Ingenieurholzbau nach DIN 1052

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1 Klausjürgen Becker Hans Joachim Blaß Ingenieurholzbau nach DIN 1052 Einführung mit Beispielen Ernst & Sohn A W i l e y C o m p a n y

2 Inhaltsverzeichnis VII Inhaltsverzeichnis Vorwort Formelzeichen V XVI A Grundlagen Al Einführung 1 ALI Eurocode 5 Holzbauwerke 1 A1.2 Nationales Anwendungsdokument (NAD) 1 A1.3 DIN A2 Sicherheitskonzept 4 A2.1 Anwendungsregeln 4 A2.2 Grenzzustände 5 A2.3 Zusammenwirken mit bisherigen nationalen Vorschriften 6 A2.4 Ablaufschema für Nachweise 8 A3 Einwirkungen 10 A3.1 Charakteristische Werte F k 10 A3.2 Teilsicherheitsbeiwerte y F 11 A3.3 Repräsentative Werte von Einwirkungen F rep 11 A4 Beanspruchungen 14 A4.1 Lasteinwirkungen 14 A4.2 Bemessungswerte der Einwirkungen F d 14 A4.3 Bemessungswerte der Beanspruchungen E d 14 A5 Festigkeitseigenschaften 19 A5.1 Charakteristische Werte X k 19 A5.2 Teilsicherheitsbeiwerte y M 20 A5.3 Nutzungsklassen A6 Tragwiderstände 23 A6.1 Materialmodifikationen k mol j, k^f 23 A6.2 Bemessungswerte der Festigkeitseigenschaften X d 25 A6.3 Bemessungswerte des Tragwiderstandes R d 25 A7 Nachweise der Grenzzustände 26 A7.1 Anforderungen 26 A7.2 Grenzzustände der Tragfähigkeit 26 A7.3 Grenzzustände der Gebrauchstauglichkeit 26 A7.4 Ablaufschemata der Nachweise in den Grenzzuständen 28

3 VIII Inhaltsverzeichnis A8 Anforderungen an die Baustoffe 30 A8.1 Anforderungen an die Dauerhaftigkeit 30 A8.2 Charakteristische Materialkennwerte f k 31 A8.3 Nachweise für Bauteile 33 A8.3.1 Nachweise mit Teilsicherheitsbeiwerten 33 A8.3.2 Bemessungsverfahren in fünf Schritten 35 A8.4 Berechnungen und Beispiele 38 A9 Anforderungen an die Verbindungen 42 A9.1 Charakteristische Materialkennwerte 43 A9.1.1 Stiftförmige Verbindungsmittel 43 A9.1.2 Sonstige mechanische Verbindungsmittel 47 A9.1.3 Geklebte Verbindungen 50 A9.1.4 Zimmermannsmäßige Verbindungen 51 A9.2 Charakteristische Rechenwerte 52 A9.2.1 Stiftförmige Verbindungsmittel 52 A9.2.2 Sonstige mechanische Verbindungsmittel 56 A9.2.3 Geklebte Verbindungen 61 A9.2.4 Zimmermannsmäßige Verbindungen 62 A9.3 Nachweise für Verbindungen 63 A9.3.1 Bemessungswerte für Verbindungen 63 A9.3.2 Nachweis in Grenzzuständen 66 A9.3.3 Kombinierte Beanspruchungen 70 A9.3.4 Wechselnde Beanspruchung 70 A9.3.5 Verformungen, Verschiebungen 72 A9.3.6 Kombination verschiedener Verbindungsmittel 72 A9.4 Berechnungen und Beispiel 75 A10 Konstruktionsregeln 79 A10.1 Konstruktive Hinweise für Baustoffe 79 A10.2 Konstruktive Hinweise für Verbindungsmittel 79 A Anforderungen an mechanische Verbindungsmittel 79 Al0.2.2 Hinweise zur Anwendung mechanischer Verbindungsmittel 80 A Hinweise zur Anwendung geklebter Verbindungen 84 A Hinweise für zimmermannsmäßige Verbindungen 86 A10.3 Mindestquerschnitte 87 Al0.3.1 Mindestabmessungen für Holz, Holzwerkstoffe, Stahlbleche 87 A Mindestdicken für Bauteilverbindungen 88 A Mindestdicken für Nagelverbindungen 88 A Kriterien für die Anwendung von Dübeln besonderer Bauart 89 Al Mindestbreiten für Dübelverbindungen in Hirnholzflächen 89 A10.4 Mindestabstände und Einbindetiefen der Verbindungsmittel 92 A Mindestabstände 92 A Mindesteinbindetiefen 92 A Mindestversatztiefen, Vorholzlängen 93 A10.5 Querschnittsschwächungen 94

4 Inhaltsverzeichnis IX B Nachweise und Beispiele Bl Hinweise zu den folgenden Beispielen 97 B1.1 Allgemeine Berechnungsgrundlagen 97 B1.2 Tragsysteme 100 B1.2.1 Konzepte 100 B Räumliche Steifigkeit, Stabilität 101 Bl.2.3 Stabtragwerke 103 Bl.2.4 Flächentragwerke 109 Bl.2.5 Materialeinflüsse 110 B1.3 Schnittgrößen 111 B Einwirkungen 111 Bl.3.2 Grundlagen der Schnittgrößenermittlung 118 Bl.3.3 Spannungstheorien I. und II. Ordnung 118 B1.4 Verformungen 123 B Kriechverformungen 123 B1.4.2 Bauteilverformungen 125 B1.4.3 Schwingungen 127 B1.5 Beurteilungskriterien für Holzbauwerke 129 Bl.5.1 Beurteilung von Holzkonstruktionen 129 B Lebensdauer von Holzkonstruktionen 130 B1.5.3 Raumgesundheit im Holzbau 132 B1.5.4 Bauphysikalische Bewertung 133 B1.5.5 Qualitätssicherung 133 B1.6 Grundlegende Anforderungen 134 B1.7 Bemessungskonzept 135 B1.7.1 Nachweise in den Grenzzuständen 135 B1.7.2 Vorherrschende unabhängige veränderliche Auswirkung 136 Bl.7.3 Maßgebende Lastkombination 137 B1.8 Berechnungswerte für Hochbauten 139 B1.9 Gliederung der Bemessungsbeispiele Kapitel B2 - B6 141 Bl.9.1 Tabellenübersicht 141 B1.9.2 Gliederung der Nachweise für Tragwerke 148 B2 Nachweise für Bauteile und Konstruktionen 149 B2.1 Stabquerschnitte 149 B2.2 Brettschichtholzträger 179 B2.3 Zusammengesetzte Bauteile 193 B2.4 Dach-, Decken- und Wandtafeln 227 B2.5 Aussteifungen, Abstützungen und Verbände 244 B3 Ausklinkungen Durchbrüche Queranschlüsse, Verstärkungen 255 B3.1 Ausklinkungen ohne und mit Verstärkungen 255 B3.2 Durchbrüche ohne und mit Verstärkungen 266 B3.3 Queranschlüsse ohne und mit Verstärkungen 275

5 Inhaltsverzeichnis B4 Verbindungen 295 B4.1 Stiftförmige metallische Verbindungsmittel 295 B4.2 Sonstige mechanische Verbindungsmittel 369 B4.3 Geklebte Verbindungen 394 B4.4 Zimmermannsmäßige Verbindungen 424 B5 Stöße und Anschlüsse 435 B5.1 Zugstab 435 B5.2 Druckstab 457 B5.3 Biegestab 463 B6 Verformungen, Verschiebungen, Schwingungen 468 B6.1 Durchbiegungen 468 B6.2 Verschiebungen 472 B6.3 Schwingungen 475 Literatur 477 Normen 480 Stichwortverzeichnis 485

6 Inhalt CD-Rom XI Inhalt der CD-Rom zum Buch Bemessungstafeln Tafel 1: Knicklängenbeiwerte ß für Stäbe Tafel 2: Kippbeiwerte a i und a 2 Tafel 3: Kippbeiwerte k m in Abhängigkeit vom Kippschlankheitsgrad A. re i >m Tafel 4: Knickbeiwerte k^ in Abhängigkeit vom Schlankheitsgrad X Tafel 5: Knickbeiwerte kj für Nadelholz a: der Festigkeitsklasse C 16 b: der Festigkeitsklasse C 24 c: der Festigkeitsklasse C 30 d: der Festigkeitsklasse C 35 e: der Festigkeitsklasse C 40 Tafel 6: Knickbeiwerte k^ für Brettschichtholz a: der Festigkeitsklasse GL 24h b: der Festigkeitsklasse GL 24c c: der Festigkeitsklasse GL 28h d: der Festigkeitsklasse GL 28c e: der Festigkeitsklasse GL 32h f: der Festigkeitsklasse GL 32c g: der Festigkeitsklasse GL 36h h: der Festigkeitsklasse GL 36c Tafel 7: Knickbeiwerte kc für Laubschnittholz a: der Festigkeitsklasse D 30 b: der Festigkeitsklasse D 35 c: der Festigkeitsklasse D 40 d: der Festigkeitsklasse D 60 Tafel 8: Bemessungswert f cad für a: Nadelholz und Druck unter einem Winkel a b: für Laubholz und Druck unter einem Winkel a c: für Brettschichtholz und Druck unter einem Winkel a Tafel 9: Faktoren k^ für Zugspannungen und k ac für Druckspannungen am angeschnittenen Rand Tafel 10: Korrekturfaktor k Ci a für die Beiwerte k c 90 Tafel 11: Abminderungsfaktoren k v für Ausklinkungen bei Brettschichtholz Tafel 12: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R lad a: für nicht vorgebohrt glattschaftige Nägel in Holz-Holz-Verbindungen b: für vorgebohrt glattschaftige Nägel in Holz-Holz-Verbindungen c: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklassen 1-3 in Holz-Holz-Verbindungen

7 XII Inhalt CD-Rom Tafel 13: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R ax, A a: für glattschaftige Nägel in Holz Holz-Verbindungen (Herausziehen) b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1A in Holz-Holz-Verbindungen (Herausziehen) c: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 2B in Holz-Holz-Verbindungen (Herausziehen) d: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in Holz-Holz-Verbindungen (Herausziehen) Tafel 14: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Rj a d a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1 und 2 in Brettsperrholz-Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in Brettsperrholz-Holz-Verbindungen Tafel 15: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a> d a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1 und 2 in Sperrholz- Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in Sperrholz-Holz-Verbindungen Tafel 16: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R la> d a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1 und 2 in OSB- Platten-Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in OSB-Platten-Holz-Verbindungen Tafel 17: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Rj a d a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1 und 2 in kunstharzgebundene Holzspanplatten-Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in kunstharzgebundene Holzspanplatten- Holz-Verbindungen Tafel 18: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Ri ad a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1 und 2 in Holzfaserplatten-Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in Holzfaserplatten-Holz-Verbindungen Tafel 19: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a> d a: für glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfahigkeitsklasse 1 und 2 in Stahlblech-Holz-Verbindungen b: für Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 3C in Stahlblech-Holz-Verbindungen Tafel 20: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R tad glattschaftige Nägel und Sondernägel der Tragfähigkeitsklasse 1, 2 und 3 in Gipskarton-Holz-Verbindungen Tafel 21: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a d und R ax d für Klammern a: in Verbindungen mit Holz und Brettsperrholz b: in Verbindungen mit Sperrholz c: in Verbindungen mit OSB-Platten d: in Verbindungen mit kunstharzgebundenen Spanplatten e: in Verbindungen mit Holzfaserplatten f: in Verbindungen mit Gipskartonplatten

8 Inhalt CD-Rom XIII Tafel 22: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R la d (ohne A R k ) und R axd für Holzschrauben mit einem Nenndurchmesser d < 8 mm und einem Gewinde nach DIN 7998 a: in Verbindungen mit Holz b: in Verbindungen mit Holz mit einer charakteristischen Rohdichte pk = 350 kg/m 3 (Nadelholz) c: in Verbindungen mit H mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 420 kg/m 3 (Nadelholz) d: in Verbindungen mit Sperrholz e: in Verbindungen mit Sperrholz mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 400 kg/m 3 f: in Verbindungen mit Sperrholz mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 600 kg/m 3 Tafel 23: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R!a d für Holzschrauben mit einem Gewinde nach DIN 7998 in Stahlblech-Holz-Verbindungen a: mit einer charakteristischen Rohdichte pk = 350 kg/m 3 (Nadelholz) b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 420 kg/m 3 (Nadelholz) Tafel 24: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R ]a>d für Stabdübel in Verbindungen mit Holz a: mit einer charakteristischen Rohdichte pk = 350 kg/m 3 für Holz 1 (Nadelholz) b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 420 kg/m 3 für Holz 1 (Nadelholz) c: mit einer charakteristischen Rohdichte pk = 530 kg/m 3 für Holz 1 (Laubholz) d: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 590 kg/m 3 für Holz 1 (Laubholz) Tafel 25: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a> d für Stabdübel in Sperrholz-Verbindungen a: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 400 kg/m 3 für Holz 1 b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 600 kg/m 3 für Holz 1 Tafel 26: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R a _ d für Stabdübel in Stahlblech-Holz- Verbindungen a: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 350 kg/m 3 und p k = 420 kg/m 3 (Nadelholz) b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 530 kg/m 3 und p k = 590 kg/m 3 (Laubholz) Tafel 27: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a> d für Passbolzen in Verbindungen mit Holz a: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 350 kg/m 3 für Holz 1 (Nadelholz) b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 420 kg/m 3 für Holz 1 (Nadelholz) c: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 530 kg/m 3 für Holz 1 (Laubholz) d: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 590 kg/m 3 für Holz 1 (Laubholz) Tafel 28: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Ri ad für Passbolzen in Sperrholz-Verbindungen a: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 400 kg/m 3 für Holz 1 b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 600 kg/m 3 für Holz 1 Tafel 29: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R a> d für Passbolzen in Stahlblech-Holz- Verbindungen a: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 350 kg/m 3 und p k = 420 kg/m 3 (Nadelholz) b: mit einer charakteristischen Rohdichte p k = 530 kg/m 3 und p k = 590 kg/m 3 (Laubholz) Tafel 30: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R c> 0 ( a, P,t, ai), d für Ringdübel Typ Al in Holz-Holzund Scheibendübel Typ Bl in Holz-Stahl-Verbindungen

9 XIV Inhalt CD-Rom Tafel 31: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Rj 0( a, p, t, ai), a a: für Scheibendübel mit Zähnen Typ Cl in Holz-Holz-Verbindungen b: für Scheibendübel mit Zähnen Typ C2 in Holz-Holz-Verbindungen c: für Scheibendübel mit Zähnen Typ C3 und Typ C4 in Holz-Holz-Verbindungen d: für Scheibendübel mit Zähnen Typ C5 in Holz-Holz-Verbindungen Tafel 32: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R^ 0( a, p,t, ai),d für Scheibendübel mit Dornen Typ CIO in Holz-Holz- und Typ Cl 1 in Holz-Stahl-Verbindungen Tafel 33: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R c, H, d a: für Ringdübel Typ Al in Hirnholzanschlüssen b: für Scheibendübel mit Zähnen Typ Cl in Hirnholzanschlüssen c: für Scheibendübel mit Dornen Typ CIO in Hirnholzanschlüssen Tafel 34: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R i a> d für eingeleimte Stahlstäbe der Festigkeitsklasse 4.8 nach DIN EN Tafel 35: Bemessungswerte der Tragfähigkeit R ax> a für eingeleimte Stahlstäbe der Festigkeitsklasse 4.8 nach DIN EN Tafel 36: Bemessungswerte der Tragfähigkeit eines Versatzes F c a d und Mindestvorholzlänge für Nadelholz a: der Festigkeitsklasse C16 b: der Festigkeitsklasse C24 c: der Festigkeitsklasse C30 d: der Festigkeitsklasse C35 e: der Festigkeitsklasse C40 Tafel 37: Bemessungswerte der Tragfähigkeit eines Versatzes F c> a_ d und Mindestvorholzlänge für Laubholz a: der Festigkeitsklasse D30 b: der Festigkeitsklasse D35 c: der Festigkeitsklasse D40 Tafel 38: Bemessungswerte R d der Zapfentragfähigkeit für Nadelholz (mit l z = 20 mm) a: für Nadelholz Cl6 b: für Nadelholz C24 c: für Nadelholz C30 d: für Nadelholz C40 e: für Nadelholz C50 Tafel 39: Bemessungswerte R d der Zapfentragfähigkeit für Laubholz (mit l z = 20 mm) a: für Laubholz D30 b: für Laubholz D40 c: für Laubholz D50 d: für Laubholz D60 e: für Laubholz D70 Tafel 40: Bemessungswerte R d der Zapfentragfähigkeit für Nadelholz (mit l z = 40 mm) a: für Nadelholz C16 b: für Nadelholz C24 c: für Nadelholz C30 d: für Nadelholz C40 e: für Nadelholz C50

10 Inhalt CD-Rom XV Tafel 41: Bemessungswerte R d der Zapfentragfähigkeit für Laubholz (mit l z = 40 mm) a: für Laubholz D30 b: für Laubholz D40 c: für Laubholz D50 d: für Laubholz D60 e: für Laubholz D70 Tafel 42: Bemessungswerte R d der Zapfentragfähigkeit für Nadelholz (mit l z = 60 mm) a: für Nadelholz Cl 6 b: für Nadelholz C24 c: für Nadelholz C30 d: für Nadelholz C40 e: für Nadelholz C50 Tafel 43: Bemessungswerte R d der Zapfentragfahigkeit für Laubholz (mit l z = 60 mm) a: für Laubholz D30 b: für Laubholz D40 c: für Laubholz D50 d: für Laubholz D60 e: für Laubholz D70 Tafel 44: Bemessungswerte der Tragfähigkeit Ri ad für Eichenholznägel Tafel 45: Verschiebungsmoduln K ser a: für glattschaftige Nägel je Scherfläche b: für Sondernägel je Scherfläche c: für Holzschrauben je Scherfläche d: für Stabdübel, Passbolzen, Bolzen und Gewindestangen je Scherfläche e: für Ringdübel Typ Al und Scheibendübel Typ Bl f: für Scheibendübel mit Zähnen Typ Cl - C5 g: für Scheibendübel mit Dornen Typ CIO und Cl 1 Tafel 46: Mindestabstände a: von nicht vorgebohrten Nägeln mit p k < 420 kg/m 3 b: von Nägeln mit 420 kg/m 3 < p k < 500 kg/m 3 Tafel 47: Mindestabstände von Klammern mit Rückenbreite b R < lod Tafel 48: Mindestabstände von Stabdübeln und Passbolzen Tafel 49: Mindestabstände von Bolzen und Gewindestangen Tafel 50: Mindestabstände a: von Ring- und Scheibendübeln Typ A und B b: von Scheibendübeln Typ C 1 bis C 5 c: von Scheibendübeln Typ C10 bis C 11 Tafel 51: Mindestabstände von Dübeln besonderer Bauart in Hirnholzverbindungen Tafel 52: Mindestabstände a: von rechtwinklig zur Stabachse beanspruchten eingeklebten Stahlstäben b: von in Richtung der Stabachse beanspruchten eingeklebten Gewindestäben