DGI Die Anfänge DIN EN (NA) Fachgebiet Holzbau Doz. Dr.-Ing. Steinbrecher

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1 Die Anfänge 1

2 Die Anfänge

3 Die Anfänge Konsolsystem im Tempelbau (China, Japan um 1000 u.z.) 1 Blumenarm Wandarm 3 Ovaler Arm 4 Langarm 5 regulärer Arm 6 schräger Hebelarm 7 Keil Quelle: Holzverbindungen, W. Graubner Deutsche Verlags-Anstalt 1990 a Anschlussplatte b Verbindungsplatte c Mittelplatte d kleine Platte 3

4 Die Anfänge Wasserwaage mit Lot Konstruktionsdetails t il Methoden des Bauens von Lie Jie 1103 Quelle: e Geschichte c e der Technikwissenschaften, sc e Edition Leipzig,

5 Stoßausbildungen 5

6 Stoßausbildungen Quelle: mikado 1/95 Für Reparaturen geeignet, Teil 1 M. Gerner 6

7 Stoßausbildungen mit Scherzapfen Sparrendach 7

8 Stoßausbildungen Quelle: mikado 1/95 Für Reparaturen geeignet, Teil M. Gerner 8

9 Stoßausbildungen Schlitz- oder Scheerzapfen zur Verlängerung in senkrechter Richtung Welch künstliche Verbindungen zur Ausführung kamen, die nähere Erläuterungen nicht erfordern Quelle: Die Konstruktion in Holz von Otto Warth, Leipzig

10 Stoßausbildungen 10

11 Fremdverbinder Quelle: mikado 1/95 Für Reparaturen geeignet, Teil 1 M. Gerner 11

12 Blattanschlüsse Beispiel: i Kirche Walddorf 1

13 Überblattung Beispiel: Kirche Walddorf 13

14 Versätze 14

15 Zimmermannsmäßige Verbindungen Versätze nach Holzkonstruktionen von F. Stade Leipzig

16 Stirnversatz Hängewerk nach Die Konstruktionen in Holz von Dr. Otto Warth (Leipzig 1900) Sattel aus Eichenholz zur Verhinderung einer Schwächung des Balkens (Tram) Sattel aus Eichenholz zur Auflagerverbreiterung Rechteckdübel 16

17 Stirnversatz Beispiel: Kopfbandsystem Achtung: In Versätzen nur Druckkraftübertragung 17

18 Stirnversatz Schnittkraftberechnung mit Stabausfall bei Zugbeanspruchung M N 18

19 Stirnversatz Stabausfall bei Zug M -7,66 knm Falsche Eingabe als Stabwerk ohne Stabausfall -3,51 knm N -10,43 kn -1,3 kn 19

20 Stirnversatz Beispiel: Sparrendach Sparrendach 0

21 Stirnversatz H d F c,,d F. F c,0,d c,0,d F t,0,d / H d T d F c,,d V d F c,α,d F c,0, d V d cos / H d F c,0, d cos V d F c,0, d sin Berechnungsbeispiel zur DIN EN , Aufgabe 6.1 1

22 Stirnversatz Nachweis der Versatztiefe σ c,α,d, F c,,d a σ c,α,d, t v cos / F c,α,d a b σ c,, d, Nachweis: 1 f c,, d

23 Stirnversatz Nachweis der Vorholzlänge v d Hd b v1 ef v,d H d b ef = b * k cr v,d Nachweis: 1 f v, d Vorholzlänge l v1 v,1 konstruktiv l v,1 > 15 cm bis 0 cm rechnerisch l v,1 < 8 * t v 3

24 Stirnversatz weitere Nachweise Nachweise: σ H d c,90,d e k c,90 c,90,d f c,90, d 1 M v,d Im Regelfall k c,90 = 1 F t,0,d V d Ausmitte e = t v / Versatzmoment M v,d = F t,0,d * e Zug mit Biegung im reduzierten Querschnitt t,0,d F t,0,d A n m,d M W v,d n 4

25 Angaben in der DIN EN /NA Abs. NCI NA 1.1 Versatz: Bemessungswert der Druckspannung in der Versatzstirnfläche: Nachweis: f c,,d c,0,d f c,0,d sin fc,0,d sin cos f,90,d f c v, d F c,, d A f c,, d 1 f cos 4 A = Stirnfläche des Versatzes Scherspannung im Vorholz mit rechnerischer Vorholzlänge von max. 8 * tv nachweisen. 5

26 weitere Versätze Brustversatz Fersenversatz t 0,8 t v,1 v, t t v, 10mm Doppelversatz 6

27 Zapfen Führungszapfen Zurückgesetzter Zapfen Schräger Zapfen Schräger Zapfen mit Nagel Quelle: 7

28 Zimmermannsmäßige Verbindungen Führungszapfen Beispiel: Kirche Walddorf (Stützenfuß) 8

29 Zapfenverbindungen Nach DIN EN /NA Abs. NCI NA 1. : Einzuhaltende Mindest- und Höchstmaße: - h < 300 mm - 15 mm < l z < 60 mm -1,5 <h/b <,5 - h o > h u -h u /h < 1/3 -h z > h/6 Charakteristischer Wert der Zapfentragfähigkeit für Träger bis 300 mm Höhe: R k Schub und Biegung in Abhängigkeit von X min bh 3 e k z k v f vk Pressung durch V k 17 b ze,f Berechnungsbeispiele i : Aufgaben und d6 6.. f c90k 9

30 Zapfenverbindungen Zimmermannsmäßige Verbindungen Zimmermannsmäßige Verbindungen k 90 c e,f z k v v z e k f b 17 f k k h b 3 min R Schub und Biegung über X Pressung unter V k k z Geometriebeiwert nach DIN EN /NA NCI NA 1. h h 1 1 h k e z z h h 1 1 h k e e z e z z k v Abminderungswert nach DIN EN Abs ef ef ef ef n v h h h h h X 0,8 h h 1 h h h k k z z ef z, mm; 30 min 30

31 Zapfenverbindungen h z h e R k min 3 bh e k z k v f vk 17 b ze,f f c90k Schub und Biegung über X Beispiel: k v k Abminderungswert nach DIN EN Abs v h h h ef k n h ef X h h 1 0,8 h h hef h Berücksichtigt auch X ef 31

32 Zapfenverbindungen 15 mm 60 mm X 1 = l z / l z =60 mm z l z =15 mm Beispiel: h = 160 mm X = 0,4 * 160 = 64 mm aber max.l Z = 60 mm X =60/ = 30 mm h =75mm X=04* 0,4 75 = 30 mm aber max.ll Z = 60 mm X =60/ = 30 mm bei max.l Z = 40 mm X =40/ = 0 mm h = 60 mm X = 0,4 * 60 = 4 mm aber max.l Z = 60 mm X =60/ = 30 mm bei max.l Z = 48 mm X =48/ = 4 mm 3

33 Holznägel nach Fachwerkbauten und konstruktionen von W. Mönck 33

34 Holznägel Holznägel zur Befestigung g von Dachschindeln an der Stabkirche von Eidsborg (Norwegen) Quelle: Steinbrecher

35 Holznagelverbindungen g - Eichenholznagel mit konstantem Querschnitt (z.b. rund, achteckig). - Bauteile aus Holz mit k > 350 kg/m³. - Winkel zwischen Kraft- und Faserrichtung ohne Bedeutung. - erforderliche Mindestholzdicke t req beträgt * d. -Mindestabstände untereinander und von den Holzrändern, unabhängig von der Faserrichtung * d - 0 mm < d < 30 mm Charakteristischer Wert der Tragfähigkeit je Scherfuge in [N]: R k 9,5 d Bei t 1 < t req bzw. t < treq wird R k = R k * t 1 /t req bzw. * t /t req 35

36 Gerade Blätter Gerades Blatt Gerades Blatt mit Schrägschnitt Durch den 30 geneigten Schnitt verspreitzen sich die Hölzer besser und es können leichte Biegebeanspruchungen übernommen werden. Gerades Blatt mit Gratschnitt Quelle: wals salzburg at Gerades Blatt mit Zapfen Zapfen: horizontale Sicherung gegen Verschieben. Mit verkürztem Blatt bei Stößen von Mittelpfetten über Stuhlsäulen verwendet. 36

37 Hakenblatt Gerades Hakenblatt übertragen größerer Zugkräfte möglich, stark geschwächte Holzquerschnitte Schräges Hakenblatt auch Übertragung von größeren Querkräften möglich Quelle: wals salzburg at 37

38 Gerader Stoß mit eingesetztem Hakenblatt Quelle: Beispiel zur Verlängerung von Hölzern aus Die Konstruktionen in Holz von Otto Warth, Leipzig

39 Wirkungsweise eines geraden Hakenblattes M v,d = F t,d * e FR F t,d d F t,d e e F t,d c,0,d FR Querzugbeanspruchung Beginn Lasteintrag Querzugbeanspruchung Verformungsfigur eines geraden Hakenblattes ohne Verstärkung 39

40 Wirkungsweise eines geraden Hakenblattes M d im Schnitt I- I F t,d,oben ½(h+d d) M di M d F t, d d/ im Schnitt III - III t,0,d F t,d,oben F t, d t0 t,0,d b h t,0,d b 1 h d) Ft,d b bh 1 h d 1 F t,d d 1 h M d M dii im Schnitt II- II F t,d 1 F 4 t,d d 1 4 d h 1- h 1 h - d F t, d 1 1 d h - d M diii 1 F 1 F t,d t,d d 1 h 1 4 d 1 d 1 h 1 h 4 h 1 d Ft,d h 1 8 h h d 40

41 Wirkungsweise eines geraden Hakenblattes M d = 0 im Schnitt I- I F t, d d/ Q1,d a1 M d =0 im Schnitt III - III 1 8 F d t, d h 1 Q,d a h 1 d/h 1 1 d/h Q, d a 1 8Ft,d h Q a F d/ 4 d/h 1,d 1 t,d Da d/h << 1 Querzugspannungen im Schnitt III - III > Schnitt I - I 41

42 Geometrie nach Stade 1904 Zimmermannsmäßige Verbindungen Wirkungsweise eines geraden Hakenblattes Geometrie nach Zimmermannsregeln 1940 h = 00 d = 50 h = 0 00 d = 40 1 d/h Q d a 1 Q a 4 d/h ,d , 1 d/h Q d a 1 Q a 4 d/h ,d , 4

43 Geometrie nach Stade 1904 Zimmermannsmäßige Verbindungen Wirkungsweise eines geraden Hakenblattes d = /8 * h d variabel, ab immer d/h <<<1 h d 43

44 Bemessungsvorschlag g für gerade Hakenblätter mit Verstärkung nach B. Heimshoff und N. Köhler; Forschungsbericht T 189 von 1989, IRB-Verlag Vorgeschlagene Querverbindungen aus Schrauben- oder Rillennägel d = 5 mm Tragfähigkeitsklasse 3 h <10 mm je 3 10 mm < h < 170 mm je mm < h < 10 mm je 5 h > 10 mm je 6 44

45 Bemessungsvorschlag g für gerade Hakenblätter mit Verstärkung nach B. Heimshoff und N. Köhler; Forschungsbericht T 189 von 1989, IRB-Verlag Nachweis im Schnitt I - I Beanspruchung: Schub und Querzug l v l v a,d 1 rechnerische Länge l v < 8 * d fv, d mit a 4 Ft,d 3 b ef v Nachweis im Schnitt IV - IV Beanspruchung: Druck parallel zur Faserrichtung Nachweis im Schnitt II - II Beanspruchung: Zug und Biegung Fehlflächen infolge der Verbindungsmittel f t,0,d t,0,d f m,d m, d 1 f F t, d c,0,d 1 mit mit c,0,d c,0, d db 1 Ft,d Ft,d t,0,d und 4 A n m,d n 45 d h1- h W

46 CNC-gefertigte Schwalbenschwanz-Zapfenverbindung Quelle: Bauingenieur, Band 79, Januar

47 Ein Neubau für die Tamedia-Mediengruppe in Holzbauweise ohne Nägel und Schrauben (Steckverbindungen) Architekt: Shigeru Ban Architects Europe, Paris Holzbau: Blumer-Lehmann AG, Gossau Standort: Werdstrasse 1, CH 8004 Zürich Quelle: 47

48 Ein Neubau für die Tamedia-Mediengruppe in Holzbauweise ohne Nägel und Schrauben (Steckverbindungen) Architekt: Shigeru Ban Architects Europe, Paris Holzbau: Blumer-Lehmann AG, Gossau Standort: Werdstrasse 1, CH 8004 Zürich Quelle: 48

49 Ein Neubau für die Tamedia-Mediengruppe in Holzbauweise ohne Nägel und Schrauben (Steckverbindungen) Architekt: Shigeru Ban Architects Europe, Paris Holzbau: Blumer-Lehmann AG, Gossau Standort: Werdstrasse 1, CH 8004 Zürich Quelle: 49

50 Ein Neubau für die Tamedia-Mediengruppe in Holzbauweise ohne Nägel und Schrauben (Steckverbindungen) Architekt: Shigeru Ban Architects Europe, Paris Holzbau: Blumer-Lehmann AG, Gossau Standort: Werdstrasse 1, CH 8004 Zürich Quelle: 50