbau Fassade APA Baufurniersperrholz Erdbebengebiet Erdbeben mit der Stärke 6 der Richterskala überstanden Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 81

82 Rippenbau Festlegung der Höhenmaße - lichte Raumhöhe - Balkenquerschnitt, inklusive Boden- und Deckenaufbau - Format der Holzwerkstoffplatten - Schwellenhöhe - Bodenaufbau ab roher Decke (Betondecke oder Balkenlage) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 82

83 Rippenbau Festlegung der Höhenmaße - Format der Holzwerkstoffplatten Deckenbalken Plattenhöhe 2750 Beispiel: licht. Rohbau-Raumhöhe = 2595 mm Quelle: Holzrahmenbau 5. Auflage Herausgeber: BDZ, 2014 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 83

84 Rippenbau Stützweite und Belastung Beispiel Ausklinkung X q + v [kn/m] h e h c = Auflagerlänge L i = Lichte Weite A Beispiel Durchbrüche c L i c System v Verkehrslast [kn/m] q Eigenlasten [kn/m] Stützweite L = L i + c Bemessung nach DIN EN DIN EN /NA Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 84

85 Rippenbau Ausklinkungen: Ausklinkung auf belasteter Seite Ausklinkung auf unbelasteter Seite Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 85

86 Rippenbau Schäden an Ausklinkungen an belasteter Seite: M = V * X Zum Vergleich: unbelastete Seite Querdruck Fachgebiet Holzbau X Doz. Dr.-Ing. Steinbrecher Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 86

87 Rippenbau Ausklinkungen: auf belasteter Seite auf unbelasteter Seite Nachweis der Schubspannung mit der Höhe hef k v < 1 k v = 1 (k v > 1) 15 b k v ef f Vd h vd e f DIN EN /NA 1 1/NA 1 Empfehlung: Unverstärkte Ausklinkungen nur in der NKL 1 und NKL 2 Galt noch in DIN 1052: , in DIN EN nicht mehr enthalten Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 87

88 Rippenbau Ausklinkungen k auf belasteter t Seite: Querzug k V h 11 i 1,5 k 1 n h X 1 08 h 1 2 h ef h k n = 5 bei Vollholz, Balkenschichtholz = 6,5 bei Brettschichtholz = 4,5 bei Furnierschichtholz Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 88

89 Rippenbau Ausklinkungen auf unbelasteter Seite: X > h ef Vd 15 b h (ef) ef Nachweis der Schubspannung mit der Höhe hef 1 DIN EN /NA 1 1/NA, Abs. NCI zu k v f vd mit k v = 1 X wird X < h ef k v h h ef 1 h h e f X hhef Beispiel: h = 200 mm h ef = 160 mm > X = 120 mm k v Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 89

90 Rippenbau Ausklinkungen I 1/1 45 I 1/2 63,5 I 1/3 71,6 X = 50 mm I1/1 76 X = 500 mm h ef h Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 90

91 Rippenbau Ausklinkungen Einfluss des Steigungswinkels und des Abstandes X auf die Tragfähigkeit einer Ausklinkung auf der belasteten Seite X i X i [mm] Beispiel: Auslastung für X = 170 mm bei = 90 : 1,042 bei = 30 : 0,969 Differenz: ca. 7 % Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher X i 91

92 Durchbrüche Rippenbau TJI-Träger nach Zulassung Nr.: Z Gurte aus MICROLLAM Steg aus OSB-Platte Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 92

93 Durchbrüche Rippenbau finnjoist nach Zulassung Nr.: Z Gurte aus KERTO-S Steg aus OSB/3 Quelle: finnforestmerk Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 93

94 Durchbrüche Rippenbau Beanspruchungen am Beispiel eines rechteckigen Durchbruches Querzug M 1 V 1 qualitativer Schubspannungsverlauf DIN EN /NA: NCI NA (NA.4) Bei rechteckigen Durchbrüchen mit innen liegenden Verstärkungen sind die erhöhten Schubspannungen im Bereich der Durchbruchecken nachzuweisen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 94

95 Rippenbau Unverstärkte Durchbrüche (DIN EN /NA NCI NA.6.7) Öffnungen mit d > 50 mm Mindest- und Höchstmaße: l v > h l Z > 1,5 * h > 300 mm l A > h/2 h ro(ru) > 0,35 * h a < 0,4 * h h d < 0,15 * h Nicht zulässig in unverstärkten Trägerbereichen mit planmäßiger Querzugbeanspruchung. Unverstärkte Durchbrüche h nur in der NKL 1 und NKL 2. NKL 3: Immer mit Verstärkung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 95

96 Rippenbau Durchbrüche t,90, d Nachweis der Durchbrüche: 1 F 0,5 t, 90 b kt,90 f t,90, d mit F t,90,d F t,v,d F t,m,d und F F t,v,d t,m,d Vd h 4 h h 3 - h 2 d d 2 M 0008 h h r d Alle weiteren erforderlichen Werte nach DIN EN /NA, NCI NA. 6.7 (NA.4 ) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 96

97 Rippenbau Rand 1 F 72, , t, V, d 3 17, 6 2 kn 69,3 F1, M, d 0,008 1, 85kN 0,3 F1, t,90, d 17,6 1,85 19, 45kN Rand 2 F 67, , t, V, d 3 16, F2, M, d 0,008 2, 96kN 0,3 kn F2, t,90, d 16,3 2,96 19, 26 kn Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 97

98 Rippenbau Aus i : Auslastung Zug + Biegung Aus t,i : Auslastung Zug Aus m,i : Auslastung Biegung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 98

99 Rippenbau Aus m.1.i : Biegeauslastung mit Ausklinkung Aus m.2.i : Biegeauslastung ohne Ausklinkung Ver i : Aus m.1.i - Aus m.2.i Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 99

100 Rippenbau Verstärkungen Queranschlüsse: DIN EN /NA NCI NA rechtwinklige Ausklinkungen: DIN EN /NA NCI NA Durchbrüche: DIN EN /NA Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 100

101 Rippenbau Beispiel i für konstruktiv kti zulässige Durchbrüche h in Rähm oder Schwelle bei liegendem Querschnitt 6/12 cm (C24) Schnitt Schnitt Draufsicht Draufsicht Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 101

102 Rippenbau Beispiel für konstruktiv zulässige Durchbrüche bei einem Ständerquerschnitt 6/12 cm (C24) Schnitt Ansicht Schnitt Ansicht Schnitt Ansicht ohne Verstärkung möglich zulässig bei Innenwänden, Ständerquerschnitt verdoppeln Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 102

103 Rippenbau Zapfenverbindungen: c.90 Einzuhaltende Mindest- und Höchstmaße: - 15 mm < lz < 60 mm - 1,5 < h/b < 2,5 - ho > hu - hu/h < 1/3 - hz > h/6 Charakteristischer Wert der Zapfentragfähigkeit für Träger bis 300 mm Höhe: 2 R k min b (ef) ho kz kv fv, k;1, 7 b z,ef fc,90, k z, ef min z 30mm; 2 z 3 Druck rechtwinklig zur Faser Schub und Biegung Beiwerte nach DIN EN /NA NCI NA Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 103

104 Rippenbau z, ef min z 30mm; 2 z Maßgebend l z,ef Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 104

105 Rippenbau Verbindung Sturz - Ringanker z.b. mit Lochblech, wenn Ringanker über dem Sturz unterbrochen wird durchgehender Ringanker oberer Rähm als Ringanker Lochblech Sturz oberer Rähm als Ringanker Sturz Wand A Pfosten Wand A Pfosten h ü = 0 Stützweite ü > 30 mm Stützweite Auflagerpressung Sturz Pfosten kann nicht voll ausgenutzt werden. Sturzüberstand ü = 0 mm Auflagerpressung Sturz Pfosten kann voll ausgenutzt werden. Sturzüberstand ü > 30 mm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 105

106 Rippenbau Verbindung Sturz - Ringanker oberer Rähm als Ringanker Lochblech Sturz oberer Rähm als Ringanker Sturz A A h Wand Pfosten Wand Pfosten ü = 0 Stützweite ü > 30 mm Stützweite Anstieg der Auflagerkraft in N und % Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 106

107 Rippenbau Werkstoffe, Bauteilabmessungen, Verbindungsmittel Werkstoffe: - Bauschnittholz (C24) - Sichtbare Bauteile aus KVH oder Brettschichtholz - Beplankungen aus Brettschalungen oder geeigneten Holzwerkstoffen Bauteilabmessungen: eventuelle Anforderungen aus dem Brandschutz beachten -z.b. Deckenbalken ohne BA 6/20; 8/22; 10/22 Deckenbalken mit BA 8/22; 10/22;... 20/22 - z.b. freistehende e Stützen ohne BA 8/12; 12/12; 12/16; 16/16 6 freistehende Stützen mit BA 16/14; 16/16 (NH) 12/12; 12/14; 12/16; 16/16 (BSH) Verbindungsmittel: Nägel Na 25 * 60 (Aufnagelung der Beplankung) bis Na 60 * 180 (dreiteilige Stütze bei zweischnittiger Verbindung) Blechformteile Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 107

108 Rippenbau Beispiel Außenwandanschluß auf einer Betonunterkonstruktion kontinuierliche Verankerung Außenwandanschluss ohne direkter Verankerung Einzelverankerung in Abhängigkeit von den aussteifenden Wandscheiben Außenwandanschluss mit direkter Verankerung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 108

109 Rippenbau Prinzipskizzen eines Außenwand - Decken - Anschlusses Standardausführung: brandschutztechnisch geschwächte Bauteilebene Weiterentwicklung: brandschutztechnisch ungeschwächte Bauteilebene Brand Brand 9. Brandschutz-Tagung in Würzburg 23./ Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 109

110 Rippenbau Deckenausbildung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 110

111 Rippenbau Deckenausbildung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 111

112 Rippenbau Deckenauflager im Außenwandbereich unter besonderer Berücksichtigung eine Luftdichtigkeitsschicht Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 112

113 Quelle: Holzforschung Austria Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 113

114 Geschlossene Systeme: Tafelbauweise Wände wirken lastabtragend und stabilisierend z.b Massivbau, Tafelbau, Holzblockbau Tafelbau Blockbau Offene Systeme Skelettbau Fachwerkbau Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 114

115 Beispiele Tafelbauweise Holztafelbau in Jena Holztafelbau bei zwei Doppelhäusern in Reinbek. Holztafelbau-Bausatz für Schwedenhäuser Holztafelbau-Bausatz für avantgardistische Architektur holzbau/holztafelbau.html Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 115

116 Tafelbauweise Holzhäuser in Tafelbauweise: - Wände, Decken, Dächer bestehen aus Holzbauteile - tragende Wände, Decken und Dächer aus Holztafeln. Holztafel: Verbundkonstruktion aus Holz- oder Holzwerkstoffrippen und statisch mitwirkenden Beplankungen, Bemessung und Nachweis nach DIN EN Abs. 9 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 116

117 Tafelbauweise Bekleidung: nichttragend, Beplankung: mittragend und stabilisierend höchstens stabilisierend Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 117

118 Tafelbauweise aussteifende Beplankung: stabilisieren Rippen gegen Knicken oder Kippen mittragende Beplankung: Aufnahme und Weiterleitung von Lasten Tragende Holztafel Wandtafel Deckentafel Sturz Einwirkungen: i punkt-, strecken oder flächenförmig fö [kn; kn/m; kn/m²] Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 118

119 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Abmessungen Breite (b) und Höhen (h) Kleintafeln für Wände: b = 1,00 m bis 1,25 m, h < 2,50 m Großtafeln für Wände: b < 10,0 m h < 2,50 m Großtafeln für Dach und Decke: b = 1,25 m bis 2,50 m h < 10,0 m Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 119

120 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Bevorzugte Werkstoffe für Beplankungen: Spanplatten (Flachpressplatten) DIN 68763: Dicke d = 10 mm bis 19 mm bevorzugt a/35 Gipskarton-Bauplatten DIN 18180: Dicke d = 12,5 mm bis 15 mm bevorzugt a/30 a: Rippenabstand d = h f Sperrholz DIN EN 636: - als mittragende Beplankung bei Holztafeln im Holzhausbau min. 3 Lagen - bei Decken- und Dachscheiben (Scheibenwirkung) min. 5 Lagen (DIN EN /NA NCI NA (NA6)) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 120

121 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Bevorzugte Werkstoffe für Rippen: Vollholz und KVH (Konstruktionsvollholz) Auf sachgemäßen Einbau hinsichtlich des Kernholzes ist zu achten! Abmessungen für Wandtafeln: Breite b = 40 mm bis 80 mm Höhe h = 80 mm bis 140 mm Abmessungen für Decken- und Dachtafeln: Breite b = 40 mm bis 60 mm Höhe h = 140 mm bis 200 mm Abstand zueinander: a ~ 625 mm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 121

122 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel erforderliche Feuchtebeständigkeit von Holzwerkstoffen Auszug aus Tabelle 3, DIN : Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 122

123 Tafelbauweise Übersicht zu den in DIN EN /NA aufgenommenen Baustoffen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 123

124 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel zulässige Baustoffe für mittragende und aussteifende Beplankungen beidseitig beplankte Tafeln einseitig beplankte Tafeln + zulässig - unzulässig 1); 2) Tafel gilt nur als einseitig mit dem jeweiligen Baustoff beplankt 3) BFU mind. 5 Lagen FP Flachpressplatte nach DIN BFU Bau - Furniersperrholz nach DIN Teil 3 und Teil 5, auch dreilagig HFH Harte Holzfaserplatte nach DIN Teil 1 HFM Mittelharte Holzfaserplatte nach DIN Teil 1 TSV Beplankte Strangpressplatten nach DIN Teil 2, mit mindestens 2 mm HFH beplankt SV beplankte Strangpressplatten nach DIN Teil 1 oder TSV nach DIN Teil 2, mit mindestens 1 mm Buche - Furnier beplankt GKB Gipskarton - Bauplatten nach DIN Verbr. Diagonalverbre tterung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 124

125 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Spanplatten nach DIN EN /NA - kunstharzgebundene - zementgebundene Bei kunstharzgebundenen Spanplatten gibt es nach DIN EN 312: insgesamt sieben Plattentypen. P1 Platten für allgemeine Zwecke zur Verwendung im Trockenbereich P2 Platten für Inneneinrichtungen (einschließlich Möbel) zur Verwendung im Trockenbereich P3 Platten für nichttragende Zwecke zur Verwendung im Feuchtebereich P4 Platten für tragende Zwecke zur Verwendung im Trockenbereich P5 Platten für tragende Zwecke zur Verwendung im Trockenbereich P6 Hoch belastbare Platten für tragende Zwecke zur Verwendung im Trockenbereich P7 Hoch belastbare Platten für tragende Zwecke zur Verwendung im Feuchtebereich Für zementgebundene Spanplatten gibt es zwei technische Klassen die sich durch den Biege-Elastizitätsm odul unterscheiden (DIN EN und DIN EN 364-2) Klasse 1 Biege-Elastizitätsmodul = 4500 N/mm² Klasse 2 Biege-Elastizitätsmodul = 4000 N/mm² Zementgebundene Spanplatten sind unempfindlich gegen Feuchte Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 125

126 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Brandverhaltensklassen von Holzwerkstoffen s (Smoke) d (Droplets) Rauchentwicklung Brennendes Abtropfen / Abfallen D, B, E Werkstoffklassen nach DIN EN Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 126

127 Tafelbauweise Neue e europäische Klassifizierung ier zum Brandverhalten für Bauprodukte nach DIN EN BTU Cottbus Holzbau Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 127 Dr.-Ing. D. Steinbrecher

128 Tafelbauweise Neue europäische Klassifizierung zum Brandverhalten für Bauprodukte nach DIN EN (ohne Fußbodenbeläge) Klasse A 1 A 2 B C D E F Anforderungen an Bauprodukte bezüglich ihres Brandverhaltens Bauprodukte leisten in keiner Phase eines Brandes, einschließlich des voll entwickelten Brandes einen Beitrag Bauprodukte liefern keinen wesentlichen Beitrag zur Brandlast und zum Brandanstieg bei einem voll entwickelten Brand Wie Klasse C, jedoch mit strengeren Anforderungen Wie Klasse D, jedoch mit strengeren Anforderungen. Begrenzte seitliche Flammenausbreitung bei der Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand Bauprodukte, die den Kriterien der Klasse E entsprechen, jedoch der Einwirkung einer kleinen Flamme ohne wesentliche Flammenausbreitung längere Zeit standhalten. Zusätzlich sind sie in der Lage, einer Beanspruchung durch einen einzelnen brennenden Gegenstand mit ausreichend verzögerter und begrenzter Kombination davon Wärmefreisetzung standzuhalten. Bauprodukte, die in der Lage sind, für kurze Zeit dem Angriff durch - hinnehmbare Entzündbarkeit eine kleine Flamme ohne wesentliche Flammenausbreitung standzuhalten Bauprodukte, für die das Brandverhalten nicht bestimmt wird oder - keine Leistung festgelegt die nicht in eine der höheren Klassen klassifiziert werden können Beschreibung - Sehr begrenzter Heizwert und sehr begrenzte Wärmeabgabe - keine Verbrennung mit Flammen - begrenzter Masseverlust - sehr begrenzter Heizwert und/oder sehr begrenzte Wärmeabgabe - begrenzter Masseverlust - fast keine Flammenausbreitung - sehr begrenzte Rauchausbreitung - kein brennendes Abtropfen / Abfallen und / oder Kombination davon - sehr begrenzte Flammenausbreitung - begrenzte Wärmeabgabe - begrenzte Rauchentwicklung - hinnehmbare Entzündbarkeit - sehr begrenztes brennendes Abtropfen / Abfallen und / oder Kombinationen davon - begrenzte Flammenausbreitung - hinnehmbare bis begrenzte Wärmeabgabe - hinnehmbare Entzündbarkeit - begrenztes brennendes Abtropfen / Abfallen und / oder einer Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 128

129 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Wasserdampf-Diffusionswiderstandszahl für ausgewählte Holzwerkstoffe Schallabsorbtionsgrad für ausgewählte Holzwerkstoffe Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 129

130 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Verbindungsmittel zwischen Beplankung und Holzrippen: - Leimverbindung - alle mechanischen VM nach DIN EN (Nägel, Klammern) zwischen horizontaler- und vertikaler Rippe in Wandtafeln: - im Regelfall keine VM erforderlich (Kraftweiterleitung über die Beplankung, Kontaktpressung) zwischen Längs- und Querrippe in Deckentafeln: - im Regelfall ll kraftschlüssige Verbindung erforderlich Tafeln untereinander: ausschließlich mechanische VM wie Rillennägel, Holzschrauben usw. oder Sonderverbindungen Tafelverankerung auf massiver Unterkonstruktion - Konstruktionen aus Stahl, - bauaufsichtlich zugelassene Dübel und Verbindungen Hirnholzverbindungen, Verbindungen mit Schnittflächen von Platten sind im Regelfall nicht zulässig. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 130

131 Tafelbauweise Verbindungen mit stiftförmigen metallischen Verbindungsmitteln runder Drahtstift DIN 1151 Rillennagel runder Maschinenstift DIN 1143 T.1 Klammern DIN Schraubennagel Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 131

132 Tafelbauweise Verbindungen mit stiftförmigen metallischen Verbindungsmitteln Verbindungen mit Klammern auf Abscheren Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 132

133 Tafelbauweise k σ c,90 c,90,d f c,90,d 1 σ c,90,d F c,90,d A ef Kraftfluss über die Beplankung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 133

134 Tafelbauweise Schubfeste Verbindung zwischen Einzeltafeln X X Beispiel mit SFS-Befestiger Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 134

135 Tafelbauweise Beispiele für Verbindung Wandtafel - Betonunterkonstruktion Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 135

136 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Zulässige Öffnungen in mittragender Beplankung ohne Nachweis, DIN EN /NA NCI zu (13) auf 2,5 m² Tafelfläche Summe der Aussparungen < 300 cm² bb i < 200 mm (< 10% der Tafelbreite) L i < 200 mm (< 10% der Tafellänge) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 136

137 Tafelbauweise Abmessungen, Baustoffe, Verbindungsmittel Zulässige Öffnungen in mittragender Beplankung ohne Nachweis Fehlflächen in einer Beplankung Fehlflächen in beiden Beplankungen Auslastu ung Auslastu ung 0,987 1,01 0,971 0,971 10% Fehlfläche 10% Fehlfläche ca. + 1,6% ca. + 4% Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 137

138 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise F F1 F F1 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 138

139 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Allgemeine Festlegungen 1) Mittragende Beplankungen aus Holzwerkstoffen dürfen einseitig aufgebracht werden. 2) Rippen sind ausreichend stabilisiert wenn: - Rippenabstand < 50 * Beplankungsdicke (beidseitig aussteifend und kontinuierlich angeschlossene Beplankung) - bei einseitiger aussteifender Beplankung Rippenhöhe/Rippenbreite < 4 3) Unterschiedliche Steifigkeiten der Teilquerschnitte sind bei der zugehörigen Schnittkraftberechnung ng zu berücksichtigen 4) Standsicherheitsnachweis und Nachweis der Gebrauchstauglichkeit nach DIN EN Abs.9 1 1Abs.9 Zusammengesetzte Bauteile und Tragwerke DIN EN /NA 5) Der Durchbiegeanteil aus Schubverformung darf bei Holzrippen vernachlässigt werden (Anteil < 10%) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 139

140 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Allgemeine Festlegungen 6) Stumpfstöße sind wie folgt zu berücksichtigen Verleimte Tafel A 1 * 1,d b = lichte Weite zwischen den Rippen = b f Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 140

141 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Allgemeine Festlegungen 6) Stumpfstöße sind wie folgt zu berücksichtigen Genagelte Tafel A 1 * 1d 1,d d N 1d = 1d * A 1 n * N d > N 1d N d : Bemessungswert der Nageltragfähigkeit 1d : Bemessungswert der Schwerpunktspannung der Beplankung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 141

142 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 142

143 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Mitwirkende Beplankungsbreite, DIN EN , Abs Druckbeanspruchung: b ef = b c,ef + b w oder b ef = 0,5 * b c,ef + b w Zugbeanspruchung: b ef = b t,ef + b w oder b ef = 0,5 * b t,ef + b w Größtwerte der wirksamen Breite, Tab. 9.1 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 143

144 Tafelbauweise Statische Systeme, Bemessung und Nachweise Furnierschichtholz mit Querlagen wie Sperrholz l = Feldlänge oder Teilfeldlänge bei Deckentafeln = Knicklänge bei knickbeanspruchten Tafeln Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 144

145 Tafelbauweise Verbundbauteile aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen DIN EN Abs. 9.1 und Anhang B Beispiel für einen Querschnitt aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen Im GZT sind zu untersuchen: Anfangszustand Endzustand unter Berücksichtigung des Kriechverhaltens Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 145

146 Tafelbauweise Verbundbauteile aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen Auswertung Berechnungsbeispiel Werte Schwerpunkta. Nachweis im GZT Nachweis im GZG Anfangszustand Endzustand Veränderung [%] Anfangszustand Endzustand Veränderung [%] 1 0,694 0,689 ~ 0 0,773 0,769 ~0 0,49 0,454 ~0 0,591 0,555 ~0 a 1 mm 90,44 89, ,6 91,79 90, ,9 a 2 mm -5,44-4, ,79-5,08-25 a 3 mm 84,56 85,99 1,7 83,21 84,9 2 Steifigkeit EI ef N/mm² 1,103E+12 5,614E ,535E+12 7,691E Beplankung 1 Steg Beplankung 3 Druckrand 0,213 0, Schwerpunkt 0,263 0, Druckrand 0,551 0,665 20,1 Schwerpunkt 0,04 0,036 0 Zugrand 0,481 0, Auslastung Schub 0,179 0,196 9,5 Zugrand 0,26 0, Schwerpunkt 0,345 0, Verbindungs oben 0,653 0,386-40,1 mittel unten 0,866 0,64-26 w G mm 2,82 5, w Q mm 5,32 10, Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 146

147 Tafelbauweise Verbundbauteile aus nachgiebig miteinander verbundenen Querschnittsteilen Auswertung Berechnungsbeispiel - + Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 147

148 Tafelbauweise Allgemeine, rechteckige scheibenartig beanspruchte Tafeln Einsetzbar als: Dachtafeln, Deckentafeln, Wandtafeln Tafeln, die scheibenartig beansprucht werden, müssen an allen Rändern durch Rippen begrenzt werden (Schubfluss). Kräfte (Lasten) werden über Rippen in Rippenachse in die tragende Beplankung kontinuierlich eingeleitet. Ränder der Tafelbeplankung müssen umlaufend mit den Randrippen verbunden sein. Innere Ränder der Beplankung können auch frei sein. Schwebende Stöße (freie Plattenränder) parallel zu den Rippen sind nicht zulässig. Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 148

149 Tafelbauweise Beplankungsreihen quer zu den Innenrippen mit freien Plattenrändern Randrippe Innenrippe Einzelheit Z Z a r freier Plattenrand Beplankungsstoß a v : Verbindungsmittelabstand nach DIN EN freie Plattenränder sind nur bei Dach- und Deckentafeln zulässig Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 149

150 Tafelbauweise Beplankungsreihen parallel zu den Innenrippen Beplankung schubsteif mit den Rippen verbunden Randrippe Innenrippe Einzelheit Y Y a r Beplankungsstoß Bei nicht unterstützten freien Plattenrändern, versetzte Plattenstöße erforderlich a v : Verbindungsmittelabstand nach DIN EN Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 150

151 Tafelbauweise nicht versetzte Plattenstöße sind nur bei schubsteifer Verbindung über den Stoßhölzern zulässig Randrippe Innenrippe Einzelheit X X a r Stoßholz Beplankungsstoß a v : Verbindungsmittelabstand nach DIN EN Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 151

152 Tafelbauweise Tafelgruppe im Wandbereich F v wird anteilmäßig auf die Tafelelemente verteilt s vo Hier für Tafelelement l 1: F v /3 für Tafelelement 2: 2/3 F v Voraussetzung ist gleiche Steifigkeit der lastabtragenden Einzeltafeln S vo : Schubfluss zwischen den Einzeltafeln Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 152

153 Tafelbauweise Tafelbeanspruchungen Idealisierte Schubfeldmodelle Schubbeanspruchung aus horizontaler Beanspruchung Beanspruchung auf Biegung Biegebeanspruchung Schubbeanspruchung h der Verbindung q Beplankung Rippe Rippennormalkraft F = q * a r F/2 = q * a r /2 M = q * l 2 /8 Max. Normalkraft im Gurt: N G = M/h Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 153

154 Tafelbauweise Tafelgruppe Schubfeste Verbindung zwischen Einzeltafeln, Einzelheit Z bei einseitiger Beplankung Ebene Schubfluss X Kraftweiterleitung in der Rippe Ebene Schubfluss X Kraftweiterleitung in der Rippe Diese Ausmittigkeiten sind bei der Rippenbemessung zu berücksichtigen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 154

155 Tafelbauweise Druckbeanspruchte Tafeln F B,d F B,d F B,d F Rc,90,d F Rc,90,d Der jeweils von der Beplankung bzw. Rippe aufzunehmende Belastungsanteil ergibt sich aus dem Verhältnis Beanspruchbarkeit Rippe/Beplankung. z.b.: F B,d = 7 kn; F Rc,90,d = 70 kn F B,d /F Rc,90,d = 7/70 = 1/10 Die Beplankung trägt 10% der vertikalen Belastung Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 155

156 Tafelbauweise Verbindungsmittelabstände Decken- und Dachscheiben Für die kontinuierliche Verbindung zwischen Beplankung und Rippe (DIN EN Abs u ) für Nägel, Schrauben für andere Bereiche: < 150 mm < 300 mm Wandscheiben (DIN EN Abs ) für Nägel für Schrauben < 150 mm < 200 mm auf Zwischenpfosten < 2 * Abstand auf den Randpfosten bzw. 300 mm Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 156

157 Tafelbauweise Verbindungsmittelabstände Ohne genauem Nachweis der Plattentragfähigkeit: a v < 20 * d Randabstände entsprechend der Beanspruchung nach DIN EN Nagelabstände Tab. 8.2 Klammerabstände Tab. 8.3 a 4,c a 4,t a 3,t a 3,c a 4,t,c a 4, a 3t 3,t Schubfeld-Modell: Im Regelfall Randabstand a 4,c Freie Plattenränder: Randabstand a 4,t ; = 90 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 157

158 Tafelbauweise Achtung: Randrippen dürfen nicht gestoßen oder der Stoß muss verformungsarm ausgebildet werden. Bemessung für den 1,5 fachen Bemessungswert. Erfolgt kein genauer Nachweis und Rippenabstand > 50 * Beplankungsdicke: q Gurt Lasten sind über Verteiler in die Tafeln einzuleiten. < 50 * d > 50 * d Verteiler h Freie Plattenränder sind hier nicht zulässig A Beplankungsstoß B Verteiler (seitliche Randrippe l Innenrippe Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 158

159 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben q Lagerung und Belastung q Gurt Gurt Innenrippe Verteiler (Innenrippe) a r h h A Beplankungsstoß l Verteiler B >1,33 * a r (seitliche Randrippe) A Beplankungsstoß l B Verteiler (seitliche Randrippe) Lasteinleitung über einen Gurt (Freie Plattenränder ungünstig) Lasteinleitung über Verteiler Zwei seitliche Randrippen gelagert Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 159

160 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Lagerung und Belastung q Gurt Innenrippe Verteiler (seitliche Randrippe) h Lasteinleitung über einen Gurt (freie Plattenränder ungünstig) Gurt Beplankungsstoß l /2 Eine seitliche Randrippe gelagert Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 160

161 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Freie Plattenränder sind nur quer zu den Innenrippen zulässig. Folgende Bedingungen sind dabei einzuhalten: - die Platten sind um mindestens einen Rippenabstand a r versetzt angeordnet - der Rippenabstand a r beträgt höchstens das 0,75 fache der Seitenlänge der Platten in Rippenrichtung; - die Platten sind auch an die Rippen, auf denen die Platten nicht gestoßen sind, mit Verbindungsmitteln im Abstand a 1 angeschlossen - die Stützweite l der Tafel beträgt weniger als 12,5 m, oder es sind höchstens drei Plattenreihen vorhanden; - die Tafelhöhe h in Lastrichtung beträgt mindestens l/4 ; - der Bemessungswert der Einwirkungen ist nicht größer als 5,0 kn/m. - die Tafelschubtragfähigkeit wird um 1/3 vermindert q Gurt Innenrippe h a r A Beplankungsstoß l >1,33 * a r B Verteiler (seitliche Randrippe) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 161

162 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Unter Scheibenbeanspruchung ist die Durchbiegung nachzuweisen! Schubverbund zwischen Rippen und Beplankung und Normalkraftbeanspruchung in den Rippen Beanspruchung unter aktueller Belastung q = 2,0 N/mm h a r = 2,5 m a r 5,0 m l = 10 m 5,0 m s v.o in den Rippen s v.o in der Beplankung F in den Rippen Beanspruchung unter virtueller Belastung 1 h 0,5 5,0 m 5,0 m 0,5 l = 10 m s v.o in den Rippen s v.0 in der Beplankung F in den Rippen Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 162

163 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Folgender Ansatz ist nur für einen kontinuierlichen i Verbindungsmittelabstand itt b t d a v zulässig. Anfangsdurchbiegung aus nachgiebigen Verbund zwischen Beplankung und Rippen S v,0,k S v,0 v k,inst Kser v k,inst mit S v,0,k s v,0,k a v und S v,0,,, k s v,0,k,, a v a v K 4 h ser h a F (1,5 0,5) r 2(1,5 0,5) h k a a k a a v v 2 h 2h ser v v 4 q k Anfangsdurchbiegung aus der Normalkraftbeanspruchung der Randrippen mit F q k a r und a r / 4 v E,inst F E A a 2 h r ar h qk E A h 2 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 163

164 Oder als Träger auf zwei Stützen wird: Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben v E,inst Der Steineranteil der Gurte ergibt: 2 I 2 A h / 4 q 4 k E I 0 Somit wird: v Einst q 4 4 k E 2 A h q 4 k E A h 2 0 mm 25 v k.insti 1000 v E.insti 1000 v insti l h i 10 Hohe Tafelsteifigkeit bei / h 4 mit h / 4 v E, inst wird 5 12 q k E 2 A 0 Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 164

165 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Ein Nachweis der Tafeldurchbiegung ist nicht erforderlich wenn: - Tafelhöhe > l/4 - Seitenlänge der Platten > 10m 1,0m - konstanter Verbindungsmittelabstand a 1 wird an allen 1 nicht freien Plattenrändern der Tafel eingehalten - keine Erhöhung der charakteristischen ti h Tragfähigkeit it der Verbindungsmittel itt nach DIN EN Abs (2) Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 165

166 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben Schu ubfeld h a r l Nur Schubkraftübertragung g zwischen Einzeltafeln und zwischen Tafel und Gurt Modell Biegeträger aus Gurt und Schubfeld Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 166

167 Tafelbauweise Decken- und Dachscheiben b i ~1/10* Tafellänge Tafeln müssen untereinander schub-, druck- und zugfest miteinander verbunden sein. Modell Vollwandträger mit ideellen Gurten in der Beplankungng Doz. Dr.-Ing. D. Steinbrecher 167