Ingenieurholzbau nach Eurocode 5

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1 BiP Ingenieurholzbau nach Eurocode 5 Konstruktion, Berechnung, Ausführung Klausjürgen Becker, Karl Rautenstrauch Bauingenieur-Praxis

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3 Klausjürgen Becker, Karl Rautenstrauch Ingenieurholzbau nach Eurocode 5 Konstruktion, Berechnung, Ausführung

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5 BiP Ingenieurholzbau nach Eurocode 5 Konstruktion, Berechnung, Ausführung Klausjürgen Becker, Karl Rautenstrauch

6 em. Prof. Dr.-Ing. Klausjürgen Becker Les Chenevières 42 CH-1586 Vallamand-Dessous Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karl Rautenstrauch Bauhaus-Universität Weimar Fakultät Bauingenieurwesen Marienstraße 13 A Weimar Titelbild: HanseMesse Rostock ( STEPHAN HOLZBAU GmbH, Holzleimbau Ingenieurbüro, Gaildorf) Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar Wilhelm Ernst & Sohn Verlag für Architektur und technische Wissenschaften GmbH & Co. KG, Rotherstr. 21, Berlin, Germany Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form durch Fotokopie, Mikrofilm oder irgendein anderes Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form by photoprint, microfilm, or any other means nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publisher. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht eigens markiert sind. Umschlaggestaltung: stilvoll Werbe- und Projektagentur, Kappelrodeck Herstellung: pp030 Produktionsbüro Heike Praetor, Berlin Druck und Bindung: Strauss GmbH, Mörlenbach Printed in the Federal Republic of Germany. Print-ISBN: E-PDF-ISBN: O-Book-ISBN:

7 Vorwort V Vorwort Die verbindliche Einführung der neuen Normengeneration der Eurocodes in Verbindung mit den zugehörenden nationalen Anhängen zum 01. Juli 2012 war der Anlass, das vorliegende Fachbuch aus 2006 vollständig neu zu gestalten. Dieses Normenpaket wurde europäisch abgestimmt und bildet damit die einheitliche Grundlage zur Planung und Ausführung von Bauwerken im gesamten europäischen Wirtschaftsraum. Da die diesem Fachbuch zu Grunde liegenden Eurocodes EC0, EC1 und EC5 ab 01. Juli 2012 als technische Baubestimmungen eingeführt werden, können ab diesen Zeitpunkt die nationalen Normen DIN 1055 und DIN 1052 nicht mehr angewendet werden. In dem jeweiligen nationalen Anhang DIN EN zu den Eurocodes sind die notwendigen Parameter festgelegt, die eine Anwendung der Eurocodes erst ermöglichen. Hierauf wird in diesem Fachbuch ausführlich Bezug genommen. Die Auswahl der Beispiele in diesem Fachbuch ist praxisbezogen und bietet einen umfassenden Überblich über die Nachweisverfahren im Holzbau. Ergänzende Darstellungen, Kommentare und Erläuterungen ermöglichen ein schnelles Einarbeiten auf der Grundlage der neuen Normengeneration. Die Darstellung der Last-Normen mit ihren allgemeinen Regelungen und speziellen Festlegungen wird in Teil A dargestellt. Einen umfassenden Überblick über Konstruktionen im Holzbau, ergänzt durch baustoffspezifische Kennwerte, bilden den Teil B dieses Fachbuches. Alle Beispiele werden vollständig theoretisch und rechnerisch im Teil C behandelt. Zur weiteren Information beinhaltet Teil D Angaben zu Literatur und Normen sowie ein umfassendes Stichwortverzeichnis. Der Teil E enthält die beiliegende CD-ROM zu den Beispielen mit weiteren Kennwerten und Bemessungstafeln. Klausjürgen Becker Karl Rautenstrauch

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9 Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis Vorwort.. V Inhaltsverzeichnis....VII A Einführung A1 Europäisches Normenpaket Europäische Entwicklung Nationale Umsetzung Normung im Holzbau Geltungsbereiche....3 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung Sicherheitskonzept Anwendungsregeln Grenzzustände Ablaufschema der Nachweise Einwirkungen Charakteristische Werte F k Teilsicherheitsbeiwerte γ F Repräsentative Werte von Einwirkungen F rep Auswirkungen Lasteinwirkungen Bemessungswerte für Einwirkungen Bemessungswerte für Auswirkungen Festigkeitseigenschaften Charakteristische Werte X k Teilsicherheitsbeiwerte γ M Nutzungsklassen Tragwiderstände Materialmodifikationen k mod, k def Bemessungswerte der Festigkeitseigenschaften X d Bemessungswerte des Tragwiderstandes R d Nachweise der Grenzzustände Anforderungen Lastgrößen Lastverteilung Lastkombinationen Grenzzustände der Tragfähigkeit Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit...30 A3 Einwirkungen auf Tragwerke Wichten, Eigengewicht, Nutzlasten Bemessungssituation Eigenlasten von Hochbauten Nutzlasten von Hochbauten.35

10 VIII Inhaltsverzeichnis 3.2 Schneelasten Bemessungssituation Schneelast auf dem Boden Schneelast auf Dächern Windlasten Bemessungssituation Windeinwirkungen Druckbeiwerte für Konstruktionen A4 Zusammenfassung Grundlagen Einwirkungen B Konzepte zur Berechnung B1 Allgemeine Berechnungsgrundlagen Anwendung von DIN EN Auflagertiefen, wirksame Stützweiten Stabilität von Bauteilen Wirksame Knicklängen Ausmitten..53 B2 Tragsysteme Konzepte Aussteifungssysteme Stabtragwerke Scheibenartig beanspruchte Bauteile Flächentragwerke Materialeinflüsse...67 B3 Schnittgröβen Grundlagen Nachweise nach Theorie 1. Ordnung Nachweise nach Theorie 2. Ordnung Hinweise zur Berechnung B4 Systemverhalten Kriechen Verformungen Durchbiegungen Schwingungen...79 B5 Anforderungen an Baustoffe Vorgaben zur Ausführung Abforderungen an die Dauerhaftigkeit Baustoffe im Holzbau Charakteristische Materialkennwerte...89

11 Inhaltsverzeichnis IX B6 Anforderungen an Verbindungsmittel Einteilung der Verbindungen Korrosionsschutz Allgemeine Voraussetzungen Stiftförmige Verbindungsmittel Charakteristische Materialwerte Charakteristische Rechenwerte Konstruktive Hinweise Sonstige mechanische Verbindungsmittel Dübel besonderer Bauart Verbindungen mit Nagelplatten Stahlblechformteile Geklebte Verbindungen Verbindungen mit eingeklebten Stahlstäben Universal-Keilzinkenverbindungen Schäftverbindungen Zimmermannsmäβige Verbindungen Allgemeines Versätze Zapfenverbindungen Holznagelverbindungen B7 Brandschutz Baugesetzgebung Abbrandtiefen Materialbeanspruchbarkeit Bemessungsverfahren für ungeschützte Oberflächen während der gesamten Branddauer (Bauteilberechnung) Methode mit reduziertem Querschnitt Methode mit reduzierten Eigenschaften Weitere Nachweisverfahren 143 B8 Beurteilungskriterien für Holzbauwerke Beurteilungskriterien für Holzkonstruktionen Dauerstandsverhalten Mechanische Beanspruchbarkeit Beanspruchung durch Holzfeuchte Lebensdauer von Holzkonstruktionen Einflüsse auf die Lebensdauer von Holzkonstruktionen Herstellung und Montage von Holzkonstruktionen Nutzung, Pflege und Instandhaltung Langfristiges Verformungsverhalten Baulicher und chemischer Holzschutz Fugenausbildung Raumgesundheit im Holzbau Bauphysikalische Bewertung..147

12 X Inhaltsverzeichnis 8.5 Qualitätssicherung Qualitätsniveau Qualitätssicherung Qualitätsüberwachung 148 B9 Ausführung und Überwachung Bauaufsichtliche Festlegungen Transport und Montage Überwachung..150 C Nachweise - Beispiele C1 Hinweise zu den folgenden Beispielen Nachweise für Bauteile Allgemeine Nachweiskonzepte Bemessungsverfahren in fünf Schritten Berechnungen und Beispiele Nachweise für Verbindungen Allgemeine Nachweiskonzepte Bemessungswerte für Verbindungsmittel Berechnungen und Beispiele Übersicht der Berechnungen und Beispiele Grundlegende Anforderungen Bemessungsregeln für Hochbauten nach DIN Maβgebende Lastkombination Berechnungswerte für Hochbauten Gliederung der Bemessungsbeispiele zu Kapitel C2 C Zusammenstellung der Berechnungen und Beispiele..170 C2 Nachweise für Bauteile und Konstruktionen Querschnittsnachweise Zug in Faserrichtung des Holzes (Querschnittstragfähigkeit) Zug unter einem Winkel α zur Faserrichtung (Querschnittstragfähigkeit) Druck in Faserrichtung des Holzes (Querschnittstragfähigkeit) Druck rechtwinklig zur Faserrichtung des Holzes (Querschnittstragfähigkeit) Druck unter einem Winkel α zur Faserrichtung (Querschnittstragfähigkeit) Biegebeanspruchter Balken (Querschnittstragfähigkeit) Biegebeanspruchter Balken mit Zug (Querschnittstragfähigkeit) Biegebeanspruchter Balken mit Druck (Querschnittstragfähigkeit) Balken mit Schub aus Querkraft (Querschnittstragfähigkeit) Balken mit Schub und Torsion (Querschnittstragfähigkeit) Brettschichtholzträger Pultdachträger (Querschnittstragfähigkeit) Satteldachträger mit geradem Untergurt (Querschnittstragfähigkeit) Gekrümmter Träger (Querschnittstragfähigkeit) Satteldachträger mit gekrümmtem Untergurt (Querschnittstragfähigkeit) Stabilitätsnachweise Druckstab mit planmäβig mittigem Druck (Biegeknicken) Biegebeanspruchter Balken, kippgefährdet (Biegedrillknicken)..218

13 Inhaltsverzeichnis XI Biegebeanspruchter Balken mit Zug (Biegedrillknicken) Biegebeanspruchter Balken mit Druck (Biegedrillknicken) Zusammengesetzte Bauteile Biegeträger mit nachgiebig verbundenen Querschnittsteilen Mehrteiliger geklebter Biegeträger Mehrteiliger verdübelter Balken Mehrteiliger Druckstab, kontinuierlich verbunden (ohne Spreizung) Druckstab als Rahmenstab (mit Spreizung) Druckstab als Gitterstab Dach-, Decken- und Wandscheiben Dach- und Deckenscheiben Wandtafeln unter horizontaler und vertikaler Scheibenbeanspruchung Aussteifungen, Abstützungen, Verbände Einzelabstützungen für Drückstäbe und Druckgurte Aussteifungsverbände für Druckstäbe und Druckgurte.274 C3 Ausklinkungen, Durchbrüche, Queranschlüsse. Verstärkungen Ausklinkungen am Trägerende Ausklinkung am unteren Rand, ohne Verstärkung Ausklinkung am oberen Rand, ohne Verstärkung Rechtwinklige Ausklinkung mit Verstärkung durch eingeleimte Stahlstäbe Rechtwinklige Ausklinkung mit Verstärkung durch Verstärkungsplatten Durchbrüche Öffnungen und Durchbrüche in Trägern, ohne Verstärkung Durchbrüche in Trägern, mit Verstärkung durch Stahlstäbe Durchbrüche in Trägern, mit Verstärkung durch Verstärkungsplatten Queranschlüsse mit Verstärkungen Holz-Holz-Queranschluss mit Verstärkung durch eingeleimte Stahlstäbe Holz-Holz-Queranschluss mit Verstärkung durch Verstärkungsplatten Holz-Holz-Queranschluss mit eingeklebten Stahlstäben C4 Verbindungen Stiftförmige metallische Verbindungsmittel Nagelverbindung Holz-Holz, Tragfähigkeit der Verbindung Nagelverbindung Holz-Holzwerkstoffe, Tragfähigkeit der Verbindung Nagelverbindung Holz-Stahlblech, Tragfähigkeit der Verbindung Nagelverbindung Holz-Gipskartonplatte, Tragfähigkeit der Verbindung Klammerverbindung Holz-Holz, Tragfähigkeit der Verbindung Klammerverbindung Holz-Holzwerkstoffe, Tragfähigkeit der Verbindung Klammerverbindung Holz-Gipskartonplatte, Tragfähigkeit der Verbindung Schraubenverbindung Holz-Holz, Tragfähigkeit der Verbindung Schraubenverbindung Holz-Holzwerkstoffe, Tragfähigkeit der Verbindung Schraubenverbindung Holz-Stahlblech, Tragfähigkeit der Verbindung Stabdübelverbindung Holz-Holz, Tragfähigkeit der Verbindung Stabdübelverbindung Holz-Holzwerkstoffe, Tragfähigkeit der Verbindung Stabdübelverbindung Holz-Stahlblech, Tragfähigkeit der Verbindung Passbolzenverbindung Holz-Stahlblech, Tragfähigkeit der Verbindung Sonstige mechanische Verbindungsmittel Dübelverbindung Holz-Holz, Tragfähigkeit der Verbindung Dübelverbindung Holz-Stahl, Tragfähigkeit der Verbindung...365

14 XII Inhaltsverzeichnis Gedübelte Rahmenecke, Tragfähigkeit der Verbindung Dübelverbindung im Hirnholz, Tragfähigkeit der Verbindung Geklebte Verbindungen Satteldachträger mit gekrümmtem unteren Rand und Verstärkung durch Stahlstäbe Satteldachträger mit gekrümmtem unteren Rand und Verstärkung durch Verstärkungsplatten Eingeklebte Stahlstäbe Holz-Holz als Verbindungsmittel Keilgezinkte Rahmenecke-Universal-Keilzinkung Schäftverbindung Zimmermannsmäßige Verbindungsmittel Einfacher Versatz Doppelter Versatz Zapfenverbindung Holznagelverbindung.408 C5 Stöße und Anschlüsse Zugstab Zugstab-Holzlaschen mit Nägeln bzw. Holzschrauben Zugstab-Stahlblechlaschen mit Nägeln bzw. Holzschrauben Zugstab-Holzlaschen mit Stabdübeln Zugstab-Stahlblechlaschen mit Passbolzen Zugstab-Holzlaschen mit Dübeln besonderer Bauart Zugstab-Stahlteillaschen mit Dübeln besonderer Bauart Druckstab Einteiliger Druckstab-Kontaktstoβ Einteiliger Druckstab-kontaktloser Stoβ Biegestab Einteiliger Biegestab-Biegestoβ mit Seitenlaschen Biegestoβ-Brettschichtholzträger als Universal-Keilzinkenverbindung C6 Verformungen, Verschiebungen, Schwingungen Durchbiegungen Durchbiegung biegebeanspruchter Träger ohne Überhöhung Durchbiegung biegebeanspruchter Träger mit Überhöhung Verschiebungen Verschiebungen-Stiftförmige Verbindungsmittel-Nägel Schwingungen Holzbalkendecken unter Wohnräumen..440 C7 Tragwerksbemessung für den Brandfall Bemessung mit reduziertem Querschnitt Bemessung mit reduzierten Eigenschaften 449 D Anhang D1 Normen Europäische Normen: Eurocode-Normenprogramm Nationale Normen..451 D2 Stichwortverzeichnis..455

15 Inhaltsverzeichnis XIII E CD-Rom E1 Bemessungstafeln für Baustoffe Festigkeits- Steifigkeits- und Rohdichtenkennwerte Tafel E1.1.1 Nadelholz Festigkeitsklassen - charakteristische Werte.. 1 Tafel E1.1.2 Laubholz Festigkeitsklassen - charakteristische Werte 2 Tafel E1.1.3 Brettschichtholz Festigkeitsklassen - charakteristische Werte. 2 Tafel E1.1.4 Faserplatten Festigkeitsklassen - charakteristische Werte....3 Tafel E1.1.5 Zementgebundene Spanplatten - charakteristische Werte 3 Tafel E1.1.6 Gipsplatten Festigkeitsklassen - charakteristische Werte.4 Tafel E1.1.7 Sperrholz Biegefestigkeitsklassen F25/10 - charakteristische Werte...4 Tafel E1.1.8 Sperrholz Biegefestigkeitsklassen F40/40, F50/25, F60/10 charakteristische Werte 5 Tafel E1.1.9 OSB-Platten Festigkeitsklassen charakteristische Werte OSB/2, OSB/ Tafel E OSB-Platten Festigkeitsklassen - charakteristische Werte OSB/4...7 Tafel E Kunstharzgebundene Spanplatten - techn. Klasse P4 charakteristische Werte 8 Tafel E Kunstharzgebundene Spanplatten - techn. Klasse P5 charakteristische Werte 9 Tafel E Kunstharzgebundene Spanplatten - techn. Klasse P6 charakteristische Werte..10 Tafel E Kunstharzgebundene Spanplatten - techn. Klasse P7 charakteristisch Werte Knick- und Kippbeiwerte Tafel E1.2.1 Knicklängenbeiwerte β für Stäbe Tafel E1.2.2 Kippbeiwerte a 1 und a Tafel E1.2.3 Knickbeiwerte k c in Abhängigkeit vom Schlankheitsgrad 15 Tafel E1.2.4 Knickbeiwerte k c für Nadelholz Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C30 22 Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E Knickbeiwerte k c für Nadelholz der Festigkeitsklasse C Tafel E1.2.5 Knickbeiwerte k c für Laubholz Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D

16 XIV Inhaltsverzeichnis Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E Knickbeiwerte k c für Laubholz der Festigkeitsklasse D Tafel E1.2.6 Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz 29 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL24 29 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL24c..29 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL28h..30 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL28c...30 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL32h..31 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL32c..31 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL36h..32 Tafel E Knickbeiwerte k c für Brettschichtholz der Festigkeitsklasse GL36c..32 Tafel E1.2.7 Kippbeiwerte k crit in Abhängigkeit vom Kippschlankheitsgrad λ rel,m Berechnungswerte für Baustoffe Tafel E1.3.1 Bemessungswerte k α f c,0,d für Druck unter einem Winkel α...34 Tafel E1.3.2 Faktoren k mα am angeschnittenen Rand..37 Tafel E1.3.3 Abminderungsfaktoren k v für Ausklinkungen 39 E2 Bemessungstafeln für Verbindungsmittel Stiftförmige metallische Verbindungsmittel.42 Tafel E2.1.1 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holz-Verbindungen-Nägel 42 Tafel E2.1.2 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen-Nägel 49 Tafel E2.1.3 Bemessungswerte F Rd in Stahlblech-Holz-Verbindungen-Nägel..61 Tafel E2.1.4 Bemessungswerte F Rd in Gipsplatten-Holz-Verbindungen-Nägel 63 Tafel E2.1.5 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holz-Verbindungen-Klammern 64 Tafel E2.1.6 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen-Klammern 65 Tafel E2.1.7 Bemessungswerte F Rd in Gipsplatten-Holz-Verbindungen-Klammern.70 Tafel E2.1.8 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holz-Verbindungen-Schrauben 71 Tafel E2.1.9 Bemessungswerte F Rd in Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen-Schrauben 74 Tafel E Bemessungswerte F Rd in Stahlblech-Holz-Verbindungen-Schrauben..77 Tafel E Bemessungswerte F Rd in Holz-Holz-Verbindungen-Stabdübel 79 Tafel E Bemessungswerte F Rd in Holz-Holzwerkstoff-Verbindungen-Stabdübel 83 Tafel E Bemessungswerte F Rd in Stahlblech-Holz-Verbindungen-Stabdübel...85 Tafel E Bemessungswerte F Rd in Holz-Holz-Verbindungen-Passbolzen Sonstige mechanische Verbindungsmittel...95 Tafel E2.2.1 Bemessungswerte F Rd für Dübel Typ A1 und B1..95 Tafel E2.2.2 Bemessungswerte F Rd für Dübel Typ C Tafel E2.2.3 Bemessungswerte F Rd für Dübel Typ C11.97 Tafel E2.2.4 Bemessungswerte F Rd für Dübel Typ A1 in Hirnholzanschlüssen Geklebte Verbindungen.101 Tafel E2.3.1 Bemessungswerte F v,rd für eingeleimte Stahlstäbe.101 Tafel E2.3.2 Bemessungswerte F ax,rd für eingeleimte Stahlstäbe.102

17 Inhaltsverzeichnis XV 2.4 Zimmermannsmäβige Verbindungsmittel..103 Tafel E2.4.1 Bemessungswerte F c,α,d eines Versatzen (Nadelholz)..103 Tafel E2.4.2 Bemessungswerte F c,α,d eines Versatzen (Laubholz) 107 Tafel E2.4.3 Bemessungswerte F d der Zapfentragfähigkeit (Nadelholz).111 Tafel E2.4.4 Bemessungswerte F d der Zapfentragfähigkeit (Laubholz)..115 Tafel E2.4.5 Bemessungswerte F Rd der für Eichenholznägel Verschiebungsmodul K ser 120 Tafel E2.5.1 Verschiebungsmodul K ser für Nägel..120 Tafel E2.5.2 Verschiebungsmodul K ser für Klammern Tafel E2.5.3 Verschiebungsmodul K ser für Holzschrauben Tafel E2.5.4 Verschiebungsmodul K ser für Stabdübel und Bolzen.121 Tafel E2.5.5 Verschiebungsmodul K ser für Dübel besonderer Bauart 121

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19 A Einführung 1 A Einführung A1 Europäisches Normenpaket A1.1 Europäische Entwicklung In nahezu allen europäischen Ländern werden die Eurocodes, wenn auch zeitverzögert, eingeführt. Die Eurocodes sind ein Normenpaket, bestehend aus derzeit 10 Normen und 58 Teilen. EC0 Grundlagen (EN 1990) EC1 Einwirkungen (EN 1991) EC2 Betonbau (EN 1992) EC3 Stahlbau (EN 1993) EC4 Verbundbau (EN 1994) EC5 Holzbau (EN 1995) EC6 Mauerwerksbau (EN 1996) EC7 Grundbau (EN 1997) EC8 Erdbeben (EN 1998) EC9 Aluminiumbau (EN 1999). Diese Tragwerksnormen für den Ingenieurbau stellen für Planer und Fachingenieure in der Zukunft das umfassendste Paket konstruktiver Normen dar. Für das Bauwesen ist als Folge des Gemeinsamen Europäischen Binnenmarktes die sog. Bauproduktenrichtlinie ( ) erlassen worden. Ziel ist die Schaffung gemeinsamer Normen und Regeln für die Bemessung, Planung und Ausführung von Bauwerken sowie gemeinsame Anforderungen an die Bauprodukte des Hoch- und Tiefbaus. Durch die vielen unterschiedlichen Bausysteme im europäischen Ingenieurbau haben sich über Jahrhunderte in den jeweiligen Regionen landesspezifische Entwicklungen durchgesetzt, die zu unterschiedlichen Berechnungs- und Bemessungssystemen geführt haben. Zur Umsetzung der sog. Bauproduktenrichtlinie war es daher unerlässlich, die jeweiligen nationalen Bemessungsnormen in einheitlichen europäischen Richtlinien zu diskutieren, zu bewerten und in einer von allen Beteiligten akzeptierten Lösung zusammenzufassen. Die EN Euroco- des, erarbeitet durch das CEN (European Committee for Standadization), sind das Ergebnis dieser Zusammenarbeit und gelten damit als die Grundlage europäischer einheitlicher technischer Dokumente mit folgenden Schwerpunkten: Tragwerksplanung Standsicherheit und Brandschutz Vertragsgrundlagen Bau- und Ingenieurleistungen Bauprodukte Materialeigenschaften. Die in den Eurocodes berücksichtigten unterschiedlichsten Aspekte des Ingenieurbaus wie Baumaterialien und Bausysteme werden erweitert durch zusätzliche Festlegungen in den Bereichen der Geotechnik, des Brandschutzes und der Erdbebenbeanspruchung. Für die Planung, Berechnung und Ausführung von Sonderkonstruktionen sind, falls erforderlich, über die 10 Eurocodes hinausgehende Normen und spezifische Regelungen zu berücksichtigen. Um den vorhandenen unterschiedlichen Bauweisen im europäischen Ingenieurbau Rechnung tragen zu können und um die damit verbundenen geographischen, klimatischen und landschaftsspezifischen Gegebenheiten zu berücksichtigen, erlauben die Eurocodes nationale Festlegungen in Form von nationalen Anhängen (NA). Diese "National determinierten Parameter" (NDP) gelten im Zusammenhang mit den jeweiligen Eurocodes und den darin empfohlenen Werten und Berechnungsverfahren, können aber mehr oder weniger davon abweichen. Da der Ausschuss CEN/TC250 im Jahr 2008 beschlossen hat bis mindestens keine Überarbeitung der Eurocodes vorzunehmen, dürfen Änderungen und Berichtigungen bis zu diesem Zeitpunkt national als gesonderte Do- Ingenieurholzbau nach Eurocode 5. Konstruktion, Berechnung, Ausführung. 1. Auflage. Klausjürgen Becker, Karl Rautenstrauch Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2012 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

20 2 A Einführung kumente veröffentlicht werden. Zuständig hierfür sind die Gremien innerhalb des Normenausschusses Bauwesen in DIN e.v. Allerdings entfallen nationale Anhänge, wenn die Eurocodes hierfür keine zugelassenen Auswahlmöglichkeiten anbieten. A1.2 Nationale Umsetzung Durch den Beschluss der Fachkommission Bautechnik der Bauministerkonferenz sind die europäischen Normen der Reihe DIN EN 1990 bis DIN EN 1999 am 01. Juli 2012 verbindlich anzuwenden. Mit dieser Stichtagsregelung gelten ab diesem Termin nur noch die betreffenden Eurocodes als Technische Baubestimmungen. Die entsprechenden nationalen DIN- Normen werden zeitgleich aus der Liste der Technischen Baubestimmungen gestrichen. Durch die bauaufsichtliche Einführung des Normenpaketes DIN EN in den einzelnen Bundesländern (Tabelle A.1.1) werden allen am Bau beteiligten, vom Planer über den Tragwerksingenieur bis zu den bauausführenden Firmen Unterlagen zur Verfügung gestellt, um auf der Grundlage der europäischen Regelwerke die erforderliche Planungs- und Ausführungssicherheit zu erhalten. Ebenso werden die Hersteller von Bauprodukten sich diesem Normenpaket anschlieβen müssen, da sich die Produktnormen auf diese europäischen Regelwerke beziehen. Tabelle A1.1: Europäisches und nationales Normenpaket A1.3 Normung im Holzbau Die Normung im Holzbau hat ihren Beginn in den ersten beiden Ausgaben der DIN 1052, Juli 1933 und Mai In der DIN 1052 Ausgabe Februar 1941 wurden erstmalig grundlegende Hinweise zur Berechnung und Ausführung von Holzbauwerken gemacht. In den folgenden beiden Ausgaben der DIN 1052, Ausgabe Oktober 1947 und August 1965, wurden Teilabschnitte überarbeitet und ergänzt. Angepasst an die seit 1948 durchgeführten Forschungsarbeiten im Holzbau und um der Entwicklung im Holzbau Rechnung zu tragen, wurde die DIN 1052 Ausgabe 1965 erneut überarbeitet und mit dem Anhang "Bestimmungen für Dübelverbindungen besonderer Bauart" ergänzt. Eine vollständige Überarbeitung zu zwei DIN- Blättern war der nächste Schritt in der Normung im Holzbau und führte zu der Neufassung DIN 1052 Ausgabe Oktober 1969 Holzbauwerke Berechnung und Ausführung Ein weiterer Schritt in der Normung im konstruktiven Holzbau war der Ersatz der Ausgabe DIN 1052: durch die DIN 1052 Ausgabe April 1988, die auch bauaufsichtlich eingeführt wurde. Eurocode Europäische Vereinheitlichte Nationale Nationaler Norm Bemessungsregeln Norm Anhang EC0 EN 1990 Grundlagen DIN EN 1990 DIN EN 1990/NA EC1 EN 1991 Einwirkungen DIN EN 1991 DIN EN 1991/NA EC2 EN 1992 Betonbau DIN EN 1992 DIN EN 1992/NA EC3 EN 1993 Stahlbau DIN EN 1993 DIN EN 1993/NA EC4 EN 1994 Verbundbau DIN EN 1994 DIN EN 1994/NA EC5 EN 1995 Holzbau DIN EN 1995 DIN EN 1995/NA EC6 EN 1996 Mauerwerksbau DIN EN 1996 DIN EN 1996/NA EC7 EN 1997 Grundbau DIN EN 1997 DIN EN 1997/NA EC8 EN 1998 Erdbeben DIN EN 1998 DIN EN 1998/NA EC9 EN 1999 Aluminiumbau DIN EN 1999 DIN EN 1999/NA

21 A1 Europäisches Normenpaket 3 Gegliedert war die Ausgabe DIN 1052: in die Teile DIN 1052 Teil 1 Berechnung und Ausführung Teil 2 Mechanische Verbindungen Teil 3 Holzhäuser in Tafelbauart, Änderungen und Ergänzungen zu diesen drei Teilen wurden vom Normenausschuss Bauwesen, Fachbereich 04 "Holzbau" mit Datum im Oktober 1996 veröffentlicht. Der Normenausschuss Bauwesen hat 1997 beschlossen, die Neufassungen der deutschen DIN-Normen auf der Grundlage der europäischen Normen (EN) zu erarbeiten. Der erste Schritt war DIN , die sich an die europäische Vornorm DIN V ENV 1995 Teil 1-1: Eurocode 5 - Entwurf, Berechnung und Bemessung von Holzbauwerken -, Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln für den Hochbau, Ausgabe angelehnt hat. Die endgültige Verabschiedung des europäischen Normenpaketes und damit des EC5 - EN 1995 und der nationalen Holzbau-Norm DIN EN 1995 (Tabelle A.1.2) ist daher die Grundlage dieses Buches. Behandelt werden in DIN EN ausschließlich Anforderungen an die Tragfähigkeit, die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit von Holzkonstruktionen. Gleichzeitig wurden die neueren Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklungen im Holzbau mit seinen technischen Auswirkungen eingearbeitet. Die DIN EN 1995 enthält damit gleichzeitig den abgestimmten nationalen Standpunkt zur europäischen Norm in den Bereichen Sicherheitskonzept Schnittgrößenermittlung Bemessung. A1.4 Geltungsbereiche Der Geltungsbereich DIN EN 1995 bezieht sich auf alle Arten von Holzbauwerken des Hochund Ingenieurbaus (Tabelle A1.3). Die Berechnungen und Ausführungen gelten für tragende und aussteifende Bauteile aus Holz, Holzwerkstoffen und Gipskartonplatten. Erfasst werden Nachweise der Tragfähigkeit, der Gebrauchstauglichkeit und Hinweise zur Dauerhaftigkeit. Für in dieser Norm nicht geregelte Holzkonstruktionen sind die jeweils geltenden Normen anzuwenden. Normative, datierte und undatierte Verweise beziehen sich auf die jeweils gültigen Normenausgaben. Tabelle A1.2: Nationale Normung nach Eurocode 5 Nationale Normung DIN EN : DIN EN /NA: DIN EN : DIN EN /NA: Bemessungsregeln Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-1: Allgemeines - Allgemeine Regeln und Regeln für den Hochbau Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 1-2: Allgemeine Regeln - Tragwerksbemessung für den Brandfall DIN EN : ) Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 2: Brücken DIN EN /NA: Nationaler Anhang - National festgelegte Parameter - Eurocode 5: Bemessung und Konstruktion von Holzbauten - Teil 2: ) Brücken 1) Diese Normenteile sind nicht Inhalt dieses Fachbuches -Ingenieurholzbau nach Eurocode-

22 4 A Einführung Bei der Berechnung von Konstruktionen mit anderen Baustoffen, z.b. Verbindungen mit Stahlbauteilen, sind die entsprechenden nationalen Bemessungsnormen zu verwenden. Tabelle A1.3: Geltungsbereiche Anforderungen werden durch DIN EN 1995 abgedeckt 1) abgedeckt 1) Holzbauwerke Hochbauten 2) Holzbrücken 2) Fliegende Bauten Bau- und Lehrgerüste Absteifungen Schalungsunterstützungen Wärmeschutz Schallschutz Brandschutz 3) Erdbebeneinwirkungen 4) Hygiene Gesundheit 1) soweit betreffenden Normen nichts anderes bestimmen, 2) nicht für zusätzliche Anforderungen unter nicht vorwiegend ruhenden Einwirkungen, 3) nicht für Temperaturen von über 60 o C, abgesehen von veränderlichen Klimaeinwirkungen, 4) wenn zusätzliche Anforderungen zu berücksichtigen sind. In den bautechnischen Unterlagen sind alle bauwerks- und bauteilbezogenen Angaben zusammenzustellen (Tabelle A1.4). Die Nachweise der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit mit den erforderlichen Lastannahmen und Materialangaben sind durch Konstruktionszeichnungen zu ergänzen. Anweisungen für Transport und Montage sollten ebenso wenig fehlen wie Hinweise für die Bauausführung und die spätere Bauwerksunterhaltung. Die Materialkennwerte der Holzbauteile für tragende Zwecke, die nach ihrer Festigkeit zu bewerten sind, können sowohl für Nadelholz als auch für Laubholz nach DIN EN 338: eingeordnet werden. Dabei ist die Zuordnung der Sortierklassen (S-Klassen) nach DIN (Nadelholz) und -5 (Laubholz) zu den Festigkeitsklassen (C-Klassen) in DIN EN 338 zu beachten. Bei einer fehlenden Zuordnung der Hölzer zu den Festigkeitsklassen in DIN EN 338 ist eine Abstimmung mit der Bauaufsichtsbehörde erforderlich. Für das Bauen im Bestand gelten ebenfalls die Bemessungsregeln nach DIN EN und -1-2, die sinngemäß anzuwenden sind. Gleichfalls sind die Holzkonstruktionen in Mischbauwerken (Mauerwerks-, Stahlbeton- und Stahlbauten) nach DIN EN und -1-2 nachzuweisen. Die Nachweise der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit von bereits bestehenden Holzkonstruktionen (Bauen in Bestand) sind ebenfalls auf der Grundlage von Bestandsaufnahmen der Holzbauteile und ihrer Verbindungen durchzuführen. Die evtl. vorhandenen Schädigungen und Verformungen sind zusätzlich zu bewerten. Tabelle A1.4: Bautechnische Anforderungen Anforderungen an Personal Konstruktion Ausführung erfahren und ausreichend qualifiziert für Berechnung und Bemessung Verwendung der Baustoffe entsprechend den Vorschriften, Zulassungen, bzw. Prüfzeugnissen Konstruktion entsprechend der Berechnung und Bemessung ausreichende Ausbildung und Erfahrung für die Herstellung, Fertigung und Montage Nutzung entsprechend der Baubeschreibung sachgemäße Unterhaltung Überwachung der -Baustoffe -Fertigung -Montage

23 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung 5 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung A2.1 Sicherheitskonzept A2.1.1 Anwendungsregeln 1. Grundsätze Grundlagen des neuen Sicherheitskonzeptes sind die Nachweise von Grenzzuständen mit Hilfe von Teilsicherheitsbeiwerten für die bauartspezifischen Normen DIN EN und DIN EN Die geforderten Nachweise der Tragfähigkeit, der Gebrauchstauglichkeit und der Dauerhaftigkeit von Tragwerken werden auf der Grundlage einer wahrscheinlichkeitsorientierten Betrachtungsweise ermittelt. Die Eurocode-Norm DIN EN 1990 liefert hierfür die erforderlichen Prinzipien und Anforderungen. Probabilistische Vorgaben, mit deren Hilfe für die Nachweismethoden charakteristische Werte durch Teilsicherheitsbeiwerte modifiziert sind werden hierzu herangezogen. An die Zuverlässigkeit von Tragwerken stellt das Sicherheitskonzept folgende Anforderungen: qualitative Zuverlässigkeit Sicherstellung der Tragfähigkeit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit während der vorhergesehenen Lebensdauer, quantitative Zuverlässigkeit Einhaltung definierter Grenzzustände. Die Norm DIN EN 1990 "Grundlagen der Tragwerksplanung" ist das Bindeglied zwischen den deutschen Einwirkungs- und Bemessungsnormen und behandelt die Grundlagen des Sicherheitskonzeptes. Das in DIN EN 1990 für alle Baustoffe gleichermaßen geregelte Sicherheitskonzept wird in DIN EN 1995 holzbauspezifisch umgesetzt. Die Einwirkung bzw. die Schnittgröße infolge einer vorher bestimmten Auswirkung wird dem Bauteilwiderstand gegenübergestellt, allerdings unter Berücksichtigung bestimmter Sicherheiten, den sog. Teilsicherheitsbeiwerten γ. Sicherheitskonzept Nachweis von Grenzzuständen, Verfahren der Teilsicherheitsbeiwerte. Die geforderten Sicherheiten, die sich bisher in den zulässigen Spannungen wiedergefunden haben, werden jetzt jeweils durch unterschiedliche Teilsicherheitsbeiwerte γ in den Einwirkungen und den Widerständen berücksichtigt und in den Nachweisen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit umgesetzt. Um den gewünschten Nutzungszweck eines Bauwerkes während seiner Nutzungsdauer zu erreichen, gleichzeitig aber auch wirtschaftliche Aspekte zu berücksichtigen, sind bestimmte Anforderungen an die Konstruktion (Tabelle A2.1.) zu stellen. Diese haben Auswirkungen auf den Entwurf, die Konstruktion und die Bauausführung des Bauwerkes. 2. Regeln Basierend auf den in den Eurocodes für alle Baustoffe gleichermaßen geltenden allgemeinen Grundlagen sind in DIN EN 1995 für den Holzbau zusätzliche spezifische Regeln festgelegt worden. Verbindliche Regeln (Prinzipien) Allgemeine Angaben und Festlegungen, die in jedem Fall einzuhalten sind. Anwendungsregeln Anerkannte Regeln, die den Prinzipien folgen und deren Anforderungen erfüllen. Abweichungen von den Anwendungsregeln sind zulässig. Damit wurden auf nationaler Ebene Möglichkeiten geschaffen alternative Regeln und Bemessungsverfahren anzuwenden und gleichzeitig die geforderten Sicherheiten in den Bemessungsverfahren zu erfüllen. Der nationale Anhang DIN EN 1990/NA enthält national festgelegte Parameter, mit denen die Tragwerksplanung von Hoch- und Ingenieurbauten überhaupt erst möglich ist. Ingenieurholzbau nach Eurocode 5. Konstruktion, Berechnung, Ausführung. 1. Auflage. Klausjürgen Becker, Karl Rautenstrauch Ernst & Sohn GmbH & Co. KG. Published 2012 by Ernst & Sohn GmbH & Co. KG.

24 6 A Einführung Tabelle A2.1: Sicherheitskonzept für Bauwerke Sicherheitskonzept für Bauwerke Tragfähigkeit Gebrauchstauglichkeit Dauerhaftigkeit Standsicher gegen gewöhnliche und außergewöhnliche Einwirkungen während der Errichtung und Nutzung Widerstandsfähig gegen innere und äußere Einflüsse Ermöglichung der planmäßigen Nutzung entsprechend festgelegter Bedingungen Erfüllung nutzungsbedingter Forderungen Einhaltung geforderter Gebrauchseigenschaften Keine unvorhersehbare Beeinträchtigung während der geplanten Nutzungsdauer Beständig gegen Einwirkungen Dauerhaft gegen Umwelteinflüsse 3. Nutzungsdauer Die Nutzungsdauer ist direkt abhängig von der Nutzungsart eines Bauwerkes. Die geplante Dauer der Nutzung eines einzelnen Tragwerks oder eines gesamten Gebäudes sollte zu Anfang der Planungsphase festgelegt werden. Die folgenden Faktoren Überalterung (z.b. baulich, technisch), äußere Einflüsse (z.b. Witterung), Abnutzung, Verschleiß, Instandhaltung (z.b. Wartung, Pflege), Strukturveränderung (z.b. Nutzung) spielen hierbei eine maßgebende Rolle. Weitere Anhaltspunkte der Anforderungen zur Nutzungsdauer nach DIN EN 1990 sind in der Tabelle A2.2 zusammengestellt. Die Werte dieser Tabelle können als Grundlage einer Abschätzung für Dauerhaftigkeitsnachweise verwendet werden, um Aussagen über zeitabhängige Veränderungen von Tragwerken zu treffen. Gleichzeitig kann damit das Verhalten eines Tragwerks während der geplanten Nutzung besser beurteilt werden. A2.1.2 Grenzzustände 1. Bemessungssituation Um sowohl für die Tragfähigkeit als auch für die Gebrauchstauglichkeit das notwendige Sicherheitsniveau zu erreichen, werden die Bemessungen nach unterschiedlich definierten Grenzzuständen vorgenommen. Als Grenzzustand wird die Situation eines Bauteils oder eines Bauwerkes bezeichnet, bei der ein gefordertes Leistungskriterium, d.h. die Entwurfsanforderungen, gerade noch erfüllt, aber nicht überschritten wird. Grundsätzlich ist eine bauliliche Anlage so zu bemessen, dass die vorgesehene Nutzung mit ausreichender Wahrscheinlichkeit sichergestellt ist. Hierbei ist der Wirtschaftlichkeit und der Lebensdauer ein angemessener Rahmen zu setzen. Tabelle 2.2: Klassifizierung der Nutzungsdauer Klasse der Planungsgröße der Nutzungsdauer Nutzungsdauer (in Jahren) Beispiele 1 10 Tragwerke mit befristeter Standzeit 1) Austauschbare Tragwerksteile Landwirtschaftlich genutzte oder ähnliche Tragwerksteile 4 50 Gebäude und andere gewöhnliche Tragwerke Monumentale Gebäude, Brücken und andere Ingenieurbauwerke 1) Tragwerke oder Teile eines Tragwerks, die mit der Absicht der Wiederverwendung demontiert werden können, sollten nicht als Tragwerke mit befristeter Standzeit betrachtet werden.

25 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung 7 Anforderungen an das Bauwerk Grundlegende Anforderungen, Grenzzustände der Tragfähigkeit Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Anforderungen an die Dauerhaftigkeit. Diese Anforderungen an das Bauwerk sind im Entwurf, in der Konstruktion, in der Ausführung und in der Unterhaltung eines Bauwerkes durchgängig zu erfüllen. Für die Nachweisverfahren von baulichen Anlagen gelten grundsätzlich die in Tabelle A2.3 dargestellten drei Bemessungssituationen: ständig, vorübergehend und außergewöhnlich. Diese Bemessungssituationen müssen alle Wahrscheinlichkeiten während der Herstellung und der Nutzung des Tragwerks erfassen. Die Bemessungsregeln in DIN EN 1990 beschränken sich auf Einwirkungen aus statischen Lasten. Für die Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit sind daher Eingrenzungen und Vereinfachungen möglich. Dynamische Effekte können durch den Ansatz quasi-statischer Lasten und dynamischer Vergrößerungsfaktoren (z.b. für Wind) abgeschätzt werden. Für die maßgebenden Bemessungssituationen von Bauteilen und Konstruktionen dürfen die Grenzzustände der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit nicht überschritten werden. größer ist, als die aus der Belastung herrührenden Einwirkungen. Im Besonderen ist sicherzustellen, dass im Grenzzustand der Tragfähigkeit die Bemessungswerte der Bauteilwiderstände R d nicht überschritten werden. Bemessungswert der Auswirkung Bemessungswert des Tragwiderstandes Für die Grenzzustände der Tragfähigkeit gelten die Nachweisbedingungen in Tabelle A Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Um die Gebrauchstauglichkeit einer Konstruktion zu gewährleisten, ist der Nennwert der Gebrauchstauglichkeit C d das entscheidende Kriterium. Im Besonderen ist sicherzustellen, dass im Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit die Bemessungswerte der Lastauswirkungen die vorgegebenen Grenzwerte nicht überschreiten und damit die vorher festgelegten Bedingungen für die Gebrauchstauglichkeit eingehalten werden. Bemessungswert der Auswirkung Bemessungswert des Gebrauchstauglichkeitskriterium Für die Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit gilt die Nachweisbedingung in Tabelle A Grenzzustände der Tragfähigkeit Die geforderte Bemessungssituation hat das Ziel sicherzustellen, dass die Tragfähigkeit eines Bauteils mit hoher Wahrscheinlichkeit Tabelle A2.3: Bemessungssituationen Bemessungssituationen im Grenzzustand der Tragfähigkeit Grundkombination ständig vorübergehend außergewöhnlich bei normaler Nutzung eines Bauteils / Bauwerks, z.b. übliche Nutzungsbedingungen zeitlich begrenzte Zustände eines Bauteils / Bauwerks z.b. Bauzustand, Instandsetzung außergewöhnliche Einwirkungen z.b. Brand, Erschütterungen, Anprall, Folgen lokalen Versagens

26 8 A Einführung A2.1.3 Ablaufschema der Nachweise Die Nachweisverfahren nach den alten und neuen Normen sind im Prinzip gleich geblieben und beinhalten mit einem jeweils vorgegebenen Sicherheitsniveau die gleiche Forderung Beanspruchung Widerstand (A.1) Allerdings werden die geforderten Sicherheiten in den Ansätzen der Einwirkungen (= Lasten) und der Widerstände (= Festigkeiten) berücksichtigt. E d R d (A.2) Zur schnelleren Übersicht soll die Tabelle A2.5 dienen, zur leichteren Einarbeitung dagegen für die Führung der Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit und der Gebrauchstauglichkeit die Tabelle A2.6. Tabelle A2.4: Nachweisbedingungen in den Grenzzuständen Nachweisbedingung in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit - Nachweise der Lagesicherheit und des Versagens des Tragwerks - E d,dst E d,stb E d R d E d,dst - E d,stb R d Statisches Gleichgewicht, Lagesicherheit, Verformung Lagesicherung einer Verankerung Bruch, übermäßige Verformung Nachweisbedingung in den Grenzzuständen der Gebrauchstauglichkeit - Nachweise der Gebrauchstauglichkeit - E d R d E d,dst E d,stb C d E d C d Bemessungswert einer Auswirkung; Bemessungswert eines Widerstandes; Bemessungswert der destabilisierenden Auswirkung der Einwirkungen; Bemessungswert der stabilisierenden Auswirkung der Einwirkungen; Bemessungswert des Gebrauchstauglichkeitskriteriums. Tabelle A2.5: Ablaufschema der Nachweise Nachweisverfahren der Tragwerksplanung Planung Ausführung Kapitel A2.2 Einwirkungen Kapitel A2.4 Festigkeitseigenschaften Kapitel A2.3 Auswirkungen Kapitel A2.5 Tragwiderstände Kapitel A2.6 Nachweise der Grenzzustände

27 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung 9 Tabelle A2.6: Konzept der Nachweise NACHWEISE DER TRAGFÄHIGKEIT UND DER GEBRAUCHSTAUGLICHKEIT MIT ZUORDNUNG ZU DEN ENTSPRECHENDEN KAPITELN A2.2 - A2.6 Konzept einer Vorgehensweise Kapitel Ermittlung der charakteristischen Werte der Einwirkungen G k Q k A k A2.2.1 Festlegung der Teilsicherheitsbeiwerte γ G γ Q A2.2.2 Festlegung der Kombinationsbeiwerte Ψ 0 Ψ 1 Ψ 2 A2.2.3 Ermittlung der Bemessungswerte der Einwirkungen F d A2.3.2 Berechnung der Bemessungswerte der Auswirkungen für ständige und vorübergehende Bemessungssituationen Grundkombination γ j 1 G,j E Gk,j Zuordnung der Lasteinwirkungsdauer + γ Q,1 E Qk,1 + γ Q,i i> 1 ψ 0,i E Qk, i A2.3.3 A2.3.1 Festlegung der charakteristischen Baustoffwerte X k A2.4.1 Festlegung des Teilsicherheitsbeiwertes γ M A2.4.2 Festlegung der Nutzungsklassen 1-3 A2.4.3 Bestimmung des Modifikationsbeiwertes k mod A2.5.1 Bestimmung des Verformungsbeiwertes k def A2.5.1 Ermittlung des Bemessungswertes des Baustoffes X d A2.5.2 Berechnung des Bemessungswertes X d der Festigkeitseigenschaft X k X Nachweis des Grenzzustandes der Tragfähigkeit mod k d = A2.5.2 γm Bemessungswert der Auswirkung Bemessungswertes des Tragwiderstandes E d,dst E d,stb E d R d A2.6.5 E d,dst - E d,stb R d Nachweis des Grenzzustandes der Gebrauchstauglichkeit Bemessungswert der Beanspruchung Nennwert des Gebrauchtauglichkeitskriteriums E d C d A2.6.6

28 10 A Einführung A2.2 Einwirkungen A2.2.1 Charakteristische Werte F k 1. Lastannahmen Grundsätzlich ist ein Tragwerk so zu bemessen, dass die vorgesehene Nutzung mit ausreichender Wahrscheinlichkeit und für eine ausreichende Dauer zuverlässig erreicht wird. Durch die Einhaltung konstruktiver Regeln und unter Beachtung der Wahl geeigneter Baustoffe werden diese Forderungen erfüllt. Das in DIN EN 1995 "Bemessung und Konstruktion von Holzbauten" umgesetzte Sicherheitskonzept für die Einflüsse der Einwirkungen auf das Tragwerk und damit auf die jeweilige Bemessung basiert auf den Festlegungen in DIN EN 1990 "Grundlagen der Tragwerksplanung" und DIN EN 1991 "Einwirkungen auf Tragwerke". Für den konstruktiven Holzbau sind besonders folgende Teile von Bedeutung, die in Teil A3 -Einwirkungen auf Tragwerkebehandelt werden: DIN EN Wichten, Eigengewicht, Nutzlasten DIN EN Schneelasten DIN EN Windlasten Die weiteren Teile der Norm DIN EN 1991 wie Teil 1-2 (Brandeinwirkungen), Teil 1-5 (Temperatureinwirkungen), Teil 1-6 (Einwirkungen während der Bauausführung) und Teil 1-7 (Auβerordentliche Einwirkungen) werden im Teil B -Konzepte zur Berechnung- behandelt. Damit werden die grundlegenden Anforderungen an die Zuverlässigkeit von Tragwerken baustoffübergreifend sowohl auf der Einwirkungs-, als auch auf der Bauteilwiderstandsseite geregelt. Unter Einwirkungen (F) werden Lasten, Kräfte oder Verformungen verstanden, die auf ein Tragwerk bzw. Bauwerk einwirken, es also beanspruchen. Grundsätzlich werden zwei Arten von Einwirkungen (F) unterschieden: direkte Einwirkungen auf das Tragwerk einwirkende Lasten und Kräfte, indirekte Einwirkungen aufgezwungene oder behinderte Verformungen oder Bewegungen. Die Einwirkungen (F) werden nach ihrer zeitlichen Veränderlichkeit unterschieden in: ständige Einwirkungen (G) z.b. Eigenlasten des Tragwerks (zeitlich unveränderlich: statische und vorübergehend ruhende Einwirkungen), veränderliche Einwirkungen (Q) z.b. Nutz-, Wind-, Schneelasten (zeitlich veränderlich: dynamische und quasi-statische Einwirkungen), außergewöhnliche Einwirkungen (A) z.b. Anprall, Explosion, Erdbeben (zeitlich veränderliche Einwirkungen), vorübergehende Einwirkungen z.b. Bauzustand, Montagelast. Die Einwirkungen (F) werden nach ihrer räumlichen Veränderlichkeit unterschieden in: ortsfeste Einwirkungen z.b. Eigenlasten, ortsfeste Einwirkungen, freie (ortsveränderliche) Einwirkungen z.b. bewegliche Nutzlasten, Wind- und Schneelasten. Die Einwirkungen (F) werden nach ihrer Natur oder der Bauwerksreaktion unterschieden in: statische Einwirkungen z.b. Eigenlasten, Schnee, Wind, dynamische Einwirkungen z.b. Anprall, Explosion, Erdbeben. Die Einwirkungen (F) und die Baustoffeigenschaften (X), definiert in DIN EN 1990, werden in den Tragfähigkeits- und Gebrauchstauglichkeitsnachweisen zur Ermittlung der charakteristischen Werte weiter unterschieden in Einwirkung F F k charakteristischer Wert einer Einwirkung

29 A2 Grundlagen der Tragwerksplanung 11 F rep repräsentativer Wert einer veränderlichen Einwirkung F d Bemessungswert einer Einwirkung Tragwiderstand X X k charakteristischer Wert der Baustoffeigenschaft X d Bemessungswert der Baustoffeigenschaft. 2. Charakteristische Werte F k Charakteristische Werte der Einwirkungen (F k ) sind diejenigen Werte, die mit einer vorher definierten Wahrscheinlichkeit während der Nutzungsdauer des Bauwerkes nicht überschritten werden. Unterschieden werden: G k 1) charakteristischer Wert einer ständigen Einwirkung (i. Allg. als einziger Wert) Q k 2) charakteristischer Wert einer veränderlichen Einwirkung (i. Allg. als fester Nennwert oder als oberer/unterer Wert) A k charakteristischer Wert einer außergewöhnlichen Einwirkung (i. Allg. als festgelegter Wert) 1) bei Empfindlichkeit des Tragwerkes gegen Änderungen der ständigen Einwirkung können nach einem oberen G k,sup (95%-Fraktile) und nach einem unteren G k,inf (5%-Fraktile) charakteristischen Wert einer ständigen Einwirkung als Quantilwert der Lastnorm unterschieden werden 2) in Ausnahmefällen kann auch ein unterer Wert von Bedeutung sein. Die charakteristischen Werte der Einwirkungen (G k, Q k, A k ) werden aus den Angaben der Lastnorm DIN EN 1991 oder anderer einschlägiger Normen, die Angaben zu Einwirkungen enthalten, ermittelt und sind erforderlichenfalls mit bauaufsichtlichen Anforderungen zu ergänzen. Vorgaben des Bauherrn oder des Entwurfsverfassers können berücksichtigt werden, sofern die o.a. Mindestanforderungen der Normen oder der bauaufsichtlichen Forderungen Beachtung finden. A2.2.2 Teilsicherheitsbeiwerte γ F Zur Absicherung der Lastannahmen gegenüber auftretenden Lasten und damit zur Einhaltung des erforderlichen Sicherheitsniveaus werden die charakteristischen Werte der Einwirkungen (G k, Q k, A k ) mit zugehörenden Teilsicherheitsbeiwerten γ F 1 multipliziert, d.h. sie werden erhöht. Die Teilsicherheitsbeiwerte γ F berücksichtigen damit die unvermeidbaren Streuungen der Einwirkungen. Gleichzeitig wird die Möglichkeit von Abweichungen in den Lastannahmen berücksichtigt, die durch Unsicherheiten in der Festlegung bei der Bestimmung der Auswirkungen auftreten können. In Tabelle A2.7 sind die Teilsicherheitsbeiwerte γ F für die charakteristischen Werte der Einwirkungen festgelegt. Sie werden unterschieden in γ G Teilsicherheitsbeiwert für ständige Einwirkungen γ Q Teilsicherheitsbeiwert für veränderliche Einwirkungen. A2.2.3 Repräsentative Werte von Einwirkungen F rep Der repräsentative Wert F rep einer ständigen Einwirkung ist der charakteristische Wert F k. Ständige Einwirkung G k G k repräsentativer Wert F rep der ständigen Einwirkungen. Der repräsentative Wert einer veränderlichen Einwirkung F rep ist der Wert, der dem Nachweis in den Grenzzuständen zu Grunde liegt. Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass alle veränderlichen Einwirkungen zur gleichen Zeit und in voller Größe das Tragwerk belasten, sind auf der Grundlage statistischer Betrachtungen so genannte Kombinationsbeiwerte ψ i ( 1) eingeführt worden. In den verschiedenen Bemessungssituationen der veränderlichen Einwirkungen werden daher Beiwerte ψ 0, ψ 1, ψ 2 zur Kombination der veränderlichen Einwirkungen zugelassen (Tabelle A2.8).