Fachwerkträger für den industriellen Holzbau Karlsruher Tage 2012 Holzbau: Forschung für die Praxis

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Arnim Giese
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1 Karlsruher Tage 2012 Holzbau: Forschung für die Praxis Markus Enders-Comberg Ein Fachwerk ist ein Tragsystem aus mehreren Stäben, die durch Gelenke an den Stabenden miteinander verbunden sind Markus Enders-Comberg

2 F F Druckgurt Druckdiagonale Zug Druck Zugdiagonale Zuggurt Markus Enders-Comberg Offene Fragestellungen: Wahl der (Holz-) Werkstoffe Wahl der Verbindungsmittel Dimensionierung Bemessung des Fachwerks Markus Enders-Comberg

Bisherige Fachwerkträgerlösungen Nagelplatten Stabdübel Greimbauweise Eingeklebte Gewindestangen Verbindungen mit Vollgewindeschrauben Dübel besonderer Bauart BVD-Ankerdübel Induo-Anker 5 04.10.

3 Bisherige Fachwerkträgerlösungen Nagelplatten Stabdübel Greimbauweise Eingeklebte Gewindestangen Verbindungen mit Vollgewindeschrauben Dübel besonderer Bauart BVD-Ankerdübel Induo-Anker Markus Enders-Comberg Beispielfachwerkträger: Gesamtlänge L = mm Höhe H = mm Zug- und Druckgurt h / b = 200 mm / 100 mm Zugdiagonale h / b = 128 mm / 71 mm Druckdiagonale h / b = 100 mm / 100 mm Markus Enders-Comberg

Druckanschluss Stirnversatz Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach EC 5, Kapitel NCI NA. 12.

4 Druckanschluss Stirnversatz Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach EC 5, Kapitel NCI NA Annahme: Stabilitätsversagen nicht maßgebend Ausreichend große Vorholzlänge f = c,α',k f c,0,k 2 2 f f c,0,k c,0,k 4 sin²α' + sinα' cosα' +cos α' 2 f c,90,k 2 f v,k f c,22,5,k 12,6' N/mm² bt f v c,22,5,k Rs,k cos²(22,5 ) 44,3' kn Markus Enders-Comberg Druckanschluss Treppenversatz Treppenversatz Maximale Fersenanzahl bei = 45 t v h S 100 mm 160 mm 320 mm 5 mm mm mm h S 90 2 t v Markus Enders-Comberg

2012 Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis Stirnversatz GL28h

5 45 Markus Enders-Comberg Holzbau und Druckanschluss Versatz Versuchsdurchführung DIN EN Versagen bei Lastabfall oder 15 mm Verschiebung F Teflon HEM Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis Stirnversatz GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm) = 45 t v = 30 mm Lokales Ausknicken F mean = 128 kn Markus Enders-Comberg

2012 Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis Treppenversatz

6 Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis Doppelter Versatz GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm) = 45 t v = 30 mm F mean = 209 kn Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis Treppenversatz GL28h (Strebe: b / h = 120 / 160 mm) = 45 t v = 10 mm Querdruckversagen F mean = 216 kn Markus Enders-Comberg

7 Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis 250 Strebenquerschnitt: 160 mm x 120 mm Kraft in kn Stirnversatz Treppenversatz Doppelter Versatz Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versatz Versuchsergebnis 350 Strebenquerschnitt: 100 mm x 120 mm (GL28h) Treppenversatz Hybrid-BSH Kraft in kn Treppenversatz BSH Verschiebung in Strebenlängsrichtung in mm Markus Enders-Comberg

8 Druckanschluss Treppenversatz Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung wie Querdrucknachweis für Anschlüsse 45 Annahme: - Versagen der NH-Lamelle unterhalb der Buchenholzlamelle - Lastausbreitungswinkel 45 - Biegewiderstand der Buchenlamelle bleibt unberücksichtigt - Ausreichend große Vorholzlänge A 100 ( ) mm² F c,90 F Rc,90,k 1 k f A c,90 c,90,k GL24h GL28hyb R 1,0 2, ,9 kn c,90,k R 2R 107kN k c,90,k Markus Enders-Comberg Druckanschluss Versätze Zusammenfassung Tragfähig Geringe Schwächung Buche Doppelte Tragfähigkeit Querdrucknachweis Markus Enders-Comberg

Annahme: a (32cos ) d58 40mm f 0,082 (1 0,01 d) 28,7 N / mm² 1 ah,o,k 3,t 80mm k 2,6 May,k 0,3 fu,k d 24000 Nmm 2 3d24mm a4,c 3d24mm

9 Markus Enders-Comberg Zuganschluss Stahlblech-Holz-Verbindung Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach EC 5 Annahme: a (32cos ) d58 40mm f 0,082 (1 0,01 d) 28,7 N / mm² 1 ah,o,k 3,t 80mm k 2,6 May,k 0,3 fu,k d Nmm 2 3d24mm a4,c 3d24mm Verbindung im Gurt nicht maßgebend Stahlblechdicke t = 7 mm Stabdübel 8 mm; S235 BSH GL24h (f): Rk 28, ,35 kn (g) : R k 28,7 0,9 a n 4 1 4,06 kn ef minn;n 2,12 28,7 8 32² 13 d (h) : R k 2, ,7 8 5,41kN R 242,124,06 68,8 kn k Markus Enders-Comberg

Zuganschluss Gewindestange in BSP Allgemeines Axial beanspruchte Holzschrauben können hohe Kräfte übertragen Steife Verbindung (Blaß, Bejtka und Uibel 2006) Unbekanntes Langzeitverhalten bei = 0

10 Zuganschluss Gewindestange in BSP Allgemeines Axial beanspruchte Holzschrauben können hohe Kräfte übertragen Steife Verbindung (Blaß, Bejtka und Uibel 2006) Unbekanntes Langzeitverhalten bei = 0 Schrauben werden unter 90 zur Faser eingebracht Ausziehtragfähigkeit von rechtwinklig zur Faserrichtung eingedrehten Schrauben in BSP entspricht der Tragfähigkeit von VH bzw. BSH (Blaß und Uibel 2007) Längslagen von BSP stehen zur Übertragung der Normalkräfte zur Verfügung Markus Enders-Comberg Zuganschluss Gewindestange in BSP Versagen der Verbindung: Stahlversagen Scherversagen in der Mantelfläche des Schraubengewindes Rollschubversagen Markus Enders-Comberg

11 Zuganschluss Gewindestange in BSP Markus Enders-Comberg Zuganschluss Gewindestange in BSP Anzahl d ef a 1 a 1,c f 1) 1,k f 1,mean VM in mm in mm in mm in mm in N/mm² in N/mm² ,3 12,6 2) ,1 12,4 2) ,0 12,3 2) ,4 13, ,7 11, ,7 11, ,6 11, ,9 10, ,3 11, ,8 10,9 80 9,9 11, ,5 10,6 1) Auswertung nach DIN EN ) Stahlversagen Markus Enders-Comberg

12 Zuganschluss Gewindestange in BSP Zusammenfassung: Geeignet Stahlversagen Querlagendicke Gewindeaußendurchmesser Querzugverstärkung Klebefuge Markus Enders-Comberg Zuganschluss Gewindestange in BSP Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach EC 5 und abz Z Annahme: Einschraubtiefe im BSP ef = 500 mm Gewindestange 16 mm BSP ( ) Ausziehtragfähigkeit: f ,1 N/mm² 6 2 1,k k R f d für 90undd 16 mm ax,k 1,k ef R 10, ,8 kn ax,k 0,9 wirksame Anzahl nef n 1,87 R 1,8780,8 151kN ax,k,ges Zugtragfähigkeit Längslage: R A f ( ) 16,5 114 kn t,k t,k Markus Enders-Comberg

13 Zuganschluss Gewindestange in BSP Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Rollschubtragfähigkeit: R A f ( ) 1,0 128 kn R,k R,k Der Bemessungswert der Rollschubfestigkeit f R,d darf für alle Festigkeitsklassen mit 1,0 N/mm² in Rechnung gestellt werden. (DIN EN /NA: ) Zugtragfähigkeit Gewindestangen: Rt,u,k 2 91,5 183 kn Markus Enders-Comberg Zuganschluss Verankerung im Gurt Unbekannte Ausziehtragfähigkeit von Gewindestangen in Hybrid-BSH Experimentelle Untersuchung mit Hybrid-BSH, Fichte-BSH und Buchenlamellen Durchmesser: 16 mm und 20 mm Einschraubtiefen: 200 mm, 120 mm und 40 mm Kraft-Faser-Winkel: Markus Enders-Comberg

Zuganschluss Verankerung im Gurt Experimentelle Untersuchung 120 100

14 Zuganschluss Verankerung im Gurt Experimentelle Untersuchung BSH Hybrid BSH Fichte Kraft in kn Verschiebung unten in mm Markus Enders-Comberg Zuganschluss Verankerung im Gurt Experimentelle Untersuchung Material d in mm s in mm f 1 in N/mm² Anzahl Hybrid Buche Fichte x = 23, x = 24, x = 35, x = 26, x = 13, x = 18, Markus Enders-Comberg

15 Zuganschluss Verankerung im Gurt Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach abz Z Annahme: Einschraubtiefe im Gurt ef = 283 mm 2 Gewindestangen 16 mm GL28hyb ( ) Ausziehtragfähigkeit: f ,k k Buche : Annahme 500 kg / m³ f 17,5 N / mm² k 1,k Fichte : Annahme 380 kg / m³ f 10,1N / mm² k 1,k R f d d (f f ) R ax,k 1,k ef 1,k,Bu Bu 1,k,Fi Fi ax,k ax,k,ges 59,1 kn R 2 59,1 118 kn Markus Enders-Comberg Fachwerkträgergurt Druckgurt DIN 1052, EC 5 Querschnittsschwächungen sind beim Tragfähigkeitsnachweis der Bauteile zu berücksichtigen. Folgende Querschnittsschwächungen dürfen vernachlässigt werden: Querschnittsschwächungen in der Druckzone von Bauteilen, wenn diese Querschnittsschwächungen mit einem Baustoff größerer Steifigkeit als die des Holzes ausgefüllt werden Markus Enders-Comberg

$und Einstellungen\Zimmer106.KIT-82375DDD81E\Desktop\Präsentation_EC\druck_200x80.$ $C:\Dokumente 30 30 30 55 40 40 55 30 30 200 30 30 31 04.10.$

16 und Einstellungen\Zimmer106.KIT-82375DDD81E\Desktop\Präsentation_EC\druck_200x80.jpg Markus Enders-Comberg Holzbau und Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: Anzahl: 250 Versuche Bauteilabmessung: 480 mm / 80 mm / 200 mm Querschnittstypen: Typ A: Ungeschwächt Typ B: Gewindestange Typ C: Stabdübel Typ D: VG-Schrauben C:\Dokumente Markus Enders-Comberg Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: A: Ungeschwächt A A Netto Brutto 1, Markus Enders-Comberg

17 Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: B: Gewindestange A A Netto Brutto 0, Markus Enders-Comberg Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: C: Stabdübel A A Netto Brutto 0, Markus Enders-Comberg

Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: D: VG-Schrauben A A Netto Brutto 0,85 35 04.10.

Druckfestigkeit im Brutto-QS in N/mm² 55 50 45 40 35 30 Ungeschwächt Gewindestange VG-Schrauben

18 Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: D: VG-Schrauben A A Netto Brutto 0, Markus Enders-Comberg Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: Ergebnisse: Druckfestigkeit im Brutto-QS in N/mm² Ungeschwächt Gewindestange VG-Schrauben Stabdübel Mittelwert Mittelwert Rohdichte in kg/m³ Markus Enders-Comberg

19 Fachwerkträgergurt Druckgurt Druckversuche: Ergebnisse: Typ f c,brutto in N/mm² A netto /A brutto f c,brutto,x /f c,brutto,a A1 Ungeschwächt 42,1 1,0 1,0 B Gewindestange 33,3 0,8 0,79 C Stabdübel 31,1 0,71 0,74 A2 Ungeschwächt 39,8 1,0 1,0 D VG-Schrauben 35,8 0,85 0, Markus Enders-Comberg Fachwerkträgergurt Druckgurt Bestimmung der charakteristischen Tragfähigkeit: Bemessung nach EC 5 bzw. DIN 1052 unter Berücksichtigung der Schwächungen Annahme: 13 mm Bohrung für Gewindestange GL28hyb; H / B = 200 mm / 100 mm Druck parallel zur Faser: Rc,0,k ANetto fc,0,k 200 (100 13) ,6 kn R A f kn c,0,k Brutto c,0,k Markus Enders-Comberg

20 1-2, ,38-1, ,94 1 Zug Druck Markus Enders-Comberg Bauteil R k,v R k,e R k,neu /R k,alt Druckdiagonale Zugdiagonale Gurt Stirnversatz 44,3 2x31,6 Treppenversatz 107 2x76,6 Stahlblech-Holz 68,8 2x49,3 Gewindestange in BSP 114 2x82,0 Verankerung 118 2x85,3 Druckgurt A brutto 480 2x163 Druckgurt A Netto 418 2x142 Zuggurt A Netto 273 2x92,9 2,4 1,7 0, Markus Enders-Comberg

21 Prüfung eines Fachwerkträgers Gelenkige Auflager Zwei Kraftkolben zur Lasteinleitung Ausgesteifter Träger Kraft eines Kolbens in kn ,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 Verschiebung in mm Markus Enders-Comberg Prüfung eines Fachwerkträgers Versagen des Trägers bei 2 x 83 kn Markus Enders-Comberg

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