Gutachtliche Stellungnahme Selbstbohrende Würth Holzschrauben als Verbindungsmittel in Brettsperrholz

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1 Ordinarius für Ingenieurholzbau und Bauonstrutionen Mitglied der ollegialen Leitung der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine des Karlsruher Instituts für Technologie H.J. Blaß Pforzheimer Straße 15b Karlsruhe irma Adolf Würth GmbH & Co. KG Herrn Marcel Strobel Künzelsau _Schrauben_in_BSPH _ Gutachtliche Stellungnahme Selbstbohrende Würth Holzschrauben als Verbindungsmittel in Brettsperrholz 1 Allgemeines Selbstbohrende Holzschrauben der irma Adolf Würth & Co. KG aus Künzelsau sind unter Nr. Z vom 19. Juli 2008, Nr. Z vom 30. September 2014, Nr. Z vom 31. Juli 2011 und Nr. Z vom 27. Mai 2009 allgemein bauaufsichtlich zugelassen. Die Holzschrauben werden sowohl als Verbindungsmittel in Holz-Holz-, Holzwerstoff-Holz- und Stahlblech-Holz-Verbindungen, die Vollgewindeschrauben auch als Querzug- und Querdrucverstärungen für tragende Holzonstrutionen eingesetzt. Die irma Adolf Würth GmbH & Co. KG möchte die Anwendung ihrer Holzschrauben auf die Seiten und Schmalflächen von Brettsperrholz erweitern. Im olgenden werden aus den Ergebnissen eines orschungsvorhabens (Blaß, Hans Joachim; Uibel, Thomas: Tragfähigeit von stiftförmigen Verbindungsmitteln in Brettsperrholz, Band 8 der Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau) Vorschläge für die Anwendung selbstbohrender Holzschrauben in Brettsperrholz abgeleitet. Der Mindestdurchmesser der Schrauben sollte für Verbindungen in den Seitenflächen d 6 mm und für Verbindungen in den Schmalflächen d 8 mm betragen. Einschraubtiefen l ef < 4 d dürfen nicht in Rechnung gestellt werden. Der Einhängeeffet darf bei auf Abscheren beanspruchten Schrauben berücsichtigt werden. Volsban Stutensee Hardt eg Pforzheimer Straße 15b KIT: BLZ Karlsruhe Telefon Konto Telefax Telefax

2 Seite 2 zur gutachtlichen Stellungnahme Selbstbohrende Holzschrauben in BSPH vom Beanspruchung rechtwinlig zur Stiftachse 2.1 Verbindungen in den Schmalflächen Unabhängig von der Anordnung der Schraube in der Schmalfläche, d.h. für Winel zwischen Schraubenachse und Holzfaserrichtung 0 90 darf der charateristische Wert der Lochleibungsfestigeit für nicht vorgebohrte Brettsperrhölzer bei Schraubenverbindungen gemäß Gleichung (1) berechnet werden. fh, 0,5 20 d in N/mm² (1) mit d Nenndurchmesser der Schraube in mm Die Beanspruchung auf Abscheren muss rechtwinlig zur Schraube und parallel zur Schmalfläche des Brettsperrholzes gerichtet sein. Es wird empfohlen, n ef wie für Vollholz zu berechnen, siehe Abschnitt 12.3 der DIN 1052: Greift eine Kraftomponente rechtwinlig zur Seitenfläche an, besteht die Gefahr des Querzugversagens ähnlich wie bei einem Queranschluss. Ist das Verhältnis a/h nicht größer als 0,7, sollte das Querzugversagen durch eine Verstärung mit Vollgewindeschrauben parallel zur Schmalfläche verhindert werden (siehe Beispiel in Bild 1). Bild 1: Querzugsicherung eines Wandbauteils mit Vollgewindeschrauben 2.2 Verbindungen in den Seitenflächen Die Lochleibungsfestigeit für Schrauben in den Seitenflächen von Brettsperrholz ist wie für Vollholz zu ermitteln (z. B. nach Abschnitt 12 der DIN 1052: ). ür die Rohdichte ist hierbei der charateristische Wert des Ausgangsmaterials der Decflächen einzusetzen. Gegebenenfalls ist der Winel zwischen Kraftrichtung und aserrichtung der Declagen zu berücsichtigen. Die Beanspruchung auf Abscheren muss rechtwinlig zur Schraube und parallel zur Seitenfläche des Brettsperrholzes gerichtet sein. ür Winel 45 < 90 zwischen Schraubenachse und aserrichtung der Declage darf der charateristische Wert der Tragfähigeit der Schraube zu zwei Drittel des entsprechenden Wertes für 90 angesetzt werden, wenn als Eindringtiefe nur das Maß rechtwinlig zur Seitenfläche in Rechnung gestellt wird.

3 Seite 3 zur gutachtlichen Stellungnahme Selbstbohrende Holzschrauben in BSPH vom Beanspruchung parallel zur Stiftachse 3.1 Allgemeines Es dürfen nur solche Gewindebereiche der Schraube in Rechnung gestellt werden, für die der Winel zwischen Schraubenachse und Holzfaserrichtung mindestens 30 beträgt. 3.2 Beanspruchung auf Herausziehen Die charateristische Tragfähigeit einer Schraube auf Herausziehen beträgt: n ax, 1,i, ef,i 1 i 1 R f l d in N (2) Hierin bedeuten: f 1,i, Ausziehparameter abhängig von der charateristischen Rohdichte und dem Winel zwischen Schraubenachse und Holzfaserrichtung in der Brettlage i l ef,i Länge des Gewindebereichs der Schraube in der Brettlage i n Anzahl der anzurechnenden Brettlagen Schrauben, die parallel zur Seitenfläche des Brettsperrholzes eingedreht werden, müssen vollständig in einer Brettlage angeordnet sein. Dabei darf die Dice der Brettlage nicht leiner als der Gewindeaußendurchmesser sein. Die charateristische Kopfdurchziehtragfähigeit ist wie für Vollholzbauteile mit der charateristischen Rohdichte der entsprechenden Lage im Kopfbereich zu bestimmen. 3.3 Beanspruchung auf Hineindrücen Der charateristische Wert der Tragfähigeit einer Vollgewindeschraube auf Druc darf mit dem Wert R i, in Rechnung gestellt werden: R i, κ c N pl, in N (3) Mit: κ c 1 für λ 0,2 1 für λ > 0,2 2 + ² λ (4) 2 0,5 1 0,49 ( 0,2) + λ +λ (5) λ N N pl, i, (6) N 2 d pl, π f in N y, (7) 4

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.J. Blaß Seite 4 zur gutachtlichen Stellungnahme Selbstbohrende Holzschrauben in BSPH vom d Kerndurchmesser der Schraube in mm fy, Strecgrenze in N/mm² Ni, ch ch ES IS elastische Verzweigungslast der Schraube in N 90 + Bettungsziffer in N/mm², die ungünstigste (0,19 + 0,012 d) ρ 180 Kombination aus und ρ ist maßgebend ρ Charateristische Rohdichte einer Brettlage Winel zwischen Schraubenachse und aserrichtung einer Brettlage Es Is Biegesteifigeit des Kernquerschnitts der Schraube Es Is π d4 Nmm² 64 4 Ausbildung von Anschlüssen ür Schrauben, die in die Seiten- oder Schmalflächen von Brettsperrholz eingebracht werden, sind die Mindestabstände in Tabelle 1 angegeben. Eine Definition der Abstände zeigt Bild 2 und Bild 3. Die Mindestabstände in den Schmalflächen sind unabhängig vom Winel zwischen Stiftachse und aserrichtung. Diese gelten unter folgenden Voraussetzungen: Mindestdice des Brettsperrholzes: 10 d Mindesteinbindetiefe der Schraube in der Schmalfläche: 10 d Bei Belastung rechtwinlig zur Plattenebene ist darüber hinaus ein Aufspalten der Schmalflächen bzw. die Querzugbeanspruchung zu berücsichtigen (siehe Bild 1). a1 a2 a2 a2 a1,t a2,c Bild 2: Definition der Abstände von Verbindungsmitteln in den Seitenflächen a2,t

5 Seite 5 zur gutachtlichen Stellungnahme Selbstbohrende Holzschrauben in BSPH vom Tabelle 1: Mindestabstände von Schrauben in den Seiten- und Schmalflächen von Brettsperrholz a1 a1,t a2 a2,t a2,c Seitenfläche (siehe Bild 2) 4 d 6 d 6 d 2,5 d 6 d 2,5 d Schmalfläche (siehe Bild 3) 10 d 12 d 7 d 4 d 6 d 3 d a2,c a2,c a2,c a2,t a1,t a1 a1 t i t i t BSPH t BSPH Bild 3: Definition der Abstände von Verbindungsmitteln in den Schmalflächen 5 Zusammenfassung Würth Holzschrauben werden als Verbindungsmittel für Holz-Holz-, Holzwerstoff- Holz- oder Stahlblech-Holz-Verbindungen sowie als Querzug- und Querdrucverstärung eingesetzt. Sie werden in der Regel ohne Vorbohren in das Holz eingeschraubt. In dieser gutachtlichen Stellungnahme wurden aus den Ergebnissen eines orschungsberichts der Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine der Universität Karlsruhe (Band 8 der Karlsruher Berichte zum Ingenieurholzbau) Vorschläge für die charateristische Tragfähigeit rechtwinlig oder parallel zur Achse beanspruchter Würth Holzschrauben abgeleitet. Darüber hinaus wurden Vorschläge für die Ausführung von Schraubenverbindungen in Brettsperrholz gemacht. Bei einer Bemessung nach DIN 1052: oder Eurocode 5 sind die Bemessungsgleichungen für Schrauben- bzw. Nagelverbindungen zu verwenden. Die Lochleibungsfestigeit für Schrauben in den Schmalflächen ist dabei nach Glei-

6 Seite 6 zur gutachtlichen Stellungnahme Selbstbohrende Holzschrauben in BSPH vom chung (1), für Schrauben in den Seitenflächen wie für Vollholz mit der charateristischen Rohdichte der Decfläche zu berechnen. Mindestabstände untereinander und vom Rand sollten Tabelle 1 entsprechen. Bei einer Beanspruchung auf Herausziehen von zwischen 90 und 30 zur aserrichtung eingeschraubten Würth Holzschrauben wird ein charateristischer Wert der Tragfähigeit nach Gleichung (2) vorgeschlagen. Bereiche mit Wineln zwischen Schraubenachse und Holzfaserrichtung unter 30 dürfen nicht in Rechnung gestellt werden. Das Zugversagen der Schraube selbst ist durch das Einhalten von Bemessungswerten der Zugtragfähigeit der Schraube, das Kopfdurchziehen wie bei Bauteilen aus Vollholz zu berücsichtigen. Werden die Schrauben auf Druc beansprucht, wird eine Tragfähigeit abhängig von der ungünstigsten Kombination des Winels zwischen aserrichtung und Schraubenachse und der charateristischen Rohdichte einer Brettlage vorgeschlagen, bei der Querdrucverstärung von Holzbauteilen sollten die verstärten Bauteile sinngemäß wie in der Zulassung Nr. Z bemessen werden. Bei ombinierter Beanspruchung auf Abscheren und Herausziehen darf die Bemessung mit einer quadratischen Interationsgleichung erfolgen. Nach meiner Überzeugung bestehen eine Bedenen, unter den genannten Voraussetzungen Würth Holzschrauben der Durchmesser 6 mm und größer in den Seitenflächen bzw. 8 mm und größer in den Schmalflächen von Brettsperrholz zu verwenden. Karlsruhe, den Univ.-Prof. Dr.-Ing. Hans Joachim Blaß

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