Bemessung Holzbau nach Eurocode 5. Otto Mild Markus Wallner Novak

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1 Seminare 2011 Bemessung Holzbau nach Eurocode 5 Dieses Werk ist unter folgender Creative Commons Lizenz Namensnennung, Keine Bearbeitung lizensiert: nd/3.0/at/ Otto Mild Markus Wallner Novak

2 Seminar Hintergründe, Technisches Eurocode 5: Bemessung Eurocode 5: Sicherheiten Aktuelles Anwendungsbeispiele Gebäudeaussteifung/Wandscheiben Neue Module

3 Eurocode 5 Holzbau Bemessung Holzbau ÖNORM EN ÖNORM B Brand ÖNORM EN ÖNORM B Brücken aus Holz ÖNORM EN ÖNORM B ÖNORM EN AC+A1: ÖNORM B :

4 Bemessung nach Eurocode 5 Nach einer Idee von Markus Lackner Skizzen: att.zuschnitt, Juni 2009, Artikel von Markus Lackner

5 Eurocode 5 Bemessung 1. Klassifizierung des Bauwerks Bauteile: Nutzungsklasse NKL Lasten: Lastdauer NKL Lasttyp Skizzen: att.zuschnitt, Juni 2009, Artikel von Markus Lackner

6 Eurocode 5 Bemessung 1. Klassifizierung des Bauwerks Einflüsse Umgebungsklima Modellierung Nutzungsklasse NKL NKL 1 Innenräume von Wohn, Schul und Verwaltungsbauten NKL 2 Innenräume von Nutzbauten wie Lagerhallen, Reithallen und Industriehallen sowie überdachte Konstruktionen im Freien, deren Bauteile nicht der freien Bewitterung ausgesetzt sind (30 Regeneinfallswinkel) NKL 3 Bauteile im Freien mit konstruktivem Holzschutz

7 Eurocode 5 Bemessung 1. Klassifizierung des Bauwerks Einflüsse Umgebungsklima Modellierung Nutzungsklasse NKL Belastungsdauer k mod Wert (Festigkeit) aus NKL und kürzester beteiligter Einwirkung

8 Eurocode 5 Bemessung 1. Klassifizierung des Bauwerks Einflüsse Umgebungsklima Modellierung Nutzungsklasse NKL Belastungsdauer k mod Wert (Festigkeit) aus NKL und kürzester beteiligter Einwirkung k def Wert (Verformung) aus NKL Baustofftyp

9 Eurocode 5 Bemessung 2. Statisches System (Modell) Statisches System Lasten: Charakteristische Werte (g k, n k, s k, w k ) Material > Charakteristische Werte (f k ) > Querschnitte Systemauswahl Abmessungen Lasten (Wert+Typ) Material Skizzen: att.zuschnitt, Juni 2009, Artikel von Markus Lackner

10 Eurocode 5 Bemessung 3. Berechnung der Bemessungsschnittgrößen (Sd) Berechnung einzelner Lastfälle Lastfallkombination für die Bemessungssituationen k mod für kürzeste Lasteinwirkungsdauer Skizzen: att.zuschnitt, Juni 2009, Artikel von Markus Lackner

11 Eurocode 5 Bemessung ad 3. Bemessungsschnittgrößen Ständige Bemessungssituation (Tragfähigkeit) Fallbeispiel 1: Hausdach, normale Schneelast, Winddruck Eigenlast g k Schnee s k Wind w D,k 1,0 kn/m² 2,0 kn/m² 0,5 kn/m² ständig > m mittel k mod = 0,8 kurz k mod = 0,6 < m kurz k mod = 0,9 k mod = 0,9 ψ 0 = 0,6 a) Seehöhe m q k k d mod 1,50 g 0,8 b) Seehöhe < m q d mod 1,50 g 0,9 k k 1,35 s 1,35 s k k 4,35 kn/m² 0,6 1,35 w D,k 4,80 kn/m² 100% 98%

12 Eurocode 5 Bemessung ad 3. Bemessungsschnittgrößen Ständige Bemessungssituation (Tragfähigkeit) Fallbeispiel 2: Schweres, begrüntes Dach, geringe Schneelast g k s k < m w D,k 3,0 kn/m² 1,0 kn/m² 0,5 kn/m² ständig k mod = 0,6 kurz k mod = 0,9 kurz k mod = 0,9 q k d mod 1,50 g 0,6 k 4,05 kn/m² 124% ψ 0 = 0,6

13 Hinweis Eurocode 5 Bemessung ad 3. Bemessungsschnittgrößen Der Modifikationsbeiwert k mod für Nachweise in den Grenzzuständen der Tragfähigkeit ist von der Last abhängig und ist daher auch bei der Lastkombination zu berücksichtigen σ i,k γf k f i,k γ m k mod

14 Eurocode 5 Bemessung ad 3. Bemessungsschnittgrößen Lastkürzel Gruppe Kategorie γ sup γ inf k led k mod k mod k mod NKL1 NKL2 NKL3 Ständige Lasten G 1,35 1,00 ständig 0,60 0,60 0,50 Nutzlasten im Hochbau A: Wohnflächen NA mittel B: Büroflächen NB mittel C: Personenansammlungen NC kurz 0,90 0,90 0,70 D: Verkaufsflächen ND mittel 0,80 0,80 0,65 ψ 0 ψ 1 ψ 2 0,80 0,80 0,65 0,50 0,30 0,70 0,70 0,60 E: Lager und Industrielle Nutzung NE 1,50 0,00 lang 0,70 0,70 0,55 1,00 0,90 0,80 F: Verkehrs und Parkflächen (leicht) NF mittel 0,70 0,60 0,80 0,80 0,65 0,70 G: Verkehrs und Parkflächen (mittel) NG mittel 0,50 0,30 H: Dächer NH kurz 0,00 0,00 0,00 0,90 0,90 0,70 Balkone, Zugänge etc. N1 kurz 0,70 0,50 0,30 Schneelasten im Hochbau Orte über 1000 m Seehöhe S1 mittel 0,80 0,80 0,65 0,70 0,50 0,20 1,50 0,00 Orte unter 1000 m Seehöhe S2 kurz 0,90 0,90 0,70 0,50 0,20 0,00 Windlasten im Hochbau W 1,50 0,00 kurz 0,90 0,90 0,70 0,60 0,201 0,00

15 Eurocode 5 Bemessung 4. Berechnung der Verformungen 3 Durchbiegungswerte für 3 Kriterien Zusatzkriterium (!) Durchbiegungsgrenzen Skizzen: att.zuschnitt, Juni 2009, Artikel von Markus Lackner

16 Eurocode 5 Bemessung 4. Berechnung der Verformungen Charakteristische Bemessungssituation Schadensvermeidung Quasi Ständige Bem.sit. Erscheinungsbild Anfangsverformung Endverformung Endverformung

17 Eurocode 5 Bemessung 5. Nachweise Grenzzustände der Tragfähigkeit Normalspannungen Schubspannungen Verbindungsmittel Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit Durchbiegungsnachweise Schwingungsnachweise (Wohn und Büroräume)

18 Eurocode 5 Bemessung 5. Nachweisführung Tragfähigkeit Teilsicherheitsbeiwerte Einwirkungen Mischwert aus γ G, γ Q, γ Q ψ 0 σ i,d f i,d σ i,k γf k f i,k γ m k mod Bemessungsfall k c,90 (Querdruck) k c (Knicken)... Teilsicherheitsbeiwert Holz Vollholz γ m = 1,30 Brettschichtholz γ m = 1,25 Modifikationsbeiwert (Nutzungsklasse, kürzeste beteiligte Lastdauer)

19 Nachweise und Sicherheit Widerstand Bemessungswert Nachweis S d F d Einwirkung Bemessungswert (Lastkombination)

20 Nachweise und Sicherheit Widerstand Charakteristischer Wert Bemessungswert : 1, 50 (γ m und k mod ) F k F d k mod Norm, Zulassung (Herstellerkatalog) Nachweis S d F d Einwirkung Bemessungswert (Lastkombination) 1, 50 S d k mod Charakteristischer Wert (γ G und γ Q ψ 0, ψ 1, ψ 2 ) S g,k, S n,k S s,k, S w,k Lastannahmen (Norm), Lastweiterleitung

21 Nachweise und Sicherheit S,R Widerstand Charakteristischer Wert Bemessungswert : 1, 50 F k F d k mod 25 kn s = 1,0 17 kn s = 1,5 Widerstand Häufigkeit R k Charakteristischer Wert 5% Fraktile 5% Nachweis S d F d s = 2,2 2,5 Einwirkung Bemessungswert (Lastkombination) Charakteristischer Wert 1, 50 S d k mod S g,k, S n,k S s,k, S w,k 15 kn s = 1,5 10 kn s = 1,0 Einwirkung S k Charakteristischer Wert 95% Fraktile S 5% Häufigkeit

22 Nachweise und Sicherheit Widerstand Charakteristischer Wert Bemessungswert : 1, 50 (γ m und k mod ) f k f d k mod Nachweis Einwirkung Bemessungswert (Lastkombination) 1, 50 σ d f d M d k mod Charakteristischer Wert (γ G und γ Q ψ 0, ψ 1, ψ 2 ) M g,k, M n,k M s,k, M w,k

23 Nachweise und Sicherheit Früher Widerstand Wert aus Versuchen : 2, 50 f k 25 kn s = 1,0 Nachweis Einwirkung 10 kn σ k σ zul zul s = 2,5 Charakteristischer Wert M g,k, M n,k M s,k, M w,k 10 kn s = 1,0

24 Aktuelles Technische Neuerungen Normung Programmerweiterungen Bedienung Programm Module

25 Aktuelles Normung Nationales Dokument zu Eurocode ÖNORM B geplant Überarbeitung ÖNORM B Offene Punkte Schwingungen Eigene Messungen

26 Brandschutz Gipskarton Feuerschutzplatten (GKF) Vergleich der rechnerischen Tragfähigkeit nach EN F 30 F 30 1 x 15mm 1 x 20mm alt neu Gipsplatte DF EI 30 (26 min) t 2,8 h 14 ch EI 30 p F 60 2 x 15mm EI 60

27 EC5 Brandschutzbekleidung Hinweis Gipskarton Feurschutzplatten (GKF) d = 15 mm sind nach den Formeln in EN rechnerisch nicht mehr EI 30. Bis Mai 2010 haben die Produkthersteller Ergebnisse von Brandversuchen vorzulegen

28 Brandschutz Gipskarton Vergleich Alt Neu Gipskarton Feuerschutzplatte (GKF) 1 x 15mm F 30 alt neu Gipsplatte DF EI 30 Bauteilversuche Europäisch Technische Zulassung ETA Dicken bleiben nach momentanem Stand der Versuche gleich... (Ergebnisse Mai 2010) Produktunterlagen: K751 Knauf Fireboard A1: Telefonische Auskunft Firma Rigips:

29 ÖNORM B Brandschutz GKF...Gipskarton Feuerschutzplatte HWP Holzwolleplatte B.1.2 Konstruktionen ohne weitere Nachweise REI 30 beidseitig REI 60 beidseitig GKF 12,5 Steher 60/100 GKF 12,5 2xGKF 12,5 Steher 60/100 2xGKF 12,5 HWP 12,5 Steher 60/160 HWP 12,5 GKF 12,5 HWP 15 Steher 60/100 HWP 15 GKF 12,5 Abbildungen

30 ÖNORM B Brandschutz B.1.2 Konstruktionen ohne weitere Nachweise REI 90 beidseitig GKF...Gipskarton Feuerschutzplatte HWP Holzwolleplatte GKF 15 GKF 15 Steher 60/100 GKF 15 GKF 15 Abbildungen

31 Wandscheiben Statisches Modell altes Modell Fachwerk neues Modell Schubfeld

32 Wandscheiben Beplankungsstoß altes Modell neues Modell

33 Wandscheiben Beplankungsstöße Nicht aussteifend Freier Plattenrand Stoß über Innenrippe/Steher Stoß über Stoßhölzer

34 Wandscheiben Verbindung zum Untergrund Zuganker Zuganker Schubwinkel oder Bolzen

35 Wandscheiben Zugverankerung Volle Tragfähigkeit nur bei direkter Verbindung Tragfähigkeit unabhängig von Beplankung durch Schrägverschraubung

36 Stabdübelbild

37 Stabdübelbild Schnittgrößen Angriff in Punkt P Char.Werte Dübelanordnung von P als Ursprung aus Verteilung der Schnittgrößen Bemessungswert P

38 Stabdübelbild Übertragbare Dübelkraft Sd aus dem jeweiligen Bemessungsblatt S d F d

39 Stabdübelbild Nachweise Dübel mit größter Kraft Dübelreihe (Abminderung in Faserrichtung) Blockscherversagen

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit

41 Schrauben Lastweitergabe Das neue Sicherheitskonzept

42 Schadensfall Schrauben

43 Schadensfall Schrauben

44

45 Das neue Sicherheitskonzept S d R d Stress Einwirkungen Eigenlasten Ständige Auflasten Nutzlasten Schnee Wind Temperatur Brand Resistance Widerstand Tragwerk Materialwiderstände Bauteilwiderstände Querschnittswiderstände

46 S d R d Einwirkung Charakteristischer Wert Häufigkeit Einwirkung S k Charakteristischer Wert 95% Fraktile S 5%

47 S d R d Widerstand Charakteristischer Wert Häufigkeit Widerstand R k Charakteristischer Wert 5% Fraktile S,R 5%

48 Das neue Sicherheitskonzept Beispiele für Messergebnisse und Verteilungen Einwirkung: Schneelast Widerstand: Zugfestigkeit, Stahlprobe

49 Bemessung nach Grenzzuständen S d R d

50 Grenzzustände und Bemessungssituationen Verlust des Gleichgewichts EQU engl. Equilibrium Gleichgewicht Vorübergehende Bemessungssituation

51 Grenzzustände und Bemessungssituationen Beispiel: Abheben Charakteristische Werte der Einwirkung Bemessungswerte der Einwirkung W k γ Q,EQU = 1,50 G d G k γ G,EQU,inf = 0,90 erf. R d W d Erforderlicher Bemessungswert des Widerstandes für das Verbindungsmittel erf. R d = W d G d = 1,50 W k 0,90 G k

52 Grenzzustände und Bemessungssituationen Grenzzustände der Tragfähigkeit vorübergehende Bemessungssituation ständige Bemessungssituation

53 Grenzzustände der Tragfähigkeit Ständige Bemessungssituation Führende veränderliche Einwirkung Begleitende veränderliche Einwirkung

54 Grenzzustände Grenzzustände der Tragfähigkeit (Brandfall) außergewöhnliche Bemessungssituation

55 Grenzzustände Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit charakteristische Bemessungssituation (auch seltene Bemessungssituation) Vermeidung von Schäden an darunter liegenden Bauteilen quasi ständige Bemessungssituation Wahrung des Erscheinungsbildes Berechnung der Langzeitverformungen

56 Anmerkungen zu Nachweisen

57 EC5 Schubnachweis Neu ÖNORM B AC+A1:2009 Rissabzug: VH: 1/6 b BSH: 1/8 b k cr = 0,67 k cr = 0,83 d V,k 1,5 V d V,k 1,5 b k A cr V,d eff h Schubnachweis wird günstiger für Vollholz ungünstiger für Brettschichtholz V f f f V,d m m k k mod mod erhöht in EN 338:2009

58 EC 5 Schubnachweis Hinweis Der Nachweis der Schubspannungen in den Grenzzuständen der der Tragfähigkeit wurde neu geregelt. (EN AC+A1:2009) Schubfestigkeiten für Brettschichtholz in ÖNORM B :2009 gesondert geregelt (Änderung gegenüber der Produktnorm EN 1194) f v,k = 3,0 N/mm²

59 EC 5 Gebrauchstauglichkeit Durchbiegungsnachweis (3 Kriterien) Erscheinungsbild quasi ständige Bem.situation ψ 2 Schadensvermeidung charakteristische Bem.situation Anfangsverformung n g l/300 Endverformung (Langzeitverf. immer für die quasi ständige Bem.situation) l/250 0,3 n g l/200 n g

60 *) Strengeres Kriterium zusätzlich zur EN NORM EN vorallemfürdächer EC 5 Gebrauchstauglichkeit Zusätzliche Kriterien für Durchbiegungen Erscheinungsbild Schadensvermeidung Zusatzkriterium*) quasi ständig charakteristisch charakteristisch A n g n g l/300 l/300 E 0,3 n g n g n g l/250 l/200 l/200

61 EC5 Gebrauchstauglichkeit Hinweis Berechnete Verformungswerte sind teilweise nur Differenzwerte und daher nicht direkt messbar Kriterien Fallweise zu wenig streng (Dächer!)

62 EC5 Gebrauchstauglichkeit Lasten und Lastbeiwerte Beispiel Dachsparren Bemessungskriterien

63 EC5 Gebrauchstauglichkeit Lasten und Lastbeiwerte Beispiel Wohnungsdecke Bemessungskriterien

64 Schwingungsnachweis

65 EC5 Gebrauchstauglichkeit Schwingungsnachweis Frequenz 4 Hz 8 Hz! Resonanz! ÖN B EN Hz f 1 < 8 Hz f 1 8 Hz Beschleunigung Kreuzinger&Mohr,1999 Durchbiegung a 0,1 m/s² (0,4 m/s²) 120 b 100 w w grenz w grenz Geschwindigkeit 1,0 mm 1,5 mm v v grenz

66 EC5 Gebrauchstauglichkeit Schwingungsnachweis Frequenz 4 Hz 8 Hz! Resonanz! ÖN B EN Beschleunigung Kreuzinger&Mohr,1999 Durchbiegung 4 Hz f 1 < 8 Hz a 0,1 m/s² (0,4 m/s²) f 1 8 Hz Strengeres Kriterium Durchlaufträger, Schwingungsübertragung auf andere Felder als störend empfunden (Achtung Schallschutz) Geschwindigkeit Liberaleres Kriterium Decken innerhalb einer Wohnung Grenzwert nicht genormt! (Literatur: Kreuzinger, H. / Mohr, B.: Gebrauchstauglichkeit von Wohnungsdecken aus Holz. Abschlußbericht, Fraunhofer IRB Verlag:1999, ISBN : )

67 Brandschutz Foto:Matthias Dietrich

68 Brandschutz Klassifizierung Klassifizierung EN : Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten R Tragfähigkeit (Resistance) E Raumabschluss (Enclosure) I Wärmedämmung (Insulation) W Strahlung M Widerstand C Selbst schließende Eigenschaft S Rauchdichtheit

69 Brandschutz Klassifizierung Widerstandsklassen Entsprechungen Alt (ÖNORM B 3800) Neu (EN ) F30 brandhemmend, 30 Minuten Brandwiderstand REI 30 F60 hochbrandhemmend, 60 Minuten Brandwiderstand REI 60 F90 brandbeständig, 90 Minuten Brandwiderstand REI 90 F180 hochbrandbeständig, 180 Minuten Brandwiderstand REI 180 ÖNORM B 3807

70 Brandschutz Klassifizierung Tragende Bauteile REI 30 REI 60 REI 90 Nicht Tragende Bauteile EI 30 EI 60 EI 90

71 Brandschutz Nachweis Modelle Reduzierte Querschnitte Standardmodell im Holzbau d 0 = 7 mm (Zusätzlich zum Abbrand) Reduzierte Materialeigenschaften Genauere Berechnung d 0 = 0 mm Reduzierte Festigkeit Interessant für BSP

72 Brandschutz Nachweis Einwirkungen außergewöhnliche Bemessungssituation E d,a G k,j 1,1 Q k,1 i 1 mit der häufigen Größe von Q 1 2,i Q k,i E d,a G k,j 2,1 Q k,1 i 1 2,i Q mit der quasi ständigen Größe k,i ÖNORM B : E E d,a d,a 0,60 E 0,65 E d d (EC5) (DIN)

73 Brandschutz Nachweis Widerstände Höhere Festigkeit (20% Fraktile) Geringere Sicherheit (γ m,fi = 1,0) Kein Langzeiteinfluss (k mod,fi = 1,0)

74 Brandschutz Abbrandrate ÖNORM EN AC:2006 Abs ÖNORM B : Abs C Temperatur Abbrand t Branddauer ISO Kurve Steigende Temperatur Höhere Isolierung Steigende Temperatur

75 Brandschutz Abbrandrate ÖNORM EN AC:2006 Abs ÖNORM B : Abs d char Abbrand Abbrand t Branddauer Ungeschützte Bauteile: gleichmäßig

76 Brandschutz Abbrandrate Abbrand Platte (Eindimensional) ÖNORM EN AC:2006 Abs ÖNORM B : Abs Abbrand Stab (Zweidimensional Eckausrundung) β 0 0,65 mm/min β n 0,80 mm/min

77 Brandschutz Brandschutz durch Bekleidung (z.b. Gipskarton) Neue Bezeichnung von Gipskartonplatten Typ (EN 520) Alte Bezeichnung (DIN 18180) Typ A Gipskarton Bauplatte (GKB) Gipsplatte A Typ H Gipskarton Bauplatte imprägniert (GKBI) Gipsplatte H2 Typ F Gipskarton Feuerschutzplatte (GKF) Gipsplatte DF Gipskarton Feuerschutzplatte impr.(gkfi) Gipsplatte DFH2 Neue Bezeichnung (EN 520)

78 Brandschutz Schutz durch Beplankung ÖNORM EN AC:2006 Abs ÖNORM B : Abs d char Abbrand Ohne Bekleidung Rückrechnung t eff = 26,0 min t

79 Brandschutz Schutz durch Beplankung ÖNORM EN AC:2006 Abs ÖNORM B : Abs Erhöhter Abbrand (doppelt) nachdem die Beplankung ausfällt. Normalbrand wenn wieder Isolation durch Rußschicht (rd. 25 mm) d char t eff = 26,0 min Abbrand Ohne Bekleidung Rückrechnung t

80 Gamma Verfahren BSP Querschnitte 3 Lagig Starrer Verbund Nachgiebiger Verbund γ 1 Eigenträgheitsmoment Steiner Anteil I eigen A z² I eigen A γ z²

81 Gamma Verfahren BSP Querschnitte 5 Lagig Starrer Verbund Nachgiebiger Verbund γ 1 γ 3 Eigenträgheitsmoment Steiner Anteil I eigen A z² I eigen A γ z²

82 BSP Querschnitte 7 Lagig Gamma Verfahren Starrer Verbund Nachgiebiger Verbund γ 1? γ 2 γ 4 Eigenträgheitsmoment Steiner Anteil I eigen A z² I eigen A γ z² Erweitertes Gamma Verfahren nach Schelling

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