Nagelplattentragwerke

Transkript

1 Nagelplattentragwerke Konstruktion und Bemessung 1

2 1 Einleitung Synonym: Einsturz Lebensmittelmarkt Falkensee Hier nicht behandelt wird: Thema Brandschutz 2

3 2 Bauausführung Hier beginnt die Qualitätssicherung: Bautechnische Prüfung von Statischer Berechnung und Ausführungsplänen 3

4 Auszug DIN : Anforderungen 4.1 Grundlegende Anforderungen (1) Ein Bauwerk muss derart entworfen und ausgeführt sein, dass die... möglichen Einwirkungen... keines der nachstehenden Ereignisse zur Folge haben: - Einsturz des gesamten Bauwerks oder eines Teils, - größere Verformung in unzulässigem Umfang, - Beschädigung anderer Bauteile oder Einrichtungen und Ausstattungen Beschädigungen durch ein Ereignis in einem zur ursprünglichen Ursache unverhältnismäßig großen Ausmaß. (2) Ein Tragwerk muss so bemessen werden, dass seine Tragfähigkeit. Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit während der vorgesehenen Nutzungsdauer den in Absatz (1) vorgegebenen Bedingungen genügen. (3) Die mögliche Schädigung muss durch die angemessene Wahl einer oder mehrerer der folgenden Maßnahmen begrenzt oder vermieden werden: - Ausschaltung oder Minderung der Gefährdung, denen das Tragwerk ausgesetzt ist - Wahl eines Tragsystems, das eine geringe Anfälligkeit gegen die hier betrachteten Gefährdungen aufweist, - Wahl eines Systems oder einer baulichen Durchbildung derart, dass der zufällige Ausfall eines einzelnen Bauteils oder eines begrenzten Teils des Tragwerks bzw. das Auftreten hinnehmbarer örtlicher Schädigungen nicht zum Versagen des Gesamttragwerks führt,... 4

5 Beachte zunehmend weniger Reserven Verringerte Seitenlasten: q d = k l x (n x N d ) / (30 x l) EC 5 / DIN 1052:2008 q = 1,0 x (n x N) / (30 x l) DIN 1052:1988 5

6 Iterative Ermittlung: Knicklängen passen nicht zu Verformungsansätzen sinnvoll: Ansatz bei Berechnung nach Alt Väter Sitte 6

7 Bauausführung: Nicht sachgerechte Herstellung 7

8 Ü-Zeichen 8

9 Transport fehlender Unterbau 9

10 Erfordernis Holzfeuchte-Messung - möglichst bereits bei Anlieferung 10

11 Anlieferung von NP-Bindern mit Holzfeuchten von bis zu 65%; sichtbarer schwarzer Schimmel 11

12 Bauholz soll für Konstruktionen, die gegenüber Schwindverformungen empfindlich sind, trocken eingebaut werden. Als trocken wird Bauholz in Deutschland dann bezeichnet, wenn es eine mittlere Holzfeuchte u von höchstens 20% hat. Bauholz kann im Allgemeinen nur trocken geliefert werden, wenn es technisch getrocknet wurde. Eine Lufttrocknung bis auf 20% Holzfeuchte dauert mehrere Monate und kommt aus Termingründen deshalb meistens nicht in Betracht. Für Sparren und Pfetten bei Haus- und Hallendächern und für Bauteile mit entsprechender Beanspruchung können auch Hölzer mit einem höheren Feuchtegehalt eingebaut werden. Voraussetzung ist allerdings, dass der Gebäudebereich so lange belüftet bleibt, bis das Holz nachgetrocknet ist. Auch ist dies beim Ausbau zu berücksichtigen. 12

13 Montage Traverse Sinnvoll: Zuerst Aufrichtung Aussteifungsbock am Boden; anschl. Montage auf Ringgurten, anschl. Montage und Ausrichten der Dreiecksbinder mit Lehren durch Anhängen 13

14 Nagelplatten-Hauptbinder mit starker Vorverformung im Grundriss (wg. nicht sachgerechter Montage); im First durchgebrochenen Druckgurt aufgrund schlechter Holzqualitäten sowie Holzfeuchten zwischen 40% und 80% 14

15 Fehlende Passgenauigkeit: Massivbau und Holzbau fluchten nicht 15

16 n W ekna e W en ie hcsr tti ekna nhc S l ek in t h ic sf uar D t h ic sna n ie hcsr tti ekna nhc S l ek in t udt dneheghcr hcsr ie en h ic sf uar is e m D t h ic sna Auflagerung von Nagelplattenbindern auf massiven Ringbalken Einseitiger Winkel siehe VPI-Arbeitstagung Freudenstadt 2001 is e me in e udt dneheghcr hcsr ie nen ekna Befestigung mit zwei Winkeln 16

17 auch Holzkonstruktionen fluchten in sich nicht 17

18 dn ta sbadna R t D h ic sf uar D l ) ek in h ic sna b a mm51 l ek in W t h ic sna W t t h ic sf uar Auflagerung von Nagelplattenbindern mit Befestigung durch Winkel auf hölzernem Unterzug - siehe Vortrag FDS 2001 ) 18

19 Lage Nagelplatten - augenscheinlich falsch (viel zu hoch) 19

20 Spalte Das soll ein planmäßiger Druckkontakt sein?!? Traufknoten Nagelplatten-Hauptbinder 20

21 Unzulässig große Spalte zwischen druckbeanspruchten Hölzern 21

22 Holzsortierung: (zu viel) Baumkante 22

23 Mangelhafte Holzqualität : durchgerissener Gurt, Pfosten und Diagonale von Aussteifungsbindern 23

24 Unterhalb der Nagelplatte in Auflagernähe durchgerissener Zuggurt Hauptbinder 24

25 Unzulässige Befestigung Installationen an Diagonalen 25

26 Aussteifung Perspektive Dachtragwerk aus Fachwerkbindern in Nagelplattenbauweise System mit Windrispenbändern System mit Längsverband 26

27 Stoß Rispenband nicht fachgerecht Band nicht verschraubt - fehlende Spannvorrichtung 27

28 Mangelhafte Stöße: Dachpfetten (Dach latten ) Fehlender Versatz der Pfetten 28

29 (Nachträglich angeordnete) Beihölzer bzw. Befestigung auf Zwischenbrett 29

30 Anbau: Dachlatten Bestandsdach nicht wirkungsvoll 30

31 Vollständige Ausnagelung gemäß Ausführungsplanung erfolgt häufig nicht mehr auf Grund Dacheindeckung Wünschenswert: Montage durch qualifizierte Unternehmer (wie z.b. bei Dübeln erforderlich) 31

32 Aussteifungsverbände: Auf l/500 achten einschließlich Nachgiebigkeit 32

33 Draufsicht auf ein Dachsystem mit Firstspannungen und Unterspannung der Verbände über die Mittelpfetten Traufe First Traufe System unterspannte Verbände mit Ersatzlastgruppe (exemplarisch) vgl. Vortrag Freudenstadt

34 Fehlende Querabstützungen bzw. fehlende Lastweiterleitung 34

35 Eine regelmäßige Begehung der Konstruktionen nach dem Ausbau und vor Inbetriebnahme scheint angeraten. 35

36 Imperfektionsmessung in situ an einem eingebauten Dreiecks-Nagelplattenbinder vgl. Vortrag Freudenstadt 2001 Beachte: Ausbauchung linker Obergurt, Kamelhöcker Untergurt Schiefstellung 8 cm parabelförmiger Vorkrümmung der Obergurte von = 1/382 Beachte: Vorkrümmung auch in Füllstäben - beinhaltet auch strukturelle Imperfektion 36

37 3 Planung und Prüfung 37

38 3.1 Geänderte Normensituation FACHWERK contra RAHMEN Bis 2010: Fachwerksysteme mit gelenkigen Verbindungen Ab 2011: Rahmensysteme mit nachgiebigen Knoten 3 Knoten (bis 2010) 9 Knoten (ab 2011) 38

39 FACHWERK contra RAHMEN 39

40 FACHWERK contra RAHMEN Anmerkung: Macht keiner, da unwirtschaftlich; als Vergleichsrechnung oft untauglich 40

41 Auswirkungen der Berechnungsmethoden Rahmentragwerk Momente in den Knotenpunkten und den Füllstäben Geringere Normalkräfte Höhere statische Unbestimmtheit der Systeme => geringere Holzquerschnitte möglich 40,75 kn 35,40 kn 41

42 Anzahl der Stäbe in EDV = (ca.) für Hauptbinder Lebensmittelmarkt 1990: Anzahl der Stäbe ca. 24 St. zwischen Knotenpunkten (ca. 10 Gelenke) 2000: Anzahl der Stäbe ca. 70 St. einschl. fiktiver Stäbe 2010: Anzahl der Stäbe ca. 210 St. insbes. durch Erhöhung Freiheitsgrade 42

43 3.2 Planung + Bemessungssoftware Nagelplattenhersteller und deren Anwender in Deutschland Eleco BRL-A 43

44 Von der Bestellung bis zum Binder: 1. Festlegung der Geometrie 2. Anwendung der Bemessungssoftware a) Zeichnerische Eingabe b) Automatische Bemessung c) Ggf. manuelle Optimierung 3. Übergabe der Bemessungsergebnisse aus dem Programm an die Produktion 4. Anfertigen von Ausführungsunterlagen für den Zimmereibetrieb vor Ort 5. Ausdrucken der Berechnung für den Prüfingenieur/Prüfsachverständigen 44

45 Eingabedaten

46 Eingabedaten Bindertyp Spannweite Binderabstand Anzahl der Füllstäbe Ggf. Querschnittsabmessungen Belastungen

47 Automatische Knoten und Systemgenerierung 47

48 Manuelle Optimierung 48

49 Ausdruck der statischen Berechnung Systemeingabe Knotenkoordinaten (es werden nur die Hauptknoten ausgegeben) Stäbe (fiktive Stäbe werden i.d.r. nicht ausgegeben) Steifigkeiten (es werden keine Knotensteifigkeiten ausgegeben) => Keine umfängliche Nachvollziehbarkeit der Systemeingabe Schnittgrößen Lastfallkombinationen Grafische Ausgabe Einzelstäbe Bemessung Querschnittsbemessung (1Zeile je Querschnitt) Knotenbemessung 49

50 50

51 51

52 52

53 Umrandungskontrolle 54

54 35,1 94,3 2 46,5 93,7 2 0,385 61%??? 35,1 94,3 2 46,5 93,7 2 0,62 61% 55

55 56

56 Beispiel: Traufpunkt Zahlensalat!! 58

57 Knotenansicht System bisher System nach neuer NORM 59

58 60

59 61

60 Kontaktelement innerhalb der Nagelplatte!! 62

61 Gutachtliche Stellungnahme zur Modellierung von NP-Bindern. Blass

62 Kontaktelemente 64

63 Größere zul. Spaltmaße im EC 5 Spalt < 3mm Im Mittel < 1,5 mm Druckkontakt? 66

64 3.3 Bautechnische Prüfung, Vergleichsrechnung Prüffähige Unterlagen Was steht üblicherweise drin Was können die Anwender liefern Was fehlt Vergleichsrechnung Vergleich als Fachwerk (nach alter Zulassung) Vergleich mit eigener Modellbildung auf Grundlage von *.dxf - Dateien *.stb Dateien Prüfversion der Anwenderprogramme Prüfbarkeit 67

65 Möglichkeiten der Vergleichsrechnung Berechnung nach alter Norm und Zulassung als einfaches Fachwerkmodell oder als vereinfachtes Fachwerk nach neuer Norm Berechnung auf der Grundlage des zur Verfügung gestellten Stabwerkmodells (R-Stab) Eigene Modellierung mit einem Stabwerksprogramm Verwendung der Prüfversion des TRUSSCON - Programms 68

66 Vergleichsrechnung Variante I Berechnung nach alter Norm und Zulassung Grundlage: Übersichtsplan Systemmodellierung: Einfaches Stabwerksprogramm Nachteile: Bemessung stets konservativ; bei Abweichungen keine direkte Übertragung der Ergebnisse auf Rahmentragwerk möglich Ingenieurmäßige Abschätzung des Prüfingenieurs/Prüfsachverständigen erforderlich; es verbleibt eine gewisse Unsicherheit. Keine Umrandungskontrolle 69

67 Vergleichsrechnung Variante II Berechnung mit R-Stab-Modell Grundlage: *.stb Datei, die aus dem Mitek Programm exportiert werden kann Systemmodellierung: Bereits vorgegeben Nachteile: Eingabefile unübersichtlich, viele Einzelstäbe und Querschnitte, kaum nachvollziehbar und aufwändig Keine Umrandungskontrolle Nachweis der Plattenschnittgrößen aufwändig Bei Wolf-Systemen nicht möglich 70

68 Vergleichsrechnung Variante III Eigene Modellierung mit Stabwerksprogramm Grundlage: dxf-datei des Binders Systemmodellierung: mit grafischer Eingabe und eigenen Exceltabellen zur Ermittlung der Federsteifigkeit en und der Plattentragfähigkeiten Nachteile: Aufwand je Binder ca. 30h keine Umrandungskontrolle Bearbeitungszeit für Dachtragwerk zu lang 71

69 Vergleichsrechnung Variante IV Verwendung der Systemprogramme von TRUSSCON und WOLF Grundlage: Eingabedatei des Aufstellers Systemmodellierung: Nicht erforderlich Nachteile: Keine unabhängige Prüfung Systemübergreifende Prüfung derzeit nicht vorgesehen 72

70 Ergebnisse bei der bautechnischen Prüfung Eine umfassende Prüfung sämtlicher Nachweise ist derzeit nicht möglich. Genaue, unabhängige Vergleichsrechnungen sind sehr aufwändig und nicht wirtschaftlich darstellbar Vereinfachte Vergleichsrechnungen führen häufig zu unterbemessenen Tragwerken => Es werden vereinfachte Vergleichsrechnungen durchgeführt, die ggf. zu Grüneinträgen seitens des Prüfingenieurs/Prüfsachverständigen führen (obwohl vielleicht nicht erf.) 73

71 Am Bau Beteiligte? Bauherr?? Ausführender Betrieb Prüfingenieur Prüfsachverständiger Unabhängige Prüfung??? 74

72 4 Ausblick Mindestanforderungen an die bautechnischen Unterlagen: Übersichtlich zusammengefasste Ausführungsunterlagen für den ausführenden Betrieb Darstellung der verwendeten Eingangsparameter auf der ersten Seite Detaillierte Darstellung der Knotenpunkte einschl. System, Schnittgrößen und Nachweisen (mind. 2 DIN A 4 Seiten je Knoten) Mindestanforderungen an die ausführenden Betriebe: Geschultes Personal auf den Baustellen Keine Trennung der Gewerke für tragende Bauteile (Dachlatten) 75

73 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 76