von Brettsperrholz 1 Einleitung Verbindungen mit mechanischen Verbindungsmitteln

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1 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln Einleiung Der Holzwerkso Bresperrholz (BSPH) beseh aus mehreren, kreuzweise mieinaner verkleben Brelagen. Bresperrholzprouke weren sei einigen Jahren hergesell un uner verschieenen Bezeichnungen vermarke. Sie weren nich nur als Besaneil eines Baueils eingesez, wie ieses z. B. vornehmlich ür ehrschichplaen zuri, sonern selbs als Baueile. Ganze Gebäue können aus Bresperrholz in Form von Decken- oer Wanelemenen erriche weren [8]. Des Weieren wir Bresperrholz auch bei Brückenbauen verwene, so ha es sich z. B. als Fahrbahnplae er Brücke uering bewähr. Die Prouke un ihre Bemessung sin bisher in allgemeinen bauausichlichen Zulassungen geregel, wobei Vorschläge vorliegen, sie in einer Prouknorm un in einer Bemessungsnorm zu regeln [3], [4] u. [5]. In en lezen Jahren ha ie assivholzbauweise insbesonere im ein- un mehrgeschossigen Wohnungs- un Gewerbebau an Beeuung gewonnen. Inzwischen erweiern immer mehr Herseller ihr Angebo um Bresperrholzprouke größerer Dicke, ie als saisch wirksames Baueil verwene weren können. Dieses beleg auch ie seigene Anzahl er urch as Deusche Insiu ür Bauechnik (DIB) ereilen allgemeinen bauausichlichen Zulassungen ür Bresperrholz. Das Trag- un Verormungsverhalen von Bresperrholz wure bereis weigehen unersuch. Es kann mi unerschielichen Verahren wie er Verbunheorie, em Schubanalogieverahren oer er Theorie er nachgiebig verbunenen Biegeräger berechne weren (s. a. [7]). Der eiziene Einsaz von Bresperrholzprouken in einem Bauwerk erorer es, iese unereinaner oer mi aneren Baueilen zu verbinen. Hierzu biee es sich an, siörmige Verbinungsmiel wie u. a. Sabübel, Schrauben oer Nägel einzusezen. Diese Verbinungsmiel können sowohl in en Seienlächen als auch in en Schmallächen von Bresperrholzplaen angeorne weren. Als Seienläche weren ie zur Plaenebene parallelen Oberlächen bezeichne. Diese weren urch ie äußeren Brelagen gebile. Die Oberlächen rechwinklig zur Plaenebene weren als Schmallächen bezeichne un begrenzen ie Bresperrholzplaen an en jeweiligen Kanen. Die Schmallächen enhalen sowohl Seienholzlächen als auch Hirnholzlächen er einzelnen Brelagen. In Bil sin ie Flächen ensprechen ihrer Deiniion gekennzeichne. Die Bemessung un Ausührung von Verbinungen in Bresperrholzprouken is bisher nich allgemein gülig geregel. Für ie in Deuschlan bauausichlich zugelassenen Bresperrholzprouke weren zum Teil egelungen zur Bemessung von Verbinungen in en allgemeinen bauausichlichen Zulassungen angegeben. In en lezen Jahren wure im ahmen eines Forschungsvorhabens as Trag- un Verormungsverhalen von siörmigen Verbinungsmieln in BSPH am Lehrsuhl ür Ingenieurholzbau un Baukonsrukionen er Universiä Karlsruhe (TH) unersuch [6]. Innerhalb es Forschungsvorhabens wuren umangreiche eperimenelle Unersuchungen urchgeühr. Hierau aubauen wuren neue Bemessungsvorschläge ür Verbinungen in en Seien- un Schmallächen von Bresperrhölzern enwickel. Diese Bemessungsvorschläge wuren z. T. bereis in neueren allgemeinen bauausichlichen Zulassungen berücksichig. Inwieern iese Vorschläge in allgemeingülige Bemessungsregeln innerhalb einer Bemessungsnorm einließen, is bisher noch nich abzusehen. Neben en naionalen bzw. europäisch-echnischen Zulassungen es jeweiligen BSPH sin ür ie Bemessung un Ausührung von Verbinungen mi bauausichlich zugelassenen Verbinungsmieln gg. ie egelungen er jeweiligen Zulassung zu beachen. Seienläche Schmallächen Seienläche Bil : Geönee Sabübelverbinung in Seien- un Schmallächen von Bresperrholz

2 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Eigenschaen von Bresperrholz Bresperrholz beseh aus kreuzweise verkleben Brelagen, wobei eine Brelage aus mehreren, nebeneinaner liegenen Breern gebile wir. Je nach Prouk können ie Einzelbreer einer Brelage an eren Schmalseien mi oer ohne Fugen gesoßen bzw. sogar verkleb sein. Bei einigen Prouken weren Enlasungsnuen mi einer Breie von run,5 mm in Faserlängsrichung er Breer eingesäg. Die Größe er Fugen wir in bauausichlichen Zulassungen au einen aimalwer von 6 mm beschränk. Eine Unersuchung er Fugen an Bresperrholzplaen reier Herseller ergab einen 95%-Quanilwer er Fugenbreie von bis,6 mm ür ie äußeren Brelagen un von,8 bis 4,5 mm ür ie inneren Brelagen. Der größe ielwer er Fugenbreien wure in en iellagen esgesell un berug mm. Bil zeig ie Ausbilung von Bresößen un Nuen bei unerschielichen Bresperrholzprouken. Eine saisische Auswerung er Fugenbreien er unerschielichen Bresperrholzprouke is in Tabelle zusammengeass. Bei einer Beanspruchung au Abscheren kann ie Tragähigkei von siörmigen Verbinungsmieln nach er Theorie von Johansen ermiel weren. Hierzu wir als Eingangsgröße, neben er Geomerie er Verbinung un em Fließmomen es Verbinungsmiels, ie Lochleibungsesigkei er Baueile benöig. Die Tragähigkei von Schrauben oer Nägeln, ie au Herausziehen beanspruch weren, läss sich mi Hile er Herausziehwiersäne bzw. Ausziehparameer berechnen. Die Lochleibungsesigkei un er Herausziehwiersan wuren ür Bresperrhölzer bisher nich allgemein gülig unersuch. Beie Parameer sin nich als reine Werksoeigenschaen, sonern als Ssemeigenschaen zu berachen. Sie korrelieren mi er ohiche es Holzes bzw. es Holzwerksoes. Daher is ie Kennnis über ie ohiche von Bresperrholz ür ie Bemessung von Verbinungen erorerlich. Zur Besimmung er charakerisischen ohiche wuren insgesam 99 ohicheproben von Bresperrhölzern unerschielicher Herseller un Aubauen unersuch, siehe Tabelle. Au Grunlage ieser Unersuchung kann ür Bresperrholzprouke aus Fiche (picea abies) unabhängig vom Herseller eine charakerisische ohiche von 400 kg/m³ vorgeschlagen weren. Die in en olgenen Abschnien angegebenen Gleichungen zur Berechnung er Parameer Lochleibungsesigkei un Herausziehragähigkei beruhen au ieser Anorerung an ie charakerisische ohiche. Tabelle : ohiche von BSPH unerschielicher Herseller Herseller Probenanzahl ρ mean in kg/m³ CoV in % ρ k in kg/m³ , , , ,75 49 Nu Fuge Bil : Ausbilung von Bresößen in unerschielichen BSPH Tabelle : Fugenbreien von Bresperrholzprouken Fugenbreie F in mm Lagen- Außenlagen Zwischenlagen iellage anzahl iel- 95%- iel- 95%- iel- 95%- aimum aimum aimum wer Quanil wer Quanil wer Quanil 5 0,6,,6,6 7,3 3,4 3,3 3 0,4, ,5,,8 5 0,,4 6,8 3,3 6,7 4, ,6 5,4 3, Herseller Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 007

3 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel 3 Tragähigkei bei Beanspruchung in ichung er Siachse Die Tragähigkei aial belaseer Schrauben un Nägel is abhängig von ihrer Tragähigkei au Herausziehen, ihrer Zugragähigkei un gg. er Tragähigkei bei Beanspruchung au Kopurchziehen. Bei einigen Bresperrhölzern wir ie Herausziehragähigkei er Verbinungsmiel von ihrer Anornung im Hinblick au Fugen un Nuen beeinluss. Auch bei einer ungünsigen Posiionierung eines Verbinungsmiels innerhalb einer Fuge oer Nu is eine zuverlässige Überragung er Kräe urch einen Anschluss zu gewährleisen. Daher sollen innerhalb eines Anschlusses ie Verbinungsmiel in minesens zwei Verbinungsmielreihen zu jeweils minesens zwei Verbinungsmieln angeorne weren. Die Einringiee is bei Verbinungen in en Seienlächen so zu wählen, ass ie Verbinungsmielspize minesens ie rie Brelage urchring. In en Schmallächen von Bresperrholz können Verbinungsmiel aserparallel oer auch rechwinklig zur Faserrichung einer Brelage eingebrach weren. In Bil 3 sin ie möglichen Anornungen von Verbinungsmieln in en Seien- un Schmallächen argesell. Hierbei wure auch ihre Lage hinsichlich von Fugen bzw. Nuen berücksichig. Bil 3: ögliche Anornungen von Verbinungsmieln in en Seien- un Schmallächen von BSPH Die charakerisische Tragähigkei a,s,k von au Herausziehen beanspruchen selbsbohrenen Holzschrauben kann nach Gleichung () berechne weren. 0,8 0,9 3 e = in N () a,s,k, 5 cos ε + sin ε mi e Nennurchmesser er Schraube in mm wirksame Einschraubiee in mm ε ür Verbinungen in en Seienlächen: ε = 90 ür Verbinungen in en Schmallächen: ε = 0 Gleichung () gil ür selbsbohrene Holzschrauben, ie en im Forschungsvorhaben unersuchen Schrauben insbesonere bezüglich ihrer Geomerie ensprechen. Die Schrauben müssen bei einer Herausziehbeanspruchung aus Vollholz ie Anorerungen an ie Tragähigkeisklasse 3 nach DIN 05: [9] erüllen. Für Verbinungen in en Seienlächen von BSPH (ε = 90 ) wir in Gleichung () implizi ie charakerisische ohiche es Gesamquerschnis (ρ k = 400 kg/m³) berücksichig. Für ie Schmallächen wir zur Vereinachung un konservaiv angenommen, ass ie Schraubenachse parallel zur Fasserrichung angeorne is (ε = 0 ). Hierbei wir gleichzeiig in Gleichung () ie charakerisische ohiche er Brelage (ρ k = 350 kg/m³) ensprechen es Ausgangsmaerials berücksichig. Über as Langzeiverhalen von aserparallel eingerehen Schrauben liegen bisher nur wenige Erkennnisse vor. Ergebnisse von Versuchen mi Prükörpern aus Vollholz lassen vermuen, ass bei einer auerhaen Beanspruchung mi eulich geringeren Tragähigkeien zu rechnen is. Langzeiversuche mi aserparallel in en Schmallächen von BSPH angeorneen Holzschrauben weren zurzei an er Universiä Karlsruhe urchgeühr, siehe auch Abschni 6. Die Ergebnisse ieser Unersuchungen weren in ca. rei Jahren vorliegen. Zwischenzeilich wir zur Überragung von aialen Kräen in en Schmallächen empohlen, ie Schrauben in ie Brelagen einzurehen, eren Faserrichung rechwinklig zur Schraubenachse verläu. Bei Schraubenverbinungen üren Einschraubieen e < 4 nich in echnung gesell weren. Der inesurchmesser er Schrauben solle ür Verbinungen in en Seienlächen = 6 mm un ür Verbinungen in Schmallächen = 8 mm beragen. Die charakerisische Tragähigkei a,n,k von au Herausziehen beanspruchen Sonernägeln (Kamm-, illen-, Schraubnägel) er Tragähigkeisklasse 3 gemäß DIN 05: [9] in en Seienlächen von Bresperrholz kann mi Gleichung () berechne weren. in N () 0,6 =4 a,n,k e mi Nennurchmesser es Sonernagels in mm e wirksame Einschlagiee in mm Für Verbinungen in Bresperrholzprouken mi Fugen un Nuen sollen Nägel mi einem inesurchmesser von = 4 mm verwene weren. Bei iesen Prouken solle ür Nägel mi Durchmesser < 6 mm ie Herausziehragähigkei nur zu 80% es Weres nach Gleichung () angesez weren. Die wirksame Einschlagiee e is größer als 8 zu wählen. In en Schmallächen von BSPH sollen keine Nagelverbinungen ausgeühr weren. 3

4 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel 4 Tragähigkei bei Beanspruchung rechwinklig zur Siachse 4. Allgemeines Die Tragähigkei siörmiger Verbinungsmiel bei Beanspruchung au Abscheren wir im Holzbau üblicherweise nach er Theorie von Johansen berechne. Hierbei wir ein ieal-plasisches Verhalen es Holzes bzw. es Holzwerksoes uner Lochleibungsbeanspruchung un es siörmigen Verbinungsmiels uner Biegebeanspruchung vorausgesez. Gleichungen zur Berechnung er charakerisischen Tragähigkei von Verbinungen mi siörmigen Verbinungsmieln sin z. B. im Anhang G er DIN 05: angegeben. Für Verbinungsmiel, ie zuem Kräe in ichung er Siachse überragen können (Passbolzen, Bolzen, Schrauben sowie Sonernägel in Sahlblech-Holz- un Holzwerkso-Holz-Verbinungen), ar ie Tragähigkei uner Ausnuzung es Einhängeeekes erhöh weren. Auch ie Tragähigkei von Verbinungsmieln in BSPH kann mi er Johansen- Theorie un uner Ausnuzung es Einhängeeekes ermiel weren. Die benöigen Lochleibungsesigkeien sowie ie Besonerheien bei er Berechnung er Tragähigkei weren olgen ür Verbinungen in en Schmal- un Seienlächen von Bresperrholz vorgesell. 4. Verbinungen in en Schmallächen Bei Verbinungen in en Schmallächen kann ie Siachse er Verbinungsmiel sowohl rechwinklig als auch parallel zur Faserrichung einer Brelage angeorne sein. Des Weieren kann sich ein Verbinungsmiel gleichzeiig in Brelagen unerschielicher Faserrichung beinen. Um mi en üblichen Johansen- Gleichungen ie Tragähigkei berechnen zu können, wir ie Lochleibungsesigkei ür ie Verbinungsmiel in en Schmallächen benöig. Umangreiche eperimenelle Unersuchungen [6] haben gezeig, ass ie maßgebene Lochleibungsesigkei bei parallel zur Faserrichung eingebrachen Verbinungsmieln erreich wir. Bei en empirischen Unersuchungen wuren auch ie möglichen Posiionen von Verbinungsmieln bezüglich von Fugen un Nuen berücksichig. Unabhängig von er Anornung es Verbinungsmiels in er Schmalseie kann aher ein konservaiver, charakerisischer Wer er Lochleibungsesigkei ür nich vorgebohre Bresperrhölzer bei Schrauben- un Nagelverbinungen gemäß Gleichung (3) berechne weren. mi h,k = 0 in N/mm² (3) Nennurchmesser es Verbinungsmiels in mm Die Lochleibungsesigkei in en Schmalseien von Bresperrholz bei Verbinungen mi Sabübeln, Passbolzen un Bolzen kann mi Gleichung (4) ermiel weren. h,k ( ) = 9-0, 07 in N/mm² (4) mi Nennurchmesser es Verbinungsmiels in mm Bei Anornung mehrerer Verbinungsmiel in einer eihe kann ein Anschluss bei geringen Absänen er Verbinungsmiel unereinaner urch Auspalen versagen. Bei Verbinungen in en Schmallächen von Bresperrholz ri ieses insbesonere au Verbinungsmiel zu, ie rechwinklig zur Faserrichung einer Brelage angeorne sin. Dieser spröe Versagensmechanismus kann urch euzierung er asächlichen Verbinungsmielanzahl au eine wirksame Anzahl n e berücksichig weren. Es wir empohlen n e wie ür Vollholz zu berechnen, siehe Abschni.3 Absaz (9) er DIN 05: Verbinungen in en Seienlächen 4.3. Schrauben- un Nagelverbinungen Die Lochleibungsesigkei ür Schrauben un Nägel, ie ohne Vorbohren eingebrach weren, is unabhängig vom Winkel zwischen Krarichung un Faserrichung. Es wir aher auch ür BSPH angenommen, ass eine enlang er Siachse gleichmäßig vereile Lochleibungsesigkei vorlieg. Zur Ermilung er Verbinungsmielragähigkei können ie üblichen Johansen- Gleichungen verwene weren. Hierzu sin Vorschläge ür ie charakerisische Lochleibungsesigkei in en Gleichungen (5) un (6) angegeben. Die Lochleibungsesigkei ür Schrauben un Nägel in en Seienlächen von Bresperrholz mi Brelagenicken i 9 mm kann mi Gleichung (5) ermiel weren. mi h,k = 60 in N/mm² (5) Nennurchmesser es Verbinungsmiels in mm Bei BSPH mi Brelagenicken i > 9 mm is ie Lochleibungsesigkei wie ür Vollholz zu ermieln (z. B. nach Abschni er DIN 05 [9]). Für ie ohiche is hierbei ie charakerisische ohiche es Ausgangsmaerials anzusezen. Gg. is er Winkel zwischen Krarichung un Faserrichung er Decklagen zu berücksichigen. Für selbsbohrene Holzschrauben mi Vollgewine z. B. kann ie Lochleibungsesigkei nach einem Vorschlag von Blaß un Bejka [], [] berechne weren:,4-0,3 = 0, 09 ρ in N/mm² (6) h,vgsr,k B,k mi Außen- bzw. Nennurchmesser er Schraube in mm ρ B,k charakerisische ohiche es Ausgangsmaerials in kg/m³ (i kg/m³) Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 007 4

5 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel 4.3. Genaueres oell ür Verbinungen mi Sabübeln, Passbolzen un Bolzen Bei Verbinungsmieln wie Sabübel un Bolzen is ie Lochleibungsesigkei abhängig vom Winkel zwischen Krarichung un Faserrichung. Augrun er kreuzweise verkleben Brelagen liegen ür iese Verbinungsmiel enlang er Siachse abschnisweise unerschieliche Lochleibungsesigkeien vor. Es sin genauere Berachungen nowenig, bei enen ie Versagensmechanismen nach Johansen ensprechen zu erweiern sin. Im Folgenen sollen ie Versagensälle ür as vergleichsweise einache Beispiel einer Sahlblech-BSPH-Verbinung mi innen liegenem Sahlblech gezeig weren. Hierbei beschränk sich ie Berachung au ein reilagiges Bresperrholz. Für jee Brelage wir ie jeweilige Lochleibungsesigkei angesez. Diese is ür einen besimmen Verbinungsmielurchmesser vom Winkel zwischen Kra- un Faserrichung sowie von er ohiche er Brelage abhängig. Um ie Anzahl möglicher Versagensälle einzuschränken, wir vereinachen angenommen, ass ie Lochleibungsesigkei von Brelagen gleicher Orienierung ienisch is. Das beeue, ass ie Variaion er ohiche über en Gesamquerschni es Bresperrholzes vernachlässig wir. Im Versagensmechanismus nach Johansen lieg eine reine Lochleibungsbeanspruchung über ie gesame Baueilicke vor, siehe Bil 4. Die Summe er Lochleibungsesigkeien er einzelnen Brelagen ensprich einer Lochleibungsesigkei, ie am Gesamquerschni ermiel weren kann (siehe Abschni 4.3.3): = h,bsph n h,,i,i i = in N/mm² (7) Die Tragähigkei ergib sich mi er Lochleibungsesigkei ür en Gesamquerschni aus Gleichung (4) zu: = (8) h,bsph Der Versagensmechanismus is gekennzeichne urch ie Ausbilung eines Fließgelenkes pro Scheruge un einer Lochleibungsbeanspruchung. Die Tragähigkei is abhängig vom Absan zwischen Drehpunk un Scheruge. Für ein reilagiges Bresperrholz ergeben sich je nach Lage es Drehpunkes ie in Bil 5 argesellen Versagensmechanismen. un.. Uner Verwenung er Subsiuionen h,, β =,, h,, un, ψ = (9) (0) ergib sich ie Tragähigkei im Versagensmechanismus. pro Scheruge zu: = h,, ( ) β ψ ψ +,, β,, β,, + ψ( ψ) + h,, ür ψ gemäß er Beingung nach Gleichung (). ψ β + β + + 4,,,, h,, Die Tragähigkei im Versagensmechanismus. beräg: = h,, ψ ( β ) +,, + ψ + β ( ψ),, β +,, h,, () () (3) =,,,3, h,, h,, ür ψ gemäß er Beingung nach Gleichung (4). ψ β + β + + 4,,,, h,, (4) Im Versagensmechanismus 3 bilen sich im Verbinungsmiel zwei Fließgelenke pro Scheruge aus. Die Tragähigkei is abhän- h,bsph gig von er Lage es zweien Fließgelenkes. Für ein BSPH mi rei Brelagen sin rei Versagensmechanismen möglich, wie in Bil 6 gezeig. Is ür ψ ie Beingung er Gleichung (6) erüll, kann ie Tragähigkei im Versagensmechanismus 3. gemäß Gleichung (5) berechne weren. = (5) 3 h,, Bil 4: Versagensmechanismus ür ψ h,, (6) 5

6 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Im Versagensmechanismus 3. kann ie Tragähigkei nach Gleichung (7) berechne weren, wenn ie Beingungen er Gleichungen (8) un (9) eingehalen sin. = ψ 3 h,, β + β β + ür ψ 4 ψ,,,,,, h,, h,, (7) (8) Für Versagensmechanismus 3.3 gil: = 3 h,,,, ( ) β ψ + ψ + ψ ( β ) β + + ür ψ un 4,,,, h,, h,, (0) () un ψ β 4 β β + + ψ ψ,,,,,, h,, (9) 4 ψ ( β ) β ψ + + +,,,, h,, () Die Tragähigkei es Verbinungsmiels ergib sich aus em inimum er beracheen Versagensälle, siehe Gleichung (3). { } = min,, (3) 3,,,3=, -,,,3 =,,,, -,, h,, h,, h,, h,, h,, h,, h,,, Vm.. Vm.. Bil 5: Versagensmechanismen. un. =,,,3,,,,3=, =,,,,3, -,,, -, h,, h,, h,, h,, h,, Vm. 3. Vm. 3. Vm. 3.3 Bil 6: Versagensmechanismen 3. bis 3.3 Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 007 6

7 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Die Herleiung er Tragähigkei is bereis ür en einachen Fall einer Sahlblech-BSPH-Verbinung mi einem reilagigen Bresperrholz vergleichsweise komple un auwänig. i zunehmener Anzahl er Brelagen seig auch er Auwan er Berechnungen. Zur Berechnung er Versagensmechanismen un 3 wir ie Lochleibungsesigkei (hier h,,i ) er einzelnen Brelagen benöig. Eine Herleiung ieser Lochleibungsesigkeien is sowohl analisch als auch urch Versuche nur näherungsweise möglich. Die Einlüsse urch Anornung er Verbinungsmiel in en Fugen un ie Absperrwirkung er kreuzweise verkleben Brelagen lassen sich nur schwer erassen. Eine Näherungsgleichung ür ie Lochleibungsesigkei einer einzelnen Brelage wir in [6] angegeben. Diese Näherung is innerhalb ihrer Güligkeisgrenzen, ie vom Bresperrholzaubau abhängig sin, empirisch abgesicher Vereinache Berechnung ür Verbinungen mi Sabübeln, Passbolzen un Bolzen Um en Berechnungsauwan zu reuzieren, wir zur Ermilung er Tragähigkei von Verbinungen mi Sabübeln, Passbolzen un Bolzen ein vereinaches oell vorgeschlagen. Hierbei wir nich ür jee Brelage eine ierenziere Lochleibungsesigkei angesez, sonern ie urch Versuche ermiele Lochleibungsesigkei ür en Gesamquerschni von Bresperrholz. Die Tragähigkei kann somi mi en herkömmlichen Johansen-Gleichungen ür homogene Baueile berechne weren. Das vereinache oell is bei vielen Bresperrholzaubauen anwenbar. Bei er Berechnung muss ie charakerisische Lochleibungsesigkei von Sabübeln un Bolzen mi Gleichung (4) ermiel weren. Die angegebene Lochleibungsesigkei is in ihrem Güligkeisbereich unabhängig vom Aubau un en Brelagenicken. mi ( ) 3-0, 05 =, sin α + cos α h,k in N/mm² (4) α Winkel zwischen Krarichung un Faserrichung er Decklagen Folgene Beingungen sollen bei einer Ermilung er Lochleibungsesigkei nach Gleichung (4) eingehalen weren: - maimale Brelagenicke i,ma 40 mm - inesicke / ineseinbineiee: rei Brelagen - Verhälnis er Brelagen unerschielicher Orienierung ζ nach Gleichung (5) zwischen 0,95 un,0; s. a. Bil 7 ζ mi 0,i 90,j 0,i = 90, j (5) Dicke er einzelnen Brelagen, parallel zur Faserrichung er Decklagen Dicke er einzelnen Brelagen, rechwinklig zur Faserrichung er Decklagen 0, 90, 0, 90,j 0,i 90,n- 0,n Bil 7: Deiniion er Brelagen zur Berechnung es Verhälnisses ζ Durch ie kreuzweise verkleben Brelagen ar ür Verbinungen in en Seienlächen von Bresperrholz von einer Querzugversärkung ausgegangen weren. Eine Tragähigkeisreuzierung urch ein rühzeiiges, spröes Versagen urch Auspalen ri in er egel nich au. Daher is es nich erorerlich ie Anzahl hinereinaner liegener Verbinungsmiel zu reuzieren, so ass ür ie wirksame Anzahl n e gil: ne = n (6) Bei Versuchen mi Sabübelverbinungen in en Seienlächen konne allerings eilweise ein Blockscheren in einzelnen Brelagen beobache weren, siehe Bil 9. Dieses Blockscheren ühr nich zu einem völligen Versagen er Verbinung, jeoch wir ie rechnerische Tragähigkei nich ganz erreich. Insgesam zeigen iese Verbinungen ein äußers ukiles Verhalen, wie as Las- Verschiebungsiagramm in Bil 8 zeig. In Abschni 5 weren inesabsäne er Verbinungsmiel unereinaner un zum an angegeben. Uner Einhalung ieser Absäne kann er Einluss es Blockscherens von Decklagen au ie Tragähigkei zumeis minimier weren oer sogar völlig verhiner weren. Die Auswirkungen es Blockscherens in en Brelagen sin jeoch noch nich abschließen geklär. Daher wir empohlen, bei konzenrieren Anschlüssen mi mehreren hinereinaner liegenen Verbinungsmieln uner Anwenung er kleinsen möglichen Absäne ie Tragähigkeisnachweise nich völlig auszunuzen. Als ichwer kann hier ein Ausnuzungsgra von ca. 80 % angegeben weren. Las in kn Verschiebung in mm Bil 8: Las-Verschiebungsiagramm ür eine Sabübelverbinung bei Aureen von Blockscheren in en Decklagen 7

8 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Bil 9: Blockscheren in en Decklagen 5 Konsrukive Ausbilung von Anschlüssen Für Herausziehbeanspruchungen sin bereis im Abschni 3 einige Anorerungen an ie ineseinringieen von Verbinungsmieln sowie an ie Anzahl er Verminungsmiel un Verbinungsmielreihen augeühr. Zusäzlich sin inesabsäne un ineseinbineieen einzuhalen. Für Verbinungsmiel, ie in ie Seienlächen von Bresperrholz eingebrach weren, sin ie inesabsäne in Tabelle 3 angegeben. Eine Deiniion er inesabsäne zeig Bil 0. In Bil sin ie inesabsäne von Verbinungsmieln in en Schmallächen augeühr. Sie gelen bei Belasung er Verbinungsmiel in Plaenebene un sin unabhängig vom Winkel zwischen Siachse un Faserrichung. Die Anorerungen an ie inesicken es Bresperrholzes bzw. er maßgebenen Brelagen sowie an ie ineseinbineieen er Verbinungsmiel sin in Tabelle 4 augeühr. Bei Belasung rechwinklig zur Plaenebene is arüber hinaus ein Auspalen er Schmallächen bzw. ie Querzugbeanspruchung zu berücksichigen. a a a a a, a,c α F α F a,c α a, F Bil 0: Deiniion er inesabsäne von Verbinungsmieln in en Seienlächen. Tabelle 3: inesabsäne von Verbinungsmieln in en Seienlächen Verbinungsmiel a, a,c a a, a,c a Schrauben ) ,5,5 Nägel (7 + 3 cos α) 6 (3 + 3 cos α) (3 + 4 sin α) 3 3 Sabübel 5 Passbolzen α ) selbsbohrene Holzschrauben 4 sin α (min. 3 ) Winkel zwischen Krarichung un Faserrichung er Decklagen (3 + cos α) Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 007 8

9 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel a,c a,c a,c a,c a, a,c F a,c a a, F Schrauben ) Sabübel Passbolzen a 0 4 a 3 4 a, 5 a,c 7 3 a,c 5 3 i i ) selbsbohrene Holzschrauben BSPH BSPH Bil : inesabsäne von Verbinungsmieln in en Schmallächen. Tabelle 4: inesicken, ineseinbineieen un inesbrelagenicken ür Verbinungen in en Schmallächen inesicke er maßgebenen Brelage inesicke es Bresperrholzes inesicke es BSPH/ ineseinbineiee er V Verbinungsmiel i in mm BSPH in mm / in mm Schrauben > 8 mm: 3 8 mm: 0 0 Sabübel Passbolzen Langzeiverhalen i in en Schmallächen von Bresperrholz angeorneen Verbinungsmieln lassen sich Baueile wirschalich verbinen. Um iese Verbinungen eizien nuzen zu können, is es erorerlich, auch Einwirkungen mi säniger oer langer Laseinwirkungsauer (Eigengewich, Nuzlasen) zuverlässig zu überragen. Hierzu sin insbesonere ür aserparallel angeornee Verbinungsmiel Aussagen über as Langzeiverhalen erorerlich. Für Schraubenverbinungen in en Schmallächen von BSPH wir as Langzeiverhalen zurzei am Lehrsuhl ür Ingenieurholzbau un Baukonsrukionen er Universiä Karlsruhe unersuch. Hierzu weren sowohl Herausziehversuche als auch Zug-Scherversuche mi aserparallel in eine Brelage eingerehen, selbsbohrenen Holzschrauben urchgeühr, siehe Bil. Nach einem Beobachungszeiraum von rei Jahren sollen iese Prükörper enlase un ie esragähigkei im Kurzzeiversuch ermiel weren. Die Klimaaen weren über en Versuchszeiraum koninuierlich erass. Die Versuche weren im Freien uner einer Überachung urchgeühr. Eine Bewierung er Prükörper is somi ausgeschlossen, so ass ie klimaischen Verhälnisse er Nuzungsklasse gemäß DIN 05 ensprechen. Die Belasung er Prükörper erolg in Höhe es Bemessungsweres er Tragähigkei. Hierbei wure bei en Versuchen mi rechwinklig zur Siachse belaseen Schrauben er oiikaionsbeiwer ür ie Laseinwirkungsauer mi k mo = 0,8 berücksichig. Die Beanspruchung is somi höher als ür ie Klasse er Laseinwirkungsauer sänig (k mo = 0,6). Bezogen au ie Sanzei er Versuche von rei Jahren kann so ein konservaiver Wer ür ie Tragähigkei uner Langzeibeanspruchung ermiel weren. Bei en au Herausziehen beanspruchen Schrauben wure ie Belasung au 70% es Bemessungsweres er Tragähigkei ür einem oiikaionsbeiwer von k mo = 0,8 reuzier. 9

10 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel Bil : Langzeiversuche mi au Herausziehen un mi au Abscheren beanspruchen selbsbohrenen Holzschrauben 7 Zusammenassung un Ausblick Die eiziene Verwenung von Baueilen aus Bresperrholz erorer es, iese unereinaner un mi aneren Baueilen zu verbinen. Eine wirschaliche Lösung hierür biee er Einsaz von siörmigen Verbinungsmieln, ie in en Seien- un Schmallächen von Bresperrholz angeorne weren können. Hierurch is es auch möglich, ie Baueile ohne zusäzliche Verbinungselemene wie z. B. Sahlblech-Winkel irek zu verbinen. Au Grunlage er Ergebnisse eines Forschungsvorhabens konnen Vorschläge ür ie Bemessung von siörmigen Verbinungsmieln in Bresperrholz enwickel weren. Zur Berechnung er Tragähigkei von Holzschrauben un Sonernägeln uner aialer Beanspruchung weren Gleichungen zur Ermilung er Herausziehragähigkei angegeben. Die vorgesellen Berechnungsmoelle au er Grunlage er Theorie von Johansen ermöglichen es, ie Tragähigkei von Verbinungen uner Beanspruchung au Abscheren zu ermieln. Für ie meisen Verbinungskoniguraionen kann ie Tragähigkei mi einem vereinachen Berechnungsansaz besimm weren. Die zur Ermilung er Verbinungsmielragähigkei erorerliche charakerisische Lochleibungsesigkei kann mi Hile er hierür angegeben Gleichungen berechne weren. In en Seienlächen von Bresperrholz sin geringe Absäne er Verbinungsmiel unereinaner un zum an möglich. Außerem wir ein Spalversagen von Verbinungen urch ie Querlagen verhiner. Diese Querzugversärkung un as ukile Verhalen er Verbinung erlauben es, au ie euzierung er asächlichen Verbinungsmielanzahl au eine wirksame Anzahl zu verzichen (n e = n). Anschlüsse in en Seienlächen von Bresperrholz können olglich eine höhere Tragähigkei auweisen als in Vollholz oer Breschichholz. Das beeue, ass sich mi siörmigen Verbinungsmieln in Bresperrholz au kleinen Anschlusslächen vergleichsweise große Kräe überragen lassen. In BSPH wir uner Ausnuzung er inesabsäne häuig ein Baueilversagen maßgeben. Augrun er kreuzweise verkleben Brelagen weis BSPH eine geringere Tragähigkei in Faserrichung er Decklagen au als ein vergleichbarer Vollholzquerschni. Bei en im Holzbau üblichen sabörmigen Baueilen aus Volloer Breschichholz wir hingegen häuig ie Querschnisimensionierung nich urch ie Baueilragähigkei, sonern urch ie Größe er Anschlusslächen besimm. Hier biee sich ie öglichkei, as Poenial von Bresperrholz auch ür iese Baueile wie z. B. Zugsäbe zu nuzen. Durch euzierung er Breicke er Querlagen wäre es möglich, en Aubau es Bresperrholzes zur Überragung von Zugkräen zu opimieren. Dami können ür Sabragwerke schlankere Baueile eingesez weren, bei enen ein nahezu ausgeglichenes Verhälnis zwischen Baueilragähigkei un Anschlussragähigkei beseh. Des Weieren verügen iese Baueile über weiere posiive Eigenschaen es Bresperrholzes wie z. B. bezüglich es Quell- un Schwinverhalens oer er Querzugragähigkei. Ingenieurholzbau; Karlsruher Tage 007 0

11 Bresperrholz Verbinungen mi mechanischen Verbinungsmieln ; Dipl.-Ing. Thomas Uibel 8 Lieraur [] Bejka, I.: Versärkungen von Baueilen aus Holz mi Vollgewineschrauben. Karlsruher Beriche zum Ingenieurholzbau, Ban, Lehrsuhl ür Ingenieurholzbau un Baukonsrukionen (Hrsg.), Universiä Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 005 [] Blaß, H. J.; Bejka, I.; Uibel, T.: Tragähigkei von Verbinungen mi selbsbohrenen Holzschrauben mi Vollgewine, Karlsruher Beriche zum Ingenieurholzbau, Ban 4, Lehrsuhl ür Ingenieurholzbau un Baukonsrukionen (Hrsg.), Universiä Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 006 [3] Blaß, H. J.; Fellmoser, P.: Design o soli woo panels wih cross laers. In: Proceeings o he 8h Worl Conerence on Timber Engineering, Volume II, Lahi, Finnlan 004. [4] Blaß, H. J.; Görlacher,.: Bemessung im Holzbau Bresperrholz. Berechnungsgrunlagen, Holzbaukalener 003. Bruerverlag, Karlsruhe 003, S [5] Blaß, H. J.; Görlacher,.: Zum Trag- un Verormungsverhalen von Bresperrholz-Elemenen bei Beanspruchung in Plaenebene, Bauen mi Holz 04 (00), H. S. 34-4, H. S [6] Blaß, H. J.; Uibel, T.: Tragähigkei von siörmigen Verbinungsmieln in Bresperrholz, Karlsruher Beriche zum Ingenieurholzbau, Ban 8, Lehrsuhl ür Ingenieurholzbau un Baukonsrukionen (Hrsg.), Universiä Karlsruhe (TH), Karlsruhe, 007 [7] Görlacher,.: Bresperrholz Berechnung von Elemenen mi kreuzweise verkleben Breern bei Beanspruchung in Plaenebene In: Tagungsban: Ingenieurholzbau - Karlsruher Tage, Bruerverlag, Karlsruhe 00. [8] Schickhoer, G.: Bresperrholz Anwenungen un Konsrukionseails im mehrgeschossigen Wohn- un Kommunalbau, In: Tagungsban: Ingenieurholzbau - Karlsruher Tage, Bruerverlag, Karlsruhe 00. [9] DIN 05:004-08: Enwur, Berechnung un Bemessung von Holzbauwerken Allgemeine Bemessungsregeln un Bemessungsregeln ür en Hochbau

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